Proxecto H2020 SENSOILS: Detección de procesos do solo para mellorar a biodispoñibilidade do nitróxeno nos cultivos
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2015 -2022
- Orzamento asignado 1.978.475,00 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento Horizonte 2020
- Páxina web do proxecto SENSOILS
Desenvolvemos unha nova xeración de solos artificiais capaces de informar sobre a natureza dos cambios químicos que se producen no solo debido á actividade biolóxica, utilizando un plástico común de baixo índice de refracción e introducindo funcións a través dunha fina capa de material funcional. Para o núcleo das partículas, empregamos FEP (etileno propileno fluorado) e o proxecto identificou e sintetizou con éxito polímeros con funcións axeitadas para o seu uso en solos artificiais. Desenvolvemos unha nova plataforma de microscopía e de produción para a fabricación de cámaras de microcosmos onde se poden introducir e visualizar de forma flexible microorganismos, nutrientes e outros aditivos in vivo e in situ. Tamén fixemos avances clave no desenvolvemento de técnicas computacionais, propoñendo o primeiro modelo de órgano completo para simular a morfoxénese a resolución celular.
Grazas a estas novas tecnoloxías, puidemos rastrexar o comportamento dos microbios do solo durante a colonización da rizosfera. Cos nosos novos sistemas de imaxe en directo, revelamos o asombroso nivel de coordinación que empregan as bacterias do solo para navegar pola estrutura do solo e colonizar a planta hospedadora. Demostramos que as células bacterianas móvense en bandadas, de xeito similar ao que se observa tipicamente en organismos superiores máis complexos, como as aves e os peixes. Tamén demostramos que estes movementos son posibles grazas á capacidade das bacterias para crear fluxos laminares de auga localizados, pero constantes, a través do solo, movéndose así en grupos en lugar de individualmente.
O proxecto deu lugar a varias publicacións destacadas en revistas como PNAS, New Phytologist e ISME Journal, e aínda hai outras publicacións en revisión en revistas de alto impacto. O proxecto tamén supuxo un impulso significativo ao desenvolvemento científico, con numerosos proxectos de seguimento financiados a nivel nacional e internacional. Outros resultados inclúen publicacións en xornais nacionais, redes sociais e científicos en inicios de carreira en diversas institucións de investigación de todo o mundo.
O rendemento dos cultivos que actualmente sosteñen a poboación mundial depende en gran medida dos agroquímicos (por exemplo, fertilizantes e pesticidas N/P/K) e das variedades de cultivos modernas (por exemplo, variedades de trigo anano) desenvolvidas a finais do século XX en detrimento da saúde do solo. Como parte da súa estratexia "Da granxa á mesa", a Comisión Europea ten como obxectivo reducir as perdas de nutrientes polo menos nun 50 % para 2030, reducir o uso de fertilizantes nun 20 % e, ao mesmo tempo, mellorar a calidade do solo. Para abordar este desafío, é urxente identificar solucións sostibles para a fertilidade do solo e o rendemento dos cultivos baseadas na comprensión dos procesos microbianos do solo.
No proxecto SENSOIL, probamos ideas novas e radicais para estudar a dinámica das raíces e os microbios do solo. A investigación demostrou que, mediante o uso de solos artificiais e tecnoloxías de imaxe, é posible rastrexar as interaccións e asociacións microbianas coas raíces dos cultivos, ao tempo que se observan os cambios na composición química do solo. Usando estas novas tecnoloxías, o proxecto revelou novas formas de movemento bacteriano, o que indica que as migracións no solo poderían ser máis rápidas e extensas do estimado anteriormente, pero tamén revela como estes procesos se volven sensibles aos cambios nas propiedades do solo. Os descubrimentos do proxecto SENSOIL poderían ter un grande impacto na nosa comprensión do ecosistema do solo, ao tempo que axudarán á industria da tecnoloxía agrícola a desenvolver solucións máis sostibles.
A produción de alimentos depende da aplicación de fertilizantes nitroxenados, que poden contribuír significativamente á produción de gases de efecto invernadoiro e á eutrofización dos agroecosistemas. Polo tanto, é necesario optimizar o uso de fertilizantes nitroxenados.
O recente desenvolvemento de solos transparentes no meu grupo ofrece unha ampla perspectiva para comprender os procesos implicados no transporte reactivo de nutrientes no solo e a súa interacción coa biota do solo. O meu equipo combinará principios de óptica, enxeñaría química, física, química, bioloxía do solo e bioloxía vexetal para visualizar e caracterizar o movemento do nitróxeno no solo a microescala. Desenvolveremos unha nova xeración de análogos transparentes do solo que midan o estado biolóxico e químico dos solos. Isto permitirá, por primeira vez, caracterizar o transporte na superficie das partículas do solo e dilucidar o papel dos contactos raíz-partícula-partícula, a exudación e a transformación microbiana na biodispoñibilidade do nitrato e do amonio.
O legado desta investigación será coñecemento, conceptos, sistemas de modelos de solo e enfoques de imaxe para comprender e predicir a biodispoñibilidade de nutrientes no solo, con énfase na nitrificación como modelo para o movemento do nitróxeno no solo. Patentaranse tecnoloxías transparentes de imaxe e solos, o que podería allanar o camiño para sensores químicos 3D e ter aplicacións na mellora de cultivos e na fenotipificación de precisión. Comprender os movementos de nutrientes no solo levará a un progreso substancial no desenvolvemento de fertilizantes máis eficientes. Poderíanse empregar novos sistemas de modelos de solo para comprender mellor a propagación de enfermidades transmitidas polo solo, a biorremediación de solos contaminados e os mecanismos subxacentes á biodiversidade e á actividade do solo.
Catro áreas principais do proxecto fixeron avanzar significativamente o campo e transcenderon o nivel nacional.
En primeiro lugar, o desenvolvemento de tecnoloxías de estruturas núcleo-casca para crear partículas de solo sensibles ou "solos sensibles". Terán unha ampla gama de aplicacións, por exemplo, na investigación científica, o cultivo e o desenvolvemento de fertilizantes. Isto requiriu avances significativos na ciencia dos polímeros, e as técnicas poderían empregarse noutras áreas da ciencia e a tecnoloxía.
O noso traballo está a contribuír significativamente ao campo da microscopía do solo. Desenvolvemos unha serie de enfoques que permiten a observación en directo dos microbios do solo. Fabricamos novos sistemas fluídicos para monitorizar as condicións do solo baixo un microscopio.
O traballo de modelado computacional para simular o desenvolvemento das raíces no solo é extremadamente prometedor. Imaxinamos a posibilidade de realizar simulacións completas de raíces a resolución celular mentres se modela simultaneamente o solo a nivel de partículas. O modelo e os algoritmos están a ser implementados en DualSPHysics, unha ferramenta de simulación comunitaria de código aberto.
O traballo centrado na comprensión dos factores que afectan á actividade microbiana na rizosfera está a comezar a beneficiarse do desenvolvemento tecnolóxico do proxecto, e aínda está a comezar a facelo. En particular, esperamos poder cuantificar con precisión o coeficiente de mobilidade dos microbios do solo que rodean as raíces das plantas e predicir que contribúe ao mantemento de certos microbios na rizosfera.
- NEIKER-INSTITUTO VASCO DE INVESTIGACION Y DESARROLLO AGRARIO SA (NEIKER)
Proxectos relacionados
