Proxecto H2020 SENSOILS: Detección de procesos do solo para mellorar a biodisponibilidade do nitróxeno en cultivos
- Tipo Proxecto
- Estado Cheo
- Execución 2015 -2022
- Orzamento asignado 1.978.475,00 €
- Ámbito Europeo
- Fonte principal de financiamento H2020
- 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 de partículas, utilizamos FEP (etileno propileno fluorado) e o proxecto identificou e sintetizou con éxito polímeros con funcións adecuadas para o seu uso en solos artificiais. Desenvolvemos unha nova plataforma de microscopía e pipeline para a fabricación de cámaras de microcosmos onde microorganismos, nutrientes e outros aditivos poden introducirse e visualizarse de forma flexible in vivo e in situ. Tamén realizamos avances fundamentais no desenvolvemento de técnicas computacionais, propoñendo o primeiro modelo de órgano enteiro para simular a morfoxénese en resolución celular.
Grazas a estas novas tecnoloxías, puidemos seguir o comportamento dos microbios do solo durante a colonización da rizosfera. Cos nosos novos sistemas de imaxe en directo, revelamos o sorprendente nivel de coordinación que empregan as bacterias do solo para navegar pola estrutura do solo e colonizar a planta hóspede. Demostramos que as células bacterianas móvense en bandadas, de xeito similar ao que normalmente se observa en organismos superiores máis complexos, como as aves e os peixes. Tamén demostramos que estes movementos son posibles pola capacidade das bacterias para crear fluxos laminares de auga localizados, aínda que constantes, a través do chan, movéndose así en grupos en lugar de individualmente.
O proxecto deu lugar a varias publicacións notables en revistas como PNAS, New Phytologist e ISME Journal, con publicacións adicionais aínda en revisión en revistas de alto impacto. O proxecto tamén supuxo un importante impulso 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 de primeira carreira en varias institucións de investigación de todo o mundo.
O rendemento dos cultivos que sosteñen actualmente a poboación mundial depende en gran medida dos agroquímicos (por exemplo, fertilizantes e pesticidas N/P/K) e das variedades modernas de cultivos (por exemplo, as variedades de trigo anano) desenvolvidas a finais do século XX a costa da saúde do solo. Como parte da súa estratexia da Farm to Fork, a Comisión Europea pretende 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 baseándose na comprensión dos procesos microbianos do solo.
No proxecto SENSOIL, probamos novas ideas radicais para estudar a dinámica das raíces e dos microbios do solo. A investigación demostrou que mediante o uso de solos artificiais e tecnoloxías de imaxe, é posible rastrexar as interaccións microbianas e as asociacións coas raíces dos cultivos, ao mesmo tempo que se observan 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 poden ser máis rápidas e extensas do que se estimaba anteriormente, pero tamén revela como estes procesos se fan sensibles aos cambios nas propiedades do solo. Os descubrimentos do proxecto SENSOIL poderían ter un gran impacto na nosa comprensión do ecosistema do solo, ao tempo que axudan á industria da tecnoloxía agrícola a desenvolver solucións máis sostibles.
A produción de alimentos depende da aplicación de fertilizantes nitróxenos, 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 nitróxenos.
O desenvolvemento recente de solos transparentes no meu grupo ofrece un amplo campo 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 de nitróxeno no solo a microescala. Desenvolveremos unha nova xeración de análogos de solo transparentes 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 exsudación e a transformación microbiana na biodisponibilidade de nitrato e amonio.
O legado desta investigación será o coñecemento, os conceptos, os sistemas de modelos de solo e os enfoques de imaxe para comprender e predicir a biodisponibilidade dos nutrientes no solo, con énfase na nitrificación como modelo para o movemento de nitróxeno no solo. Patentaranse tecnoloxías de solo e imaxe transparente, que poderían abrir o camiño para sensores químicos 3D e ter aplicacións na mellora de cultivos e fenotipado de precisión. A comprensión dos movementos de nutrientes no chan levará a un progreso substancial no desenvolvemento de fertilizantes máis eficientes. Poderíanse utilizar 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 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
