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Recursos didácticos

Nuestras Plantas (y Cultivos Alimentarios)

Los seres humanos han alterado significativamente el planeta, convirtiendo más de un tercio de las tierras libres de hielo en tierras agrícolas y el 1% en áreas urbanas. Dentro de las ciudades, los espacios silvestres se han transformado en campos deportivos, parques y jardines, todos ellos gestionados cuidadosamente para garantizar que las plantas deseadas prosperen. Para lograrlo, utilizamos agroquímicos como fertilizantes y pesticidas, que tienen un alto costo ambiental. Su producción, transporte y uso contribuyen a las emisiones de gases de efecto invernadero. Los fertilizantes pueden ser convertidos en gases potentes por los microbios del suelo, mientras que los pesticidas pueden degradarse, impidiendo la acumulación. Sin embargo, ambos pueden contaminar ríos, lagos, océanos y agua potable. En el futuro, los microbios pueden ofrecer alternativas sostenibles y ecológicas para la salud de las plantas, reduciendo el impacto ambiental del uso de agroquímicos y apoyando los objetivos de desarrollo sostenible.

Agroquímicos, microbios y medio ambiente

Señor: ¿Qué es eso que están rociando en nuestro campo deportivo?

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La agricultura sostenible depende de la protección de los cultivos contra las plagas de insectos para aumentar el rendimiento y la calidad de los alimentos. Aunque los insecticidas químicos se han utilizado ampliamente para controlar las plagas, son tóxicos para los organismos beneficiosos, los animales, los seres humanos y las plantas, y persisten en el medio ambiente. Por lo tanto, se necesitan estrategias alternativas para reducir el uso de productos químicos. Los patógenos microbianos de insectos, como virus, hongos y bacterias, ofrecen una solución prometedora. El Bacillus thuringiensis (Bt) es el patógeno de insectos más eficaz, ya que muestra propiedades específicas de control de insectos. Además, se han incorporado genes Bt a plantas de cultivo para aumentar su resistencia a los insectos. El uso de patógenos microbianos o de sus genes puede aumentar la productividad agrícola y reducir la dependencia de productos químicos nocivos, apoyando así los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Microbios de control biológico en la protección de plantas

Señor: ¿Qué es BT? Siempre pensé que era British Telecom.

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Los microorganismos desempeñan un papel vital en la salud de los animales, las plantas y los ecosistemas del suelo. Descomponen la materia orgánica, aportando nutrientes esenciales para el crecimiento de las plantas, y son cruciales para la productividad de los sistemas agrícolas. Los microorganismos constituyen la base de la red alimentaria mundial, ya que favorecen el crecimiento de las plantas, que son la principal fuente de alimento para los seres humanos y los animales. Aunque la mayoría de los microorganismos benefician a las plantas protegiéndolas contra las enfermedades y aportándoles nutrientes, algunos han desarrollado estrategias para adquirir nutrientes de forma que perjudican a las plantas. Estos fitopatógenos causan enfermedades que pueden afectar significativamente al rendimiento y la calidad de los cultivos, con consecuencias para la seguridad alimentaria y la economía. Los fitopatógenos se propagan a través del viento, la lluvia, los insectos, los animales y los equipos contaminados, y algunos utilizan flagelos para desplazarse activamente. Las enfermedades de las plantas suelen mostrar síntomas visibles, especialmente en las partes aéreas. Estas enfermedades tienen amplios efectos en los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Transmisión de enfermedades de las plantas

¿Cómo reconocer una planta enferma?

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Fotografía de Fred Springborn

Muchos animales consumen plantas, pero la mayoría son visibles a simple vista y se consideran plagas por los daños que causan. Estas plagas incluyen mamíferos, insectos, artrópodos y moluscos. A diferencia de estas plagas visibles, los nematodos parásitos de las plantas son microscópicos y no pueden verse sin un microscopio. Estos patógenos se alimentan de las plantas, causándoles enfermedades, y mantienen asociaciones a largo plazo con sus huéspedes. Los nematodos son los principales responsables de las enfermedades de las plantas y afectan a casi todas las especies vegetales. A menudo se les llama «enemigos ocultos» porque su presencia pasa desapercibida, pero causan importantes daños a los cultivos, lo que reduce los beneficios de agricultores, viveros e invernaderos. Los nematodos son comunes en campos con un historial de producción vegetal, por lo que es probable que se estén alimentando de los cultivos de su jardín, granja o invernadero.

Nematodos que se alimentan de plantas

George: ¿Por qué la raíz de ese apio enfermo tiene un aspecto peculiar?

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Tomado de la
colección de diapositivas del Dr. George Bird, Universidad Estatal de Michigan.

Las plantas utilizan diversas estrategias para defenderse de sus enemigos naturales, como insectos y patógenos. Además de sus defensas físicas y químicas, las plantas dependen de un «ejército microbiano» para protegerse de los herbívoros y las enfermedades. Los suelos supresores de enfermedades son un excelente ejemplo de esta asociación. En estos suelos, las plantas muestran pocos o ningún síntoma de enfermedad a pesar de la presencia de patógenos, gracias a los microorganismos (bacterias y hongos) del suelo y las raíces que inhiben el crecimiento de patógenos produciendo compuestos como los antibióticos. Estos microorganismos beneficiosos pueden aprovecharse en la agricultura para controlar las enfermedades de las plantas y mejorar el rendimiento de los cultivos, ofreciendo un enfoque sostenible para mejorar la productividad agrícola y apoyar múltiples Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

Suelos supresores de enfermedades: un campo de batalla bajo nuestros pies

Mamá: ¿Cómo pueden protegerse las plantas si no pueden huir del peligro?

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Modificado de Starline y brgfx/Freepik

La comunicación, el intercambio de información, es esencial para las interacciones entre los organismos vivos. El lenguaje universal de la comunicación no es el habla, sino las señales químicas. Algunas de ellas, conocidas como compuestos volátiles u «olores», se transmiten a través del aire. Las bacterias desempeñan un papel clave en las relaciones mutualistas con las plantas, y sus compuestos volátiles ayudan a reforzar esta conexión. Cuando las plantas detectan olores bacterianos, crecen mejor, desarrollan más raíces y se vuelven más resistentes al estrés ambiental, como la sequía y el calor. Estos olores también sirven como señales de advertencia, ayudando a las plantas a defenderse de los hongos nocivos. El uso de bacterias y sus compuestos volátiles en la agricultura ofrece una alternativa sostenible a los fertilizantes y pesticidas sintéticos. Estos compuestos son degradables de forma natural, a diferencia de los productos químicos que pueden acumularse en el suelo o contaminar las fuentes de agua.

Olores bacterianos: una forma de comunicación

Mamá, ¿por qué huele tan mal el frigorífico?

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Fotografía de Viviane Perraudin

Las plantas realizan la fotosíntesis, utilizando la luz solar para convertir el dióxido de carbono y el agua en alimento para el crecimiento, las flores, las semillas y las nuevas plantas, al tiempo que liberan el oxígeno esencial para la vida. Aunque la mayor parte de la vida depende de la fotosíntesis de las plantas, éstas también necesitan los minerales del suelo para crecer sanas. Los suelos deben contener los nutrientes adecuados, que las plantas absorben a través del agua. Estos nutrientes, procedentes de la materia orgánica en descomposición, la atmósfera y las rocas, son vitales para todos los organismos vivos, ya que los animales se alimentan de las plantas y nosotros dependemos tanto de las plantas como de los animales para alimentarnos. Minerales como el nitrógeno, el fósforo, el potasio, el calcio, el magnesio y el azufre están presentes en cantidades bajas en el suelo, lo que a menudo deja a las plantas sin nutrientes. Afortunadamente, las plantas reciben ayuda de microorganismos como los rizobios, que fijan el nitrógeno, y de hongos que forman relaciones simbióticas con las raíces de las plantas. Más del 90% de las plantas terrestres, incluidos cultivos como el arroz, el trigo, los tomates y frutas como las manzanas, albergan hongos micorrícicos arbusculares (hongos MA), mientras que árboles como los pinos y los robles se asocian con hongos ectomicorrícicos (hongos ECM). Estos hongos amplían el sistema radicular de la planta, adquiriendo minerales del suelo y proporcionándoselos a la planta. A cambio, la planta suministra carbono orgánico procedente de la fotosíntesis a los hongos. Esta relación mutua también protege a las plantas de los microbios dañinos, demostrando un poderoso ejemplo de cooperación entre organismos.

Hongos micorrízicos: los amigos simbióticos de las plantas

Señor: Escuché a algunos biólogos murmurar sobre AM y P: ¿estaban hablando de la mañana y la tarde?

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El nitrógeno es vital para todas las formas de vida, esencial para producir proteínas, ácidos nucleicos y clorofila. Aunque el gas nitrógeno (N2) constituye el 78% de la atmósfera, la mayoría de los organismos no pueden utilizarlo directamente, salvo algunas bacterias fijadoras de nitrógeno. Estas bacterias rompen el enlace del nitrógeno para producir amoníaco (NH3), que se incorpora a los aminoácidos, las proteínas, los ácidos nucleicos y la clorofila. Un subgrupo de estas bacterias, los rizobios, forma una simbiosis con las plantas leguminosas, como los guisantes y las judías. Los rizobios infectan las raíces de la planta, formando nódulos donde el nitrógeno se fija en amoníaco, que la planta utiliza. A cambio, la planta suministra carbono y energía a la bacteria. Esta simbiosis beneficia a ambas partes: la planta recibe nitrógeno y las bacterias obtienen los nutrientes que necesitan. Otros beneficios son: - Las leguminosas en grano (guisantes, lentejas, soja) son ricas en proteínas, lo que beneficia a la dieta humana y animal. - El nitrógeno de las raíces de las leguminosas enriquece el suelo. - La lixiviación del nitrógeno se minimiza, reduciendo el impacto medioambiental. - El crecimiento de las raíces de las leguminosas fomenta diversos microorganismos, mejorando la fertilidad del suelo. Además de las leguminosas, otras bacterias fijadoras de nitrógeno también contribuyen al crecimiento de las plantas mediante relaciones simbióticas similares, desempeñando un papel clave en el ciclo del nitrógeno. Este proceso reduce la necesidad de fertilizantes químicos, ayudando a prevenir problemas medioambientales como el calentamiento global y la eutrofización. También favorece la producción de cereales ricos en proteínas, esenciales para la seguridad alimentaria en regiones empobrecidas.

Fijación microbiana de nitrógeno

Pam: ¿Qué son esas extrañas protuberancias rosadas que hay en las raíces de las plantas de guisantes? ¿Todas las plantas las tienen?

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La población mundial se acerca a los 8.000 millones y sigue creciendo, lo que ejerce una inmensa presión sobre el suministro mundial de alimentos. Casi 1.000 millones de personas están desnutridas, lo que contribuye a la muerte de 3 millones de niños al año. Para satisfacer la demanda de alimentos de esta población creciente, debemos encontrar soluciones sostenibles. Sin embargo, la contaminación ambiental -aire, agua y suelo- complica aún más la producción de cultivos. No existe una solución única, pero varias medidas pueden ayudar a aumentar el suministro mundial de alimentos: En primer lugar, reducir la contaminación ambiental para preservar las tierras de cultivo. En segundo lugar, mejorar la distribución de alimentos para minimizar el deterioro y el desperdicio. Tercero, en los países más ricos, reducir el tamaño de las raciones de los restaurantes y el consumo excesivo de carne, que utiliza más recursos que las proteínas vegetales. Cuarto, aumentar la productividad agrícola en tierras marginales. Quinto, promover el uso de plantas transgénicas con mayor rendimiento, mejor nutrición y mayor resistencia a las plagas. Por último, reducir la dependencia de los productos químicos agrícolas y apoyar el uso de bacterias naturales que promueven el crecimiento de las plantas.

Bacterias que promueven el crecimiento de las plantas

Papá: ¿Por qué las raíces de las plantas están cubiertas de bacterias?

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Las plantas son vitales para los seres humanos, los animales y los insectos, ya que proporcionan alimentos, medicamentos, cosméticos, biocombustibles y ropa. También regulan el clima de la Tierra al eliminar el dióxido de carbono y convertirlo en oxígeno y material celular a través de la fotosíntesis. Sus extensos sistemas de raíces reducen la erosión del suelo y proporcionan nutrientes a muchos organismos del suelo, que a su vez apoyan el ciclo de nutrientes y suministran a las plantas nutrientes esenciales. Una gran proporción de estos organismos son microorganismos como bacterias, hongos, protistas y virus, que se encuentran no solo en el suelo sino también en tejidos vegetales como hojas, flores, tallos, raíces, frutos y semillas. En conjunto, estas comunidades microbianas forman el microbioma vegetal. Los microorganismos vegetales pueden tener un impacto positivo en la salud y la productividad de las plantas, beneficiando la producción agrícola y contribuyendo al logro de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas.

El microbioma vegetal

Señorita: No podemos vivir sin plantas, pero ¿puede la planta vivir sin microbios?

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