En un esfuerzo por aumentar el rendimiento de los cultivos, investigadores están estudiando las comunidades bacterianas y fúngicas en el suelo para comprender cómo los microbiomas están impactando la producción agrícola.
Los científicos del Instituto de Patógenos y Microbiomas (PMI) de la Universidad del Norte de Arizona en conjunto con investigadores de la Universidad de Purdue creen que los avances tecnológicos en la ciencia de los microbiomas finalmente ayudarán a los agricultores de todo el mundo a cultivar más alimentos a un costo menor.
La demanda mundial y el consumo de cultivos agrícolas está aumentando a un ritmo rápido, indicó la universidad. Según el Informe de productividad agrícola global de 2019, el rendimiento global debe aumentar a una tasa anual promedio de 1.73% para producir alimentos, piensos, fibra y bioenergía de manera sostenible para 10 mil millones de personas en 2050.
Nicholas Bokulich, profesor asistente de investigación de PMI, y Greg Caporaso, profesor asociado de ciencias biológicas y director del Centro de Ciencias de Microbioma Aplicado (CAMS) de PMI, han estado probando una creencia agrícola de larga data sobre la filogenética -el estudio de la evolución y relación entre organismos- que puede usarse para definir programas de rotación de cultivos.
El equipo publicó recientemente sus hallazgos sobre la investigación de microbiomas en la producción de alimentos agrícolas en aplicaciones evolutivas.
En particular, el enfoque tradicional ha sido rotar cultivos relacionados a distancia a lo largo de diferentes años para maximizar el rendimiento de la planta.
"Una hipótesis de por qué esto puede ser útil es que los agentes patógenos de las plantas son específicos de un solo huésped o de huéspedes muy relacionados. Si produces cultivos estrechamente relacionados en años adyacentes, hay una mayor probabilidad de que los agentes patógenos puedan estar esperando anfitriones en el segundo año", dijo Caporaso. "Pero esta hipótesis no se ha probado directamente".
El experimento del equipo, apoyado por una subvención del Instituto Nacional de Alimentos y Agricultura del USDA, abarcó dos temporadas de cultivo al aire libre.
En el primer año, los científicos de Purdue, Kathryn Ingerslew e Ian Kaplan, cultivaron 36 cultivos y malezas agrícolas que diferían en la divergencia evolutiva del tomate. Las parcelas experimentales variaron desde tomate (la misma especie) hasta berenjena (el mismo género que el tomate, pero una especie diferente) y pimientos dulces (la misma familia que el tomate, pero en un género y especie diferente) a través del maíz, el trigo y el centeno, que son parientes mucho más distantes del tomate.
En la segunda temporada, los investigadores solo cultivaron tomates en todas las parcelas. Descubrieron que en las parcelas donde se cultivaban tomates en la primera temporada, el rendimiento de tomate del año dos era menor que en el año uno, como esperaban. Sin embargo, no hubo reducciones significativas en el rendimiento de tomate en ninguna de las otras parcelas. "Este resultado sugiere que si bien la rotación de cultivos es realmente importante para el rendimiento, el efecto puede no extenderse más allá del nivel de especie", dijo Caporaso.
"Este resultado fue muy sorprendente porque la idea de que las plantas estrechamente relacionadas deben evitarse en las rotaciones es una regla general ampliamente extendida en todo el espectro, desde la jardinería a pequeña escala hasta la agricultura a gran escala", dijo Kaplan, profesor de entomología.
"El hecho de que no podamos detectar ninguna firma de relación en el rendimiento del cultivo, más allá de los efectos negativos del monocultivo de una sola especie (o tomate tras tomate), sugiere que se deben considerar otros factores al diseñar programas de rotación de cultivos en sistemas agrícolas sostenibles. "
"Ahora podemos explorar el papel de los microbios y la composición de los microbiomas en los sistemas agrícolas con mucha mayor profundidad y resolución que nunca antes", añadió Caporaso.
"Sin duda, esas tecnologías pueden ayudarnos a optimizar los sistemas agrícolas para enriquecer continuamente, en lugar de agotar, el suelo con el tiempo".
Caporaso dice que su objetivo a largo plazo con esta dirección de investigación es colaborar con los agricultores orgánicos que practican técnicas de agricultura regenerativa. "Podemos aprender cómo pueden utilizar los avances en la ciencia de los microbiomas para su ventaja. Creo que esto puede ayudar a reducir sus costos de fertilizantes y el uso del agua, y crear resiliencia y seguridad alimentaria en nuestras comunidades".
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