Técnicas nucleares en agricultura.

Fertilidad de suelos, riego y producción agrícola.

Los radisótopos y los isótopos estables se utilizan para detectar, medir, o seguir el destino final de los
fertilizantes aplicados al suelo, así como para determinar la disponibilidad de nutrientes del suelo, y su
uso en las plantas. Las técnicas nucleares también se han empleado para determinar la humedad del suelo.
y los isótopos estables, para evaluar el proceso natural de fijación del nitrógeno y así mejorarlo.
El examen de los problemas inherentes a la intensificaciónde los cultivos y a las mayores presiones
que se ejercen sobre los escasos recursos de que se dispone en tierras agrícolas y forestales, ha puesto en
claro que el nitrógeno es un elemento indispensable para atender en el futuro inmediato a las necesidades
mundiales de alimentos, pienso, combustible y fibras. En consecuencia, a menudo se hace necesaria
la aplicación de fertilizantes nitrogenados para obtener los niveles de producción agrícola deseados.
Con todo, los estudios han indicado que los cultivos sólo asimilan una parte del fertilizante aplicado
al suelo y que el nitrógeno propio del suelo y el nitrógeno utilizado como fertilizante escapan en crecientes
cantidades al medio ambiente como contaminantes, según los métodos de fertilización adoptados.
La entrada de los compuestos nitrogenados en la tierra y las aguas superficiales contamina el agua
potable y provoca la eutrofización de las masas de agua interiores. La liberación de compuestos de
nitrógeno gaseoso también repercute negativamenteen el medio ambiente mediante procesos químicos y
microbiológicos como la volatilización del amoníaco,la formación de óxidos de nitrógeno, y la
desnitrificación. Estos problemas exigen que se haga un uso eficaz de los fertilizantes en la producción
agrícola, sobre todo de los fertilizantes nitrogenados.a fin de reducir al mínimo las repercusiones ambientales.
El nitrógeno 15, uno de los isótopos estables, ha resultado ser un instrumento muy útil para estudiar
cuantitativamente el comportamiento y las transformaciones de los fertilizantes nitrogenados en el
medio ambiente, y detectar sus residuos en los sistemas agroecológicos. Los Laboratorios de Seibersdorf
han desempeñado un papel primordial en los programas coordinados de investigación sobre el uso
eficaz de los fertilizantes en los cultivos de cereales mediante la elaboración de técnicas isotópicas adecuadas, el suministro de servicios analíticos y la transferencia de esta tecnología por medio de la
capacitación científica. La adopción de mejores métodos de fertilización permite utilizar menos fertilizantes para producir el mismo volumen de alimentos. En muchos países esto se ha traducido en un ahorro de muchos millones de dólares anuales y en la disminución de los niveles de nitrógeno en el medio ambiente.
Las técnicas basadas en el nitrógeno 15 también han demostrado ser una ayuda indispensable para
comprobar los cambios registrados en el nitrógeno disponible en el suelo y evaluar sobre el terreno las
pérdidas por desnitrificación y la fijación biológica del nitrógeno. En los Laboratorios de Seibersdorf se elaboraron gran parte de los métodos basados en el uso del nitrógeno 15 para evaluar la cantidad de nitrógeno fijado biológicamente en leguminosas cultivadas sobre el terreno, métodos éstos que se han adaptado posteriormente a otros sistemas de fijación del nitrógeno. Las actividades de investigación en curso están destinadas a maximizar el uso de esta otra fuente de nitrógeno suplementaria en varios sistemas agrícolas,incluida la agricultura forestal. Las plantas fijadoras de nitrógeno utilizan el nitrógeno presente en grandes cantidades en la atmósfera mediante un proceso en que interviene indirectamente la energía solar.
Este proceso es más seguro desde el punto de vista medioambiental y no entraña los riesgos de contaminación asociados con el uso indiscriminado de fertilizantes químicos .En el futuro se prevé utilizar técnicas isotópicas para estudiar el ciclado de los nutrientes (sobre todo, el nitrógeno y el fósforo) en determinados sistemas agroforestales.

Los helechos catapultan sus esporas a 10 metros por segundo.

15 de Marzo, 2012.

Un grupo internacional desgrana la manera en que los helechos dispersan sus células para reproducirse. Los resultados demuestran la importancia del tiempo en la precisión de los disparos.

Del mismo modo que los soldados medievales utilizaban la catapulta para derribar murallas y conquistar nuevas tierras, los helechos (Pteridophyta) catapultan sus esporas con lanzamientos que alcanzan los 10 metros por segundo. Un grupo internacional de científicos publica esta semana en Science la “belleza de este mecanismo de dispersión”.

“Otras plantas y hongos han desarrollado muchas estrategias para expulsar esporas, pero los helechos son únicos”, explica a SINC uno de los autores del estudio, Xavier Noblin. El investigador se sorprende “en el sentido de que la naturaleza ha hecho un trabajo buenísimo en la explotación de tantas leyes físicas diferentes”, y añade: “La evaporación y la deformación elástica son comunes, pero la dinámica poroelástica es más sutil. Los humanos tenemos grandes dificultades para manipular presiones tan negativas y, en el momento preciso, generar una burbuja de cavitación, tal y como lo hace el esporangio del helecho”.

Las esporas reproductivas de las plantas y los hongos son cápsulas llenas de vida que, a través del viento y las corrientes de aire, se diseminan en el ambiente. La presión de la selección natural ha perfeccionado estos mecanismos. En el caso del helecho, el tiempo de cierre de la catapulta es crucial para lanzar estas células a velocidades superiores.

A nivel microscópico, las esporas se organizan en anillos de una docena de células aproximadamente. Cuando pierden agua por evaporación, se abren al secarse y la tensión del  engrosamiento radial de las paredes lanza las esporas de una manera similar a la de una catapulta. La investigación compara este proceso de colapso interno con “la extensión de un acordeón en las manos de un músico”.

A diferencia de la estructura de las catapultas humanas, el sistema de lanzado de las esporas del helecho no tiene larguero que detenga el movimiento a mitad de camino.   Ahora, la investigación desvela por qué el helecho no lanza su munición al suelo. El secreto está en la estructura espumosa de la pared del anillo, que lleva dos escalas de tiempo diferentes, debido a la elasticidad y la disipación.

En la primera etapa de cierre, la energía elástica almacenada en la pared del anillo se convierte en energía cinética en solo unas pocas decenas de microsegundos. El flujo de agua a través de los pequeños poros en la pared constituye la segunda escala. En este caso, mucho más larga, de decenas de milisegundos.

La diferencia entre estas dos escalas de tiempo provoca el frenazo brusco de la catapulta a mitad del recorrido, lo que permite que las esporas se expulsen a una velocidad de más de 10 metros por segundo.

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Dos cepas de bacterias aumentan la producción y la calidad de tomates y pimientos.

 Miércoles 5 de Setiembre, 2012.

La Universidad de Salamanca, en España, presenta un nuevo avance hacia la consecución de una agricultura sostenible viable gracias a la biotecnología. Un grupo de investigación reconocido ha aislado dos cepas de bacterias del género Rhizobium que tienen efectos positivos sobre el crecimiento y la producción del tomate y del pimiento, lo que permitiría disminuir el uso de fertilizantes químicos en el cultivo de estos productos.

Durante años el equipo de investigación (GIR) 'Interacciones Microorganismo Planta' se ha dedicado a estudiar la simbiosis entre los microorganismos del género Rhizobium y las plantas leguminosas, que se establece por la formación de nódulos en las raíces de estos vegetales y que tiene beneficios mutuos para plantas y bacterias.

Sin embargo, "el papel que puede tener este género de microorganismos en asociación con plantas no leguminosas, como es el caso del tomate y del pimiento, está menos estudiado", según explican los investigadores.

La investigación publicada en PLoS ONE ha demostrado que dos cepas de Rhizobium que se aislaron de dos leguminosas, el trébol y la alubia, "presentan una buena actividad como promotores del crecimiento vegetal in vitro y que dan buenos resultados en la producción no sólo de las plantas hospedadoras, sino también en tomates y pimientos", comenta Encarnación Velázquez, investigadora de la Universidad de Salamanca y autora del artículo.

 El resultado es que la inoculación de estas cepas consigue un incremento en el desarrollo y en la producción de las dos plantas. "En el caso del pimiento se trata de un aumento muy significativo en cantidad, mientras que en el caso del tomate se incrementa sobre todo la calidad", asegura la científica.

Esta calidad se establece a través de catas y, de una forma más objetiva, a través de la medición de componentes como el potasio, el fósforo, el nitrógeno o la presencia de componentes fenólicos, sustancias que se asocian con una mayor protección frente a patologías cardiacas.

Los científicos conocen los mecanismos que provocan estos efectos positivos para la planta. Por ejemplo, estas dos cepas producen fitohormonas y además incrementan en la planta los niveles de nitrógeno y fósforo, "un nutriente este último muy importante, responsable de cualidades organolépticas como el sabor o el color", señala Raúl Rivas, otro investigador del equipo. Además, una de ellas también produce compuestos sideróforos, que captan hierro y dificultan el crecimiento de hongos y otros microorganismos patógenos para la planta.

Lo más importante de esta línea de investigación es que abre una alternativa para practicar una agricultura ecológica segura. "A los cultivos ecológicos no se les añaden fertilizantes nitrogenados, pero sí estiércol como abono y esto podría ocasionar problemas sanitarios como la presencia de cepas patógenas de Escherichia coli, la bacteria que ocasionó la crisis alimentaria de Alemania, que en un principio se comunicó que procedía de pepinos importados de España, pero que finalmente se atribuyó al consumo de brotes de alholva procedentes de Egipto", subrayan los autores.

El equipo intenta sustituir el empleo masivo de abonos químicos "por microorganismos beneficiosos que suministren a la planta los nutrientes que necesita", señala Pedro Mateos, otro de los investigadores del grupo. Estas cepas se encuentran en la naturaleza, pero hay que seleccionarlas y estudiar sus efectos con el objetivo de conseguir inoculantes seguros que se puedan aplicar en todo tipo de cultivos. En este caso, se ha investigado en plantas no leguminosas, pero el género Rhizobium es bien conocido sobre todo por sus interacciones con las leguminosas.

Además, se trata de microorganismos ampliamente estudiados por este y otros grupos de investigación del mundo en las últimas décadas, de manera que está comprobada su seguridad. "Estamos hablando de interacciones beneficiosas entre plantas y microorganismos que aportan a las plantas sustancias que les permiten crecer, nutrirse y defenderse mejor de patógenos", apunta Eustoquio Martínez, investigador principal del grupo.

Según los científicos, la agricultura del futuro exige eliminar gradualmente el uso de fertilizantes químicos por la contaminación ambiental que ocasionan y porque consumen muchos recursos para su fabricación. De hecho, la normativa europea apuesta por una agricultura sostenible que sólo puede desarrollarse a través de la biotecnología. (Foto: DiCYT)

Método para secuenciar directamente ARN vegetal.

Jueves, 30 de Agosto, 2012.

El trabajo de muchos genes consiste en codificar proteínas, pero en este proceso de crear proteínas a partir de la información del ADN actúa una sustancia intermedia llamada ARN. Al secuenciar el ARN, se puede apreciar exactamente qué fragmentos del genoma crean las proteínas y qué genes son activados en diferentes células en momentos particulares.

Hasta ahora, los científicos habían secuenciado el ARN por un procedimiento indirecto y bastante tortuoso, que a menudo introduce distorsiones e incluso errores. En cambio, el nuevo método permite secuenciar el ARN directamente.

Y ya se ha puesto en práctica, para secuenciar los genes de la planta Arabidopsis. Este método, que permite a los investigadores determinar dónde termina exactamente cada gen de una planta, podría ser aplicado a cultivos con la esperanza de impulsar las labores de obtención de nuevas variedades.

Esta investigación pionera, con financiación del Consejo de Investigaciones en Biotecnología y Ciencias Biológicas (BBSRC), del Reino Unido, ha surgido de la colaboración entre un equipo de biólogos dirigidos por el Dr. Gordon Simpson del Instituto James Hutton en el Reino Unido, expertos en computación dirigidos por el profesor Geoff Barton en la Universidad de Dundee, y un grupo técnico de la empresa Helicos Biosciences, con sede en Cambridge, Massachusetts, Estados Unidos.

 Esta técnica permite que los científicos determinen dónde acaban los genes con una certeza sin precedentes. Tal como explica el Dr. Simpson, esto es importante por dos razones. Primeramente, ayuda a encontrar genes individuales dentro de los genomas y deducir qué es lo que hacen. Segundo, brinda datos sobre cómo se están comportando las células.

Usando esta técnica, se puede determinar de manera inequívoca dónde acaban los genes, contar cuántos genes están activos y hasta saber la hebra de ADN de la cual se copió el ARN. El Dr. Simpson y sus colegas han encontrado nuevos extremos para miles de genes, y han encontrado genes cuya existencia no era conocida.

La enorme cantidad de datos y la novedad del procedimiento necesitaron que los expertos en computación de la Universidad de Dundee adoptaran nuevos enfoques. Sasha Sherstnev, quien realizó buena parte del análisis, cuenta con experiencia previa trabajando en el CERN en la búsqueda del bosón de Higgs. Gracias a esto, aportó la pericia necesaria para afrontar el reto de manejar grandes cantidades de datos en modos inevitablemente nuevos, derivados de los cambios en la tecnología de secuenciación.

Las plantas escogen la pareja para reproducirse.

GRANADA, ESPAÑA (22/ENE/2011).- El estudio ha sido presentado este viernes en la Estación Experimental del Zaidín del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) por el científico de la Universidad de Birmingham Javier Andrés Juárez-Díaz, quien ha partido de la exploración de cuáles son las moléculas presentes en el pistilo de la flor que permiten que la amapola sea capaz de diferenciar su polen del de otra planta similar para evitar la autofecundación. Con este sistema de reproducción, conocido como "autoincompatibilidad", la amapola es completamente estéril con respecto a su propio polen pero fértil con respecto a granos de polen no propios. El investigador ha explicado cómo su grupo de investigación ha logrado que este sistema funcione también en otras especies de plantas que en un principio pueden fecundarse a ellas mismas, como la hierba "Arabidopsis thaliana", la primera planta cuyo genoma se secuenció por entero en una tarea finalizada en diciembre de 2000. Los genes implicados en el sistema de "autoincompatibilidad" de la amapola han sido transferidos a estas otras especies vegetales mediante una técnica que consiste en el uso de pequeñas partículas de oro que son recubiertas de ADN. Estas partículas, que se disparan a las células vegetales jóvenes, entran en las células, en las que dejan algo del material genético que portan para su posterior transformación. De este modo, se consiguen plantas que dejan de ser capaces de reproducirse usando su propio polen y necesitan el polen de otra planta de la misma especie. "Las plantas también son capaces de escoger la pareja con la que van a tener su descendencia", ha declarado Juárez-Díaz, quien ha añadido que "en concreto, es la parte femenina de la planta la que decide qué polen la va a fecundar". Este avance científico puede ser de utilidad práctica en la mejora de las plantas híbridas -producto del cruzamiento de dos variedades genéticamente diferentes-, así como en el control de cultivos de plantas transgénicas. En concreto, el descubrimiento se puede aplicar a la mejora de cultivos, pues los científicos podrán introducir el polen de, por ejemplo, una planta de cebada en otra planta similar previamente seleccionada y así conseguir especies cruzadas de forma artificial para obtener semillas de unas características determinadas.

Impacto Ambiental de los Transgénicos en Latinoamérica.

SAN JOSÉ, COSTA RICA (28/FEB/2011).- Un estudio a cargo de organismos internacionales y universidades de Costa Rica, Colombia, Brasil y Perú buscará medir el impacto ambiental de los cultivos transgénicos en Latinoamérica, informó hoy el Instituto Interamericano de Cooperación para la Agricultura (IICA). La investigación observará si los organismos genéticamente modificados, popularmente conocidos como transgénicos, generan daños ambientales. Entre las variables que los científicos estudiarán destacan "si las semillas transgénicas plantadas en una zona pueden movilizarse, por medio del viento o la polinización de las aves, y mantener sus rasgos en el nuevo ambiente o transmitirlos a especies silvestres", indica un comunicado oficial. De acuerdo con el IICA, este tipo de estudios sobre biotecnología y bioseguridad se han desarrollado en Estados Unidos y Europa, pero nunca antes a gran escala en Latinoamérica. En cada uno de los países que participarán se analizarán cultivos específicos: en Brasil se estudiará la yuca, en Perú la papa, en Costa Rica el algodón y el arroz, y en Colombia el maíz, el algodón y el arroz. El proyecto no sembrará productos transgénicos, sino que se limitará en la observación de los ya existentes y se extenderá hasta julio de 2012. "La biotecnología es aún un tema en desarrollo en América Latina, vemos países con una industria consolidada, como Brasil, y otros que apenas están empezando a experimentar en el campo. Esto genera que existan muchas dudas y mitos, que van a poder ser esclarecidos a través del estudio", explicó el especialista en bioseguridad del IICA, Bryan Muñoz. El especialista del Centro de Investigación en Biología Celular y Molecular de la Universidad de Costa Rica, Federico Albertazi, detalló que el estudio pretende concluir "si los transgénicos causan un impacto en el ambiente, si es así cuál es ese impacto y en qué porcentaje" De este modo, aseguró, se espera poder contar con las bases "para que se puedan tomar las acciones del caso en materia de bioseguridad con datos duros de la misma región y no procedentes de otras áreas, como se ha hecho hasta ahora". En el proyecto participan también el Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), el Centro de Investigación Ambiental y la Universidad Estatal de Campiñas de Brasil, la Corporación Colombiana de Investigación Agropecuaria, y el Consejo Nacional del Ambiente de Perú, así como la Universidad Nacional Agraria La Molina y el Centro de Internacional de la Papa del Perú.

LA PAPA Y LA BIOTECNOLOGÍA.

Los nuevos instrumentos de la biología molecular y los cultivos de células han permitido a los científicos entender mejor la reproducción, el desarrollo y la producción de tubérculos en la papa, la interacción de esta planta con las plagas y las enfermedades, y la forma en que afrontan las presiones ambientales. Estos adelantes han ofrecido a la industria de la papa nuevas oportunidades al incrementar la producción de papa, enriquecer su valor nutritivo y permitir una variedad de usos no alimentarios del almidón de la papa, como en la producción de polímeros de plástico.

Producción de material de propagación de gran calidad:
A diferencia de otros de los principales cultivos, las papas se reproducen en forma vegetativa, como clones, lo que garantiza una propagación estable, “auténtica”. Sin embargo, los tubérculos que se toman de plantas enfermas transmiten la enfermedad a las plantas que generan. Para evitarlo, el tubérculo que se usa como semilla tiene que producirse en condiciones de estricto control de las enfermedades, lo que encarece el costo del material de propagación y, de esta manera, limita su disponibilidad para los agricultores de los países en desarrollo.

La micropropagación o propagación in vitro ofrece una solución económica al problema de la presencia de patógenos en la papa semilla. Las plántulas se pueden multiplicar un número ilimitado de veces cortándolas en fracciones y sembrando estos cortes. Con las plántulas se pueden producir pequeños tubérculos en almácigas o transplantarse al terreno, donde crecen y producen papas semilla económicas y sin enfermedades. Esta técnica es muy popular y se utiliza comercialmente en muchos países en desarrollo y países en transición. En Viet Nam, por ejemplo, la micropropagación manejada directamente por los agricultores contribuyó a la duplicación de las cosechas en pocos años.

Protección e investigación de la diversidad de la papa:
La papa tiene la diversidad genética más abundante de cualquier otra planta cultivada. Los recursos genéticos de las papas de los Andes sudamericanos incluyen variedades silvestres, especies autóctonas cultivadas, variedades producidas por los agricultores locales e híbridos de plantas cultivadas y plantas silvestres. Contienen una gran cantidad de características importantes, como la resistencia a plagas y enfermedades, valor nutritivo, gusto y adaptación a condiciones climáticas extremas. Constantemente se recogen, clasifican y conservan en bancos de genes, y algunas de sus características se introducen en líneas comerciales de papas mediante cruzamiento.

Para proteger las colecciones de variedades, así como las variedades silvestres y las cultivadas de posibles enfermedades y brotes de plagas, los científicos utilizan distintas técnicas de micropropagación para mantener muestras de papa in vitro, en condiciones estériles. Las accesiones se estudian intensivamente con marcadores moleculares, las secuencias del ADN que se localizan en lugares específicos de los cromosomas del genoma y se transmiten a través de las leyes normales de la herencia.

Obtención de variedades mejoradas:
La genética y la herencia en las papas son complejas y la creación de variedades mejoradas mediante el cruzamiento tradicional es difícil y toma mucho tiempo. Hoy se utilizan mucho las técnicas de marcado molecular basadas en el cribado y otras técnicas moleculares, con el fin de mejorar y ampliar los métodos tradicionales utilizados para producir la papa. La aplicación de marcadores moleculares a las características de interés permite determinar los rasgos convenientes y simplifican la selección de variedades mejoradas. Estas técnicas se aplican actualmente en diversos países en desarrollo y países en transición, y se prevé que en los próximos años se comenzarán a comercializar algunas de estas variedades.

El Potato Genome Sequencing Consortium (Consorcio para la secuencia del genoma de la papa) está avanzando mucho en el trazado de la secuencia completa del ADN del genoma de la papa, lo que enriquecerá el conocimiento de los genes y proteínas de esta planta y de sus características funcionales. Los adelantos técnicos en materia de genómica estructural y funcional de la papa, y la capacidad de integrar los genes de interés en el genoma de la papa, han incrementado la posibilidad de transformación genética de esta planta con tecnologías de recombinación del ADN. A principios del decenio de 1990, en el Canadá y los Estados Unidos se comercializaron variedades transgénicas resistentes al escarabajo de la papa y a enfermedades virales, y seguramente saldrán a la venta en el futuro otras variedades mejoradas.

Las variedades transgénicas de papa permiten aumentar la productividad y la producción, y crear nuevas oportunidades para uso no alimentario industrial. Sin embargo, es necesario ponderar con atención todos los aspectos relacionados con la bioseguridad y la inocuidad antes de ponerlas en el mercado.
http://www.potato2008.org/es/lapapa/biotecnologia.html