La agricultura está intrínsecamente ligada a las temperaturas ambientales, y la reciente tendencia al calentamiento global ha generado nuevos desafíos. Las olas de calor extremas se han vuelto más frecuentes, lo que ha provocado una reducción del rendimiento de los cultivos y representa una amenaza significativa para la seguridad alimentaria y la sostenibilidad agrícola.
La temperatura global ha aumentado 1.25 °C debido a la intensificación de las actividades humanas, y se estima que superará los 1.5 °C en una década. Por cada °C de aumento, la producción de cultivos importantes como el trigo, el arroz, el maíz y la soja disminuye aproximadamente un 1 %, un 6.0 %, un 3.2 % y un 7.4 %, respectivamente. Comprender cómo las plantas se adaptan y toleran las altas temperaturas es crucial para abordar los problemas de seguridad alimentaria mundial exacerbados por el calentamiento global.
1. ¿Cómo detectan y responden las plantas a la temperatura?
Las plantas tienen un rango de temperatura óptimo para su crecimiento, y la morfogénesis térmica ocurre en condiciones suaves, como la elongación del hipocótilo y la floración temprana. El estrés térmico no se define por una temperatura absoluta, sino por superar la temperatura óptima de crecimiento de la planta entre 5 °C y 10 °C. Los receptores de temperatura exactos en las plantas aún no se han identificado, pero la investigación ha desvelado varias pistas:
1. Los cambios en la fluidez de la membrana y la conformación de las proteínas debido a los cambios de temperatura pueden ser el primer evento en la percepción de la temperatura.
2. Las señales intracelulares activan segundos mensajeros como los iones de calcio (Ca2+) y las especies reactivas de oxígeno (ROS), que transmiten señales de calor a las respuestas posteriores.
3. Los cambios en las proteínas intracelulares, como la formación de gránulos de estrés térmico que mejoran la termotolerancia, son parte de la respuesta de la planta.
4. Las señales de calor se transmiten además al núcleo, regulando la expresión de genes relacionados con el estrés térmico y sintetizando proteínas de choque térmico y ubiquitinas, que participan en la estabilización enzimática clave y en actividades fisiológicas bajo estrés térmico.
2. ¿Cómo afrontan las plantas el estrés por altas temperaturas?
Las plantas terrestres son estacionarias y deben lidiar con las fluctuaciones de temperatura en su entorno. Han desarrollado mecanismos integrales para combatir el daño térmico:
1. Estomas como ventanas termorreguladoras: Los estomas son los principales sitios de fotosíntesis, respiración y transpiración, y se encuentran entre los primeros órganos en responder al estrés térmico. El aumento de la conductancia estomática y la mayor transpiración ayudan a enfriar la planta, pero pueden provocar una pérdida excesiva de agua y marchitamiento.
2. Regulación de hormonas vegetales: Diversas hormonas vegetales, como el ácido abscísico (ABA), el ácido salicílico (SA), el etileno (ETH) y las brasinólidas (BR), intervienen en la respuesta de la planta al estrés térmico. La acumulación de ABA durante la recuperación del estrés térmico ayuda a las plantas a desarrollar termotolerancia, mientras que el SA desempeña un papel crucial en la termotolerancia sistémica adquirida y la señalización de la respuesta hipersensible.
3. Activación de los sistemas antioxidantes: Las altas temperaturas provocan una explosión de ROS, lo que provoca daño oxidativo irreversible. Las plantas producen enzimas antioxidantes como la superóxido dismutasa (SOD), la ascorbato peroxidasa (APX), el ascorbato (AsA) y la deshidroascorbato reductasa (DHAR) para mitigar el daño causado por las ROS y mejorar la termotolerancia.
4. Acumulación de reguladores osmóticos: Bajo estrés por altas temperaturas, las plantas acumulan reguladores osmóticos para mejorar su resistencia. Aplicación exógena de sustancias como espermina y flavonoides. ácido gamma-aminobutírico (GABA), prolina, trehalosa, sorbitol, glicina betaína, y las poliaminas pueden estabilizar las enzimas antioxidantes y participar en la eliminación de ROS.
Otros materiales como S-ABA, oligosacárido de alginato, extracto de algas y brassinolida También se puede utilizar en la tolerancia al estrés de los cultivos.
3. El papel de los bioestimulantes tolerantes al estrés en el estrés térmico de las plantas
Los STB (Bioestimulantes de Tolerancia al Estrés) son una clase de bioestimulantes que promueven la resistencia de las plantas al estrés. Los STB pueden activar la síntesis y acumulación de ABA en las plantas, mejorando su tolerancia al estrés por altas temperaturas mediante la regulación estomática, la regulación iónica, el ajuste osmótico y la modulación de especies reactivas de oxígeno, facilitando así la recuperación del crecimiento post-estrés.
El calentamiento global se ha convertido en una grave amenaza para la seguridad alimentaria y el desarrollo humano. El STB, como bioestimulante ecológico y eficiente, desempeña un papel fundamental en la lucha contra el calentamiento global, la garantía de la seguridad alimentaria y la promoción del desarrollo agrícola sostenible.