¿Qué bacteria promotora del crecimiento usaremos para cultivar nuestras plantas en suelos salinos?

Como comentábamos en la anterior entrada dedicada a nuestro proyecto, uno de sus objetivos es valorar la tolerancia de determinadas plantas (maíz y carilla) ante suelos con elevada concentración salina. El exceso de sales en los suelos causa en las plantas estrés osmótico y altera el equilibrio homeostático de las mismas con el resultado de un menor crecimiento de las mismas. El segundo objetivo es comprobar si determinados microorganismos podrían favorecer el desarrollo de las plantas en estos ambientes de alta salinidad. Y para ello, el primer requisito es que estas bacterias sean capaces de sobrevivir en medios con una elevada concentración de sales. 

Pseudomonas putida: imagen a microscopía confocal (izda.) y electrónica (dcha.). Cortesía de Juan de Dios Alché.

Nuestro punto de partida para seleccionar los microorganismos han sido los experimentos de tolerancia a sales -concretamente a clorato potásico- que llevamos a cabo en nuestro proyecto sobre Marte. Tras valorar estos resultados todos habéis coincido en que las bacterias más adecuadas son: Bacillus subtilis, Pseudomonas putida y Halomonas sp. Nuestra primera actividad ha sido investigar en la literatura si alguna de las anteriores pudiera tener un efecto promotor del crecimiento de las plantas en presencia de concentraciones elevadas de sales. Vuestras propuestas, así como la justificación bibliográfica, se pueden consultar en la sección de comentarios de la entrada anterior. Incluyo aquí las más citadas o las que parecen más relevantes.

Pseudomonas putida:

Costa Gutiérrez, S.B. (2019). Microflora de la rizósfera de soja en condiciones de alta salinidad: aislamiento y estudio de cepas de Pseudomonas putida benéfica frente al estrés salino. Enlace.

Hernández Montiel et al. (2020). Respuestas morfologías-productiva de plantas de pimiento morrón biofertilizadas con Pseudomonas putida y dosis reducidas de fertilizantes sintéticos en invernadero. Terra Latioamericana 38(3): 583-596. (Enlace).

Halomonas sp:

Desale et al. (2013). Plant Growth promoting properties of Halobacillus and Halomonas sp. in presence of salinity and heavy metals. Journal of Basic Microbiology, 54(8):781-791. (Enlace).

Tiwari et al. (2011). Salt-tolerant rhizobacteria-mediated induced tolerance in wheat (Triticum aestivum) and chemical diversity in rhizosphere enhance plant growth. Biology and Fertility of Soils, 47, article number 907. (Enlace).

Bacillus subtilis:

Sánchez López et al. (2016). Efecto de las PGPB sobre el crecimiento de Pennisetum clandestinum bajo condiciones de estrés salino. Rev. Colomb. Biotecnol. 16(1):65-72. (Enlace).

Calhabeu Ferreira et al. (2018). Bacillus subtitles improves maize tolerance to salinity. Ciencia Rural, v48:08. (Enlace)

Cultivar en suelos salinos es una necesidad en nuestro planeta. La acción antrópica, el calentamiento global por ejemplo, está aumentando la extensión de las zonas desérticas, en las que la alta concentración de sales en el suelo impide el crecimiento de las plantas. La investigación en este campo es, por ello, muy importante. Pero también puede ser un problema a resolver en el cada vez más que probable escenario de establecer colonias humanas en otros mundos, como la Luna o Marte. 

En proyectos anteriores hemos evaluado la supervivencia de microorganismos en las condiciones de Marte o el crecimiento de plantas en suelos marcianos simulados de naturaleza puramente volcánica. Pero en Marte hay otros materiales que igualmente podrían presentar este problema debido a la presencia de sales en el suelo. La historia de Marte en el pasado fue similar a la de la Tierra, con grandes extensiones de agua líquida que se evaporó dejando importantes depósitos de sales en el suelo. El cráter Gale, estudiado por el rover Curiosity, es una estructura de impacto que en su momento contuvo un lago que posteriormente se secó.

Cráter Gale en Marte. Reconstrucción del lago que primigeniamente ocupaba la estructura de impacto.

Nuestra tarea es ahora investigar sobre los suelos salinos de Marte. En lugares como el cráter Gale hay un importante depósito de arcillas y se ha descubierto la presencia de sales. Es ahora momento de investigar sobre los resultados obtenidos por los rovers en la superficie de Marte. ¿Cuáles son las sales más abundantes en Marte? ¿Dónde se han encontrado? ¿En qué concentración? ¿Cuál es la composición de los suelos en los que aparecen? ¿Hay suelos similares en la Tierra? ¿Se podrían cultivar plantas en esos suelos? 

Nuestros comentarios deberán venir refrendados por las pertinentes referencias bibliográficas. Es importante citar los trabajos de la forma apropiada. Existen diversos formatos para hacer una referencia bibliográfica. En nuestro caso podemos adoptar el siguiente:

Autores, año de publicación, título del artículo, nombre de la revista, volumen, número de la primera y de la última página.

Debemos tomar e incluir también la dirección de internet donde se ha localizado el trabajo para facilitar futuras consultas.

¿Sueñan los pimientos con la medicina?

Capsicum annuum

Los pimientos (Capsicum annuum) son alimentos habituales en nuestra dieta. Existe un gran número de variedades, cada una de ellas con unas determinadas características culinarias. ¿Pero es esa la única utilidad que presentan estos frutos? Parafraseando a Philip K. Dick y al igual que hacían los androides en una de sus relatos más conocidos... ¿soñaría un pimiento con ser algo más que una simple hortaliza? ¿soñaría, por ejemplo, con tener utilidad terapéutica?

¿Sueñan los pimientos con la medicina? es el nombre del proyecto que desde el grupo de Antioxidantes, Radicales Libres y Óxido Nítrico en Biotecnología y Agroalimentación de la Estación Experimental del Zaidín y bajo la dirección del doctor José Manuel Palma Martínez vamos a desarrollar con nuestro alumnado de Anatomía Aplicada de primero de bachillerato. La promoción de la salud es uno de los objetivos principales de esta asignatura y este proyecto sin duda contribuye a ello a través de diversos enfoques como sus propiedades nutritivas, los efectos de su consumo o el uso de algunos de sus componentes como productos con actividad terapéutica para tratar diversas dolencias.

Este proyecto se enmarca dentro de la iniciativa del Consejo Superior del Investigaciones Científicas Cuenta la Ciencia, que en la Estación Experimental del Zaidín engloba a una serie de proyectos que se engloban bajo la actividad CAOS (Ciencias Agrarias On-line en Secundaria).

Ayer tuvimos nuestra primera sesión on-line con José Manuel Palma; nos acompañaron otros investigadores de la Estación Experimental del Zaidín. En ella pudimos conocer algunos de los hechos que justifican la elección del pimiento para este proyecto. Desde un punto de vista económico es la segunda hortaliza de mayor distribución en el consumo mundial; su importancia en la alimentación no deja lugar a dudas. En nuestro caso concreto, España es el quinto país del mundo en cuanto a la producción de pimientos y el segundo en cuanto a volumen de exportación. Desde un punto de vista culinario existen cientos de variedades de primientos, que a grandes rasgos podemos clasificar en dos grandes grupos: los dulces y los picantes. El sabor característico de estos últimos se debe a la presencia de un compuesto denominado capsaicina. Existe una amplia gama de variedades que se clasifican según su grado de pungencia, su picor, mediante la escala de Scoville. Pero además de contribuir al sabor de estas hortalizas, la capsaicina tiene otras aplicaciones que habremos de investigar; y puede que los pimientos contengan, además, otras sustancias con propiedades desconocidas aunque interesantes para la salud.

Estos principios son los que van a ir definiendo nuestro proyecto. Plantearemos una serie de tareas que habrá que ir resolviendo a lo largo de los próximos meses. Algunas requerirán documentarnos, bien bibliográficamente o a través de internet; otras estudiar los hábitos de consumo de pimientos en la sociedad; investigaremos su valor nutritivo, relacionaremos las distintas variedades con su contenido en capsaicina... Y también habrá lugar para experimentos de laboratorio. De todo ello iremos dejando constancia en este blog.

Sobrevivir en mundos salados

Sobrevivir en mundos salados es el nombre del nuevo proyecto que vamos a llevar a cabo en nuestras clases a lo largo de los próximos meses en nuestras clases de biología y que hoy hemos comenzado. Auspiciado por el Consejo Superior de Investigaciones Científicas dentro de la iniciativa Cuenta la Ciencia, es una de las actividades que engloba CAOS (Ciencias agrarias on-line en secundaria) un conjunto de proyectos dirigidos desde la Estación Experimental del Zaidín. De nuevo contaremos con la dirección de Manuel Espinosa, nuestro científico de cabecera durante los últimos cursos. 

La alta concentración de sales en el suelo es muy nociva tanto para las plantas como para el resto de los seres vivos. Es una consecuencia más del calentamiento global que está empobreciendo los suelos e indirectamente haciendo que se pierda biodiversidad cuando se destruyen tierras vírgenes para dedicarlas al cultivo. Manuel Espinosa nos ha hablado de las dos posibles soluciones. Una de ella es cultivar especies más tolerantes a las sales, obtenidas bien mediante cruces dirigidos y selección artificial o mediante la modificación genética o transgénesis. La otra posibilidad es usar microorganismos para proteger a las plantas de los efectos tóxicos de la abundancia de sales. Ejemplo de estos es la bacteria Pseudomonas stutzeri MJL19, aislada de la única planta que crece en los suelos salados de Salinas Grandes, una región de Argentina donde solo crece ese vegetal; esta bacteria es conocida nuestra y la hemos utilizado en nuestros proyectos sobre astrobiología.

Pero hablando de astrobiología, existen proyectos como Mars One, que plantean establecer colonias humanas en Marte. En ellas serían muy importantes los cultivos en suelos marcianos. En Marte, son muy abundantes los suelos de naturaleza volcánica; a valorar la posibilidad de cultivar plantas en suelos de esta naturaleza dedicamos nuestros trabajos de cuersos anteriores. Pero en Marte existen también otras zonas de naturaleza sedimentaria; estas se formaron en épocas muy antiguas en las que había agua líquida en la superficie del planeta rojo. Cuando esta se perdió, se originaron suelos con depósitos de sales. Así lo ha podido constatar el rover Curiosity en el cráter Gale. Entre aquellas se han detectado cloruro de sodio, sulfato de calcio y cloratos y percloratos, estos últimos muy tóxicos para los seres vivos pero con capacidad de originar salmueras, la única posibilidad de que en la actualidad haya agua líquida en Marte. Cultivar plantas en Marte puede requerir proteger a las plantas de sus efectos tóxicos.

Nuestro proyecto va a tener una doble vertiente. Por un lado tendremos que desarrollar una labor de investigación bibliográfica acerca de los efectos de las sales sobre las plantas, de cómo los microorganismos pueden protegerlas en ambientes salinos o de qué se conoce acerca de la composición salina de los suelos de Marte. Por otro lado desarrollaremos una fase experimental en la que comprobaremos el efecto de diversas sales sobre la germinación y el desarrollo de las plantas; las sales serán cloruro sódico, clorato potásico y sulfato de calcio. Las plantas serán maíz (Zea mays) y carilla (Vigna unguiculata). Valoraremos también el posible efecto protector de los microorganismos. Para ello seleccionaremos una bacteria de las que empleamos en nuestros proyectos anteriores sobre Marte. La imagen siguiente muestra la tolerancia de diversos microorganismos ante distintas concentraciones crecientes de clorato potásico.

En base a estos resultados previos y la información que podamos encontrar en la bibliografía sobre los efectos de estos microorganismos sobre el crecimiento y desarrollo de las plantas, justificaremos nuestra elección. De igual modo, ahora mismo estamos en la fase de definición del proyecto, por lo que también os pedimos vuestras aportaciones y así como propuestas y diseño de experimentos. Tenemos nuestro espacio para ello en los comentarios del blog. Y para acabar, una imagen de nuestros cultivos en suelo marciano simulado del proyecto anterior.