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El Instituto de Recursos Naturales y Agrobiología de Salamanca (IRNASA, centro del CSIC) estudia desde hace años los efectos del cambio climático sobre la fotosíntesis de las plantas y la productividad de cultivos como el trigo, la cebada y la alfalfa. En la actualidad acaba de iniciar un nuevo proyecto sobre cambios moleculares y funcionales que permitirían una mejor adaptación de la cebada a una de las principales características del cambio climático, el aumento de CO2 en la atmósfera.

De hecho, la emisión de gases a la atmósfera parece ser el desencadenante del cambio climático actual, según los expertos, ya que absorben la radiación infrarroja y de esta forma calientan la atmósfera, dando paso al resto de las consecuencias, entre las que se prevén sequías, episodios de precipitaciones intensas o degradación de los suelos. “Los investigadores estamos preocupados porque este cambio climático alterará muchos elementos del ambiente de los cultivos”, explica a DiCYT Pilar Pérez, científica del IRNASA que lidera el proyecto ‘Cambios moleculares y funcionales con impacto potencial en la adaptación al aumento de CO2 atmosférico en la cebada’, financiado por la Junta de Castilla y León.

En la actualidad, los niveles de CO2 atmosférico ya son muy superiores a los de la era preindustrial, pero a lo largo del siglo XXI podrían multiplicarse. En principio, el aumento de este gas es positivo para el reino vegetal. “El CO2 es un nutriente más que la planta toma a través de sus hojas y mediante el proceso de fotosíntesis lo transforma en biomasa”, explica la experta. Por eso, el aumento de este gas podría estimular la fotosíntesis y mejorar el crecimiento y rendimiento de los cultivos e incluso haría que las plantas consumieran menos agua, porque hace que cierren sus estomas, poros por los que pierden líquido en forma de vapor.

Por el contrario, el aumento de las temperaturas, entre 1 y 4 grados centígrados de media, podría perjudicar el desarrollo de los cultivos en regiones con un clima como el de Castilla y León. Sin embargo, “el aumento combinado de CO2 y temperatura puede compensar las pérdidas de producción agraria provocadas por la mayor sequía y el estrés de temperatura”, apuntan los investigadores.

Producción menor de lo posible

En definitiva, todo parece indicar que el aumento de CO2 constituye una buena oportunidad para lograr cultivos más rentables, pero en realidad los investigadores han observado que el incremento en la producción es “notablemente inferior a lo esperado”. Cuando las plantas crecen en un ambiente de CO2 elevado durante un tiempo prolongado “se produce un efecto de aclimatación que hace que la fotosíntesis no aumente tanto como podría hacerlo”, explica Pilar Pérez. La clave está en la pérdida de nitrógeno foliar y de rubisco, la enzima que cataliza la reacción que fija el CO2 atmosférico.

Por lo tanto, los expertos consideran que hay margen para incrementar la productividad a expensas del enriquecimiento en CO2 de la atmósfera. “Nuestra tarea será conseguir semillas que aumenten la producción en un clima cambiante, reduciendo al mismo tiempo la degradación del suelo y los recursos hídricos y limitando impactos ambientales como la emisión de gases con efecto invernadero”, señalan los científicos.

Mutagénesis

La mejora genética convencional, que ha usado el hombre seleccionando plantas a lo largo de los siglos para quedarse con las que tienen mejores características, es un proceso muy lento, pero los científicos pueden acelerar la generación de variabilidad en las plantas por la técnica de la mutagénesis, que consiste en tratar las semillas con productos que alteran su material genético, seguida de un proceso de selección de la descendencia. El resultado no son plantas transgénicas, ya que no se han insertado genes de forma artificial.

Usando este proceso, José Luis Molina, científico del UdL-IRTA, centro de investigación de Lleida, obtuvo un genotipo de cebada denominado G132 que es más tolerante a estos cambios ambientales. En colaboración con él, el IRNASA estudió en un proyecto anterior las características génicas, fisiológicas y bioquímicas de este mutante de cebada y su respuesta al aumento de concentración de CO2 en la atmósfera en comparación con la variedad de la que deriva, llamada Graphic.

Para realizar este trabajo, los científicos de Salamanca cuentan con cámaras de crecimiento con CO2 ambiente y con CO2 elevado incluso por encima de lo que se espera para finales de siglo. Además, también trasladan los cultivos al invernadero para analizar la evolución de la cebada desde el principio hasta el final.

Tras analizar genes y enzimas clave en la fotosíntesis y el metabolismo, lo más interesante es que cuando crece en CO2 elevado, el genotipo G132 no presenta el proceso de aclimatación y no pierde capacidad fotosintética. Por ejemplo, la cantidad de la importante proteína rubisco disminuye significativamente en Graphic, mientras que en la variedad mutada disminuye muy poco o incluso aumenta.

Comprender los cambios

Tras encontrar estas diferencias, los investigadores del CSIC afrontan ahora este segundo proyecto con el objetivo de averiguar a qué se deben esos cambios. “Eso nos ayudará a conocer y poder adaptar mejor las plantas al CO2”, comenta Pilar Pérez. Con esta información, se podrán seleccionar las semillas mejor adaptadas a las condiciones ambientales del futuro u obtener nuevas variedades con las características necesarias.

En esta ocasión, aunque se trata de una investigación básica aún lejos de lograr una variedad transferible, la empresa Cecosa Semillas ha mostrado su interés y aporta parte de la financiación del proyecto, en el que además de Pilar Pérez también participan los investigadores del IRNASA Rafael Martínez-Carrasco, Rosa Morcuende, Mónica Balsera y Juan Arellano, además de dos titulados técnicos y dos becarios que realizan su tesis doctoral en relación a este proyecto.