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BRÓCOLI EN EL ESPACIO: CÓMO LOS PROBIÓTICOS PODRÍAN AYUDAR A CULTIVAR VERDURAS EN MICROGRAVEDAD

Universidad de Washington2018-05-28

Seis semillas de brócoli estaban a bordo de la nave Orbital ATK Cygnus que se lanzó esta semana desde Wallops Island, Virginia, como parte de una misión de reabastecimiento de carga de la estación espacial . Tres de las semillas viajan al espacio como están, mientras que las otras tres estaban cubiertas con dos especies diferentes de bacterias, desarrolladas en la Universidad de Washington, que pueden vivir dentro de las plantas de cultivo y mejorar su crecimiento. Estos microbios “beneficiosos” , también llamados endófitos, también pueden ayudar a que las plantas crezcan mejor en ambientes de gravedad extrema baja, y donde podrían faltar nutrientes o agua.

El objetivo del experimento, llevado a cabo por estudiantes de Valley Christian High School en San José, California, es aprender a cultivar verduras en las exigentes condiciones de microgravedad de la estación espacial -y eventualmente en la luna y en Marte- como exploración espacial humana se expande Desarrollado por un equipo de 11 estudiantes, los experimentos en tierra iniciales demostraron ser exitosos, ya que el brócoli creció más rápido y significativamente más grande que el estudio de control.

“Sería ideal si pudiéramos cultivar cultivos para astronautas en la estación espacial o que estén basados ​​en lunar o en Marte sin la necesidad de enviar mezclas de macetas o fertilizantes”, dijo Sharon Doty, profesora de la Universidad de Washington en la Facultad de Ciencias Ambientales y Forestales. y un microbiólogo de plantas que aisló y caracterizó los microbios utilizados en este experimento. “Nos gustaría poder hacer que las plantas crezcan en lo que está disponible con una entrada mínima”.

Los estudiantes están participando en el programa “Quest for Space” de Quest Institute for Quality Education y están guiados por David Bubenheim de la Rama de Ciencia Biosférica del Centro de Investigación NASA-Ames y John Freeman de Intrinsyx Technologies. El experimento fue preparado en un laboratorio de vuelo ubicado en NASA-Ames Research Center en California.


Brócoli en el espacio: cómo los probióticos podrían ayudar a cultivar verduras en microgravedad

Los estudiantes de Valley Christian High School en San Jose, California, preparan su experimento. Crédito: Deborah Rigg

 

Freeman ha probado muchas plantas a bordo de la Estación Espacial Internacional, y también ha utilizado estos mismos microbios para mejorar el crecimiento de plantas de cultivo como tomates, lechuga, soja, trigo, maíz y brócoli. Freeman descubrió que las plantas prosperan, incluso cuando se les administra menos agua y nutrientes esenciales como nitrógeno y fósforo.


Su trabajo también confirma un estudio de 2016 en el que Doty y sus coautores encontraron que las plantas pueden tolerar mejor la sequía y otros factores estresantes ambientales con la ayuda de microbios naturales que proporcionan nutrientes a sus socios de la planta.


Estas plantas específicas de endofitos y brócoli fueron elegidas para el experimento de vuelo espacial porque se desempeñaron bien juntas en pruebas de invernadero en condiciones de crecimiento similares a las de Marte, donde el nitrógeno y el fósforo son limitados, dijo Freeman.


Si bien se han llevado a cabo varios experimentos diferentes de cultivo de vegetales a bordo de la Estación Espacial Internacional, este es el primero que estudia los microbios naturales para ayudar posiblemente a que las plantas crezcan bajo las limitaciones de nutrientes y en microgravedad, dijo.


“En el espacio, las plantas están muy estresadas y no crecen ni se reproducen bien”, explicó Freeman. “Queremos que las plantas crezcan mejor. Estamos probando el brócoli porque se considera una fuente de alimento anticancerígeno que es un buen candidato dietético para los exploradores del espacio profundo”.


Los microbios utilizados en este experimento provienen de plantas silvestres de sauce como estas que crecen a lo largo del río Snoqualmie. Crédito: Sharon Doty / Universidad de Washington
 

Los microbios primero se encapsulan dentro de un recubrimiento que cubre las semillas de brócoli, que protege las semillas de la deshidratación y permite un almacenamiento en seco seguro antes de que las semillas se hidraten y crezcan en órbita. Cuando las semillas de brócoli recubiertas de endófito lleguen a la  , se hidratarán en una pequeña cámara de crecimiento vegetal que proporciona luz constante para promover la fotosíntesis. Las cámaras tomarán imágenes de las plántulas a intervalos regulares, lo que ayudará a los investigadores de la escuela secundaria y sus mentores a rastrear el crecimiento general de las plántulas.

Después de que las plantas regresen del espacio, los estudiantes medirán su crecimiento y contenido de clorofila y compararán el brócoli inoculado con aquellos que crecieron sin microbios.

Por separado, Doty y su equipo recibirán muestras de plantas para investigar qué tan bien las dos especies de microbios colonizaron el brócoli en el espacio, y si fueron tan efectivos como cuando crecieron en la Tierra.

“Queremos saber si los microbios aún encuentran su camino dentro de la planta incluso en microgravedad, y si alguna de las señales de planta requeridas se basan en la tierra”, dijo Doty. “Necesitamos probar si todavía están funcionando de la manera que esperaríamos al crecer en un entorno diferente como la microgravedad”.

Doty y su equipo de UW aislaron los microbios utilizados en este experimento hace más de una década a partir de plantas silvestres de sauce que crecían en tierras deficientes en nutrientes entre las rocas y la arena a lo largo del río Snoqualmie. Las plantas ya habían seleccionado los mejores microbios para ayudarlos a crecer en condiciones difíciles, por lo que los investigadores aprovecharon estas cepas microbianas clave y las utilizaron para ayudar a las plantas de cultivo, pastos y árboles a crecer en ambientes difíciles.

Brócoli en el espacio: cómo los probióticos podrían ayudar a cultivar verduras en microgravedad
Sauce y álamos que crecen a lo largo del río Snoqualmie. Crédito: Sharon Doty / Universidad de Washington
 

Estos microbios pueden beneficiar a las plantas de todo tipo, ayudándolas a convertir el nitrógeno del aire en nutrientes esenciales para la planta y reducir la necesidad de fertilizantes sintéticos, en el caso de las plantas de cultivo como el brócoli .

En proyectos separados, Doty y su laboratorio, junto con Bubenheim y Freeman, están comenzando a evaluar si las plantas que reciben el sauce natural y los microbios de álamo pueden crecer en condiciones que existen en la Luna y en Marte. Usan regolito simulando material rocoso molido sin materia orgánica, que imita las condiciones extraterrestres en ambos lugares para ver si los microbios pueden ayudar a las plantas a crecer en condiciones duras. El trabajo también forma parte del Programa de Astrobiología de la Universidad de Washington, que fue el primer programa universitario de este tipo cuando se lanzó hace 20 años.

“Este es el primer paso en lo que espero se convierta en un programa de investigación a muy largo plazo para desarrollar una habitación en Marte y en la Luna de una manera muy eficiente utilizando la simbiosis natural en lugar de tratar de llevar fertilizantes químicos a esos ambientes”, dijo Doty.

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