Las raíces seminales del maíz ayudan a atrapar nutrientes

Hace aproximadamente 9000 años, el hombre domesticó al teosinte, una gramínea silvestre mexicana. El resultado fue el maíz. Las dos plantas son muy distintas. El teosinte puede tener cientos de mazorcas con unos pocos granos cada una. El maíz, en cambio, suele tener solo una mazorca con cientos de granos. ¿Pueden las diferencias de debajo del suelo contribuir a generar diferencias sobre él? Alden Perkins y Jonathan Lynch examinaron el número de raíces seminales en plántulas de maíz y su efecto en la absorción de nutrientes.

Los botánicos denominan síndrome de domesticación a las diferencias entre plantas cultivadas y sus parientes silvestres. Algunas de estas diferencias son intencionales, como por ejemplo los frutos más grandes. Otros efectos pueden no ser intencionales pero necesarios para mantener la planta. Las raíces del maíz son un ejemplo. El maíz forma raíces seminales, que son raíces secundarias o laterales de la raíz primaria. Perkins y Lynch se refieren a un trabajo previo de Lynch donde determinaron que el maíz tiene en promedio 3.9 raíces seminales. Su pariente silvestre tenía 0.5.

Estas raíces pueden ser parte de lo que permitió que el maíz fuera un cultivo exitoso. El ser humano originalmente domesticó esta planta en los suelos tropicales del sur de México. Aquí, los nitratos se filtran fácilmente del suelo, y no hay mucho fósforo. Cuando los agricultores llevaron la planta a las tierras altas de México, tuvieron otro problema. Los suelos volcánicos deberían ser fértiles, pero los suelos de las tierras altas mexicanas tienen una alta fijación de fósforo.

El mayor número de raíces seminales mejoró la absorción de fósforo, dicen Perkins y Lynch, pero no es claro el efecto que tienen las raíces sobre el nitrógeno. No se trata solo de tomar maíz y teosinte y comparar cómo absorben los nutrientes. Porque no son solo las raíces diferentes, también lo son muchas otras características.

“Comprender la influencia de la domesticación en el número de raíces seminales requiere considerar el desempeño de la planta en distintos ambientes y los fenotipos intermedios entre maíz y teosinte”, escriben Perkins y Lynch. “Debido a que el maíz y el teosinte son diferentes en varios aspectos, incluyendo vigor, formación de macollos y hábitos de crecimiento, es un desafío comprender cómo los componentes individuales de sus fenotipos contribuyen a la adaptación al estrés. Los modelos de simulación puede ser un enfoque útil para comprender las arquitecturas de las raíces del maíz y el teosinte porque permiten modificar experimentalmente los rasgos de forma aislada mientras los otros componentes del fenotipo se mantienen constantes. El modelo funcional-estructural OpenSimRoot incluye un detallado modelo de arquitectura de la raíz que da cuenta de los costos en términos de recursos para la formación de la raíz, la respiración y la absorción de nutrientes a nivel de segmentos individuales de la raíz (Postma et al. 2017). También permite la simulación de suelos bajos en fósforo y la lixiviación y agotamiento de los nitratos del suelo en tres dimensiones.”

“Los resultados sugieren que las raíces seminales son benéficas tanto para la absorción de nitrógeno como de fósforo durante el desarrollo de las plántulas de maíz, y que las raíces seminales pueden mejorar la absorción de nitrógeno en ambientes con diferentes regímenes de precipitación, tasas de fertilización y texturas de suelos. Un alto número de raíces seminales puede no ser beneficioso para el teosinte porque sus menores tasas de crecimiento significa que sus plántulas tienen menores requerimientos de nutrientes y porque sus semillas pequeñas tienen menores reservas de carbohidratos para mantener el crecimiento de la plántula”.

Podría parecer que el maíz es simplemente “más apto” con sus semillas más grandes y capaces de mantener un mayor crecimiento. Sin embargo, Perkins y Lynch señalan que el maíz crece en un sistema artificial. Las semillas pequeñas del teosinte le posibilita viajar lejos y establecer poblaciones. El teosinte tampoco se rocía con pesticidas regularmente. Eso significa que produce sus propias defensas contra los herbívoros, lo cual puede reducir su velocidad de crecimiento. Esto significa que puede invertir sus limitadas reservas de carbono de la semilla en la radícula (raíz) y el coleóptilo (primera hoja y brote).

Comprender las diferencias entre el maíz y el teosinte podría aportar lecciones valiosas para el futuro, dicen Perkins y Lynch. “Mientras que la importancia de las raíces seminales para la absorción de nutrientes disminuye en el maíz a medida que la planta madura, el número de raíces seminales puede aún tener importantes implicaciones agronómicas. Los fertilizantes en base a nitrógeno y fósforo son insumos costosos para los productores de maíz, y menos del 60% del fertilizante nitrogenado aplicado es comúnmente recuperado por el maíz. Mejorar la eficiencia de la absorción de nitrógeno, incluyendo la etapa de plántula, tiene el potencial de reducir la contaminación de la fertilización y aumentar los rendimientos en sistemas reducidos en insumos”.

ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN

Perkins AC, Lynch JP. 2021. Increased seminal root number associated with domestication improves nitrogen and phosphorus acquisition in maize seedlings. Annals of Botany 128: 453–468. https://doi.org/10.1093/aob/mcab074

Traducción al español por Lorena Marchant