Científicos trabajan en las fluctuaciones de luz para mejorar la eficiencia fotosintética de cultivos bioenergéticos

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Uno de los principales desafíos que enfrenta el mundo es cómo proporcionar fuentes de energía sostenibles que satisfagan las necesidades de la sociedad a medida que la población mundial sigue creciendo. Los cultivos bioenergéticos han atraído una atención cada vez mayor como fuente de energía renovable, pero su productividad aún tiene mucho potencial de mejora.

En un estudio reciente, publicado en GCB Bioenergy, un equipo de la Universidad de Illinois evaluó las limitaciones de la eficiencia fotosintética de las especies de gramíneas bioenergéticas durante la fluctuación de la luz.

Fotosíntesis C3 y C4

La fotosíntesis es el proceso natural que utilizan las plantas para convertir la luz solar en energía. Las plantas se clasifican en dos tipos principales de fotosíntesis, C3 y C4.

La diferencia entre los dos tipos es que las plantas C4 operan un mecanismo de concentración de carbono (CCM), que aumenta la concentración de CO2 alrededor de la enzima Rubisco. Debido a este CCM, las plantas C4 tienden a tener una mayor eficiencia en el uso de agua y nitrógeno. Si bien se sabe que la eficiencia fotosintética se reduce durante la luz fluctuante, se desconoce si las plantas C4 enfrentan mayores reducciones en la eficiencia en comparación con las plantas C3.

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«Queremos conocer sobre la respuesta de las plantas C3 y C4 a la luz fluctuante porque uno de los factores limitantes que experimentan los cultivos a campo es el cambio de luz debido a la sombra de las hojas superpuestas, el viento o las nubes que pasan, y el ángulo cambiante del sol a lo largo del día», dijo Moonsub Lee, investigador postdoctoral en Illinois a cargo de la dirección este trabajo, que forma parte de un proyecto de investigación llamado Renewable Oil Generated with Ultra-Production Energycane (ROGUE).

ROGUE, que está dirigido por la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, está diseñando dos de los cultivos estadounidenses más productivos: la caña energética y miscanthus, para crear un suministro abundante y sostenible de aceite que se pueda utilizar para producir biodiesel, biojet y bioproductos.

ROGUE cuenta con el apoyo de la Oficina de Investigación Biológica y Ambiental y el Departamento de Energía de EEUU.

Los investigadores de este proyecto tenían como objetivo evaluar el rendimiento fotosintético de las especies de gramíneas bioenergéticas C3 y C4 en condiciones de luz fluctuante y de estado estacionario mediante el examen de su intercambio de gases en las hojas. Estudiaron 12 especies diferentes de gramíneas bioenergéticas, seis de las cuales eran especies C3 y las otras seis, C4.

«En general, las especies C4 asimilaron más carbono que las especies C3 durante la luz fluctuante, y ambos tipos asimilaron aproximadamente un 16% menos de carbono de lo esperado según las mediciones en estado estacionario», dijo Ryan Boyd, investigador postdoctoral en Illinois, a cargo de la dirección del proyecto ‘Realización de una Mayor Eficiencia Fotosintética (RIPE)’, y colaborador en este estudio para ROGUE.

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«Hubo mucha variabilidad y diversidad natural en la respuesta de C4 a la luz fluctuante, lo que proporciona evidencia de que la eficiencia fotosintética en respuesta a la luz fluctuante podría tener como objetivo aumentar la productividad de las plantas bioenergéticas C4».

Si bien no se han realizado muchos estudios sobre el tema de las especies C3 y C4 bajo condiciones de luz cambiantes, las variaciones que se encontraron en los resultados de este estudio se pueden utilizar en futuros programas de fitomejoramiento. Esto lleva al optimismo de que podemos apuntar a ciertos rasgos en especies de gramíneas bioenergéticas, así como en otros cultivos, para mejorar los rendimientos y reducir la dependencia de los combustibles fósiles.

«El objetivo final del proyecto ROGUE es diseñar estos cultivos bioenergéticos para acumular moléculas de combustible densas en energía y este trabajo es una hoja de ruta para producir la energía fotosintética adicional necesaria para lograr ese objetivo», dijo Don Ort, profesor de la escuela de Biología Vegetal y Ciencias de Cultivo Robert Emerson, y subdirector de RIPE.

 
 
 
 
 

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