Screening per la tolleranza alla siccità

Screening for drought tolerance

Lo screening della tolleranza alla siccità nelle specie di frumento è più difficile di quanto sembri. Molti screening della siccità in serra risentono di fattori confondenti come il tipo di suolo e il conseguente contenuto di umidità, la densità apparente e le differenze genetiche per tratti come la massa radicale, la profondità di radicamento e le dimensioni della pianta.

Inoltre, poiché è così difficile isolare lo stress da siccità, alcuni scienziati ritengono che trovare un metodo di screening ripetibile sia praticamente impossibile. Tuttavia, un recente studio pilota condotto dal ricercatore Andrew Green potrebbe dimostrare che si sbagliano.

LA RICERCA DELLA RIPETIBILITÀ

Green dice: "Ci sono stati tentativi in passato di studiare in modo intensivo lo stress da siccità, ma è difficile isolare lo stress da siccità dal caldo, dalle malattie e da altri fattori". Green e i suoi consulenti, il dottor Gerard Kluitenberg e il dottor Allan Fritz, ritengono che il monitoraggio del potenziale idrico nel terreno sia l'unico modo quantificabile per imporre un trattamento coerente e ripetibile. Con lo sviluppo di una curva di ritenzione idrica del suolo per un substrato di crescita omogeneo, ritengono che il trattamento di umidità possa essere mantenuto per isolare lo stress da siccità. Green afferma: "Il nostro obiettivo è sviluppare un sistema di screening ripetibile che ci permetta di essere sicuri che quella che stiamo vedendo è una vera e propria risposta alla siccità, prima di procedere all'integrazione di questi geni, che è un processo molto lungo e noioso".

PERCHÉ NON È MAI STATO FATTO PRIMA?

Andrew Green, come selezionatore di piante, ritiene che il problema risieda nel fatto che la maggior parte dei genetisti non sono scienziati del suolo. Dice: "Negli esperimenti passati, lo screening più sofisticato della siccità consisteva nel far crescere le piante fino a un certo punto, smettere di annaffiarle e vedere quali vivevano più a lungo. Non c'è mai stato un approccio collaborativo che coinvolgesse fisiologi e scienziati del suolo. Quindi i ricercatori hanno imposto questo stress duro, biologicamente irrilevante, che è stato fondamentalmente uno studio di logoramento". Green dice che spera, nella sua ricerca, di utilizzare il suolo come meccanismo di feedback per mantenere un livello di stress che imiti quello esistente in natura.

A photograph of a research scientist holding a TEROS 21 sensor over rows of soil in a field

LO STUDIO PILOTA

Green ha utilizzato sensori di contenuto idrico volumetrico METER, sensori di potenziale matriciale METER e tensiometri a colonna per monitorare le condizioni di umidità del suolo in un esperimento in serra utilizzando tubi di crescita in cloruro di polivinile (PVC) alti 182 cm e substrati di crescita omogenei. Le misurazioni sono state effettuate quattro volte al giorno per determinare il contenuto volumetrico d'acqua, il potenziale idrico del suolo, la senescenza, la biomassa, il rapporto tra germogli e radici, i tratti radicali, le componenti della resa, il potenziale idrico delle foglie, il contenuto idrico relativo delle foglie e altre osservazioni fisiologiche tra i trattamenti a umidità limitata e quelli di controllo.

SUOLO MEDIO: VANTAGGI E SVANTAGGI

Per risolvere il problema dei diversi tipi di terreno, Andrew e il suo team hanno scelto un materiale omogeneo per la modifica del suolo chiamato Profile Greens Grade, che è stato ampiamente studiato per l'uso nello spazio e in altre applicazioni. Green afferma: "È un materiale molto poroso con particelle di grandi dimensioni. È un ottimo terreno di coltura perché alla fine dell'esperimento è possibile separare le radici della pianta dal terreno e queste radici possono essere misurate, fotografate e studiate insieme ai dati raccolti". Green aggiunge, tuttavia, che lavorare con il terreno non è perfetto: ci sono stati problemi di conducibilità idraulica e il terreno deve essere monitorato attentamente.

COSA C'È DI UNICO IN QUESTO STUDIO?

Green ritiene che, poiché il substrato era molto specifico e i sensori del potenziale idrico e dell'umidità del suolo erano posizionati insieme, è stato possibile determinare se tutte le curve di rilascio dell'umidità erano coerenti. Dice: "Cerchiamo di impacchettare queste colonne a una densità uniforme e di tenere d'occhio le cose quando annaffiamo, sperando che rimangano coerenti a ogni profondità. Finora ha funzionato abbastanza bene: il contenuto d'acqua e il potenziale idrico sono ripetibili nelle diverse colonne".

PIANI PER IL FUTURO

Lo studio pilota di Green è stato completato in primavera e si sta preparando per la versione ampliata del progetto: una sperimentazione replicata con parenti selvatici del grano. Spera di utilizzare i sensori di umidità del suolo per prendere decisioni automatiche sull'irrigazione: il potenziale idrico delle colonne attiverà dodici elettrovalvole che disperderanno l'acqua per mantenere i materiali nella loro zona di stress, o potenziale idrico ideale. L'OBIETTIVO FINALE L'obiettivo finale della ricerca di Green è quello di allevare specie selvatiche di grano in forme produttive che possano essere utilizzate come varietà coltivate dagli agricoltori. Green è ottimista sui risultati del suo studio pilota. Sulla base dei pochi dati non replicati che abbiamo finora, credo che sarà possibile sviluppare un metodo ripetibile per lo screening di questi materiali. Con i dati che stiamo vedendo ora e le informazioni che stiamo acquisendo su ciò che accade nel sottosuolo, penso che sarà possibile mantenere questi materiali in una zona di stress biologicamente rilevante".

Scoprite i sensori di contenuto d'acqua e i sensori di potenziale idrico METER

Scarica la "Guida completa al potenziale idrico per i ricercatori".

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