L'agricultura s'enfronta a un dels reptes més grans de la seva història: produir aliments suficients per a una població que vorejarà els 9.700 milions de persones en poques dècades, en un planeta més càlid, més sec i amb fenòmens climàtics cada cop més extrems. En aquest context, els tomàquets que resisteixen la sal deixen de ser una curiositat científica per convertir-se en una necessitat molt real a moltes zones agrícoles del món.
Alhora, la biotecnologia vegetal, la millora genètica clàssica i l'ús de microorganismes beneficiosos estan obrint un ventall de solucions perquè cultius tan importants com el tomàquet, els cereals o les bràsiques segueixin sent rendibles en sòls amb alts nivells de salinitat i sota estrès hídric. Laboratoris d'Espanya, Xile i centres internacionals ja treballen amb tomàquets silvestres, portaempelts, rizobacteris i proteïnes de defensa per “blindar” les plantes davant d'aquests estressos abiòtics.
Per què la salinitat s'ha convertit en un problema urgent
L'augment de la temperatura global, la intensificació de les sequeres i l'ús continuat d'aigües de reg amb contingut alt en sals estan disparant la salinitat de molts sòls agrícoles. Aquest fenomen s'ha documentat amb una cruesa especial en regions àrides i semiàrides, com el centre i el nord de Xile, però també afecta àrees mediterrànies d'Espanya i altres zones del món on l'aigua és cada vegada més escassa i de pitjor qualitat.
La salinitat del sòl és un dels estressos abiòtics més nocius per a la productivitat agrícola. En cultius com el tomàquet, quan la concentració de sals augmenta, s'alteren processos clau: germinació de les llavors, vigor de les plàntules, creixement vegetatiu, floració i formació del fruit. Tot això es tradueix en menys quilos per hectàrea i un minvament en la qualitat comercial dels tomàquets.
A Xile, per exemple, s'estima que hi ha al voltant de 1.500 hectàrees afectades per problemes seriosos de salinitat i alts nivells de carbonats, sobretot en zones amb clima àrid on es rega amb aigües salines i s'apliquen fertilitzants de manera poc ajustada. La Vall de Lluta és un cas paradigmàtic: s'hi han mesurat conductivitats elèctriques de fins a 11,5 dS/m en plantacions de tomàquet, valors que qualsevol manual consideraria extrems per a un cultiu hortícola.
L'efecte de la sal sobre les plantes va més enllà de “cremar” arrels o fulles. L'excés de sodi i altres ions altera l'equilibri hídric i provoca un estrès osmòtic, però també genera un fort estrès oxidatiu dins les cèl·lules vegetals. Per això la planta respon activant mecanismes de defensa, ajustant la transpiració, modificant el creixement d'arrels i reorganitzant les reserves d'ions com ara sodi i potassi.
Davant aquest panorama, la recerca de tomàquets capaços de rendir bé a sòls salins no és un caprici de laboratori, sinó una aposta per poder continuar cultivant en terres que avui estan al límit o directament descartades per a produccions intensives.
Investigació a Espanya: proteïnes de resistència i tomàquets transgènics
A Espanya, una de les referències en aquest camp és el Centre de Biotecnologia i Genòmica de Plantes (CBGP), on un ampli equip d'investigadors estudia com creixen les plantes, com interactuen amb els microorganismes i com s'adapten al canvi climàtic ia les condicions ambientals adverses.
L'objectiu del CBGP és desenvolupar solucions biotecnològiques que responguin a problemes de gran impacte social: reduir els efectes del canvi climàtic sobre l'agricultura, generar cultius amb més valor nutricional, augmentar la biomassa disponible per a alimentació i energia, i, per descomptat, aconseguir plantes més tolerants a la sequera, la salinitat i les onades de calor.
Als seus laboratoris s'investiga com les plantes perceben i afronten augments de temperatura, períodes llargs de sequera i terres amb alta concentració de sals. A partir d´aquí, s´identifiquen els mecanismes moleculars i les proteïnes de defensa que permeten a certes plantes suportar millor aquests estressos ambientals. Un cop detectades, els científics creen “proves de concepte” en què generen plantes transgèniques que acumulen aquestes proteïnes o activen de forma reforçada aquests mecanismes.
El resultat més vistós fins ara és l'obtenció de plantes de tomàquet resistents a la salinitat, per a les quals ja s'ha sol·licitat una patent europea. Aquestes plantes experimentals no es limiten a sobreviure al mig salí, sinó que mantenen un rendiment i un desenvolupament vegetatiu acceptables on altres tomàquets s'ensorressin.
Els investigadors del CBGP estan convençuts que la mateixa tecnologia es pot traslladar a altres cultius més sensibles a la sal que el tomàquet, com els pèsols, les mongetes, el blat de moro, les maduixes o les bràsiques (col, col, bròquil…). Aquestes últimes són bàsiques en la dieta diària i la pèrdua de rendiment per salinitat hauria tingut conseqüències importants en la seguretat alimentària, per això l'interès per adaptar-les també.
Tot i això, treballar amb proteïnes de defensa no és tan senzill des del punt de vista de la seguretat alimentària. Moltes pertanyen a famílies en què també es troben proteïnes al·lergògenes. Per això, dins del mateix CBGP hi ha un grup especialitzat en al·lèrgens, que analitza amb lupa les característiques que converteixen una proteïna en al·lergènica i avalua si les noves variants representen o no un risc per als consumidors.
L'objectiu és garantir que qualsevol solució biotecnològica, per prometedora que sigui en termes de resistència a l'estrès, compleixi amb els estàndards de seguretat i no generi noves al·lèrgies alimentàries. Aquesta part, menys vistosa que la creació de plantes transgèniques “estrella”, és absolutament clau perquè aquests avenços arribin al camp i al mercat.
Hivernacles d'alta tecnologia i fenotipat digital
Per desenvolupar aquests projectes, el CBGP no només compta amb laboratoris de biologia molecular i genètica, sinó també instal·lacions capdavanteres per al cultiu de plantes en condicions molt controlades. Disposen d'uns 1.900 m2 adaptats a assaigs de cultius, entre els quals destaca un hivernacle de 1.200 m2 equipat amb sistemes específics de climatització i il·luminació.
Dins aquests hivernacles s'ha instal·lat una infraestructura de fenotipat digital automatitzat. Dos mòduls tipus P2 (nivell de contenció transgènic), completament climatitzats, poden controlar la temperatura en un rang que va de 10 a 45 ºC, simulant des de nits fredes fins a onades de calor intenses. En aquests mòduls, un sistema robotitzat registra de manera automàtica el creixement, l'ús d'aigua, l'estat hídric de les plantes i la gravetat dels símptomes d'estrès.
Gràcies a aquestes eines de fenotipat d'alt rendiment, els investigadors poden mesurar amb precisió com respon cada planta a la salinitat, a la sequera oa la calor extrema. No es tracta només de mirar a simple vista si es panseix o no, sinó de tenir dades contínues i comparables de desenes o centenars de genotips alhora.
Una altra peça clau d'aquestes instal·lacions són els rizotrons, unes estructures amb plaques transparents que permeten observar el sistema radicular sense necessitat d'arrencar la planta. S'hi estudia el gruix, la profunditat i la ramificació de les arrels, així com l'efecte de diferents nivells de sal o productes biològics sobre el seu desenvolupament.
Un aspecte interessant és que l'accés a aquestes plataformes no es limita únicament als equips del CBGP. També són obertes a projectes d'altres organismes públics i privats, interessats a abordar els grans reptes de l'agricultura del futur. D'aquesta manera, es fomenta la col·laboració i s'accelera la transferència de coneixement des de l'acadèmia cap al sector productiu.
Cereals que “respiren” nitrogen: menys fertilitzants, més sostenibilitat
A més de la salinitat, un altre front obert al CBGP és la reducció de l'ús de fertilitzants nitrogenats a l'agricultura intensiva. Tot i que aquests fertilitzants han estat claus per aconseguir alts rendiments en cereals com l'arròs, el blat o el blat de moro, el seu impacte ambiental és enorme: contaminació d'aigües subterrànies i rius, degradació de sòls i emissions de gasos d'efecte hivernacle durant la fabricació i l'ús.
L'investigador Luis Rubio lidera un projecte, finançat per la Fundació Gates, que pretén aconseguir cereals capaços d'aprofitar directament el nitrogen de l'aire, cosa que fins ara només poden fer alguns bacteris gràcies a l'enzim nitrogenasa. Les plantes no posseeixen aquest enzim de forma natural, de manera que depenen de fonts de nitrogen disponibles a terra, moltes de les quals procedeixen de fertilitzants químics.
En aquest treball s'utilitzen bacteris fixadors de nitrogen com Azotobacter vinelandii (sovint associada a la microbiota de sòls i coneguda a l'àmbit de la biotecnologia) com a model per transferir els gens responsables de la fixació de nitrogen a cereals. L'objectiu final és que aquests cultius puguin, en certa manera, “respirar” nitrogen atmosfèric i metabolitzar-lo pel seu creixement.
Si aquesta línia de recerca arriba a bon port, s'obriria la porta a una agricultura molt més sostenible, amb una reducció dràstica dels fertilitzants químics i de la seva empremta de carboni. A més, ajudaria a recuperar sòls degradats ia minimitzar la contaminació d'ecosistemes aquàtics, especialment a regions on s'han abusat d'aquests insums durant dècades.
El mateix equip reconeix, no obstant, que es tracta d'una fita extremadament ambiciosa que requerirà dècades de feina. Desenvolupar cereals autofertilitzants com l'arròs, el blat o el blat de moro és una de les grans aspiracions de la biotecnologia moderna, però també un repte tecnològic de primer nivell que exigeix integrar genètica, fisiologia vegetal, ecologia microbiana i consideracions de seguretat ambiental.
Xile: portaempelts, formulacions antioxidants i rizobacteris
A Xile, diversos grups de recerca estan abordant el problema de la salinitat des d'enfocaments complementaris. Un dels treballs més avançats és el que impulsa el Grup de Recerca en Fisiologia i Biologia Molecular Vegetal d'INIA La Cruz, a la regió de Valparaíso, juntament amb universitats nacionals i internacionals.
D'una banda, s'ha engegat un projecte FONDECYT (1180958) centrat en el desenvolupament de portaempelts de tomàquet tolerants a la salinitat, a partir de l'encreuament entre tomàquets cultivats (Solanum lycopersicum) i el tomàquet silvestre Solanum xilenc, una espècie local adaptada a ambients salins. La idea és no tocar les varietats comercials de fruit, sinó millorar la sabata, és a dir, el portaempelt sobre el qual s'empelta la part aèria de la planta.
Aquests portaempelts cent per cent xilens permetran obtenir rendiments acceptables i fruits de qualitat a sòls amb alta concentració de sals, conservant les característiques comercials dels tomàquets que el mercat ja coneix. Segons explica el Dr. Juan Pablo Martínez, els materials resultants mostren mecanismes de tolerància interessants davant de l'estrès salí, cosa que obre la porta a ampliar les zones de cultiu.
Aquest treball es realitza en col·laboració amb grups de la Universitat Austral de Xile i la Universitat Catòlica de Lovaina (Bèlgica), amb la finalitat de afavorir l'intercanvi científic i la cooperació internacional. Segons Martínez mateix, es tracta d'un clar exemple de com l'agronomia aplicada pot respondre als problemes reals del territori sense renunciar a la investigació d'alt nivell.
En paral·lel, dins del projecte Anell de Recerca en Ciència i Tecnologia “PASSA” (ACT 192073), un consorci d'INIA La Cruz, la Universitat de Xile i la Universitat Arturo Prat està desenvolupant formulacions per augmentar la tolerància del tomàquet a la manca d'aigua ia la salinitat. L'objectiu és estalviar aigua i mantenir produccions viables en terrenys afectats per aquests estressos abiòtics.
Una d'aquestes formulacions, anomenada de forma genèrica “biomodulador”, combina compostos naturals amb forta capacitat antioxidant, com l'àcid lipoic i certs carotenoides, amb altres molècules químiques que ja havien mostrat resultats prometedors en assajos previs de la Universitat de Xile. En aplicar-se de manera foliar, es busca esmorteir l'estrès oxidatiu provocat per la sequera i la salinitat a les cèl·lules vegetals.
L'altra formulació es basa en rizobacteris aïllats de plantes que creixen al Desert d'Atacama, un entorn extremadament àrid i salí. Estudis de la Universitat Arturo Prat han demostrat que aquests bacteris confereixen resistència a la salinitat a les plantes amb què s'associen, permetent-los prosperar en condicions que serien letals per a la majoria d'espècies cultivades.
A més, INIA La Cruz està treballant amb promotors de creixement vegetal (PGPR, per les sigles en anglès) obtinguts del seu Banc de Microorganismes. En assaigs d'hivernacle s'ha observat que l'aplicació d'aquests rizobacteris a plantes de tomàquet sotmeses a salinitat en millora de manera significativa el creixement i el vigor.
S'estan provant diferents consorcis: un format per ceps de Pseudomones procedents d'ambients salins del nord, seleccionades pel grup del professor Ricardo Tejos a la Universitat Arturo Prat, i un altre amb diversos ceps del gènere Estafilococ. A això se suma un cep de Bacillus amyloliquefaciens, identificada pel Banc de Recursos Genètics Microbians d'INIA Quilamapu com a tolerant a la salinitat.
Els promotors de creixement basats a Bacillus són, de fet, els bioproductes més estesos al món per la seva innocuïtat per a l'ésser humà i la seva eficàcia en el control d'una àmplia gamma de plagues i malalties, segons el cep utilitzat. S'estima que representen prop del 90% del mercat global de controladors biològics.
Els assaigs de camp i d'hivernacle a Xile s'estan fent sobre dos tipus de tomàquet: una varietat híbrida comercial indeterminada i una varietat local anomenada Poncho Negro, típica de la Vall de Yuta i de la zona d'Azapa, a la regió d'Arica i Parinacota. En tots els casos es comparen plantes control amb altres de exposades a més sal per generar un estrès marcat, i s'analitza l'efecte de les diferents formulacions.
Segons subratlla el Dr. Martínez, l'ús de rizobacteris i bioproductes basats en microorganismes pot reduir part de l'ús de productes químics en agricultura, apropant-se a una producció més neta i sostenible. Aquests bioproductes es basen en recursos biològics renovables i tenen, en general, un impacte ambiental molt baix, tot i que encara cal generar molta més informació sobre desenvolupament i formulació per optimitzar-ne l'ús.
Aquesta línia de treball és especialment valuosa perquè les solucions es dissenyen pensant en la realitat del pagès xilè: s'assagen dosis, moments d'aplicació i combinacions de productes que després es puguin traslladar de manera directa a la pràctica quotidiana, sense exigir al productor canvis dràstics en la seva manera de treballar.
El tresor genètic dels tomàquets silvestres
Més enllà de la biotecnologia avançada o dels bioproductes microbians, una font de solucions a la salinitat és els parents silvestres del tomàquet cultivat. Investigadors de l'Institut Boyce Thompson han estudiat amb detall Solanum pimpinellifolium, el parent silvestre més proper al tomàquet domèstic, caracteritzat per tenir fruits petits de tipus cirera però una enorme diversitat genètica i una gran resistència a l'estrès.
En aquest treball es van exposar diferents línies de S. pimpinellifolium a diversos nivells d'estrès salí, tant en hivernacle com en camp, utilitzant tècniques de fenotipat d'alt rendiment molt similars a les descrites al CBGP. L'anàlisi va permetre observar una variació enorme en la manera com aquestes plantes afrontaven la salinitat, des d'individus que pràcticament no ressentien l'estrès fins a d'altres que patien pèrdues de rendiment considerables.
Un dels resultats més cridaners va ser que el vigor general de la planta (la seva capacitat de créixer ràpid i amb força) era un factor decisiu en la tolerància a la sal. Les plantes més vigoroses suportaven millor l'estrès, cosa que suggereix que seleccionar per vigor podria millorar de manera indirecta la tolerància a la salinitat en programes de millora.
També es va trobar que trets com la taxa de transpiració, la massa dels brots aeris i l'acumulació d'ions (especialment sodi i potassi) als teixits es correlacionaven amb el rendiment sota estrès salí. Curiosament, mentre la transpiració era clau per explicar el rendiment en hivernacle, en condicions de camp el factor que es relacionava millor amb el rendiment era la massa aèria de la planta.
Potser el més sorprenent va ser comprovar que la quantitat total de sal acumulada a les fulles no era tan determinant per al rendiment com s'havia assumit. Aquesta troballa qüestiona algunes idees clàssiques sobre la tolerància a la salinitat, que se centraven gairebé exclusivament a limitar l'entrada o l'acumulació de sodi en els teixits aeris, i obre noves línies de treball orientades a altres mecanismes d'adaptació.
L'estudi, publicat a El diari de les plantes, va permetre identificar gens candidats que no s'havien associat abans a la tolerància a l'estrès salí. Aquests genotips concrets es poden utilitzar com a donants d'al·lels en programes de millora per introduir tolerància a la sal en tomàquets cultivats i en altres cultius afins.
En conjunt, aquesta investigació reforça la idea que els parents silvestres de les plantes cultivades són un autèntic banc de solucions davant del canvi climàtic ia les noves condicions ambientals. A partir d'aquests materials, i combinant tècniques clàssiques de millora genètica amb eines modernes de genòmica i fenotipat, es pot accelerar la creació de varietats agrícoles més resilients.
La convergència de totes aquestes línies de treball -tomàquets transgènics tolerants a la sal, portaempelts locals, bioproductes basats en rizobacteris, cereals que aprofitin el nitrogen de l'aire i l'ús intensiu de la diversitat de tomàquets silvestres- apunta cap a un model d'agricultura molt més resistent davant del canvi climàtic ia la degradació dels sòls. Encara que encara falten anys per veure algunes d'aquestes innovacions massivament als supermercats oa les finques, el camí està clarament traçat: integrar biotecnologia, ecologia microbiana i millora genètica per continuar collint tomàquets sucosos allà on la sal i la sequera semblaven haver guanyat la partida.
