Investigadores del Grupo de Investigación Interdisciplinaria (IRG) de Tecnologías Disruptivas y Sostenibles para la Precisión Agrícola (DiSTAP) de la Alianza de Investigación y Tecnología de Singapur-MIT (SMART), la empresa de investigación del MIT en Singapur y el Laboratorio de Ciencias de la Vida de Temasek (TLL) han descubierto una utilice la espectroscopia Raman para la detección temprana del síndrome de evitación de la sombra (SAS) en plantas. El descubrimiento puede ayudar a los agricultores con una intervención oportuna contra SAS, lo que lleva a una mejor salud de las plantas y rendimiento de los cultivos.

SAS es una respuesta adaptativa y un fenómeno irreversible, donde las plantas buscan más luz para superar las condiciones de sombra. Se ve comúnmente en plantas que experimentan sombra vegetativa que es perjudicial para la salud de la planta, ya que conduce a una serie de problemas que incluyen obstáculos al desarrollo de las hojas, floración temprana y debilitamiento de la estructura y el sistema inmunológico de la planta.

Por lo tanto, la detección temprana de SAS es clave para una agricultura sostenible y un mejor rendimiento de los cultivos. Sin embargo, los métodos existentes para la detección de SAS en plantas se limitan a observar cambios estructurales, lo que dificulta la detección temprana de SAS.

En un artículo titulado «Respuesta rápida de metabolitos en la lámina de la hoja y el pecíolo como marcador del síndrome de evitación de la sombra» publicado en la prestigiosa revista Plant Methods, los científicos de SMART DiSTAP y TLL explican su nueva forma de detectar SAS desde el principio, lo que permite a los agricultores intervenir a tiempo para prevenir los efectos irreversibles de SAS. El equipo construyó un instrumento de espectroscopía Raman de mesa que permite medir los niveles de carotenoides en las plantas, lo que puede indicar si una planta tiene SAS.

“Nuestros experimentos con espectroscopía Raman detectaron una disminución en el contenido de carotenoides de las plantas que tienen SAS”, dijo el Dr. Gajendra Pratap Singh, coautor del artículo y director científico e investigador principal de DiSTAP. “Si bien las plantas con una exposición más prolongada a la sombra desarrollaron SAS más severo, estos cambios morfológicos solo se observaron después de uno a tres días. Sin embargo, los cambios en las intensidades máximas de los carotenoides se detectaron mucho antes, con solo cuatro horas de tratamiento de sombra «.

La espectroscopia Raman y el pico carotenoide Raman permiten la detección temprana del síndrome de evitación de la sombra (SAS) en (a) la planta modelo Arabidopsis thaliana y (b) las verduras de hoja Kai Lan y Choy Sum. Diagramas adaptados de Sng et al., 2020. Plant Methods 16: 144. Créditos: SMART

Utilizando la espectroscopia Raman, los científicos pueden medir de forma no destructiva el contenido de carotenoides en las hojas de las plantas y han descubierto su correlación con la gravedad de SAS y como un biomarcador máximo para el diagnóstico temprano. Esto reduce el tiempo necesario para detectar SAS de días a cuestión de horas. El método también se puede utilizar para detectar SAS en plantas debido a plantaciones de alta densidad y puede ser particularmente útil para mejorar las prácticas agrícolas urbanas.

«Realizamos nuestros experimentos con varias plantas comestibles, incluidas las verduras asiáticas que se consumen con frecuencia, como Kai Lan y Choy Sum», dijo el Sr. Benny Jian Rong Sng, coautor del artículo y estudiante de doctorado del grupo del Dr. In-Cheol Jang. en TLL y en el Departamento de Ciencias Biológicas de la Universidad Nacional de Singapur. “Nuestros resultados mostraron que la espectroscopía Raman se puede utilizar para detectar SAS, inducido por la sombra y por plantaciones de alta densidad. Independientemente del cultivo alimenticio, esta tecnología se puede aplicar para mejorar la agricultura y satisfacer las demandas nutricionales de la creciente población actual «.

El Dr. In-Cheol Jang, investigador principal de TLL y DiSTAP, quien dirigió el proyecto, dijo que el nuevo descubrimiento puede ser de gran ayuda para ayudar a los agricultores a mejorar las prácticas agrícolas urbanas. “Esperamos ayudar a los agricultores urbanos a lograr mayores rendimientos de cultivos al detectar SAS en períodos de tiempo más cortos. Al adoptar tecnologías agrícolas escalables y de precisión, como los sensores habilitados para espectroscopía Raman, podemos posicionar mejor a ciudades como Singapur para producir más productos con menos recursos, al tiempo que se logran perfiles nutricionales deseables para la seguridad alimentaria mundial «.

El co-líder investigador principal de DiSTAP, el profesor Chua Nam Hai, y el investigador principal, el profesor Rajeev Ram, también fueron coautores del artículo.

La investigación fue apoyada por la National Research Foundation (NRF) Singapur bajo su programa Campus for Research Excellence And Technological Enterprise (CREATE).