Tecnología subnanométrica para la detección precoz de enfermedades en cultivos como el olivo

En concreto, el estudio publicado en Remote Sensing of Environment , la revista de mayor prestigio en el ámbito de la teledetección, supone un avance que revela cómo la teledetección con resolución espectral subnanométrica es capaz de capturar la dinámica de la fotosíntesis y la transpiración durante diferentes fases de estrés hídrico, así como durante la rehidratación. El trabajo se ha llevado a cabo en el cultivo del almendro, revelando nuevas perspectivas para un riego de precisión basado en la monitorización precisa y combinada de la fluorescencia y la temperatura como indicadores de la fotosíntesis y la transpiración en dicho cultivo. La respuesta de las plantas al estrés hídrico implica cambios tanto en la transpiración como en la fotosíntesis, y la relación entre estos procesos varía durante las diferentes fases fenológicas, así como en función del nivel de estrés hídrico alcanzado. Actualmente, las decisiones de riego de precisión se basan principalmente en la medida de la transpiración y del potencial hídrico como indicadores de estrés, utilizando la teledetección térmica como la tecnología más directa para la toma de decisiones. Sin embargo, esta práctica no permite un seguimiento adecuado de la fotosíntesis, lo que puede repercutir tanto en el rendimiento como en la calidad del fruto. Así, el referido estudio, que ha liderado Na Wang y que ha sido posible gracias a una amplia colaboración internacional coordinada por el IAS-CSIC, que abarca, además de España, Australia, Corea del Sur, Alemania y China, con equipos de QuantaLab & IrriSens del Instituto de Agricultura Sostenible del CSIC, HypersensLab de la Universidad de Melbourne, Seoul National University, Agriculture Victoria, la Universidad Normal de Nanjín y la Universidad Técnica de Munich, TUM, ha supuesto un avance en teledetección hiperespectral al utilizar un sensor de resolución subnanométrica para cuantificar la fluorescencia de la clorofila inducida por el sol mediante el rellenado espectral en las denominadas líneas de Fraunhofer (F) para utilizarlos como indicadores de fotosíntesis, método que requiere una resolución espectral muy alta, del orden de entre 0.1 y 1 nm. La resolución espectral utilizada en estos estudios es, a modo de ejemplo, unas 50 veces mejor que la de los sensores hiperespectrales estándar, y entre 150 y 350 veces superior al de las bandas del satélite Sentinel-2 de la Agencia Espacial Europea. “Los resultados muestran que, aunque la temperatura del cultivo se recupera rápidamente tras la reanudación del riego debido al aumento de la transpiración, la fotosíntesis, monitorizada a través de la fluorescencia permanece parcialmente afectada, lo que indica limitaciones bioquímicas y fotoquímicas prolongadas incluso después de que el estado hídrico se normalice”, ha explicado el investigador del IAS-CSIC Pablo Zarco, coordinador de dicho trabajo, quien ha indicado que “también encontramos fuertes diferencias diurnas entre la fluorescencia roja y la roja lejana a medida que los almendros responden al estrés durante el día, observación que depende del nivel de estrés hídrico en el que se encuentren”. De esta forma, este estudio subraya que los indicadores térmicos por sí solos pueden pasar por alto el deterioro fotosintético en situaciones concretas de estrés hídrico prolongado, subrayando el valor de integrar la monitorización de indicadores como la fluorescencia clorofílica para una mejor caracterización del estado fisiológico en las estrategias de riego del almendro. Por otro parte, la investigación liderada por Anirudh Belwalkar y llevada a cabo entre la Universidad de Melbourne (Australia), la Universidad Técnica de Múnich (Alemania) y coordinada por QuantaLab del Instituto de Agricultura Sostenible del CSIC demuestra cómo este sensor hiperespectral subnanométrico capaz de detectar bandas espectrales extremadamente estrechas abren también una nueva frontera en la teledetección de enfermedades. “La imagen subnanométrica nos permitió detectar cambios fisiológicos sutiles y tempranos causados por patógenos vasculares antes de que aparecieran síntomas visibles”, ha apuntado Zarco, quien ha aclarado que “combinando imágenes hiperespectrales subnanométricas aéreas con información térmica, pudimos detectar infecciones por Verticillium dahliae en estado temprano en olivos bajo condiciones controladas de estrés hídrico. Esta es una situación en la que la termografía tradicional falla al no ser capaz de detectar cambios en la transpiración inducida por el patógeno, que bloquea el sistema vascular”. Este trabajo abre nuevas perspectivas para la detección temprana del estrés biótico y representa una vía prometedora hacia herramientas de monitorización de la salud vegetal de próxima generación basadas en características espectrales subnanométricas. El estudio amplía los límites de lo que la imagen hiperespectral puede revelar para la detección temprana del estrés y las interacciones planta-patógeno, y fortalece el vínculo entre la fisiología vegetal, la espectroscopia y la agricultura de precisión. Ambos trabajos liderados por el IAS-CSIC muestran que la frontera de la teledetección se encuentra ya en las resoluciones espectrales menores que el nanómetro, encaminando futuros desarrollos a tecnologías que permitan la captura de imágenes hiperespectrales de cultivos en la escala espectral del angstrom .