España alcanza cada año niveles nuevos de sequía y desertización en diferentes regiones. Es uno de los muchos países en los que los agricultores hacen frente al cambio climático apostando por nuevas tecnologías que les facilitan regar el campo gastando hasta un 70% menos de agua o nuevos sistemas que disparan el rendimiento de los cultivos. En este objetivo se enmarca una nueva investigación que ha conseguido hacer crecer las plantas más rápido aplicando electricidad a las raíces en un cultivo hidropónico.

"No podemos decir que la hidroponía vaya a resolver el problema de la seguridad alimentaria. Pero definitivamente puede ayudar, especialmente en áreas con poca tierra cultivable y con condiciones ambientales duras", afirma Eleni Stavrinidou, profesora asociada del Laboratorio de Electrónica Orgánica en la Universidad de Linköping (Suecia). Es la investigadora principal de este proyecto en el que han creado un sistema hidropónico capaz de acelerar el crecimiento hasta un 50% más en 15 días cuando las raíces de las plántulas de cebada se estimulan eléctricamente en eSoil.

Esta misma investigadora lleva tiempo trabajando con las posibilidades que ofrece la electricidad aplicada a las raíces de las plantas. En una investigación anterior, realizada en colaboración con científicos españoles, diseñaron un sistema para utilizar las raíces como almacenamiento de energía, lo que implica una mejora de la comunicación entre sistemas electrónicos y biológicos, por ejemplo en robótica. 

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En ese estudio ya detectaron que las plantas de frijoles seguían creciendo y produciendo alimentos, a pesar de haberles aplicado electricidad. De ahí, pasaron a este nuevo informe en el que valoran su utilidad como impulsor de crecimiento.

eSoil, ¿cómo funciona?

El cultivo hidropónico se utiliza para la siembra de hojas verdes y forraje, pero esta técnica con la que estimular las raíces puede ser de utilidad en aquellas regiones que están perdiendo tierras de cultivo por el cambio climático. La sequía y la mala calidad del suelo son el principal enemigo de la agricultura actual.

La hidroponía ya presenta fuertes ventajas frente a la cosecha tradicional en suelo. Esta técnica de cultivo permite ahorrar en el uso de agua y nutrientes pues, los fertilizantes y la hidratación se pueden hacer recircular por el sistema, mientras en el suelo las plantas absorben menos cantidad de la usada para nutrirlas, menos del 50% de los nutrientes.

Eleni Stavrinidou y Alexandra Sandéhn creando eSoil Thor Balkhed - Universidad de Linköping Omicrono

eSoil, descrito por sus creadores, es un suelo bioeléctrico que proporciona estímulos eléctricos a las raíces. En este estudio han mostrado que "el crecimiento de las plántulas de cebada mejora a medida que el peso seco aumenta en promedio un 50% después de la estimulación eléctrica."

Habitualmente, las raíces se colocan suspendidas en una solución nutritiva o sostenidas por un sustrato, llamado también andamio de crecimiento. En la mayoría de los casos de cultivo hidropónico se utiliza un sustrato elaborado con lana mineral, un material no biodegradable, que para producirlo se requiere de un alto consumo de energía.

Ilustración del informa de eSoil sobre su funcionamiento Universidad de Linköping Omicrono

En su lugar, eSoil se ha desarrollado con la celulosa como principal componente estructural, el polímero más abundante. El objetivo era diseñar un método de cultivo más sostenible. Los investigadores desarrollaron otro enfoque diferente a los conocidos hasta el momento para aplicar electricidad a las raíces. Se trata de un suelo biolectrónico, que se compone de celulosa y un polímero conductor, denominado PEDOT.

Este andamio de crecimiento, como se denomina a las sustratos hidropónicos, se ha fabricado como un material conductor poroso y tridimensional basado en un conductor electrónico iónico orgánico mixto (OMIEC) y celulosa. Esta combinación ya se utiliza en otros ámbitos, pero es la primera vez que se aplica como sustrato para las hidroponías.

Hasta ahora, numerosos estudios habían determinado la respuesta de las raíces a la luz, temperatura y gravedad, pero no se conoce con certeza cómo responden las plantas al campo eléctrico. Con eSoil se han propuesto cambiar esto.

Resultados

Los OMIEC son estables en ambientes acuosos y dan como resultado electrodos con baja impedancia para la estimulación. El equipo investigó con detalle la evolución de las plantas durante 5 días en los que aplicaron un voltaje constante superior a 0,5 voltios (V).

En ese tiempo, la longitud media de las plantas de control (aquellas no estimuladas) fue de 21,9 y 2,9 cm, mientras que la de las plantas estimuladas con electricidad crecieron entre 28,8 y 2,9 cm, lo que dio como resultado un aumento general de la longitud del 31,5 %. También se observó que en algunos casos las plantas estimuladas produjeron más hojas.

Muestra de raíz enriquecida con electricidad Thor Balkhed - Universidad de Linköping Omicrono

La mejora del crecimiento es obvia para el equipo tanto en las raíces como en el brote y ocurre durante el período de crecimiento después de la estimulación eléctrica. Esto significa que la estimulación no solo provoca un efecto momentáneo, sino que desencadena procesos que cambian el desarrollo futuro de la planta. Aunque el estudio se ha centrado en las primeras etapas y no en seguir el resto de la vida del vegetal.

Los investigadores de la Universidad de Linköping han demostrado que las plántulas de cebada cultivadas en el "suelo" conductor crecieron hasta un 50% más en 15 días cuando sus raíces fueron estimuladas eléctricamente.

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