¿Qué tipo de luz mejora el rendimiento de un cultivo de Cannabis sativa?

 Esta fue la pregunta que se hizo un magíster en Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), quien en su investigación en la Sabana de Bogotá determinó que al suministrar luz led blanca en invernaderos durante la siembra o fase vegetativa de tres variedades de Cannabis sativa L. (Calotoweed, Higth Cool y Souce Cauca) se aumenta la producción del contenido de cannabidiol (CBD), sustancia química con propiedades terapéuticas.

Este hallazgo permite entender el comportamiento del cultivo en las condiciones agroclimáticas de la Sabana de Bogotá, pues, como asegura el investigador Julián Eduardo Carranza Ramírez, “en el país se conoce poco el efecto del tipo de luz en el desarrollo, el rendimiento y la síntesis de cannabinoides”.

En su proyecto comparó la luz led blanca con la luz led DR/W, que presenta una composición de luz con mayor proporción de luz roja, la cual tiene efectos en el crecimiento y la producción de CBD en las plantas de cannabis, y también de tetrahidrocannabinol (THC), que aunque se ha asociado con los efectos psicoactivos, también es de importancia medicinal.

El experimento –adelantado con 1.060 plantas en total para las 3 variedades– se realizó en una empresa ubicada en La Conejera, dedicada a la producción de esta planta; es una finca de alrededor de 10 hectáreas y se usó un invernadero, ya que esto permite controlar las condiciones ambientales en el cultivo. 

“La temperatura promedio del invernadero es de 17 °C; los tratamientos de luces se separaron mediante cortinas plásticas negras para evitar la contaminación lumínica y estuvieron presentes durante la fase vegetativa hasta 60 días después, momento en que inició la etapa de floración”, explica el investigador Carranza.

Así se identificó que las plantas sometidas a la luz led DR/W (mayor proporción de luz roja) crecieron un 30 % menos, ya que en condiciones normales –lo que se simuló con la luz convencional o led blanca– alcanzaron hasta 1,45 cm, mientras en el experimento alternativo crecieron 1,20 cm.

Por otro lado, el área foliar (follaje u hojas) también disminuyó hasta en un 55 %, lo que se traduce en una reducción de entre 500 y 1.000 cm², es decir que se generó una compactación del dosel. Y como último punto, la producción de CBD con luz led DR/W se redujo un 3 % en comparación con la luz led blanca.

“Con el THC ocurrió algo muy interesante, y es que cuando se usó la luz led de espectro rojo se presentó una mayor concentración, lo cual no se conocía para este tipo de iluminación en Cannabis sativa L. en el país”.

“Esto nos brinda una idea de lo que ocurre con la variación del tipo de luz, y de cierta manera es una guía para que los productores sepan qué parámetros deben manejar si quieren uno u otro  compuesto. Usar luz led blanca –que es la empleada típicamente en la mayoría de los cultivos bajo invernadero– ayuda a tener una mayor producción de CBD, pero para el THC la historia cambia; incluso hay estudios que han probado la luz led azul con buenos resultados”, asegura el investigador.

Otro punto a tener en cuenta en estos cultivos es el costo asociado con el uso de una u otra luz; en el estudio se determinó que la luz led blanca es un 50 % más económica, pero a largo plazo la alternativa de espectro rojo es más rentable, un factor determinante ya que los cultivos que requieren condiciones controladas, y por ende más energía. También es importante señalar que estos cultivos requieren una serie de permisos del Instituto Colombiano Agropecuario (ICA) y de vigilancia por entes de control como el Ministerio de Justicia y del Derecho.

Las plantas se analizaron en todas sus fases en invernadero con observaciones y mediciones del crecimiento de las hojas, tallos y en general la acumulación de biomasa en cada parte de la planta; a su vez, se usaron equipos como un termómetro infrarrojo y un analizador de florescencia para determinar la tasa de transporte de electrones, un parámetro relacionado con las fotosíntesis.

Para determinar el contenido de cannabinoides y su rendimiento se realizó el secado de las plantas –hasta que tuvieran un 9 % de humedad–, luego se trituraron y se extrajeron muestras que se expusieron a un analizador de potencias que muestra la concentración específica de cada cannabinoide; en el caso del THC, no superó los niveles permitidos para plantas no psicoactivas (1 %).

 

Diversidad del maíz colombiano se amplía con la caracterización de nuevas razas

 En un avance para la botánica y la agricultura, investigadores de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira ampliaron la colección de maíces nativos del país, que pasó de 23 a 42 razas descritas. Entre los materiales reconocidos como nuevas razas están el Berrendo y el Huevito con sus granos multicolores; el Rojo Sureño, Rojo del Valle y Sangre de Toro, de granos rojizos; el Negro de Tabanok y el Negro Peruano, todos con potencial nutraceútico, por su elevado contenido de antioxidantes.

El maíz es un alimento profundamente arraigado a la cultura y economía de las comunidades étnicas de América, por eso el aumento en el número de razas en Colombia, además de revelar una valiosa variabilidad genética que enriquece el patrimonio biocultural y fortalece la soberanía y la seguridad alimentaria del país, permite la adaptación de los cultivos comerciales al cambio climático, ya que estas semillas criollas poseen genes esenciales para enfrentar enfermedades y condiciones climáticas extremas.

La primera recolección de maíz realizada en los años 50 por un equipo internacional de investigadores daba cuenta de 23 razas que se agruparon en 3 grandes categorías: (i) las “razas primitivas”, que son plantas bajas, relativamente precoces, con granos cristalinos y pequeños, tipo reventón; (ii) las “probablemente introducidas”, provenientes del germoplasma de otros países, y (iii) las “híbridas colombianas”, resultantes de procesos de hibridación o cruces.

Retomando este legado, en 2007 el Grupo de Investigación en Recursos Fitogenéticos Neotropicales (GIRFIN) de la UNAL Sede Palmira, liderado por la profesora Creuci María Caetano, con el apoyo del Instituto Colombiano Agropecuario (ICA), inició la expedición por el país para investigar las razas de maíz colombianas y analizar si disminuyeron o aumentaron en número y diversidad genética, o si las prácticas culturales asociadas con su cultivo se habían mantenido o deteriorado.

Ese mismo año también repatriaron 66 accesiones o materiales que estaban depositados en el Banco de Germoplasma del Centro Internacional de Mejoramiento de Maíz y Trigo (CIMMYT) en México, lo que les permitió obtener 22 razas de las 23 descritas, un proyecto que, además de consolidar la colección biológica, generó un buen número tanto de trabajos de grado y tesis de maestría y doctorado como de publicaciones científicas. Sin embargo, allí no estaban todas las razas colombianas disponibles.

“Determinamos que había más razas de las identificadas inicialmente y que ese número había aumentado de forma significativa; incluso el estudio del ADN cloroplástico fue fundamental para discriminar no solo 3 grupos raciales, sino 4; de 23 hoy tenemos 42 razas, además de variedades locales y una nueva categoría que proponemos”, destaca la investigadora Caetano. La cuarta categoría propuesta se denomina “razas híbridas colombianas strictu sensu”.

Al mismo tiempo notaron que la recolección de maíces se extendía en casi todos los departamentos del país, especialmente de las cordilleras, desde la Sierra Nevada de Santa Marta y a lo largo de los Andes, lo que permitió ampliar la colección biológica.

Este trabajo involucró el uso de sistemas de información geográfica para mapear las áreas en donde se realizaron las primeras recolecciones en los años 50, ajustando la búsqueda a los cambios en el uso del suelo y la urbanización, y también se enfocó en áreas rurales y de conservación donde todavía se cultivan y en comunidades que han mantenido sus prácticas agrícolas tradicionales.

La profesora Amanda Ortiz Escobar, del GIRFIN, indica que “después de la colecta se hace una caracterización morfológica para conocer qué tenemos, luego se hacen evaluaciones morfo-agronómicas para analizar el comportamiento de cada planta en términos de producción, resistencia a enfermedades y adaptabilidad a diferentes condiciones climáticas; también se adelantaron caracterizaciones con marcadores moleculares en algunas razas. Los marcadores moleculares son fragmentos de ADN que sirven para identificar y rastrear genes específicos en un organismo, ayudando a estudiar su variabilidad genética y sus características”.

Precisamente, el magíster en Ciencias Biológicas José René Jiménez Cardona, quien participó en el proyecto con su tesis sobre caracterización de las razas criollas e indígenas de maíz colombiano por medio de marcadores moleculares SSR, explica que “las razas recolectadas van desde los 0 hasta los 1.800 msnm (consideradas como tierras bajas) y por encima de los 1.800 msnm (tierras altas), muestran una sorprendente diversidad morfológica y agronómica, y están asociadas con la historia y cultura de un grupo étnico diferente”.

Actualmente las 42 razas de maíz están almacenadas en condiciones que aunque no son las ideales, sí aseguran su viabilidad en el Laboratorio de Biología de la UNAL Sede Palmira. El próximo paso será continuar con la caracterización morfológica y molecular de todas las razas descritas.

Con cultivos sostenibles de cacao, campesinos en Chaparral subsisten y protegen el medioambiente

 En los verdes paisajes de este municipio tolimense, un estudio reveló que las familias cacaoteras organizan sus recursos y medios no solo para generar ingresos y asegurar su sustento, sino que también protegen el agua, mantienen su entorno natural y contribuyen con la paz en el territorio, demostrando que la agricultura puede ser tanto productiva como sostenible.

Tradicionalmente el cacao crece bajo sombra, acompañado por árboles más altos que proporcionan protección y mejoran la biodiversidad. En Tolima, el quinto departamento productor del país, el cultivo de cacao se mezcla con otras especies agrícolas y forestales formando un sistema agroforestal que no solo les genera ingresos a las familias campesinas través de la venta de cacao, sino que también les proporciona alimentos para sus integrantes y sus animales de granja, permitiéndoles aprovechar al máximo sus tierras.

Así lo identificó el estudio realizado por Jaqueline Chica Lobo, doctora en Agroecología de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira, a partir de 106 encuestas y entrevistas a cacaocultores de 24 veredas de 3 corregimientos de Chaparral. También realizó un transecto agroecológico, la historia predial y la cartografía social del lugar.

“Con el análisis de la racionalidad económico-ecológica de los cacaocultores establecí qué factores determinan sus decisiones productivas, económicas y técnicas, me refiero a esas decisiones que se toman con propósitos tanto económicos como ecológicos”, explica la investigadora.

Sistemas agroforestales proveen alimentos

Los datos arrojaron que el 80 % de las fincas cacaoteras mantienen relictos de bosque, claves para la biodiversidad y la regulación local del agua, una de las características más destacadas del cacao. Además evidenciaron que los sistemas agroforestales no solo son rentables, sino que también juegan un papel esencial en la alimentación de las familias.

Por ejemplo, encontró que las fincas poseen una alta agro-biodiversidad, con hasta 14 especies agrícolas que coexisten con el cacao, entre las que se destacan: café, caña, pancoger, papaya, naranja, mango, coco, guayaba, banano, aguacate y plátano.

“El cacao no es la única fuente de ingreso (una característica general en el país) aunque sí puede ser la principal, como se confirmó para el caso de Chaparral”, explica.

Otro hallazgo importante es que en las fincas de cacao el valor de una hora de trabajo supera al del salario mínimo en Colombia, lo que demuestra que los campesinos obtienen más beneficios económicos trabajando en sus propias fincas que optando por empleos asalariados en la ciudad, lo que destaca la importancia social de este cultivo.

Para calcularlo, la tesista valoró la biomasa total producida en términos de alimentos, incluyendo venta y consumo interno, y le dio el valor del mercado, y luego la dividió entre el número total de horas de trabajo invertidas por las familias en sus fincas.

Cerdos y gallinas, ingresos extra

Los hogares campesinos suelen combinar la producción de cacao con la cría de pequeños animales. La mayoría tienen máximo 3 cerdos, algunos para producir y otros para criarlos y luego venderlos para obtener recursos adicionales y cubrir gastos como la compra de útiles escolares o el pago de créditos. De manera similar, las gallinas proveen huevos y carne, son una fuente importante de proteínas en la nutrición del hogar, al tiempo que permite generar un recurso monetario para obtener otros bienes que no se producen en la finca.

Como parte del estudio se realizó una capacitación a las familias sobre nutrición animal para sensibilizarlas acerca de que en sus territorios cuentan con recursos vegetales como el bore, el botón de oro y la hoja de yuca que les proveen ricas proteínas y fuentes calóricas a sus animales y al mismo tiempo les permiten reducir el uso de alimentos concentrados costosos.

También construyeron un biodigestor que les suministra biogás para cocinar y reemplazar de forma gradual el uso de la estufa de leña, que por la inhalación de humo les ha causado enfermedades respiratorias a las mujeres.

En la cáscara del chontaduro habría una luz para detectar mercurio o plomo en ríos y quebradas

 Además de ser rica en pigmentos naturales que se utilizan como colorante en la industria alimentaria, la cáscara del chontaduro o cachipay también guarda los secretos para detectar metales pesados. Por primera vez se obtuvieron puntos cuánticos de carbono a partir de este fruto, que al unirlos con otros compuestos (que sirven como rastreadores) detectan en apenas 30 segundos si en los principales afluentes del país hay mercurio, plomo o arsénico, metales de elevada toxicidad.

¿Qué son los puntos cuánticos? Son el boom en química, justo el año pasado los ganadores del Nobel de Química trabajaron en ellos. En palabras sencillas, son partículas imperceptibles al ojo humano (nanopartículas) que pueden producir fluorescencia, es decir luz y color.

Entre los puntos cuánticos, los de carbono son los más amigables con el medioambiente, y aunque se obtienen de las más diversas fuentes, hay una que se roba el protagonismo: las cáscaras de las frutas, que por naturaleza tienen betacarotenos (pigmentos que les dan su color distintivo) y son un indicador de la presencia de carbono en su interior.

Esto lo sabe bien el investigador Brayan Stiven Gómez Piñeros, doctor en Química de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), quien ha trabajado en el tema desde su pregrado, y que con la guía y el apoyo de la profesora Gilma Granados, del Departamento de Química, y el grupo de Nano-inorgánica de la Universidad, estudió de los puntos cuánticos a otro nivel, acercándolos al chontaduro.

El cachipay es una fruta autóctona distribuida no solo en el Pacífico colombiano sino también en cada rincón del país, entre ellos la Amazonia, Quindío y Cundinamarca; de hecho también es común verlo en ventas callejeras, en carretas de madera, por las calles y plazas de Bogotá, y reconocer de inmediato su intenso color naranja.

En Colombia se estiman 9.580 hectáreas destinadas al cultivo de chontaduro, y muchas veces su cáscara es desechada; pero la química llegó a su rescate con el investigador Gómez, quien reunió unos 300 g en una reconocida plaza de mercado de Bogotá, que serían la materia prima para “alumbrar” los metales pesados presentes en e agua.

¡Y se hizo la luz!

La cáscara recolectada se convirtió en polvo, y en el laboratorio se usaron cerca de 10 g. Allí se subió la temperatura hasta los 200 °C durante 2 horas, en un reactor de microondas en el que se pusieron los residuos de chontaduro junto a un compuesto nitrogenado y agua; al cabo de este tiempo la solución líquida se volvió de color amarillo pálido e irradió una vistosa luz azul, que evidencia la presencia de puntos cuánticos de carbono.

Pero obtenerlos por sí solos no garantiza detectar metales pesados en el agua, y es aquí donde aparecen los aminoácidos, moléculas indispensables para la vida que forman proteínas y que actúan como un “rastreador” perfecto de mercurio, plomo o arsénico, gracias a su estructura química (grupos amino) que les permite unirse a los puntos cuánticos y a su vez buscar las sustancias; es similar a un cable USB que se puede conectar tanto al computador como al celular.

¿Y cómo se unen los aminoácidos al chontaduro transformado? En un proceso denominado acoplamiento de amida, por la unión química de la que se habló antes. En la investigación, los puntos cuánticos de carbono y su respectivo aminoácido (cisteína, histidina y fosfoserina) se dejaron por 2 horas en un recipiente, obteniendo así 3 sensores fluorescentes.

Los 3 aminoácidos no se eligieron al azar, sino por la capacidad de cada uno para buscar un metal en específico, así: la cisteína el mercurio, la histidina el plomo, y la fosfoserina el arsénico. Dichas “fusiones” se disolvieron en 1,5 ml de agua y se pusieron a prueba en un tubo de ensayo con 1,5 ml de una solución de cada uno de los metales pesados.

“La luz que producen los puntos cuánticos de carbono se apaga cuando entra en contacto con el metal que busca cada aminoácido; al agitarlos en el tubo de ensayo, los 3 metales lograron esfumar la fluorescencia de los sensores, lo que quiere decir que son capaces de detectar la presencia de estos agentes tóxicos en el agua”.

“Esta es una forma más económica y rápida de detectarlos, pues los métodos empleados hoy utilizan equipos costosos que además son difíciles de llevar al territorio y que en Colombia escasean”, asegura el investigador Gómez.

En algunos ríos del país se han detectado hasta 200 microgramos por litro (μg/L) de mercurio, plomo o arsénico. Los sensores obtenidos detectan concentraciones mínimas de 10 μg/L de estos metales, mejorando la capacidad y precisión en su identificación. Esto los convierte en una herramienta novedosa y práctica para la detección portátil, y a simple vista, de los contaminantes tóxicos en Colombia.

Tecnología digital mejora el cultivo de arroz en Colombia y disminuye el uso de agua

 En Colombia, un país con rica tradición arrocera, productores ubicados en la meseta del Tolima, quienes incorporan nuevas tecnologías en las prácticas agrícolas del cultivo de arroz, han logrado un uso eficiente del agua mediante el diseño computarizado de campo acorde con las necesidades de cada lote, logrando reducciones de hasta un 40 % en el uso del agua, y además aumentos significativos en los rendimientos.

Según el Quinto Censo Nacional Arrocero de 2023, el país aumentó la producción de arroz en 7,3 % frente a 2016, hecho que se explica por el uso de tecnología en los cultivos considerando tanto las diferencias en las características del suelo en distintas áreas del campo como las adaptaciones al cambio climático mediante la adopción de la agricultura digital.

Ejemplo de ello es el empleo de maquinaria agrícola precisa tanto para la preparación y adecuación del suelo como en la siembra, logrando ajustar la cantidad de semillas y agroquímicos según las diferentes características del terreno, optimizando los recursos y mejorando la producción.

Estudiantes de las asignaturas de Mecanización Agrícola y Mecanización en Agricultura de Precisión, del programa de Ingeniería Agrícola de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Palmira, realizaron una visita técnica a diferentes sitios en Tolima, una de las regiones con mayor producción de este cereal en el país, para conocer de primera mano cómo funcionan estas herramientas tecnológicas.

Uno de los sitios visitados fue la Hacienda El Escobal, que en su continuo proceso de innovación utiliza desde hace más de 4 años un software y equipos de agricultura de precisión como maquinaria para preparación de suelos, siembra y cosecha, que los hace más rentables dando un manejo sostenible de los recursos naturales.

“La Hacienda, que siembra 100 hectáreas de arroz mensualmente, ha reducido el uso del agua hasta un 40 %”, informó el profesor Oscar Chaparro Anaya, de la clase de Mecanización Agrícola y uno de los docentes a cargo de la actividad.

Esta finca productora utiliza el software para obtener información sobre la composición del suelo, la disponibilidad de nutrientes, la humedad y el rendimiento de cultivos, además de la que les proveen los mapas de cosecha que tienen en sus equipos y las bases de datos de clima, con las que pueden monitorear el impacto del cambio climático y cómo afectan las temperaturas el sistema de producción; todas estas acciones les permite tomar de decisiones acertadas.

“Al identificar y analizar los distintos lotes de cultivo mediante estas tecnologías, los agricultores pueden determinar las posibilidades agrícolas y las necesidades de cada área”, agrega el docente.

Suelos arroceros del Tolima

“Por su génesis, los suelos de las zonas arroceras visitadas en este departamento presentan características apropiadas para el manejo de este sistema productivo”.

“Estos se identifican porque presentan un horizonte argílico entre 30 y 50 cm de profundidad, en el que por millones de años se depositaron arcillas dispersadas en sus capas superficiales, rellenando sus poros, lo que los hace de baja permeabilidad, condición requerida mantener la inundación en el cultivo de arroz”, señala el profesor Sandro Nolan Ipaz, coordinador del programa de Ingeniería Agrícola de la UNAL Sede Palmira.

Durante la salida de campo, los estudiantes también tuvieron la oportunidad de interactuar con fabricantes de maquinaria agrícola, con quienes aprendieron sobre las últimas innovaciones para preparar los suelos y la cosecha de arroz.

También visitaron la Universidad del Tolima para encontrarse con los investigadores del Grupo de Investigación en Agricultura Digital y de Precisión, quienes les presentaron los avances en el uso de sensores y tecnologías de información para mejorar las decisiones agrícolas.

La experiencia vivida fue una gran oportunidad para visualizar las áreas de desempeño profesional como ingenieros agrícolas y cómo la agricultura digital ofrece las herramientas para realizar una agronomía de la producción, controlando la cantidad adecuada en el momento oportuno y en el lugar preciso.