Todos hemos escuchado sobre el peligro de las armas nucleares, debido a los efectos devastadores de las bombas atómicas lanzadas en Hiroshima y Nagasaki en 1945. Por esto, después de la segunda guerra mundial, se han creado tratados con el propósito de evitar los ensayos nucleares con fines militares y se ha fomentado el uso de la energía nuclear en beneficio de la humanidad.
¿Qué es energía nuclear?
La energía nuclear es la energía contenida en el núcleo de un átomo y permite que los protones y neutrones se mantengan unidos, el aprovechamiento de esta energía se puede realizar a partir del núcleo de un átomo (fisión nuclear) o al fusionar los núcleos de dos átomos (fusión nuclear), ambas reacciones generan pérdida de masa, que se convierte en energía calorífica y de radiación.
La radiación es una forma de energía igual que el calor y la luz emitidos por el sol, que se transmite a través de un material o del espacio y tiene muchas aplicaciones que pueden ser utilizadas con fines pacíficos. Por ejemplo, en la medicina se utilizan radiofármacos y radioisótopos para detectar y tratar enfermedades, la radiación gamma se aplica para diagnosticar y tratar el cáncer o esterilizar productos médicos y quirúrgicos.
Para la producción de energía se usan reactores nucleares que generan electricidad, para reducir la contaminación ambiental se pueden emplear reactores de plasma, estos reactores permiten transformar residuos peligrosos generados en industrias petroquímicas, residuos de hospitales, gases tóxicos generados por las industrias y los automóviles en compuestos menos tóxicos o combustibles limpios.
Usos de la energía nuclear en la agricultura
Además, la energía nuclear se usa con diferentes objetivos dentro de la producción agrícola, es una herramienta importante de mejoramiento genético que sirve para generar variedades de plantas precoces, que produzcan más, que sean más resistentes a plagas y enfermedades, que toleren la salinidad o el estrés por agua. Esta generación de variedades ha permitido mejorar la seguridad alimentaria, también se utiliza para combatir plagas de insectos y prolongar el periodo de conservación de los alimentos al esterilizarlos.
La radiación nuclear también permite incrementar los porcentajes de germinación de semillas, acelerar el crecimiento de las plantas, aumentar la concentración de aceites en oleaginosas, elevar el contenido de pigmentos fotosintéticos y antioxidantes, incrementar la producción de metabolitos secundarios, inducir floración temprana e interrumpir la latencia en las semillas.
¿Qué tipo de radiación podemos utilizar en la agricultura?
El efecto que causa la energía nuclear dentro de las plantas depende del tipo y la dosis de la radiación que se use, así como del tejido expuesto. Cuando un tejido absorbe radiación, éste puede ocasionar que los electrones del tejido vegetal vibren, cuando se genera este efecto, la radiación se conoce como no ionizante y en este grupo podemos encontrar a los rayos ultravioleta (UV), el láser y las microondas.
Existe otro grupo de radiación nuclear que ocasiona que los electrones se exciten e incrementen sus niveles de energía, esto provoca que los electrones se salgan de su órbita y los átomos se transformen en iones, por lo que este grupo es conocido como radiación ionizante. Este tipo de irradiación se produce por átomos inestables que se encuentran en proceso de transformación a átomos estables, fenómeno conocido como radioactividad y aquí podemos encontrar a los rayos X y gamma (γ). Este tipo de radiación produce especies reactivas con el oxígeno, las cuales interactúan con el ADN del tejido vegetal y causan daño oxidativo que genera modificaciones en las bases e inducen múltiples rupturas simples o dobles en la cadena del ADN.
Ondas ultravioleta
Las ondas UV son consideradas un método ecológico y seguro para estimular el desarrollo de las plantas, también incrementan la tolerancia al estrés biótico y abiótico, mejoran la productividad e incrementan la calidad de frutas y hortalizas al reducir la actividad microbiana, sin que afecten sus propiedades organolépticas. Es por esto, que las ondas UV son ampliamente utilizadas para garantizar la inocuidad y calidad en frutas y hortalizas frescas, así como para incrementar su vida de anaquel.
Microondas
Las microondas son absorbidas a nivel celular, causan movimientos en los iones, estos movimientos producen un calentamiento rápido y selectivo que puede modificar la permeabilidad de las membranas citoplasmáticas, la división de células y la síntesis de proteínas, estos cambios fisiológicos estimulan la germinación y el vigor de las plántulas. Las microondas, aunque en menor medida también son utilizadas para inducir mutaciones ya que pueden generar especies reactivas de oxígeno, que desencadenan procesos físicos y químicos complejos y pueden dar lugar a diversas lesiones del metabolismo celular, incluida la fragmentación del ADN.
Láser
La estimulación del desarrollo de las plantas con láser es un fenómeno físico que se basa en la absorción de energía de la luz, ésta energía lumínica es transformada en energía química y modifica los procesos fisiológicos en la germinación de semillas porque influye en la actividad de la enzima alfa-amilasa (enzima que interviene en la degradación del almidón) y modifica la concentración de radicales libres, lo que permite desactivar la latencia y por lo tanto incrementar el porcentaje de germinación. La activación por láser en las plantas es el resultado de un aumento en su potencial bioenergético, lo que lleva a una alta actividad de producción en el fitocromo, esto estimula procesos bioquímicos y fisiológicos.
Rayos X
Los rayos X se usan para determinar la viabilidad de las semillas en diferentes especies, otra aplicación de los rayos X es su uso a intensidades bajas para estimular el desarrollo de las plantas, ya que activan enzimas que favorecen la formación de sustancias que a bajas concentraciones aceleran la división de células. En las décadas de los setentas y ochentas también se consideraron a los rayos X como una herramienta importante en la generación de variedades vegetales por inducir mutaciones, con este método se registraron 162 (70´s) y 234 (80´s) variedades de diversos cultivos, en la base de datos de variedades mutantes de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agencia Internacional de Energía Atómica (FAO/IAEA). Entre éstos tenemos a variedades de frijol, cebada, soya, arroz, crisantemo, tulipán, dalia, alstroemeria, entre otras.
Rayos gamma
Los rayos gamma son partículas que tienen capacidad alta de penetrar en los tejidos bilógicos. Su eficiencia se debe a que tienen un nivel de energía de alrededor de 10 kilo electrón voltios (keV) a varios cientos de keV, esto le confiere un alto poder de penetración en los tejidos. Su efecto biológico se basa en la interacción con componentes celulares como el agua, proteínas y las enzimas, que al chocar con estos elementos o con los enlaces químicos que los mantienen juntos, y de acuerdo a la dosis o la sensibilidad del material pueden alterar su estructura o cambiar el orden de sus componentes. Cuando la radiación afecta al ADN y si éste no es reparado se provoca una modificación en la información genética, efecto conocido como mutación.
Se ha demostrado el éxito de los rayos gamma en la generación de nuevas variedades, ya que más del 50 % de las variedades mutantes liberadas se han generado a través de esta técnica. Los rayos gamma han permitido generar variedades en cultivos como trigo, cebada, arroz, algodón, chícharo, soya, crisantemo, rosa, dalia, begonia, entre otros. En plantas ornamentales su uso representa una herramienta poderosa para generar nuevas variedades para la industria florícola, ya que permite modificar características fenotípicas de importancia comercial como el color, la forma o el tamaño de la flor, lo que hace a las plantas ornamentales ideales para la inducción de mutaciones.
Los rayos gamma también se utilizan para estimular de la germinación de semillas, el crecimiento de las plantas, el desarrollo de brotes laterales por inactivación de auxinas e inducir floración temprana, además son eficientes en la esterilización de productos agrícolas y para aumentar su tiempo de conservación o reducir la incidencia de patógenos.
El buen uso de la energía nuclear ha llevado a diferentes aplicaciones, como vemos, en la agricultura nos proporcionan múltiples beneficios, ya que con algunas de sus técnicas puede incrementarse la producción de alimentos o flores, reducirse el uso de plaguicidas, generar nuevas variedades y acelerar el desarrollo de las plantas.
De la Cruz-Torres, E. (2015). Estimular la evolución. Apps. Nucleares, 1:10.13.
https://www.gob.mx/cms/uploads/attachment/file/112058/APPS_NUCLEARES_1.pdf
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Base de datos de variedades mutantes de la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agencia Internacional de Energía Atómica (FAO/IAEA). (2018).
La D.C. Selene Hernández Muñoz es egresada del Programa Institucional de Doctorado en Ciencias Biológicas de la Opción en Conservación y Manejo de Recursos Naturales.
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D.C. Martha Elena Pedraza Santos es Profesor Investigador Titular C, ambas de la Facultad de Agrobiología “Presidente Juárez” de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
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