Naukowcy z Uniwersytetu w Aarhus zidentyfikowali siedem naturalnie występujących w korzeniach pszenicy związków, które tłumią bakterie nitryfikacyjne w glebie równie silnie jak syntetyczne inhibitory nitryfikacji, otwierając potencjalną ścieżkę hodowli w kierunku odmian pszenicy, które zatrzymują więcej zastosowanego azotu bez konieczności stosowania dodatkowych środków chemicznych lub poświęcania plonów.
Problem azotu, z którym boryka się rolnictwo
Mniej niż połowa azotu stosowanego jako nawóz jest faktycznie pobierana przez rośliny uprawne, a pozostała część jest tracona w wyniku wymywania do dróg wodnych lub emisji gazów do atmosfery w postaci podtlenku azotu, silnego gazu cieplarnianego. Przez dziesięciolecia główną reakcją były regulacyjne ograniczenia dotyczące dawek stosowania i syntetyczne inhibitory nitryfikacji, czyli substancje chemiczne, które spowalniają przemianę amonu w azotany przez drobnoustroje, ale są kosztowne, wymagają wielokrotnego stosowania i mogą mieć wpływ na organizmy glebowe inne niż docelowe.
Zespół z Aarhus, kierowany przez badaczkę ze stopniem doktora Purnę Kumar Khatri, zbadał, czy sama pszenica może pełnić tę funkcję biologicznie. Ich prace skupiają się na biologicznym hamowaniu nitryfikacji, procesie, w którym korzenie roślin uwalniają naturalne związki, które tłumią drobnoustroje nitryfikacyjne odpowiedzialne za przekształcanie amonu w bardziej podatną na wymywanie-formę azotanu.
Co to są benzoksazynoidy?
Benzoksazynoidy to metabolity wtórne wytwarzane naturalnie przez rośliny zbożowe, w tym pszenicę, kukurydzę i żyto, tradycyjnie badane pod kątem ich roli w obronie roślin przed owadami, chwastami i nicieniami. Naukowcy z Aarhus sprawdzili 18 różnych związków benzoksazynoidowych za pomocą testu bioluminescencji z użyciem Nitrosomonas europaea, modelowej bakterii nitryfikacyjnej, i odkryli siedem -, w tym BOA, MBOA, DIBOA i DIMBOA - zdolnych do silnego tłumienia nitryfikacji przy stosunkowo niskich stężeniach. Ponieważ związki te są wytwarzane i uwalniane przez samą roślinę, a nie stosowane zewnętrznie, oferują zasadniczo inny mechanizm dostarczania niż syntetyczne inhibitory: ciągłe, zlokalizowane uwalnianie dokładnie tam i kiedy roślina musi chronić dostępny azot.
Zaprojektowane linie pszenicy pokazują, że efekt można wzmocnić
W badaniu porównano konwencjonalną linię rodzicielską pszenicy z dwiema liniami pszenicy niosącymi fragment chromosomu Leymus racemosus, dzikiej trawy, o której wiadomo, że wzmacnia cechy biologicznego hamowania nitryfikacji. Udoskonalone linie, uprawiane hydroponicznie, uwalniały znacznie wyższe stężenia aktywnych benzoksazynoidów niż linia rodzicielska, a wydzieliny z ich korzeni hamowały nitryfikację nawet dwukrotnie silniej -, co korelowało bezpośrednio z wyższymi zmierzonymi stężeniami związków.
Modelowanie cytowane przez naukowców sugeruje, że rośliny uprawne wyposażone w-nitryfikację-hamowanie-mogą zmniejszyć straty azotu o 20–30%, a wczesne próby polowe nie wykazały żadnego spadku plonów związanego z tą cechą, co oznacza, że rolnicy mogliby w zasadzie stosować mniej nawozów przy zbiorze porównywalnych ilości ziarna. Khatri stwierdził, że skala możliwości jest znacząca nawet przy umiarkowanym wzroście wydajności: „Jeśli uda się zwiększyć efektywność wykorzystania azotu-nawet o dziesięć procent w rzeczywistych warunkach polowych, absolutne oszczędności w zakresie nawozów i emisji będą ogromne”.
Od chemii do celu hodowlanego
Długoterminowym celem-jest przełożenie odkryć chemicznych na strategię hodowlaną: gdy badacze ustalą, które szlaki biosyntezy wytwarzają najskuteczniejsze-związki hamujące nitryfikację, hodowcy roślin będą mogli wybierać odmiany pszenicy, które wykazują silniejsze cechy, bez konieczności zmiany praktyk lub zakupu nowych środków produkcji. Badania stanowią część szerszego międzynarodowego projektu CropSustain, w ramach którego równoległe grupy badawcze badają, jak te cechy wpływają na mikrobiomy glebowe i organizmy nie-będące przedmiotem zwalczania w dłuższych ramach czasowych -. Jest to kwestia istotna z punktu widzenia przepisów i zastosowań komercyjnych, nawet jeśli leżąca u ich podstaw biologia okaże się solidna.
Ustalenia te napływają w związku z utrzymującą się niestabilnością światowych rynków azotu w następstwie zakłóceń w Cieśninie Ormuz, które na początku tego roku spowodowały, że ceny mocznika osiągnęły niemal{{0}rekordowy poziom, zanim nastąpiła częściowa korekta. Choć harmonogramy hodowli odmian pszenicy hamującej-nitryfikację- obejmują wiele-lat, a nie zapewniają natychmiastową ulgę, badanie to uzupełnia rosnącą gamę biologicznych alternatyw - obok azotu mikrobiologicznego-produktów wiążących już wprowadzonych na rynek przez firmy, w tym Pivot Bio -, które mogłyby stopniowo zmniejszać strukturalną zależność sektora rolnego od azotu syntetycznego.
Badanie zatytułowane „Benzoksazynoidy jako związki kandydujące do biologicznego hamowania nitryfikacji w pszenicy” opublikowano w czasopiśmie Plant Physiology and Biochemistry i przeprowadzono we współpracy z Uniwersytetem w Kopenhadze, Uniwersytetem w Aberdeen oraz Międzynarodowym Centrum Udoskonalania Kukurydzy i Pszenicy w Meksyku (CIMMYT), które dostarczyło materiał siewny do badania.
