Az Aarhusi Egyetem kutatói hét olyan természetben előforduló búzagyökér-vegyületet azonosítottak, amelyek ugyanolyan erősen elnyomják a nitrifikáló talajbaktériumokat, mint a szintetikus nitrifikáció-inhibitorok, potenciális szaporodási utat nyitva meg olyan búzafajták felé, amelyek több alkalmazott nitrogént visszatartanak anélkül, hogy további vegyi bevitelt vagy termésáldozatot igényelnének.
A nitrogénproblémával a mezőgazdaság folyamatosan szembesül
A műtrágyaként kijuttatott nitrogén kevesebb mint felét veszik fel a növények, a fennmaradó részt pedig a vízi utakba való kilúgozás vagy a légkörbe történő gáznemű kibocsátás következtében, nitrogén-oxidként, egy erős üvegházhatású gázként veszítik el. Évtizedek óta az elsődleges válasz a kijuttatási mennyiség szabályozási korlátozása és a szintetikus nitrifikáció-gátlók, olyan vegyszerek, amelyek lassítják az ammónium mikrobiális átalakulását nitráttá, de költségesek, ismételt alkalmazást igényelnek, és hatással lehetnek a nem -célzott talajszervezetekre.
A Purna Kumar Khatri posztdoktori kutató által vezetett aarhusi csapat azt vizsgálta, hogy maga a búza képes-e ellátni biológiailag ennek a funkciónak a változatát. Munkájuk a biológiai nitrifikáció-gátlásra összpontosít, egy olyan folyamatra, amelynek során a növényi gyökerek természetes vegyületeket bocsátanak ki, amelyek elnyomják a nitrifikáló mikrobákat, amelyek felelősek az ammónium kimosódásra hajlamosabb nitrát formává alakításáért.
Mik azok a benzoxazinoidok?
A benoxazinoidok másodlagos metabolitok, amelyeket a gabonanövények, köztük a búza, a kukorica és a rozs természetesen termelnek, és hagyományosan tanulmányozzák a rovarok, gyomok és fonálférgek elleni növényvédelemben betöltött szerepüket. Az aarhusi kutatók 18 különböző benzoxazinoid vegyületet szűrtek át biolumineszcencia vizsgálattal a Nitrosomonas europaea-val, egy modell nitrifikáló baktériummal, és hét olyan --ot találtak, köztük a BOA, MBOA, DIBOA és DIMBOA -, amelyek képesek erősen elnyomni a viszonylag alacsony koncentrációjú nitrifikációt. Mivel ezeket a vegyületeket a növény maga állítja elő és bocsátja ki, nem pedig külsőleg alkalmazza, ezért alapvetően más szállítási mechanizmust kínálnak, mint a szintetikus inhibitorok: folyamatos, lokalizált felszabadulást pontosan ott és akkor, amikor a növénynek meg kell védenie a rendelkezésre álló nitrogént.
A tervezett búza vonalak azt mutatják, hogy a hatás felerősíthető
A tanulmány egy hagyományos búza szülővonalat hasonlított össze két olyan búzavonallal, amelyek a Leymus racemosusból származó kromoszómafragmenst hordozzák, egy vadon élő fűből, amelyről ismert, hogy fokozza a biológiai nitrifikációt gátló tulajdonságokat. A hidroponikusan növesztett, megerősített vonalak szignifikánsan nagyobb koncentrációban bocsátottak ki aktív benzoxazinoidokat, mint a szülővonal, és gyökérváladékaik akár kétszer olyan erősen elnyomták a nitrifikációt -, ami közvetlenül korrelált a magasabb mért vegyületkoncentrációkkal.
A kutatók által idézett modellezési munka azt sugallja, hogy a biológiai -nitrifikáció-gátlás-alkalmazott növények 20-30%-kal csökkenthetik a nitrogénveszteséget, és a korai szántóföldi kísérletek nem mutattak ki hozambüntetést ezzel a tulajdonsággal, ami azt jelenti, hogy a gazdálkodók elvileg kevesebb műtrágyát alkalmazhatnának, miközben hasonló mennyiségű termést takarítanak be. Khatri szerint a lehetőség nagysága még szerény hatékonyságnövekedés mellett is jelentős: "Ha valódi szántóföldi körülmények között akár tíz százalékkal is meg tudja növelni a nitrogénfelhasználás hatékonyságát, akkor a műtrágya és a károsanyag-kibocsátás abszolút megtakarítása óriási."
A kémiától a tenyésztési célpontig
A hosszú távú cél az, hogy a vegyi eredményeket nemesítési stratégiává alakítsák át: amint a kutatók azonosítják, hogy mely bioszintetikus utak állítják elő a leghatékonyabb nitrifikációt{1}}gátló vegyületeket, a növénynemesítők kiválaszthatják azokat a búzafajtákat, amelyek erősebben fejezik ki a tulajdonságokat, anélkül, hogy a gazdálkodóknak meg kellene változtatniuk a gyakorlatukat vagy új alapanyagokat kellene vásárolniuk. A kutatás a szélesebb körű nemzetközi CropSustain projekt része, amelyben párhuzamos kutatócsoportok azt vizsgálják, hogy ezek a tulajdonságok miként hatnak a talaj mikrobiómáira és a nem -célszervezetekre hosszabb időn keresztül - ez a kérdés még akkor is fontos a szabályozási és kereskedelmi hasznosítás szempontjából, ha a mögöttes biológia robusztusnak bizonyul.
Az eredmények úgy érkeznek, hogy a globális nitrogénpiacok továbbra is változékonyak a Hormuzi-szoros zavarát követően, amely az év elején a karbamid árai közel -rekordmagassághoz juttatták, mielőtt a részleges korrekció következett volna. Míg a nitrifikációt gátló búzafajták nemesítésének időrendjei több-éves horizonton futnak, ahelyett, hogy azonnali enyhülést kínálnának, a kutatás egyre több biológiai alternatívát tesz lehetővé - a mikrobiális nitrogén{5}}megkötő termékek mellett, amelyeket a cégek, köztük a Pivot Bio már kereskedelmi forgalomba hoztak, beleértve a Pivot Bio-t is, ami fokozatosan csökkentheti a strukturális nitrogénfüggőséget. bemenetek.
A "Benzoxazinoids as jelölt vegyületek a biológiai nitrifikáció gátlására búzában" című tanulmány a Plant Physiology and Biochemistry folyóiratban jelent meg, és a Koppenhágai Egyetemmel, az Aberdeeni Egyetemmel és a mexikói Nemzetközi Kukorica- és Búzafejlesztési Központtal (CIMMYT) együttműködve végezték el, amely maganyagot biztosított a kísérlethez.
