Istraživači sa Sveučilišta Aarhus identificirali su sedam prirodnih spojeva korijena pšenice koji suzbijaju nitrificirajuće bakterije u tlu jednako snažno kao i sintetski inhibitori nitrifikacije, otvarajući potencijalni put razmnožavanja prema sortama pšenice koje zadržavaju više primijenjenog dušika bez potrebe za dodatnim kemijskim unosom ili žrtvovanjem prinosa.
Problem s dušikom s kojim se poljoprivreda neprestano suočava
Manje od polovice dušika koji se primjenjuje kao gnojivo zapravo se apsorbira u usjevima, dok se ostatak gubi ispiranjem u vodene tokove ili emisijom plinova u atmosferu kao dušikov oksid, snažan staklenički plin. Desetljećima su primarni odgovor bila regulatorna ograničenja količina primjene i sintetskih inhibitora nitrifikacije, kemikalija koje usporavaju mikrobnu pretvorbu amonijaka u nitrat, ali su skupe, zahtijevaju ponovljenu primjenu i mogu utjecati na ne-ciljane organizme u tlu.
Tim iz Aarhusa, predvođen postdoktorandom Purnom Kumar Khatri, istraživao je može li sama pšenica izvršiti verziju te funkcije biološki. Njihov rad usredotočen je na biološku inhibiciju nitrifikacije, proces u kojem korijenje biljaka oslobađa prirodne spojeve koji suzbijaju nitrifikacijske mikrobe odgovorne za pretvaranje amonijaka u nitratni oblik-skloniji ispiranju.
Što su benzoksazinoidi?
Benzoksazinoidi su sekundarni metaboliti koje prirodno proizvode žitarice, uključujući pšenicu, kukuruz i raž, a tradicionalno se proučava njihova uloga u obrani biljaka od insekata, korova i nematoda. Istraživači iz Aarhusa ispitali su 18 različitih benzoksazinoidnih spojeva koristeći bioluminiscencijski test s Nitrosomonas europaea, modelom nitrifikacijske bakterije, i pronašli sedam - uključujući BOA, MBOA, DIBOA i DIMBOA - sposobnih za snažno suzbijanje nitrifikacije pri relativno niskim koncentracijama. Budući da ove spojeve proizvodi i otpušta sama biljka, a ne primjenjuju se izvana, oni nude bitno drugačiji mehanizam isporuke od sintetskih inhibitora: kontinuirano, lokalizirano otpuštanje točno gdje i kada biljka treba da zaštiti raspoloživi dušik.
Projektirane linije pšenice pokazuju da se učinak može pojačati
Studija je uspoređivala konvencionalnu roditeljsku liniju pšenice s dvjema linijama pšenice koje nose fragment kromosoma iz Leymus racemosusa, divlje trave za koju se zna da pojačava svojstva inhibicije biološke nitrifikacije. Uzgajane hidroponski, poboljšane linije otpustile su značajno više koncentracije aktivnih benzoksazinoida od matične linije, a njihovi korijenski izlučevine potisnuli su nitrifikaciju do dvostruko jače - rezultat koji je izravno korelirao s višim izmjerenim koncentracijama spojeva.
Rad na modeliranju koji su citirali istraživači sugerira da bi usjevi s omogućenom biološkom-nitrifikacijom-inhibicijom-mogli smanjiti gubitke dušika za 20% do 30%, a rana poljska ispitivanja nisu pokazala smanjenje prinosa povezano s tom osobinom, što znači da bi poljoprivrednici u načelu mogli primjenjivati manje gnojiva dok žetvu usporedive količine zrna. Khatri je rekao da je veličina prilike značajna čak i uz skromna povećanja učinkovitosti: "Ako možete povećati-učinkovitost korištenja dušika za čak deset posto u stvarnim uvjetima na terenu, apsolutne uštede u gnojivu i emisijama su ogromne."
Od kemije do cilja za uzgoj
Dugoročni-cilj je prevesti kemijske nalaze u strategiju uzgoja: nakon što istraživači identificiraju koji biosintetski putevi proizvode najučinkovitije spojeve za{1}}inhibiranje nitrifikacije, uzgajivači bi mogli odabrati sorte pšenice koje jače izražavaju svojstva, bez potrebe da farmeri mijenjaju praksu ili kupuju nove inpute. Istraživanje je dio šireg međunarodnog projekta CropSustain, u kojem paralelne istraživačke skupine proučavaju kako te značajke utječu na mikrobiome tla i ne-ciljane organizme tijekom dužih vremenskih okvira - što je pitanje koje je važno za regulatorno i komercijalno prihvaćanje čak i ako se temeljna biologija pokaže robusnom.
Nalazi su stigli dok su globalna tržišta dušika i dalje nestabilna nakon poremećaja u Hormuškom tjesnacu, zbog čega su cijene uree dosegle gotovo-rekordne razine ranije ove godine prije djelomične korekcije. Dok se vremenski rokovi uzgoja za nitrifikaciju-koje inhibiraju sorte pšenice odvijaju na više-godišnjem horizontu umjesto da nude trenutačno olakšanje, istraživanje dodaje sve većem broju bioloških alternativa - uz mikrobne -proizvode za fiksiranje dušika koje su tvrtke, uključujući Pivot Bio -, već komercijalizirale, a koje bi mogle postupno smanjiti strukturne utjecaje poljoprivrednog sektora ovisnost o unosu sintetskog dušika.
Studija, "Benzoksazinoidi kao spojevi kandidati za biološku inhibiciju nitrifikacije u pšenici", objavljena je u Plant Physiology and Biochemistry i provedena u suradnji sa Sveučilištem u Kopenhagenu, Sveučilištem u Aberdeenu i Meksičkim međunarodnim centrom za poboljšanje kukuruza i pšenice (CIMMYT), koji je osigurao sjemenski materijal za ispitivanje.
