Aarhusi ülikooli teadlased on tuvastanud seitse looduslikult esinevat nisujuureühendit, mis pärsivad nitrifitseerivaid mullabaktereid sama tugevalt kui sünteetilised nitrifikatsiooni inhibiitorid, avades potentsiaalse aretustee nisusortide poole, mis säilitavad rohkem kasutatud lämmastikku, ilma et oleks vaja täiendavat keemilist sisendit või saagiohvrit.
Põllumajandus seisab silmitsi lämmastikuprobleemiga
Vähem kui pool väetisena kasutatavast lämmastikust neelavad tegelikult põllukultuurid, ülejäänud osa kaob veekogudesse leostumisel või gaasiliste emissioonide tõttu atmosfääri tugeva kasvuhoonegaasina dilämmastikoksiidina. Aastakümneid on esmaseks vastuseks olnud kasutusnormide ja sünteetiliste nitrifikatsiooni inhibiitorite regulatiivsed piirangud – kemikaalid, mis aeglustavad ammooniumi mikroobset muundumist nitraadiks, kuid on kulukad, vajavad korduvat kasutamist ja võivad mõjutada mittesiht-mullaorganisme-.
Århusi meeskond, mida juhtis järeldoktor Purna Kumar Khatri, uuris, kas nisu ise suudab selle funktsiooni bioloogiliselt täita. Nende töö keskendub bioloogilisele nitrifikatsiooni inhibeerimisele – protsessile, mille käigus taimejuured vabastavad looduslikke ühendeid, mis suruvad alla nitrifitseerivad mikroobid, mis vastutavad ammooniumi muundamise eest leostuvamaks-nitraadivormiks.
Mis on bensoksasinoidid?
Bensoksasinoidid on sekundaarsed metaboliidid, mida toodavad looduslikult teraviljakultuurid, sealhulgas nisu, mais ja rukis, ja mida traditsiooniliselt uuritakse nende rolli osas taimede kaitsmisel putukate, umbrohtude ja nematoodide vastu. Århusi teadlased skriinisid 18 erinevat bensoksasinoidühendit, kasutades bioluminestsentsanalüüsi Nitrosomonas europaea, mudelnitrifitseeriva bakteriga, ja leidsid seitse -, sealhulgas BOA, MBOA, DIBOA ja DIMBOA -, mis on võimelised nitrifikatsiooni suhteliselt madalal kontsentratsioonil tugevalt maha suruma. Kuna neid ühendeid toodab ja vabastab taim ise, mitte ei kasuta neid väliselt, pakuvad need sünteetilistest inhibiitoritest põhimõtteliselt erinevat kohaletoimetamismehhanismi: pidev, lokaalne vabanemine täpselt seal, kus ja millal taim peab olemasolevat lämmastikku kaitsma.
Projekteeritud nisu jooned näitavad, et efekti saab võimendada
Uuringus võrreldi tavalist nisu vanemliini kahe nisuliiniga, mis kandsid kromosoomifragmenti Leymus racemosusest, metsikust rohust, mis teadaolevalt suurendab bioloogilist nitrifikatsiooni pärssivaid omadusi. Hüdropooniliselt kasvatades vabastasid täiustatud liinid märkimisväärselt kõrgemad aktiivsete bensoksasinoidide kontsentratsioonid kui algliin ja nende juureeksudaadid pärssisid nitrifikatsiooni kuni kaks korda tugevamalt -, mis on otseses korrelatsioonis mõõdetud ühendite kõrgemate kontsentratsioonidega.
Teadlaste viidatud modelleerimistööd näitavad, et bioloogilise -nitrifikatsiooni-inhibeerimise-tootmisega põllukultuurid võivad vähendada lämmastikukadusid 20–30% võrra ning varased põldkatsed ei ole näidanud, et selle tunnusega ei ole saagikust kahju, mis tähendab, et põllumehed võiksid võrreldavate teraviljakoguste koristamisel kasutada vähem väetist. Khatri ütles, et selle võimaluse suurus on märkimisväärne isegi mõõduka efektiivsuse kasvu korral: "Kui suudate reaalsetes põllutingimustes suurendada lämmastiku{6}kasutuse efektiivsust kasvõi kümme protsenti, on väetiste ja heitmete absoluutne kokkuhoid tohutu."
Keemiast aretuse sihtmärgini
Pikaajaline eesmärk on{0}}kemikaalide leiud aretusstrateegiasse üle kanda: kui teadlased on kindlaks teinud, millised biosünteesirajad toodavad kõige tõhusamaid nitrifikatsiooni-inhibeerivaid ühendeid, saavad sordiaretajad valida nisusorte, mis väljendavad omadusi tugevamalt, ilma et põllumehed peaksid tavasid muutma või uusi sisendeid ostma. Uuring on osa laiemast rahvusvahelisest projektist CropSustain, mille käigus paralleelsed uurimisrühmad uurivad, kuidas need tunnused mõjutavad mulla mikrobioome ja mitte-sihtorganisme pikema aja jooksul -, mis on regulatiivse ja kaubandusliku kasutuselevõtu seisukohalt oluline isegi siis, kui selle aluseks olev bioloogia osutub tugevaks.
Leiud saabuvad, kuna globaalsed lämmastikuturud on pärast Hormuzi väina katkemist, mis viis karbamiidi hinnad enne osalist korrigeerimist peaaegu{0}}rekordikõrguseni. Kuigi nitrifikatsiooni -inhibeerivate nisusortide aretamise ajakava kestab mitme-aastase horisondil, selle asemel, et pakkuda kohest leevendust, lisavad uuringud kasvavale hulgale bioloogilisi alternatiive - koos mikroobse lämmastiku-kinnitustoodetega, mida ettevõtted, sealhulgas Pivot Bio, juba turustasid, võib järk-järgult vähendada struktuurilist sõltuvust süntrogeenist. sisendid.
Uuring "Benzoksasinoidid kui kandidaatühendid bioloogiliseks nitrifikatsiooni inhibeerimiseks nisus" avaldati ajakirjas Plant Physiology and Biochemistry ning viidi läbi koostöös Kopenhaageni ülikooli, Aberdeeni ülikooli ja Mehhiko rahvusvahelise maisi ja nisu parendamise keskusega (CIMMYT), mis andis katse jaoks seemnematerjali.
