Ερευνητές στο Πανεπιστήμιο του Aarhus εντόπισαν επτά φυσικές ενώσεις ρίζας σίτου που καταστέλλουν τα νιτροποιητικά βακτήρια του εδάφους τόσο έντονα όσο και οι συνθετικοί αναστολείς νιτροποίησης, ανοίγοντας μια πιθανή οδό αναπαραγωγής προς ποικιλίες σίτου που διατηρούν περισσότερο άζωτο χωρίς να απαιτούν πρόσθετες χημικές εισροές ή θυσία απόδοσης.
Το πρόβλημα του αζώτου η γεωργία συνεχίζει να αντιμετωπίζει
Λιγότερο από το μισό άζωτο που χρησιμοποιείται ως λίπασμα προσλαμβάνεται στην πραγματικότητα από τις καλλιέργειες, με το υπόλοιπο να χάνεται μέσω της έκπλυσης σε υδάτινες οδούς ή της εκπομπής αερίων στην ατμόσφαιρα ως οξείδιο του αζώτου, ένα ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου. Για δεκαετίες η κύρια απόκριση ήταν τα ρυθμιστικά όρια στα ποσοστά εφαρμογής και οι συνθετικοί αναστολείς νιτροποίησης, χημικές ουσίες που επιβραδύνουν τη μικροβιακή μετατροπή του αμμωνίου σε νιτρικό αλλά είναι δαπανηρές, απαιτούν επαναλαμβανόμενη εφαρμογή και μπορούν να επηρεάσουν τους μη στοχευόμενους οργανισμούς του εδάφους.
Η ομάδα του Aarhus, με επικεφαλής τον μεταδιδακτορικό ερευνητή Purna Kumar Khatri, ερεύνησε εάν το ίδιο το σιτάρι θα μπορούσε να εκτελέσει μια εκδοχή αυτής της λειτουργίας βιολογικά. Η δουλειά τους επικεντρώνεται στη βιολογική αναστολή της νιτροποίησης, μια διαδικασία κατά την οποία οι ρίζες των φυτών απελευθερώνουν φυσικές ενώσεις που καταστέλλουν τα νιτροποιητικά μικρόβια που είναι υπεύθυνα για τη μετατροπή του αμμωνίου στην πιο επιρρεπή σε έκπλυση-νιτρική μορφή.
Τι είναι τα βενζοξαζινοειδή;
Τα βενζοξαζινοειδή είναι δευτερογενείς μεταβολίτες που παράγονται φυσικά από καλλιέργειες δημητριακών συμπεριλαμβανομένου του σιταριού, του καλαμποκιού και της σίκαλης, που παραδοσιακά μελετήθηκαν για το ρόλο τους στην άμυνα των φυτών έναντι των εντόμων, των ζιζανίων και των νηματωδών. Οι ερευνητές του Aarhus εξέτασαν 18 διαφορετικές βενζοξαζινοειδείς ενώσεις χρησιμοποιώντας μια δοκιμασία βιοφωταύγειας με Nitrosomonas europaea, ένα μοντέλο νιτροποιητικού βακτηρίου, και βρήκαν επτά - συμπεριλαμβανομένων των BOA, MBOA, DIBOA και DIMBOA - ικανές να καταστείλουν έντονα τη νιτρική συγκέντρωση σε σχετικά χαμηλή συγκέντρωση. Επειδή αυτές οι ενώσεις παράγονται και απελευθερώνονται από το ίδιο το φυτό αντί να εφαρμόζονται εξωτερικά, προσφέρουν έναν θεμελιωδώς διαφορετικό μηχανισμό χορήγησης από τους συνθετικούς αναστολείς: συνεχή, τοπική απελευθέρωση ακριβώς όπου και πότε το φυτό χρειάζεται να προστατεύσει το διαθέσιμο άζωτο.
Οι κατασκευασμένες γραμμές σίτου δείχνουν ότι το αποτέλεσμα μπορεί να ενισχυθεί
Η μελέτη συνέκρινε μια συμβατική μητρική γραμμή σίτου με δύο σειρές σίτου που φέρουν ένα θραύσμα χρωμοσώματος από το Leymus racemosus, ένα άγριο χόρτο γνωστό ότι ενισχύει τα χαρακτηριστικά αναστολής της βιολογικής νιτροποίησης. Αναπτυγμένες υδροπονικά, οι ενισχυμένες σειρές απελευθέρωσαν σημαντικά υψηλότερες συγκεντρώσεις ενεργών βενζοξαζινοειδών από τη μητρική σειρά και τα εκκρίματα των ριζών τους κατέστειλαν τη νιτροποίηση έως και δύο φορές πιο ισχυρά -, αποτέλεσμα που συσχετίστηκε άμεσα με τις υψηλότερες συγκεντρώσεις ένωσης που μετρήθηκαν.
Οι εργασίες μοντελοποίησης που αναφέρθηκαν από τους ερευνητές υποδηλώνουν ότι οι καλλιέργειες με δυνατότητα βιολογικής-νιτροποίησης-αναστολής-θα μπορούσαν να μειώσουν τις απώλειες αζώτου κατά 20% έως 30%, και οι πρώιμες δοκιμές στο χωράφι δεν έδειξαν καμία ποινή απόδοσης που να σχετίζεται με το χαρακτηριστικό, πράγμα που σημαίνει ότι οι αγρότες μπορούσαν κατ' αρχήν να εφαρμόσουν λιγότερο λίπασμα κατά τη συγκομιδή συγκρίσιμου όγκου. Ο Khatri είπε ότι το μέγεθος της ευκαιρίας είναι σημαντικό ακόμη και με μέτρια κέρδη απόδοσης: "Αν μπορείτε να αυξήσετε την απόδοση χρήσης του αζώτου-ακόμη και κατά δέκα τοις εκατό σε πραγματικές συνθήκες αγρού, η απόλυτη εξοικονόμηση λιπασμάτων και εκπομπών είναι τεράστια."
Από τη χημεία σε έναν στόχο αναπαραγωγής
Ο μακροπρόθεσμος-στόχος είναι να μεταφραστούν τα χημικά ευρήματα σε στρατηγική αναπαραγωγής: μόλις οι ερευνητές εντοπίσουν ποιες βιοσυνθετικές οδοί παράγουν τις πιο αποτελεσματικές ενώσεις αναστολής της νιτροποίησης-, οι κτηνοτρόφοι θα μπορούσαν να επιλέξουν ποικιλίες σιταριού που εκφράζουν πιο έντονα τα χαρακτηριστικά, χωρίς να απαιτείται από τους αγρότες να αλλάξουν πρακτικές ή να αγοράσουν νέα προϊόντα. Η έρευνα αποτελεί μέρος του ευρύτερου διεθνούς έργου CropSustain, στο οποίο παράλληλες ερευνητικές ομάδες μελετούν πώς αυτά τα χαρακτηριστικά επηρεάζουν τα μικροβιώματα του εδάφους και τους μη στοχευόμενους οργανισμούς σε μεγαλύτερα χρονικά πλαίσια -, μια ερώτηση που έχει σημασία για ρυθμιστική και εμπορική απορρόφηση, ακόμη και αν η υποκείμενη βιολογία αποδειχθεί ισχυρή.
Τα ευρήματα φτάνουν καθώς οι παγκόσμιες αγορές αζώτου παραμένουν ασταθείς μετά τη διαταραχή του Στενού του Ορμούζ, που οδήγησε τις τιμές της ουρίας σε σχεδόν-υψηλά ρεκόρ νωρίτερα αυτό το έτος πριν από τη μερική διόρθωση. Ενώ τα χρονοδιαγράμματα αναπαραγωγής για τη νιτροποίηση-αναστέλλοντας τις ποικιλίες σιταριού τρέχουν σε ορίζοντα πολλών-χρόνων αντί να προσφέρουν άμεση ανακούφιση, η έρευνα προσθέτει σε έναν αυξανόμενο όγκο βιολογικών εναλλακτικών λύσεων - παράλληλα με το μικροβιακό άζωτο{5}}διορθώνοντας προϊόντα που έχουν ήδη διατεθεί στο εμπόριο από εταιρείες, συμπεριλαμβανομένης της Pivot}o εισροές συνθετικού αζώτου.
Η μελέτη, «Τα βενζοξαζινοειδή ως υποψήφιες ενώσεις για την αναστολή βιολογικής νιτροποίησης στο σιτάρι», δημοσιεύτηκε στο Plant Physiology and Biochemistry και διεξήχθη σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης, το Πανεπιστήμιο του Αμπερντίν και το Διεθνές Κέντρο Βελτίωσης Αραβοσίτου και Σιτάρι του Μεξικού (CIMMYT), το οποίο παρείχε υλικό για τον τριπλό σπόρο.
