Orhuso universiteto mokslininkai nustatė septynis natūraliai atsirandančius kviečių šaknų junginius, kurie slopina nitrifikuojančias dirvožemio bakterijas taip pat stipriai kaip sintetiniai nitrifikacijos inhibitoriai, atverdami potencialų veisimosi kelią į kviečių veisles, kurios sulaiko daugiau panaudoto azoto, nereikalaujant papildomos cheminės sąnaudos ar derliaus aukos.
Žemės ūkis nuolat susiduria su azoto problema
Mažiau nei pusę azoto, naudojamo kaip trąšos, iš tikrųjų pasisavina pasėliai, o likusi dalis prarandama išplaunant į vandens kelius arba išmetant dujas į atmosferą kaip azoto oksidas, stiprios šiltnamio efektą sukeliančios dujos. Dešimtmečius pagrindinis atsakas buvo reglamentuojantys naudojimo normų apribojimai ir sintetiniai nitrifikacijos inhibitoriai – cheminės medžiagos, kurios sulėtina mikrobų amonio virsmą nitratu, tačiau yra brangios, reikalauja pakartotinio naudojimo ir gali paveikti netikslinius dirvožemio organizmus.
Orhuso komanda, vadovaujama doktorantūros tyrėjo Purna Kumar Khatri, ištyrė, ar patys kviečiai gali atlikti šios funkcijos versiją biologiškai. Jų darbas sutelktas į biologinio nitrifikacijos slopinimą – procesą, kurio metu augalų šaknys išskiria natūralius junginius, kurie slopina nitrifikuojančius mikrobus, atsakingus už amonio pavertimą labiau išplaunama{1}}nitrato forma.
Kas yra benzoksazinoidai?
Benzoksazinoidai yra antriniai metabolitai, kuriuos natūraliai gamina javai, įskaitant kviečius, kukurūzus ir rugius, kurie tradiciškai tiriami dėl jų vaidmens augalų apsaugai nuo vabzdžių, piktžolių ir nematodų. Orhuso mokslininkai patikrino 18 skirtingų benzoksazinoidų junginių, taikydami bioliuminescencijos tyrimą su Nitrosomonas europaea, pavyzdine nitrifikuojančia bakterija, ir nustatė septynis -, įskaitant BOA, MBOA, DIBOA ir DIMBOA -, galinčius stipriai slopinti santykinai mažą nitrifikaciją. Kadangi šiuos junginius gamina ir išskiria pats augalas, o ne naudojami išorėje, jie siūlo iš esmės kitokį tiekimo mechanizmą nei sintetiniai inhibitoriai: nuolatinis, lokalizuotas išsiskyrimas tiksliai ten, kur ir kada augalas turi apsaugoti turimą azotą.
Sukurtos kviečių linijos rodo, kad poveikis gali būti sustiprintas
Tyrimo metu buvo palyginta įprastinė kviečių pirminė linija su dviem kviečių linijomis, turinčiomis chromosomos fragmentą iš Leymus racemosus – laukinės žolės, kuri, kaip žinoma, sustiprina biologinį nitrifikacijos slopinimo požymius. Hidroponiškai auginamos sustiprintos linijos išskiria žymiai didesnes aktyvių benzoksazinoidų koncentracijas nei pagrindinė linija, o jų šaknų eksudatai iki dvigubai stipriau slopino nitrifikaciją -, o tai tiesiogiai koreliavo su didesnėmis išmatuotomis junginių koncentracijomis.
Modeliavimo darbai, kuriuos cituoja tyrėjai, rodo, kad biologinis -nitrifikacijos-slopinimas-sėjos gali sumažinti azoto nuostolius 20–30 proc., o ankstyvieji lauko bandymai parodė, kad su šia savybe nesusijęs derlius nėra sumažintas, o tai reiškia, kad ūkininkai, nuimdami panašų derliaus kiekį, iš esmės galėtų naudoti mažiau trąšų. Khatri teigė, kad galimybės dydis yra reikšmingas net ir esant nedideliam efektyvumo padidėjimui: „Jei galite padidinti azoto{6}}naudojimo efektyvumą net dešimčia procentų realiomis lauko sąlygomis, absoliučiai sutaupysite trąšų ir išmetamų teršalų.
Nuo chemijos iki veisimo tikslo
Ilgalaikis tikslas yra chemines išvadas paversti veisimo strategija: kai tyrėjai nustato, kurie biosintezės būdai sukuria efektyviausius nitrifikaciją{1}}stabdančius junginius, augalų selekcininkai galės pasirinkti kviečių veisles, kurios išreiškia šias savybes stipriau, nereikalaujant ūkininkams keisti praktikos ar pirkti naujų žaliavų. Tyrimas yra platesnio tarptautinio CropSustain projekto, kurio metu lygiagrečios tyrimų grupės tiria, kaip šie bruožai veikia dirvožemio mikrobiomus ir netikslinius organizmus per ilgesnį laikotarpį, dalis -. Klausimas, kuris yra svarbus reguliavimo ir komerciniam įsisavinimui, net jei pagrindinė biologija yra patikima.
Išvados daromos, nes pasaulinės azoto rinkos išlieka nepastovios po Hormūzo sąsiaurio sutrikimo, dėl kurio karbamido kainos šiais metais pasiekė beveik{0}}rekordines aukštumas prieš dalinę korekciją. Nors nitrifikacijos-slopinančių kviečių veislių veisimo terminai trunka kelerius-metus, o ne iškart palengvėja, moksliniai tyrimai papildo vis daugiau biologinių alternatyvų - kartu su mikrobiniu azotu-fiksuojančiais produktais, kuriuos jau parduoda įmonės, įskaitant Pivot Bio įėjimai.
Tyrimas „Benzoksazinoidai kaip kandidatai junginiai, skirti biologiniam nitrifikacijos slopinimui kviečiuose“ buvo paskelbtas Augalų fiziologijoje ir biochemijoje ir atliktas bendradarbiaujant su Kopenhagos universitetu, Aberdyno universitetu ir Meksikos Tarptautiniu kukurūzų ir kviečių tobulinimo centru (CIMMYT), pateikusiu sėklų medžiagą bandymui.
