Orhūsas universitātes pētnieki ir identificējuši septiņus dabā sastopamus kviešu sakņu savienojumus, kas nomāc nitrificējošās augsnes baktērijas tikpat spēcīgi kā sintētiskie nitrifikācijas inhibitori, paverot potenciālu vairošanās ceļu uz kviešu šķirnēm, kas saglabā vairāk izmantotā slāpekļa, neprasot papildu ķīmiskās ievades vai ražas upurus.
Slāpekļa problēma lauksaimniecība turpina saskarties
Mazāk nekā pusi no slāpekļa, ko izmanto kā mēslojumu, faktiski uzņem kultūraugi, bet atlikums tiek zaudēts, izskalojoties ūdensceļos vai gāzveida izmešu veidā atmosfērā kā slāpekļa oksīds, spēcīga siltumnīcefekta gāze. Jau vairākus gadu desmitus primārā reakcija ir bijusi regulatīvie ierobežojumi attiecībā uz lietošanas daudzumiem un sintētiskajiem nitrifikācijas inhibitoriem — ķimikālijām, kas palēnina amonija mikrobu pārvēršanos par nitrātu, bet ir dārgas, prasa atkārtotu lietošanu un var ietekmēt ne-mērķa augsnes organismus.
Orhūsas komanda, kuru vadīja pēcdoktorantūras pētnieks Purna Kumar Khatri, pētīja, vai paši kvieši varētu bioloģiski veikt šīs funkcijas versiju. Viņu darbs ir vērsts uz bioloģiskās nitrifikācijas inhibīciju — procesu, kurā augu saknes atbrīvo dabiskus savienojumus, kas nomāc nitrificējošos mikrobus, kas ir atbildīgi par amonija pārvēršanu nitrātu formā, kas ir vairāk pakļauta izskalošanai{1}}.
Kas ir benzoksazinoīdi?
Benzoksazinoīdi ir sekundāri metabolīti, ko dabiski ražo labības kultūras, tostarp kvieši, kukurūza un rudzi, un tradicionāli tiek pētīta to nozīme augu aizsardzībā pret kukaiņiem, nezālēm un nematodēm. Orhūsas pētnieki pārbaudīja 18 dažādus benzoksazinoīdu savienojumus, izmantojot bioluminiscences testu ar Nitrosomonas europaea, nitrificējošās baktērijas modeli, un atklāja septiņus -, tostarp BOA, MBOA, DIBOA un DIMBOA -, kas spēj spēcīgi nomākt relatīvi zemu nitrifikāciju pie . Tā kā šos savienojumus ražo un izdala pats augs, nevis lieto ārēji, tie piedāvā principiāli atšķirīgu piegādes mehānismu nekā sintētiskie inhibitori: nepārtraukta, lokāla izdalīšanās tieši tur, kur un kad augam ir jāaizsargā pieejamais slāpeklis.
Inženierijas kviešu līnijas parāda, ka efektu var pastiprināt
Pētījumā tika salīdzināta parastā kviešu mātes līnija ar divām kviešu līnijām, kurās ir hromosomu fragments no Leymus racemosus, savvaļas zāles, kas, kā zināms, uzlabo bioloģiskās nitrifikācijas kavēšanas īpašības. Audzējot hidroponiski, uzlabotās līnijas izdalīja ievērojami augstākas aktīvo benzoksazinoīdu koncentrācijas nekā sākotnējā līnija, un to sakņu eksudāti nomāca nitrifikāciju līdz pat divas reizes spēcīgāk -, kā rezultātā tiešā veidā korelēja ar augstāko izmērīto savienojumu koncentrāciju.
Pētnieku minētie modelēšanas darbi liecina, ka bioloģiski -nitrifikācijas-inhibīcijas-iespējami kultūraugi varētu samazināt slāpekļa zudumus par 20% līdz 30%, un agrīnie lauka izmēģinājumi nav parādījuši, ka ar šo iezīmi būtu saistīta raža, kas nozīmē, ka lauksaimnieki principā varētu lietot mazāk mēslojuma, novācot salīdzināmu graudu daudzumu. Khatri teica, ka iespējas apjoms ir ievērojams pat pie pieticīga efektivitātes pieauguma: "Ja jūs varat palielināt slāpekļa{6} izmantošanas efektivitāti pat par desmit procentiem reālos lauka apstākļos, mēslojuma un emisiju absolūtais ietaupījums ir milzīgs."
No ķīmijas līdz audzēšanas mērķim
Ilgtermiņa mērķis- ir pārvērst ķīmiskos atklājumus selekcijas stratēģijā: tiklīdz pētnieki ir noskaidrojuši, kuri biosintēzes ceļi rada visefektīvākos nitrifikācijas-inhibējošus savienojumus, augu selekcionāri var izvēlēties tādas kviešu šķirnes, kurās šīs īpašības izpaužas spēcīgāk, nepieprasot lauksaimniekiem mainīt praksi vai iegādāties jaunus izejmateriālus. Pētījums ir daļa no plašāka starptautiskā projekta CropSustain, kurā paralēlas pētnieku grupas pēta, kā šīs pazīmes ietekmē augsnes mikrobiomas un ne-mērķa organismus ilgākā laika posmā -, kas ir svarīgs regulējumam un komerciālai izmantošanai pat tad, ja pamatā esošā bioloģija izrādās stabila.
Rezultāti tiek iegūti, jo globālie slāpekļa tirgi joprojām ir nestabili pēc Hormuza šauruma pārrāvuma, kura rezultātā urīnvielas cenas sasniedza gandrīz -rekordaugstumu šā gada sākumā, pirms tika veikta daļēja korekcija. Lai gan selekcijas termiņi nitrifikācijai-inhibējošām kviešu šķirnēm darbojas vairāku-gadu horizontā, nevis piedāvā tūlītēju atvieglojumu, pētījums papildina arvien vairāk bioloģisko alternatīvu - līdzās mikrobu slāpekļa-fiksācijas produktiem, kurus jau ir komercializējuši uzņēmumi, tostarp Pivot Bio, lauksaimniecības sektora strukturālo atkarību no lauksaimniecības nozares. ievades.
Pētījums "Benzoksazinoīdi kā kandidātsavienojumi bioloģiskās nitrifikācijas inhibīcijai kviešos" tika publicēts Augu fizioloģijā un bioķīmijā un tika veikts sadarbībā ar Kopenhāgenas Universitāti, Aberdīnas Universitāti un Meksikas Starptautisko kukurūzas un kviešu uzlabošanas centru (CIMMYT), kas nodrošināja sēklu materiālu izmēģinājumam.
