Изследователи от университета в Орхус са идентифицирали седем естествено срещащи се съединения на корените на пшеницата, които потискат нитрифициращите почвени бактерии толкова силно, колкото и синтетичните инхибитори на нитрификация, откривайки потенциален път за размножаване към сортове пшеница, които задържат повече приложен азот, без да изискват допълнителни химикали или жертва на добива.
Проблемът с азота, пред който земеделието продължава да се изправя
По-малко от половината азот, използван като тор, всъщност се усвоява от културите, а останалата част се губи чрез излужване във водните пътища или газови емисии в атмосферата като азотен оксид, мощен парников газ. В продължение на десетилетия основният отговор са регулаторните ограничения за дозите на приложение и синтетичните инхибитори на нитрификация, химикали, които забавят микробното превръщане на амония в нитрат, но са скъпи, изискват многократно прилагане и могат да засегнат не-целевите почвени организми.
Екипът от Орхус, ръководен от постдокторския изследовател Пурна Кумар Хатри, проучи дали самата пшеница може да изпълнява версия на тази функция биологично. Тяхната работа се съсредоточава върху биологичното инхибиране на нитрификацията, процес, при който корените на растенията отделят естествени съединения, които потискат нитрифициращите микроби, отговорни за превръщането на амония в по-податлива на излужване-нитратна форма.
Какво представляват бензоксазиноидите?
Бензоксазиноидите са вторични метаболити, естествено произведени от зърнени култури, включително пшеница, царевица и ръж, традиционно изследвани за тяхната роля в защитата на растенията срещу насекоми, плевели и нематоди. Изследователите от Орхус скринираха 18 различни бензоксазиноидни съединения, използвайки биолуминесцентен анализ с Nitrosomonas europaea, модел на нитрифицираща бактерия, и откриха седем - включително BOA, MBOA, DIBOA и DIMBOA -, способни силно да потискат нитрификацията при относително ниски концентрации. Тъй като тези съединения се произвеждат и освобождават от самото растение, вместо да се прилагат външно, те предлагат фундаментално различен механизъм на доставяне от синтетичните инхибитори: непрекъснато, локализирано освобождаване точно където и когато растението трябва да защити наличния азот.
Проектираните линии на пшеница показват, че ефектът може да бъде усилен
Проучването сравнява конвенционална родителска линия на пшеница с две линии на пшеница, носещи хромозомен фрагмент от Leymus racemosus, дива трева, за която е известно, че подобрява характеристиките на инхибиране на биологичната нитрификация. Отглеждани хидропонно, подобрените линии освобождават значително по-високи концентрации на активни бензоксазиноиди от родителската линия и техните коренови ексудати потискат нитрификацията до два пъти по-силно - резултат, който корелира директно с измерените по-високи концентрации на съединението.
Работата по моделиране, цитирана от изследователите, предполага, че активираните за биологично{0}}нитрификация-инхибиране-култури могат да намалят загубите на азот с 20% до 30%, а ранните полеви опити не показват намаляване на добива, свързано с характеристиката, което означава, че фермерите по принцип биха могли да прилагат по-малко торове, докато прибират сравними обеми зърно. Khatri каза, че мащабът на възможността е значителен дори при скромно повишаване на ефективността: „Ако можете да увеличите ефективността на -използване на азот дори с десет процента в реални полеви условия, абсолютните спестявания на торове и емисии са огромни.“
От химия до цел за развъждане
Дългосрочната -цел е да се превърнат химическите открития в стратегия за развъждане: след като изследователите идентифицират кои биосинтетични пътища произвеждат най-ефективните съединения,-инхибиращи нитрификацията, селекционерите могат да избират сортове пшеница, които изразяват чертите по-силно, без да се изисква от фермерите да променят практиките или да купуват нови суровини. Изследването е част от по-широкия международен проект CropSustain, в който паралелни изследователски групи изучават как тези характеристики влияят на микробиомите на почвата и не-целевите организми за по-дълги времеви рамки - въпрос, който има значение за регулаторното и търговско възприемане, дори ако основната биология се окаже стабилна.
Констатациите пристигат, тъй като глобалните пазари на азот остават нестабилни след срива в Ормузкия проток, който изпрати цените на уреята до почти-рекордни нива по-рано тази година преди частична корекция. Докато сроковете за размножаване за нитрификация-инхибиращи сортове пшеница протичат на много-годишен хоризонт, вместо да предлагат незабавно облекчение, изследването добавя към растящ набор от биологични алтернативи - заедно с микробни азот-фиксиращи продукти, които вече са комерсиализирани от компании, включително Pivot Bio -, които биха могли постепенно да намалят структурния сектор на селското стопанство зависимост от вноса на синтетичен азот.
Проучването "Бензоксазиноиди като кандидат съединения за биологично инхибиране на нитрификация в пшеница" е публикувано в Plant Physiology and Biochemistry и е проведено в сътрудничество с Университета на Копенхаген, Университета на Абърдийн и Мексиканския международен център за подобряване на царевицата и пшеницата (CIMMYT), който предостави семенен материал за опита.
