Badania naukowe po raz pierwszy potwierdzają, że modyfikowane genetycznie mikroorganizmy mogą dostarczać znaczną ilość azotu rolnikom uprawiającym kukurydzę w ramach produkcji komercyjnej.
14 listopada 2024 r. – Recenzowane badanie naukowe opublikowane na łamach Scientific Reports opisuje nową technologię, która może rewolucjonizować podejście do dostarczania azotu do upraw. Naukowcy z University of Wisconsin-Madison, Purdue University i firmy Pivot Bio przeprowadzili badanie, które dostarczyło bezprecedensowych dowodów na to, w jaki sposób modyfikacja genetyczna zwiększa zdolność drobnoustrojów do wiązania azotu atmosferycznego i przenoszenia go do upraw zbóż.
Naukowcy użyli znakowanego izotopowo azotu do śledzenia procesu przenikania azotu z powietrza do chlorofilu w liściach kukurydzy. Odkryli, że modyfikowane genetycznie mikroorganizmy są zdolne do wiązania azotu z powietrza. Dodatkowo, badania terenowe wykazały, że te mikroorganizmy mogą dostarczyć ilości azotu porównywalne do 40 funtów syntetycznego nawozu azotowego przy analogicznej wielkości plonów.
Poprawa wydajności nawozów azotowych to trudne wyzwanie, które od lat stawia naukowcom. Dr Bruno Basso, profesor nauk o środowisku na Michigan State University, który nie był zaangażowany w badanie, tłumaczy: „Gleba-roślina-atmosfera to niezwykle złożony system”. Niestabilność warunków pogodowych sprawia, że trudno jest dokładnie określić zapotrzebowanie roślin na składniki odżywcze i ustalić ilość azotu potrzebną do uprawy, a także czy ten składnik pozostanie w glebie.
„Moje laboratorium badawcze od lat wspiera rolników, wykorzystując zaawansowaną technologię wykrywania i modele komputerowe, aby lepiej zrozumieć charakterystykę pól uprawnych i efektywniej wykorzystywać nawozy azotowe w celu zwiększenia zysków i zmniejszenia oddziaływania na środowisko, w tym straty składników odżywczych do wód gruntowych i emisje gazów cieplarnianych do atmosfery” – dodał Basso.
Bakterie diazotroficzne są specjalnym rodzajem bakterii, które posiadają unikalną zdolność do przekształcania azotu atmosferycznego w amon, który jest budulcem aminokwasów i białek. Proces ten, zwany biologicznym wiązaniem azotu (BNF), był głównym sposobem nawożenia upraw azotem przez wiele tysięcy lat, zanim wynaleziono syntetyczne nawozy azotowe.
„Rodzime bakterie diazotroficzne w glebie tracą zdolność do przeprowadzania procesu BNF, gdy są narażone na wysokie stężenia azotu w glebie przez dłuższy czas. Jest to ewolucyjna reakcja mająca na celu oszczędzanie energii, ponieważ BNF to bardzo energochłonny proces – wyjaśnia dr Jean-Michel Ané, profesor bakteriologii oraz nauk o roślinach i agroekosystemach na Uniwersytecie Wisconsin-Madison, współautor badania. – Musimy skłonić te bakterie do utrzymania wysokiego poziomu BNF w środowiskach o wysokiej zawartości azotu, takich jak syntetycznie nawożone gleby”.
Firma Pivot Bio stworzyła mikroorganizmy, które zostały zmodyfikowane genetycznie za pomocą nietransgenicznych metod. Dzięki nim bakterie diazotroficzne mogą nadal dostarczać azot do upraw, nawet w przypadku występowania wysokich poziomów tego pierwiastka.
„Dzięki modyfikacji genowej, sprawiliśmy, że mikroorganizmy nie wykrywają obecności azotu w ich otoczeniu i nadal wiążą amon, dostarczając go bezpośrednio do systemu korzeniowego – powiedział dr Karsten Temme, dyrektor ds. innowacji i współzałożyciel Pivot Bio oraz współautor artykułu. – Wprowadziliśmy również inne zmiany, aby zapewnić, że bakterie mogą przenosić związany azot do upraw, zamiast go zatrzymywać”.
Artykuł przedstawia dowody na to, że proces zachodzi zarówno w laboratorium, jak i na polach testowych. Jest to również pierwszy recenzowany artykuł dotyczący PROVEN® 40, nowego komercyjnego produktu firmy Pivot Bio, który zawiera modyfikowane genetycznie mikroorganizmy wiążące azot i jest przeznaczony do uprawy kukurydzy.
„Nawóz azotowy jest prawdopodobnie najważniejszym wynalazkiem minionego stulecia i będzie miał zasadnicze znaczenie dla rozwoju świata i bezpieczeństwa żywnościowego w niedalekiej przyszłości. Wierzymy jednak, że można go lepiej wykorzystać – powiedział dr Temme. – Pivot Bio koncentruje się na poprawie wydajności rolnictwa poprzez zwiększenie wydajności azotu za pomocą naszych modyfikowanych genetycznie mikroorganizmów i zmniejszenie strat nawozów syntetycznych do środowiska”.
Badacze przeprowadzili eksperymenty izotopowe w terenie, aby potwierdzić wiązanie azotu w rzeczywistych warunkach i określić ilościowo zawartość azotu w roślinach. Dodatkowo, zebrali setki próbek od rolników, którzy zredukowali dawkę nawozu azotowego o 35 do 40 funtów na akr, zastępując go produktem PROVEN 40 firmy Pivot Bio. Wyniki wykazały, że rośliny z użyciem PROVEN 40 miały wyższy poziom azotu na początku sezonu i nie miało to negatywnego wpływu na plony mimo mniejszej ilości nawozów syntetycznych.
„Bardzo trudno jest śledzić azot, gdy przepływa się z powietrza do mikroorganizmu, a następnie do wnętrza rośliny. Opieramy się na znakowaniu izotopowym atomów azotu pochodzących z powietrza i porównujemy je z tymi znajdującymi się w glebie” – wyjaśnia dr Ané.
Naukowcy za pomocą pomiarów wykryli znakowany izotopowo azot w chlorofilu liści kukurydzy w warunkach laboratoryjnych, co wskazuje na dostarczenie tego azotu roślinie przez mikroorganizmy.
Badania wykazały obecność znakowanego izotopowo azotu w chlorofilu liści kukurydzy, co dowodzi, że mikroorganizmy dostarczyły ten pierwiastek roślinie w warunkach laboratoryjnych.
„Szeroko zakrojone badania są obiecujące, ponieważ dowodzą, że rolnicy mogą zacząć ograniczać ilość stosowanych nawozów azotowych bez uszczerbku dla wydajności – jest to korzystne zarówno dla rolnika, jak i dla środowiska – powiedział dr Temme. – To niezwykle ekscytujące odkrycie, ponieważ technologia ta jest wysoce skalowalna. Nasze produkty zostały dotąd zastosowane na ponad 13 milionach akrów w USA od czasu ich komercyjnego wprowadzenia na rynek pięć lat temu, co przekłada się na wymierny wpływ”.
„Jeśli ta technologia będzie nadal ulepszana i pozwoli dostarczać większą ilość azotu do upraw, a badania wykażą, że przekłada się to na zmniejszenie zanieczyszczenia środowiska i ogólnego śladu węglowego w rolnictwie, może to być przełom w zarządzaniu azotem. Im częściej zastępujemy nawozy syntetyczne bardziej wydajnymi i zrównoważonymi źródłami azotu w celu wspierania plonów, tym lepiej dla rolników, społeczności i środowiska”.
Dr. Basso agrees with this statement.
The full article can be found in the journal Scientific Reports. Established in 2011, the journal is a publicly available publication from Nature, publishing noteworthy, original research in the natural and clinical sciences, known for its rigorous peer-review process.
Pivot Bio to firma zajmująca się zrównoważonym rolnictwem i dostarczaniem opatentowanych technologii odżywiania roślin, które wykorzystują naturalne procesy w celu zapewnienia niezawodnej i produktywnej uprawy roślin jadalnych. Ich innowacyjne produkty są uważane za jedno z najbardziej obiecujących rozwiązań klimatycznych w branży.
Produkty firmy Pivot Bio, które są obecnie dostępne w Ameryce Północnej i wkrótce także w Brazylii, zostały wielokrotnie wyróżnione przez różne prestiżowe magazyny i publikacje, co świadczy o ich innowacyjności i wpływie na branżę. Więcej informacji można znaleźć na stronie internetowej PivotBio.com.
Pochodzenie wiadomości: pap-mediaroom.pl
