Vísindamenn hafa sýnt fram á að erfðafræðilega vélin sem ber ábyrgð á líffræðilegri köfnunarefnisbindingu er hægt að flytja yfir í nýja stofna baktería, sem gefur skýrari skilning á því hvernig þessi mikilvægi landbúnaðareiginleiki dreifist í náttúrunni og mögulega opnar nýjar leiðir til að draga úr trausti landbúnaðar á tilbúinn köfnunarefnisáburð.
Niðurstöðurnar, sem birtar voru íNúverandi líffræði28. maí, einbeittu þér að villtum rhizobia-jarðvegsbakteríum sem mynda sambýli við belgjurtaræktun eins og baunir og baunir. Þessar bakteríur breyta köfnunarefni í andrúmsloftinu í form sem plöntur geta notað, sem gerir belgjurtum kleift að vaxa með litlum eða engum ytri köfnunarefnisáburði. Vísindamenn segja að rannsóknin varpi ljósi á hvernig genin sem stjórna þessu samlífi geta verið aflað af bakteríuættum sem áður skorti getu, lykilskref í átt að því að lengja líffræðilega köfnunarefnisbindingu til annarra ræktunar.
Að skilja erfðafræðilegan grundvöll samlífis
Rannsóknin, undir forystu Angeliqua P. Montoya og samstarfsmanna, kannaði þróunarfræðilega erfðafræði nýrra endosymbiotic tengsla í villtum rhizobia. Með því að fylgjast með því hvernig köfnunarefnis-bindandi gen flytjast á milli bakteríustofna gátu vísindamennirnir greint erfðafræðilegar leiðir sem gera bakteríum kleift að koma á farsælu samstarfi við plöntur.
Niturbinding í belgjurtum er háð sérhæfðum rótarhnúðum, þar sem rhizobia fá kolvetni frá hýsilplöntunni í skiptum fyrir líffræðilega bundið köfnunarefni. Þó að þetta samband hafi þróast á náttúrulegan hátt yfir milljónir ára, hafa vísindamenn lengi leitað leiða til að endurtaka svipuð kerfi í ræktun sem ekki-belgjurtir.
Rannsóknirnar gefa nýjar vísbendingar um að erfðaeiginleikar sem nauðsynlegir eru fyrir samlífi geti breiðst út um bakteríuætt, sem bendir til þess að þróun köfnunarefnis-bindandi samstarfs gæti verið sveigjanlegri en áður hefur verið skilið. Slíkar niðurstöður gætu hjálpað vísindamönnum að bera kennsl á erfðafræðilegar forsendur sem þarf til að koma á svipuðum tengslum í bakteríum sem tengjast kornrækt.
Hvers vegna byltingin skiptir máli fyrir áburðarmarkaði
Mikilvægi líffræðilegrar köfnunarefnisbindingar nær langt út fyrir plöntulíffræði. Flestar helstu grunnplöntur heimsins-þar á meðal hveiti, maís og hrísgrjón-geta ekki lagað köfnunarefni í andrúmsloftinu og því að miklu leyti háð köfnunarefnisáburði sem framleiddur er með Haber-Bosch ferlinu.
Framleiðsla á ammoníaki, undirstöðu köfnunarefnisáburðar, er eitt orkufrekasta-iðnaðarferlið á heimsvísu og er enn mjög útsett fyrir jarðgaskostnaði, landfræðilegum truflunum og viðskiptahömlum. Nýlegar sveiflur á áburðarmörkuðum, þar með talið framboðsáhyggjur tengdar siglingaleiðum í Miðausturlöndum og útflutningseftirlit frá helstu framleiðslulöndum, hefur endurnýjað áhuga á tækni sem gæti dregið úr ósjálfstæði á tilbúnu köfnunarefni.
Ef kornrækt gæti fengið marktækan hluta af köfnunarefnisþörf sinni með líffræðilegri bindingu gætu langtímaáhrifin á áburðarþörf orðið umtalsverð.- Þó að slík umskipti séu enn fjarlæg, hefur það dregið að umtalsverðar fjárfestingar frá líftæknifyrirtækjum í landbúnaði, þróunaraðilum líffræðilegra aðfanga og helstu ræktunar-næringarefnabirgjum sem leita að sjálfbærari næringarefnastjórnunarlausnum-.
Byggt á fyrri framförum
Nýja rannsóknin bætir við vaxandi fjölda rannsókna sem miða að því að skilja sameindakerfin sem stjórna-örverusamlífi plantna. Fyrri rannsóknir hafa bent á sérstök plöntuprótein, merkjaleiðir og kalsíum-miðlað viðbrögð sem ákvarða hvort plöntur samþykkja eða hafna köfnunarefnis-bindandi bakteríum.
Vísindamenn hafa þegar sýnt fram á sannanir-á-hugmyndabreytingum í líkanplöntum og sumum korntegundum, þar á meðal byggi, sem sýna fram á að hægt er að meðhöndla hluti samlífsmerkjakerfisins. Hins vegar er enn eitt metnaðarfyllsta markmið landbúnaðarvísinda að ná áreiðanlegri og efnahagslega þýðingarmikilli köfnunarefnisbindingu í helstu kornrækt.
Núverandi líffræðiniðurstöður veita viðbótarsjónarhorn með því að einblína á örveruhlið sambandsins og sýna hvernig köfnunarefnis-bindingarhæfni kemur fram og dreifist meðal bakteríustofna í náttúrulegu umhverfi.
Auglýsingauppsetning er enn eftir mörg ár
Þrátt fyrir vísindalegar framfarir vara vísindamenn við því að hagnýt landbúnaðarnotkun sé áfram-langtímamarkmið. Að sýna fram á genaflutning og sambýlisgetu í villtum bakteríukerfum er mikilvægur vísindalegur áfangi, en töluverðar áskoranir eru enn eftir áður en hægt er að þýða slíkar uppgötvanir yfir í vörur í verslun.
Líffræðilegi áburðargeirinn hefur dregið að sér umtalsvert áhættufjármagn og fjárfestingar fyrirtækja undanfarinn áratug, en samt hefur iðnaðurinn einnig orðið fyrir áföllum þar sem fyrirtæki eiga í erfiðleikum með að endurskapa niðurstöður rannsóknarstofu stöðugt við aðstæður á vettvangi. Það er enn flókin áskorun að ná stöðugri landnám, nægjanlegri köfnunarefnisbindingu og efnahagslegri ávöxtun fyrir ræktendur.
Þess vegna er ólíklegt að nýjustu niðurstöður hafi nein tafarlaus áhrif á áburðarþörf. Þess í stað leggja þeir sitt af mörkum til vaxandi vísindagrunns sem gæti að lokum stutt þróun næstu-kynslóðar örverutækni sem ætlað er að bæta við eða að hluta skipta um tilbúið köfnunarefni.
Næstu skref fyrir vísindamenn
Næsti áfangi rannsókna mun einbeita sér að því hvort hægt sé að koma erfðafræðilegum aðferðum sem greindir eru í villtum rhizobia inn í bakteríutegundir sem tengjast náttúrulegum rótum kornræktar. Vísindamenn verða þá að ákvarða hvort þessi verkfræðilegu örverusamfélög geti veitt nóg líffræðilega bundið köfnunarefni til að skila mælanlegum landbúnaðarávinningi við búskaparaðstæður í atvinnuskyni.
Árangur myndi fela í sér mikla breytingu á næringu nytjaplantna, sem gæti hugsanlega gert bændum kleift að draga úr áburðarnotkun en viðhalda uppskeru. Í augnablikinu er starfið hins vegar snemma en athyglisvert skref í átt að einu eftirsóttasta-markmiði landbúnaðarins: að gera stórum kornræktum kleift að fá aðgang að köfnunarefni í gegnum líffræðilegt samstarf frekar en að treysta alfarið á framleiddan áburð.
