دانشمندان گندمی ساختند که خودش کود تولید می‌کند

به گزارش ایسنا، دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، گیاهان گندمی ایجاد کرده‌اند که قادر به تولید کود خود هستند، پیشرفتی که می‌تواند آلودگی هوا و آب جهانی را کاهش داده و هزینه‌های کشاورزی را کم کند.

به نقل از اس‌اف، این مطالعه توسط یک گروه تحقیقاتی به رهبری ادواردو بلوموالد، استاد برجسته گروه علوم گیاهی، انجام شده است. این گروه با استفاده از ابزار ویرایش ژن کریسپر، تولید یکی از مواد شیمیایی طبیعی گیاه را افزایش دادند. هنگامی که ریشه‌های گندم این ترکیب اضافی را به خاک اطراف آزاد می‌کنند، به باکتری‌های خاصی کمک می‌کند که می‌توانند نیتروژن را از هوا به شکلی تبدیل کنند که گیاهان اطراف بتوانند آن را جذب کنند. این فرآیند به عنوان تثبیت نیتروژن شناخته می‌شود.

برای بسیاری از مناطق در حال توسعه، این پیشرفت می‌تواند پشتیبانی جدیدی برای تولید قابل اعتماد محصولات کشاورزی ارائه دهد.

بلوم‌والد می‌گوید: در آفریقا، مردم از کود استفاده نمی‌کنند زیرا هزینه آن را نمی‌توانند پرداخت کنند و مزارع کوچک هستند و بیشتر از ۶ تا هشت هکتار وسعت ندارند. این نوآوری در گندم بر اساس موفقیت قبلی این گروه در برنج بنا شده است و کارهای مشابهی برای گسترش این روش به سایر محصولات غلات اصلی در حال انجام است.

مشکل جهانی کود

گندم دومین غله پرمحصول جهان است و بیشترین سهم مصرف کودهای نیتروژنی، حدود ۱۸ درصد از کل مصرف جهانی، را به خود اختصاص می‌دهد. طبق گزارش سازمان غذا و کشاورزی سازمان ملل متحد، در سال ۲۰۲۰ بیش از ۸۰۰ میلیون تُن کود در سراسر جهان تولید شده است.

گیاهان معمولا فقط ۳۰ تا ۵۰ درصد از کود نیتروژنی مورد استفاده را جذب می‌کنند. باقیمانده آن اغلب به رودخانه‌ها و مناطق ساحلی سرازیر می‌شود و باعث ایجاد مناطق مرده خالی از اکسیژن می‌شود که به اکوسیستم‌های آبی آسیب می‌رساند. نیتروژن اضافی در خاک می‌تواند اکسید نیتروژن، یک گاز گلخانه‌ای قوی، تولید کند.

چرا گندم به استراتژی متفاوتی نیاز دارد؟

باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن، آنزیمی به نام نیتروژناز تولید می‌کنند که گاهی اوقات به دلیل انجام تثبیت نیتروژن، به عنوان تثبیت‌کننده نیز شناخته می‌شود. این آنزیم فقط در درون این باکتری‌ها و فقط در محیط‌های کم اکسیژن عمل می‌کند.

حبوباتی مانند لوبیا و نخود فرنگی به طور طبیعی گره‌های ریشه‌ای تشکیل می‌دهند، ساختارهای تخصصی که شرایط کمبود اکسیژن مورد نیاز این باکتری‌ها را ایجاد می‌کنند.

گندم و بیشتر محصولات دیگر فاقد این گره‌ها هستند، به همین دلیل است که از کود نیتروژن مصنوعی به طور گسترده استفاده می‌شود.

بلوم‌والد می‌گوید: دهه‌هاست که دانشمندان تلاش می‌کنند غلاتی را پرورش دهند که گره‌های ریشه فعال تولید کنند، یا غلات را با باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن کلونیزه کنند، اما موفقیت چندانی نداشته‌اند. ما از رویکرد متفاوتی استفاده کردیم. ما گفتیم که مکان باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن مهم نیست، تا زمانی که نیتروژن تثبیت‌شده بتواند به گیاه برسد و گیاه بتواند از آن استفاده کند.

چگونه گروه دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، یک راه حل عملی پیدا کرد

محققان ۲۸۰۰ ماده شیمیایی را که به طور طبیعی توسط گیاهان ساخته می‌شوند، بررسی کردند و ۲۰ مورد را شناسایی کردند که می‌توانند باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن را به تشکیل بیوفیلم تشویق کنند. این بیوفیلم‌ها پوشش‌های چسبنده‌ای هستند که به دور باکتری‌ها می‌پیچند و یک ریزمحیط کم‌اکسیژن مناسب برای فعالیت نیتروژناز ایجاد می‌کنند. سپس این گروه تحقیقاتی نحوه سنتز این ترکیبات توسط گیاهان را نقشه‌برداری کرده و ژن‌های دخیل در آن را شناسایی کردند.

با این اطلاعات، آنها از کریسپر برای تنظیم گیاهان گندم استفاده کردند تا مقادیر بیشتری از یک ترکیب خاص، یک فلاون به نام آپیژنین، تولید کنند. از آنجا که گیاهان آپیژنین بیشتری نسبت به نیاز خود تولید می‌کنند، مازاد آن در خاک آزاد می‌شود. در آزمایش‌ها، این آپیژنین باکتری‌های خاک را تحریک کرد تا بیوفیلم‌های محافظ تشکیل دهند و نیتروژناز را قادر سازد تا نیتروژن را به شکلی قابل استفاده که گندم می‌تواند جذب کند، تثبیت کند. در شرایط کمبود کود نیتروژن، گندم اصلاح‌شده در مقایسه با گیاهان معمول، عملکرد بالاتری نیز داشت.