Przełomowe badania przedstawione w czasopiśmie „Scientific Reports" dowodzą, że mikroorganizmy modyfikowane genetycznie oferują rolnikom nowe źródło azotu
Jest to pierwszy, poddany recenzji naukowej dowód na to, że mikroorganizmy modyfikowane genetycznie zapewniają istotną ilość azotu rolnikom uprawiającym kukurydzę w ramach produkcji komercyjnej.
BERKELEY, Kalifornia, 14 listopada 2024 r. /PRNewswire/ -- Recenzowane badanie naukowe opublikowane dziś na łamach Scientific Reports opisuje nową technologię, która może zrewolucjonizować stuletnie podejście do kwestii dostarczania azotu do upraw. Badanie przeprowadzone we współpracy naukowców z University of Wisconsin-Madison, Purdue University i Pivot Bio, wiodącej firmy zajmującej się zrównoważonym rolnictwem, dostarczyło bezprecedensowych dowodów na to, w jaki sposób modyfikacja genetyczna zwiększa zdolność drobnoustrojów do wiązania azotu atmosferycznego i przenoszenia go do upraw zbóż.
Korzystając ze znakowanego izotopowo azotu, naukowcy prześledzili sposób, w jaki azot z powietrza przenika do chlorofilu w liściach kukurydzy. W ten sposób uzyskano dowody na wiązanie azotu z powietrza przez mikroorganizmy modyfikowane genetycznie. Badania terenowe wykazały ponadto, że mikroorganizmy te mogą wiązać i dostarczać azot w ilościach porównywalnych do 40 funtów syntetycznego nawozu azotowego przy analogicznej wielkości plonów.
Poprawa skuteczności nawozów azotowych od dawna stanowi wyzwanie. Jak wyjaśnia dr Bruno Basso, profesor nauk o środowisku na Michigan State University, który nie był zaangażowany w realizację badania: „Podstawową kwestią jest to, że układ gleba-roślina-atmosfera jest niezwykle złożony". Nieprzewidywalność warunków pogodowych sprawia, że trudno jest dopasować podaż składników odżywczych do zapotrzebowania roślin i dokładnie określić, ile azotu będzie wymagać uprawa i czy składnik ten 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 v szczególny rodzaj bakterii występujących w przyrodzie - mają wyjątkową zdolność przekształcania azotu atmosferycznego w amon, budulec aminokwasów i białek. Proces ten, powszechnie znany jako biologiczne wiązanie azotu (BNF), był główną formą odżywiania upraw azotem przez tysiące lat przed wynalezieniem syntetycznych nawozów azotowych.
„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".
Naukowcy z Pivot Bio opracowali mikroorganizmy modyfikowane genetycznie przy pomocy metod nietransgenicznych, aby umożliwić bakteriom diazotroficznym dalsze dostarczanie azotu do upraw, nawet w warunkach wysokiego poziomu azotu. „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 ten zachodzi w laboratorium i na polach testowych. Jest to również pierwszy recenzowany artykuł dotyczący PROVEN® 40 - komercyjnego produktu drugiej generacji firmy Pivot Bio, przeznaczonego dla upraw kukurydzy, zawierającego modyfikowane genetycznie mikroorganizmy wiążące azot.
„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".
W ramach działań terenowych naukowcy wykorzystali różnorodne eksperymenty izotopowe, aby ponownie zademonstrować wiązanie azotu, tym razem w rzeczywistych warunkach, i określić ilościowo poziomy azotu w roślinie. Zebrali również setki próbek od rolników, którzy zmniejszyli dawkę nawozu azotowego o 35 do 40 funtów azotu na akr, zastępując go wyrobem PROVEN 40 firmy Pivot Bio. Naukowcy stwierdzili, że rośliny, w uprawie których zastosowano PROVEN 40, miały średnio wyższy poziom azotu na początku sezonu i nie miało to negatywnego wpływu na wielkość plonów mimo użycia 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. Dzięki tym pomiarom naukowcy wykryli znakowany izotopowo azot w chlorofilu liści kukurydzy w warunkach laboratoryjnych, co świadczy o tym, że mikroorganizmy dostarczyły ten azot roślinie.
„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".
Dr Basso zgadza się z tym stwierdzeniem. „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".
Pełny artykuł można znaleźć w czasopiśmie Scientific Reports. Założone w 2011 r. czasopismo jest ogólnodostępnym czasopismem z oferty Nature, publikującym warte uwagi, oryginalne badania z zakresu nauk przyrodniczych i klinicznych, znanym z rygorystycznego procesu recenzenckiego.
Pivot Bio
Pivot Bio to wiodąca firma działająca w obszarze zrównoważonego rolnictwa, dostarczająca rolnikom opatentowane technologie odżywiania roślin, które wykorzystują potęgę natury w celu zapewnienia niezawodnej i produktywnej uprawy roślin jadalnych, które są niezbędne światu w obliczu rosnącej niestabilności. Produkty firmy, które są obecnie dostępne w Ameryce Północnej, a wkrótce także w Brazylii, stanowią przełomową innowację. Należą one do najbardziej obiecujących rozwiązań klimatycznych w branży. Azot oferowany przez firmę jest odporny na warunki atmosferyczne, bezpieczniejszy w stosowaniu i nie wypłukuje ani nie przyczynia się do emisji podtlenku azotu. Firma Pivot Bio została trzykrotnie wyróżniona przez magazyn „Time" na corocznej liście najlepszych wynalazków; przez Fast Company na listach World Changing Ideas i World's 50 Most Innovative Companies; przez CNBC na liście Disruptor 50 prywatnych przedsiębiorstw; przez Fortune na liście Impact 20 startupów napędzających dobrostan społeczny; oraz przez MIT Tech Review jako jedna z 15 firm zajmujących się technologiami klimatycznymi, które warto obserwować. Więcej informacji można znaleźć na stronie PivotBio.com.
Zdjęcie - https://mma.prnewswire.com/media/2556892/Pivot_Bio_Inc.jpg
WANT YOUR COMPANY'S NEWS FEATURED ON PRNEWSWIRE.COM?
Newsrooms &
Influencers
Digital Media
Outlets
Journalists
Opted In
Share this article