חוקרים מאוניברסיטת ארהוס זיהו שבע תרכובות שורש חיטה המופיעות באופן טבעי המדכאות חיידקי אדמה מחנקים באותה עוצמה כמו מעכבי ניטריפיקציה סינתטיים, ופותחות מסלול רבייה פוטנציאלי לעבר זני חיטה השומרים יותר חנקן מיושם מבלי לדרוש תשומות כימיות נוספות או הקרבה בתפוקה.
בעיית החנקן החקלאות ממשיכה להתמודד
פחות ממחצית החנקן המופעל כדשן נלקח למעשה על ידי יבולים, כשהיתר אובד עקב שטיפה לנתיבי מים או פליטת גזים לאטמוספירה כחנקן תחמוצת, גז חממה חזק. במשך עשרות שנים התגובה העיקרית הייתה הגבלות רגולטוריות על שיעורי יישום ומעכבי ניטריפיקציה סינתטיים, כימיקלים שמאטים את ההמרה המיקרוביאלית של אמוניום לחנקה אך הם יקרים, דורשים יישום חוזר ויכולים להשפיע על אורגניזמים שאינם -יעד בקרקע.
צוות Aarhus, בראשות החוקרת הפוסט-דוקטורט פורנה קומאר חאטרי, חקר האם החיטה עצמה יכולה לבצע גרסה של פונקציה זו מבחינה ביולוגית. עבודתם מתמקדת בעיכוב ניטריפיקציה ביולוגי, תהליך שבו שורשי צמחים משחררים תרכובות טבעיות המדכאות את החיידקים המחנקים האחראים להמרת אמוניום לצורת החנקה המועדת לשטיפה-.
מה הם בנזוקסאזינואידים?
Benzoxazinoids הם מטבוליטים משניים המיוצרים באופן טבעי על ידי גידולי דגנים כולל חיטה, תירס ושיפון, שנחקרו באופן מסורתי בשל תפקידם בהגנה על הצמח מפני חרקים, עשבים שוטים ונמטודות. החוקרים של Aarhus בדקו 18 תרכובות שונות של בנזוקסאזינואידים באמצעות בדיקת ביולוגית עם Nitrosomonas europaea, מודל של חיידק חנקן, ומצאו שבעה - כולל BOA, MBOA, DIBOA ו-DIMBOA - המסוגלים לדכא חזק את הניטריפיקציה בריכוזים נמוכים יחסית. כיוון שהתרכובות הללו מיוצרות ומשתחררות על ידי הצמח עצמו ולא מיושמות חיצונית, הן מציעות מנגנון מסירה שונה מהותית מאשר מעכבים סינתטיים: שחרור מתמשך ומקומי בדיוק היכן ומתי שהצמח צריך להגן על חנקן זמין.
קווי חיטה מהונדסים מראים שניתן להגביר את ההשפעה
המחקר השווה קו אב חיטה קונבנציונלי מול שני קווי חיטה הנושאים שבר כרומוזום מ-Leymus racemosus, עשב בר הידוע כמשפר תכונות של עיכוב ניטריפיקציה ביולוגי. גדלו בצורה הידרופונית, הקווים המשופרים שחררו ריכוזים גבוהים יותר באופן משמעותי של בנזוקסאזינואידים פעילים מאשר קו האם, ויציאות השורש שלהם דיכאו ניטריפיקציה עד פי שניים חזק יותר - תוצאה שהתאמתה ישירות לריכוזי התרכובת הגבוהים שנמדדו.
עבודת מודלים שצוטטה על ידי החוקרים מציעה כי גידולים המאפשרים-בלימת ניטריפיקציה-ביולוגית יכולים להפחית את אובדן החנקן ב-20% עד 30%, וניסויי שדה מוקדמים לא הראו שום עונש של יבול הקשור לתכונה, כלומר חקלאים יכלו בעיקרון ליישם פחות דשן בזמן קציר תבואה. חטרי אמר כי גודל ההזדמנות הוא משמעותי גם בשיפור יעילות צנוע: "אם אתה יכול להגדיל את יעילות השימוש בחנקן בעשרה אחוזים אפילו בעשרה אחוזים בתנאי שטח אמיתיים, החיסכון המוחלט בדשן ובפליטות הוא עצום".
מכימיה ועד יעד רבייה
המטרה -ארוכת הטווח היא לתרגם את הממצאים הכימיים לאסטרטגיית רבייה: ברגע שהחוקרים מזהים אילו מסלולים ביו-סינתטיים מייצרים את התרכובות המעכבות הניטריפיקציה-היעיל ביותר, מגדלי צמחים יוכלו לבחור זני חיטה המבטאים את התכונות בצורה חזקה יותר, מבלי לדרוש מהחקלאים לשנות שיטות עבודה או לרכוש תשומות חדשות. המחקר הוא חלק מפרויקט CropSustain הבינלאומי הרחב יותר, שבו קבוצות מחקר מקבילות חוקרות כיצד תכונות אלו משפיעות על מיקרוביומים בקרקע ועל אורגניזמים שאינם-יעד על פני פרקי זמן ארוכים יותר - שאלה שחשובה לקליטת רגולציה ומסחר גם אם הביולוגיה הבסיסית מוכיחה את עצמה חזקה.
הממצאים מגיעים כאשר שווקי החנקן העולמיים נותרים תנודתיים בעקבות השיבוש במיצרי הורמוז, ששלח את מחירי האוריאה לשיאים קרובים- מוקדם יותר השנה לפני תיקון חלקי. בעוד שרביית לוחות זמנים לניטריפיקציה-מעכבים זני חיטה פועלים באופק רב-שנתי במקום להציע הקלה מיידית, המחקר מוסיף לגוף הולך וגדל של חלופות ביולוגיות - לצד חנקן מיקרוביאלי-מתקן מוצרים שכבר ממוסחרים על ידי חברות כולל Pivot Bio-culculture שיכולים {{6} להפחית בהדרגה את המגזר הביולוגי. תלות בתשומות חנקן סינטטי.
המחקר, "Benzoxazinoids כתרכובות מועמדות לעיכוב nitrification ביולוגי בחיטה", פורסם ב-Plant Physiology and Biochemistry ונערך בשיתוף עם אוניברסיטת קופנהגן, אוניברסיטת אברדין והמרכז הבינלאומי לשיפור תירס וחיטה (CIMMYT), שסיפק חומר זרעים לניסוי.
