Επιστήμονες στις ΗΠΑ ανέπτυξαν σίγουρο σιτάρι που μπορεί να παράγει το δικό του φυσικό λίπασμα, απελευθερώνοντας μια χημική ουσία που διεγείρει βακτήρια στο έδαφος ικανά να δεσμεύουν άζωτο. Τα τροποποιημένα φυτά εκμεταλλεύονται αυτή τη μικροβιακή βοήθεια για να απορροφούν το άζωτο από την ατμόσφαιρα, μειώνοντας έτσι την ανάγκη για συνθετικά λιπάσματα. Αυτή η καινοτομία αναμένεται να περιορίσει τη ρύπανση, να μειώσει τα κόστη για τους αγρότες και να βελτιώσει την ανάπτυξη καλλιεργειών σε φτωχά εδάφη. Επιπλέον, μπορεί να ανοίξει τον δρόμο για ανάλογες ανακαλύψεις σε άλλα βασικά δημητριακά.
Σιτάρι που παράγει το δικό του λίπασμα
Ερευνητές από το Πανεπιστήμιο Καλιφόρνιας στο Ντέιβις έχουν αναπτύξει φυτά σιταριού που προάγουν την παραγωγή του δικού τους φυσικού λιπάσματος. Ο Εντουάρντο Μπλούμγουαλντ, διακεκριμένος καθηγητής του Τμήματος Φυτικών Επιστημών, ηγήθηκε της ερευνητικής ομάδας που χρησιμοποίησε τη μέθοδο CRISPR για να αυξήσει την παραγωγή συγκεκριμένων φυσικών ενώσεων του φυτού. Αυτές οι ενώσεις υποστηρίζουν βακτήρια που μετατρέπουν το άζωτο από τον αέρα σε μορφή κατάλληλη για τα φυτά, μια διαδικασία γνωστή ως δέσμευση αζώτου.
Η σημαντική επίδραση στην παγκόσμια επισιτιστική ασφάλεια
Αυτή η καινοτομία μπορεί να ενισχύσει την αξιοπιστία των καλλιεργειών σε αναπτυσσόμενες περιοχές, βελτιώνοντας την τροφή και την ευημερία των ανθρώπων. «Στην Αφρική, οι άνθρωποι συνήθως δεν χρησιμοποιούν λιπάσματα λόγω κόστους και μικρών εκτάσεων», εξηγεί ο Μπλούμγουαλντ. «Αν μπορούμε να καλλιεργούμε φυτά που διεγείρουν βακτήρια για να παράγουν φυσικά το λίπασμα, τότε δημιουργούμε μια τεράστια διαφορά», προσθέτει.
Η νέα αυτή ποικιλία σιταριού βασίζεται σε προηγούμενη έρευνα στον τομέα του ρυζιού και σχεδιάζονται μελέτες για εφαρμογή αυτής της προσέγγισης και σε άλλα δημητριακά.
Η πρόκληση των λιπασμάτων
Το σιτάρι είναι η δεύτερη μεγαλύτερη δημητριακή καλλιέργεια παγκοσμίως και ευθύνεται για το 18% της παγκόσμιας κατανάλωσης αζωτούχων λιπασμάτων. Σύμφωνα με τον Οργανισμό Τροφίμων και Γεωργίας του ΟΗΕ, το 2020 παράχθηκαν πάνω από 800 εκατομμύρια τόνοι λιπασμάτων.
Όμως, τα φυτά ανακτούν μόνο το 30-50% του αζώτου από τα λιπάσματα, μερικές φορές προκαλώντας προβλήματα ρύπανσης και ανάπτυξης νεκρών ζωνών στα υδάτινα συστήματα. Το πλεονάζον άζωτο μπορεί επίσης να οδηγήσει σε εκπομπές υποξειδίου του αζώτου, ενός ισχυρού αερίου του θερμοκηπίου.
Κατανόηση του βιολογικού εμποδίου
Τα βακτήρια που δεσμεύουν άζωτο χρησιμοποιούν ένα ένζυμο, τη νιτρογενάση, που δρα σε πολύ χαμηλά επίπεδα οξυγόνου. Ενώ τα ψυχανθή όπως τα μπιζέλια και τα φασόλια ενσωματώνουν φυμάτια για τη στήριξή τους, το σιτάρι και άλλα φυτά δεν το κάνουν, γεγονός που οδηγεί τους αγρότες στην εξάρτηση από λιπάσματα.
«Η ερευνητική κοινότητα προσπαθεί για δεκαετίες να αναπτύξει δημητριακά που να δημιουργούν ριζικά φυμάτια. Εμείς αλλάξαμε προσέγγιση και επικεντρωθήκαμε στο πώς μπορούμε να επιτρέψουμε στο φυτό να χρησιμοποιεί το δεσμευμένο άζωτο», σημειώνει ο Μπλούμγουαλντ.
Μια νέα προσέγγιση για την υποστήριξη των βακτηρίων
Η ερευνητική ομάδα ανέλυσε 2.800 χημικές ενώσεις που παράγονται από φυτά και ανακάλυψε 20 που βοηθούν όχι μόνο το φυτό αλλά και ενθαρρύνουν τη δημιουργία βιοφίλμ στα βακτήρια, δημιουργώντας ένα κατάλληλο περιβάλλον για τη νιτρογενάση.
Η τροποποίηση του σιταριού να παράγει υψηλότερα επίπεδα φλαβονοειδούς όπως η απιγενίνη, οδήγησε σε μεγαλύτερη παραγωγή, καθώς η ποσότητα που αποδεσμεύεται από τις ρίζες ενθαρρύνει περαιτέρω τη δέσμευση αζώτου. Στα πειράματα, το τροποποιημένο σιτάρι απέδωσε σημαντικά υψηλότερες αποδόσεις συγκριτικά με τα συμβατικά φυτά.
Οικονομικά οφέλη για τους αγρότες
Στις Ηνωμένες Πολιτείες, οι αγρότες ξόδεψαν σχεδόν 36 δισεκατομμύρια δολάρια για λιπάσματα το 2023, όπως επισημαίνει το Υπουργείο Γεωργίας. «Αν μπορούσαμε να εξοικονομήσουμε το 10% των λιπασμάτων που χρησιμοποιούνται, αυτό θα μπορούσε να μεταφραστεί σε οικονομία άνω του ενός δισεκατομμυρίου δολαρίων ετησίως», τονίζει ο ερευνητής.
Τα ευρήματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Plant Biotechnology Journal.
ΠΗΓΗ: Scitechdaily
