Tieto zistenia sú prvým recenzovaným dôkazom, že geneticky upravené mikróby dodávajú pestovateľom kukurice v komerčnej produkcii podstatnú časť dusíka
BERKELEY, Kalifornia., 9. decembra 2024 /PRNewswire/ – Recenzovaný výskum, ktorý bol dnes publikovaný v Scientific Reports popisuje novú technológiu, ktorá by mohla priniesť revolúciu do odvekého prístupu k dodávaniu dusíka plodinám. Štúdia, na ktorej spolupracovali vedci z University of Wisconsin-Madison, Purdue University a Pivot Bio, poprednej spoločnosti v oblasti udržateľného poľnohospodárstva, predložila prvé dôkazy svojho druhu, ktoré ukazujú, ako genetická úprava zlepšuje schopnosť mikróbov viazať atmosférický dusík a prenášať ho k obilninám.
Pomocou izotopovo označeného dusíka vedci vystopovali dusík vo vzduchu až po chlorofyl listov kukurice, čím získali dôkaz, že bol fixovaný zo vzduchu geneticky upravenými mikróbmi. Štúdie v teréne tiež preukázali, že tieto mikróby dokážu fixovať a dodávať dusík porovnateľný s až 40 librami syntetického dusíkatého hnojiva pri podobných výnosoch.
Zlepšenie účinnosti dusíkatých hnojív je dlhodobou výzvou. „Základným problémom je, že systém pôda-rastlina-atmosféra je extrémne zložitý,” vysvetľuje Dr. Bruno Basso, profesor environmentálnej vedy na Michiganskej štátnej univerzite, ktorý sa na štúdii nezúčastnil. Nepredvídateľné počasie sťažuje zosúladenie ponuky živín s dopytom rastlín, ako aj presné určenie množstva dusíka potrebného pre plodinu a či živiny zostanú v pôde. „Moje výskumné laboratórium dlhé roky pomáhalo farmárom pomocou pokročilých snímacích technológií a počítačových modelov. Vďaka nim dokázali lepšie pochopiť svoje polia a efektívnejšie využívať dusíkaté hnojivá na zvýšenie výnosu a zníženie vplyvu na životné prostredie, ako je unikanie živín do podzemných vôd a emisie skleníkových plynov do atmosféry.”
Diazotrofy, špeciálne druhy baktérií, ktoré sa vyskytujú v prírode, majú jedinečnú schopnosť premieňať atmosférický dusík na amónium, stavebný prvok aminokyselín a bielkovín. Tento proces, bežne známy ako biologická fixácia dusíka (BNF), bol hlavnou formou zásobovania plodín dusíkom tisíce rokov pred vynájdením syntetického dusíkatého hnojiva.
„Pôdne diazotrofy strácajú schopnosť vykonávať BNF, keď sú vystavené vysokým koncentráciám dusíka v pôde po dlhšiu dobu. Ide o evolučnú reakciu šetrenia energiou, pretože BNF je energeticky veľmi náročný proces,” vysvetľuje Dr. Jean-Michel Ané, profesor bakteriológie a rastlinných a agroekosystémových vied na University of Wisconsin-Madison, spoluautor štúdie. „Musíme tieto baktérie presvedčiť, aby si udržali vysoké hladiny BNF v prostrediach s množstvom dusíka, ako sú napríklad synteticky hnojené pôdy.“
Vedci z Pivot Bio vyvinuli geneticky upravené mikróby pomocou netransgénnych metód, aby umožnili diazotrofom naďalej dodávať plodine dusík aj za podmienok s vysokým obsahom dusíka. „Pomocou genetických úprav sme zaslepili mikróby pred prítomnosťou dusíka v okolí, takže naďalej fixujú amónium a dodávajú ho priamo do koreňového systému,” povedal Dr. Karsten Temme, riaditeľ inovácií, spoluzakladateľ v Pivot Bio a spoluautor článku. „Okrem toho sme zaviedli aj ďalšie úpravy, aby sme zabezpečili, že baktérie dokážu preniesť fixovaný dusík do plodiny namiesto toho, aby si ho nechali pre seba.“
Článok predkladá dôkazy o tomto procese, ktorý sa odohráva na laboratórnych a terénnych testovacích plochách. Ide zároveň o prvý recenzovaný článok o PROVEN® 40, druhej generácii komerčného produktu spoločnosti Pivot Bio pre kukuricu, ktorý obsahuje geneticky upravené mikróby viažuce dusík.
„Dusíkaté hnojivo je pravdepodobne najvýznamnejším vynálezom minulého storočia a bude nevyhnutné pre svetový rozvoj a potravinovú bezpečnosť v dohľadnej budúcnosti. Veríme však, že sa dá využiť ešte lepšie,” povedal doktor Temme. „Pivot Bio sa venuje zlepšovaniu produktivity poľnohospodárstva zvýšením účinnosti dusíka s geneticky upravenými mikróbmi a znižovaniu únikov syntetických hnojív do životného prostredia.”
V teréne vedci prostredníctvom rôznych izotopových experimentov opätovne preukázali fixáciu dusíka, tento krát v reálnych podmienkach, ako aj kvantifikáciu hladín dusíka v rastline. Zozbierali tiež stovky vzoriek od farmárov, ktorí znížili množstvo dusíkatých hnojív o 35 až 40 libier dusíka na aker a nahradili ho prípravkom PROVEN 40 od Pivot Bio. Vedci v priemere zistili, že rastliny ošetrené prípravkom PROVEN 40 mali na začiatku sezóny vyššie hladiny dusíka bez negatívneho vplyvu na výnos, aj keď dostali menej syntetického hnojiva.
„Je veľmi ťažké sledovať dusík, ako sa pohybuje zo vzduchu k mikróbom a potom k rastline. Spoliehame sa na izotopové podpisy atómov dusíka pochádzajúcich zo vzduchu v porovnaní s tými v pôde,” vysvetľuje doktor Ané. Pomocou týchto meraní vedci zachytili izotopicky označený dusík v chlorofyle listov kukurice v laboratóriu, čo je znak, že mikróby rastline dodávajú tento dusík.
„Rozsiahly výskum je sľubný, pretože farmári na základe neho môžu začať znižovať dusíkaté hnojivá bez toho, aby to ohrozilo produktivitu: je to obojstranne výhodné pre farmárov aj životné prostredie,” povedal Dr. Temme. „Je to veľmi vzrušujúce, pretože technológia je dobre škálovateľná. Naše produkty sa už od ich komerčného uvedenia pred piatimi rokmi využívajú na viac ako 13 miliónoch akrov v USA, čo prináša skutočný vplyv.”
Dr. Basso súhlasí. „Ak sa bude táto technológia naďalej zlepšovať a dodávať plodinám viac dusíka, a zároveň sa to preukázateľne premietne do nižšieho znečistenia životného prostredia a celkovej poľnohospodárskej uhlíkovej stopy, mohlo by to priniesť prevratnú zmenu do hospodárstva s dusíkom. Čím viac nahrádzame syntetické hnojivo účinnejšími a udržateľnejšími zdrojmi dusíka na podporu výnosov plodín, tým lepšie pre poľnohospodárov, komunity a životné prostredie.”
Celý dokument nájdete v časopise Scientific Reports. Časopis Scientific Reports, založený v roku 2011, je periodikum s otvoreným prístupom z vydavateľstva Nature Portfolio, ktorý publikuje popredný pôvodný výskum v oblasti prírodných a klinických vied a je známy svojim prísnym procesom vzájomného recenzovania.
O spoločnosti Pivot Bio
Pivot Bio je popredná spoločnosť v odvetví udržateľného poľnohospodárstva. Farmárom poskytuje patentované technológie na výživu plodín s využitím sily prírody, aby mohli spoľahlivo a efektívne pestovať potraviny, ktoré svet potrebuje vzhľadom na rastúcu nestálosť. Produkty spoločnosti, ktoré sú momentálne dostupné v Severnej Amerike a čoskoro v Brazílii, predstavujú prevratnú inováciu. Patria medzi najsľubnejšie klimatické riešenia v tomto odvetví. Dusík spoločnosti Pivot Bio je odolný voči poveternostným vplyvom, bezpečnejšie sa s ním manipuluje a nevylúhuje sa ani neprispieva k emisiám oxidu dusného. Spoločnosť Pivot Bio časopis Time trikrát ocenil vo svojom každoročnom zozname najlepších vynálezov, spoločnosť Fast Company v zoznamoch Nápadov, ktoré menia svet a 50 najinovatívnejších svetových spoločností, spoločnosť CNBC v zozname súkromných spoločností Disruptor 50 a časopis Fortune v rámci Impact 20, zozname startupov, ktoré podporujú sociálne dobro. Podľa MIT Tech Review ide o jednu z 15 spoločností v oblasti klimatických technológií, ktoré stoja za pozornosť. Ďalšie informácie nájdete na stránke PivotBio.com.
Foto: https://mma.prnewswire.com/media/2556892/Pivot_Bio_Inc.jpg
