Dom
Tematy

Mikroorganizmy zamiast nawozów azotowych?

9 grudnia 2020

379

Rośliny nie mogą wchłaniać azotu z powietrza, ale mikroby - endofity - potrafią. Naukowcy pracują nad tym, aby rośliny uprawne nie potrzebowały nawozów, ale niezależnie wytwarzały azot za pomocą mikroorganizmów.
Zdjęcie: Sam Scharffenberger, npr.org

Zdjęcie: Sam Scharffenberger, npr.org

Zrównoważony rozwój obejmuje nie tylko minimalizację zużycia zasobów, ale także redukcję śladu węglowego produkcji żywności.

Większość upraw w Stanach Zjednoczonych jest uprawiana przy użyciu nawozów mineralnych. Znaczna część to nawozy azotowe. Tak więc w 2011 roku amerykańscy rolnicy zużyli około 11 milionów ton nawozów azotowych. Produkcja takiej ilości nawozu azotowego wymaga wielu kopalnych zasobów naturalnych, takich jak gaz ziemny czy węgiel.

Produkcja nawozów azotowych w Stanach Zjednoczonych produkuje rocznie tyle samo dwutlenku węgla, co spaliny dwóch milionów samochodów. Ale rolnicy nie mogą po prostu przestać używać nawozów. Rośliny potrzebują azotu do rozwoju. Szacuje się, że bez użycia azotu plony w Stanach Zjednoczonych spadną o 50 procent. Dlatego pojawia się pytanie: czy naukowcy mogą pomóc roślinom w produkcji azotu, aby nie używać nawozów mineralnych?

Endofity jako alternatywa dla nawozów mineralnych

Profesor Sharon Doty, mikrobiolog z uniwersytet Waszyngtoński mówi, że natura już rozwiązała ten problem - musimy tylko wiedzieć, gdzie szukać.

Zajrzyj do środowiska naturalnego, jest wiele przypadków, w których można zobaczyć rośliny rozwijające się w skałach lub piasku - w warunkach braku azotu

mówi profesor Doty.

Sharon Doty zaczęła badać wierzby i topole, drzewa występujące w systemach rzecznych stanu Waszyngton. Rzeki te zasilane są głównie wodą stopioną i są wyjątkowo ubogie w azot.

Od dawna wiadomo, że topola i wierzba są innowatorami

Doty.

Ale inni naukowcy twierdzą, że te drzewa są po prostu skuteczne.

Ale w warunkach, w których rosną, po prostu nie ma składników odżywczych, które mogłyby je skutecznie przyswoić..

Drzewa nie mogą wchłaniać azotu z powietrza, ale mikroby to potrafią. Endofity to mikroorganizmy, które w pewnych okolicznościach zasiedlają tkanki roślinne. Są to grzyby, bakterie, rzadziej glony i wirusy. Nie wpływają negatywnie na rozwój i funkcjonowanie roślin.

Niektóre mikroorganizmy przekształcają azot z powietrza do postaci, którą mogą wchłonąć rośliny - proces zwany wiązaniem azotu. Naukowcy badają teraz, jak można je wykorzystać do samodzielnego wytwarzania azotu przez rośliny uprawne. W szczególności takie możliwości są badane w przypadku ryżu i kukurydzy.

Kiedy Doty zbadał DNA endofitów drzew w laboratorium, znaleziono geny wskazujące, że drobnoustroje mogą wiązać azot. Naukowcy zastanawiali się: czy te endofity mogą tak skutecznie wiązać azot w dzikiej topoli, czy można je wykorzystać w rolnictwie?

Jak podwoić produktywność za pomocą „magii” endofitów?

Doty i jej zespół wiedzieli, że endofity mogą używać swojej magii azotu na kilku rodzajach drzew. Ale nie byli pewni, czy ta sama sztuczka zadziała na innych uprawach, w tym na uprawach takich jak kukurydza i ryż. Fizycznie i genetycznie bardzo różnią się od tych samych dzikich topoli. Naukowcy wzięli sadzonki upraw i zanurzyli je w wannie z endofitami topoli, a następnie obserwowali rozwój sadzonek.

W przypadku wielu gatunków ta procedura dała sadzonki bardziej rozwinięte niż zwykle. Rośliny z endofitami miały większe korzenie i liście. Niektóre odmiany pomidorów i papryki prawie podwoiły ilość wyprodukowanych owoców.

Jak podwoić produktywność za pomocą Endophyte Magic?Trawa z endofitami (po lewej) i bez. Autor: Sharon Doty, źródło: npr

Chociaż wyniki są obiecujące, sukces w laboratorium nie zawsze przekłada się na pole. Naukowcy muszą uprzemysłowić takie mikroorganizmy, aby nie były drogie. Wcześniejsze próby opracowania pożytecznych drobnoustrojów dla rolnictwa zakończyły się niepowodzeniem właśnie z powodu kosztów produkcji.

Rolnicy nie ufają nowym technologiom

Kolejnym ważnym aspektem jest zaufanie producentów rolnych do nowych technologii. Na przykład BioGro - nawóz biologiczny złożony z kilku szczepów pożytecznych mikroorganizmów - był skuteczny w uprawie roślin ryżu. Ale rolnicy nie ufali rozwojowi. W rezultacie ponad połowa firm produkujących BioGro nie pracowała w tej branży od dwóch lat.

Warunki przechowywania również są problemem. Rolnicy wolą kupować przetworzone nasiona. Pozostają użyteczne nawet wtedy, gdy są przechowywane przez miesiące lub lata.

Co więcej, w przeciwieństwie do tradycyjnych nawozów, które można stosować do każdego rodzaju upraw na całym świecie, endofity nie są rozwiązaniem uniwersalnym.

Konieczne jest dostosowanie drobnoustrojów do różnych sytuacji środowiskowych,

mówi Ray Dixon, mikrobiolog z John Inns Centre, biologicznego ośrodka badawczego w Wielkiej Brytanii.

Od ponad 40 lat bada wiązanie azotu w bakteriach.

Zdaniem naukowca efekt zależy od rodzaju uprawy, gleby i klimatu. Jeśli jeden z warunków nie będzie pasował, rozwiązanie nie zadziała.

Obecność pestycydów lub innych mikroorganizmów w glebie może również niekorzystnie wpływać na skuteczność wiązania azotu.

Dixon konkluduje, że jest jeszcze wiele do zrobienia, zanim endofity będą mogły całkowicie zastąpić tradycyjne nawozy.

Niemiecki gigant Bayer już się interesuje endofitami

Naukowcy intensywnie pracują nad rozwiązaniem tych problemów. Naukowcy na całym świecie próbują określić optymalne warunki dla niedrogiej masowej produkcji tych mikroorganizmów.

Zidentyfikowano już gatunki endofitów, które są korzystne dla rzepaku, kukurydzy, trzciny cukrowej i prosa (uprawa bioenergetyczna). Eksperymenty polowe są obecnie prowadzone na całym świecie, od Irlandii po Egipt i Brazylię.

I to nie są tylko badania naukowe. Bayer i Gingko Bioworks w zeszłym roku utworzony Joyn Bio. Jest to nowa firma biotechnologiczna, która opracowuje endofity dla upraw. Joyn Bio już dostał $100 milion inwestycje typu venture.

Swoje produkty rozwijają również startupy

Firma Pivot Bio opracowała już mikroorganizmy wiążące azot dla kukurydzy. Ale rozwiązania Pivot Bio działają trochę inaczej. W przeciwieństwie do endofitów, które żyją wewnątrz rośliny, drobnoustroje Pivot Bio żyją na powierzchni korzeni. Te drobnoustroje nie zastępują całkowicie nawozów azotowych - ale mogą zmniejszyć nawożenie.

Pivot Bio eksperymentuje od pięciu lat na 5000 polach w 100 różnych obszarach. Na podstawie tych badań twórcy doszli do wniosku, że ich produkt pozwoli zastąpić do 28 kg mineralnych nawozów azotowych na hektar pola kukurydzy.

Pivot Bio już zapowiedział wstępne uruchomienie komercyjne ich mikroorganizmy wiążące azot. Amerykańscy rolnicy przeprowadzają duże próby terenowe. Wyniki powinny być dostępne do końca roku.

Źródło: npr.org

Czy zauważyłeś błąd? Wybierz i naciśnij Ctrl + Enter, aby nam powiedzieć.


Rolnik w net

Zgłoś literówkę

Tekst do wysłania do naszych redaktorów:

bn