Aarhus Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, nitrifikasyon toprak bakterilerini sentetik nitrifikasyon inhibitörleri kadar güçlü bir şekilde baskılayan, doğal olarak oluşan yedi buğday kökü bileşiğini belirlediler ve ek kimyasal girdiler veya verimden ödün vermeden daha fazla uygulanan nitrojeni tutan buğday çeşitlerine doğru potansiyel bir üreme yolu açtılar.
Tarımın karşı karşıya kaldığı nitrojen sorunu
Gübre olarak uygulanan nitrojenin yarısından azı aslında mahsuller tarafından alınıyor, geri kalanı ise su yollarına sızma veya güçlü bir sera gazı olan nitro oksit olarak atmosfere gaz emisyonu yoluyla kayboluyor. Onlarca yıldır birincil tepki, uygulama oranları ve sentetik nitrifikasyon inhibitörleri (amonyumun mikrobiyal nitrata dönüşümünü yavaşlatan, ancak maliyetli, tekrarlanan uygulama gerektiren ve hedef olmayan toprak organizmalarını etkileyebilen kimyasallar) üzerindeki düzenleyici sınırlamalar olmuştur.
Doktora sonrası araştırmacı Purna Kumar Khatri liderliğindeki Aarhus ekibi, buğdayın kendisinin biyolojik olarak bu işlevin bir versiyonunu gerçekleştirip gerçekleştiremeyeceğini araştırdı. Çalışmaları, bitki köklerinin, amonyumun süzülmeye daha yatkın- nitrat formuna dönüştürülmesinden sorumlu nitrifikasyon mikroplarını baskılayan doğal bileşikler saldığı bir süreç olan biyolojik nitrifikasyon inhibisyonuna odaklanıyor.
Benoksazinoidler nelerdir?
Benzoksazinoidler, buğday, mısır ve çavdar gibi tahıl bitkileri tarafından doğal olarak üretilen ve geleneksel olarak böceklere, yabani otlara ve nematodlara karşı bitki savunmasındaki rolleri açısından incelenen ikincil metabolitlerdir. Aarhus araştırmacıları, bir nitrifikasyon bakteri modeli olan Nitrosomonas europaea ile bir biyolüminesans tahlili kullanarak 18 farklı benzoksazinoid bileşiğini taradı ve nispeten düşük konsantrasyonlarda nitrifikasyonu güçlü bir şekilde baskılayabilen BOA, MBOA, DIBOA ve DIMBOA - dahil olmak üzere yedi - buldu. Bu bileşikler dışarıdan uygulanmak yerine bitkinin kendisi tarafından üretilip salındığından, sentetik inhibitörlerden temel olarak farklı bir dağıtım mekanizması sunarlar: sürekli, lokalize salınım, bitkinin mevcut nitrojeni tam olarak nerede ve ne zaman koruması gerektiği.
Özel olarak tasarlanmış buğday hatları, etkinin artırılabileceğini gösteriyor
Çalışma, geleneksel bir buğday ebeveyn hattını, biyolojik nitrifikasyon inhibisyon özelliklerini güçlendirdiği bilinen yabani bir ot olan Leymus racemosus'tan bir kromozom parçası taşıyan iki buğday hattıyla karşılaştırdı. Hidroponik olarak yetiştirilen geliştirilmiş soylar, ana soydan önemli ölçüde daha yüksek konsantrasyonlarda aktif benzoksazinoid saldı ve bunların kök sızıntıları, nitrifikasyonu iki kat daha güçlü bir şekilde bastırdı -; bu sonuç, ölçülen daha yüksek bileşik konsantrasyonları ile doğrudan ilişkilidir.
Araştırmacılar tarafından alıntı yapılan modelleme çalışması, biyolojik-nitrifikasyonun-inhibisyonunun- etkin olduğu mahsullerin nitrojen kayıplarını %20 ila %30 oranında azaltabileceğini ve ilk saha denemelerinde bu özellikle ilişkili herhangi bir verim kaybının olmadığını gösterdi; bu da çiftçilerin prensip olarak benzer miktarda tahıl hasat ederken daha az gübre uygulayabileceği anlamına geliyor. Khatri, fırsat büyüklüğünün mütevazı verimlilik kazanımlarında bile önemli olduğunu söyledi: "Gerçek tarla koşullarında nitrojen-kullanım verimliliğini yüzde on oranında bile artırabilirseniz, gübre ve emisyonlarda mutlak tasarruf çok büyük olacaktır."
Kimyadan yetiştirme hedefine
Uzun vadeli hedef-kimyasal bulguları bir yetiştirme stratejisine dönüştürmektir: Araştırmacılar hangi biyosentetik yolların nitrifikasyonu-engelleyen en etkili bileşikleri ürettiğini belirledikten sonra bitki yetiştiricileri, çiftçilerin uygulamalarını değiştirmesine veya yeni girdiler satın almasına gerek kalmadan, özellikleri daha güçlü şekilde ifade eden buğday çeşitlerini seçebilir. Araştırma, paralel araştırma gruplarının bu özelliklerin toprak mikrobiyomlarını ve-hedef olmayan organizmaları daha uzun zaman dilimleri boyunca nasıl etkilediğini incelediği daha geniş uluslararası CropSustain projesinin bir parçasıdır -, altta yatan biyoloji sağlam olsa bile düzenleyici ve ticari açıdan ele alınması önemli bir sorudur.
Bulgular, üre fiyatlarının bu yılın başında-kısmi bir düzeltmeden önce neredeyse rekor seviyelere çıkmasına neden olan Hürmüz Boğazı'ndaki kesintinin ardından küresel nitrojen piyasalarının istikrarsızlığını sürdürdüğü bir dönemde geldi. Nitrifikasyon-buğday çeşitlerini inhibe etmeye yönelik ıslah zaman çizelgeleri, anında bir rahatlama sağlamak yerine çok-yıllık bir ufukta ilerlerken, araştırma, tarım sektörünün sentetik nitrojen girdilerine olan yapısal bağımlılığını kademeli olarak azaltabilecek, Pivot Bio - dahil şirketler tarafından hâlihazırda ticarileştirilen mikrobiyal nitrojen-sabitleme ürünlerinin yanı sıra, büyüyen biyolojik alternatifler kümesine - katkıda bulunuyor.
"Buğdayda biyolojik nitrifikasyon inhibisyonu için aday bileşikler olarak Benzoksazinoidler" başlıklı çalışma, Bitki Fizyolojisi ve Biyokimya dergisinde yayınlandı ve Kopenhag Üniversitesi, Aberdeen Üniversitesi ve deneme için tohum materyali sağlayan Meksika'nın Uluslararası Mısır ve Buğday İyileştirme Merkezi (CIMMYT) ile işbirliği içinde yürütüldü.
