دانشمندان گامی بزرگ برای کاهش مصرف کودهای شیمیایی برداشتند

01

از 03

چگونه گیاهان بدون کود رشد می‌کنند؟

گیاهان برای رشد به نیتروژن نیاز دارند و اکثر گونه‌های زراعی، آن را تنها از طریق کود دریافت می‌کنند. با وجود این، گروه کوچکی از گیاهان، از جمله نخود، شبدر و لوبیا قادر به رشد بدون افزودن نیتروژن هستند، زیرا باکتری‌هایی که با ریشه آنها همزیستی دارند، نیتروژن موجود در هوا را به شکلی قابل جذب برای گیاه تبدیل می‌کنند. پژوهشگران در حال بررسی فرایندهای مولکولی و ژنتیکی این توانایی طبیعی هستند؛ با امید به اینکه روزی بتوان آن را به غلات اصلی مانند گندم، جو و ذرت منتقل کرد. در صورت موفقیت‌آمیز بودن این انتقال، این محصولات قادر خواهند بود در جذب نیتروژن خودکفا شوند و به این ترتیب نیاز به کود مصنوعی به طور چشمگیری کاهش یابد، که هم‌اکنون حدود دو درصد از کل انرژی مصرفی جهان را به خود اختصاص می‌دهد و باعث انتشار قابل توجه دی‌اکسیدکربن می‌شود.

02

از 03

کاهش مصرف کودهای شیمیایی با کمک آمینواسیدها

دانشمندان دانشگاه آرهوس موفق به شناسایی تغییرات کوچک اما کلیدی در گیرنده‌های گیاهان شده‌اند، که تعیین می‌کند آیا سیستم ایمنی گیاه به اندازه کافی غیرفعال می‌شود تا باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن بتوانند وارد همکاری با گیاه شوند یا خیر. گیاهان با استفاده از گیرنده‌های سطح سلول خود سیگنال‌های شیمیایی میکروارگانیسم‌های خاک را شناسایی می‌کنند. برخی باکتری‌ها پیام می‌دهند که دشمن هستند و پاسخ دفاعی گیاه را تحریک می‌کنند، در حالی که برخی دیگر اعلام می‌کنند که دوست و قادر به تامین مواد مغذی هستند.

حبوبات مانند نخود، لوبیا و شبدر، باکتری‌های مفید را در ریشه‌های خود جای می‌دهند و در این بافت‌ها، باکتری‌ها نیتروژن هوا را تثبیت می‌کنند و با گیاه به اشتراک می‌گذارند. این همکاری که به «همزیستی» معروف است، دلیل رشد حبوبات بدون نیاز به کود مصنوعی است. پژوهشگران دانشگاه آرهوس نشان دادند که این توانایی به شدت تحت تاثیر دو اسید آمینه قرار دارد؛ بلوک‌های سازنده پروتئینی کوچک در ریشه گیاه، که به عنوان گیرنده عمل می‌کنند و سیگنال‌های باکتری‌ها را تفسیر می‌نمایند و تعیین می‌کنند که آیا سیستم ایمنی فعال شود یا همزیستی مجاز گردد.

بیشتر بخوانید: کشاورزی ارگانیک کد ژنتیکی گیاهان را تغییر می‌دهد

حتما بخوانید: چگونگی تکامل سیب زمینی امروزی از گوجه ‌فرنگی در ۹ میلیون سال قبل

03

از 03

آینده کشاورزی و غلات پرمصرف

پژوهشگران یک بخش کوچک در پروتئین گیرنده را شناسایی کردند، که «عامل تعیین‌کننده همزیستی ۱» نام دارد. این بخش به‌ عنوان یک سوئیچ عمل و تعیین می‌کند چه سیگنالی به داخل سلول گیاه منتقل شود. پژوهشگران با اصلاح تنها دو اسید آمینه در این سوئیچ، موفق شدند گیرنده‌ای را که معمولا پاسخ ایمنی گیاه را فعال می‌کند، تغییر دهند تا به جای آن همزیستی با باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن را آغاز کند.

سیمونا رادوتویو توضیح داد: «ما نشان دادیم که دو تغییر کوچک قادر هستند رفتار گیاه را در نقطه‌ای حیاتی تغییر دهند.» پژوهشگران توانستند در آزمایشگاه، گیاه Lotus japonicus را با موفقیت اصلاح کنند، سپس همین روش را روی جو اعمال کردند و همان اثر مشاهده شد. کاسپر رویک‌یار اندرسن بیان کرد: «این واقعا شگفت‌انگیز است که اکنون می‌توانیم گیرنده‌ای از جو انتخاب کنیم، تغییرات جزئی در آن اعمال نماییم و فرایند تثبیت نیتروژن دوباره فعال شود.»

پیامدهای بالقوه این دستاورد عظیم است. اگر این اصلاح بتواند به غلات پرکاربرد منتقل شود، ممکن است روزی بتوان گندم، ذرت یا برنجی کشت کرد که خود قادر به تثبیت نیتروژن باشد. رادوتویو تصریح کرد: «امروز تنها تعداد اندکی از گیاهان توانایی همزیستی دارند. اگر بتوانیم این ویژگی را به غلات پرمصرف گسترش دهیم، تاثیر قابل توجهی بر کاهش مصرف کودهای شیمیایی در جهان خواهد داشت.»

نتایج این آزمایش در مجله معتبر Nature چاپ شده است.