كشفت الأبحاث التي راجعها النظراء والتي نُشرت مؤخرًا في مجلة Scientific Reports عن تقنية ثورية محتملة يمكن أن تغير طريقة توصيل النيتروجين إلى المحاصيل منذ قرن من الزمان. تقدم هذه الدراسة التعاونية، التي شارك فيها علماء من جامعة ويسكونسن ماديسون، وجامعة بوردو، وPivot Bio، أدلة رائدة على أن الميكروبات المعدلة جينيًا يمكنها تثبيت النيتروجين في الغلاف الجوي بشكل فعال ونقله مباشرة إلى محاصيل الحبوب.
استخدمت الدراسة النيتروجين المسمى نظيريًا لتتبع رحلته من الهواء إلى الكلوروفيل في أوراق الذرة، مما يؤكد أن النيتروجين تم تثبيته بواسطة الميكروبات المحررة جينيًا. وأظهرت الدراسات الميدانية كذلك أن هذه الميكروبات يمكن أن توفر كمية من النيتروجين تضاهي ما يصل إلى 40 رطلاً من الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية لكل فدان، مما يحقق إنتاجية مماثلة للمحاصيل.
وسلط الدكتور برونو باسو، الأستاذ بجامعة ولاية ميشيغان والذي لم يشارك في الدراسة، الضوء على مدى تعقيد إدارة مستويات النيتروجين في المحاصيل بسبب الطقس الذي لا يمكن التنبؤ به وظروف التربة المتغيرة. غالبًا ما يجعل هذا التعقيد من الصعب التوفيق بدقة بين إمدادات المغذيات والطلب على المحاصيل.
تعتبر الديازوتروف، وهي نوع من البكتيريا القادرة بشكل طبيعي على تحويل النيتروجين الجوي إلى أمونيوم، أساسية في العملية المعروفة باسم تثبيت النيتروجين البيولوجي (BNF). ومع ذلك، تفقد الديازوتروف التقليدية في التربة قدرتها على تثبيت النيتروجين عند تعرضها لمستويات عالية من النيتروجين على مدى فترات طويلة، وهو وضع شائع في الحقول المعالجة بالأسمدة الاصطناعية.
لقد تغلب الباحثون في Pivot Bio على هذا التحدي من خلال تطوير ميكروبات معدلة جينيًا والتي تستمر في تثبيت النيتروجين حتى في البيئات الغنية بالنيتروجين. وأوضح الدكتور كارستن تيمي، كبير مسؤولي الابتكار في شركة Pivot Bio: "من خلال تعديلات الجينات، نقوم بتعمية الميكروبات عن وجود النيتروجين في محيطها، مما يمكننا من مواصلة تثبيت الأمونيوم وإيصاله مباشرة إلى نظام جذر المحصول".
يعد هذا التطوير جزءًا من استراتيجية Pivot Bio الأوسع لتعزيز كفاءة النيتروجين في الزراعة وتقليل التأثير البيئي للأسمدة الاصطناعية. وتضمنت التجارب الميدانية مجموعة من التجارب النظائرية في ظل ظروف العالم الحقيقي، مما يؤكد قدرة تثبيت النيتروجين لدى الميكروبات المحررة جينيًا. أظهرت العينات التي تم جمعها من مزارع مختلفة أن استبدال الأسمدة النيتروجينية التقليدية باستخدام Pivot Bio's PROVEN® 40 أدى إلى زيادة مستويات النيتروجين في النباتات في بداية الموسم دون التأثير على الإنتاج الإجمالي.
إن الآثار المترتبة على هذا البحث مهمة، وفقًا للدكتور تيمي، لأنه يشير إلى أنه يمكن للمزارعين تقليل اعتمادهم على الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية دون التضحية بإنتاجية المحاصيل. ولا يفيد هذا التقدم المزارعين فحسب، بل لديه أيضًا القدرة على تقليل التلوث البيئي وتقليل البصمة الكربونية الزراعية.
