حدد الباحثون في جامعة آرهوس سبعة مركبات لجذور القمح تحدث بشكل طبيعي وتعمل على قمع بكتيريا التربة الآزوتية بقوة مثل مثبطات النترجة الاصطناعية، مما يفتح مسارًا محتملاً للتكاثر نحو أصناف القمح التي تحتفظ بمزيد من النيتروجين المطبق دون الحاجة إلى مدخلات كيميائية إضافية أو التضحية بالمحصول.
لا تزال الزراعة تواجه مشكلة النيتروجين
أقل من نصف النيتروجين المستعمل كسماد تستهلكه المحاصيل فعليا، بينما يضيع الباقي من خلال الترشيح في المجاري المائية أو الانبعاث الغازي إلى الغلاف الجوي على شكل أكسيد النيتروز، وهو أحد غازات الدفيئة القوية. على مدار عقود من الزمن، كانت الاستجابة الأولية هي فرض قيود تنظيمية على معدلات الاستخدام ومثبطات النترجة الاصطناعية، وهي مواد كيميائية تعمل على إبطاء التحويل الميكروبي للأمونيوم إلى نترات ولكنها مكلفة، وتتطلب تطبيقًا متكررًا، ويمكن أن تؤثر على -الكائنات الحية في التربة غير المستهدفة.
قام فريق آرهوس، بقيادة باحث ما بعد الدكتوراه بورنا كومار كاتري، بالتحقيق فيما إذا كان القمح نفسه يمكنه أداء نسخة من تلك الوظيفة بيولوجيًا. يتمحور عملهم حول تثبيط النترجة البيولوجية، وهي عملية تطلق فيها جذور النباتات مركبات طبيعية تعمل على قمع الميكروبات الآزوتية المسؤولة عن تحويل الأمونيوم إلى شكل النترات الأكثر عرضة للترشيح-.
ما هي البنزوكسازينويدات؟
البنزوكسازينويدات عبارة عن مستقلبات ثانوية يتم إنتاجها بشكل طبيعي من محاصيل الحبوب بما في ذلك القمح والذرة والجاودار، والتي تمت دراستها تقليديًا لدورها في دفاع النبات ضد الحشرات والأعشاب الضارة والديدان الخيطية. قام باحثو آرهوس بفحص 18 مركبًا مختلفًا من مركبات البنزوكسازينويد باستخدام اختبار التلألؤ البيولوجي مع Nitrosomonas europaea، وهو نموذج من البكتيريا الآزوتية، ووجدوا سبعة - بما في ذلك BOA وMBOA وDIBOA وDIMBOA - قادرة على قمع النترجة بقوة بتركيزات منخفضة نسبيًا. ونظرًا لأن هذه المركبات يتم إنتاجها وإطلاقها بواسطة النبات نفسه بدلاً من تطبيقها خارجيًا، فإنها توفر آلية توصيل مختلفة اختلافًا جوهريًا عن المثبطات الاصطناعية: إطلاق مستمر وموضعي بالضبط في المكان والزمان الذي يحتاج فيه النبات لحماية النيتروجين المتاح.
تظهر خطوط القمح الهندسية إمكانية تضخيم التأثير
قارنت الدراسة خط أم القمح التقليدي مع خطين قمح يحملان جزءًا من كروموسوم من Leymus Racemosus، وهو عشب بري معروف بتعزيز سمات تثبيط النترجة البيولوجية. أطلقت الخطوط المحسنة، التي نمت بطريقة مائية، تركيزات أعلى بكثير من البنزوكسازينويدات النشطة مقارنة بالخط الأصلي، كما أدت إفرازات جذرها إلى تثبيط النترجة بقوة تصل إلى الضعف -، وهي نتيجة ترتبط مباشرة بتركيزات المركب الأعلى المقاسة.
تشير أعمال النمذجة التي استشهد بها الباحثون إلى أن المحاصيل التي تم تمكين -النترجة-التثبيط-بيولوجيًا يمكن أن تقلل من فقدان النيتروجين بنسبة 20% إلى 30%، وقد أظهرت التجارب الميدانية المبكرة عدم وجود أي ضرر على المحصول مرتبط بهذه السمة، مما يعني أنه يمكن للمزارعين من حيث المبدأ استخدام كمية أقل من الأسمدة أثناء حصاد كميات مماثلة من الحبوب. قال خاطري إن حجم الفرصة كبير حتى في ظل مكاسب الكفاءة المتواضعة: "إذا تمكنت من زيادة كفاءة استخدام النيتروجين-بنسبة تصل إلى عشرة بالمائة في الظروف الميدانية الحقيقية، فإن التوفير المطلق في الأسمدة والانبعاثات هائل."
من الكيمياء إلى هدف التربية
يتمثل الهدف على المدى الطويل- في ترجمة النتائج الكيميائية إلى استراتيجية تربية: بمجرد أن يحدد الباحثون مسارات التخليق الحيوي التي تنتج المركبات المثبطة للنترجة الأكثر فعالية-، يمكن لمربي النباتات اختيار أصناف القمح التي تعبر عن السمات بقوة أكبر، دون مطالبة المزارعين بتغيير ممارساتهم أو شراء مدخلات جديدة. يعد هذا البحث جزءًا من مشروع CropSustain الدولي الأوسع، والذي تدرس فيه مجموعات بحثية موازية كيفية تأثير هذه السمات على ميكروبات التربة و-الكائنات الحية غير المستهدفة على مدى أطر زمنية أطول - وهو سؤال مهم للامتصاص التنظيمي والتجاري حتى لو أثبتت البيولوجيا الأساسية قوتها.
تأتي هذه النتائج في الوقت الذي لا تزال فيه أسواق النيتروجين العالمية متقلبة في أعقاب الاضطراب الذي حدث في مضيق هرمز، والذي أدى إلى ارتفاع أسعار اليوريا إلى مستويات قريبة من{0}المستويات القياسية في وقت سابق من هذا العام قبل حدوث تصحيح جزئي. في حين أن الجداول الزمنية لتربية النترجة-التي تمنع أصناف القمح تمتد على مدى عدة-سنوات بدلاً من تقديم الإغاثة الفورية، فإن البحث يضيف إلى مجموعة متزايدة من البدائل البيولوجية - إلى جانب منتجات تثبيت النيتروجين الميكروبي-التي تم تسويقها بالفعل من قبل الشركات بما في ذلك Pivot Bio - والتي يمكن أن تقلل تدريجيًا من الاعتماد الهيكلي للقطاع الزراعي على مدخلات النيتروجين الاصطناعية.
نُشرت الدراسة، "البنزوكسازينويدات كمركبات مرشحة لتثبيط النترجة البيولوجية في القمح"، في فسيولوجيا النبات والكيمياء الحيوية وأُجريت بالتعاون مع جامعة كوبنهاغن، وجامعة أبردين، والمركز الدولي لتحسين الذرة والقمح في المكسيك (CIMMYT)، الذي قدم مادة البذور للتجربة.
