Els investigadors de la Universitat d'Aarhus han identificat set compostos d'arrel de blat naturals que suprimeixen els bacteris nitrificants del sòl amb la mateixa força que els inhibidors sintètics de la nitrificació, obrint una possible via de reproducció cap a varietats de blat que reteneixen més nitrogen aplicat sense requerir aportacions químiques addicionals o sacrificis de rendiment.
El problema del nitrogen al qual encara s'enfronta l'agricultura
Menys de la meitat del nitrogen aplicat com a fertilitzant és realment absorbit pels cultius, i la resta es perd per lixiviació a les vies fluvials o emissió gasosa a l'atmosfera com a òxid nitrós, un gas d'efecte hivernacle potent. Durant dècades, la resposta principal ha estat els límits reglamentaris sobre les taxes d'aplicació i els inhibidors sintètics de la nitrificació, productes químics que frenen la conversió microbiana de l'amoni en nitrat, però són costosos, requereixen una aplicació repetida i poden afectar els organismes del sòl no objectiu.
L'equip d'Aarhus, dirigit per l'investigador postdoctoral Purna Kumar Khatri, va investigar si el propi blat podria realitzar una versió d'aquesta funció biològicament. El seu treball se centra en la inhibició de la nitrificació biològica, un procés en què les arrels de les plantes alliberen compostos naturals que suprimeixen els microbis nitrificants responsables de convertir l'amoni en la forma de nitrat més propensa a la lixiviació-.
Què són els benzoxazinoides?
Els benzoxazinoides són metabòlits secundaris produïts de manera natural per cultius de cereals, com ara blat, blat de moro i sègol, tradicionalment estudiats pel seu paper en la defensa de les plantes contra insectes, males herbes i nematodes. Els investigadors d'Aarhus van examinar 18 compostos benzoxazinoides diferents mitjançant un assaig de bioluminescència amb Nitrosomonas europaea, un bacteri nitrificant model, i van trobar set - incloent BOA, MBOA, DIBOA i DIMBOA - capaços de suprimir fortament la nitrificació a concentracions relativament baixes. Com que aquests compostos són produïts i alliberats per la pròpia planta en lloc d'aplicar-los externament, ofereixen un mecanisme de lliurament fonamentalment diferent dels inhibidors sintètics: alliberament local i continu exactament on i quan la planta necessita protegir el nitrogen disponible.
Les línies de blat dissenyades mostren que l'efecte es pot amplificar
L'estudi va comparar una línia parental de blat convencional amb dues línies de blat que portaven un fragment de cromosoma de Leymus racemosus, una herba salvatge coneguda per millorar els trets d'inhibició de la nitrificació biològica. Conreades hidropònicament, les línies millorades van alliberar concentracions significativament més altes de benzoxazinoides actius que la línia matriu, i els seus exsudats d'arrel van suprimir la nitrificació fins a dues vegades més forta -, un resultat que es correlacionava directament amb les concentracions més altes de compostos mesurades.
El treball de modelització citat pels investigadors suggereix que els cultius activats per la-nitrificació-inhibició-biològica podrien reduir les pèrdues de nitrogen entre un 20% i un 30%, i els primers assajos de camp no han mostrat cap penalització de rendiment associada amb el tret, el que significa que els agricultors podrien, en principi, aplicar menys fertilitzants mentre collien volums de gra comparables. Khatri va dir que la magnitud de l'oportunitat és significativa fins i tot amb guanys d'eficiència modestos: "Si podeu augmentar l'eficiència de l'ús del nitrogen-fins i tot un deu per cent en condicions reals del camp, l'estalvi absolut en fertilitzants i emissions és enorme".
De la química a un objectiu de cria
L'objectiu-a llarg termini és traduir les troballes químiques en una estratègia de millora: un cop els investigadors identifiquin quines vies biosintètiques produeixen els compostos inhibidors de la nitrificació-més eficaços, els obtentors de plantes podrien seleccionar varietats de blat que expressin els trets amb més força, sense que els agricultors hagin de canviar les pràctiques o comprar nous inputs. La investigació forma part del projecte internacional CropSustain més ampli, en què grups d'investigació paral·lels estan estudiant com aquests trets afecten els microbiomes del sòl i els organismes no -objectius durant períodes de temps més llargs -, una pregunta que és important per a l'adopció regulatòria i comercial, encara que la biologia subjacent sigui sòlida.
Les troballes arriben a mesura que els mercats mundials de nitrogen segueixen sent volàtils després de la interrupció de l'estret d'Ormuz, que va provocar que els preus de la urea arribessin a màxims gairebé-rècords a principis d'any abans d'una correcció parcial. Tot i que els terminis de millora per a la nitrificació-inhibeixen les varietats de blat s'executen en un horitzó de diversos-anys en lloc d'oferir un alleujament immediat, la investigació s'afegeix a un creixent conjunt d'alternatives biològiques - juntament amb els productes de fixació de nitrogen microbià-que ja comercialitzen empreses com Pivot Bio - redueix gradualment la dependència estructural del nitrogen de les aportacions del sector agrícola sintètic.
L'estudi, "Benzoxazinoides com a compostos candidats per a la inhibició de la nitrificació biològica en el blat", es va publicar a Plant Physiology and Biochemistry i es va realitzar en col·laboració amb la Universitat de Copenhaguen, la Universitat d'Aberdeen i el Centre Internacional de Millora de Blat i Blat de Mèxic (CIMMYT), que va proporcionar material de llavors per a l'assaig.
