นักวิจัยจากมหาวิทยาลัย Aarhus ได้ระบุสารประกอบรากข้าวสาลีที่เกิดขึ้นตามธรรมชาติ 7 ชนิด ซึ่งยับยั้งแบคทีเรียในดินที่เป็นไนตริไฟนิ่งได้พอๆ กับสารยับยั้งไนตริฟิเคชั่นสังเคราะห์ ซึ่งเปิดเส้นทางการผสมพันธุ์ที่มีศักยภาพไปสู่พันธุ์ข้าวสาลีที่กักเก็บไนโตรเจนที่ใช้ได้มากขึ้น โดยไม่ต้องใช้สารเคมีเพิ่มเติมหรือเสียสละผลผลิต
เกษตรกรรมที่มีปัญหาไนโตรเจนยังคงเผชิญหน้าอยู่
ไนโตรเจนที่ใช้เป็นปุ๋ยน้อยกว่าครึ่งหนึ่งจะถูกนำไปใช้ในพืชผล โดยส่วนที่เหลือจะสูญเสียไปจากการชะล้างลงสู่ทางน้ำหรือการปล่อยก๊าซออกสู่ชั้นบรรยากาศในรูปของไนตรัสออกไซด์ ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีศักยภาพ เป็นเวลาหลายทศวรรษแล้วที่การตอบสนองเบื้องต้นเป็นข้อจำกัดด้านกฎระเบียบเกี่ยวกับอัตราการใช้และสารยับยั้งไนตริฟิเคชั่นสังเคราะห์ ซึ่งเป็นสารเคมีที่ชะลอการเปลี่ยนแอมโมเนียมเป็นไนเตรตของจุลินทรีย์ แต่มีราคาแพง ต้องทาซ้ำ และอาจส่งผลกระทบต่อ-สิ่งมีชีวิตในดินที่ไม่ใช่เป้าหมาย
ทีม Aarhus ซึ่งนำโดยนักวิจัยดุษฎีบัณฑิต Purna Kumar Khatri ได้ตรวจสอบว่าข้าวสาลีสามารถทำหน้าที่ดังกล่าวในทางชีววิทยาได้หรือไม่ งานของพวกเขามุ่งเน้นไปที่การยับยั้งไนตริฟิเคชันทางชีวภาพ ซึ่งเป็นกระบวนการที่รากพืชปล่อยสารประกอบธรรมชาติที่ไปยับยั้งจุลินทรีย์ไนตริไฟริงที่รับผิดชอบในการเปลี่ยนแอมโมเนียมให้กลายเป็นไนเตรตที่มีแนวโน้มถูกชะล้าง-มากขึ้น
เบนโซซาซินอยด์คืออะไร?
Benzoxazinoids เป็นสารทุติยภูมิที่ผลิตตามธรรมชาติจากพืชธัญญาหาร เช่น ข้าวสาลี ข้าวโพด และข้าวไรย์ ซึ่งแต่เดิมมีการศึกษาถึงบทบาทในการป้องกันพืชจากแมลง วัชพืช และไส้เดือนฝอย นักวิจัยของ Aarhus คัดกรองสารประกอบเบนโซซาซิโนอยด์ที่แตกต่างกัน 18 ชนิดโดยใช้การทดสอบการเรืองแสงด้วย Nitrosomonas europaea ซึ่งเป็นแบคทีเรียจำลองไนตริไฟติ้ง และพบว่า - เจ็ดชนิด รวมถึง BOA, MBOA, DIBOA และ DIMBOA - สามารถยับยั้งไนตริฟิเคชั่นอย่างรุนแรงที่ความเข้มข้นค่อนข้างต่ำ เนื่องจากสารประกอบเหล่านี้ถูกผลิตและปล่อยออกมาโดยพืชเองแทนที่จะใช้ภายนอก สารประกอบเหล่านี้จึงมีกลไกการนำส่งที่แตกต่างกันโดยพื้นฐานมากกว่าสารยับยั้งสังเคราะห์: การปล่อยอย่างต่อเนื่องเฉพาะที่ตรงจุดและเวลาที่พืชต้องการเพื่อปกป้องไนโตรเจนที่มีอยู่
เส้นข้าวสาลีที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมแสดงให้เห็นว่าสามารถขยายเอฟเฟกต์ได้
การศึกษาเปรียบเทียบสายพันธุ์ต้นกำเนิดข้าวสาลีแบบธรรมดากับสายพันธุ์ข้าวสาลีสองสายพันธุ์ที่มีชิ้นส่วนโครโมโซมจาก Leymus racemosus ซึ่งเป็นหญ้าป่าที่ทราบกันดีว่าช่วยเพิ่มลักษณะการยับยั้งไนตริฟิเคชั่นทางชีวภาพ เมื่อปลูกแบบไฮโดรโปนิกส์ เส้นที่ได้รับการปรับปรุงจะปล่อยความเข้มข้นของเบนโซซาซินอยด์ที่มีฤทธิ์สูงกว่าสายหลักอย่างมีนัยสำคัญ และสารหลั่งของรากจะยับยั้งไนตริฟิเคชันได้มากถึงสองเท่า - ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่มีความสัมพันธ์โดยตรงกับความเข้มข้นของสารประกอบที่วัดได้สูงกว่า
งานการสร้างแบบจำลองที่นักวิจัยอ้างถึงระบุว่าพืชที่เปิดใช้งาน-ไนตริฟิเคชัน-การยับยั้ง-ทางชีวภาพสามารถลดการสูญเสียไนโตรเจนได้ 20% ถึง 30% และการทดลองภาคสนามในช่วงแรกแสดงให้เห็นว่าไม่มีการปรับลดผลผลิตที่เกี่ยวข้องกับลักษณะนี้ หมายความว่าโดยหลักการแล้วเกษตรกรสามารถใช้ปุ๋ยน้อยลงในขณะที่เก็บเกี่ยวธัญพืชในปริมาณที่เทียบเคียงได้ Khatri กล่าวว่าขนาดของโอกาสนั้นมีความสำคัญแม้จะได้รับประสิทธิภาพเพียงเล็กน้อย: "หากคุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการใช้ไนโตรเจน-ได้แม้แต่สิบเปอร์เซ็นต์ในสภาพสนามจริง การประหยัดปุ๋ยและการปล่อยก๊าซเรือนกระจกได้มหาศาล"
จากเคมีสู่เป้าหมายการผสมพันธุ์
เป้าหมายระยะยาว-คือการแปลการค้นพบทางเคมีให้เป็นกลยุทธ์ในการปรับปรุงพันธุ์: เมื่อนักวิจัยระบุได้ว่าวิถีการสังเคราะห์ทางชีวภาพใดที่ก่อให้เกิดสารประกอบไนตริฟิเคชัน-ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุด ผู้ปรับปรุงพันธุ์พืชจะสามารถเลือกพันธุ์ข้าวสาลีที่แสดงคุณลักษณะได้ชัดเจนยิ่งขึ้น โดยไม่ต้องกำหนดให้เกษตรกรเปลี่ยนแนวทางปฏิบัติหรือซื้อปัจจัยการผลิตใหม่ การวิจัยนี้เป็นส่วนหนึ่งของโครงการ CropSustain ระหว่างประเทศในวงกว้าง ซึ่งกลุ่มวิจัยคู่ขนานกำลังศึกษาว่าลักษณะเหล่านี้ส่งผลต่อไมโครไบโอมในดินและสิ่งมีชีวิตที่ไม่ใช่เป้าหมาย-อย่างไรในกรอบเวลาที่ยาวนานกว่า - ซึ่งเป็นคำถามที่สำคัญสำหรับการดำเนินการด้านกฎระเบียบและเชิงพาณิชย์ แม้ว่าชีววิทยาพื้นฐานจะพิสูจน์ได้ว่าแข็งแกร่งก็ตาม
การค้นพบนี้มาถึงในขณะที่ตลาดไนโตรเจนทั่วโลกยังคงมีความผันผวนหลังจากการหยุดชะงักของช่องแคบฮอร์มุซ ซึ่งส่งผลให้ราคายูเรียแตะระดับสูงสุดเป็นประวัติการณ์-เมื่อต้นปีนี้ ก่อนที่จะมีการปรับฐานบางส่วน ในขณะที่ลำดับเวลาการผสมพันธุ์สำหรับการยับยั้งไนตริฟิเคชั่น-การยับยั้งพันธุ์ข้าวสาลีนั้นดำเนินไปในระยะเวลาหลาย-ปี แทนที่จะเสนอความช่วยเหลือในทันที การวิจัยได้เพิ่มทางเลือกทางชีวภาพ - ที่กำลังเติบโตควบคู่ไปกับไนโตรเจนของจุลินทรีย์- ที่ช่วยตรึงผลิตภัณฑ์ที่ทำการค้าโดยบริษัทต่างๆ ซึ่งรวมถึง Pivot Bio - ซึ่งสามารถค่อยๆ ลดการพึ่งพาเชิงโครงสร้างของภาคเกษตรกรรมในการป้อนข้อมูลไนโตรเจนสังเคราะห์
การศึกษาเรื่อง "Benzoxazinoids เป็นสารประกอบที่มีศักยภาพในการยับยั้งไนตริฟิเคชั่นทางชีวภาพในข้าวสาลี" ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Physiology and Biochemistry ของพืช และดำเนินการร่วมกับมหาวิทยาลัยโคเปนเฮเกน มหาวิทยาลัยอเบอร์ดีน และศูนย์ปรับปรุงข้าวโพดและข้าวสาลีนานาชาติของเม็กซิโก (CIMMYT) ซึ่งเป็นผู้จัดหาวัสดุเมล็ดพันธุ์สำหรับการทดลอง
