bioložka Mechthild Tegeder z Washingtonské státní univerzity vyvinula způsob, jak dramaticky zvýšit výnos a kvalitu sójových bobů.
Její rostliny sóji pěstované ve skleníku vázají z atmosféry dvakrát více dusíku než jejich přirozené protějšky, rostou větší a produkují až o 36 procent více semen.
Tegeder navrhl nový způsob, jak zvýšit tok dusíku, základní živiny, ze specializovaných bakterií v uzlech kořenů sóji do orgánů produkujících semena. Ona a Amanda Carter, postgraduální studentka biologických věd, zjistily, že zvýšená rychlost transportu dusíku nakopla rostliny do tempa.
Jejich práce, nedávno publikovaná v Current Biology, je velkým průlomem ve vědě o zlepšování výnosů plodin. Mohlo by to nakonec pomoci řešit kritický problém společnosti, kterým je nakrmit rostoucí lidskou populaci a zároveň chránit životní prostředí.
„Největším důsledkem našeho výzkumu je, že urychlením přirozeného procesu přidělování dusíku můžeme zvýšit množství potravin, které vyrábíme, aniž bychom přispívali k dalšímu znečištění zemědělstvím,“řekl Tegeder. "Nakonec bychom rádi přenesli to, co jsme se naučili, na jiné luštěniny a rostliny, které lidé pěstují jako potravu."
Zlepšení výnosů obilí
Luštěniny tvoří přibližně 30 procent světové zemědělské produkce. Skládají se z rostlin, jako jsou mimo jiné sójové boby, vojtěška, hrách, fazole a čočka.
Na rozdíl od plodin, které se spoléhají na přirozeně se vyskytující a uměle vyrobený dusík z půdy, luštěniny obsahují ve svých kořenových uzlech bakterioidy rhizobia, které mají jedinečnou schopnost přeměnit nebo „fixovat“plynný dusík z atmosféry.
Po celá léta se vědci pokoušeli zvýšit míru fixace dusíku v luštěninách změnou bakterioidní funkce rhizobií nebo interakcí, které probíhají mezi bakterioidem a buňkami kořenového uzlu.
Tegeder zvolila jiný přístup: Zvýšila počet proteinů, které pomáhají přenášet dusík z bakterií rhizobia do listů rostliny, orgánů produkujících semena a dalších oblastí, kde je to potřeba.
Dodatečné transportní proteiny urychlily celkový export dusíku z kořenových uzlů. To iniciovalo zpětnovazební smyčku, která způsobila, že rhizobia začala fixovat více atmosférického dusíku, který pak rostlina použila k produkci více semen.
"Jsou větší, rostou rychleji a obecně vypadají lépe než přírodní rostliny sóji," řekl Tegeder. "Některé důkazy, které máme, naznačují, že mohou být také vysoce účinné za stresujících podmínek, jako je sucho."
Ochrana životního prostředí
Dusík je makroživina nezbytná pro růst rostlin. Velké množství syntetických dusíkatých hnojiv se používá po celém světě, aby byla zajištěna vysoká produktivita rostlin.
Aplikace je ekologickým problémem v průmyslových zemích, jako jsou Spojené státy, kvůli vysokým energetickým vstupům, zvýšeným emisím skleníkových plynů, znečištění vody a dalším nepříznivým účinkům na ekosystémy a lidské zdraví.
V rozvojových zemích, kde je dusíkatých hnojiv vzácné, má nedostatek rostlinného dusíku za následek nízké výnosy plodin a omezené zásoby potravin.
Tegeder si myslí, že její výzkum zaměřený na sóju může být nakonec aplikován na odrůdy luštěnin vhodných pro rozmanitou škálu podnebí. Jednou z hlavních výhod pěstování luštěnin, jako je cizrna, fazol obecný, hrách a sója, je to, že nejenže mohou využívat atmosférický dusík pro svůj vlastní růst, ale také zanechávají zbytkový dusík v půdě pro následné plodiny.
Zvýšení fixace dusíku by tedy mohlo zlepšit celkovou produktivitu rostlin pro zemědělce, kteří pěstují luštěniny v průmyslových i rozvojových zemích, a zároveň snížit nebo odstranit potřebu dusíkatých hnojiv.
"Luštěniny s vyššími výnosy mají obrovské důsledky pro zemědělství a produkci potravin po celém světě," řekl Tegeder. „Náš výzkum má také potenciál být přenesen na jiné plodiny, které nevážou dusík z atmosféry, ale měly by prospěch z toho, že by mohly dusík z půdy přijímat efektivněji.“
Její práce je v souladu s Grand Challenges WSU, souborem výzkumných iniciativ zaměřených na velké společenské problémy. Je zvláště relevantní pro problém udržitelných zdrojů a jeho téma zásobování potravinami pro budoucí generace.
