مچتیلد تگدر، زیست شناس دانشگاه ایالتی واشنگتن راهی برای افزایش چشمگیر عملکرد و کیفیت دانه سویا ایجاد کرده است.
گیاهان سویای او که در گلخانه رشد می کنند، دو برابر بیشتر از همتایان طبیعی خود نیتروژن از جو جذب می کنند، بزرگتر می شوند و تا 36 درصد بذر بیشتری تولید می کنند.
Tegeder روش جدیدی برای افزایش جریان نیتروژن، یک ماده مغذی ضروری، از باکتری‌های تخصصی در گره‌های ریشه سویا به اندام‌های تولیدکننده بذر طراحی کرد.او و آماندا کارتر، یک دانشجوی فارغ التحصیل علوم زیستی، دریافتند که افزایش نرخ انتقال نیتروژن باعث افزایش بیش از حد گیاهان می شود.
کار آنها که اخیراً در Current Biology منتشر شده است، یک پیشرفت بزرگ در علم بهبود عملکرد محصول است. این در نهایت می تواند به حل چالش حیاتی جامعه برای تغذیه جمعیت رو به رشد انسانی و در عین حال حفاظت از محیط زیست کمک کند.
تگدر گفت: "بزرگترین پیامد تحقیق ما این است که با افزایش فرآیند تخصیص طبیعی نیتروژن، می‌توانیم مقدار غذایی را که تولید می‌کنیم بدون کمک به آلودگی بیشتر کشاورزی افزایش دهیم." "در نهایت ما می خواهیم آنچه را که آموخته ایم به سایر حبوبات و گیاهانی که انسان برای غذا می روید منتقل کنیم."
بهبود عملکرد دانه
حبوبات حدود 30 درصد از تولیدات کشاورزی جهان را تشکیل می دهند. آنها از گیاهانی مانند سویا، یونجه، نخود، لوبیا و عدس تشکیل شده اند.
برخلاف محصولاتی که به نیتروژن طبیعی و مصنوعی از خاک متکی هستند، حبوبات حاوی باکتری‌های ریزوبیا در گره‌های ریشه‌شان هستند که توانایی منحصربه‌فرد تبدیل یا «تثبیت» گاز نیتروژن از جو را دارند.
سالهاست که دانشمندان سعی کرده اند با تغییر عملکرد باکتریوئید ریزوبیا یا فعل و انفعالاتی که بین باکتریوئید و سلول های ندول ریشه صورت می گیرد، میزان تثبیت نیتروژن را در حبوبات افزایش دهند.
Tegeder رویکرد متفاوتی در پیش گرفت: او تعداد پروتئین‌هایی را افزایش داد که به انتقال نیتروژن از باکتری ریزوبیا به برگ‌های گیاه، اندام‌های تولیدکننده بذر و سایر نواحی مورد نیاز کمک می‌کنند.
پروتئین های حمل و نقل اضافی، صادرات کلی نیتروژن از گره های ریشه را تسریع کردند. این یک حلقه بازخورد را آغاز کرد که باعث شد ریزوبیا شروع به تثبیت نیتروژن جوی بیشتری کند، که سپس گیاه از آن برای تولید دانه های بیشتر استفاده کرد.
"آنها بزرگتر هستند، سریعتر رشد می کنند و به طور کلی بهتر از گیاهان طبیعی سویا به نظر می رسند." "برخی از شواهد ما نشان می دهد که آنها ممکن است در شرایط استرس زا مانند خشکسالی نیز بسیار کارآمد باشند."
حفاظت از محیط زیست
نیتروژن یک درشت مغذی ضروری برای رشد گیاه است. مقادیر زیادی کود نیتروژن مصنوعی در سراسر جهان برای اطمینان از بهره وری بالای گیاه استفاده می شود.
کاربرد در کشورهای صنعتی مانند ایالات متحده به دلیل ورودی انرژی بالا، افزایش انتشار گازهای گلخانه ای، آلودگی آب و سایر اثرات نامطلوب بر اکوسیستم و سلامت انسان، یک موضوع زیست محیطی است.
در کشورهای در حال توسعه، که کود نیتروژن کمیاب است، نیتروژن ناکافی گیاه منجر به عملکرد کم محصول و محدودیت منابع غذایی می شود.
Tegeder فکر می کند که تحقیقات او بر روی دانه های سویا می تواند در نهایت برای انواع حبوبات مناسب برای مجموعه ای از آب و هوا استفاده شود. یکی از مزایای عمده رشد حبوبات مانند نخود، لوبیا معمولی، نخود و سویا این است که نه تنها می توانند از نیتروژن جو برای رشد خود استفاده کنند، بلکه نیتروژن باقیمانده را در خاک برای محصولات بعدی باقی می گذارند.
بنابراین، افزایش تثبیت نیتروژن می تواند بهره وری کلی گیاه را برای کشاورزانی که حبوبات را در کشورهای صنعتی و در حال توسعه پرورش می دهند، بهبود بخشد و در عین حال نیاز به کودهای نیتروژنی را کاهش یا از بین ببرد.
تگدر گفت: «حبوبات با عملکرد بالاتر پیامدهای بزرگی برای کشاورزی و تولید مواد غذایی در سراسر جهان دارند. "تحقیقات ما همچنین این پتانسیل را دارد که به گیاهان زراعی دیگری منتقل شود که نیتروژن را از اتمسفر تثبیت نمی کنند، اما از توانایی جذب نیتروژن به طور موثرتر از خاک سود می برند."
کار او مطابق با چالش های بزرگ WSU است، مجموعه ای از ابتکارات تحقیقاتی با هدف مسائل بزرگ اجتماعی. این امر به ویژه با چالش منابع پایدار و موضوع آن در تامین غذا برای نسل‌های آینده مرتبط است.
