النتائج هي أول دليل تمت مراجعته من قبل الأقران على أن الميكروبات المعدّلة جينيًا توفر نسبة كبيرة من النيتروجين لمزارعي الذرة في الإنتاج التجاري
بيركلي، كاليفورنيا، 9 ديسمبر 2024 /PRNewswire/ — استعرض بحثًا تمت مراجعته من الأقران نُشر اليوم في دورية Scientific Reports التكنولوجيا الجديدة التي يمكن أن تُحدث ثورة في النهج القديم لتوفير النيتروجين للمحاصيل. قدمت الدراسة ، وهي تعاون بين باحثين من جامعة ويسكونسن ماديسون ، وجامعة بوردو ، وشركة “بيفوت بايو” (Bio Pivot)، وهي شركة رائدة في مجال الزراعة المستدامة ، أول دليل من نوعه يوضح كيف أن تعديل الجينات يعزز قدرة الميكروبات على تثبيت النيتروجين الجوي ونقله إلى محاصيل الحبوب.
باستخدام النيتروجين الموسَّم بالنظائر ، تتبع الباحثون النيتروجين في الهواء إلى كلوروفيل أوراق الذرة ، مما يوفر دليلاً على أنه تم تثبيته من الهواء بواسطة الميكروبات المعدلّة جينيًا. أظهرت الدراسات الميدانية أيضًا أن هذه الميكروبات يمكنها تثبيت وإمداد النيتروجين بالمقارنة مع ما يصل إلى 40 رطلاً من الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية ذات الإنتاجية المماثلة لكل أكر (فدان إنجليزي – 4047 متر مربع تقريبًا).
كان تحسين فعالية الأسمدة النيتروجينية تحديًا طويل الأمد. يشرح الدكتور “برونو باسو”، أستاذ العلوم البيئية في جامعة ولاية ميشيغان ، والذي لم يشارك في الدراسة ، “إن القضية الأساسية هي أن نظام التربة والنبات والغلاف الجوي معقد للغاية”. يجعل الطقس غير المتوقع من الصعب مطابقة إمدادات المغذيات مع طلب النباتات ، وتحديد كمية النيتروجين التي سيحتاجها المحصول بدقة وما إذا كانت المغذيات ستبقى في التربة. “لقد أمضى مختبري البحثي سنوات في مساعدة المزارعين ، باستخدام تكنولوجيا الاستشعار المتقدمة ونماذج الكمبيوتر لمساعدتهم على فهم حقولهم بشكل أفضل واستخدام الأسمدة النيتروجينية بشكل أكثر كفاءة لزيادة الأرباح والحد من التأثير البيئي ، مثل خسائر العناصر الغذائية في المياه الجوفية وانبعاثات غازات الدفيئة إلى الغلاف الجوي.”
الديازوتروفات، وهي أنواع خاصة من البكتيريا التي تحدث في الطبيعة، لديها قدرة فريدة على تحويل غاز النيتروجين الجوي إلى الأمونيوم، وهو العنصر الأساسي للأحماض الأمينية والبروتينات. كانت هذه العملية ، المعروفة باسم التثبيت الحيوي للنيتروجين (BNF) ، هي الشكل الرئيسي للتغذية النيتروجينية للمحاصيل لآلاف السنين قبل اختراع الأسمدة النيتروجينية الاصطناعية.
يشرح الدكتور “جان ميشيل أنيه”، أستاذ علم البكتيريا وعلوم النباتات والنظم الزراعية في جامعة ويسكونسن ماديسون ، وهو مؤلف مشارك للدراسة قائلاً: “تفقد الديازوتروفات الأصلية للتربة قدرتها على أداء التثبيت الحيوي للنيتروجين عند تعرضها لتركيزات عالية من النيتروجين في التربة لفترات طويلة من الزمن. هذه استجابة تطورية للحفاظ على الطاقة لأن التثبيت الحيوي للنيتروجين هي عملية كثيفة الاستهلاك للطاقة للغاية”. “علينا إقناع هذه البكتيريا بالحفاظ على مستويات عالية من التثبيت الحيوي للنيتروجين في البيئات التي تحتوي على الكثير من النيتروجين ، مثل التربة المخصبة بشكل صناعي.”
طور الباحثون في شركة “بيفوت بايو” الميكروبات المعدّلة جينيًا باستخدام طرق غير محوَّرة جينيًا لتمكين الديازوتروفات من الاستمرار في توفير النيتروجين للمحصول حتى في ظل ظروف النيتروجين العالية. قال الدكتور “كارستن تيمي” كبير مسؤولي الابتكار والمؤسس المشارك لشركة “بيفوت بايو” والمؤلف المشارك للورقة: “مع تعديلات الجينات ، فنحن نعمي الميكروبات عن وجود النيتروجين في محيطها ، لذلك تستمر في تثبيت الأمونيوم ، ونقله مباشرةً لنظام الجذر”. “كما أدخلنا تعديلات أخرى لضمان أن البكتيريا يمكن أن تنقل النيتروجين المثبَّت إلى المحصول بدلاً من الاحتفاظ به لنفسها.”
تقدم الورقة أدلة على حدوث هذه العملية في المختبر، بالإضافة إلى مخططات الاختبار الميداني. كما أنها أول ورقة تمت مراجعتها من قبل الأقران تغطي منتج PROVEN® 40 ، وهو المنتج التجاري من الجيل الثاني من شركة “بيفوت بايو” للذرة الذي يحتوي على ميكروبات تثبيت النيتروجين المعدَّلة جينيًا.
قال الدكتور “تيمي”: “يمكن القول إن الأسمدة النيتروجينية هي أهم اختراع في القرن الماضي وستكون ضرورية للتنمية والأمن الغذائي في العالم في المستقبل المنظور. ومع ذلك ، نعتقد أنه يمكن استخدامه بشكل أفضل”. “تركز شركة “بيفوت بايو” على تحسين إنتاجية الزراعة من خلال زيادة كفاءة النيتروجين باستخدام الميكروبات المعدَّلة جينيًا وتقليل خسائر الأسمدة الاصطناعية في البيئة”.
ميدانيًا ، استخدم الباحثون مجموعة متنوعة من تجارب النظائر لإثبات تثبيت النيتروجين مرة أخرى ، هذه المرة في ظل ظروف العالم الحقيقي ، وتحديد مستويات النيتروجين في النبات. كما جمعوا مئات العينات من المزارعين الذين خفضوا معدل الأسمدة النيتروجينية بمقدار 35 إلى 40 رطلاً من النيتروجين لكل أكر (فدان إنجليزي – 4047 متر مربع تقريبًا)، واستبدلوها بمنتج PROVEN 40 من شركة “بيفوت بايو”. في المتوسط ، وجد الباحثون أن النباتات المعالَجة بمنتج PROVEN 40 لديها مستويات أعلى من النيتروجين في وقت مبكر من الموسم وليس لها آثار سلبية على الإنتاجية، على الرغم من أنها تلقت قدرًا أقل من الأسمدة الاصطناعية.
يشرح الدكتور “أنيه” قائلاً: “من الصعب للغاية تتبع النيتروجين أثناء انتقاله من الهواء إلى الميكروب ثم إلى النبات. نحن نعتمد على سمات النظائر لذرات النيتروجين القادمة من الهواء مقابل تلك الموجودة في التربة”. باستخدام هذه القياسات ، اكتشف الباحثون النيتروجين الموسَّم بالنظائر في كلوروفيل أوراق الذرة في المختبر ، وهي علامة على أن الميكروبات قدمت هذا النيتروجين للنبات.
قال الدكتور “تيمي”: “هذا البحث المكثف واعد لأنه يعني أن المزارعين يمكنهم البدء في تقليل الأسمدة النيتروجينية دون المساس بالإنتاجية؛ ما يمثل مكسبًا لكلٍ من المزارِع والبيئة”. اتفق الدكتور “باسو” مع هذا الطرح قائلاً: “هذا مثير للغاية لأن التكنولوجيا قابلة للتطوير للغاية. تم استخدام منتجاتنا بالفعل على أكثر من 13 مليون أكر (فدان إنجليزي – 4047 متر مربع تقريبًا) في الولايات المتحدة منذ إطلاقها التجاري قبل خمس سنوات ، مما يؤدي لإحداث تأثير حقيقي.”
“إذا استمرت هذه التكنولوجيا في تحسين وتقديم المزيد من النيتروجين إلى المحاصيل ، وأظهرت أن ذلك يؤدي إلى تخفيضات في التلوث البيئي والبصمة الكربونية الزراعية الشاملة ، فقد تمثل ثورة في إدارة النيتروجين. كلما استبدلنا الأسمدة الاصطناعية بمصادر أكثر كفاءةً واستدامةً من النيتروجين لدعم إنتاجية المحاصيل ، كلما كان ذلك أفضل للمزارعين، والمجتمعات، والبيئة.”
يمكن الاطلاع على الورقة الكاملة في دورية Scientific Reports. وتعد دورية Scientific Reports ، التي تأسست في عام 2011 ، مجلة مفتوحة الوصول من مجموعة دوريات Nature Portfolio؛ حيث تنشر أبحاثًا أصلية بارزة على مستوى العلوم الطبيعية والسريرية وتشتهر بعملية صارمة لمراجعة الأقران.
حول Pivot Bio
تعتبر “بيفوت بايو” شركة زراعية مستدامة رائدة تقدم للمزارعين تقنيات لتغذية المحاصيل حاصلة على براءات اختراع تسخِّر قوة الطبيعة لزراعة الأغذية التي يحتاجها العالم بشكل موثوق ويتسم بارتفاع الإنتاجية في مواجهة التقلبات المتزايدة. تمثل منتجات الشركة، التي تتوفر حاليًا في أمريكا الشمالية ، وقريبًا في البرازيل ، ابتكارًا ثوريًا. إنها من بين أكثر حلول المناخ الواعدة في الصناعة. إن نيتروجين الشركة مقاوم للأحوال الجوية ، وأكثر أمانًا للتعامل معه ، ولا يتسرب أو يساهم في انبعاثات أكسيد النيتروز. تم الاعتراف بشركة “بيفوت بايو” ثلاث مرات من قبل مجلة Time على قائمتها السنوية لأفضل الاختراعات ، ومن قبل مجلة Fast Company على قائمتيها “أفكار قد تغيّر العالم” (World Changing Ideas) و”الشركات الخمسون الأكثر ابتكارًا في العالم” (World’s 50 Most Innovative Companies)، ومن قبل شبكة CNBC على قائمتها “الروّاد الخمسون” (Disruptor 50) للشركات الخاصة ، ومن قبل مجلة Fortune على قائمتها “المؤثرون العشرون” (Impact 20) للشركات الناشئة التي تقود جهود الصالح الاجتماعي، ومن قبل مجلة MIT Tech Review كواحدة من 15 شركة تكنولوجيا مناخية يُوصى بمتابعة عملها. للمزيد من المعلومات، يُرجى زيارة PivotBio.com.
الصورة – https://mma.prnewswire.com/media/2556892/Pivot_Bio_Inc.jpg
View original content: