ผลการวิจัยดังกล่าวถือเป็นหลักฐานชิ้นแรกที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญว่า จุลินทรีย์ที่ผ่านการตัดต่อยีนสามารถจัดหาไนโตรเจนให้กับเกษตรกรที่ปลูกข้าวโพดสัดส่วนที่เหมาะสมกับการผลิตเชิงพาณิชย์
เบิร์กลีย์ แคลิฟอร์เนีย, 14 พฤศจิกายน 2567 /PRNewswire/ -- งานวิจัยที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญที่เผยแพร่ในวันนี้ใน Scientific Reports ได้อธิบายถึงเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถปฏิวัติแนวทางการจัดหาไนโตรเจนให้พืชผล ซึ่งใช้กันมายาวนานนับศตวรรษได้ งานวิจัยดังกล่าวเป็นความร่วมมือของนักวิจัยจาก University of Wisconsin-Madison, Purdue University และ Pivot Bio บริษัทชั้นนำด้านการเกษตรแบบยั่งยืน ซึ่งได้นำเสนอหลักฐานชิ้นแรกที่แสดงให้เห็นว่าการตัดต่อยีนช่วยเพิ่มขีดความสามารถของจุลินทรีย์ในการตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศเอาไว้ และส่งต่อไปให้พืชไร่ธัญพืชได้อย่างไร
นักวิจัยใช้ไนโตรเจนที่ติดฉลากไอโซโทปเพื่อติดตามไนโตรเจนในอากาศเข้าไปยังคลอโรฟิลล์บนใบข้าวโพด ซึ่งเป็นหลักฐานว่าไนโตรเจนได้ถูกจุลินทรีย์ที่ตัดต่อยีนตรึงไว้จากอากาศ การศึกษาภาคสนามยังแสดงให้เห็นอีกว่าจุลินทรีย์เหล่านี้สามารถตรึง และจัดหาไนโตรเจนได้เทียบเท่ากับปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์สูงสุด 40 ปอนด์ และให้ผลผลิตที่ใกล้เคียงกัน
การปรับปรุงประสิทธิภาพของปุ๋ยไนโตรเจนเป็นความท้าทายที่มีมาอย่างยาวนาน ดร. Bruno Basso ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมจาก Michigan State University ที่ไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับการศึกษานี้อธิบายว่า "ปัญหาหลักก็คือระบบดิน-พืช-บรรยากาศนั้นมีความซับซ้อนมาก" เพราะสภาพอากาศที่ไม่สามารถคาดเดาได้ทำให้ยากต่อการจัดหาแร่ธาตุให้ตรงกับความต้องการของพืช รวมถึงยากที่จะระบุได้อย่างแม่นยำว่าพืชต้องการไนโตรเจนเท่าใด และแร่ธาตุจะยังคงอยู่ในดินหรือไม่ "ห้องแล็ปวิจัยของผมใช้เวลานานหลายปีเพื่อช่วยเหลือเกษตรกร โดยใช้เทคโนโลยีการตรวจจับขั้นสูงและโมเดลคอมพิวเตอร์เพื่อช่วยให้พวกเขาเข้าใจไร่ของตนเองมากขึ้น และใช้ปุ๋ยไนโตรเจนอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อเพิ่มผลกำไร และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เช่น การสูญเสียแร่ธาตุให้กับน้ำใต้ดิน และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสู่ชั้นบรรยากาศ"
ไดอะโซโทรป แบคทีเรียชนิดพิเศษที่พบในธรรมชาติมีความสามารถเฉพาะตัวในการเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศให้กลายเป็นแอมโมเนียม ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของกรดอะมิโนและโปรตีน โดยกระบวนการนี้มักจะรู้จักกันในชื่อว่าการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพ (BNF) ซึ่งเป็นรูปแบบการจัดหาธาตุไนโตรเจนหลักสำหรับพืชผลมาเป็นเวลานับพันปี ก่อนที่ปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์จะถูกประดิษฐ์ขึ้น
"ไดอะโซโทรปในดินจะสูญเสียความสามารถในการทำ BNF เมื่อสัมผัสกับไนโตรเจนที่มีความเข้มข้นสูงในดินเป็นระยะเวลานาน ซึ่งนี่เป็นการตอบสนองเชิงวิวัฒนาการเพื่อเก็บรักษาพลังงานเอาไว้ เนื่องจาก BNF เป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานสูงมาก" ดร. Jean-Michel Ané ศาสตราจารย์ด้านแบคทีเรียวิทยา และวิทยาศาสตร์ด้านพืชและระบบนิเวศทางการเกษตรที่ University of Wisconsin-Madison ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วมของงานวิจัยนี้ อธิบาย "เราจำเป็นต้องโน้มน้าวแบคทีเรียเหล่านี้ให้รักษาระดับ BNF ไว้ในระดับสูงในสภาพแวดล้อมที่มีไนโตรเจนจำนวนมาก เช่น ดินที่ได้รับปุ๋ยสังเคราะห์"
นักวิจัยที่ Pivot Bio พัฒนาจุลินทรีย์ที่ได้รับการตัดต่อยีนโดยใช้วิธีการที่ไม่ใช่การดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อให้ไดอะโซโทรปสามารถมอบไนโตรเจนให้แก่พืชต่อไปได้ แม้ในสภาวะที่มีไนโตรเจนสูง "เราได้ทำให้จุลินทรีย์มองไม่เห็นไนโตรเจนในสิ่งแวดล้อมผ่านการตัดต่อยีน ซึ่งจะทำให้จุลินทรีย์ตรึงแอมโมเนียมต่อไปโดย และส่งแอมโมเนียมไปที่ระบบรากโดยตรง" ดร. Karsten Temme หัวหน้าฝ่ายนวัตกรรมและผู้ร่วมก่อตั้ง Pivot Bio และเป็นผู้เขียนร่วมของงานวิจัยนี้ "นอกจากนี้ เรายังทำการแก้ไขอื่นๆ เพื่อให้แน่ใจว่าแบคทีเรียสามารถถ่ายโอนไนโตรเจนคงที่ไปยังพืชผลได้แทนที่จะเก็บไว้เอง"
เอกสารนี้ได้นำเสนอหลักฐานของกระบวนการนี้ที่เกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการ และแปลงทดสอบภาคสนาม ทั้งยังเป็นบทความที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญฉบับแรกที่ครอบคลุมถึง PROVEN® 40 ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์รุ่นที่สองของ Pivot Bio สำหรับข้าวโพดที่มีจุลินทรีย์ตรึงไนโตรเจนที่ได้รับการตัดต่อยีน
"ปุ๋ยไนโตรเจนอาจถือเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุดในศตวรรษที่ผ่านมา และจะเป็นสิ่งสำคัญต่อการพัฒนาของโลก และความมั่นคงด้านอาหารในอนาคตอันใกล้นี้ อย่างไรก็ตาม เราเชื่อว่ามีตัวเลือกที่ดีกว่า" ดร. Temme กล่าว "Pivot Bio ให้ความสำคัญกับการปรับปรุงผลผลิตของการทำฟาร์มผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพของไนโตรเจนด้วยจุลินทรีย์ได้รับการตัดต่อยีนของเรา และลดการสูญเสียปุ๋ยสังเคราะห์สู่สิ่งแวดล้อม"
ในภาคสนามนั้น นักวิจัยใช้การทดลองไอโซโทปที่หลากหลายเพื่อสาธิตการตรึงไนโตรเจนอีกครั้ง ภายใต้เงื่อนไขการใช้งานจริง และวัดระดับไนโตรเจนในพืช พวกเขายังได้เก็บรวบรวมตัวอย่างนับร้อยจากเกษตรกรที่ลดอัตราปุ๋ยไนโตรเจนลง 35 ถึง 40 ปอนด์ต่อเอเคอร์ แล้วแทนที่ด้วยปุ๋ยไนโตรเจน PROVEN 40 ของ Pivot Bio โดยเฉลี่ยแล้ว นักวิจัยพบว่าพืชที่ได้รับปุ๋ย PROVEN 40 มีระดับไนโตรเจนที่สูงขึ้นในช่วงต้นฤดูกาล และไม่มีผลกระทบเชิงลบต่อผลผลิต แม้ว่าจะได้รับปุ๋ยสังเคราะห์น้อยลงก็ตาม
"การติดตามไนโตรเจนเป็นเรื่องที่ยากมาก เนื่องจากไนโตรเจนจะเคลื่อนตัวจากในอากาศไปสู่จุลินทรีย์แล้วจึงเข้าไปในพืช เราอาศัยลายเซ็นไอโซโทปของอะตอมไนโตรเจนที่มาจากอากาศแทนที่จะมาจากในดิน" ดร. Ané อธิบาย มาตรการนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถตรวจพบไนโตรเจนที่ติดฉลากไอโซโทปในคลอโรฟิลล์บนใบข้าวโพดในห้องแล็ป ซึ่งเป็นสัญญาณที่ระบุว่า จุลินทรีย์ได้จัดหาไนโตรเจนให้กับพืช
"การวิจัยที่ครอบคลุมนี้มีศักยภาพอย่างมาก เพราะนี่หมายความว่าเกษตรกรสามารถเริ่มลดปุ๋ยไนโตรเจนได้เลย โดยไม่ลดทอนผลผลิต ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อทั้งเกษตรกรและสิ่งแวดล้อม" ดร. Temme กล่าว "นี่เป็นเรื่องน่าสนใจมาก เพราะเทคโนโลยีนี้สามารถปรับขยายได้สูงมาก ผลิตภัณฑ์ของเราถูกนำไปใช้ในพื้นที่กว่า 13 ล้านเอเคอร์ในสหรัฐอเมริกา นับตั้งแต่เปิดตัวเชิงพาณิชย์เมื่อ 5 ปีที่แล้ว ซึ่งสามารถสร้างผลกระทบได้อย่างมาก"
ดร. Basso เห็นด้วย "หากเทคโนโลยีนี้ได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้น และมอบไนโตรเจนให้กับพืชผลได้มากขึ้น นี่จะนำไปสู่การลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และคาร์บอนฟุตพริ้นท์ทางการเกษตรโดยรวม ซึ่งก็อาจเป็นเทคโนโลยีที่พลิกโฉมการจัดการไนโตรเจนไปโดยสิ้นเชิงเลยก็ได้ ยิ่งเราแทนที่ปุ๋ยสังเคราะห์ด้วยแหล่งไนโตรเจนที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืนมากขึ้นเพื่อเพิ่มผลผลิตได้มากเท่าไร เกษตรกร ชุมชน และสิ่งแวดล้อมก็จะได้รับผลดีมากขึ้นเท่านั้น"
ดูเอกสารฉบับเต็มได้ใน Scientific Reports โดย Scientific Reports ก่อตั้งขึ้นในปี 2554 เป็นวารสารที่มีการเข้าถึงแบบเปิดจาก Nature Portfolio ซึ่งตีพิมพ์งานวิจัยต้นฉบับที่โดดเด่นในสาขาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและทางคลินิก และมีชื่อเสียงเรื่องกระบวนการตรวจสอบที่เข้มงวดโดยผู้ทรงคุณวุฒิ
เกี่ยวกับ Pivot Bio
Pivot Bio เป็นบริษัทเกษตรกรรมชั้นนำที่ส่งมอบเทคโนโลยีสารอาหารสำหรับพืชที่ได้รับสิทธิบัตรแก่เกษตรกรเพื่อใช้พลังของธรรมชาติเพื่อปลูกพืชอาหารที่โลกต้องการได้อย่างน่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพท่ามกลางความผันผวนที่เพิ่มมากขึ้น ผลิตภัณฑ์ของบริษัทเป็นนวัตกรรมที่ล้ำสมัย ซึ่งปัจจุบันมีวางจำหน่ายในอเมริกาเหนือ และจะวางจำหน่ายในบราซิลในเร็วๆ นี้ ทั้งยังเป็นหนึ่งในโซลูชันด้านสภาพอากาศที่มีศักยภาพมากที่สุดในอุตสาหกรรม ไนโตรเจนของบริษัทยังทนต่อสภาพอากาศ จัดการได้อย่างปลอดภัย และไม่ชะละลายหรือปล่อยก๊าซไนตรัสออกไซด์ Pivot Bio ได้รับการยอมรับถึงในรายชื่อสิ่งประดิษฐ์ยอดเยี่ยมประจำปีจากนิตยสาร Time ถึงสามครั้ง ในรายชื่อ World Changing Ideas และ 50 Most Innovative Companies จาก Fast Company ในรายชื่อบริษัทเอกชน Disruptor 50 จาก CNBC ในรายชื่อบริษัทสตาร์ทอัพที่ขับเคลื่อนความดีต่อสังคม Impact 20 และจาก MIT Tech Review ในฐานะหนึ่งใน 15 บริษัทด้านเทคโนโลยีสภาพอากาศที่น่าจับตามอง สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดเข้าไปที่ PivotBio.com
รูปภาพ - https://mma.prnasia.com/media2/2556892/Pivot_Bio_Inc.jpg?p=medium600
