Penemuan adalah bukti pertama semakan rakan setara mengenai mikrob yang melalui proses pengeditan gen yang membekalkan sebahagian besar nitrogen petani jagung dalam pengeluaran komersial
BERKELEY, Calif., 10 Disember 2024 /PRNewswire/ -- Penyelidikan yang telah disemak rakan setara dan diterbitkan hari ini dalam Laporan Saintifik menerangkan teknologi baharu yang boleh merevolusikan pendekatan berusia seabad untuk memindahkan nitrogen kepada tanaman. Kajian itu, kerjasama penyelidik dari University of Wisconsin-Madison, Purdue University, dan Pivot Bio, sebuah syarikat pertanian lestari terkemuka, mengemukakan bukti pertama yang menunjukkan bagaimana pengeditan gen meningkatkan keupayaan mikrob untuk membetulkan nitrogen atmosfera dan memindahkannya ke tanaman bijirin.
Dengan menggunakan nitrogen berlabel isotop, penyelidik mengesan nitrogen di udara ke klorofil daun jagung, memberikan bukti bahawa ia telah ditetapkan dari udara oleh mikrob yang sudah melalui proses pengeditan gen. Kajian lapangan juga menunjukkan bahawa mikrob ini dapat membetulkan dan membekalkan nitrogen yang setanding dengan sehingga 40 paun baja nitrogen sintetik dengan hasil yang sama.
Meningkatkan keberkesanan baja nitrogen sudah menjadi cabaran sejak sekian lama. "Isu utamanya," jelas Dr. Bruno Basso, seorang profesor sains alam sekitar di Michigan State University, yang tidak terlibat dalam kajian ini, "adalah bahawa sistem atmosfera tumbuhan tanah sangat kompleks." Cuaca yang tidak menentu menjadikannya sukar untuk memadankan bekalan nutrien dengan permintaan tumbuhan, dan untuk menentukan dengan tepat berapa banyak nitrogen yang diperlukan oleh tanaman dan sama ada nutrien akan kekal di dalam tanah. "Makmal penyelidikan saya telah bertahun-tahun membantu petani, menggunakan teknologi penderiaan canggih dan model komputer untuk membantu mereka lebih memahami bidang mereka dan menggunakan baja nitrogen dengan lebih cekap untuk meningkatkan keuntungan dan mengurangkan kesan alam sekitar, seperti kehilangan nutrien kepada air bawah tanah dan pelepasan gas rumah hijau ke atmosfera."
Diazotrof, sejenis bakteria khas yang wujud di alam semula jadi, mempunyai keupayaan unik untuk mengubah gas nitrogen atmosfera menjadi ammonium, blok binaan asid amino dan protein. Proses ini, yang biasanya dikenali sebagai penetapan nitrogen biologi (BNF), merupakan bentuk utama pemakanan nitrogen untuk tanaman selama ribuan tahun sebelum baja nitrogen sintetik dicipta.
"Diazotrof tanah asli kehilangan keupayaan untuk melaksanakan BNF apabila terdedah kepada kepekatan nitrogen yang tinggi di dalam tanah untuk jangka masa yang panjang. Ini adalah tindak balas evolusi untuk menjimatkan tenaga kerana BNF adalah proses yang sangat intensif tenaga," jelas Dr. Jean-Michel Ané, profesor bakteriaologi dan sains tumbuhan dan agroekosistem di University of Wisconsin-Madison, pengarang bersama kajian ini. "Kita perlu meyakinkan bakteria ini untuk mengekalkan tahap BNF yang tinggi dalam persekitaran dengan banyak nitrogen, seperti tanah yang dibajai secara sintetik."
Penyelidik di Pivot Bio membangunkan mikrob yang melalui proses pengeditan gen menggunakan kaedah bukan transgenik untuk membolehkan diazotrof terus memindahkan nitrogen kepada tanaman walaupun dalam keadaan nitrogen yang tinggi. "Dengan pengeditan gen, kami membutakan mikrob terhadap kehadiran nitrogen di persekitaran mereka, jadi mereka terus membetulkan ammonium, menyampaikannya terus kepada sistem akar," kata Dr. Karsten Temme, ketua pegawai inovasi dan pengasas bersama di Pivot Bio dan pengarang bersama kertas kerja itu. "Kami juga memperkenalkan pengeditan lain untuk memastikan bakteria dapat memindahkan nitrogen yang ditetapkan kepada tanaman dan bukannya menyimpannya sendiri."
Kertas kerja ini menunjukkan bukti proses ini berlaku di makmal dan plot ujian lapangan. Ia juga merupakan kertas semakan rakan setara pertama yang meliputi PROVED ® 40, produk komersial generasi kedua Pivot Bio untuk jagung yang mengandungi mikrob pengeditan gen untuk penetapan nitrogen.
"Baja nitrogen boleh dikatakan sebagai ciptaan yang paling penting pada abad yang lalu dan akan menjadi penting untuk pembangunan dunia dan keterjaminan makanan pada masa akan datang. Walau bagaimanapun, kami percaya ia boleh digunakan dengan cara yang lebih baik," kata Dr. Temme. "Fokus Pivot Bio adalah untuk meningkatkan produktiviti pertanian dengan meningkatkan kecekapan nitrogen dengan mikrob kami melalui proses pengeditan gen dan mengurangkan pencemaran baja sintetik kepada alam sekitar."
Di lapangan, para penyelidik menggunakan pelbagai eksperimen isotop untuk sekali lagi menunjukkan penetapan nitrogen, kali ini dalam keadaan dunia sebenar, dan mengukur tahap nitrogen dalam tumbuhan. Mereka juga mengumpul ratusan sampel daripada petani yang mengurangkan kadar baja nitrogen sebanyak 35 hingga 40 paun nitrogen setiap ekar, menggantikannya dengan PROVEN 40 Pivot Bio. Secara purata, penyelidik mendapati tumbuhan yang dirawat dengan PROVEN 40 mempunyai tahap nitrogen yang lebih tinggi pada awal musim dan tiada kesan negatif terhadap hasil, walaupun ia telah kurang diberikan baja sintetik.
"Sangat sukar untuk mengesan nitrogen apabila ia bergerak dari udara ke mikrob dan kemudian ke tumbuhan. Kami bergantung kepada tandatangan isotop atom nitrogen yang diserap dari udara berbanding yang berada di dalam tanah,"jelas Dr. Ané. Dengan pengukuran ini, penyelidik mengesan nitrogen berlabel isotop dalam klorofil daun jagung di makmal, tanda bahawa mikrob membekalkan nitrogen itu kepada tumbuhan.
"Penyelidikan yang luas ini menjanjikan hasil yang baik kerana ia bermakna petani boleh mula mengurangkan baja nitrogen tanpa menjejaskan produktiviti: menang-menang untuk petani dan alam sekitar," kata Dr. Temme. "Ini sangat menarik kerana teknologinya amat mudah diskalakan. Produk kami telah digunakan di lebih 13 juta ekar di A.S. sejak pelancaran komersialnya lima tahun yang lalu, yang diterjemahkan kepada kesan sebenar."
Dr. Basso bersetuju. "Jika teknologi ini terus bertambah baik dan memindahkan lebih banyak nitrogen kepada tanaman, dan ia menunjukkan bahawa ini diterjemahkan kepada pengurangan pencemaran alam sekitar dan keseluruhan jejak karbon pertanian, ia boleh membawa perubahan yang lebih baik untuk pengurusan nitrogen. Semakin banyak kita menggantikan baja sintetik untuk sumber nitrogen yang lebih cekap dan lestari untuk menyokong hasil tanaman, semakin baik untuk petani, komuniti dan alam sekitar."
Kertas penuh boleh didapati dalam Laporan Saintifik. Ditubuhkan pada tahun 2011, Laporan Saintifik adalah jurnal akses terbuka daripada Nature Portfolio, menerbitkan penyelidikan asli yang terkenal merentasi sains semula jadi dan klinikal dan terkenal dengan proses semakan rakan setara yang ketat.
Maklumat Tentang Pivot Bio
Pivot Bio ialah syarikat pertanian lestari terkemuka yang menyampaikan kepada petani teknologi pemakanan tanaman yang dipatenkan yang memanfaatkan kuasa alam semula jadi untuk menanam makanan yang diperlukan oleh dunia secara lestari dan produktif dalam menghadapi pembekalan makanan yang semakin tidak menentu. Kini boleh didapati di Amerika Utara, dan tidak lama lagi di Brazil, produk syarikat ini merupakan inovasi tercanggih. Ia adalah antara penyelesaian iklim yang paling berpotensi dalam industri. Nitrogen syarikat ini tahan cuaca, lebih selamat untuk dikendalikan, dan tidak larut lesap atau menyumbang kepada pelepasan nitrus oksida. Pivot Bio telah diiktiraf tiga kali oleh majalah Time dalam senarai tahunan ciptaan terbaiknya, oleh Fast Company dalam senarai World Changing Ideas dan World's 50 Most Innovative Companies, oleh CNBC dalam senarai Disruptor 50 syarikat swasta, oleh Fortune dalam senarai Impact 20 syarikat pemula yang memacu kebaikan sosial dan oleh MIT Tech Review sebagai salah satu daripada 15 syarikat teknologi iklim yang perlu diberikan perhatian. Untuk maklumat lanjut, lawati PivotBio.com.
Foto - https://mma.prnasia.com/media2/2556892/Pivot_Bio_Inc.jpg?p=medium600
