Back to top

A légkörből köti meg a nitrogént a kukorica

A dél-mexikói Sierra Mixe hegyvidék lakosai évezredek óta művelnek szinte trágyázás nélkül egy még itt, az őshazájában is óriásinak számító kukoricafajtát, ráadásul nitrogénben kimondottan szegény talajon.

A dél-mexikói Sierra Mixe hegyvidék lakosai évezredek óta művelnek szinte trágyázás nélkül egy még itt, az őshazájában is szokatlanul nagytermetűnek számító kukoricafajtát, ráadásul nitrogénben kimondottan szegény talajon. Ennek  ellenére a többi hagyományos kukoricafajta fölé tornyosul, a magassága közelíti az 5 métert - írta meg a The Atlantic.

A kaliforniai UC Davis egyetem kutatócsoportjának a Plos Biologyn közzétett tanulmánya szerint a kukoricaváltozat titka egyedi léggyökereiben rejlik. Az Alan Bennett professzor vezette csoport kutatása szerint a növény szárát gyűrűként övező, rebarbarapiros léggyökereket vastag, átlátszó nyálka borítja, amiben baktériumok tömege él.

Ezek a mikrobák egyenesen a légkörből kötik meg a nitrogént, aminek  köszönhetően a kukorica szinte közvetlenül az őt körülvevő levegőből veheti fel ezt a létfontosságú tápanyagot.

A Sierra Mixe-kukorica nyolc hónap alatt érik meg, ami túl hosszú idő a közvetlen kereskedelmi hasznosításához, de ha ezt a figyelemreméltó sajátosságát át lehetne vinni a köztermesztésben lévő, 3-4 hónap alatt kifejlődő kukoricafajtákba, az paradigmaváltást jelentene a növénytermesztésben.

A Sierra Mixe-i kukorica-tájfajta piros léggyökereit övező nyálkában élő baktériumok nemcsak megkötik a légköri nitrogént, hanem a gazdanövény rendelkezésére is bocsátják
A Sierra Mixe-i kukorica-tájfajta egyedi léggyökerei által termelt nyálkában élő baktériumok nemcsak megkötik a légköri nitrogént, hanem a gazdanövény rendelkezésére is bocsátják
Fotó: Jean-Michel Ane, UC Davis

Minden növénynek szüksége van nitrogénre a fejlődéshez, és bár a légkör nagy része ebből az elemből áll, elemi formájában túl semleges ahhoz, hogy a növények hasznosítani tudják. Viszont egyes baktériumok meg tudják kötni és általuk is felhasználhatóvá tudják alakítani az elemi gázt, például ammóniává. Mint közismert, egyes hüvelyesek gyökerein élnek nitrogénmegkötő baktériumok, de gabonán, kukoricán vagy rizsen ez nem jellemző.

Emiatt az amerikai gazdálkodók több mint 6,6 millió tonna nitrogénhatóanyagot juttatnak ki évente a kukorica táplálására, részben istállótrágya, de főleg műtrágya formájában.

"Ennek a sok tápanyagnak az előállítása rengeteg energiát igényel, ráadásul ami nem szívódik fel belőle, az felborítja a tápanyagegyensúlyt, bárhova is kerüljön; a kimosódó nitrogén a felelős a mérgező algavirágzásért, és a tengerekben és tavakban ennek következtében kialakuló holt zónákért - nyilatkozta Jeremy Yoder, a CSU Northridge evolúcióbiológusa, aki nem vett részt a tanulmány készítésében. - Vagyis az önmaga táplálására képes kukorica jelentősen csökkentheti az árunövények termesztési költségét és a környezetterhelésüket.”

Ezen kívül segíthet a hozamok növelésében a fejlődő országokban, ahol a gazdálkodók nem engedhetik meg maguknak a trágyázást, és ahol eleve rossz minőségű talajokat kénytelenek művelni.

A UC Davis kutatócsoportja magától értetődőnek tartotta, hogy Sierra Mixe lakosait is minél inkább bevonják a kutatásba, azonkívül szerződést kötöttek a mexikói kormánnyal, ami tartalmazza, hogy a kutatás eredményeit - beleértve az azok piaci hasznosításából származó bevételt - megosztják a bennszülöttekkel, összhangban a nagojai jegyzőkönyv ajánlásaival. 

A kutatók és a mexikói állam közötti megállapodás az első a maga nemében az országban, és szintén az első olyan, amelyre az USA a jóváhagyását adta, nyilatkozta Howard-Yana Shapiro, a csokoládéiról közismert Mars Inc. vezető mezőgazdasági tisztviselője, aki a kutatást eredetileg kezdeményezte: “A megállapodás ugyanolyan fontos, mint maga a felfedezés;, mert példát mutatunk vele.”

A kukorica mexikói eredetű, 8 ezer évvel ezelőtt háziasították egy teosinte nevű vad növényből.

A mai napig ezen a vidéken fordul elő a növény legtöbb változata, több ezer egyedi variációja, avagy tájfajtája megtalálható itt. Shapiro még a nyolcvanas években - amikor a mexikói kormány megbízásából, független kutatóként kutatta a tájfajtákat - hallott először az óriásira növő, nyálkába burkolt léggyökerekkel rendelkező kukoricáról. Shapiro kezdettől fogva gyanította, hogy a növény valamilyen módon saját maga köti meg a nitrogént, és hogy a csillogó nyálkának ehhez valami köze lehet, de a kor technológiai színvonalán nem volt lehetősége a megérzése ellenőrzésére. Bizonyíték híján a többi tudósnak, beleértve a UC Davis kutatócsoportját is, minden oka megvolt a szkepticizmusra.

Végül 2008-ban sikerült eljutnia a mostani kutatócsoport vezetőjével, Alan Bennettel együtt Sierra Mixe-be, aki "leesett állal" revideálta addigi szkepticizmusát.

Annak kiderítése érdekében, hogy pontosabban mi is történik, szekvenálták a növényből és a nyálkáből vett DNS-mintákat. Eszerint a nyálka a nitrogénmegkötő baktériumok családjába tartozó baktériumokat tartalmaz, és azok valóban tartalmazzák a nitrogén megkötését lehetővé tévőként ismert géneket.

A nyálka sajátos vegyi összetétele ideális környezetet teremt a baktériumoknak: távol tartja tőlük az oxigént és korlátlan mennyiségű cukorral látja el őket a táplálkozáshoz.

Ezután öt különböző vizsgálatot is lefolytattak annak megerősítése érdekében, hogy a mikrobák valóban megkötik-e a nitrogént, hogy az így megkötött nitrogén bekerül-e a növénybe, és hogy a kukorica érdemi mennyiségű nitrogénhez - szükséglete 30-80 százalékához - jut-e ezáltal. Az öt vizsgálat mindegyikének megvoltak a maga hiányosságai, de így együtt “mind ugyanannak a következtetésnek az irányába mutattak - nyilatkozta Alan Bennett. - Tíz éve dolgozunk ezen, és mostanra nagy biztonsággal kijelenthetjük, hogy az eredményeink helytállóak.”

Mások is egyetértenek vele: “Nagyon ambiciózus kutatás volt, amit nagyon lelkiismeretesen hajtottak végre, úgyhogy érdemes elfogadni az eddigi eredményeit" - nyilatkozta Michael Kantar, a manoai Hawaii Egyetem botanikusa. Jeremy Yoder rámutatott, hogy bár magukat a nitrogénmegkötő mikrobákat egyelőre nem sikerült azonosítani, de ennek ellenére is meggyőzőek az eredmények.

“Nitrogénmegkötő mikrobákat tartalmazó nyálkával borított léggyökerek - őszintén szólva, ezt enyhe túlzásnak tartottam volna, ha a Star Trek valamelyik epizódban próbálják eladni nekem” - tette hozzá a Twitteren.

Évek óta próbálkoznak vele a tudósok, hogy genetikai tervezéssel nitrogénmegkötő gabonát hozzanak létre, egyelőre gyakorlatilag eredménytelenül. De most, hogy egyszerre tudjuk, hogy van legalább egy olyan kukoricafajta, amely természetes körülmények között képes a nitrogén megkötésére, előttünk a lehetőség, hogy a nyálka átültetésével, hagyományos keresztezéssel, vagy a kettő kombinációjával már köztermesztésben lévő fajtákba is átvigyék ezt a képességet - és eleve ezekre a lehetőségekre koncentrálnak, bízva benne, hogy a végtermék így elfogadhatóbb lesz a nagyközönség számára, mint ha génszerkesztéssel hoznának létre új fajtákat.

Alan Bennett és munkatársai jelenleg a nyálkás léggyökerek növesztését és a megfelelő baktériumok odavonzását lehetővé tévő géneket szeretnék azonosítani, és természetesen magukat a mikrobákat szeretnék minél alaposabban szemügyre venni.

“Több ezer mikrobát izoláltunk, de fogalmunk sincsen, hogy ezek közül száz, vagy csupán kettő igazán fontos” - mondta el Alan Bennett.

Maga Shapiro azzal foglalkozik - a Sierra Mixe-i közösség áldásával -, hogy találjon egy olyan vállalatot, amelyet megbízhat a felfedezés kereskedelmi célú hasznosításával: “ Ez valószínűleg nem a Mars Inc. lesz, mert mi nem vagyunk kukoricanemesítő vállalat, de próbálok megfelelő partnert találni.”

Michael Kantar óvatosságra int, mondván, egyelőre korai volna megítélni, a felfedezés valóban hozzájárulhat-e az élelmiszerbiztonság javításához, elvégre a kutatók még nem tudtak meggyőződni róla, hogy a keresztezésből származó fajták képesek lesznek olyan ütemben megkötni a nitrogént, hogy kereskedelmi szempontból hasznosíthatóak legyenek. Az is tisztázásra vár, hogy a tulajdonságot kódoló gének hordoznak-e más, hátrányos tulajdonságokat is. Viszont “ha mindezt sikerül tisztázni, ez a felfedezés lehetővé teheti műtrágyafelhasználás globális csökkentését, aminek a környezetre nézve igazán kedvező hatása lenne” - véli hawaii-i kutató.

Kristin Mercer, az Ohiói Állami Egyetemről hasonlóan óvatos: “Ez a kukorica alighanem hosszú ideje kiveszi a részét abból, hogy a térségben élő családok számára bizonyos mértékű biztonságot teremtsen a élelmezésében. De ha belegondolunk, hogy mivel jár, ha ezt a sajátosan hasznos tulajdonságot sikerül megragadni és szélesebb körben elterjeszteni, számos potenciális probléma felmerül.”

Milyen szellemi tulajdonjogi következményekkel jár, ha a Sierra Mixe-i kukorica sajátos képességéért felelős génvariációt állami vagy magán nemesítési programokban kezdik használni?

Helyes megközelítés-e a világ más részein élő gazdálkodók számára új, nitrogénmegkötő fajtákat létrehozni, hogy a megvásárlásukra ösztönözzük őket? - feszeget etikai kérdéseket Mercer.

“A helyi farmerek által évezredeken keresztül kultivált, egyedülálló genetikai források csodálatos biológiájának a leírásától az emberiség előtt álló talán a legnagyobb és legmakacsabb probléma megoldásáig eljutni talán nem tűnik akkora ugrásnak - de valószínűleg jóval nagyobb lesz, mint amekkorának látszik” - tette hozzá Kristin Mercer.

Forrás: 
The Atlantic

Népszerű agrárszaklapok

Ezeket olvasta már?

A propolisz hatóanyagai gátolhatják a koronavírusokat

Megvizsgálták a propoliszban található flavonoidokat, melyek gátolhatják egyes koronavírusok ACE2 receptorokhoz való kötődését. A legnagyobb kötési energiával a rutin rendelkezik.

A kisállattápok ökológiai lábnyoma

Az Egyesült Királyság területének a kétszeresét kitevő termőföldet használunk kisállateledelek előállítására, számították ki brit kutatók. Az éves kisállateledel-forgalom szénlábnyomának elemzéséből az is kiderült, hogy ennek a mennyiségnek az előállítása során több üvegházhatású keletkezik, mint sok ország – például Mozambik vagy a Fülöp-szigetek – kibocsátása.

Emésztőrendszer és B12-vitamin-termelés

Egy pohár tej a felnőttek számára ajánlott napi B12-vitamin-bevitel nagyjából 46 százalékát tartalmazza. Egy kanadai kutatócsoport megvizsgálta, hogy mi minden befolyásolja a tehéntej B12-vitamin-tartalmát, és hogy miként lehetne optimalizálni és stabilizálni a vitamin mennyiségét annak érdekében, hogy minél jobb hatással legyen a tej az emberi egészségre.

Megcsalják a párjukat, de legalább védik a fiókákat

Egy nemzetközi kutatócsoport vizsgálata szerint az egyébként monogám madaraknál a hímek félrelépése pozitív is lehet: úgy tűnik ugyanis, hogy a más tojóknál nevelkedő fiókáikat is ugyanúgy védik veszély esetén, mint saját fészkükben lévőket, ezzel pedig javítják az összes fióka túlélési esélyeit.

Jeff Daniels színészről neveztek el egy pókölő élősködőt

Jeff Daniels amerikai színészről neveztek el egy pókölő élősködőt amerikai tudósok - írta a The Guardian online kiadása.

Felfedezték a világ két legkisebb szárazföldi csigafaját

A világ legkisebb két szárazföldi csigafaját fedezte fel és írta le egy nemzetközi kutatócsoport, Páll-Gergely Barna, az ELKH Agrártudományi Kutatóközpont (ATK) Növényvédelmi Intézetének munkatársa vezetésével. Az Angustopila psammion és az Angustopila coprologos fajok jelenleg a világ legkisebb szárazföldi puhatestű állatai.

A napraforgók titkos mintázata az aszály ellen is véd

Régóta tudjuk, hogy a virágok UV fény alatt teljesen máshogy néznek ki, mint ahogy az emberi szem érzékeli őket. Sok virágon "célkereszt" van, mely segíti a beporzásukat. Azonban néhány tudós a napraforgókat vizsgálva azt vette észre, hogy virágonként eltér a mintázat.

A klímaváltozás gyorsítja az evolúciót: így alkalmazkodnak a tölgyek

Az emberi hatások miatt felgyorsult klímaváltozás egyik fő problémája, hogy a fák képesek-e elég gyorsan alkalmazkodni a megváltozott körülményekhez. Francia, svéd és kínai kutatók tanulmányozták a tölgyeket három különböző franciaországi erdőben három évszázadra visszamenőleg, a legutolsó kis jégkorszaktól egészen az ember okozta globális felmelegedésig.

Természetes eredetű, baktériumölő, lebomló csomagolóanyag

Szingapúri és amerikai kutatóknak sikerült olyan biológiailag lebomló csomagolóanyagot fejleszteni, ami elpusztítja az emberre veszélyes baktériumokat, egyben 2-3 nappal hosszabban pulton tartható a belecsomagolt gyümölcs. Az alapanyagot a kukoricafeldolgozás melléktermékéből, a hatóanyagokat kakukkfűből és citrusfélékből nyerik.

Hatalmas jéghalkolóniát találtak a kutatók a Weddell-tengerben

Hatalmas, virágzó jéghalkolóniát fedeztek fel az Antarktisz körüli tengerfenéket vizsgáló kutatók.