Kendini Gübreleyen Yeni Buğday Tarımı Dönüştürebilir
UC Davis’li bilim insanları, topraktaki azot bağlayıcı bakterileri aktive eden bir kimyasal salgılayarak kısmen kendi kendini gübreleyebilen buğday ürettiler.
Modifiye edilmiş bitkiler, bu mikrobiyal yardımı kullanarak atmosferik azottan yararlanıyor ve sentetik gübre ihtiyacını azaltıyor. Bu çığır açan gelişme, kirliliği azaltabilir, tarım maliyetlerini düşürebilir ve besin açısından fakir bölgelerde ürün büyümesini iyileştirebilir. Ayrıca, diğer önemli tahıl ürünlerinde de benzer gelişmelerin önünü açabilir.
Kendi Gübresini Üretmeye Yardımcı Olacak Şekilde Geliştirilen Buğday
Kaliforniya Üniversitesi, Davis’teki bilim insanları, kendi doğal gübrelerinin oluşumunu teşvik edebilen buğday bitkileri ürettiler. Bu gelişme, dünya çapında hava ve su kirliliğini azaltırken, çiftçilerin geleneksel gübrelere harcamaları gereken miktarı da düşürebilir.
Proje, Bitki Bilimleri Bölümü’nde seçkin bir profesör olan Eduardo Blumwald tarafından yönetildi. Ekibi, buğday bitkisinin doğal olarak oluşan bileşiklerinden birinin üretimini artırmak için gen düzenleme aracı CRISPR’ı kullandı. Bitki bu bileşiğin fazla miktarını çevresindeki toprağa saldığında, havadaki azotu bitkilerin kolayca emebileceği bir forma dönüştüren toprak bakterilerini destekler. Bu işleme azot fiksasyonu denir.
Küresel Gıda Güvenliği Üzerindeki Potansiyel Etkisi
Birçok gelişmekte olan bölgede, bu keşif ürün güvenilirliği ve gıda tedarikinde büyük bir artış sağlayabilir.
Blumwald, “Afrika’da insanlar paraları olmadığı ve çiftlikler küçük, altı ila sekiz dönümden büyük olmadığı için gübre kullanmıyor,” dedi. “Topraktaki bakterileri uyararak ürünlerin ihtiyaç duyduğu gübreyi doğal olarak üreten ürünler ektiğinizi düşünün. Vay canına! Bu büyük bir fark!”
Bu yeni buğday çeşidi, ekibin pirinçte daha önce elde ettiği ilerlemeyi temel alıyor ve ek çalışmalar, yaklaşımın diğer tahıl ürünlerine nasıl uygulanabileceğini araştırıyor.
Gübre Mücadelesi
Buğday, verim bakımından dünyanın en büyük ikinci tahıl ürünüdür ve küresel azotlu gübre kullanımının yaklaşık %18’ini oluşturmaktadır. Birleşmiş Milletler Gıda ve Tarım Örgütü’ne göre, 2020 yılında dünya çapında 800 milyon tondan fazla gübre üretildi.
Ancak bitkiler genellikle gübrede bulunan azotun yalnızca %30 ila %50’sini emer. Geri kalanı genellikle su yollarına karışır ve oksijen seviyelerinin sucul yaşamı destekleyemeyecek kadar düştüğü “ölü bölgeler” oluşmasına neden olur. Toprakta kalan fazla azot, güçlü bir sera gazı olan azot oksit oluşumuna da yol açabilir.
Biyolojik Bariyeri Anlamak
Azot bağlayıcı bakteriler, azot fiksasyonunun merkezinde yer alan “bağlayıcı” olan nitrojenaz adı verilen bir enzime güvenir. Bu enzim yalnızca bu bakterilerin içinde bulunur ve yalnızca çok düşük oksijen koşullarında işlev görebilir.
Bezelye ve fasulye gibi baklagiller, azot bağlayıcı bakterileri koruyan düşük oksijenli bir ortam yaratan kök nodülleri oluşturarak bu sorunu doğal olarak çözer.
Buğday ve diğer çoğu ürün bu tür nodüller oluşturmaz, bu nedenle çiftçiler azot bazlı gübrelere güvenir.
Blumwald, “On yıllardır bilim insanları, aktif kök nodülleri üreten tahıl bitkileri geliştirmeye veya tahılları azot bağlayıcı bakterilerle kolonize etmeye çalışıyorlar, ancak pek başarılı olamıyorlar. Biz farklı bir yaklaşım kullandık,” dedi. “Azot bağlayıcı bakterilerin yerinin önemli olmadığını, sabitlenmiş azotun bitkiye ulaşabildiği ve bitkinin onu kullanabildiği sürece önemli olduğunu söyledik.”
Azot Bağlayan Bakterileri Desteklemenin Yeni Bir Yolu
Araştırma ekibi, olası bir çözüm belirlemek için bitkiler tarafından doğal olarak üretilen 2.800 kimyasalı değerlendirdi. Bunlardan 20’sinin bitkiye fayda sağlamakla kalmayıp aynı zamanda bakterilerin biyofilm oluşturmasına da yardımcı olduğunu tespit ettiler. Bu yapışkan koruyucu tabakalar, nitrojenazın işlevini yerine getirmesini sağlayan düşük oksijenli bir ortam yaratır. Araştırmacılar daha sonra bitkilerin bu bileşikleri nasıl ürettiğini ve hangi genlerin üretimini düzenlediğini belirlediler.
CRISPR kullanarak ekip, buğdayı apigenin adı verilen bir flavon olan daha yüksek seviyelerde üretecek şekilde tasarladı. Modifiye edilmiş bitkiler ihtiyaç duyduklarından daha fazla apigenin ürettikleri için, fazlalık köklerinden toprağa salınır. Deneylerde, fazladan apigenin, toprak bakterilerini nitrojenazı koruyan biyofilmler oluşturmaya teşvik ederek, bakterilerin buğdayın kullanabileceği bir formda azot bağlamasına olanak sağladı.
Çok düşük azotlu gübre koşulları altında yetiştirildiğinde, modifiye buğday kontrol bitkilerinden daha yüksek verim sağladı.
Çiftçiler İçin Önemli Ekonomik Faydalar
ABD Tarım Bakanlığı tahminlerine göre, Amerika Birleşik Devletleri’ndeki çiftçiler 2023 yılında gübrelere yaklaşık 36 milyar dolar harcadı. Blumwald, ülkede yaklaşık 500 milyon dönümlük araziye tahıl ekildiğini belirtiyor.
“Düşünün, o arazide kullanılan gübre miktarının %10’unu kurtarabilirseniz,” diye düşündü. “Tutucu bir hesap yapıyorum: Bu, her yıl bir milyar dolardan fazla tasarruf anlamına gelir.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Genetiği Değiştirilmiş Buğday Kendi Kendine Gübre Sağlayabiliyor