גילוי פורץ דרך: כיצד אבץ יכול לשנות את החקלאות לנצח

חוקרים מצאו שאבץ משפיע באופן משמעותי על תהליך קיבוע החנקן בקטניות, תגלית שיכולה לשנות חקלאות מבוססת קטניות.

שינויי אקלים, בצורת, עלייה בטמפרטורה וגורמי לחץ אחרים מאתגרים את הקיימות החקלאית. חוקרים גילו כעת תגלית בלתי צפויה: אבץ ממלא תפקיד מרכזי בתגובת הצמח ללחץ אביוטי. תגלית פורצת דרך זו לא רק שופכת אור על המנגנונים המורכבים של גידול צמחים, אלא גם טומנת בחובה מהפכה בחוסן היבול, במיוחד בחקלאות המבוססת על קטניות.

גילוי תפקידו של אבץ בקיבוע חנקן

מדענים חשפו תפקיד חיוני לאבץ בתהליך קיבוע החנקן של קטניות. לתגלית זו, יחד עם תובנות לגבי מווסת התעתיק המכונה Fixation Under Nitrat (FUN), יש פוטנציאל לשנות את חקלאות הקטניות על ידי שיפור יעילות היבול והפחתת התלות בדשנים סינתטיים. על ידי התעמקות במנגנונים שדרכם אבץ ו-FUN שולטים בקיבוע החנקן, חוקרים שואפים להגביר את זמינות החנקן, לשפר את תפוקת היבול, ולטפח שיטות חקלאיות ידידותיות יותר לסביבה.

גידולי קטניות יוצרים קשר סימביוטי עם חיידקי rhizobia, המקבעים חנקן אטמוספרי לגושים שורשים. גושים אלה, לעומת זאת, פגיעים ללחצים סביבתיים שונים כגון שינויים בטמפרטורה, בצורת, הצפה, מליחות הקרקע ורמות חנקן גבוהות בקרקע.

פריצת דרך בחישת מיקרו-נוטריינטים בצמח

חוקרים מ אוניברסיטת ארהוס, בשיתוף עם האוניברסיטה הפוליטכנית של מדריד והמתקן האירופאי לקרינת סינכרוטרון בצרפת, גילו שקטניות משתמשות באבץ כאות משני לשילוב גורמים סביבתיים ולוויסות יעילות קיבוע החנקן. במחקר שפורסם ב טֶבַעגילו החוקרים ש-FUN הוא סוג חדשני של חיישן אבץ, המפענח אותות אבץ בגושים ומווסת את קיבוע החנקן.

"זה באמת מדהים לגלות את תפקידו של אבץ כאות משני בצמחים. זהו מיקרו-נוטריינט חיוני, והוא מעולם לא נחשב כאות לפני כן. לאחר סינון של למעלה מ-150,000 צמחים, זיהינו סוף סוף את חיישן האבץ FUN, ושופך אור על ההיבט המרתק הזה של ביולוגיה של הצמח", מסביר עוזר פרופסור ג'ישון לין, המחבר הראשון של המחקר.

חשיפת הפונקציונליות של חלבון ה-FUN

במחקר זה, החוקר מזהה כי FUN הוא גורם שעתוק חשוב השולט בפירוק הגושים כאשר ריכוזי החנקן בקרקע גבוהים: "FUN מווסת על ידי מנגנון מיוחד המנטר את רמות האבץ הסלולריות ישירות ואנו מראים ש-FUN מושבת על ידי אבץ לגדולים. מבנים חוטים ומשוחררים לצורה הפעילה כאשר רמות האבץ נמוכות", מסביר פרופסור קספר רוקייר אנדרסן.

מנקודת מבט חקלאית, המשך קיבוע חנקן יכול להיות תכונה מועילה המגבירה את זמינות החנקן, הן עבור הקטניות והן עבור גידולים משותפים או עתידיים הנשענים על החנקן שנותר באדמה לאחר גידול הקטניות. זה עוזר להניח את היסודות למחקר עתידי המספק לנו דרכים חדשות לנהל את מערכות החקלאות שלנו ולהפחית את השימוש בדשן חנקן ולהפחית את השפעתו על הסביבה.

שיפור היעילות והקיימות החקלאית

ההשלכות של מחקר זה הן משמעותיות. על ידי הבנת האופן שבו אבץ ו-FUN מווסתים את קיבוע החנקן, החוקרים מפתחים אסטרטגיות לייעול תהליך זה בגידולי קטניות. זה יכול להוביל להגברת אספקת החנקן, שיפור תפוקת היבול והפחתת הצורך בדשנים סינתטיים, שיש להם עלויות סביבתיות וכלכליות.

חוקרים חוקרים כעת את המנגנונים של האופן שבו אותות אבץ נוצרים ומפענחים על ידי FUN. הם מצפים ליישם את התגליות החדשות הללו על גידולי קטניות כגון שעועית פאבה, סויה ו-cowpea.

עבודה זו נתמכה על ידי הפרויקט Enabling Nutrient Symbioses in Agriculture (ENSA), הממומן על ידי Bill & Melinda Gates Agricultural Innovations (INV-57461), קרן Bill & Melinda Gates ומשרד החוץ, חבר העמים והפיתוח (INV-55767 ), מענק קרן קרלסברג (CF21-0139) ומועצת המחקר האירופית (ERC) במסגרת תוכנית המחקר והחדשנות Horizon 2020 של האיחוד האירופי (הסכם מענק מס' 834221).

Jishun Lin, Peter K. Bjørk, Jens Stougaard, Kasper R. Andersen ו-Dugald Reid הם ממציאים על פטנט שהוגש לוכד את התגליות הללו.