نوشته دانشگاه کالیفرنیا – دیویس، 30 نوامبر 2025، دانشمندان گندمی را توسعه دادند که به تولید کود طبیعی خود کمک میکند و نوید کشاورزی پاکتر و مقرونبهصرفهتر را میدهد. منبع: Shutterstock
دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، گندمی را تولید کردند که میتواند با آزاد کردن ماده شیمیایی که باکتریهای تثبیتکننده نیتروژن را در خاک فعال میکند، تا حدی خود را بارور کند.
گیاهان اصلاحشده از این کمک میکروبی برای بهرهبرداری از نیتروژن جوی استفاده میکنند و نیاز به کودهای مصنوعی را کاهش میدهند. این پیشرفت میتواند آلودگی را کاهش دهد، هزینههای مزرعه را کاهش دهد و رشد محصول را در مناطق فقیر از نظر مواد مغذی بهبود بخشد. همچنین ممکن است راه را برای پیشرفتهای مشابه در سایر محصولات غلات اصلی هموار کند.
دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا، دیویس، گیاهان گندمی را ایجاد کردهاند که میتوانند تشکیل کود طبیعی خود را تشویق کنند. این پیشرفت میتواند آلودگی هوا و آب را در سراسر جهان کاهش دهد و در عین حال میزان هزینهای را که کشاورزان باید برای کودهای معمولی خرج کنند، کاهش دهد.
این پروژه توسط ادواردو بلوموالد، استاد برجسته گروه علوم گیاهی، رهبری شد. تیم او از ابزار ویرایش ژن CRISPR برای افزایش تولید یکی از ترکیبات طبیعی گیاه گندم استفاده کرد. وقتی گیاه مقدار اضافی این ترکیب را به خاک اطراف آزاد میکند، از باکتریهای خاک پشتیبانی میکند که نیتروژن را از هوا به شکلی تبدیل میکنند که گیاهان به راحتی میتوانند آن را جذب کنند. این فرآیند به عنوان تثبیت نیتروژن شناخته میشود.
این یافتهها به صورت آنلاین در مجله بیوتکنولوژی گیاهی منتشر شد.
در بسیاری از مناطق در حال توسعه، این کشف میتواند افزایش قابل توجهی در قابلیت اطمینان محصولات و تأمین مواد غذایی ایجاد کند.
بلوموالد گفت: “در آفریقا، مردم از کود استفاده نمیکنند زیرا پول ندارند و مزارع کوچک هستند و از شش تا هشت هکتار بزرگتر نیستند. تصور کنید، شما در حال کاشت محصولاتی هستید که باکتریها را در خاک تحریک میکنند تا کود مورد نیاز محصولات را به طور طبیعی ایجاد کنند. وای! این یک تفاوت بزرگ است!”
این گونه جدید گندم بر اساس پیشرفتهای قبلی تیم در برنج بنا شده است و مطالعات بیشتری در حال بررسی چگونگی اعمال این رویکرد بر سایر محصولات غلات است.
گندم دومین محصول غلات بزرگ جهان از نظر عملکرد است و حدود ۱۸٪ از مصرف کود نیتروژن جهانی را تشکیل میدهد. طبق گزارش سازمان غذا و کشاورزی سازمان ملل متحد، بیش از ۸۰۰ میلیون تن کود در سال ۲۰۲۰ در سراسر جهان تولید شده است.
با این حال، گیاهان معمولاً فقط ۳۰ تا ۵۰٪ از نیتروژن موجود در کود را جذب میکنند. باقیمانده آن اغلب به آبراهها شسته میشود و به “مناطق مرده” کمک میکند که در آنها سطح اکسیژن برای حمایت از حیات آبزیان بسیار پایین میآید. نیتروژن اضافی باقی مانده در خاک همچنین میتواند اکسید نیتروژن، یک گاز گلخانهای قدرتمند، تولید کند.
باکتریهای تثبیتکننده نیتروژن به آنزیمی به نام نیتروژناز، “تثبیتکننده” اصلی تثبیت نیتروژن، متکی هستند. این آنزیم فقط در داخل این باکتریها وجود دارد و فقط در شرایط اکسیژن بسیار کم میتواند عمل کند.
حبوباتی مانند نخود فرنگی و لوبیا به طور طبیعی این مشکل را با تشکیل گرههای ریشه حل میکنند که محیطی با اکسیژن کم ایجاد میکنند که از باکتریهای تثبیتکننده نیتروژن محافظت میکند.گندم و اکثر محصولات دیگر چنین گرههایی تشکیل نمیدهند، به همین دلیل کشاورزان به کودهای مبتنی بر نیتروژن وابسته هستند.
بلوموالد گفت: “دهههاست که دانشمندان سعی در توسعه غلاتی دارند که گرههای ریشه فعال تولید میکنند یا سعی میکنند غلات را با باکتریهای تثبیتکننده نیتروژن کلونیزه کنند، اما موفقیت چندانی حاصل نشده است. ما از رویکرد متفاوتی استفاده کردیم. ما گفتیم که مکان باکتریهای تثبیتکننده نیتروژن مهم نیست، تا زمانی که نیتروژن تثبیتشده بتواند به گیاه برسد و گیاه بتواند از آن استفاده کند.”
برای شناسایی یک راهحل بالقوه، تیم تحقیقاتی ۲۸۰۰ ماده شیمیایی را که به طور طبیعی توسط گیاهان تولید میشوند، ارزیابی کردند. آنها ۲۰ ماده را شناسایی کردند که نه تنها برای گیاه مفید هستند، بلکه به باکتریها در تشکیل بیوفیلم نیز کمک میکنند. این لایههای محافظ چسبنده، محیطی با اکسیژن کم ایجاد میکنند که به نیتروژناز اجازه عملکرد میدهد. سپس محققان مشخص کردند که گیاهان چگونه این ترکیبات را میسازند و کدام ژنها تولید آنها را تنظیم میکنند.
با استفاده از CRISPR، این تیم گندم را مهندسی کرد تا سطوح بالاتری از یک فلاون به نام آپیژنین تولید کند. از آنجا که گیاهان اصلاحشده آپیژنین بیشتری نسبت به نیاز خود تولید میکنند، مازاد آن از ریشههایشان به خاک آزاد میشود. در آزمایشها، آپیژنین اضافی باکتریهای خاک را به ساخت بیوفیلمهایی که از نیتروژناز محافظت میکنند، تشویق کرد و به باکتریها اجازه داد تا نیتروژن را به شکلی که گندم میتواند از آن استفاده کند، تثبیت کنند.هنگامی که گندم اصلاحشده در شرایط کود نیتروژن بسیار کم رشد کرد، عملکرد بالاتری نسبت به گیاهان کنترل داشت.
طبق برآوردهای وزارت کشاورزی ایالات متحده، کشاورزان در ایالات متحده در سال 2023 نزدیک به 36 میلیارد دلار برای کود هزینه کردند. بلوموالد خاطرنشان میکند که نزدیک به 500 میلیون هکتار در کشور با … کاشته میشود.
«تصور کنید اگر بتوانید ۱۰ درصد از میزان کود مصرفی در آن زمین را صرفهجویی کنید. من محافظهکارانه محاسبه میکنم: این باید سالانه بیش از یک میلیارد دلار صرفهجویی داشته باشد.»
