Getreideanbau mit weniger Dünger

Eduardo Blumwald, rechts, vom UC Davis Department of Plant Sciences, mit dem Postdoktoranden Akhilesh Yadav und Reis, den sie und andere Mitglieder des Blumwald-Teams modifizierten, um Stickstoff effizienter zu nutzen. Bildnachweis: Trina Kleist/UC Davis

Forscher der University of California, Davis, haben einen Weg gefunden, die Menge an Stickstoffdünger zu reduzieren, die für den Getreideanbau benötigt wird. Die Entdeckung könnte Landwirten in den Vereinigten Staaten jährlich Milliarden von Dollar an Düngemittelkosten sparen und gleichzeitig der Umwelt zugute kommen.

Die Forschung stammt aus dem Labor von Eduardo Blumwald, einem angesehenen Professor für Pflanzenwissenschaften, der einen neuen Weg für Getreide gefunden hat, um den Stickstoff aufzunehmen, den es zum Wachsen benötigt.

Die Entdeckung könnte auch der Umwelt helfen, indem sie die Stickstoffverschmutzung reduziert, die zu kontaminierten Wasserressourcen, erhöhten Treibhausgasemissionen und Gesundheitsproblemen führen kann. Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Pflanzenbiotechnologie.

Stickstoff ist der Schlüssel zum Pflanzenwachstum, und landwirtschaftliche Betriebe sind auf chemische Düngemittel angewiesen, um die Produktivität zu steigern. Aber viel von dem, was ausgebracht wird, geht verloren und sickert in Böden und Grundwasser. Blumwalds Forschung könnte eine nachhaltige Alternative schaffen.

“Stickstoffdünger sind sehr, sehr teuer”, sagte Blumwald. “Alles, was Sie tun können, um diese Kosten zu eliminieren, ist wichtig. Das Problem ist einerseits das Geld, aber es gibt auch die schädlichen Auswirkungen von Stickstoff auf die Umwelt.”

Ein neuer Weg zu natürlichem Dünger

Blumwalds Forschung konzentriert sich darauf, die Umwandlung von Stickstoffgas in der Luft in Ammonium durch Bodenbakterien zu erhöhen – ein Prozess, der als Stickstofffixierung bekannt ist.

Hülsenfrüchte wie Erdnüsse und Sojabohnen haben Wurzelknollen, die stickstofffixierende Bakterien nutzen können, um die Pflanzen mit Ammonium zu versorgen. Getreidepflanzen wie Reis und Weizen haben diese Fähigkeit nicht und sind darauf angewiesen, anorganischen Stickstoff wie Ammoniak und Nitrat aus Düngemitteln im Boden aufzunehmen.

„Wenn eine Pflanze Chemikalien produzieren kann, die Bodenbakterien dazu bringen, atmosphärisches Stickstoffgas zu binden, könnten wir die Pflanzen so modifizieren, dass sie mehr dieser Chemikalien produzieren“, sagte Blumwald. „Diese Chemikalien induzieren die bodenbakterielle Stickstofffixierung und die Pflanzen nutzen das gebildete Ammonium, wodurch die Menge an verwendetem Dünger reduziert wird.“

Blumwalds Team verwendete chemisches Screening und Genomik, um Verbindungen in Reispflanzen zu identifizieren, die die stickstofffixierende Aktivität der Bakterien verstärkten.

Dann identifizierten sie die Wege, die die Chemikalien erzeugen, und verwendeten Gen-Editing-Technologien, um die Produktion von Verbindungen zu steigern, die die Bildung von Biofilmen stimulieren. Diese Biofilme enthalten Bakterien, die die Stickstoffumwandlung verbessern. Dadurch erhöhte sich die stickstoffbindende Aktivität der Bakterien ebenso wie die Ammoniummenge im Boden für die Pflanzen.

„Pflanzen sind unglaubliche chemische Fabriken“, sagte er. “Was dies tun könnte, ist eine nachhaltige alternative landwirtschaftliche Praxis bereitzustellen, die den Einsatz von übermäßigem Stickstoffdünger reduziert.”

Der Weg könnte auch von anderen Pflanzen genutzt werden. Eine Patentanmeldung für die Technik wurde von der University of California eingereicht und ist anhängig.

Dawei Yan, Hiromi Tajima, Howard-Yana Shapiro, Reedmond Fong und Javier Ottaviani von der UC Davis haben ebenso wie Lauren Cline von Bayer Crop Science zu der Forschungsarbeit beigetragen. Ottaviani ist außerdem wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Mars Edge.



Source: Phys.org – latest science and technology news stories by phys.org.

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