Τις επόμενες δεκαετίες, η ανθρωπότητα θα πρέπει να θρέψει δισεκατομμύρια περισσότερους ανθρώπους σε έναν πλανήτη υπό πίεση. ακραία κύματα καύσωνα, έντονες ξηρασίες και υποβαθμισμένα εδάφηΔεδομένου αυτού του σεναρίου, ο τρόπος με τον οποίο καλλιεργούμε και κατανοούμε τα φυτά αλλάζει ραγδαία και ένας από τους πιο συναρπαστικούς τομείς έρευνας είναι αυτός που ονομάζεται στην καθομιλουμένη «φυτά που αναπνέουν άζωτο».
Πίσω από αυτή την εντυπωσιακή ιδέα κρύβεται μια γιγαντιαία πρόκληση: να μπορέσουν οι καλλιέργειες να αξιοποιήστε το άζωτο από τον αέρα και μειώστε την εξάρτηση από τα χημικά λιπάσματαΕνώ προσαρμόζονται σε ένα θερμότερο, ξηρότερο και πιο μεταβλητό κλίμα, κορυφαία κέντρα όπως το Κέντρο Βιοτεχνολογίας Φυτών και Γονιδιωματικής (CBGP) έχουν ήδη εμπλακεί πλήρως σε αυτήν την πρόκληση, συνδυάζοντας τη βιοτεχνολογία, την οικολογία και τη βιώσιμη γεωργία για τη διατήρηση της παραγωγής τροφίμων σε έναν διαρκώς μεταβαλλόμενο κόσμο.
Γιατί είναι τόσο σημαντικό το άζωτο για τα φυτά;
Μπορεί να ακούγεται υπερβολικό, αλλά χωρίς άζωτο δεν θα υπήρχε ζωή όπως την ξέρουμε, επειδή αυτό το στοιχείο είναι το κλειδί για το σχηματισμό των φυτών. πρωτεΐνες, ένζυμα και χρωστικές ουσίες απαραίτητες για τη φωτοσύνθεσηΧωρίς επαρκή πηγή αζώτου, μια καλλιέργεια δεν μπορεί να αναπτυχθεί καλά, να παράγει βιομάζα ή να προσφέρει αποδεκτές αποδόσεις.
Αν και ο αέρας που αναπνέουμε αποτελείται από περίπου ένα 78% αέριο άζωτο (N₂)Τα φυτά δεν μπορούν να το χρησιμοποιήσουν άμεσα. Το ατμοσφαιρικό άζωτο είναι πολύ σταθερό και τα περισσότερα ζωντανά όντα δεν διαθέτουν τα βιοχημικά εργαλεία για να διασπάσουν αυτό το μόριο και να το μετατρέψουν σε χρησιμοποιήσιμες ενώσεις όπως το αμμώνιο ή το νιτρικό άλας.
Υπό φυσικές συνθήκες, τα φυτά λαμβάνουν άζωτο κυρίως από το έδαφος, με τη μορφή ιόντα νιτρικού (NO₃⁻) και αμμωνίου (NH₄⁺)Αυτά τα θρεπτικά συστατικά προέρχονται από την αποσύνθεση της οργανικής ύλης ή από βιολογικές διεργασίες στερέωσης που πραγματοποιούνται από μικροοργανισμούς. Όταν το έδαφος είναι φτωχό σε άζωτο, τα φυτά υποφέρουν από χλώρωση, αναπτύσσονται ελάχιστα και η παραγωγικότητά τους μειώνεται κατακόρυφα.
Για να αντισταθμίσει αυτόν τον περιορισμό, η σύγχρονη γεωργία έχει βασιστεί σε συνθετικά λιπάσματα που παρέχουν μεγάλες ποσότητες αζώτου. Το πρόβλημα είναι ότι το μοντέλο έχει γίνει μη βιώσιμο λόγω υψηλής κατανάλωσης ενέργειας, αποτυπώματος άνθρακα και ρύπανσης του εδάφους, του νερού και της ατμόσφαιρας που σχετίζονται με την υπερβολική χρήση χημικών λιπασμάτων.
Μεγάλο μέρος της τρέχουσας έρευνας επικεντρώνεται στην κατανόηση και την καλύτερη αξιοποίηση των φυσικών στρατηγικών με τις οποίες ορισμένοι οργανισμοί και ορισμένες ενώσεις φυτών-μικροβίων είναι σε θέση να να δεσμεύσουν το ατμοσφαιρικό άζωτο και να το καταστήσουν διαθέσιμο στα οικοσυστήματα.
Βιολογική δέσμευση αζώτου: το κόλπο των βακτηρίων
Ενώ τα φυτά δεν μπορούν να χρησιμοποιήσουν άμεσα το αέριο άζωτο, ορισμένα βακτήρια μπορούν, χάρη σε ένα ένα εξαιρετικά εξειδικευμένο ένζυμο που ονομάζεται νιτρογενάσηΑυτή η πρωτεΐνη είναι ικανή να διασπάσει το ατμοσφαιρικό N₂ και να το μετατρέψει σε αζωτούχες ενώσεις που, με την πάροδο του χρόνου, γίνονται μέρος της τροφικής αλυσίδας.
Αυτά τα βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο βρίσκονται τόσο ελεύθερα στο έδαφος όσο και σε στενή σχέση με τις ρίζες ορισμένων φυτικών ειδών. Μερικά από αυτά δημιουργούν πολύ στενές συμβιωτικές σχέσεις με τα φυτά, ζώντας μέσα σε ειδικές δομές που σχηματίζονται στις ρίζες και επιτρέπουν μια πολύ λεπτή ανταλλαγή πόρων.
Στα λεγόμενα συμβιωτικά φυτά που δεσμεύουν άζωτο, το φυτό φιλοξενεί τα βακτήρια και τα προμηθεύει με σάκχαρα που λαμβάνονται μέσω της φωτοσύνθεσης, ενώ ο μικροοργανισμός ανταποδίδει την εύνοια. παρέχοντας «νέο» άζωτο από την ατμόσφαιραΑυτή η ανταλλαγή είναι τόσο αποτελεσματική που μπορεί να καλύψει ένα μεγάλο μέρος των αναγκών της καλλιέργειας και να εμπλουτίσει το έδαφος για μελλοντικά φυτά.
Όταν αυτά τα φυτά που σχετίζονται με βακτήρια ολοκληρώνουν τον κύκλο ζωής τους και τα υπολείμματά τους ενσωματώνονται στο έδαφος, το άζωτο που είχαν συσσωρεύσει στους ιστούς τους απελευθερώνεται μέσω μιας διαδικασίας γνωστής ως ορυκτοποίηση αζώτουΗ οργανική ύλη αποσυντίθεται και το οργανικό άζωτο μετατρέπεται σε αμμώνιο και νιτρικό άλας, μορφές που άλλα φυτά μπορούν εύκολα να απορροφήσουν.
Έτσι, οι φυτικές κοινότητες που περιλαμβάνουν αζωτοδεσμευτές παίζουν καθοριστικό ρόλο στην φυσική γονιμότητα πολλών οικοσυστημάτων και γεωργικών συστημάτωνμειώνοντας την ανάγκη παροχής τόσο μεγάλης εξωτερικής λίπανσης.
Φυτά που «αναπνέουν» άζωτο: ψυχανθή, όζοι και συμβίωση
Η πιο γνωστή ομάδα φυτών που σχετίζονται με βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο είναι τα ψυχανθή, μια τεράστια οικογένεια που περιλαμβάνει καθημερινές καλλιέργειες όπως μπιζέλια, φασόλια, φακές, ρεβίθια, κουκιά ή τριφύλλιΑυτά τα είδη έχουν αναπτύξει, καθ' όλη τη διάρκεια της εξέλιξης, την ικανότητα να σχηματίζουν οζίδια στις ρίζες τους για να παρέχουν καταφύγιο σε συγκεκριμένα βακτήρια.
Σε αυτή τη σχέση, το φυτό εκπέμπει χημικά σήματα στη ριζική ζώνη που προσελκύουν ορισμένα βακτήρια του εδάφους ικανά να δεσμεύουν το άζωτο. Μόλις δημιουργηθεί επαφή, αρχίζει να σχηματίζεται η ρίζα. εξειδικευμένες δομές που ονομάζονται οζίδιατα οποία λειτουργούν ως μικροί, προστατευμένοι «βιολογικοί αντιδραστήρες», όπου τα βακτήρια ζουν και εργάζονται υπό κατάλληλες συνθήκες.
Μέσα σε αυτά τα οζίδια, τα βακτήρια δεσμεύουν το ατμοσφαιρικό άζωτο και το μετατρέπουν σε αζωτούχες ενώσεις που ρέουν στο φυτό, ενώ το φυτό στέλνει σάκχαρα και άλλες ενώσεις στα βακτήρια για να τα διατηρήσει ενεργά. Αν και αυτοί οι μικροοργανισμοί δεν εκτελούν φωτοσύνθεση, εξαρτώνται από το χημική ενέργεια που παράγεται από το φυτό χάρη στο ηλιακό φως.
Το πρακτικό αποτέλεσμα είναι ότι η καλλιέργεια αποκτά μια συνεχή πηγή αζώτου χωρίς να χρειάζεται τόσα πολλά εξωτερικά λιπάσματα, και ένα μέρος αυτού του αζώτου θα παραμείνει στο έδαφος όταν το φυτό πεθάνει ή όταν τα υπολείμματα των φυτών ενσωματωθούν μέσω γεωργικών πρακτικών. Στην πραγματικότητα, Η αποσύνθεση των υπολειμμάτων ψυχανθών εμπλουτίζει σημαντικά την περιεκτικότητα του εδάφους σε άζωτο.
Αυτός ο μηχανισμός εξηγεί γιατί τα ψυχανθή χρησιμοποιούνται συχνά σε αμειψισπορές ή ως πράσινα λιπάσματα: όχι μόνο παράγουν τροφή, αλλά βοηθούν και στην για τη βελτίωση της γονιμότητας του αγροτεμαχίου και την υποστήριξη πιο βιώσιμων γεωργικών συστημάτων μεσοπρόθεσμα και μακροπρόθεσμα.
Κατανομή και ποικιλομορφία των φυτών που δεσμεύουν το άζωτο
Ο οικολογικός ρόλος των φυτών που σχετίζεται με τα βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο είναι τόσο σημαντικός που αρκετές επιστημονικές ομάδες έχουν μελετήσει λεπτομερώς την ευρεία εξάπλωσή τους. Στις Ηνωμένες Πολιτείες, ερευνητές από διάφορα κέντρα, όπως το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας της Φλόριντα και τα πανεπιστήμια της Λουιζιάνα και του ΜισισιπήΈχουν αναλύσει αρχεία ιθαγενών και χωροκατακτητικών ειδών σε δεκάδες τοποθεσίες για να κατανοήσουν καλύτερα αυτό το μοτίβο.
Με την πρώτη ματιά, κάποιος θα μπορούσε να σκεφτεί ότι σε εδάφη φτωχά σε άζωτο θα έπρεπε να υπάρχει μεγαλύτερη αφθονία και ποικιλομορφία φυτών που στερεώνουν το έδαφοςκαθώς το ανταγωνιστικό του πλεονέκτημα θα ήταν μεγαλύτερο σε περιβάλλοντα που περιορίζονται από αυτό το θρεπτικό συστατικό. Ωστόσο, η λεπτομερής ανάλυση επιβεβαιώνει σημαντικά αυτή τη φαινομενικά λογική ιδέα.
Κατά τη σύγκριση διαφορετικών περιοχών, οι ερευνητές παρατήρησαν ότι ο αριθμός των φυτών που δεσμεύουν το άζωτο έτεινε να αύξηση των περιοχών με λιγότερο άζωτο διαθέσιμο στο έδαφοςΑυτό όντως ταιριάζει με την κλασική υπόθεση. Αλλά παρατήρησαν επίσης ότι, καθώς τα περιβάλλοντα γίνονταν ξηρότερα, η συνολική παρουσία αυτών των φυτών μειώθηκε.
Το πιο εντυπωσιακό εύρημα ήταν ότι, όταν εξέτασαν την ποικιλομορφία των ιθαγενών αζωτοσυνδετών, ανίχνευσαν ένα διαφορετικό μοτίβο: Η ποικιλομορφία των ιθαγενών ειδών που στερεώνουν το έδαφος αυξήθηκε αξιοσημείωτα άνυδρες περιοχέςανεξάρτητα από την ποσότητα αζώτου που υπάρχει στο έδαφος. Δηλαδή, όπου οι συνθήκες νερού είναι πιο σκληρές, το εύρος των αυτοφυών φυτών που δεσμεύουν άζωτο μπορεί να είναι πολύ υψηλό.
Αυτά τα αποτελέσματα δείχνουν ότι, σε μεγάλη κλίμακα, η κατανομή των φυτών που φιλοξενούν βακτήρια που δεσμεύουν άζωτο εξαρτάται όχι μόνο από το άζωτο του εδάφους, αλλά και από έναν σύνθετο συνδυασμό παραγόντων όπως διαθεσιμότητα νερού, εξελικτική ιστορία και δυναμική των φυτικών κοινοτήτωνΗ κατανόηση αυτών των προτύπων είναι το κλειδί για τον σχεδιασμό γεωργικών συστημάτων που ταιριάζουν καλύτερα σε κάθε περιοχή.
Ο ρόλος του CBGP: η βιοτεχνολογία των φυτών απέναντι στην κλιματική αλλαγή
Ενώ σημειώνεται πρόοδος στην οικολογική κατανόηση των φυτών που στερεώνουν τις ρίζες, ερευνητικά κέντρα όπως το Κέντρο Βιοτεχνολογίας Φυτών και Γονιδιωματικής (CBGP), που συνδέονται με το Πολυτεχνείο της Μαδρίτης, επικεντρώνονται σε ένα άλλο μέτωπο: την προσαρμογή των καλλιεργειών στο ακραίο κλίμα που ήδη βιώνουμε και το οποίο θα ενταθεί τις επόμενες δεκαετίες.
Οι προβλέψεις δείχνουν ότι μέχρι τα μέσα του αιώνα, περίπου 9.700 εκατομμύρια άνθρωποι σε έναν πλανήτη που είναι θερμότερος, ξηρότερος και υπόκειται σε πολύ πιο συχνά ακραία καιρικά φαινόμενα. Το έτος 2024 ήταν ήδη ένα από τα θερμότερα που έχουν καταγραφεί και στην Ευρώπη δεκάδες χιλιάδες θάνατοι συνδέονταν με καύσωνες, με την Ισπανία να είναι μία από τις χώρες που έχουν πληγεί περισσότερο.
Δεδομένου αυτού του σεναρίου, στο CBGP μελετούν με ολοκληρωμένο τρόπο. πώς αναπτύσσονται τα φυτά, πώς αλληλεπιδρούν με τους μικροοργανισμούς στο περιβάλλον τους και πώς αντιδρούν σε περιβαλλοντικές αλλαγές όπως η αυξημένη θερμοκρασία, η παρατεταμένη ξηρασία ή η αλάτωση των γεωργικών εδαφών.
Ένας από τους κύριους στόχους του κέντρου είναι η ανάπτυξη νέων ποικιλιών καλλιεργειών ή η επιλογή από τις υπάρχουσες εκείνων που είναι ικανές να διατηρήστε αποδεκτές αποδόσεις υπό περιβαλλοντική πίεσηΑυτό συνεπάγεται όχι μόνο την ανοχή σε αντίξοες συνθήκες, αλλά και την πραγματοποίηση αυτών χωρίς να εξαρτάται τόσο πολύ από εξωτερικές εισροές όπως τα λιπάσματα και το νερό.
Για να το πετύχουν αυτό, οι ερευνητές αναλύουν τους μοριακούς μηχανισμούς που επιτρέπουν σε ορισμένα φυτά να αντέχουν καλύτερα τις περιβαλλοντικές πιέσεις. Προσδιορίζουν αμυντικές πρωτεΐνες, σηματοδοτικές οδοί και βασικά γονίδια που ενεργοποιούνται υπό ακραίες συνθήκες και χρησιμοποιούν αυτές τις πληροφορίες για να δημιουργήσουν αυτό που αποκαλούν «αποδείξεις της έννοιας».
Σε αυτές τις δοκιμές, δημιουργούν διαγονιδιακά φυτά που συσσωρεύουν ορισμένες πρωτεΐνες ή ενεργοποιούν συγκεκριμένους μηχανισμούς ανοχής, προκειμένου να επαληθεύσουν εάν βελτιώνουν πραγματικά την απόδοσή τους έναντι της ξηρασίας, της ζέστης ή της αλατότητας. Με αυτόν τον τρόπο, Επικυρώνουν πειραματικά ποιες στρατηγικές είναι οι πιο αποτελεσματικές. πριν από την εξέταση μιας εφαρμογής μεγάλης κλίμακας.
Πιο ανθεκτικές καλλιέργειες: ντομάτες, κράμβες και επισιτιστική ασφάλεια
Ένα από τα αξιοσημείωτα αποτελέσματα αυτής της προσέγγισης ήταν η ανάπτυξη φυτά τομάτας με υψηλή ανοχή στο αλάτιΑυτό είναι ένα ολοένα και πιο συνηθισμένο πρόβλημα στις γεωργικές περιοχές όπου η άρδευση και η έντονη εξάτμιση συγκεντρώνουν άλατα στο έδαφος. Η ομάδα του CBGP έχει αναπτύξει διαγονιδιακές ποικιλίες που είναι πιο ανθεκτικές σε αυτά τα επίπεδα αλατότητας.
Αυτές οι ανθεκτικές ντομάτες έχουν ήδη δημιουργήσει ένα Αίτηση ευρωπαϊκού διπλώματος ευρεσιτεχνίαςΗ ιδέα είναι να επεκταθεί η τεχνολογία σε άλλες καλλιέργειες που είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες στην αλατότητα, όπως τα μπιζέλια, τα φασόλια, το καλαμπόκι ή οι φράουλες. Εάν επιτύχει, αυτό θα αποτελούσε ένα τεράστιο πλεονέκτημα σε περιοχές όπου το νερό άρδευσης είναι περιορισμένης ποιότητας ή τα εδάφη έχουν υποβαθμιστεί.
Ταυτόχρονα, η ομάδα εργάζεται για τη μεταφορά αυτών των εξελίξεων στα λεγόμενα brassicas, μια οικογένεια φυτών που περιλαμβάνει λάχανο, μπρόκολο και άλλα απαραίτητα λαχανικά στη διατροφή. Η αύξηση της ανθεκτικότητας αυτών των βασικών λαχανικών θα σήμαινε τη διασφάλιση ενός πολύ σημαντικού μέρους της επισιτιστικής ασφάλειας σε ένα αβέβαιο κλιματικό περιβάλλον.
Ωστόσο, δεν είναι τόσο απλό όσο η απλή εισαγωγή αμυντικών πρωτεϊνών και αυτό είναι όλο. Πολλές από αυτές τις πρωτεΐνες ανήκουν σε οικογένειες που περιέχουν επίσης τροφικά αλλεργιογόναΑυτό απαιτεί τη λήψη επιπλέον προφυλάξεων. Δεν είναι όλες οι ανοσοποιητικές πρωτεΐνες αλλεργιογόνες, αλλά ορισμένες μπορούν να προκαλέσουν αντιδράσεις σε ευαίσθητα άτομα.
Για αυτόν τον λόγο, το CBGP διαθέτει μια εξειδικευμένη ομάδα αλλεργιογόνων που αξιολογεί διεξοδικά αυτές τις πρωτεΐνες. Το έργο τους επικεντρώνεται στην αναγνώριση Ποια δομικά χαρακτηριστικά καθιστούν μια πρωτεΐνη πιθανό αλλεργιογόνο; και ποιες δεν είναι, ώστε να μπορούν να σχεδιαστούν ασφαλείς βιοτεχνολογικές λύσεις για ανθρώπινη κατανάλωση.
Αυτή η αυστηρή προσέγγιση είναι απαραίτητη για να αποκτήσει η καινοτομία στις γενετικά τροποποιημένες ή βελτιωμένες καλλιέργειες μια πραγματική θέση στην αγορά, εγγυώμενη την την ασφάλεια των τροφίμων και την υπεύθυνη ανάπτυξη νέων ποικιλιών που βοηθούν στην αντιμετώπιση της κλιματικής αλλαγής χωρίς να δημιουργούν πρόσθετα προβλήματα.
Προς δημητριακά που «αναπνέουν» άζωτο από τον αέρα
Μεταξύ των πιο φιλόδοξων έργων που εκτελούνται στο CBGP, ξεχωρίζει αυτό με επικεφαλής τον ερευνητή. Λουίς Ρούμπιοχρηματοδοτείται από το Ίδρυμα Gates. Ο στόχος του είναι τόσο απλός στην εξήγηση όσο και δύσκολος στην επίτευξη: να καταστήσει τα δημητριακά ικανά να για τη δέσμευση και τον μεταβολισμό του αζώτου από τον αέραμειώνοντας δραστικά την εξάρτηση από τα χημικά λιπάσματα.
Σε αντίθεση με τα όσπρια, οι βασικές καλλιέργειες όπως το ρύζι, το σιτάρι ή το καλαμπόκι δεν σχηματίζουν φυσικά τόσο ισχυρές συμβιωτικές ενώσεις με βακτήρια που δεσμεύουν το άζωτο. Ούτε διαθέτουν τον εσωτερικό μηχανισμό για να δεσμεύουν το N₂ από μόνα τους, αφού Δεν έχουν το ένζυμο νιτρογενάση που διαθέτουν ορισμένα βακτήρια.
Η ομάδα του Ρούμπιο χρησιμοποιεί ως μοντέλο ένα βακτήριο που δεσμεύει το άζωτο και συνδέεται με τη μαγιά αρτοποιίας, γνωστό ως Azotobacter vinelandii (συχνά παρουσιάζονται λανθασμένα σε ορισμένα μέσα), ικανά να δεσμεύουν αποτελεσματικά το άζωτο. Η ιδέα είναι να μεταφερθούν τα γονίδια που εμπλέκονται στη δέσμευση του αζώτου από αυτά τα βακτήρια στα φυτά.
Στο εργαστήριο, οι ερευνητές εργάζονται για την εισαγωγή και τη συντονισμένη έκφραση αυτών των βακτηριακών γονιδίων σε φυτικά κύτταρα, με στόχο να επιτρέψουν στα δημητριακά να ενεργοποιούν εσωτερικά ένα λειτουργικό σύστημα δέσμευσης αζώτουΕίναι μια τεράστια πρόκληση, επειδή η νιτρογενάση είναι πολύπλοκη και εξαιρετικά ευαίσθητη στο οξυγόνο, επομένως απαιτεί πολύ συγκεκριμένες συνθήκες για να λειτουργήσει.
Εάν επιτευχθεί αυτός ο στόχος, έστω και εν μέρει, θα μπορούσε να αποτελέσει επανάσταση για την παγκόσμια γεωργία: τα δημητριακά θα μπορούσαν να καλύψουν ένα μεγάλο μέρος των αναγκών τους σε άζωτο από μόνα τους, μειώνοντας τη χρήση συνθετικών λιπασμάτων και, κατά συνέπεια, ρύπανση του εδάφους, των υδάτων και του αέρα που σχετίζεται με την παραγωγή και την εφαρμογή του.
Χημικά λιπάσματα και γεωργική βιωσιμότητα
Σήμερα, τα αζωτούχα λιπάσματα είναι απαραίτητα για τη διατήρηση υψηλών αποδόσεων. παγκόσμια παραγωγή δημητριακώνΧάρη σε αυτούς, κατέστη δυνατό να θρέψουμε έναν συνεχώς αυξανόμενο πληθυσμό, αλλά αυτή η εξάρτηση έχει ένα περιβαλλοντικό κόστος που είναι ολοένα και πιο δύσκολο να αντέξει κανείς.
Η βιομηχανική σύνθεση λιπασμάτων καταναλώνει μεγάλες ποσότητες ενέργειας και εκπέμπει αέρια θερμοκηπίου. Η εντατική χρήση τους στον αγρό προκαλεί ατμοσφαιρική ρύπανση από εκπομπές οξειδίων του αζώτου και αμμωνίαςκαι η απορροή μεταφέρει νιτρικά άλατα σε ποτάμια, υδροφορείς και θάλασσες, ευνοώντας διεργασίες όπως ο ευτροφισμός.
Επιπλέον, η υπερβολική χρήση λιπασμάτων και ορισμένες πρακτικές διαχείρισης μπορούν να επιταχύνουν την υποβάθμιση των γεωργικών εδαφώνμειώνοντας την ικανότητά τους να συγκρατούν νερό και θρεπτικά συστατικά και παγιδεύοντας τους αγρότες σε έναν φαύλο κύκλο εξάρτησης από εξωτερικές εισροές.
Σύμφωνα με ερευνητές από το έργο αυτολιπαινόμενων δημητριακών, μια σημαντική μείωση στη χρήση αυτών των λιπασμάτων θα μπορούσε να ανοίξει την πόρτα σε ένα πολύ πιο βιώσιμη γεωργίαΛιγότερο λίπασμα σημαίνει λιγότερες εκπομπές που σχετίζονται με την παρασκευή του, λιγότερη ρύπανση των υδάτων και μεγαλύτερη πιθανότητα ανάκτησης υποβαθμισμένων εδαφών.
Ο απώτερος στόχος είναι η ανάπτυξη ποικιλιών ρυζιού, σιταριού και καλαμποκιού ικανών να σε μεγάλο βαθμό αυτογονιμοποιούνταιχρησιμοποιώντας άζωτο από τον αέρα ως κύρια πηγή. Ωστόσο, η ίδια η ομάδα αναγνωρίζει ότι πρόκειται για έναν στόχο τεράστιας τεχνολογικής πολυπλοκότητας, ο οποίος πιθανότατα θα απαιτήσει δεκαετίες έρευνας πριν εφαρμοστεί σε μεγάλη κλίμακα στον τομέα.
Υπερσύγχρονες υποδομές: θερμοκήπια και ριζότρονα
Για την υλοποίηση αυτών των έργων, το CBGP διαθέτει εγκαταστάσεις περίπου 1.900 τ.μ. αφιερωμένα στην καλλιέργεια φυτών υπό ελεγχόμενες συνθήκεςΚεντρικό κομμάτι αυτής της υποδομής είναι ένα θερμοκήπιο περίπου 1.200 τ.μ. εξοπλισμένο με προηγμένα συστήματα κλιματισμού και φωτισμού.
Αυτά τα θερμοκήπια επιτρέπουν την καλλιέργεια διαφορετικών ειδών γεωργικού ενδιαφέροντος ή πειραματικών μοντέλων υπό απόλυτα ρυθμιζόμενες συνθήκες. θερμοκρασία, φως, υγρασία και σύνθεση υποστρώματοςΑυτό επιτρέπει την αναπαραγωγή σεναρίων στρες που προκαλούνται από θερμότητα, ξηρασία ή αλατότητα, για την αξιολόγηση της συμπεριφοράς τροποποιημένων ή επιλεγμένων φυτών.
Η εγκατάσταση διαθέτει μονάδες συγκράτησης τύπου P2 ειδικά σχεδιασμένες για εργασία με διαγονιδιακά φυτά. Μέσα σε αυτούς τους χώρους, η θερμοκρασία μπορεί να ελεγχθεί σε ένα ευρύ φάσμα, περίπου μεταξύ 10 και 45 ºC, κάτι κλειδί για την προσομοίωση καυσώνων ή μέτριας ψύχους.
Επιπλέον, το θερμοκήπιο ενσωματώνει ένα σύστημα αυτοματοποιημένη ψηφιακή φαινοτυπία με ρομπότ που κινούνται στους διαδρόμους για να καταγράφουν εικόνες και δεδομένα από τα φυτά. Αυτό το σύστημα επιτρέπει την ακριβή και μεγάλης κλίμακας παρακολούθηση πτυχών όπως η ανάπτυξη, η κατάσταση του νερού και η σοβαρότητα των συμπτωμάτων στρες.
Ένα άλλο πολύ ενδιαφέρον στοιχείο της υποδομής είναι τα λεγόμενα ριζότρονα, δομές που αποτελούνται από διαφανείς πλάκες που εκθέτουν το ριζικό σύστημαΧάρη σε αυτά, μπορούν να ληφθούν λεπτομερείς εικόνες των ριζών, να μετρηθεί η ανάπτυξη και το πάχος τους και να αναλυθεί ο τρόπος με τον οποίο αντιδρούν σε διαφορετικά προϊόντα ή περιβαλλοντικές συνθήκες.
Ο συνδυασμός αυτών των ελεγχόμενων θερμοκηπίων, των ρομποτικών συστημάτων ανάλυσης και των ριζοτρονίων καθιστά το κέντρο ιδανικό περιβάλλον για Δοκιμάστε νέες ποικιλίες και τεχνολογίες πριν από την κλιμάκωση της χρήσης τουςΕπιπλέον, αυτές οι εγκαταστάσεις δεν προορίζονται αποκλειστικά για εσωτερικές ομάδες: είναι επίσης ανοιχτές σε έργα από άλλους δημόσιους και ιδιωτικούς οργανισμούς που ενδιαφέρονται να ανταποκριθούν στις γεωργικές προκλήσεις του μέλλοντος.
Όλη αυτή η έρευνα σχετικά με τις πρωτεΐνες ανθεκτικότητας, τις συμβιώσεις δέσμευσης αζώτου και τα δημητριακά ικανά να αξιοποιήσουν τα σημεία ατμοσφαιρικού αζώτου προς ένα γεωργικό μοντέλο όπου τα φυτά Συνεργάζονται στενότερα με μικροοργανισμούς και με τη δική τους βιολογία. να παράγουν περισσότερα με λιγότερες εξωτερικές εισροές. Αν και πολλοί από αυτούς τους στόχους θα χρειαστούν χρόνια ή δεκαετίες για να γίνουν πραγματικότητα σε μεγάλη κλίμακα, κάθε πρόοδος μας φέρνει λίγο πιο κοντά στην πιθανότητα καλλιεργειών που, μεταφορικά μιλώντας, «αναπνέουν» άζωτο από τον αέρα και διατηρούν τα παγκόσμια αποθέματα τροφίμων σε έναν πλανήτη υπό κλιματική πίεση.
