オーフス大学の研究者らは、合成硝化阻害剤と同じくらい強力に硝化土壌細菌を抑制する7つの天然小麦根化合物を特定し、追加の化学物質の投入や収量の犠牲を必要とせずに、より多くの適用窒素を保持する小麦品種への潜在的な育種経路を切り開いた。
農業が直面し続ける窒素問題
肥料として施用された窒素のうち実際に作物に吸収されるのは半分未満で、残りは水路への浸出や強力な温室効果ガスである亜酸化窒素として大気中へのガス放出によって失われます。数十年にわたり、主な対応策は施用量の規制制限と合成硝化阻害剤でした。合成硝化阻害剤は微生物によるアンモニウムから硝酸塩への変換を遅らせる化学物質ですが、高価で反復施用が必要で、対象外の土壌生物に影響を与える可能性があります。-
博士研究員プルナ・クマール・カトリ氏率いるオーフス研究チームは、小麦自体が生物学的にその機能を発揮できるかどうかを調査した。彼らの研究は生物学的硝化阻害に重点を置いています。これは、アンモニウムをより浸出しやすい硝酸塩の形に変換する原因となる硝化微生物を抑制する天然化合物を植物の根が放出するプロセスです。-
ベンゾオキサジノイドとは何ですか?
ベンゾキサジノイドは、小麦、トウモロコシ、ライ麦などの穀物によって自然に生成される二次代謝産物であり、昆虫、雑草、線虫に対する植物の防御における役割について伝統的に研究されてきました。オーフスの研究者らは、モデル硝化細菌であるニトロソモナス・ユーロピアを用いた生物発光アッセイを用いて18種類の異なるベンゾオキサジノイド化合物をスクリーニングし、比較的低濃度で硝化を強力に抑制できるBOA、MBOA、DIBOA、DIMBOAを含む7種類の--を発見した。これらの化合物は外部から適用されるのではなく、植物自体によって生成および放出されるため、合成阻害剤とは根本的に異なる送達メカニズムを提供します。つまり、植物が利用可能な窒素を保護する必要がある場所とタイミングで、継続的かつ局所的に放出されます。
遺伝子操作された小麦系統は効果を増幅できることを示す
この研究では、従来のコムギ親系統と、生物学的硝化阻害形質を増強することが知られている野草であるライムス・ラセモサスの染色体断片を持つ2つのコムギ系統を比較した。水耕栽培で強化された系統は、親系統よりも著しく高濃度の活性ベンゾオキサジノイドを放出し、その根の浸出液は硝化を最大 2 倍強力に抑制しました -。この結果は、測定されたより高い化合物濃度と直接相関していました。
研究者らが引用したモデリング研究によると、生物学的{0}}硝化-阻害-を有効にした作物は窒素損失を 20% ～ 30% 削減できる可能性があり、初期の圃場試験ではこの形質に伴う収量の低下は示されていないため、農家は原理的に同等の穀物量を収穫しながら施肥量を減らすことができることになります。カトリ氏は、たとえ効率がわずかに向上したとしても、その機会の大きさは重要であると述べ、「実際の圃場条件で窒素の使用効率を 10% でも高めることができれば、肥料と排出量の絶対的な節約は莫大なものになります。」と述べています。
化学から育種対象へ
長期的な目標は、化学的発見を育種戦略に反映することです。どの生合成経路が最も効果的な硝化阻害化合物を生成するかを研究者が特定できれば、植物育種家は農家に手法の変更や新たな投入材料の購入を求めることなく、その形質をより強く発現する小麦品種を選択できるようになります。-この研究は、より広範な国際的な CropSustain プロジェクトの一部であり、並行して研究グループがこれらの形質が土壌マイクロバイオームや非対象生物に長期間にわたってどのような影響を与えるかを研究しています。-この問題は、基礎となる生物学が堅牢であることが証明されたとしても、規制や商業的な摂取にとって重要な問題です。-
この調査結果は、ホルムズ海峡の混乱を受けて世界の窒素市場が不安定な状態が続いている中で発表されました。この混乱により、今年初めに部分調整が始まる前に尿素価格が過去最高値近くまで上昇しました。{0}硝化-を抑制する小麦品種の育種スケジュールは、即座に救済をもたらすものではなく、数-年にわたる計画である一方、この研究は、Pivot Bio などの企業によってすでに商品化されている微生物による窒素固定製品-と並んで、生物学的代替品-の増加に加え、合成窒素投入に対する農業部門の構造的依存を徐々に軽減する可能性があります。
この研究「小麦における生物学的硝化阻害の候補化合物としてのベンゾキサジノイド」は、Plant Physiology and Biochemistryに掲載され、コペンハーゲン大学、アバディーン大学、および試験に種子材料を提供したメキシコの国際トウモロコシ小麦改良センター（CIMMYT）と共同で実施された。
