ผลการวิจัยดังกล่าวถือเป็นหลักฐานชิ้นแรกที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญว่า จุลินทรีย์ที่ผ่านการตัดต่อยีนสามารถจัดหาไนโตรเจนให้กับเกษตรกรที่ปลูกข้าวโพดสัดส่วนที่เหมาะสมกับการผลิตเชิงพาณิชย์
เบิร์กลีย์ แคลิฟอร์เนีย, 14 พฤศจิกายน 2567 /PRNewswire/ — งานวิจัยที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญที่เผยแพร่ในวันนี้ใน Scientific Reports ได้อธิบายถึงเทคโนโลยีใหม่ที่สามารถปฏิวัติแนวทางการจัดหาไนโตรเจนให้พืชผล ซึ่งใช้กันมายาวนานนับศตวรรษได้ งานวิจัยดังกล่าวเป็นความร่วมมือของนักวิจัยจาก University of Wisconsin-Madison, Purdue University และ Pivot Bio บริษัทชั้นนำด้านการเกษตรแบบยั่งยืน ซึ่งได้นำเสนอหลักฐานชิ้นแรกที่แสดงให้เห็นว่าการตัดต่อยีนช่วยเพิ่มขีดความสามารถของจุลินทรีย์ในการตรึงไนโตรเจนในบรรยากาศเอาไว้ และส่งต่อไปให้พืชไร่ธัญพืชได้อย่างไร
A scientist at Pivot Bio scraping corn roots to measure the colonization of Pivot Bio’s nitrogen producing microbe.
นักวิจัยใช้ไนโตรเจนที่ติดฉลากไอโซโทปเพื่อติดตามไนโตรเจนในอากาศเข้าไปยังคลอโรฟิลล์บนใบข้าวโพด ซึ่งเป็นหลักฐานว่าไนโตรเจนได้ถูกจุลินทรีย์ที่ตัดต่อยีนตรึงไว้จากอากาศ การศึกษาภาคสนามยังแสดงให้เห็นอีกว่าจุลินทรีย์เหล่านี้สามารถตรึง และจัดหาไนโตรเจนได้เทียบเท่ากับปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์สูงสุด 40 ปอนด์ และให้ผลผลิตที่ใกล้เคียงกัน
การปรับปรุงประสิทธิภาพของปุ๋ยไนโตรเจนเป็นความท้าทายที่มีมาอย่างยาวนาน ดร. Bruno Basso ศาสตราจารย์ด้านวิทยาศาสตร์สิ่งแวดล้อมจาก Michigan State University ที่ไม่ได้มีส่วนเกี่ยวข้องกับการศึกษานี้อธิบายว่า "ปัญหาหลักก็คือระบบดิน-พืช-บรรยากาศนั้นมีความซับซ้อนมาก" เพราะสภาพอากาศที่ไม่สามารถคาดเดาได้ทำให้ยากต่อการจัดหาแร่ธาตุให้ตรงกับความต้องการของพืช รวมถึงยากที่จะระบุได้อย่างแม่นยำว่าพืชต้องการไนโตรเจนเท่าใด และแร่ธาตุจะยังคงอยู่ในดินหรือไม่ "ห้องแล็ปวิจัยของผมใช้เวลานานหลายปีเพื่อช่วยเหลือเกษตรกร โดยใช้เทคโนโลยีการตรวจจับขั้นสูงและโมเดลคอมพิวเตอร์เพื่อช่วยให้พวกเขาเข้าใจไร่ของตนเองมากขึ้น และใช้ปุ๋ยไนโตรเจนอย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อเพิ่มผลกำไร และลดผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม เช่น การสูญเสียแร่ธาตุให้กับน้ำใต้ดิน และการปล่อยก๊าซเรือนกระจกสู่ชั้นบรรยากาศ"
ไดอะโซโทรป แบคทีเรียชนิดพิเศษที่พบในธรรมชาติมีความสามารถเฉพาะตัวในการเปลี่ยนก๊าซไนโตรเจนในบรรยากาศให้กลายเป็นแอมโมเนียม ซึ่งเป็นองค์ประกอบพื้นฐานของกรดอะมิโนและโปรตีน โดยกระบวนการนี้มักจะรู้จักกันในชื่อว่าการตรึงไนโตรเจนทางชีวภาพ (BNF) ซึ่งเป็นรูปแบบการจัดหาธาตุไนโตรเจนหลักสำหรับพืชผลมาเป็นเวลานับพันปี ก่อนที่ปุ๋ยไนโตรเจนสังเคราะห์จะถูกประดิษฐ์ขึ้น
"ไดอะโซโทรปในดินจะสูญเสียความสามารถในการทำ BNF เมื่อสัมผัสกับไนโตรเจนที่มีความเข้มข้นสูงในดินเป็นระยะเวลานาน ซึ่งนี่เป็นการตอบสนองเชิงวิวัฒนาการเพื่อเก็บรักษาพลังงานเอาไว้ เนื่องจาก BNF เป็นกระบวนการที่ใช้พลังงานสูงมาก" ดร. Jean-Michel Ané ศาสตราจารย์ด้านแบคทีเรียวิทยา และวิทยาศาสตร์ด้านพืชและระบบนิเวศทางการเกษตรที่ University of Wisconsin-Madison ซึ่งเป็นผู้เขียนร่วมของงานวิจัยนี้ อธิบาย "เราจำเป็นต้องโน้มน้าวแบคทีเรียเหล่านี้ให้รักษาระดับ BNF ไว้ในระดับสูงในสภาพแวดล้อมที่มีไนโตรเจนจำนวนมาก เช่น ดินที่ได้รับปุ๋ยสังเคราะห์"
นักวิจัยที่ Pivot Bio พัฒนาจุลินทรีย์ที่ได้รับการตัดต่อยีนโดยใช้วิธีการที่ไม่ใช่การดัดแปลงพันธุกรรมเพื่อให้ไดอะโซโทรปสามารถมอบไนโตรเจนให้แก่พืชต่อไปได้ แม้ในสภาวะที่มีไนโตรเจนสูง "เราได้ทำให้จุลินทรีย์มองไม่เห็นไนโตรเจนในสิ่งแวดล้อมผ่านการตัดต่อยีน ซึ่งจะทำให้จุลินทรีย์ตรึงแอมโมเนียมต่อไปโดย และส่งแอมโมเนียมไปที่ระบบรากโดยตรง" ดร. Karsten Temme หัวหน้าฝ่ายนวัตกรรมและผู้ร่วมก่อตั้ง Pivot Bio และเป็นผู้เขียนร่วมของงานวิจัยนี้ "นอกจากนี้ เรายังทำการแก้ไขอื่นๆ เพื่อให้แน่ใจว่าแบคทีเรียสามารถถ่ายโอนไนโตรเจนคงที่ไปยังพืชผลได้แทนที่จะเก็บไว้เอง"
เอกสารนี้ได้นำเสนอหลักฐานของกระบวนการนี้ที่เกิดขึ้นในห้องปฏิบัติการ และแปลงทดสอบภาคสนาม ทั้งยังเป็นบทความที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้เชี่ยวชาญฉบับแรกที่ครอบคลุมถึง PROVEN® 40 ผลิตภัณฑ์เชิงพาณิชย์รุ่นที่สองของ Pivot Bio สำหรับข้าวโพดที่มีจุลินทรีย์ตรึงไนโตรเจนที่ได้รับการตัดต่อยีน
"ปุ๋ยไนโตรเจนอาจถือเป็นสิ่งประดิษฐ์ที่สำคัญที่สุดในศตวรรษที่ผ่านมา และจะเป็นสิ่งสำคัญต่อการพัฒนาของโลก และความมั่นคงด้านอาหารในอนาคตอันใกล้นี้ อย่างไรก็ตาม เราเชื่อว่ามีตัวเลือกที่ดีกว่า" ดร. Temme กล่าว "Pivot Bio ให้ความสำคัญกับการปรับปรุงผลผลิตของการทำฟาร์มผ่านการเพิ่มประสิทธิภาพของไนโตรเจนด้วยจุลินทรีย์ได้รับการตัดต่อยีนของเรา และลดการสูญเสียปุ๋ยสังเคราะห์สู่สิ่งแวดล้อม"
ในภาคสนามนั้น นักวิจัยใช้การทดลองไอโซโทปที่หลากหลายเพื่อสาธิตการตรึงไนโตรเจนอีกครั้ง ภายใต้เงื่อนไขการใช้งานจริง และวัดระดับไนโตรเจนในพืช พวกเขายังได้เก็บรวบรวมตัวอย่างนับร้อยจากเกษตรกรที่ลดอัตราปุ๋ยไนโตรเจนลง 35 ถึง 40 ปอนด์ต่อเอเคอร์ แล้วแทนที่ด้วยปุ๋ยไนโตรเจน PROVEN 40 ของ Pivot Bio โดยเฉลี่ยแล้ว นักวิจัยพบว่าพืชที่ได้รับปุ๋ย PROVEN 40 มีระดับไนโตรเจนที่สูงขึ้นในช่วงต้นฤดูกาล และไม่มีผลกระทบเชิงลบต่อผลผลิต แม้ว่าจะได้รับปุ๋ยสังเคราะห์น้อยลงก็ตาม
"การติดตามไนโตรเจนเป็นเรื่องที่ยากมาก เนื่องจากไนโตรเจนจะเคลื่อนตัวจากในอากาศไปสู่จุลินทรีย์แล้วจึงเข้าไปในพืช เราอาศัยลายเซ็นไอโซโทปของอะตอมไนโตรเจนที่มาจากอากาศแทนที่จะมาจากในดิน" ดร. Ané อธิบาย มาตรการนี้ช่วยให้นักวิจัยสามารถตรวจพบไนโตรเจนที่ติดฉลากไอโซโทปในคลอโรฟิลล์บนใบข้าวโพดในห้องแล็ป ซึ่งเป็นสัญญาณที่ระบุว่า จุลินทรีย์ได้จัดหาไนโตรเจนให้กับพืช
"การวิจัยที่ครอบคลุมนี้มีศักยภาพอย่างมาก เพราะนี่หมายความว่าเกษตรกรสามารถเริ่มลดปุ๋ยไนโตรเจนได้เลย โดยไม่ลดทอนผลผลิต ซึ่งเป็นประโยชน์ต่อทั้งเกษตรกรและสิ่งแวดล้อม" ดร. Temme กล่าว "นี่เป็นเรื่องน่าสนใจมาก เพราะเทคโนโลยีนี้สามารถปรับขยายได้สูงมาก ผลิตภัณฑ์ของเราถูกนำไปใช้ในพื้นที่กว่า 13 ล้านเอเคอร์ในสหรัฐอเมริกา นับตั้งแต่เปิดตัวเชิงพาณิชย์เมื่อ 5 ปีที่แล้ว ซึ่งสามารถสร้างผลกระทบได้อย่างมาก"
ดร. Basso เห็นด้วย "หากเทคโนโลยีนี้ได้รับการปรับปรุงให้ดียิ่งขึ้น และมอบไนโตรเจนให้กับพืชผลได้มากขึ้น นี่จะนำไปสู่การลดมลภาวะต่อสิ่งแวดล้อม และคาร์บอนฟุตพริ้นท์ทางการเกษตรโดยรวม ซึ่งก็อาจเป็นเทคโนโลยีที่พลิกโฉมการจัดการไนโตรเจนไปโดยสิ้นเชิงเลยก็ได้ ยิ่งเราแทนที่ปุ๋ยสังเคราะห์ด้วยแหล่งไนโตรเจนที่มีประสิทธิภาพและยั่งยืนมากขึ้นเพื่อเพิ่มผลผลิตได้มากเท่าไร เกษตรกร ชุมชน และสิ่งแวดล้อมก็จะได้รับผลดีมากขึ้นเท่านั้น"
ดูเอกสารฉบับเต็มได้ใน Scientific Reports โดย Scientific Reports ก่อตั้งขึ้นในปี 2554 เป็นวารสารที่มีการเข้าถึงแบบเปิดจาก Nature Portfolio ซึ่งตีพิมพ์งานวิจัยต้นฉบับที่โดดเด่นในสาขาวิทยาศาสตร์ธรรมชาติและทางคลินิก และมีชื่อเสียงเรื่องกระบวนการตรวจสอบที่เข้มงวดโดยผู้ทรงคุณวุฒิ
เกี่ยวกับ Pivot Bio
Pivot Bio เป็นบริษัทเกษตรกรรมชั้นนำที่ส่งมอบเทคโนโลยีสารอาหารสำหรับพืชที่ได้รับสิทธิบัตรแก่เกษตรกรเพื่อใช้พลังของธรรมชาติเพื่อปลูกพืชอาหารที่โลกต้องการได้อย่างน่าเชื่อถือและมีประสิทธิภาพท่ามกลางความผันผวนที่เพิ่มมากขึ้น ผลิตภัณฑ์ของบริษัทเป็นนวัตกรรมที่ล้ำสมัย ซึ่งปัจจุบันมีวางจำหน่ายในอเมริกาเหนือ และจะวางจำหน่ายในบราซิลในเร็วๆ นี้ ทั้งยังเป็นหนึ่งในโซลูชันด้านสภาพอากาศที่มีศักยภาพมากที่สุดในอุตสาหกรรม ไนโตรเจนของบริษัทยังทนต่อสภาพอากาศ จัดการได้อย่างปลอดภัย และไม่ชะละลายหรือปล่อยก๊าซไนตรัสออกไซด์ Pivot Bio ได้รับการยอมรับถึงในรายชื่อสิ่งประดิษฐ์ยอดเยี่ยมประจำปีจากนิตยสาร Time ถึงสามครั้ง ในรายชื่อ World Changing Ideas และ 50 Most Innovative Companies จาก Fast Company ในรายชื่อบริษัทเอกชน Disruptor 50 จาก CNBC ในรายชื่อบริษัทสตาร์ทอัพที่ขับเคลื่อนความดีต่อสังคม Impact 20 และจาก MIT Tech Review ในฐานะหนึ่งใน 15 บริษัทด้านเทคโนโลยีสภาพอากาศที่น่าจับตามอง สำหรับข้อมูลเพิ่มเติม โปรดเข้าไปที่ PivotBio.com
รูปภาพ – https://mma.prnasia.com/media2/2556892/Pivot_Bio_Inc.jpg?p=medium600
The information provided in this article was created by Cision PR Newswire, our news partner. The author's opinions and the content shared on this page are their own and may not necessarily represent the perspectives of Siam News Network.