Cynk może pomóc chronić uprawy i zwiększyć plony roślin strączkowych

Susza, wzrost temperatury oraz inne czynniki stresogenne stanowią wyzwanie dla rolnictwa. W ochronie upraw przed zmianami klimatycznymi może pomóc cynk. Naukowcy odkryli, że odgrywa on kluczową rolę w procesie wiązania azotu u roślin strączkowych. Dokładne zrozumienie tego procesu pozwoli poprawić plony i ograniczyć zależność od nawozów syntetycznych.

Naukowcy z Aarhus University w Danii we współpracy z Politechniką Madrycką i Europejskim Ośrodkiem Promieniowania Synchrotronowego we Francji odkryli, że cynk odgrywa kluczową rolę w procesie wiązania azotu w roślinach strączkowych. Ustalenia te mogą zrewolucjonizować rolnictwo, zwłaszcza to oparte na roślinach strączkowych, takich jak bób, soja i fasola szparagowa, poprzez optymalizację wydajności upraw i zmniejszenie zależności od nawozów syntetycznych.

Opis oraz rezultaty badań ukazały się w czasopiśmie "Nature" (DOI: 10.1038/s41586-024-07607-6).

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Naukowcy odkryli kluczową rolę cynku w procesie wiązania azotu przez rośliny strączkowe. To w połączeniu z wiedzą na temat regulatora transkrypcyjnego znanego jako Fixation Under Nitrate (FUN) ma potencjał, aby zmienić uprawy roślin strączkowych, pozwalając osiągnąć większe plony i uniknąć stosowania dużych dawek nawozów syntetycznych.

Odkrycie to nie tylko rzuca światło na zawiłe mechanizmy wzrostu roślin, ale także daje nadzieję na podniesienie odporności upraw. Nowa wiedza na temat cynku pozwoli lepiej je chronić i uzyskać zwiększoną tolerancję na ekstremalne warunki pogodowe, co może umożliwić uprawę roślin strączkowych na nowych, wcześniej nieodpowiednich terenach.

Rośliny strączkowe tworzą symbiotyczną relację z bakteriami z rodzaju Rhizobium, które wiążą azot atmosferyczny w brodawkach korzeniowych. - Bakterie mogą współpracować z roślinami strączkowymi w celu wiązania azotu z powietrza w brodawkach korzeniowych. Jednak brodawki są wrażliwe na wpływy środowiskowe, takie jak temperatura, susza, powodzie, zasolenie gleby i wysokie stężenie azotu w glebie — wyjaśnia Jieshun Lin, główny autor badania.

Rośliny strączkowe wykorzystują cynk jako sygnał wtórny do integrowania czynników środowiskowych i regulowania wydajności wiązania azotu, a regulator FUN odgrywa rolę czujnika, który dekoduje sygnały cynku w brodawkach. - To naprawdę niezwykłe odkryć rolę cynku jako sygnału wtórnego w roślinach. Jest to niezbędny mikroelement i nigdy wcześniej nie był uważany za czynnik sygnałowy. Po zbadaniu ponad 150 tys. roślin, w końcu zidentyfikowaliśmy czujnik cynku FUN, rzucając światło na ten fascynujący aspekt biologii roślin — zaznacza Lin.

FUN jest ważnym czynnikiem transkrypcyjnym, który kontroluje rozpad brodawek, gdy stężenie azotu w glebie jest wysokie. - FUN jest regulowany przez osobliwy mechanizm, który bezpośrednio monitoruje poziom cynku w komórkach, a my pokazujemy, że FUN jest inaktywowany przez cynk w duże struktury włókienkowe i uwalniany do aktywnej formy, gdy poziom cynku jest niski — wyjaśnia profesor Kasper Røjkjær Andersen.

Z perspektywy rolnika ciągłe wiązanie azotu może być korzystną cechą, która pomaga zwiększyć plony. Zwiększa też dostępność azotu, zarówno dla roślin strączkowych, jak i dla innych upraw, które polegają na azocie pozostawionym w glebie po uprawie roślin strączkowych.

Implikacje tych badań są znaczące. Rozumiejąc, w jaki sposób cynk i FUN regulują wiązanie azotu, naukowcy opracowują strategie optymalizacji tego procesu w uprawach roślin strączkowych. Może to prowadzić do zwiększonej dostępności azotu dla roślin, poprawy plonów i zmniejszenia zapotrzebowania na nawozy syntetyczne, które mogą być kosztowne i do tego mają negatywny wpływ na środowisko.

Źródło: Aarhus University, fot. PxHere/ CC0