Lustgas är en kraftfull växthusgas. Dess globala uppvärmningspotential kan vara upp till 300 gånger så stor som CO₂ under en 100-årsperiod. Globalt sett kommer mer än hälften av de konstgjorda kväveoxidutsläppen från jordbruket. En minskning av det använda kvävegödselmedlet och en förbättring av grödans kväveanvändningseffektivitet är därför viktiga åtgärder för att skydda klimatet.

Ett internationellt team, koordinerat av Vienna Metabolomics Center (VIME) vid Wiens universitet, presenterar nu ett nytt koncept inom Trends in Plant Science med vilken effektiviteten av kvävegödslingen ökas och utsläppet av kväveoxid (N₂ O) reducerad.

Huvudmålet med dessa nya studier, som bygger på många års forskning, är att erbjuda jordbrukare ett bättre ekonomiskt alternativ, där de kan använda biologiska hämmare från växter istället för mycket förorenande kemiska gödningsmedel. En viktig uppgift för forskningen är att bättre förstå det komplexa rot-jords-mikrobiomets ekosystem och att utveckla tekniska plattformar som kan använda en rot-jord-balans för ett hållbart nästa generations jordbruk. Det internationella teamet som leds av universitetet i Wien har nu tagit ett viktigt steg i denna riktning.

Mikroorganismer i marken producerar växthusgaser

Bakgrunden till studien är en process i växtodlingen som producerar den skadliga växthusgasen som kallas nitrifikation. Mikroorganismer i jorden omvandlar kvävegödseln till kväveoxid och andra ämnen. För att motverka detta används nitrifikationshämmare inom jordbruket som kan bromsa nitrifikationen av kvävegödseln.

Dessa hämmare rekommenderas av IPCC som ett sätt att mildra klimatförändringarna och används redan inom jordbruket; men de kan också ha nackdelar, såsom dålig effektivitet, icke biologiskt nedbrytbara och giftiga för miljön. Men det finns också naturligt förekommande, så kallade biologiska nitrifikationshämmare (BNI):till exempel kan växtrötter utsöndra föreningar med liknande effekt som har en hämmande effekt på de nitrifierande mikroorganismerna i jorden.

Ny metod för effektivare sökning efter naturliga nitrifikationshämmare

Vienna Metabolomic Center (VIME) med deltagande av Japan International Research Centre for Agricultural Sciences (JIRCAS) presenterar nu ett nytt tillvägagångssätt med vilket den naturliga nedgången i nitrifikationsprocessen bättre kan förstås och användas.

Systembiologen och ekologen Wolfram Weckwerth, chef för VIME och huvudförfattare till studien, förklarar att "med ett nytt och holistiskt metodiskt tillvägagångssätt öppnar vi ett nytt kapitel för att förstå interaktionen mellan rotutsöndringar från växter och de nitrifikationshämmande föreningarna i jorden och framförallt utvecklar vi växter som utför denna process mer effektivt. Helst kommer dessa grödor inte bara försörja våra basföda, utan kan också avsevärt förbättra den negativa klimatgasbalansen inom jordbruket."

Arindam Ghatak, även han ekolog vid universitetet i Wien och en av huvudförfattarna till studien, tillägger att "det är viktigt att karakterisera de ämnen som frigörs av växtrötterna och att avkoda interaktionen med markorganismerna. Med hjälp av komplexa metabolomics-analysplattformar kan vi testa rötternas budbärarämnen och därmed deras potential att hämma eller förhindra nitrifikationsprocessen. Detta är möjligt genom att använda OMICS-teknologier som proteomik och metabolomik."