En sojabönrot med knölar, Dessa knölar hyser bakterier som "fixar, " eller extrahera, kväve från atmosfären för växtens användning. Kredit:Luiz G. Moretti.
Sojabönor är rik på protein, vilket är bra för människor och djur som äter det. Men detta höga proteininnehåll har en kostnad.
För att göra protein, sojabönsväxter behöver mycket kväve. Växterna får en del av det kväve de behöver genom att arbeta med specialiserade bakterier i jorden. Dessa bakterier lever i rotknölar. De drar kväve från atmosfären och omvandlar det till en form som växterna kan använda.
Men denna processbiologiska kvävefixering ger kanske inte allt kväve som sojabönsgrödor behöver. Jordbrukare kan behöva använda kvävegödsel också.
En ny studie, dock, visar att det är möjligt att öka antalet sojabönrotknölar – och bakterierna som lever där – för att öka skördarna. Detta skulle kunna eliminera behovet av att applicera ytterligare kvävegödselmedel.
"Det öppnar möjligheten att uppnå högre skördar av sojabönor baserat uteslutande på biologisk fixering, säger Mariangela Hungria, en forskare vid Embrapa Soja, Brasilien.
Hungria, huvudförfattare till studien, och hennes kollegor belade sojabönsfrön med bakterierna (den vanliga metoden som används av odlare). De tillförde ytterligare bakterier genom att spraya det på växterna under andra tillväxtstadier. Sojabönsväxter som fick den extra sprayympningen utvecklade fler rotknölar. Och fler knölar ledde till högre avkastning.
Inokulering - att lägga till nyttiga bakterier till sojabönsfrön - sker vanligtvis vid sådd. Dock, i den här studien, Sojabönsgrödor i olika tillväxtstadier inokulerades också genom att växterna besprutades med bakterier. Kredit:Luiz G. Moretti.
Faktiskt, tillsats av bakterier till frön ökade avkastningen med 27 % och 28 %. Att spraya bakterier på sojafälten under tillväxten drev upp skördarna ytterligare.
Ökningen av rotknölar efter ytterligare sprayympning överraskade Hungria och hennes kollegor. Tidigare forskning visade att varje knöl gör det svårare för sojabönsväxter att utveckla efterföljande. Men i denna studie, sojabönsväxter kunde bilda nya knölar när forskare gav fler bakterier.
"Att upptäcka att knölar inte regleras så strikt som man tidigare trott är ett viktigt fynd, " säger Hungria. "Begränsningen inträffar särskilt i början av sojaböntillväxt när de första knölarna dyker upp." Efter det inledande skedet, mer knöltillväxt är möjlig.
Mer biologisk kvävefixering, och mindre kväve genom gödselmedel, kan också öka hållbarheten. Först, det minskar koldioxidutsläppen. Kvävegödselmedel framställs vanligtvis med fossila bränslen. "För varje kilo kvävegödsel som tillverkas, minst 10 pund koldioxid kan frigöras, "Hungria uppger.
Den andra förbättringen av hållbarhet är på fältet. Överskott av kvävegödsel från fältet kan rinna ut i vattendrag. För mycket i ett akvatiskt ekosystem kan orsaka algblomning. Dessa tömmer vattnet på syre och leder till "döda zoner" som saknar liv. Biologisk fixering med hjälp av bakterier, dock, betyder att mer av kvävet används av grödan.
Bakterier inuti rotknölar behöver syre för att överleva. En rosa eller röd färg inuti en knöl indikerar att syretillförseln är robust och att bakterierna frodas. Kredit:Mariangela Hungria.
Mindre användning av gödsel har också en ekonomisk inverkan. Kostnaderna för kvävegödsel kan snabbt öka, både för jordbrukare och för länder. Brasilien importerar cirka 70 % av de kvävegödselmedel som används i landet.
Flera gårdar i Brasilien började använda studiens strategi i oktober 2016 (sommargrödan i Brasilien). De första resultaten har varit lovande, säger Hungria. De högre skördarna av sojabönor som ses i studien bibehålls på dessa större skalor.
Hungria tror att dessa resultat kommer att sträcka sig utanför Brasilien också. "Men de måste verifieras eftersom den genetiska bakgrunden för sojabönor är olika i varje land, " säger hon. Samarbete med Kansas State University, för att verifiera om resultaten kan utökas till USA, har precis börjat.
Att forska om bakterier och kvävefixering kan bara vara början. "Jag tror att mikroorganismer kan vara "stjärnorna" i en ny era av jordbruk, där vi inte bara tänker på livsmedelssäkerhet utan också hållbarhet, " hon säger.
