เว็บสล็อต ในอนาคตพืชจะสามารถผลิตปุ๋ยได้เอง เกษตรกรจะไม่ต้องซื้อปุ๋ยสำหรับพืชผลอีกต่อไป และการผลิตอาหารที่เพิ่มขึ้นจะเป็นประโยชน์ต่อผู้คนหลายพันล้านคนทั่วโลกซึ่งอาจต้องอดอยากข้อความเหล่านี้อาจฟังดูคล้ายกับนิยายวิทยาศาสตร์ แต่การวิจัยใหม่ของมหาวิทยาลัยวอชิงตันในนักวิทยาศาสตร์เซนต์หลุยส์แสดงให้เห็นว่าในไม่ช้าอาจเป็นไปได้ที่วิศวกรพืชจะพัฒนาปุ๋ยของตัวเอง
การค้นพบนี้อาจส่งผลกระทบปฏิวัติการเกษตรและสุขภาพของโลก
การวิจัยนำโดยHimadri Pakrasiศาสตราจารย์มหาวิทยาลัย Glassberg-Greensfelder Distinguished University ในภาควิชาชีววิทยาสาขาศิลปศาสตร์และวิทยาศาสตร์ และผู้อำนวยการศูนย์นานาชาติด้านพลังงาน สิ่งแวดล้อม และความยั่งยืน (InCEES); และ Maitrayee Bhattacharyya-Pakrasi นักวิจัยอาวุโสด้านชีววิทยา ได้รับการตีพิมพ์ในนิตยสารmBioฉบับ เดือนพฤษภาคม/มิถุนายน
การสร้างปุ๋ยเป็นการใช้พลังงานที่เข้มข้น และกระบวนการนี้ทำให้เกิดก๊าซเรือนกระจกที่เป็นตัวขับเคลื่อนหลักของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ และมันไม่มีประสิทธิภาพ การให้ปุ๋ยคือระบบนำส่งไนโตรเจน ซึ่งพืชใช้สร้างคลอโรฟิลล์สำหรับการสังเคราะห์ด้วยแสง แต่ไนโตรเจนในปุ๋ยเชิงพาณิชย์ไม่ถึง 40 เปอร์เซ็นต์ทำให้พืชได้รับ
หลังจากที่พืชได้รับการปฏิสนธิแล้ว ปัญหาอีกอย่างหนึ่งก็คือการไหลบ่า ปุ๋ยที่ถูกลมพัดพัดมาพัดพาไปในลำธาร แม่น้ำ อ่าวและทะเลสาบ ให้อาหารสาหร่ายที่สามารถเติบโตโดยควบคุมไม่ได้ ปิดกั้นแสงแดด และฆ่าชีวิตพืชและสัตว์ด้านล่าง
อย่างไรก็ตาม มีแหล่งไนโตรเจนอีกแหล่งมากมายอยู่รอบตัวเรา ชั้นบรรยากาศของโลกมีไนโตรเจนอยู่ประมาณ 78 เปอร์เซ็นต์ และห้องทดลอง Pakrasi ในภาควิชาชีววิทยาเพิ่งออกแบบแบคทีเรียที่สามารถใช้ประโยชน์จากก๊าซในชั้นบรรยากาศนั้น ซึ่งเป็นกระบวนการที่เรียกว่า “การตรึง” ไนโตรเจน ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญที่นำไปสู่โรงงานวิศวกรรมที่สามารถทำได้ เหมือน.
การวิจัยมีรากฐานมาจากข้อเท็จจริงที่ว่าถึงแม้จะไม่มีพืชที่สามารถตรึงไนโตรเจนจากอากาศได้ แต่ก็มีชุดย่อยของไซยาโนแบคทีเรีย (แบคทีเรียที่สังเคราะห์แสงเหมือนพืช) ที่สามารถทำได้ ไซยาโนแบคทีเรียสามารถทำได้แม้ว่าออกซิเจนซึ่งเป็นผลพลอยได้จากการสังเคราะห์ด้วยแสงจะรบกวนกระบวนการตรึงไนโตรเจน
แบคทีเรียที่ใช้ในการวิจัยนี้คือ Cyanothece สามารถตรึงไนโตรเจนได้เนื่องจากมีบางอย่างที่เหมือนกันกับคน
“ไซยาโนแบคทีเรียเป็นแบคทีเรียเพียงชนิดเดียวที่มีจังหวะชีวิต” ภัคราสี กล่าว ที่น่าสนใจคือ Cyanothece สังเคราะห์แสงในตอนกลางวัน เปลี่ยนแสงแดดเป็นพลังงานเคมีที่ใช้เป็นเชื้อเพลิง และตรึงไนโตรเจนในตอนกลางคืน หลังจากกำจัดออกซิเจนส่วนใหญ่ที่สร้างขึ้นระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสงผ่านการหายใจ
ทีมวิจัยต้องการนำยีนจาก Cyanothece ที่รับผิดชอบกลไกกลางวันและกลางคืนมาใส่ในไซยาโนแบคทีเรียอีกประเภทหนึ่งคือ Synechocystis เพื่อเกลี้ยกล่อมแมลงตัวนี้ให้ไปตรึงไนโตรเจนจากอากาศด้วย
เพื่อค้นหาลำดับของยีนที่ถูกต้อง ทีมงานจึงมองหาจังหวะชีวิตแบบปากโป้ง “เราเห็นชุดยีน 35 ตัวที่อยู่ติดกันซึ่งทำสิ่งต่างๆ เฉพาะตอนกลางคืนเท่านั้น” ภาคีกล่าว “และโดยพื้นฐานแล้วพวกมันก็เงียบในระหว่างวัน”
ทีมงานซึ่งรวมถึงผู้ร่วมวิจัย Michelle Liberton อดีตผู้ร่วมวิจัย Jingjie Yu และ Deng Liu ได้เอาออกซิเจนออกจาก Synechocystis ด้วยตนเองและเพิ่มยีนจาก Cyanothece นักวิจัยพบว่า Synechocystis สามารถตรึงไนโตรเจนที่ 2 เปอร์เซ็นต์ของ Cyanothece อย่างไรก็ตาม สิ่งที่น่าสนใจจริงๆ เมื่อหลิว นักวิจัยดุษฎีบัณฑิตซึ่งเป็นแกนนำของโครงการ เริ่มกำจัดยีนเหล่านั้นบางส่วน ด้วยยีน Cyanothece เพียง 24 ยีน Synechocystis สามารถตรึงไนโตรเจนในอัตรามากกว่า 30 เปอร์เซ็นต์ของ Cyanothece
อัตราการตรึงไนโตรเจนลดลงอย่างเห็นได้ชัด
เมื่อเติมออกซิเจนเล็กน้อย (มากถึง 1 เปอร์เซ็นต์) แต่เพิ่มขึ้นอีกครั้งด้วยการเพิ่มยีนกลุ่มอื่นจากไซยาโนเทซ แม้ว่าจะไม่ถึงอัตราที่สูงเท่ากับไม่มีออกซิเจนก็ตาม
“นี่หมายความว่าแผนวิศวกรรมเป็นไปได้” ภาคีกล่าว “ฉันต้องบอกว่าความสำเร็จนี้เกินความคาดหมายของฉัน”
ขั้นตอนต่อไปสำหรับทีมคือการเจาะลึกลงไปในรายละเอียดของกระบวนการ บางทีอาจจำกัดกลุ่มย่อยของยีนที่จำเป็นสำหรับการตรึงไนโตรเจนให้แคบลง และร่วมมือกับนักวิทยาศาสตร์พืชคนอื่นๆ เพื่อนำบทเรียนที่ได้จากการศึกษานี้ไปใช้ในระดับต่อไป: พืชตรึงไนโตรเจน
พืชผลที่ใช้ประโยชน์จากไนโตรเจนในอากาศจะมีประสิทธิภาพมากที่สุดสำหรับเกษตรกรยังชีพ — ประมาณ 800 ล้านคนทั่วโลกตามรายงานของธนาคารโลก — การเพิ่มผลผลิตในระดับที่เป็นประโยชน์ต่อครอบครัวหรือเมืองและมีเวลามากขึ้นที่ ครั้งหนึ่งเคยใช้มือกระจายปุ๋ย
“ถ้ามันประสบความสำเร็จ” Bhattacharyya-Pakrasi กล่าว “มันจะเป็นการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญในด้านการเกษตร”
ที่มา: มหาวิทยาลัยวอชิงตันในเซนต์หลุยส์ เว็บสล็อต
