Rostliny jako budoucí producenti organicky vázaného dusíku

Jedním z nejdůležitějších prvků nezbytných pro růst rostlin je dusík. Běžně nejsou rostliny schopny využívat přímo plynný dusík z atmosféry, ale musí ho přijímat z půdy a hnojiv, například ve formě dusičnanů. Nadměrná aplikace hnojiv za účelem zvýšení produkce však přináší i rizika jejich používání. Nevyužité dusíkaté hnojivo může být těkáním uvolňováno z půdy do atmosféry, což následně přispívá ke vzniku skleníkových plynů, nebo se uvolněním do podzemních vod podílí na jejich eutrofizaci.

Jak uvádí tisková zpráva spolku pro podporu a rozvoj biotechnologií – BIOTRIN, z. s., je z těchto důvodů stále více kladen důraz na udržitelné alternativní zemědělství, jehož hlavním cílem je v tomto případě snížení spotřeby dusíkatých hnojiv. Nejvíce se v současné době využívá přeměny atmosférického dusíku na amoniak pomocí diazotrofních bakterií. Diazotrofové využívají enzymový komplex, tzv. nitrogenasový komplex, pomocí nějž je zprostředkována redukce atmosférického dusíku na amoniak. Proces je součástí základního koloběhu dusíku v přírodě a tento způsob fixace N₂ bývá označován jako biologická fixace dusíku (BNF), vysvětluje zpráva.

Uvádí také, že myšlenkou alternativní udržitelné zemědělské praxe a snížením spotřeby hnojiv se začali zabývat i vědci z Univerzity California Davis. Dlouhodobým cílem jejich mnoha studií je zlepšení fixace atmosférického dusíku modifikací rostlin. Ovlivnění fixace dusíku je podmiňováno produkcí chemických látek rostlinou (např. flavonoidy, apigenin apod.) – obdobných jako u diazotrofních bakterií. Flavonoidy jako takové s fixací dusíku pomáhají, ale současně indukují tvorbu bakteriálního biofilmu, jehož tvorbou dochází k ochraně dusíkatých látek v půdě a podpoře interakce kořen (rostliny)-bakterie (využívající dusíkatou látku).

Tohoto využili vědci, kteří se zabývali modifikací obilnin, konkrétně rýže. Rostlina rýže byla modifikována tak, aby byla zvýšena produkce flavonoidů a apigeninu podílejících se na tvorbě biofilmu diazotrofní bakterie Gluconacetobacter diazotrophicus v půdě a zároveň byla podporována kolonizace bakterií na rostlinných tkáních. Provedli editaci genů pomocí metody CRISPR a modifikací flavonoidové syntetické dráhy v rýži vytvořili rostliny rýže s vyšším obsahem apigeninu, který byl „vytlačován“ do rhizosféry. V takto omezených podmínkách nedostatečného množství půdního dusíku docházelo k větší tvorbě biofilmu a ke zvýšení výnosu zrna. Výrazně tím byla zlepšena BNF v rýži, informuje aktualita Biotrinu. Na internetových stránkách tohoto spolku lze nalézt také oficiální zdroje, ze kterých zpráva čerpá.*