Forscher am Nationalen Institut für Pflanzen-Genomforschung (NIPGR) haben eine Methode entwickelt, um die Stickstoffaufnahme und die Stickstoffnutzungseffizienz (NUE) in Pflanzen durch Modulation der Stickstoffmonoxid (NO)-Spiegel zu verbessern. Dieser innovative Ansatz, insbesondere wirksam bei Reis und Arabidopsis, zielt darauf ab, eine nachhaltige Alternative zu traditionellen landwirtschaftlichen Praktiken zu bieten, die stark von Stickstoffdüngemitteln abhängen.
Die Studie zeigt, dass aktuelle Technologien zur Verbesserung der NUE oft auf agronomischen Praktiken beruhen, wie z.B. gesplitteten Dosen an anorganischen Stickstoffdüngemitteln, die zu höheren Kosten, Umweltverschmutzung und Treibhausgasemissionen führen können. Angesichts dieser Herausforderungen hat das NIPGR-Team alternative Strategien zur Bekämpfung der Herausforderungen der Ernährungssicherheit und der ökologischen Nachhaltigkeit untersucht.
Durch die systematische Modulation der NO-Spiegel stellten die Forscher fest, dass sie die Nitrataufnehmer, insbesondere die Hochaffinitäts-Transporter (HATs), regulieren konnten, um die Stickstoffaufnahme zu verbessern. Die Studie zeigte, dass die Überexpression von Phytoglobin, einem natürlichen NO-Scavenger, die Expression von Nitrataufnehmern wie NRT2.1 und NRT2.4 erhöhte und so eine effizientere Stickstoffaufnahme ermöglichte.
Das Forschungsteam, geleitet von Dr. Jagannath Swain, Dr. Jagadis Gupta Kapuganti, Dr. Nidhi Yadav und Dr. Sanjib Bal Samant, verwendete einen pharmazeutischen Ansatz, indem sie Wildtyp-Pflanzen mit NO-Donor (SNAP) und NO-Scavenger (cPTIO) Verbindungen behandelten, um Veränderungen in der NUE zu überwachen. Die Ergebnisse zeigten, dass Pflanzen unter niedrigen NO-Bedingungen eine verbesserte Stickstoffaufnahme, einen höheren Aminosäuregehalt und ein besseres Gesamtwachstum aufwiesen.
Darüber hinaus hebt die Studie die Rolle von Stickstoffmonoxid bei der Aktivierung von Hochaffinitäts-Nitrataufnehmern während Perioden niedriger Stickstoffverfügbarkeit hervor, wodurch die Stickstoffnutzung verbessert wird. Die Forscher untersuchen auch bodenbasierte bakterielle Lösungen, die als NO-Scavenger wirken und eine natürliche Methode zur Steigerung der NUE bieten.
Unterstützt durch Mittel der ANRF, die durch das ANRF-Gesetz von 2023 eingerichtet wurden, eröffnet diese Forschung Möglichkeiten für innovative landwirtschaftliche Praktiken, die die Abhängigkeit von umweltschädlichen Düngemitteln verringern. Dr. Kapuganti wies darauf hin, dass diese neuartigen NO-Scavenging-Techniken den Einsatz von Stickstoffdüngemitteln erheblich reduzieren könnten, während die Erträge der Pflanzen erhalten oder sogar gesteigert werden.