Pegang Pupuk - Tumbuhkan

Istilahnya adalah "fiksasi nitrogen." Tidak, itu tidak mengacu pada obsesi yang tidak sehat dengan salah satu unsur kimia paling umum di Bumi. Sebaliknya, ini adalah proses di mana nitrogen atmosfer dikonversi menjadi bentuk yang dapat digunakan oleh tanaman.

Nitrogen penting untuk tanaman berfungsi, tetapi sangat sedikit tanaman yang dapat "memperbaikinya" sendiri. Para ilmuwan telah lama mencari jagung dengan kemampuan ini, tujuannya adalah untuk mengurangi permintaan tinggi tanaman akan pupuk buatan. Pupuk mahal, dan kelebihannya bisa mengalir dari tanah, berdampak pada air yang digunakan untuk berenang, memancing, dan minum. Mengurangi kebutuhan jagung akan pupuk akan menjadi keuntungan bagi petani dan kualitas air. Dan sekarang pencarian jagung pengikat nitrogen mungkin sudah berakhir.

Tim peneliti dari CALS; Universitas California, Davis; dan Mars Inc. telah mengidentifikasi varietas jagung tropis dari Oaxaca, Meksiko, yang dapat memperoleh sejumlah besar nitrogen yang mereka butuhkan dari udara dengan bekerja sama dengan bakteri. Untuk melakukannya, jagung mengeluarkan gumpalan seperti gel lendir dari susunan akar udara di sepanjang tangkainya. Gel ini mengandung bakteri yang memfasilitasi fiksasi nitrogen. Jagung dapat memperoleh 30 hingga 80 persen nitrogennya dengan cara ini, tetapi efektivitasnya tergantung pada faktor lingkungan seperti kelembaban dan hujan.

Tim melaporkan temuannya di jurnal PLOS Biology. Ini adalah perkembangan positif dalam bidang studi ini, tetapi penelitian lebih lanjut diperlukan untuk menentukan apakah sifat tersebut dapat dikembangbiakkan menjadi kultivar jagung komersial, tanaman sereal yang paling produktif di dunia.

"Sudah lama menjadi mimpi untuk mentransfer kemampuan untuk bergaul dengan bakteri pengikat nitrogen dari kacang-kacangan ke sereal," kata Jean-Michel An é, seorang profesor bakteriologi dan agronomi di CALS dan rekan penulis studi baru.

Legum, seperti kacang-kacangan, adalah satu-satunya kelompok tanaman yang sebelumnya diketahui memperoleh nitrogen dalam jumlah yang signifikan melalui fiksasi, yang mereka lakukan dalam jaringan khusus yang disebut nodul akar.

Howard-Yana Shapiro , kepala petugas pertanian di Mars, seorang rekan senior di Departemen Ilmu Tanaman di UC Davis, dan rekan penulis laporan, mengidentifikasi varietas jagung asli dalam pencarian kultivar yang mungkin dapat meng-host bakteri pengikat nitrogen.

Jagung ditanam di wilayah Sierra Mixe Oaxaca di Meksiko selatan, bagian dari wilayah tempat jagung pertama kali didomestikasi oleh penduduk asli Amerika ribuan tahun yang lalu. Petani di daerah itu menanam jagung di tanah yang kekurangan nitrogen menggunakan praktik tradisional dengan sedikit atau tanpa pupuk, kondisi yang telah memilih kemampuan baru untuk mendapatkan nitrogen. Bahan biologis untuk investigasi ini diakses dan digunakan di bawah Perjanjian Berbagi Akses dan Manfaat dengan komunitas Sierra Mixe dan dengan izin dari pemerintah Meksiko.

Varietas pengikat nitrogen yang baru diidentifikasi dari jagung seperti ini mengembangkan beberapa rangkaian akar udara tebal yang tidak pernah mencapai tanah.

Jagungnya mencolok. Kebanyakan varietas jagung tumbuh sekitar 12 kaki dan hanya memiliki satu atau dua kelompok akar udara yang menopang tanaman di dekat pangkalannya. Tetapi varietas pengikat nitrogen berdiri lebih dari 16 kaki dan mengembangkan hingga 10 set akar udara tebal yang tidak pernah mencapai tanah. Di bawah kondisi yang tepat, akar-akar ini mengeluarkan sejumlah besar gel kaya gula yang menyediakan energi dan kondisi bebas oksigen yang dibutuhkan agar bakteri pengikat nitrogen berkembang pesat.

Menetapkan bahwa tanaman yang memasukkan nitrogen dari udara secara teknis menantang.

"Kami butuh delapan tahun kerja untuk meyakinkan diri sendiri bahwa ini bukan artefak," kata An é, yang labnya berspesialisasi dalam mempelajari dan mengukur fiksasi nitrogen. "Teknik demi teknik, mereka semua memberikan hasil yang sama menunjukkan tingkat fiksasi nitrogen yang tinggi pada jagung ini."

Kelompok ini menggunakan lima teknik berbeda di seluruh percobaan di Meksiko dan Madison untuk mengonfirmasi bahwa gel jagung Sierra Mixe memang memperbaiki nitrogen dari udara dan bahwa pabrik dapat memasukkan nitrogen ini ke dalam jaringannya.

"Apa yang saya pikir keren tentang proyek ini adalah benar-benar terbalik dengan cara kita berpikir tentang rekayasa fiksasi nitrogen," kata An é.

Gel yang disekresikan oleh akar udara jagung tampaknya bekerja terutama dengan mengeluarkan oksigen dan mengarahkan gula ke bakteri yang tepat, menghindari interaksi biologis yang kompleks. Tim peneliti bahkan dapat mensimulasikan efek gel alami dengan gel serupa yang dibuat di laboratorium dan diunggulkan dengan bakteri. Kesederhanaan sistem memberikan inspirasi bagi para peneliti yang ingin mengidentifikasi atau membuat lebih banyak tanaman dengan sifat ini.