Pesquisadores da Universidade de Aarhus identificaram sete compostos naturais da raiz do trigo que suprimem as bactérias nitrificantes do solo tão fortemente quanto os inibidores sintéticos da nitrificação, abrindo um caminho potencial de reprodução para variedades de trigo que retêm mais nitrogênio aplicado sem exigir insumos químicos adicionais ou sacrifício de rendimento.
O problema do nitrogênio que a agricultura continua enfrentando
Menos de metade do azoto aplicado como fertilizante é efectivamente absorvido pelas culturas, sendo o restante perdido através da lixiviação para os cursos de água ou da emissão gasosa para a atmosfera sob a forma de óxido nitroso, um potente gás com efeito de estufa. Durante décadas, a principal resposta tem sido limites regulatórios nas taxas de aplicação e inibidores sintéticos de nitrificação, produtos químicos que retardam a conversão microbiana de amônio em nitrato, mas são caros, exigem aplicação repetida e podem afetar organismos-do solo não-alvo.
A equipe de Aarhus, liderada pela pesquisadora de pós-doutorado Purna Kumar Khatri, investigou se o próprio trigo poderia desempenhar biologicamente uma versão dessa função. Seu trabalho se concentra na inibição biológica da nitrificação, um processo no qual as raízes das plantas liberam compostos naturais que suprimem os micróbios nitrificantes responsáveis pela conversão do amônio na forma de nitrato-mais propensa à lixiviação.
O que são benzoxazinoides?
Os benzoxazinóides são metabolitos secundários produzidos naturalmente por culturas de cereais, incluindo trigo, milho e centeio, tradicionalmente estudados pelo seu papel na defesa das plantas contra insectos, ervas daninhas e nemátodos. Os pesquisadores de Aarhus examinaram 18 compostos benzoxazinóides diferentes usando um ensaio de bioluminescência com Nitrosomonas europaea, um modelo de bactéria nitrificante, e encontraram sete - incluindo BOA, MBOA, DIBOA e DIMBOA - capazes de suprimir fortemente a nitrificação em concentrações relativamente baixas. Como esses compostos são produzidos e liberados pela própria planta, em vez de aplicados externamente, eles oferecem um mecanismo de administração fundamentalmente diferente dos inibidores sintéticos: liberação contínua e localizada exatamente onde e quando a planta precisa proteger o nitrogênio disponível.
Linhas de trigo projetadas mostram que o efeito pode ser amplificado
O estudo comparou uma linhagem parental de trigo convencional com duas linhagens de trigo que carregavam um fragmento cromossômico de Leymus racemosus, uma gramínea selvagem conhecida por melhorar as características biológicas de inibição da nitrificação. Cultivadas hidroponicamente, as linhagens aprimoradas liberaram concentrações significativamente mais altas de benzoxazinóides ativos do que a linhagem parental, e seus exsudatos de raiz suprimiram a nitrificação até duas vezes mais fortemente - um resultado que se correlacionou diretamente com as concentrações mais altas do composto medidas.
O trabalho de modelagem citado pelos pesquisadores sugere que culturas que permitem a-nitrificação-inibição-biológica poderiam reduzir as perdas de nitrogênio em 20% a 30%, e os primeiros testes de campo não mostraram nenhuma penalidade de rendimento associada à característica, o que significa que os agricultores poderiam, em princípio, aplicar menos fertilizantes enquanto colhem volumes de grãos comparáveis. Khatri disse que a magnitude da oportunidade é significativa mesmo com ganhos modestos de eficiência: "Se você puder aumentar a eficiência do uso-de nitrogênio em até dez por cento em condições reais de campo, a economia absoluta em fertilizantes e emissões será enorme."
Da química a um alvo de reprodução
O objetivo-de longo prazo é traduzir as descobertas químicas em uma estratégia de melhoramento: assim que os pesquisadores identificarem quais vias biossintéticas produzem os compostos inibidores da nitrificação-mais eficazes, os melhoristas de plantas poderão selecionar variedades de trigo que expressem as características mais fortemente, sem exigir que os agricultores mudem práticas ou comprem novos insumos. A pesquisa faz parte do projeto internacional mais amplo CropSustain, no qual grupos de pesquisa paralelos estão estudando como essas características afetam os microbiomas do solo e os-organismos não-alvo ao longo de períodos de tempo mais longos - uma questão que importa para a aceitação regulatória e comercial, mesmo que a biologia subjacente se mostre robusta.
As descobertas chegam no momento em que os mercados globais de nitrogênio permanecem voláteis após a interrupção do Estreito de Ormuz, que elevou os preços da ureia a níveis quase-recordes no início deste ano, antes de uma correção parcial. Embora os cronogramas de melhoramento para variedades de trigo que inibem a nitrificação-ocorrem em um horizonte de vários-anos, em vez de oferecer alívio imediato, a pesquisa se soma a um conjunto crescente de alternativas biológicas - juntamente com produtos de fixação de nitrogênio microbiano-já comercializados por empresas, incluindo a Pivot Bio -, que poderiam reduzir gradualmente a dependência estrutural do setor agrícola de insumos de nitrogênio sintético.
O estudo, "Benzoxazinoides como compostos candidatos à inibição biológica da nitrificação no trigo", foi publicado na revista Plant Physiology and Biochemistry e conduzido em colaboração com a Universidade de Copenhaga, a Universidade de Aberdeen e o Centro Internacional de Melhoramento do Milho e Trigo do México (CIMMYT), que forneceu material de semente para o ensaio.
