Εργαλεία παρακολούθησης πρόσληψης αζώτου για καλύτερες σοδειές και λιγότερη ρύπανση.

Περίπου το 1% της παραγωγής ενέργειας σε παγκόσμιο επίπεδο χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εμπλουτισμένου αζωτούχου λιπάσματος, προκειμένου να βελτιωθεί η απόδοση των καλλιεργειών. Μεγάλο μέρος αυτής της ενέργειας χάνεται διότι τα φυτά απορροφούν μόνο ένα κλάσμα του αζώτου που εφαρμόζεται ως λίπασμα. Επιπλέον, το υπερβολικό άζωτο εκπλένεται σε υδάτινες πηγές, με αποτέλεσμα τη ρύπανση του περιβάλλοντος και κατ’ επέκταση την εμφάνιση προβλημάτων υγείας στο πληθυσμό.

Μέχρι σήμερα, οι περισσότερες προσπάθειες για να αυξηθεί η αποτελεσματικότητα της πρόσληψης του αζώτου σε φυτά δεν έχουν αποφέρει τα προσδοκώμενα αποτελέσματα.

Το κλειδί για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας πρόσληψης ενός θρεπτικού συστατικού είναι να προσδιοριστούν τα εμπόδια στη πορεία του από το χώμα στα κύτταρα του φυτού. Το πρώτο εμπόδιο που τα νιτρικά ιόντα συναντούν είναι η μεμβράνη των κυττάρων στην επιφάνεια των ριζών του φυτού. Πολλοί ερευνητές πιστεύουν ότι θα μπορούσε να αυξηθεί η ποσότητα του αζώτου που απορροφάται από το φυτό, αν ήταν περισσότερο γνωστοί οι μηχανισμοί με τους οποίους τα φυτά ελέγχουν την είσοδο των ιόντων των νιτρικών αλάτων και άλλων χημικών ουσιών. Η κυτταρική μεμβράνη περιέχει ορισμένους πόρους που

Σχ. 1

ονομάζονται διαµεµβρανικές πρωτεΐνες (σχ.1 transmembrane transport proteins)  οι οποίες επιτρέπουν σε συγκεκριμένα μόρια να περάσουν μέσα στο κύτταρο. Αν και έχουν εντοπιστεί οι μεταφορείς που είναι υπεύθυνοι για την απορρόφηση των νιτρικών ιόντων, των πεπτιδίων και των ιόντων αμμωνίου, οι τρέχουσες πειραματικές τεχνικές δεν μπορούν να προσδιορίσουν πότε και πού ένα συγκεκριμένος μεταφορέας δραστηριοποιείται μέσα σε ένα ζωντανό φυτό. Αυτό καθιστά δύσκολο να γνωρίζουν οι επιστήμονες πού να στοχεύσουν τις τροποποιήσεις και να καθορίζουν την αποτελεσματικότητά τους σε κάθε βήμα. Ο «νιτρικός μεταφορέας» ενεργεί επίσης ως μια κεραία που μετρά  τη συγκέντρωση των νιτρικών αλάτων προκειμένου να εξασφαλιστεί ότι το άζωτο  χρησιμοποιείται από το φυτό κατά το βέλτιστο τρόπο, αλλά η τρέχουσες τεχνικές δεν μπορούν να δείξουν πώς αυτό λειτουργεί πραγματικά.

Οι ερευνητές του Carnegie Institution of Science  Cheng-Hsun Ho και Wolf Frommer ανέπτυξαν εργαλεία που θα μπορούσαν να βοηθήσουν τους επιστήμονες να παρατηρήσουν τη διαδικασία πρόσληψης αζώτου από τα φυτά σε πραγματικό χρόνο.

The NiTrac sensor developed by Cheng Hsun Ho and Wolf Frommer of the Carnegie Institution will enable non-invasive real-time monitoring of nitrogen acquisition in action in plant roots, providing a new tool set that can be used to improve nitrogen efficiency. The novel sensor technology is widely applicable and useful also for cancer and neurobiology.

Οι Ho και Frommer εκμεταλεύτηκαν το φαινόμενο ότι ένας µεταφορέας αλλάζει σχήμα όταν ενεργοποιείται για τη δημιουργία αισθητήρων που παρακολουθούν την κυκλοφορία των νιτρικών αλάτων και των πεπτιδίων μέσω της κυτταρικής μεμβράνης. Χρησιμοποιώντας φθορίζουσες πρωτεΐνες για να παρακολουθείται πώς αλλάζει το σχήμα του μεταφορέα, οι Ho και Frommer μπόρεσαν να μετρήσουν πώς δομικές μεταλλαγές και ρυθμιστικές πρωτεΐνες επηρεάζουν τη κίνηση των νιτρικών αλάτων και των πεπτιδίων διαμέσου της μεμβράνης.

Η ανακάλυψη αυτή, θα οδηγήσει μελλοντικά στην ορθολογικότερη εφαρμογή νιτρικών λιπασμάτων στις καλλιέργειες και στη δραστική αντιμετώπιση της ρύπανσης των υδάτων από νιτρικά άλατα.

Πηγές:

https://dpb.carnegiescience.edu/article/nitrogen-tracking-tools-better-crops-and-less-pollution

http://elifesciences.org/content/3/e01917/abstract-1