氮高效小麦以更少的温室气体排放提供更多食物

一项国际合作发现并将一种野草染色体片段转移到优良小麦品种中，该片段会导致根部分泌天然的硝化抑制剂，从而提供一种方法来减少小麦的大量肥料使用并减少作物向水道和空气中的氮泄漏在保持或提高其生产力和谷物质量的同时，国家科学院院刊上的一份新报告说。

日本国际农业科学研究中心 (JIRCAS) 研究员、该研究的第一作者 GV Subbarao 表示，种植具有生物硝化抑制 (BNI) 特性的小麦品种可以提高肥沃土壤和贫氮土壤的产量。新报告。

“使用具有 BNI 特征的小麦品种为麦田更平衡和更高效的氮营养组合开辟了可能性，目前麦田主要由高活性氮化合物主导，这些化合物在很大程度上来自合成肥料，可能会危害环境，”苏巴拉奥说道。

作为地球上种植最广泛的粮食作物，小麦被 89 个国家的超过 25 亿人消费。世界上每年有近五分之一的氮肥用于种植小麦，但与其他主要谷物、蔬菜和水果类似，小麦只占施氮量的不到一半。

其余大部分要么被冲走，用硝酸盐污染地下水并导致湖泊和海洋中的藻类大量繁殖，要么被释放到空气中，通常作为一氧化二氮，一种比二氧化碳强 300 倍的温室气体。

研究小组首先在与多年生草种 Leymus racemosus 的强大 BNI 能力相关的染色体区域上进行归巢，并使用“宽杂交”技术将其从草中移入栽培品种中国春，这是一种常用于遗传的小麦地方品种。学习。从那里，他们将 BNI 染色体序列转移到几个优良的高产小麦品种中，通过对根部附近土壤的实验室分析进行测量，使它们的 BNI 能力几乎翻了一番。

新小麦——来自国际玉米和小麦改良中心 ( CIMMYT )的精英品种，其中 BNI 性状杂交——大大减少了土壤微生物的作用，这些微生物通常将肥料和有机氮物质转化为对生态有害的化合物，如亚硝酸根据 CIMMYT 博士后研究员和研究合著者 Hannes Karwat 的说法。

“改变的土壤氮循环甚至反映在植物的新陈代谢中，”Karwat 说，“导致几种反应表明植物对氮的吸收更加平衡。”

参与的科学家表示，这项研究中 BNI 转化的小麦还显示出更高的整体生物量和谷物产量，对谷物蛋白质水平或面包制作质量没有负面影响。

“这为农民使用较低的化肥剂量和降低一氧化二氮的排放来养活未来的小麦消费者指明了道路，”为这项研究做出贡献的 CIMMYT 小麦细胞遗传学家 Masahiro Kishii 说。“如果我们能找到新的 BNI 来源，我们就可以开发出需要更少肥料并能更好地阻止一氧化二氮排放的第二代优质小麦品种。”

一个近期的PNAS论文通过的Subbarao和普林斯顿大学的科学家蒂莫西·D. Searchinger提到BNI作为一个技术，可以帮助培育土壤配备了更均匀混合的氮源，包括更少，化学反应性化合物铵，一个条件，可以提高作物产量和减少一氧化二氮排放。

扩大规模以减缓全球变暖?

本研究恰逢政府间气候变化专门委员会 (IPCC) 发布其第六次评估报告，其中指出“……限制人类引起的全球变暖……需要限制累积的 CO 2排放……以及其他温室气体排放。”

在全球范围内，30% 的温室气体排放来自农业。启用 BNI 的小麦品种可以在减少这种足迹方面发挥重要作用。Subbarao 表示，承诺到2050 年将温室气体排放量减少 30%的《巴黎气候协定》的小麦种植国可能是 BNI 技术的早期采用者，中国和是世界上最大的两个小麦生产国。 .

“这项工作证明了将 BNI 控制染色体片段引入现代小麦的可行性，而不会破坏其产量或质量，”Subbarao 说。“为了实现该技术的全部潜力，我们需要将 BNI 特征转移到许多适合不同小麦种植区的优良品种中，并评估它们在许多农场环境中以及不同水平的土壤 pH 值、施肥和用水情况下的产量。”

一个利用 BNI 在-恒河平原建立高效氮小麦生产系统的项目最近获得了日本的批准，并正在 JIRCAS、农业研究委员会 (ICAR) 和博洛格研究所的合作下进行。南亚 (BISA)。在该项目下，由 JIRCAS-CIMMYT 合作开发的 BNI 转化小麦品系将在进行测试，并将 BNI 性状转移到流行的国家小麦品种上。

“BNI 技术也出现在绿色技术中，这是日本政府为迈向零碳经济的政策文件，”JIRCAS 总裁 Osamu Koyama 说，该公司还发布了一份关于新PNAS研究的说明。

CIMMYT 总干事 Bram Govaerts 表示：“作为 2022 年开始的 CGIAR 倡议的一部分，诸如 BNI 之类的适应和缓解解决方案有助于减少粮食生产系统的足迹，将在 CGIAR 研究促进发展中发挥重要作用。” .

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