Tényleg termeszthető a kukorica műtrágya nélkül?

Az energiaárak növekedése a műtrágya-piacot is felforgatta, így a korábbinál is aktuálisabbá vált: vajon lehet-e kukoricát termeszteni hozzáadott nitrogén, tehát műtrágya nélkül? A tudósok már évtizedek óta dolgoznak a növények kevesebb műtrágyával történő termesztésének módján. Amennyiben a hüvelyes növények képesek a levegő nitrogénjét megkötni, akkor miért ne lehetne erre képes akár a kukorica?

Az OTP Agrár szakértői több ígéretes kutatást is találtak a témában. A nitrogén hozzájárul az emberiség gyarapodáshoz és jólétéhez, ugyanakkor a műtrágya gyártása és a túlzó, nem eredményes felhasználása jelentős mértékben hozzájárul az üvegházhatású gázok globális kibocsátásához és a vízszennyezéshez. Éppen ezért a műtrágyagyártók és -használók nagy társadalmi nyomással szembesülnek, hogy csökkentsék az éghajlatra gyakorolt negatív hatásokat. Mindezen célok elérésében az EU kulcsszerepet szán a zöld megállapodás (Green Deal) keretében kidolgozott stratégiáknak, 2030-ig többek között 50%-kal csökkenteni kell a tápanyagveszteséget és ezen keresztül elérni a műtrágya használat 20%-os csökkenését. 

Az európai fogyasztók számára kiemelten fontos, hogy a mezőgazdaság és az élelmiszeripar egészségesebb élelmiszereket szolgáltasson számukra, amelyek ráadásul fenntartható termelésből származnak. A műtrágya kapcsán azonban jelenleg nagyobb problémát jelent, hogy az energiahordozók árnövekedése és az orosz-ukrán háború miatt, a mesterséges tápanyagpótló szerek a korábbi ár többszörösére drágultak, sőt, bizonyos piacokon már a hiánycikké váltak.

Növekedés és drágulás

Mindennek hátterében az áll, hogy a járvány miatti korlátozásokat követően újraindult a világgazdasági növekedés, aminek hatására felment az energiahordozók ára, hiszen újra nagyobb mennyiségű kőolajra és földgázra volt szükség. Utóbbi drágulása azonban drasztikus áremelkedést hozott a műtrágyapiacon is, hiszen elengedhetetlen a gyártásához. A legtöbb műtrágya ára meredeken emelkedett 2021 harmadik negyedévében, és elérte a 2008–2009-es globális pénzügyi válság óta nem látott szintet. Ráadásul a magas gázárak miatt a műtrágyatermelés is csökkent. Ebben a piaci helyzetben támadta meg Oroszország Ukrajnát, ami – részben az agresszorral szembeni gazdasági szankciók hatására – tovább súlyosbította a magas energia- és műtrágyaköltségeket – hiszen Oroszország, Kanada, Kína és Fehéroroszország a világ négy legnagyobb műtrágyaexportőre.

Miért különösen fontos a műtrágya?

A nitrogén az élet egyik legfontosabb építőköve. Annak ellenére, hogy a levegőnek 78%-a nitrogéngáz, a nitrogénnek ezt a rendkívül stabil formáját a hüvelyes növényeken kívül az élővilág többsége nem képes megkötni. A növények legfőképp a talajból veszik fel a fejlődésükhöz szükséges reaktív nitrogént. A gazdálkodók már évszázadok óta tudják, hogy a talaj nem feltétlenül tartalmazza – vagy nem megfelelő mennyiségben tartalmazza – az összes tápanyagot, amelyre a növényeknek szükségük van, mégis a nitrogén műtrágya előállításának a legnagyobb lökést a második világháborús fejlesztések adták. 

A nitrogénhasználat fejlődése

Az 1940-es években a nitogén többféleképpen is „berobbant”. Egyrészt a háború alatt a nitrogén volt a TNT és más erős robbanóanyagok egyik fő alkotóeleme, és az Egyesült Államok kormánya 10 új üzemet épített a bombák nitrogénellátására. Másrészt a háború után ezek az üzemek ammóniát termeltek műtrágyaként, így a műtrágyahasználat is ugrásszerűen nőtt meg. Részben azért, mert megvolt a készlet, részben pedig azért, mert a gazdálkodók és a tudósok megértették, milyen fontosak a tápanyagok a növények számára.

A műtrágyák azóta is központi szerepet játszanak a növekvő népesség mezőgazdasági szükségleteinek kielégítésében a termőföld hatékony hasznosításának támogatásával és az élelmezésbiztonság globális szintű biztosításával.

A legnagyobb termékcsoportot jelentő nitrogén alapú műtrágyák esetében a folyamat úgy kezdődik, hogy a levegőből származó nitrogént magas hőmérsékleten és nyomáson földgázból származó hidrogénnel keverik össze, így ammónia keletkezik. A földgáz hozzávetőleg 60%-át nyersanyagként használják fel, a fennmaradó részt pedig a szintézis folyamatában. Az ammóniából salétromsavat állítanak elő, amelyből nitrát műtrágyákat, például ammónium-nitrátot hoznak létre.

Megkötheti-e a nitrogént a kukorica?

A tudósok már évtizedek óta dolgoznak a növények kevesebb műtrágyával történő termesztésének módján. Egyesek génsebészeti technikákat alkalmaznak, mások mikrobákkal kísérleteznek, megint mások klasszikus nemesítési módszereket alkalmaznak, hogy kiaknázzák a növények ősi képességét, hogy partnerek legyenek nitrogénkötő baktériumokkal. 

Ha a hüvelyes növények képesek a levegő nitrogénjét megkötni, akkor miért ne lehetne erre képes akár a kukorica? Jelenleg is számos kutató dolgozik azon, hogy olyan kukoricát nemesítsen, amely képes önmagát ellátni nitrogénnel, megkerülve a nitrogén alapú műtrágyák szükségességét. Ezen kutatások a kialakult piaci helyzetben szükségszerűbbek, mint valaha.

Nem csak szója, borsó és lucerna

Sokáig úgy gondolták, hogy a mikroorganizmusok csak bizonyos növények (pl. szója, borsó, lucerna) gyökereinek csomóiban élnek, a kukoricában nem. A gyökércsomók biztonságos helyet teremtenek a mikrobák számára a nitrogén megkötéséhez szükséges nitrogenáz enzim előállításához, miközben megvédik őket az oxigéntől, amely leállíthatja a reakciót. A kereskedelemben kapható kukorica általában a talajban lévő bomlott szerves anyagokból kap némi nitrogént, de főként a gazdálkodó által kiszórt szerves és/vagy szervetlen trágyából jut tápanyaghoz. 

Nitrogénmegkötés baktériumokkal

Walter Goldstein, a Mandaamin Institute igazgatója mikroszkopikus szervezetekkel és kukoricával kísérletezett, a baktériumokat por formájában a kukoricamagok elvetésekor a talajba szórta. Goldstein klasszikus nemesítési módszereket alkalmazva, 2018-ban mutatott be olyan kukoricahibrideket kísérleti parcellákon, amelyek olyan mikrobákkal működtek együtt, amelyek feldolgozták vagy „fixálták” a nitrogént a kukorica által használható formában. Az évek során a kutatócsoport egyébként más fajok gyökérgumóiban is élő nitrogénmegkötő baktériumokat is találtak, mint például a vörös égerfán és bizonyos trópusi fákon és cserjéken, a cukornád növényi szöveteiben, sőt egy ősi mexikói kukoricafaj is tartalmazott „nitrigénfixálókat”.

A spanyol kutatási vonal

Közel 20 éve egy egyszerű kérdés foglalkoztatja Luis Rubiót, a spanyolországi Madridi Növénybiotechnológiai és Genomikai Központban kutató docenst. Miért nem tudják a növények önmagukban, mikrobák segítsége nélkül megkötni a nitrogént? Azt gyanítja, hogy azért, mert a növények nem tudják előállítani a nitrogenáz enzimet. Itt jön a kihívás: hogyan lehet ezt lehetővé tenni? Ez azt jelenti, hogy a klasszikus növénynemesítési módszereket elhagyva, a génsebészeti eljárások felé fordulva,

Rubió azon dolgozik, hogy a genetikai utasításokat helyezzen át a nitrogenáz enzim előállításához baktériumból kukoricasejtbe.

A baktériumok eltérően termelnek enzimeket, mint ahogy a növényi sejtek teszik, és ez elég ahhoz, hogy a gének egyszerű átvitele ne működjön. Ráadásul a nitrogénmegkötő reakcióra vonatkozó utasítások összetettek, 10-20 különböző génből álló rejtvény, és mindegyiket pontosan a megfelelő sorrendben kell összeállítani ahhoz, hogy a teljes rendszer működjön. Jelenleg a spanyol kutatócsoport arra törekszik, hogy a mesterséges enzimet a kukoricasejt mitokondriumába juttassák, ahol természetesen energiatermelés megy végbe (ott védve lesz a reakciót tönkretevő oxigéntől). Ez a „biomérnöki kukorica”, ha sikerül, azonnal kivonja a levegőből a szükséges nitrogént.

Mindezen kutatások felforgathatják a jelenleg ismert mezőgazdaságot, hiszen siker esetén eredményük csökkenthetné a műtrágya globális felhasználását, az emberiségnek szükséges termés-mennyiség fenntartása mellett. Mindez még mindig számos kihívással jár, de ha sikerül, a bolygó egyik leginkább nitrogénéhes növényének, a kukoricának fenntarthatóbbá és gazdaságosabbá válik a termesztése.

Felhasznált források:

Modern gazdálkodás

Nanotechnológia