1 min
Bacteriën uit de wortels van een maïsplant kunnen de bindingen tussen twee stikstofatomen verbreken. Nu dat eenmaal bewezen is, zouden zulke bacteriën ingezet kunnen worden om het gebruik van stikstofkunstmest in de landbouw te minimaliseren.
Dat moet blijken uit nieuwe onderzoeksresultaten die werden gepubliceerd in het wetenschappelijke blad van de American Chemical Society.
De bacteriën zijn ontwikkeld en worden vercommercialiseerd door de agrarische start-up Pivot Bio uit Berkeley in de VS. Ze bemesten de bodem duurzamer dan kunstmeststoffen en zijn de eerste genetisch gemanipuleerde bacteriën die zijn ontwikkeld voor de teelt van graangewassen zoals maïs.
Planten hebben stikstof nodig om efficiënt te kunnen groeien. Elk jaar gebruiken boeren wereldwijd meer dan 100 miljoen ton stikstofmeststoffen: ammoniak, nitraten of andere stikstofhoudende verbindingen. Ruim de helft verdwijnt in het milieu.
Die uitspoeling is een beruchte bron van water- en luchtverontreiniging en een bedreiging voor natuurlijke biodiversiteit zoals we in Nederland weten, want dat probleem is de kern van de stikstofcrisis die Nederland sinds het voorjaar van 2019 al gijzelt.
Planten kunnen ook stikstof krijgen van in de natuur voorkomende bodembacteriën die stikstof uit de atmosfeer halen. Dat proces heet biologische stikstoffixatie. Stikstof in gasvorm (N2) is overvloedig aanwezig in de lucht, maar omdat het molecuul uiterst stabiel is, kunnen planten N2 pas gebruiken nadat het is afgebroken. Met behulp van een enzym, nitrogenase genaamd, splitsen bodemmicroben de drievoudige bindingen die N2-moleculen bij elkaar houden, en helpen ze om die te zetten in verbindingen die plantenwortels kunnen opnemen. Bacteriën die samenwerken met peulvruchten - zoals linzen, sojabonen en pinda's - zijn redelijk efficiënt in het binden van stikstof, maar de bacteriën die granen zoals maïs, rijst en tarwe helpen in hun ontwikkeling zijn dat minder.
Pivot Bio wilde een micro-organisme creëren dat met dezelfde betrouwbaarheid als een synthetische meststof stikstof aan de plant biedt. Het bedrijf ontwikkelde die door uit te gaan van een isolaat van de bodembacterie Klebsiella variicola die selectief het buitenoppervlak van de wortels van maïsplanten koloniseert en zorgt voor biologische stikstoffixatie. Normaal gesproken onderdrukt de microbe zijn vermogen om dit proces uit te voeren als al stikstof is vastgelegd. Pivot Bio verwijderde een van de twee genen die dit mechanisme regelen en paste het genoom zodanig aan dat het vermogen tot stikstoffixatie niet staakt. Hierdoor kunnen boeren een deel van hun kunstmestgebruik vervangen door de genetische gemodificeerde microbe, die meer dan honderd keer zoveel stikstof vastlegt dan zijn natuurlijke tegenhanger. Volgens Pivot Bio gaat het om "een relatief eenvoudige technische verandering" maar kunnen de gemodificeerde microben nog steeds niet alle kunstmest vervangen die boeren nu gebruiken. Wel kunnen ze stikstofkunstmest-arm brood en pasta beloven. Die dagelijkse producten worden immers van graan gemaakt.
Dat moet blijken uit nieuwe onderzoeksresultaten die werden gepubliceerd in het wetenschappelijke blad van de American Chemical Society.
De bacteriën zijn ontwikkeld en worden vercommercialiseerd door de agrarische start-up Pivot Bio uit Berkeley in de VS. Ze bemesten de bodem duurzamer dan kunstmeststoffen en zijn de eerste genetisch gemanipuleerde bacteriën die zijn ontwikkeld voor de teelt van graangewassen zoals maïs.
Planten hebben stikstof nodig om efficiënt te kunnen groeien. Elk jaar gebruiken boeren wereldwijd meer dan 100 miljoen ton stikstofmeststoffen: ammoniak, nitraten of andere stikstofhoudende verbindingen. Ruim de helft verdwijnt in het milieu.
Die uitspoeling is een beruchte bron van water- en luchtverontreiniging en een bedreiging voor natuurlijke biodiversiteit zoals we in Nederland weten, want dat probleem is de kern van de stikstofcrisis die Nederland sinds het voorjaar van 2019 al gijzelt.
Planten kunnen ook stikstof krijgen van in de natuur voorkomende bodembacteriën die stikstof uit de atmosfeer halen. Dat proces heet biologische stikstoffixatie. Stikstof in gasvorm (N2) is overvloedig aanwezig in de lucht, maar omdat het molecuul uiterst stabiel is, kunnen planten N2 pas gebruiken nadat het is afgebroken. Met behulp van een enzym, nitrogenase genaamd, splitsen bodemmicroben de drievoudige bindingen die N2-moleculen bij elkaar houden, en helpen ze om die te zetten in verbindingen die plantenwortels kunnen opnemen. Bacteriën die samenwerken met peulvruchten - zoals linzen, sojabonen en pinda's - zijn redelijk efficiënt in het binden van stikstof, maar de bacteriën die granen zoals maïs, rijst en tarwe helpen in hun ontwikkeling zijn dat minder.
Pivot Bio wilde een micro-organisme creëren dat met dezelfde betrouwbaarheid als een synthetische meststof stikstof aan de plant biedt. Het bedrijf ontwikkelde die door uit te gaan van een isolaat van de bodembacterie Klebsiella variicola die selectief het buitenoppervlak van de wortels van maïsplanten koloniseert en zorgt voor biologische stikstoffixatie. Normaal gesproken onderdrukt de microbe zijn vermogen om dit proces uit te voeren als al stikstof is vastgelegd. Pivot Bio verwijderde een van de twee genen die dit mechanisme regelen en paste het genoom zodanig aan dat het vermogen tot stikstoffixatie niet staakt. Hierdoor kunnen boeren een deel van hun kunstmestgebruik vervangen door de genetische gemodificeerde microbe, die meer dan honderd keer zoveel stikstof vastlegt dan zijn natuurlijke tegenhanger. Volgens Pivot Bio gaat het om "een relatief eenvoudige technische verandering" maar kunnen de gemodificeerde microben nog steeds niet alle kunstmest vervangen die boeren nu gebruiken. Wel kunnen ze stikstofkunstmest-arm brood en pasta beloven. Die dagelijkse producten worden immers van graan gemaakt.
Ruud Tijssens, je hebt ons groene circulaire meststoffen dossier mogelijk gemaakt. Hoe kijk je tegen deze GMO-innovatie aan en hoe zullen bijv. bakkers en pastamakers reageren?
1) Waar haalt die bacterie de energie vandaan, om N2 om te zetten? Vaak van de plant (suikers), waardoor dat de plant wat kost (in ruil daarvoor dan reactieve stikstof, dat wel: symbiose).
2) in het artikel: "There is an urgent need for alternative nitrogen solutions to reduce the water pollution, ozone depletion, atmospheric particulate formation, and global greenhouse gas emissions associated with synthetic nitrogen fertilizer use."
Klinkt goed, maar als je op deze manier reactieve stikstof verhoogt, krijg je dan niet dezelfde problemen, als vervuiling van de natuur en lachgasvorming?
Waarom geen mengteelt mais-vlinderbloemigen?
Waarom niet minder monden om te voeden?
Ook de gemuteerde bacteriën hebben koolstof nodig voor de vorming van het enzym nitrogenase die N2 omzet in ammoniak om vervolgens aminozuren te kunnen produceren. De ammoniakvorm wordt buiten de wortels gemaakt en spoelt derhalve even snel uit als bij "normale" bemesting. Het enzym Nitrogenase vergt veel energie waar koolstof en zuurstof voor nodig is. Omdat nitrogenase een molybdeen atoom bevat kan de zuurstof onomkeerbaar oxideren. De rhizobacteriën leven in tweestrijd. Ze hebben veel zuurstof nodig om te ademen maar voorkomt anderzijds teveel zuurstofverbruik om zijn nitrogenase te beschermen.
Doordat Pivot bio waarschijnlijk deze "tweestrijd" doorbreekt, kan op de aanmaak van nitrogenase worden gefocust.
Een grote onbekende in dit verhaal is of de mutaties zullen worden overgenomen door andere bacteriesoorten. Want het is nu eenmaal zo dat zelfs bacteriën niet zelfstandig opereren. De praktijk moet uitwijzen of deze mutatie werkelijke voordelen heeft. Want alleen maar meer stikstof geven maakt de planten zwakker en daarmee nog afhankelijker van bestrijdingsmiddelen om voldoende te kunnen oogsten. Ik blijf me elke dag verbazen over het gebrek aan een holistische benadering als het over plantenwetenschappen gaat.