به گزارش خبرنگار علم و فناوری ایسکانیوز؛ تولید کودهای شیمیایی امروز حدود ۱/۵ درصد از انتشار گازهای گلخانه‌ای جهان را تشکیل می‌دهد. از این رو، شیمیدانان موسسه فناوری ماساچوست (MIT) امیدوارند با جایگزینی کودهای شیمیایی با یک منبع پایدارتر مثل باکتری‌ها به کاهش ردپای کربن کمک کنند.

باکتری‌هایی وجود دارند که می‌توانند گاز نیتروژن را به آمونیاک تبدیل کنند و با این کار نه تنها مواد مغذی مورد نیاز گیاهان را تامین می‌کنند، بلکه به بازسازی خاک و محافظت از گیاهان در برابر آفات نیز کمک می‌کنند. ولی از آنجا که این باکتری‌ها به گرما و رطوبت حساسند، افزایش تولید و ارسال آنها به مزارع با چالش روبه‌روست.

مهندسان شیمی دانشگاه ام‌آی‌تی برای غلبه بر این مانع یک پوشش فلزی آلی ابداع کرده‌اند که از سلول‌های باکتریایی در برابر آسیب محافظت می‌کند؛ بدون اینکه مانع رشد یا عملکرد آنها شود. آنها در مطالعات خود دریافتند که این باکتری‌های پوشش داده شده سرعت جوانه‌زنی انواع دانه‌ها از جمله سبزیجاتی مانند ذرت و کلم بوک چوی یا کلم چینی را بهبود می‌بخشد. در نتیجه به راحتی می‌توان از آن به عنوان کود استفاده کرد.

محققان می‌گویند: می‌توانیم آنها را در برابر فرآیند خشک شدن محافظت کنیم و این کار را بسیار راحت‌تر و با هزینه کمتری انجام دهیم، زیرا آنها به جای مایع، پودر خشک شده‌اند. همچنین می‌توانند گرما را تا دمای ۵۵/۵ درجه سانتی‌گراد را تحمل کنند و در نتیجه کشاورزان مجبور نیستند از انبار سرد برای این میکروب‌ها استفاده کنند.

محافظت از میکروب‌ها

کودهای شیمیایی رایج با استفاده از فرآیندی پرمصرف به نام «هابر- بوش» تولید می‌شوند که از فشارهای بسیار بالا برای ترکیب نیتروژن هوا با هیدروژن برای تولید آمونیاک استفاده می‌کند.

علاوه بر ردپای کربن قابل توجه این فرآیند، یکی دیگر از اشکالات کودهای شیمیایی این است که استفاده طولانی‌مدت از آنها باعث کاهش مواد مغذی در خاک می‌شود. از این رو، برخی از کشاورزان برای کمک به احیای خاک به «کشاورزی احیا کننده» روی آورده‌اند که از استراتژی‌های مختلفی از جمله تناوب زراعی و کمپوست برای سالم نگه داشتن خاک استفاده می‌کند. پس می‌توان حدس زد که باکتری‌های تثبیت کننده نیتروژن -که گاز نیتروژن را به آمونیاک تبدیل می‌کنند- تا چه می‌توانند در این رویکرد کمک‌ کننده باشند.

برخی از کشاورزان مدت‌هاست که از «کودهای میکروبی» استفاده می‌کنند و آنها را از طریق تخمیرهای بزرگ قبل از استفاده در خاک پرورش می‌دهند. اما این روش معمولا برای کشاورزان مقرون به‌صرفه نیست. علاوه براین، در حال حاضر حمل این باکتری‌ها به مناطق روستایی گزینه مناسبی نیست، زیرا آنها در معرض گرما آسیب می‌بینند. آنها برای زنده ماندن در فرآیند خشک شدن انجمادی که برای حمل و نقل آسان انجام می‌شود، بسیار ظریف و شکننده هستند.

محققان دانشگاه ام‌آی‌تی برای محافظت از میکروب‌ها در برابر گرما و خشک شدن در انجماد، تصمیم گرفت پوششی به نام شبکه فلزی-فنول (MPN) را اعمال کند که قبلاً برای محصور کردن میکروب‌ها برای مصارف دیگر مانند محافظت از باکتری‌های درمانی تحویل داده شده به دستگاه گوارش ایجاد کرده بودند.

بیشتر بخوانید:

هوش مصنوعی چگونه آینده کشاورزی آسیا را به سمت پایداری می‌برد؟/ کشاورزی مبتنی بر داده در هند

این پوشش‌ها حاوی دو جزء هستند؛ یک فلز و یک ترکیب آلی به نام پلی ‌نول که می‌توانند خود به خود در یک پوسته محافظ جمع شوند. فلزات مورد استفاده برای پوشش‌ها، از جمله آهن، منگنز، آلومینیوم و روی، به عنوان افزودنی‌های غذایی ایمن در نظر گرفته می‌شوند. پلی‌فنول‌ها، که اغلب در گیاهان یافت می‌شوند، شامل مولکول‌هایی مانند تانن‌ها و سایر آنتی‌اکسیدان‌ها هستند. بسیاری از این پلی‌فنول‌ها از سوی سازمان غذا و داروی آمریکا ایمن طبقه‌بندی شده‌اند.

محققان MIT در مطالعات خود از یک باکتری به نام «Pseudomonas chlororaphis» استفاده کردند که یک باکتری تثبیت کننده نیتروژن است و از گیاهان در برابر قارچ‌های مضر و سایر آفات نیز محافظت می‌کند. آنها دریافتند که پوشش‌ها از باکتری‌ها در برابر دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد و همچنین از رطوبت نسبی تا ۴۸ درصد محافظت می‌کنند. این پوشش‌ها همچنین میکروب‌ها را در طول فرآیند خشک کردن انجمادی زنده نگه می‌دارند.

تقویت کننده دانه‌ها

محققان با استفاده از میکروب‌های پوشیده شده با موثرترین MPN یعنی ترکیبی از منگنز و پلی‌فنول به نام «اپی گالوکاتچین گالات» (EGCG) توانایی آنها را برای کمک به جوانه زدن بذرها در یک ظرف آزمایشگاهی آزمایش کردند. آنها میکروب‌های پوشش داده شده را قبل از قرار دادن در ظرف تا دمای ۵۰ درجه سانتی‌گراد گرم کردند و آنها را با میکروب‌های بدون پوشش تازه و میکروب‌های بدون پوشش خشک شده در انجماد مقایسه کردند.

محققان دریافتند که میکروب‌های پوشش داده شده سرعت جوانه زنی بذرها را تا ۱۵۰ درصد در مقایسه با بذرهایی که با میکروب‌های تازه و بدون پوشش تیمار شده بودند، بهبود بخشیدند. این نتیجه در چندین نوع مختلف دانه از جمله شوید، ذرت، تربچه و کلم بوک چوی ثابت بود.

انتهای پیام/