生物学的硝化阻害（BNI）。温室環境下での熱帯フォレージグラスの中核的生殖系集団の表現型解析

Biological Nitrification Inhibition (BNI): Phenotyping of a Core Germplasm Collection of the Tropical Forage Grass Under Greenhouse Conditions.

• Daniel Villegas
• Ashly Arevalo
• Jonathan Nuñez
• Johanna Mazabel
• Guntur Subbarao
• Idupulapati Rao
• Jose De Vega
• Jacobo Arango

抄録

現代の集中的に管理された牧草地では、外部から大量の窒素（N）を投入しているため、硝酸塩（NO）の溶出や温室効果ガスである亜酸化窒素（NO）の排出という形で大量の窒素損失が発生している。有機化合物の滲出を介して土壌の窒素サイクルを形成する植物の自然な能力を利用することで、生産性に影響を与えることなく窒素を保持することが可能となる。本研究では、熱帯の重要な飼料作物であるギニアグリスの遺伝子組み換え119株を対象に、生物学的硝化阻害（BNI）、NO排出量、植物生産性の関係を推定した。この関係を、(i)土壌の硝化率、(ii)アンモニア酸化細菌（AOB）と古細菌（AOA）の豊富さ、(iii)根組織抽出物の硝化抑制能力としてのBNIを測定する温室実験で検証した。続いて、NO排出量、地上バイオマス、飼料栄養の品質パラメータを測定した。硝化率の低い株では，硝化率の高い株と比較して，AOBの量が少なく，NO排出量も減少していた。BNIの能力は植物のNの取り込みとは相関しておらず、このイネ科植物の異なるN源の利用には種内変動がある可能性が示唆された。さらなる圃場検証のために、コレクションの中で最も望ましい農学的および環境的形質を持つアクセプタンスのグループ（クラスター）を同定した。これらの結果は、土壌の硝化やNOの排出を抑制する能力と、それらの生産性や飼料の品質との関係を示す証拠となり、熱帯の家畜生産のためのN保存的な改良飼料用イネ科植物の開発への道を指し示している。

Modern intensively managed pastures that receive large external nitrogen (N) inputs account for high N losses in form of nitrate (NO) leaching and emissions of the potent greenhouse gas nitrous oxide (NO). The natural plant capacity to shape the soil N cycle through exudation of organic compounds can be exploited to favor N retention without affecting productivity. In this study, we estimated the relationship between biological nitrification inhibition (BNI), NO emissions and plant productivity for 119 germplasm accessions of Guineagrass (), an important tropical forage crop for livestock production. This relation was tested in a greenhouse experiment measuring BNI as (i) rates of soil nitrification; (ii) abundance of ammonia-oxidizing bacteria (AOB) and archaea (AOA); and (iii) the capacity of root tissue extracts to inhibit nitrification . We then measured NO emissions, aboveground biomass and forage nutrition quality parameters. Reductions on nitrification activity ranging between 30 and 70% were found across the germplasm collection of . Accessions with low nitrification rates showed a lower abundance of AOB as well as a reduction in NO emissions compared to accessions of high nitrification rates. The BNI capacity was not correlated to N uptake of plants, suggesting that there may be intraspecific variation in the exploitation of different N sources in this grass species. A group of accessions (cluster) with the most desirable agronomic and environmental traits among the collection was identified for further field validation. These results provide evidence of the ability of to suppress soil nitrification and NO emissions and their relationship with productivity and forage quality, pointing a way to develop N conservative improved forage grasses for tropical livestock production.

Copyright © 2020 Villegas, Arevalo, Nuñez, Mazabel, Subbarao, Rao, De Vega and Arango.