Альтернатива фосфатным удобрениям: основа биоугля определяет реакцию растений

В течение нескольких лет биоуголь интенсивно изучается как альтернатива фосфатным удобрениям. Биоуголь — это рециклат, производимый пиролизом биомассы (сжиганием органического сырья без кислорода при 400–700°C). Основа биоугля может сильно различаться: отходы древесины, куриный помёт или листья.

Однако предыдущие исследования показали, что растения по-разному реагируют на биоуголь. Некоторые росли лучше, другие — как без удобрений, третьи даже получали отравление.

Междисциплинарная команда исследователей из KIT (Института наук о растениях им. Йозефа Готлиба Кёльройтера и Института технической химии) на примере рассады томатов обнаружила, что происхождение биомассы для биоугля критически важно для симбиоза с арбускулярными микоризными грибами (AM-грибами), живущими в почве.

Результаты экспериментов

В первом эксперименте изучали эффект биоугля из соломы пшеницы и куриного помёта. Биоуголь из помёта содержал в 9 раз больше фосфата, чем биоуголь из соломы. Фосфат — растворимая форма фосфора, связанного с кислородом, — необходим для роста растений.

«Как и ожидалось, рассада томатов, удобренная биоуглём из куриного помёта, росла быстро и прекрасно, — говорит профессор Наталия Рекена. — Очень много фосфата было доступно для прямого усвоения».

Во втором эксперименте исследователи колонизировали растения томатов AM-грибами. Эти микрогрибы живут в корнях 80% наземных растений уже более 400 миллионов лет. Они заселяют кору, поглощают фосфат и передают его растению. Взамен растение снабжает их сахаром и липидами.

Наблюдая за молекулами, учёные обнаружили, что богатый фосфатом биоуголь из куриного помёта нарушал этот симбиоз: молекулярный обмен почти не происходил. Биоуголь из соломы пшеницы действовал противоположно — между растением и микрогрибами развивался активный симбиоз.

«В долгосрочной перспективе растения, удобренные биоуглём из соломы пшеницы, более совместимы с другими микроорганизмами и лучше защищены от патогенов, — объясняет Рекена. — Мы не ожидали такого сложного молекулярного ответа растений».

Будущие исследования

Для подтверждения результатов команда использовала анализ экспрессии генов. Это сложный и дорогой метод, но он позволяет увидеть, что происходит в генах растения и какие маркеры активируются.

«Когда нам удастся расшифровать этот ответ, мы сможем в долгосрочной перспективе запрограммировать растения так, чтобы им требовалось меньше фосфата и, следовательно, меньше минеральных удобрений», — отмечает Рекена.