Как растения с кластерными корнями добывают фосфор из бедных почв
Ученые приблизились к пониманию того, как растения, произрастающие на почвах с крайне низким содержанием фосфора, получают этот важнейший элемент.
Профессор Ханс Ламберс из Университета Западной Австралии и его команда смоделировали работу кластерных корней растений семейства Proteaceae (например, Hakea и Banksia), чтобы раскрыть эту загадку.
Обычно растения решают проблему нехватки фосфора, образуя симбиоз с грибами и создавая микоризные структуры, которые увеличивают объем исследуемой почвы. Однако растения Proteaceae разработали альтернативную стратегию: у них формируются протеоидные, или кластерные корни, которые высвобождают карбоксилаты импульсами.
«Карбоксилаты — это отрицательно заряженные органические молекулы, которые обеспечивают успех растений с кластерными корнями, делая труднодоступный фосфор доступным для поглощения», — говорит профессор Ламберс.
Механизм работы:
- В почве карбоксилаты (также отрицательно заряженные) замещают молекулы фосфора, которые прочно связаны с частицами почвы.
- Эта стратегия работает только если концентрация карбоксилатов намного превышает концентрацию фосфора в почве.
- Карбоксилаты не выделяются медленно в течение жизни корня. Они накапливаются внутри кластеров, а затем высвобождаются очень быстро, всего за несколько дней.
Почему важен именно импульсный выброс?
- Медленное высвобождение в течение долгого времени «накормило» бы почвенные микроорганизмы и помешало обмену карбоксилатов на фосфор.
- Быстрый выброс за короткий период не дает микроорганизмам потребить большую часть карбоксилатов, позволяя им высвобождать фосфор.
- Кроме того, кластерные корни выделяют соединения, подавляющие микробную активность, защищая карбоксилаты.
Практическое значение:
- При выращивании Proteaceae их не следует удобрять, особенно фосфором, так как они идеально приспособлены добывать его самостоятельно.
- Понимание работы кластерных корней позволяет ученым селекционировать или выводить сельскохозяйственные культуры с наиболее эффективной стратегией для конкретных почв, поскольку не все кластерные корни функционируют одинаково (разная продолжительность жизни и скорость выделения карбоксилатов).