Как корни помогают коровьему гороху расти в сложных условиях

Коровий горох (вигна) — важная культура для многих регионов мира, особенно для Африки к югу от Сахары. Он устойчив и может расти в условиях малого количества осадков и на бедных почвах. Однако, несмотря на выносливость, урожайность вигны может снижаться из-за засухи и низкого уровня фосфора в почве.

В недавнем исследовании ученые определили характеристики корневой системы вигны, которые могут помочь растениям лучше расти в более сухих почвах с низким содержанием фосфора.

«Разработка сортов вигны, способных оптимально производить в стрессовых условиях, жизненно важна», — говорит Саба Мохаммед, ведущий автор исследования из Университета Ахмаду Белло в Зарии, Нигерия. «Эти устойчивые сорта могут помочь обеспечить продовольственную и питательную безопасность большего числа людей».

Исследование было опубликовано в журнале Crop Science.

Вигна является ключевым источником калорий для миллионов людей. Она богата белком и другими питательными веществами. Растения также имеют разнообразное применение: их можно использовать как корм для животных и зеленое удобрение.

Микробы в клубеньках на корнях вигны могут повышать плодородие почвы. Они делают атмосферный азот доступным для растений в почве — процесс, называемый азотфиксацией. Это может быть полезно для фермеров, которые не могут позволить себе азотные удобрения.

Большая часть производства вигны сосредоточена в полузасушливых регионах. Суровые условия окружающей среды и бедные почвы часто снижают урожайность. «Наша работа показала, что определенные характеристики корней повышают урожайность растений вигны в условиях засухи или низкого содержания фосфора в почве», — говорит Мохаммед.

Ключевые характеристики корней

К этим характеристикам относятся:

Например, растения вигны с более длинными и густыми корневыми волосками давали более высокий урожай в условиях низкого содержания фосфора. «Это говорит о том, что эти особенности корневых волосков играют решающую роль в получении фосфора из неоптимальных почв», — отмечает Мохаммед.

Адаптация корневой системы

Ученым давно известно, что корни являются ключевой частью адаптации растений к сложным условиям. «Корневая система — это половина всей системы растения, — говорит Мохаммед. — Однако ее относительно мало исследовали в поисках решений сельскохозяйственных проблем».

Корневые системы используют разные стратегии для извлечения ресурсов из почвы:

  • Растения с более глубокими корнями дают лучший урожай в условиях ограниченного количества воды.
  • Растения с мелкими корнями могут быть более приспособлены к почвам с неоптимальным содержанием питательных веществ, таких как фосфор, который часто концентрируется в верхнем слое почвы.

Для растений вигны, растущих в сухих и бедных питательными веществами почвах, корни должны уходить глубже и при этом широко и неглубоко распространяться. «Наше исследование показывает, что мы можем сосредоточиться на сортах вигны с более длинными стержневыми корнями для устойчивости к засухе и с большим количеством приповерхностных базальных корней для извлечения питательных веществ из почвы», — резюмирует Мохаммед.

Практическое применение

Изучение архитектуры корней зрелых растений может быть трудоемким процессом. Мохаммед отмечает, что фенотипирование корней на стадии проростка проще и экономичнее. Исследование показало, что изучение корней проростков вигны может помочь выявить полезные для сложных условий особенности корней у зрелых растений.

«Наша цель — использовать результаты исследования для выведения новых сортов вигны, — говорит Мохаммед. — Эти новые сорта будут оптимально производить в условиях ограниченного количества воды и низкого содержания фосфора в почве».

Новые сорта принесут огромную пользу мелким фермерам, которые не могут позволить себе фосфорные удобрения. Однако они также могут стать ценным ресурсом в системах с интенсивным орошением и использованием удобрений, помогая снизить производственные затраты и минимизировать загрязнение окружающей среды от чрезмерного использования удобрений.