Микробы помогают высвободить фосфор для роста растений
Фосфор — необходимый питательный элемент для роста растений. Однако при внесении в составе химических удобрений он может сильно реагировать с минералами в почве, образуя комплексы с железом, алюминием и кальцием. Это «запирает» фосфор, делая его недоступным для растений.
Чтобы преодолеть это, фермеры часто вносят избыток удобрений, что приводит к накоплению фосфора в почвах. Применение таких удобрений, содержащих и другие химические вещества, также вызывает вредный сток, загрязняющий водные экосистемы.
Исследовательская группа под руководством Вашингтонского университета и Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории показала, что микробы, взятые у деревьев, растущих у чистых горных ручьев в Западном Вашингтоне, могут сделать фосфор, связанный в почвах, более доступным для сельскохозяйственных культур. Результаты опубликованы в октябре в журнале Frontiers in Plant Science.
Эндофиты — бактерии или грибы, живущие внутри растения часть жизненного цикла — можно считать «пробиотиками» для растений, говорит старший автор Шэрон Доути, профессор Школы экологических и лесных наук UW. Её лаборатория ранее показала, что микробы помогают растениям выживать и процветать в бедных питательными веществами средах.
В новом исследовании Доути и коллеги обнаружили, что эндофитные микробы, выделенные из дикорастущих растений, помогли высвободить ценный фосфор из окружающей среды, разрушая химические комплексы, которые делали фосфор недоступным.
«Мы используем естественное партнерство растений и микробов. Это может стать инструментом для развития сельского хозяйства, поскольку обеспечивает этот важный питательный элемент без вреда для окружающей среды», — говорит Доути.
Исследователь Эндрю Шер и студент Джексон Холл в лабораторных экспериментах показали, что микробы могут растворять фосфатные комплексы. Тополя, инокулированные бактериями в лаборатории Доути, были отправлены сотруднику Тамашу Варге, материаловеду из Лаборатории экологических молекулярных наук в Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории. Там с помощью передовых методов визуализации было получено чёткое доказательство, что фосфор, высвобожденный микробами, действительно попадает в корни растения.
Визуализация также показала, что фосфор связывается в минеральные комплексы уже внутри растения. Эндофиты, живущие внутри растений, находятся в уникальном положении, чтобы повторно растворять эти комплексы, потенциально поддерживая поставку этого важного питательного вещества.
Хотя предыдущие работы лаборатории Доути показали, что эндофиты могут снабжать растения азотом из воздуха, прямых доказательств использования растениями фосфора, растворенного эндофитами, ранее не было.
Бактерии для экспериментов были взяты из диких тополей, растущих вдоль реки Сноквалми в Западном Вашингтоне. В этой естественной среде тополя процветают на каменистых берегах, несмотря на низкую доступность питательных веществ, таких как фосфор. Микробы помогают этим деревьям захватывать и использовать необходимые для роста питательные вещества.
Эти выводы можно применить к сельскохозяйственным культурам, которые часто растут на избытке «наследственного» фосфора, накопленного в почве за годы внесения удобрений. Микробы можно вносить в почву среди молодых растений или в качестве покрытия семян, помогая высвобождать связанный фосфор и делая его доступным для роста растений. Сокращение использования удобрений и применение эндофитов открывает путь к более устойчивому производству продуктов питания.
«Это то, что можно легко масштабировать и использовать в сельском хозяйстве», — говорит Доути.
UW уже лицензировал штаммы эндофитов, использованные в этом исследовании, компании Intrinsyx Bio из Калифорнии, которая работает над коммерциализацией коллекции эндофитных микробов. Прямые доказательства поглощения фосфора, стимулированного эндофитами, полученные в исследовании Доути и Варги, являются «переломным моментом для наших исследований сельскохозяйственных культур», — сказал Джон Фриман, главный научный сотрудник Intrinsyx Bio.