Открытие прокладывает путь к более устойчивым методам выращивания культур
Исследователи из Университета Рутгерса обнаружили, что азотфиксирующие бактерии, скрытые в клетках листьев, могут привести к более эффективным и устойчивым методам выращивания сельскохозяйственных культур.
Исследование, недавно опубликованное в журнале Biology, изучало, как бактерии в нефотосинтезирующих клетках листьев семенных растений могут естественным образом снабжать растения азотом. В настоящее время в почвы обычно вносятся неорганические азотные удобрения, такие как аммиак или нитраты, что повреждает почвы и вызывает сток азота, загрязняющий ручьи, реки и другие водоемы.
«Разработка новых сортов сельскохозяйственных культур или агротехнологий на основе восстановления и поддержки естественной азотфиксирующей эндосимбиотической системы может кардинально изменить способы выращивания культур», — сказал Джеймс Уайт, руководитель исследования и профессор биологии растений в Школе экологических и биологических наук (SEBS) Университета Рутгерса-Нью-Брансуик. «Это открытие принесет дивиденды в виде сохранения окружающей среды, восстановления сельскохозяйственных почв и смягчения глобального потепления за счет сокращения выбросов парниковых газов и деградации окружающей среды в результате стока удобрений».
До этого исследования общепринятым было мнение, что азотфиксирующие симбиозы ограничены корнями бобовых и нескольких других семейств растений, образующих клубеньки с азотфиксирующими бактериями. Однако, изучив более 30 видов семенных растений из 18 семейств однодольных и двудольных, исследователи обнаружили, что бактерии в клетках листьев могут обменивать азот на растительные сахара.
Это открытие показывает, как неокультуренные растения, такие как дикие или сорные растения, растут на неплодородных почвах без добавления азотных удобрений. Вместо этого растения получают азот из воздуха с помощью внутриклеточных бактерий, которые они поглощают из почв в свои клетки и переносят в семенах.
Наиболее эффективный из этих скрытых азотпереносящих эндосимбиозов наблюдался в железистых трихомах (также известных как волоски листьев) двудольных растений, таких как хмель (Humulus lupulus) и конопля (Cannabis sativa). Железистые трихомы содержат терпеноиды, каннабиноиды, эфирные масла или другие антиоксиданты, которые могут повышать эффективность эндосимбиотической фиксации азота, связывая или исключая кислород, который ингибирует этот процесс.
Уайт заявил, что расширение наших знаний о том, как растения извлекают азот из эндосимбиотических бактерий в листьях, может помочь производителям найти более эффективные и устойчивые способы удобрения культур.
«Это исследование показывает, что можно поддерживать азотфиксирующую активность эндосимбиотических бактерий в листьях путем селекции растений для сохранения естественного эндосимбиоза или путем применения микроорганизмов к рассаде для восстановления азотфиксирующего эндосимбиоза», — сказал он. «Мы надеемся, что это исследование откроет двери для разработки новых методов выращивания культур, которые будут более эффективными и устойчивыми, чем те, что практикуются в настоящее время».