Учёные выяснили, что органический азот играет ключевую роль в росте растений

Исследователи под руководством RIKEN BioResource Science Center (Япония) с помощью мультиомиксного подхода проанализировали сельскохозяйственную систему и оцифровали сложные взаимодействия между растениями, микробами и почвой. Ключевым неожиданным открытием стало то, что органический азот играет важную роль в стимулировании роста растений. Исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, может способствовать переходу к более устойчивому сельскому хозяйству.

Контекст и проблема

С XIX века известно, что растениям для роста необходим азот. Однако широкое использование неорганических азотных удобрений (ставшее возможным благодаря процессу Габера–Боша) привело к загрязнению вод. В качестве альтернативы исследуется метод соляризации почвы (покрытие поля пластиковыми листами для нагрева солнцем), который подавляет сорняки и паразитов, но его механизм до конца не ясен.

Эксперимент и методы

На поле, где выращивали японский шпинатную горчицу (Brassica rapa Var. perviridis), создали участки:

  • С соляризацией и без соляризации.
  • На каждом вносили либо компост, либо химические удобрения.

Для анализа использовали мультиомикс:

Результаты

  1. Рост: На соляризованных участках было меньше сорняков, а биомасса побегов растений увеличилась.
  2. Питание: Характеристики самих растений (содержание сахара, форма листьев) не отличались, что указало на разницу в питании почвы.
  3. Неожиданность: Концентрация неорганического азота в почве на соляризованных и обычных участках была одинаковой.
  4. Ключевое открытие: Сетевой анализ оцифрованных данных показал, что рост, вероятно, стимулируют источники органического азота (например, аминокислоты). Также обнаружились различия в бактериях ризосферы, которые важны для доступности азота растениям.

Дальнейшие тесты

  1. Растения выращивали в стерильной среде – рост сохранялся. Это означает, что растения могут прямо усваивать органический азот, а не только через микробов.
  2. Некоторые формы органического азота (холин и аланин) стимулировали рост даже при очень низких концентрациях, что указывает на их роль как биологически активных соединений.

Значение и перспективы

По словам ведущего автора Ясунори Ичихаши, оцифровка агроэкосистем с помощью мультиомикса – мощный инструмент для повышения урожайности. Полученные данные противоречат долгое время доминировавшему убеждению, что для роста растений важны только минеральные вещества, и показывают, что органический азот также вносит вклад в питание растений. Это открывает путь к сокращению использования химических удобрений и достижению Целей устойчивого развития.