Выбор сорта пшеницы оказывает долгосрочное влияние на здоровье почвы и урожайность

Учёные, исследующие методы контроля болезни корней пшеницы, вызываемой почвенным грибом Gaeumannomyces tritici (возбудитель офиоболез, или «take-all»), обнаружили, что разные сорта пшеницы оказывают различное и долгосрочное влияние на здоровье почвы, в которой они выращиваются.

Исследователи из John Innes Centre (Норидж) и Rothamsted Research (Харпенден) изучали влияние выращивания восприимчивых сортов пшеницы с высоким и низким накоплением инфекционного начала офиоболез на состав бактериального сообщества почвы, связанного со второй культурой пшеницы. К их удивлению, влияние пшеницы, выращенной в первый год эксперимента, полностью перекрыло ожидаемое влияние культуры второго года.

Было установлено, что сорт пшеницы, выращенный в первый год, определяет состояние почвы. Процессы в почве, происходящие долгое время после уборки первой культуры, определяют здоровье корней и урожайность в последующий год.

«Мы знали, что растения и почвенные микробы взаимодействуют множеством способов, но не осознавали, какое именно влияние выращивание разных сортов одной и той же культуры может оказывать на сообщества микробов в почве. Мы надеемся продолжить эту работу и определить, как именно разные посевы пшеницы влияют на этих важных почвенных микробов», — сказал доктор Джейк Мэлоун из John Innes Centre.

Эти выводы указывают на новое руководство для фермеров: тщательно выбирать сорт пшеницы для первого года ротации, так как это определит здоровье почвы для второй пшеницы и может иметь долгосрочные последствия для урожайности в последующие годы.

Исследование, финансируемое Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC), использовало новый подход для анализа почвенных микробов, основанный на статистическом сравнении множества бактериальных геномов. Команда изучила распространённость и генетическую структуру важной почвенной бактерии Pseudomonas fluorescens. Разные штаммы этого микроба ответственны за стимуляцию роста растений и защиту культур от вредных заболеваний.

Как количество Pseudomonas в почве, так и природа присутствующих штаммов этого микроба сильно зависели от типа пшеницы, выращенной годом ранее.

• Выращивание пшеницы с высоким уровнем накопления гриба-возбудителя офиоболез привело к большей численности Pseudomonas и, по-видимому, отбирало бактерии с агрессивным подходом к другим микробам, уничтожавшим представителей другого почвенного бактериального вида, Streptomyces, в лабораторных экспериментах.
• В то же время выращивание культуры с низким накоплением инфекционного начала привело к тому, что в почве, поддерживающей вторую пшеницу, был более низкий общий уровень Pseudomonas, и отбирались бактериальные гены, отвечающие за утилизацию железа и манипулирование ростом растений.

Как и ожидалось, урожайность была выше после сорта с низким накоплением инфекционного начала офиоболез.

«Тот факт, что след от культуры предыдущего года влияет как на урожай, так и на структуру микробного сообщества в зоне корней в последующий год, увлекателен и открывает потенциал для захватывающего направления исследований по повышению защиты растений», — добавил доктор Тим Мохлайн из Rothamsted Research.

Команда намерена расширить исследования до пятилетнего периода, чтобы изучить, как развивается сообщество почвенных микробов и как присутствие гриба-возбудителя офиоболез и связанного с ним заболевания корней влияет на него. В конечном итоге это исследование может привести к новым подходам контроля корневых заболеваний в севооборотах путём выбора правильных растений для выращивания в нужное время для поддержания здоровой почвы и минимизации рисков вспышек болезней.

Для данного исследования, опубликованного при поддержке BBSRC и University of East Anglia, полевой эксперимент по ротации сортов пшеницы и данные по урожайности были получены на пахотной экспериментальной ферме Rothamsted Research в рамках основного проекта Wheat Genetic Improvement Network (WGIN), который поддерживается Department of the environment and rural affairs (Defra).