Выращивание зерновых культур с меньшим количеством удобрений

Исследователи из Калифорнийского университета в Дэвисе нашли способ сократить количество азотных удобрений, необходимых для выращивания зерновых культур. Это открытие может ежегодно экономить фермерам США миллиарды долларов на удобрениях, а также принести пользу окружающей среде.

Исследование вышло из лаборатории Эдуардо Блумвальда, выдающегося профессора наук о растениях, который обнаружил новый путь для зерновых культур, позволяющий им усваивать необходимый для роста азот.

Открытие также может помочь окружающей среде, сократив загрязнение азотом, которое приводит к загрязнению водных ресурсов, увеличению выбросов парниковых газов и проблемам со здоровьем человека. Исследование опубликовано в журнале Plant Biotechnology.

Азот является ключевым элементом для роста растений, и сельское хозяйство зависит от химических удобрений для повышения продуктивности. Но большая часть внесённого азота теряется, вымываясь в почвы и грунтовые воды. Исследование Блумвальда может создать устойчивую альтернативу.

"Азотные удобрения очень и очень дороги", — сказал Блумвальд. "Всё, что можно сделать для устранения этих затрат, важно. Проблема в деньгах с одной стороны, но есть и вредное воздействие азота на окружающую среду".

Новый путь к естественному удобрению

Исследование Блумвальда сосредоточено на увеличении преобразования азота из воздуха в аммоний почвенными бактериями — процесс, известный как фиксация азота.

Бобовые культуры, такие как арахис и соя, имеют корневые клубеньки, которые могут использовать азотфиксирующие бактерии для снабжения растений аммонием. Зерновые культуры, такие как рис и пшеница, не обладают этой способностью и должны полагаться на поглощение неорганического азота, такого как аммиак и нитраты, из удобрений в почве.

"Если растение может производить химические вещества, заставляющие почвенные бактерии фиксировать атмосферный азот, мы можем модифицировать растения для производства большего количества этих химикатов", — сказал Блумвальд. "Эти химические вещества будут стимулировать бактериальную фиксацию азота в почве, и растения будут использовать образовавшийся аммоний, сокращая количество используемых удобрений".

Команда Блумвальда использовала химический скрининг и геномику для идентификации соединений в растениях риса, которые усиливали азотфиксирующую активность бактерий.

Затем они определили пути, генерирующие эти химические вещества, и использовали технологию редактирования генов для увеличения производства соединений, стимулирующих образование биоплёнок. Эти биоплёнки содержат бактерии, которые усиливают конверсию азота. В результате азотфиксирующая активность бактерий увеличилась, как и количество аммония в почве для растений.

"Растения — невероятные химические фабрики", — сказал он. "Это может обеспечить устойчивую альтернативную сельскохозяйственную практику, которая сократит использование избыточных азотных удобрений".

Этот путь также может быть использован другими растениями. Патентная заявка на эту технологию подана Калифорнийским университетом и находится на рассмотрении.

В исследовательской работе приняли участие Давэй Янь, Хироми Таджима, Ховард-Яна Шапиро, Ридмонд Фонг и Хавьер Оттавиани из UC Davis, а также Лорен Клайн из Bayer Crop Science. Оттавиани также является научным сотрудником Mars Edge.