Научный взгляд: как сократить применение удобрений

В связи с ростом населения Земли и постоянной угрозой урожайности сельскохозяйственных культур из-за изменения климата ученые ищут способы содействия росту растений естественным и устойчивым способом.

Исследователи продемонстрировали новый способ стимулирования поглощения питательных веществ и роста растений, что позволит сократить потребность в удобрениях, которые могут попадать в водотоки или разлагаться микробами в почве, выбрасывая в атмосферу мощный парниковый газ — закись азота.

Бобовые (горох и фасоль) взаимодействуют с симбиотическими бактериями, которые «фиксируют» азот из воздуха и поставляют его в виде питательных веществ растению. Эти микроорганизмы обладают потенциалом, позволяющим растениям получать питательные вещества из почвы для ускорения роста или развития устойчивости к стрессам. Такие особенности делают бобовые культуры относительно независимыми от применения химических удобрений и обеспечивают устойчивый подход к производству продуктов питания в сельском хозяйстве. Бобовые культуры могут взаимодействовать со многими видами симбиотических бактерий, но результат этого взаимодействия зависит от способности бактерий фиксировать азот и типа почвы.

В ходе исследования ученые выявили влияние различной симбиотической эффективности не только на рост и питание растений, но и на другие микроорганизмы в почве, которые могут помочь повысить здоровье растений и почвы в качестве «биоудобрений». Исследование проводилось с использованием родственников гороха и фасоли, которые могут взаимодействовать с различными типами азотфиксирующих бактерий на различных видах почвы.

Используя различные штаммы бактерий, ученые измеряли молекулярные реакции растений и количество минералов в них. Также регистрировались бактериальные и грибные сообщества в почве, вокруг и внутри корня. Сочетание всех этих данных позволило понять влияние «симбиотической эффективности».

Исследование показало, что симбиоз с различными видами бактерий может изменить весь корневой микробиом, была показана способность азотфиксирующих бактерий устанавливать полезный для растений микробиом в зависимости от окружающей среды, определены штаммы микроорганизмов, которые в будущем могут стать полезными удобрениями, что будет способствовать сокращению использования химических удобрений и снижению их воздействия на окружающую среду.

Исследование играет роль для дальнейшего применения азотфиксирующих бактерий и обеспечения производства важных продовольственных бобовых культур, таких как фасоль и горох.

Повышения урожайности растений можно добиться путем контроля вредных организмов и борьбы с ними, используя средства защиты растений различного состава. Биологические средства защиты растений, такие как биопестициды, помогают справиться с микроорганизмами, при этом не наносят вред экологии. Во Всероссийском центре карантина растений Россельхознадзора (ФГБУ «ВНИИКР) разрабатываются эффективные средства борьбы с бактериальными и грибными болезнями, позволяющие сохранить и приумножить урожай экономически значимых культур.

Источник: Beatriz Lagunas et al, Rhizobial nitrogen fixation efficiency shapes endosphere bacterial communities and Medicago truncatula host growth, Microbiome (2023). DOI: 10.1186/s40168-023-01592-0