Растения образуют союзы с микробами в почве, в которой они растут. Бобовые, например, выигрывают от симбиотических отношений с микробами, которые населяют клубеньки на их корнях и фиксируют атмосферный азот, чтобы сделать его доступным для стимулирования роста бобовых. Однако, то, что выглядит хорошо в лаборатории, не всегда срабатывает в реальных полевых условиях по причине ризобиального конфликта.
Команда ученых из Калифорнийского университета в Риверсайде работает над тем, как примирить почвенные ризобии между собой, так как методы устойчивого земледелия подразумевают сокращение внесения химических азотных удобрений и, согласно общепринятому мнению, часть азотной подкормки должны взять на себя почвенные азотфиксирующие бактерии.
«Сегодня очевиден тренд на отказ от методов загрязнения, таких как добавление в почву огромного количества химического азота. И понимание того, как эффективно доставлять полезные микробы целевому хозяину, является центральной задачей», - говорит профессор Джоэл Сакс, руководитель исследовательской группы.
Ученые поставили эксперименты, чтобы понять процесс конкуренции между почвенными микроорганизмами. Они использовали местное калифорнийское бобовое растение-дикорос с клубеньками Acmispon strigosus и набор из восьми совместимых азотфиксирующих бактериальных штаммов. Одни растения инокулировали каждым из восьми штаммов для проверки интенсивности инокуляции и пользы, другие - парами бактериальных штаммов для оценки конкурентоспособности каждого штамма и влияние на растения.
Исследователи обнаружили, что конкуренция между штаммами полезных бактерий в почве снижает качество услуг, которые бактерии оказывают своим хозяевам.
«Для понимания симбиоз, мы часто используем стерильные условия, когда один штамм бактерий инокулируется или вводится стерильному в других отношениях хозяину. В реальности в почве существует межштаммовая конкуренция, меняющая баланс сил. Конкуренция ризобий является давней проблемой устойчивого сельского хозяйства. Ризобии образуют корневые клубеньки на бобовых, внутри которых бактерии фиксируют азот для растения в обмен на углерод в результате фотосинтеза. Производители давно стремятся использовать ризобии для устойчивого удобрения основных бобовых культур, таких как соя, арахис, горох и стручковая фасоль. Итак, мы хотим, чтобы использование ризобий в качестве инокулянтов позволило минимизировать внесение химического азота. Увы, бывает так, что когда производители инокулируют свои культуры высококачественными ризобиями - штаммами, фиксирующими много азота, - эти «элитные» штаммы проигрывают местным ризобиям, которые уже находятся в почве и приносят мало пользы или вообще никакой пользы хозяевам», - рассказывает ученый.
В своих экспериментах Сакс и его коллеги использовали бактериальные штаммы, геномы которых они уже секвенировали. Они также охарактеризовали штаммы от очень полезных до неэффективных в фиксации азота. Исследователи секвенировали содержимое более 1100 клубеньков, каждый из которых был получен с растения, которое было инокулировано одной из 28 различных комбинаций штаммов.
Затем исследователи разработали математические модели, чтобы предсказать, какую пользу получат растения, инокулированные совместно, исходя из ожиданий от растений, которые были «клонально инфицированы» (заражены одним штаммом). Это позволило исследователям рассчитать дефицит роста, вызванный конкуренцией между штаммами.
«Наши модели показали, что совместно инокулированные растения получили гораздо меньшую пользу от симбиоза, чем можно было ожидать от клональных инфекций», - сказал Арафат Рахман, бывший аспирант лаборатории Сакса и первый автор исследовательской работы.
«Хотя полезные бактерии хорошо работают в лаборатории, они проигрывают в естественной среде. В конечном счете, мы хотим найти штамм бактерий или их набор, которые приносят максимальную пользу растению-хозяину и могут конкурировать с местными почвенным бактериями, уже живущими в почве», - добавил он.
«Важно помнить, что местные бактерии формируются в результате естественного отбора. Некоторые из них могут быть очень конкурентоспособными при проникновении в клубеньки для заражения растения, но не очень полезны для растения, и это может быть чертой, которая побеждает в природе. Если мы хотим использовать микробные сообщества для агрономических услуг, необходимо понять межштаммовую динамику в этих сообществах и наши возможности влиять на нее», - заключил Сакс.
(Источник: University of California – Riverside).
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.