Нитрификация, денитрификация и биологическое ингибирование нитрификации находятся в фокусе внимания многолетнего эксперимента селекционеров.
Хотя производители сельскохозяйственной продукции применяют азотные удобрения для обеспечения своих культур питательными веществами, азот не всегда может сохраняться в почве, и это питательное вещество теряется в атмосфере или в воде в виде нитратов и закиси азота.
Исследовательская группа Техасского университета A&M AgriLife работает над поиском сортов сельскохозяйственных культур, начиная с сорго, которые позволят свести к минимуму утечку азота, тем самым снижая затраты фермеров на производство и выбросы парниковых газов в атмосферу, пишет Кей Ледбеттер в релизе университета.
Руководит проектом Нитья Раджан, доктор философии, недавно назначенная директором Центра управления парниковыми газами в сельском и лесном хозяйстве. Раджан - физиолог сельскохозяйственных культур AgriLife Research и профессор агрономии и агроэкологии в Техасском колледже сельского хозяйства и естественных наук A&M, кафедра почвоведения и растениеводства .
Пять лет назад Раджан инициировала исследование «Инновационные системы производства на основе сорго с биологическим свойством ингибирования нитрификации для повышения устойчивости агроэкосистем», финансируемое Инициативой по исследованиям в области сельского хозяйства и продовольствия - программой фундаментальных и прикладных наук Национального института продовольствия и сельского хозяйства Министерства сельского хозяйства США (USDA-NIFA).
Теперь она и ее команда добились многообещающих результатов в разработке признака, полезного для растения, производителя и планеты.
«Базовый признак BNI подавит нитрификацию — микробный процесс, который преобразует аммоний, полученный из удобрений в почве, в нитрат и не позволит ему уйти в виде нитратов в воду или закиси азота в качестве парникового газа. Нитрификация и последующая денитрификация способствуют потере азота с сельскохозяйственных полей и во многом являются основной причиной низкой эффективности использования азота большинством полевых культур и выбросов закиси азота очень мощного парникового газа», - поясняет исследователь.
В современных методах ведения сельского хозяйства производителям приходится доплачивать за удобрения с ингибитором нитрификации, чтобы внесенные удобрения сохранялись на месте.
Однако известно, что некоторые растения могут подавлять нитрификацию, выделяя ингибиторы из своих корней, свойство, известное как биологическое ингибирование нитрификации (biological nitrification inhibition – BNI).
Свойство BNI помогает удерживать азот в почве в течение более длительных периодов времени, чтобы облегчить его усвоение культурами и сократить потери азота в виде закиси азота, основного парникового газа, выделяемого в основном из пахотных земель.
Раджан и Сакико Окумото, доктор философии, физиолог растений из исследовательского центра AgriLife Research и доцент кафедры почвоведения и растениеводства, провели скрининг генотипов сорго, полученных в ходе программы селекции сорго под руководством Билла Руни, доктора философии, селекционера сорго из исследовательского центра AgriLife Research, профессора и заведующего кафедрой селекции растений и международного улучшения сельскохозяйственных культур Borlaug-Monsanto.
Те растения, у которых есть признак BNI, прошли трехлетние полевые испытания, чтобы подтвердить снижение потерь азота в виде нитрата и закиси азота.
«Это новая исследовательская инициатива Texas A&M AgriLife Research, и мы находимся на переднем крае разработки климатически-умных культур с этой характеристикой. Наши полевые данные показывают существенное сокращение выбросов парниковых газов. Мы считаем, что можем разработать климатически-умные сорта сорго для повышения эффективности использования удобрений и сокращения выбросов закиси азота», - рассказала Раджан.
«Мы смогли выявить конкретные комбинации генов, ответственных за признак BNI, и построили модель для прогнозирования и отбора линий, которые, по нашему мнению, будут хорошими, благодаря поддержке USDA-NIFA, а также программам грантов, в том числе, от Совета производителей сорго Техаса. Теперь у нас есть четкий путь для внедрения и использования этой модели в программе селекции», - рассказала Окумото.
Сакико Окумото, доктор философии, специалист по физиологии растений и доцент кафедры почвоведения и растениеводства Техасского института A&M AgriLife, собирает образцы тканей листьев сорго для анализа азота. Автор фото: Нитья Раджан/Техасский институт A&M AgriLife.
«BNI - это наследуемый признак. В нашем текущем пуле зародышевой плазмы наблюдается существенная изменчивость этого признака, и мы можем значительно его улучшить. Важно будет гарантировать, что урожайность не пострадает. Мы планируем провести обширные полевые испытания во всех основных регионах выращивания сорго, чтобы разработать лучшие методы управления, которые подскажут фермеру, насколько он может снизить норму внесения удобрений, не страдая от снижения урожайности», - отметил Руни.
Текущие данные команды указывают на то, что активность ингибиторов нитрификации, по-видимому, избирательно воздействует на популяции нитрифицирующих микроорганизмов и оказывает минимальное влияние на микробиомы почвы в целом. Санджай Энтони-Бабу, доцент и почвенный микробиолог из AgriLife Research, изучает влияние BNI на различные почвенные микроорганизмы. Это исследование имеет жизненно важное значение для обеспечения здоровья почвы, связанного с тем, чтобы микробное разнообразие не подвергалось отрицательному воздействию BNI.
Помимо зернового и кормового сорго, биоэнергетическое сорго является целевой культурой, которая должна включать признак BNI, подчеркнул Руни: «Биоэнергетическое сорго - это особый вид сорго, который растет в течение длительного сезона и не дает зерна, что обеспечивает большую устойчивость к засухе и более высокий выход целлюлозной биомассы. Как и в случае с зерновым и кормовым сорго, внедрение признака BNI должно сократить количество азотных удобрений, необходимых для производства, а также повысить эффективность использования вносимого азота».
Конечная цель ученых - вывести сорго, не оказывающее влияния на климат, которое не только снизит расходы на удобрения, но и может способствовать уменьшению воздействия на окружающую среду. Климатически не оказывающее влияние культуры имеют потенциал для фермера получить кредит за эти методы, а также приносят пользу окружающей среде.
«Азот необходим для производства продуктов питания, но его использование также может вызывать проблемы. Разработка климатически-умных сортов сельскохозяйственных культур - это отличное решение, поскольку так может предотвратить значительную утечку азота через воду или в виде парникового газа», заключила Нитья Раджан.
Источник: agrilifetoday.tamu.edu. Автор: Кей Ледбеттер.
На заглавном фото вы видите, что на поле сорго установлена почвенная камера для сбора практически непрерывных измерений парниковых газов. Автор фото: Нитья Раджан/Texas A&M AgriLife.
Интересна тема? Подпишитесь на наши новости в ДЗЕН | Канал в Telegram | Группа Вконтакте | Дзен.новости.