Биологи Уральского федерального университета выяснили, как бактерии помогают растениям усваивать жизненно необходимый для них азот, в том числе из атмосферы. Для этого они провели эксперименты на двудольных (томаты, подсолнечник, рапс) и однодольных (пшеница, лук, чеснок) видах. Результаты опытов на томатах исследователи опубликовали в журнале Nitrogen.
«Сейчас большая часть сельскохозяйственных почв испытывает острый азотный дефицит. Поэтому целью нашего исследования было понять, как выращивать культурные растения в таких неблагоприятных условиях и выявить наиболее устойчивые виды и сорта. Для этого мы изучили механизмы, которые помогают растениям адаптироваться к дефициту азота на уровне разных органов: надземной биомассы, корневой системы, а также внутрикорневого строения. Кроме того, мы изучили ризобактериом этих растений, то есть совокупность всех бактерий, которые обитают в непосредственной близости от их корней, и выделили тех, кто непосредственно участвует в азотном цикле», — рассказала заведующая лабораторией биотехнологии поддержания и восстановления компонентов природных и трансформированных биосистем УрФУ Мария Малева.
В атмосфере содержится 78 % азота по объему, однако он не доступен для растений, добавляют ученые. Чтобы его использовать, как поясняют биологи, растения «привлекают» различных микробов-помощников, в том числе азотфиксирующих ризобактерий.
«Ризобактерии, способные фиксировать атмосферный азот, могут также обеспечивать им растения, однако это энергозатратный процесс. В свою очередь растения снабжают бактерии сахарами, образующимися в процессе фотосинтеза. Эти сахара бактерии могут использовать как источник углерода и энергии для фиксации азота, переводя его в доступную для растений форму. Таким образом, добавляя азотные удобрения в почву, мы подкармливаем не только растения, но и их бактериальных “партнеров”, которые при этом еще эффективнее осуществляют процесс азотфиксации», — отметила профессор кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Галина Борисова.
У каждого сорта томата своя специфика адаптации к ограниченному азотному питанию: они отличаются потребностью в азоте и по-разному его накапливают в биомассе, добавляют биологи.
«Мы изучили низкорослые сорта томатов, которые можно выращивать в комнатных условиях, – это “Балконное чудо”, “Комнатный Сибиряк” и “Вороний глаз”. Последние два сорта достаточно неплохо накапливали азот в неблагоприятных условиях, и добавление даже небольшого количества азотного удобрения увеличивало разнообразие и количество азотфиксирующих микроорганизмов в их прикорневой системе», — заключает руководитель проекта, заведующая лабораторией восстановительной экологии УрФУ Анна Бетехтина.
Отметим, работу биологов поддержал Российский научный фонд (проект № 24-26-00248). Исследования в вузе проводятся при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.
Каким еще направлением работы занимаются биологи УрФУ, биотехнолог Александр Ермошин рассказал в видео проекта «Формула эволюции», посвященного селекции растений.