Ученые: фиксация азота сельхозкультурами происходит не только на корнях растений
Исследователи из Ратгерского университета (США) обнаружили, что азотфиксирующие бактерии, скрытые в клетках листьев, могут привести к более эффективным и устойчивым методам выращивания сельскохозяйственных культур.
В исследовании, недавно опубликованном в журнале Biology, изучалось, как бактерии в нефотосинтезирующих клетках листьев семенных растений могут естественным образом обеспечивать растения азотом. В настоящее время неорганические азотные удобрения, такие как аммиак или нитраты, обычно вносятся в почву, повреждая ее и вызывая стоки азота, загрязняющие ручьи, реки и другие водоемы.
Разработка новых сортов селохокультур или агротехнологий, основанных на восстановлении и поддержке эндосимбиоза, фиксирующего азот, может кардинально изменить методы выращивания. Это открытие принесет дивиденды в сохранении окружающей среды, восстановлении почв и снижении глобального потепления за счет сокращения выбросов парниковых газов и деградации окружающей среды в результате стока удобрений сельхозкультур, отметил Джеймс Уайт, руководитель исследования и профессор биологии растений в Школе экологических и биологических наук (SEBS) Ратгерского университета.
До этого исследования было принято считать, что азотфиксирующие симбиозы ограничиваются корнями бобовых и некоторых других семейств растений, которые образуют корневые узелки, содержащие азотфиксирующие бактерии. Но, изучив более 30 видов семенных растений из 18 семейств однодольных и двудольных, исследователи обнаружили, что бактерии в клетках листьев могут обменивать азот на растительные сахара.
Это открытие показывает, как неодомашненные растения (дикие или сорные), растут в неплодородных почвах без добавления азотных удобрений. Вместо этого растения собирают азот из воздуха с помощью внутриклеточных бактерий, которые они поглощают в свои клетки из почвы и переносят в семенах.
Самый эффективный из этих эндосимбиозов с переносом азота был обнаружен в железистых трихомах (также известных как волоски листьев) двудольных растений, таких как хмель (Humulus lupulus) и конопля (Cannabis sativa). В железистых трихомах содержатся терпеноиды, каннабиноиды, эфирные масла или другие антиоксиданты, которые могут повышать эффективность эндосимбиотической фиксации азота путем сжигания или исключения кислорода, препятствующего фиксации азота.
Расширение знаний о том, как растения извлекают азот из эндосимбиотических бактерий в листьях, может помочь растениеводам найти более эффективные и устойчивые способы удобрения сельскохозяйственных культур.
Исследование показывает, что можно поддерживать азотфиксирующую деятельность эндосимбиотических бактерий в листьях путем селекции растений для сохранения родного эндосимбиоза или путем внесения микробов в рассаду растений для восстановления эндосимбиоза азотфиксации. Ученые надеются, что это исследование откроет двери для разработки новых методов выращивания сельскохозяйственных культур, которые будут более эффективными и устойчивыми, чем те, что практикуются в настоящее время.