Ученые Уральского федерального университета провели уникальные исследования, посвященные тому, как бактерии помогают растениям получать крайне необходимый для их роста азот. Эксперименты охватили как двудольные (такие как томаты, подсолнечник и рапс), так и однодольные культуры (пшеница, лук, чеснок). Итоги и новые открытия особенно подробно были рассмотрены на примере томатов и опубликованы в престижном международном издании Nitrogen.
Зачем растениям бактерии?
Специалисты отмечают, что современное сельское хозяйство все чаще сталкивается с дефицитом азота в почвах — одного из основных элементов питания. Это делает особенно актуальными поиски эффективных способов поддержки растений в подобных условиях. «Перед нами стояла задача выяснить, какие именно физиологические и биохимические механизмы обеспечивают адаптацию растений при нехватке азота, а также определить наиболее устойчивые сорта», — объясняет заведующая лабораторией биотехнологии природных и трансформированных биосистем Мария Малева.
Группа ученых уделила особое внимание изучению ризобактерий — сложного сообщества микроорганизмов в прикорневой зоне, которое активно участвует в преобразовании азота и его поступлении к растениям. Это исследование позволило выявить наиболее эффективные биологические механизмы адаптации.
Как бактерии «добывают» азот для растений
Азот — главный строительный элемент растений, однако подавляющее большинство его находится в атмосфере (78%), где он недоступен для усвоения напрямую. Благодаря симбиозу с определёнными бактериями, растения получают возможность использовать этот недоступный ресурс. Ризобактерии, обладающие способностью фиксировать атмосферный азот, передают его в усваиваемую форму, поддерживая растения как в естественных, так и в искусственно обогащённых почвах.
Биологическую взаимосвязь профессор факультета экспериментальной биологии и биотехнологий Галина Борисова объясняет следующим образом: «Растения, производя в ходе фотосинтеза сахара, не только обеспечивают себя энергией, но и делятся этими углеводами с бактериями. В ответ микроорганизмы усваивают атмосферный азот, превращая его в доступную форму». В результате этой гармоничной связи оба участника симбиоза развиваются гораздо эффективнее.
Интересен тот факт, что внесение азотных удобрений способствует не только поддержанию самих растений, но также стимулирует активность и размножение азотфиксирующих бактерий, делая процесс усвоения питательных веществ еще интенсивнее.
Томаты — лабораторный полигон для открытия новых сортов
В ходе экспериментов ученые сконцентрировались на низкорослых сортах томатов, которые можно культивировать прямо в домашних или лабораторных условиях. В частности, для исследования были выбраны сорта «Балконное чудо», «Комнатный Сибиряк» и «Вороний глаз». Было установлено, что последние два сорта проявили наибольшую устойчивость к недостаточному азотному обеспечению: даже при минимальном внесении удобрений отмечалось заметное увеличение разнообразия и численности полезной микрофлоры у корней.
Руководитель проекта Анна Бетехтина отмечает, что обнаруженные особенности свидетельствуют о перспективности селекции подобных сортов для аграриев: такие томаты смогут лучше чувствовать себя на истощённых почвах, обеспечивая хозяев стабильным урожаем даже при минимальных затратах.
Значение работы для современных агротехнологий
Исследование подтверждает: правильное взаимодействие между растениями и их микробиотой может стать ключом к развитию экологичных технологий земледелия. В будущем это поможет оптимизировать использование удобрений, сэкономить ресурсы и минимизировать воздействие на окружающую среду, что чрезвычайно важно для дальнейшего развития сельского хозяйства.
Поддержка перспективных научных инициатив осуществляется благодаря участию Российского научного фонда и дополнительному финансированию Министерства науки и высшего образования Российской Федерации. Эти проекты соответствуют курсу Десятилетия науки и технологий, призванному стимулировать внедрение передовых разработок в агротехнологии.
Вклад биологов УрФУ для устойчивого будущего
Проект под руководством Марии Малевой, Галины Борисовой и Анны Бетехтиной демонстрирует, как научные разработки могут становиться основой для гарантированной продовольственной безопасности и поддержки сельскохозяйственной отрасли. Данные результаты не только расширяют фундаментальные знания о роли микробиоты, но и подчеркивают важность синергии между наукой, инновациями и практикой в управлении сельским хозяйством.
Информация предоставлена пресс-службой Научных коммуникаций УрФУ.
Источник: scientificrussia.ru
