Как разные сорта томатов приспосабливаются к дефициту азота в почве, выяснили ученые УрФУ. Полученные сведения помогут российским аграриям повысить урожайность томатов в условиях ограниченного азотного питания. Результаты исследования опубликованы в журнале Nitrogen.
На сегодняшний день из-за высоких цен на удобрения большая часть сельскохозяйственных земель в России испытывает дефицит азота, сообщил доцент кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Александр Ермошин. Чтобы в таких условиях сохранялась возможность успешно выращивать сельхозпродукцию, российские исследователи ведут поиск устойчивых сортов растений, а также изучают их взаимосвязь с бактериальными сообществами.
Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) поставили перед собой задачу понять, как разные сорта томатов адаптируются к дефициту азота и какие механизмы адаптации они используют. Они изучили совокупность всех бактерий, которые живут в непосредственной близости от корней растений.
Также они исследовали взаимодействие томатов с бактериями азотного цикла, включая те, которые способны фиксировать азот из атмосферы. Дело в том, что в атмосфере около 78% азота по объему, но он напрямую недоступен для растений без участия микробов-помощников, среди которых встречаются как симбиотические, так и свободноживущие бактерии-азотфиксаторы.
«В условиях азотного дефицита ризобактерии, обладающие способностью к фиксации атмосферного азота, могут выступать в роли его альтернативного источника для растений, однако это энергозатратный процесс. Если растение фотосинтезирует и выделяет сахара в окружающую среду через корневую систему, то бактерии-азотфиксаторы могут их использовать как источник углерода и энергии для фиксации азота, переводя его в доступную для растений форму», — рассказала руководитель проекта, заведующая лабораторией «Восстановительной экологии» УрФУ Анна Бетехтина.
Исследователи установили, что у каждого сорта томата — своя специфика адаптации к недостатку азота в почве. Они отличаются потребностью в азоте и по-разному его накапливают в своей биомассе. Также удалось выяснить, какой из изученных сортов томата лучше всего адаптирован к дефициту азота.
Многие растения предпочитают формировать ассоциации с «местными», специфическими для них бактериями, отметила исполнитель проекта, заведующая лабораторией «Биотехнологии поддержания и восстановления компонентов природных и трансформированных биосистем» УрФУ Мария Малева.
«Мы обнаружили, что при внесении азота возрастает не только продуктивность растений, но также количество и разнообразие азотфиксирующих бактерий. Для их нормального роста и функционирования, в том числе для азотфиксации, нужен дополнительный источник азота. То есть, добавляя азотные удобрения в почву, мы таким образом подкармливаем не только растения, но и их бактериальных «партнеров», которые еще более эффективно фиксируют азот атмосферы», — рассказала она.
Результаты исследования помогут установить морфологические критерии, по которым можно будет понять, насколько хорошо те или иные растения будут адаптироваться к дефициту азота, заметила соавтор статьи, профессор кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Галина Борисова.
«Это позволит специалистам подобрать определенные сорта, к примеру, томатов для выращивания их в условиях малоплодородных почв и минимальные дозы азотных удобрений, позволяющие эффективно расти и развиваться не только растениям, но и их бактериальным «партнерам»», — пояснила она.
В будущем ученые планируют выделить ключевые азотфиксирующие культуры ризобактерий для оценки их функционирования в моделируемых и полевых условиях. Это позволит создать эффективные бактериальные препараты, снижающие зависимость сельскохозяйственных растений от азотных удобрений. Работа выполнена за счет гранта РНФ. Исследования в вузе проводятся при поддержке Минобрнауки России в рамках Десятилетия науки и технологий.