Снижение зависимости от азотных удобрений с биологической фиксацией азота
banner
banner
banner
banner

Снижение зависимости от азотных удобрений с биологической фиксацией азота

7
Reducing reliance on nitrogen fertilizers with biological nitrogen fixation

Урожайность сельскохозяйственных культур значительно увеличилась за последние десятилетия, что связано с увеличением использования азотных удобрений. Хотя азотные удобрения способствуют росту сельскохозяйственных культур, они оказывают негативное влияние на окружающую среду и климат, поскольку для их производства требуется большое количество энергии. Многие ученые ищут способы разработки более устойчивых методов, которые поддерживают высокие урожаи при меньших затратах.

“Более устойчивый способ обеспечить азот для сельскохозяйственных культур – использование биологической фиксации азота, эта практика хорошо разработана для бобовых культур », – говорит патолог Гари Стейси из Университета Миссури. «Различные разновидности азотфиксирующих бактерий распространены в ризосфере большинства растений. Однако такие бактерии, способствующие росту растений (PGPB), имеют ограниченное применение в качестве инокулянтов в сельском хозяйстве».

Стейси и его колледж считают, что это ограниченное использование связано с общими проблемами, связанными с использованием биопрепаратов для выращивания сельскохозяйственных культур и различной эффективностью при применении. Они провели исследование, чтобы лучше понять метаболический ответ растения-хозяина, чтобы уменьшить изменчивость, наблюдаемую в ответе культур на PGPB.

«Одна из проблем нашего исследования заключается в том, что, хотя PGPB может колонизировать корни до высоких уровней, места колонизации могут быть сильно локализованы», – сказал Стейси. «Следовательно, выделение целых корней приводит к значительному разбавлению любого сигнала из-за того, что подавляющее большинство корневых клеток не контактирует с бактериями».

Чтобы решить эту проблему, Стейси и его команда использовали масс-спектрометрию с лазерной абляционной электрораспылительной ионизацией (LAESI-MS), которая позволила им отбирать только те участки, зараженные бактериями, которые они могли локализовать из-за на экспрессию зеленого флуоресцентного белка.

Их результаты показали, что бактериальная колонизация приводит к значительным сдвигам в метаболизме растений, с некоторыми метаболитами, значительно более многочисленными в инокулированных растениях, а другие, включая метаболиты, указывающие на азот, были уменьшены в корнях, не инокулированных или инокулированных бактериальным штаммом, неспособным связывать азот.

“Интересно, что соединения, участвующие в биосинтезе индол-алкалоидов, были более распространены в корнях, колонизированных фиксированным штаммом, возможно, отражая пл ответ защиты муравья, “сказала Стейси. «В конечном счете, с помощью таких исследований мы надеемся определить молекулярные механизмы, с помощью которых PGPB стимулирует рост растений, с тем чтобы разработать эффективные и последовательные протоколы инокуляции для улучшения урожайности».

Лаборатория Стейси давно интересуется биологической фиксацией азота и взаимодействием растений и микробов в целом. С момента открытия биологической азотфиксации (BNF), лаборатория ставила перед собой цель донести преимущества BNF до не бобовых культур, таких как кукуруза. PGPB обладают такой способностью в природе, но она не была адекватно отражена для практического сельскохозяйственного производства.

«Мы считаем, что в отличие от других лучше изученных взаимодействий, таких как ризобий-бобовые, это связано с общим отсутствием информации о молекулярных механизмах, с помощью которых PGPB стимулирует рост растений. Следовательно, мы предприняли в наших лабораторных проектах, которые стремятся обеспечить это информация в убеждении, что такая информация повысит эффективность инокулянтов PGPG с чистым эффектом для увеличения их использования для производства сельскохозяйственных культур. “

Стейси и его команда были очень удивлены, обнаружив, что они не увидели значительного влияния на выработку фитогормонов, которое тесно коррелировало со способностью PGPB усиливать рост растений. Это говорит о том, что PGPB влияет на метаболизм растений в большей степени, чем предполагалось ранее, указывая, возможно, на более сложные объяснения того, как эти бактерии влияют на рост растений.


0
Article Tags:

Оставьте комментарий

Интересное на сайте