Как южноамериканское дерево приспособилось к вулканическим почвам

Почвы юга Южной Америки, включая Патагонию, часто подвергаются нарушениям из-за извержений вулканов, землетрясений, оползней и эрозии. Молодые почвы региона могут содержать много фосфора (P), но он прочно связан с почвой и малодоступен для растений.

Учёные выявили механизм, позволяющий местному виду деревьев получать этот лимитирующий элемент. Чилийский огненный куст (Embothrium coccineum, семейство Proteaceae) может играть важную роль в лесовосстановлении Патагонии, так как в дикой природе заселяет сильно нарушенные земли.

Виды семейства Proteaceae известны адаптацией корневой структуры — пучковатыми корнями (cluster roots), которые увеличивают усвоение фосфора из бедных почв. Большая площадь поверхности таких корней усиливает выделение органических кислот и фосфатаз, что помогает растениям получать фосфор из недоступных форм в почве.

Эколог Фрида Пайпер из исследовательского центра CIEP (Чили) провела полевой эксперимент, чтобы понять роль пучковатых корней E. coccineum в естественных условиях. В 2010–2013 гг. на четырёх участках в регионе Айсен были собраны мелкие и крупные сеянцы и образцы почвы. Изучались количество и биомасса пучковатых корней, размер растений и уровень фосфора в листьях. В почве анализировали pH, общий азот (N), доступный фосфор и органическое вещество.

Ключевые выводы:

• В отличие от предыдущих исследований Proteaceae в Австралии и ЮАР, лучшая модель для предсказания количества пучковатых корней в этом исследовании не включала фактор фосфора в почве. Их образование коррелировало с уровнем фосфора в листьях (foliar P).
• Количество пучковатых корней было значительно выше у крупных сеянцев, но инвестиции в биомассу таких корней были больше у мелких сеянцев.
• Пучковатые корни у мелких сеянцев опосредуют разделение уровня фосфора в листьях и его концентрации в почве. Это позволяет сеянцам поддерживать адекватный уровень фосфора, критически важный для роста.
• Относительные инвестиции в пучковатые корни были напрямую связаны с низким содержанием азота в почве (soil N) и фосфора в листьях. Сеянцы с участков с меньшим общим азотом в почве имели больше пучковатых корней.
• Эта адаптация очень чувствительна и сильно выражена при низком уровне общего азота в почве, но быстро исчезает с его увеличением. Инвестиции в пучковатые корни снижаются после укоренения сеянца.

Embothrium coccineum может быть важным видом-первопоселенцем для восстановления лесов Патагонии. Пучковатые корни обнаружены и у других видов, включая некоторые сельскохозяйственные культуры из семейства Cucurbitaceae. «Биотехнологический потенциал этих признаков изучается сейчас», — говорит Пайпер.

Дальнейшие исследования будут направлены на понимание того, как E. coccineum приносит пользу соседним растениям, повышая доступность питательных веществ через корневые выделения или разложение опада. «Proteaceae могут делать то, что не могут другие растения. Они получают питательные вещества, недоступные другим растениям», — объясняет Пайпер.