Грибы могут снизить зависимость от удобрений

Введение грибов в систему пшеницы повысило усвоение ключевых питательных веществ и может привести к созданию новых «климатически оптимизированных» сортов сельскохозяйственных культур, согласно новому исследованию.

Исследователи из Университета Лидса продемонстрировали партнерство между пшеницей и почвенными грибами, которое можно использовать для разработки новых продовольственных культур и систем земледелия, менее зависимых от удобрений, что снизит их вклад в усугубляющийся климатический кризис.

Впервые показано, что грибы, формирующие партнерство с корнями растений, могут поставлять значительные количества фосфора и азота зерновой культуре. Грибы продолжали снабжать питательными веществами даже при повышенном уровне диоксида углерода (CO₂), прогнозируемом на 2100 год, что имеет важное значение для будущей продовольственной безопасности.

Результаты опубликованы в журнале Global Change Biology.

Древнее партнерство растений и грибов

Большинство растений формируют партнерство с грибами в своих корневых системах, известное как арбускулярная микориза, что позволяет им эффективнее извлекать питательные вещества из почвы. В обмен растения предоставляют грибам углеводы в качестве «платы» — это симбиоз.

Растения могут отдавать 10–20% углерода, полученного из воздуха, своим грибным партнерам в обмен на до 80% необходимого им потребления фосфора. Эти грибы также могут помочь растениям увеличить рост, уровень азота, поглощение воды и защитить от вредителей и болезней.

Однако за последние 10 000 лет культурные растения были одомашнены путем интенсивной селекции, что непреднамеренно лишило некоторые сорта таких тесных отношений с полезными грибами.

Пшеница — основная культура для миллиардов людей, и под ее выращивание отводится больше земли, чем под любую другую продовольственную культуру (218 млн гектаров в 2017 году). Несмотря на увеличение применения азотных и фосфорных удобрений для повышения урожайности, количество пшеницы, получаемое с данной площади, в последние годы достигло плато.

Хотя некоторые сорта пшеницы, выращиваемые фермерами, формируют такое партнерство с полезными грибами, многие — нет. Исследователи предполагают, что есть потенциал для разработки новых сортов пшеницы, менее зависимых от удобрений.

Устойчивое производство продуктов питания

Ученые позволили грибам колонизировать корни трех разных сортов пшеницы в лаборатории и выращивали их в одной из двух камер — либо имитируя текущие климатические условия, либо прогнозируемые на 2100 год, когда концентрация CO₂ в атмосфере, по прогнозам, удвоится, если выбросы не будут сокращены.

Используя химические метки для фосфора и азота в почве и CO₂ в воздухе, исследователи смогли показать, что разные сорта пшеницы поглощали питательные вещества через своих грибных партнеров в обоих климатических сценариях.

Три сорта пшеницы демонстрировали разный уровень обмена с грибами. В частности, сорт Skyfall поглощал через грибы гораздо больше фосфора по сравнению с двумя другими сортами: в 570 раз больше, чем сорт Avalon, и в 225 раз больше, чем Cadenza.

Не было разницы в передаче фосфора или азота от грибов к пшенице при повышенном уровне CO₂ для любого из трех сортов. Таким образом, грибы могут продолжать передавать питательные вещества культуре даже в будущих климатических условиях.

Исследователи предполагают, что можно вывести новые сорта пшеницы, более восприимчивые к грибному партнерству. Это может позволить фермерам использовать меньше удобрений, поскольку пшеница сможет получать больше необходимых питательных веществ через грибы.

Ранее прогнозировалось, что более высокий уровень CO₂ в атмосфере приведет к тому, что грибы будут забирать больше углерода у растений-хозяев, но это исследование не подтвердило такой тенденции для трех изученных сортов пшеницы.

Исследователи рекомендуют теперь провести полевые эксперименты, чтобы понять, повторяются ли в условиях фермы полезные эффекты грибов на пшеницу, продемонстрированные в этом исследовании.