Фермент почвы может повысить доступность азота для сельхозкультур и сократить сток удобрений

Микроскопический фермент может стать ключом к лучшему удержанию азотных удобрений в почве и предотвращению их стока, вызывающего вредоносное цветение водорослей. К такому выводу пришла исследовательская группа из Университета штата Мичиган в обзорной статье.

Под руководством декана Колледжа естественных наук Эрика Хегга, статья обобщает многолетние исследования фермента NrfA, который играет ключевую роль в удержании азота в почве. По словам первого автора статьи, аспирантки Кристины Хёрд, изучение NrfA может помочь фермерам не только избежать загрязнения водоемов, но и сэкономить, сократив потребность в удобрениях. Результаты опубликованы в журнале Applied and Environmental Microbiology.

"Значительная часть азотных удобрений теряется, потому что преобразуется в форму, которая легко вымывается", — отметила Хёрд. — "Если мы сможем удержать больше этого азота в почве, это может иметь большие положительные последствия для сельского хозяйства".

Азот — важнейший элемент для всех живых существ. Его часто вносят на поля в различных формах для повышения урожайности. Проблема в том, что и почва, и нитриты (NO₂^-) имеют отрицательный заряд. Подобно тому, как отталкиваются одноименные полюса магнита, нитриты легко вымываются с полей во время сильных дождей. Избыток азота в озерах и реках может привести к вредоносному цветению водорослей, делающему воду токсичной.

Одна из лучших форм азота для сельского хозяйства — аммоний (NH₄⁺). Благодаря положительному заряду он прочно связывается с почвой и легче усваивается растениями. Однако многие почвенные микробы превращают аммоний в нитрит.

Именно здесь вступает в действие NrfA. Этот фермент не только помогает бактериям превращать нитрит обратно в аммоний, но и делает это с невероятно эффективным перемещением и хранением электронов. Другие ферменты также могут производить аммоний, но не так быстро и эффективно, как NrfA.

Команда Хегга проанализировала первичные исследования, собрала их в обзорную статью и синтезировала выводы, чтобы сделать более масштабные заключения.

"Мы решили собрать всю эту информацию в одном месте в качестве вводной статьи для будущих аспирантов", — пояснила Хёрд.

Выводы обзора могут помочь фермерам выбирать лучшие азотные удобрения для своих полей. Дальнейшие исследования могут быть направлены на то, чтобы определить, как можно стратегически размещать бактерии с NrfA по краям полей, где вода с наибольшей вероятностью стекает вниз. Промежуточным решением может быть стимулирование роста почвенных микроорганизмов, способных производить аммоний, путем балансировки соотношения углерода к азоту в почве.

Далее команда Хегга планирует глубже изучить механизм превращения нитрата в аммоний. Они хотят отследить, как электроны движутся через NrfA и как он стабильно производит аммоний, даже начиная с разных соединений азота.

"Реакция идет так быстро, что замедлить ее — все равно что провести деликатную операцию", — добавила Хёрд.