На Урале исследовали возможности томатов обходиться без дорогих удобрений

Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) провели исследование, посвященное адаптации различных сортов томатов к дефициту азота, и получили важные данные, которые могут значительно помочь российским аграриям оптимизировать производство в условиях ограниченного азотного питания. Результаты их работы были опубликованы в международном научном журнале Nitrogen.

В последние годы из-за резкого роста цен на минеральные удобрения значительная часть сельскохозяйственных земель России сталкивается с дефицитом азота — одного из основных элементов, необходимых для роста растений. Как отметил доцент кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Александр Ермошин, именно в таких условиях особенно важно выявлять и использовать сорта томатов, обладающие устойчивостью к низкому уровню азота в почве. Кроме того, исследователи изучают взаимодействие растений с бактериальными сообществами, которые могут способствовать улучшению азотного обмена и повышению устойчивости культур к неблагоприятным условиям.

Понимание механизмов адаптации томатов к азотному дефициту открывает новые возможности для развития устойчивого сельского хозяйства в России. Использование таких сортов позволит не только снизить затраты на удобрения, но и повысить экологическую безопасность производства. В дальнейшем ученые планируют расширить исследования, включив в них другие важные сельскохозяйственные культуры, что поможет обеспечить продовольственную безопасность страны в условиях меняющегося климата и ограниченных ресурсов.

Современные исследования в области агробиологии направлены на повышение устойчивости сельскохозяйственных культур к дефициту питательных веществ, в частности азота, который является ключевым элементом для роста растений. Ученые Уральского федерального университета (УрФУ) активно занимаются изучением адаптационных механизмов различных сортов томатов к условиям с ограниченным содержанием азота в почве. Их работа сосредоточена на комплексном анализе микробиоты, обитающей в непосредственной близости от корневой системы растений, так называемой ризосферы.

В рамках исследования специалисты УрФУ уделили особое внимание взаимодействию томатов с бактериями, участвующими в азотном цикле, включая микроорганизмы, способные фиксировать атмосферный азот. Атмосфера Земли содержит примерно 78% азота по объему, однако этот газ в своей молекулярной форме недоступен для большинства растений без преобразования. Эту важную функцию выполняют бактерии-азотфиксаторы, которые могут быть как симбиотическими, образуя тесные взаимовыгодные связи с корнями растений, так и свободноживущими в почве. Благодаря их деятельности азот становится доступным в форме аммония или нитратов, необходимых для синтеза белков и других биомолекул.

Понимание того, какие именно микробные сообщества и механизмы задействованы в адаптации томатов к азотному дефициту, открывает новые перспективы для разработки устойчивых агротехнологий. Это позволит снизить зависимость от минеральных удобрений, уменьшить экологическую нагрузку и повысить урожайность культур. В дальнейшем ученые планируют расширить исследования, чтобы выявить наиболее эффективные бактериальные штаммы и способы их интеграции в сельское хозяйство, что станет важным шагом к устойчивому развитию агропромышленного комплекса.

В современных агротехнологиях особое внимание уделяется эффективным способам обеспечения растений необходимыми питательными веществами, особенно азотом, который является ключевым элементом для роста и развития. В условиях дефицита азота в почве ризобактерии, обладающие уникальной способностью к фиксации атмосферного азота, могут служить важным альтернативным источником этого элемента для растений. Этот биологический процесс, хотя и энергозатратный, играет значительную роль в естественном круговороте азота. Как пояснила руководитель проекта и заведующая лабораторией "Восстановительной экологии" УрФУ Анна Бетехтина, если растение активно фотосинтезирует, оно выделяет сахара через корневую систему в окружающую среду. Эти сахара становятся доступным источником углерода и энергии для бактерий-азотфиксаторов, которые, используя их, способны преобразовывать атмосферный азот в форму, усваиваемую растениями. Таким образом, симбиотические отношения между растениями и ризобактериями обеспечивают взаимовыгодный обмен веществами, способствуя улучшению плодородия почвы и устойчивости экосистем. Внедрение таких биотехнологий в сельское хозяйство может значительно снизить потребность в химических азотных удобрениях, что благоприятно скажется на экологии и экономике.

Современные исследования в области агробиологии демонстрируют, насколько важна адаптация растений к условиям дефицита питательных веществ, особенно азота, в почве. В частности, учёные выявили, что каждый сорт томата обладает уникальными механизмами приспособления к недостатку азота, что отражается в их различной потребности и способности накапливать этот элемент в биомассе. Эти различия существенно влияют на эффективность роста и урожайность растений в условиях ограниченного азотного питания.

В ходе экспериментов специалисты установили, что сорта томатов существенно различаются по уровню адаптации к дефициту азота, и среди них был выявлен наиболее устойчивый к таким стрессовым условиям. Это открытие имеет важное значение для селекции и разработки новых сортов, способных лучше расти на бедных почвах, что особенно актуально для устойчивого сельского хозяйства и снижения использования минеральных удобрений.

Кроме того, как отметила исполнитель проекта и заведующая лабораторией "Биотехнологии поддержания и восстановления компонентов природных и трансформированных биосистем" УрФУ Мария Малева, многие растения предпочитают вступать в симбиотические отношения с «местными» бактериями, специфичными для их экосистемы. Такие ассоциации способствуют улучшению усвоения азота и других питательных веществ, что является важным фактором адаптации к неблагоприятным почвенным условиям.

Таким образом, понимание особенностей взаимодействия томатов с почвенными микроорганизмами и их индивидуальных потребностей в азоте открывает новые перспективы для повышения эффективности агротехнологий. Внедрение этих знаний в практику позволит оптимизировать использование удобрений, снизить экологическую нагрузку и повысить устойчивость сельскохозяйственных культур к дефициту питательных веществ.

В последние годы внимание ученых все больше сосредотачивается на взаимодействии растений с микроорганизмами, способствующими их росту и развитию. В частности, важную роль играют азотфиксирующие бактерии, которые помогают растениям усваивать атмосферный азот. В ходе нашего исследования мы установили, что внесение азотных удобрений в почву положительно влияет не только на продуктивность самих растений, но и значительно увеличивает численность и разнообразие этих полезных бактерий. Для их нормального роста и эффективного функционирования, включая процесс азотфиксации, необходим дополнительный источник азота. Таким образом, добавляя азотные удобрения, мы одновременно подкармливаем и растения, и их бактериальных «партнеров», что способствует более интенсивному связыванию атмосферного азота и улучшает общее состояние почвы и растений, — пояснила ведущий исследователь.

Кроме того, полученные данные открывают новые возможности для оценки адаптивных способностей различных растений к условиям дефицита азота. По словам соавтора исследования, профессора кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Галины Борисовой, результаты помогут разработать морфологические критерии, позволяющие прогнозировать, насколько эффективно те или иные растения смогут справляться с недостатком азота в почве. Это, в свою очередь, имеет важное значение для селекции и агротехнических мероприятий, направленных на повышение устойчивости сельскохозяйственных культур.

Таким образом, наше исследование не только углубляет понимание взаимосвязей между растениями и азотфиксирующими бактериями, но и способствует развитию более эффективных и экологически устойчивых методов внесения удобрений. В перспективе это позволит оптимизировать использование азотных ресурсов, снизить затраты на удобрения и минимизировать негативное воздействие на окружающую среду.

Развитие современных агротехнологий направлено на повышение устойчивости сельскохозяйственных культур к неблагоприятным условиям почвы и сокращение использования химических удобрений. В частности, специалисты работают над подбором определённых сортов томатов, способных успешно расти на малоплодородных почвах с минимальными дозами азотных удобрений. Это не только способствует полноценному развитию самих растений, но и поддерживает жизнедеятельность их бактериальных «партнёров», которые играют важную роль в азотном обмене, — пояснила она.

В дальнейшем учёные намерены выделить ключевые азотфиксирующие культуры ризобактерий, чтобы детально изучить их функционирование как в лабораторных моделях, так и в полевых условиях. Такой подход позволит создать эффективные бактериальные препараты, способные значительно снизить зависимость сельскохозяйственных растений от традиционных азотных удобрений, что положительно скажется на экологической безопасности и экономической эффективности сельского хозяйства. Данная работа реализуется при поддержке гранта Российского научного фонда, а исследования в вузе осуществляются в рамках инициативы Минобрнауки России, посвящённой Десятилетию науки и технологий.

Таким образом, интеграция биотехнологий и агрономии открывает новые перспективы для устойчивого развития сельского хозяйства, снижая нагрузку на окружающую среду и обеспечивая стабильный урожай даже в сложных почвенных условиях. Эти научные достижения могут стать важным шагом к экологически чистому и эффективному производству продуктов питания в будущем.

Источник и фото - ria.ru