Команда под руководством Рутгерса обнаружила, как растения используют микробы в почве для получения питательных веществ, и этот процесс можно использовать для ускорения роста сельскохозяйственных культур, борьбы с сорняками и сокращения использования загрязняющих окружающую среду удобрений и гербицидов.
В процессе, который команда назвала «циклом ризофагии» (ризофагия означает поедание корней), бактерии и грибы циклически перемещаются между фазой свободного существования в почве и фазой, зависящей от растений, в клетках корней растений. Микробы получают питательные вещества (азот и минеральные вещества) в почве, а питательные вещества извлекаются из микробов в клетках корней растений. Исследования, направленные на борьбу с Phragmites australis, высоким инвазивным тростником, встречающимся в заболоченных местах в Нью-Джерси и других местах, привели к исследованию, опубликованному сегодня в Интернете в журнале Microorganisms. В число соавторов входят ученые из Банарасского индуистского университета в Индии и Геологической службы США.
«Цикл ризофагии, по-видимому, происходит у всех растений и может быть важным способом получения растениями некоторых питательных веществ», - сказал ведущий автор Джеймс Ф. Уайт-младший, профессор кафедры биологии растений в Университете Рутгерса. Брансуик. «Открытие того, что растения активно культивируют, а затем извлекают питательные вещества из симбиотических микробов, является новым».
Приблизительно 50 видов растений, исследованных на данный момент, свидетельствуют о том, что они участвуют в ризофагии. Некоторые микробы, участвующие в цикле ризофагии, увеличивают рост своих конкретных растений-хозяев, но подавляют рост других видов растений, - сказал Уайт.
Цикл ризофагии работает следующим образом: по словам Уайта, растения культивируют - по сути, выращивают - микробы вокруг кончиков корней, выделяя сахара, белки и витамины. Микробы растут, а затем проникают в клетки корня на кончиках, где клетки делятся и не имеют затвердевших стенок. Микробы теряют свои клеточные стенки, попадают в растительные клетки и подвергаются воздействию реактивного кислорода (супероксида). Активный кислород разрушает некоторые микробные клетки, эффективно извлекая из них питательные вещества. Выжившие микробы стимулируют образование корневых волосков на корнях. Микробы покидают волосы на кончиках растущих волос, где клеточная стенка волоса мягкая, и микробы восстанавливают свои клеточные стенки, когда они снова попадают в почву. Микробы получают питательные вещества из почвы, и этот процесс повторяется снова и снова, по словам Уайта, который изучает устойчивый цикл в течение семи лет.
«Люди предполагали, что растения могут получать питательные вещества от микробов, но механизмы передачи питательных веществ от микробов растениям были неуловимы - до сих пор», - сказал он.«Понимание того, как работает этот процесс, может позволить нам выращивать растения без удобрений или с минимальным количеством удобрений и без гербицидов. Мы можем манипулировать системой, чтобы увеличить рост желательных растений и уменьшить рост нежелательных растений, потенциально используя те же микробы».