Бобовые растения, которые подавляют рост вторичных корней в пользу ускорения роста первичных корней, потребляют больший объем почвы для получения фосфора, согласно исследователям штата Пенсильвания, которые говорят, что их недавние результаты имеют значение для селекционеров растений и повышения продуктивности сельскохозяйственных культур в отношении питательных веществ. бедные почвы. Увеличение длины корня называется первичным ростом, а вторичным ростом является увеличение толщины или обхвата корня. Поскольку рост корней требует от растения метаболических издержек, растения фасоли, растущие на обедненных фосфором почвах, у которых более длинные и тонкие корни, имеют преимущество в изучении большего объема почвы и получении большего количества фосфора.
«Как естественная стратегия растений для борьбы с фосфорным стрессом, это победитель», - сказал ведущий исследователь Кристофер Строк, докторант биологии растений в Колледже сельскохозяйственных наук. «Это важно, потому что большинство почв во всем мире испытывает дефицит фосфора, а свойства корней, которые улучшают усвоение фосфора, могут не только помочь повысить эффективность использования удобрений фермерами здесь, в США, но и принести пользу фермерам в развивающихся странах, которые не имеют доступа к удобрениям. на фосфорные удобрения."
Исследователи использовали фасоль обыкновенную в качестве модели для этого исследования, потому что это одна из основных культур, способствующих продовольственной безопасности, с большим объемом для непосредственного потребления человеком, чем любая другая зернобобовая культура. Это особенно важно для развивающихся стран Африки к югу от Сахары, Центральной и Южной Америки, где люди не имеют широкого доступа к животному белку. В этих регионах бобы являются основным источником белка и питательных веществ. Несмотря на важность этой культуры, урожайность во многих странах мира ограничена почвами, которые являются кислыми и крайне бедными фосфатами, одним из основных питательных веществ, необходимых растениям для роста.
«Если мы сможем определить корневые черты, которые улучшают эффективность кормодобывания, мы сможем вывести новые сорта, которые обладают большей способностью поглощать фосфор и улучшат урожайность в этих условиях», - сказал Строк..
При проведении исследования, которое было опубликовано в выпуске журнала Plant Physiology за этот месяц, исследователи использовали методы компьютерного моделирования и вырастили рекомбинантные, инбредные линии обыкновенной фасоли, чтобы понять, как растения распределяют ресурсы для роста первичных и вторичных корней в условиях фосфора. стресс. Растения выращивали как в теплицах - в кампусе Университетского парка штата Пенсильвания, так и на отдельных полях в Университетском сельскохозяйственном исследовательском центре имени Рассела Э. Ларсона в Рок-Спрингс.
Обычно почвы Пенсильвании содержат слишком много фосфора, чтобы можно было проводить полевые эксперименты по стрессу от фосфора, но исследовательская группа заслуженного профессора растениеводства университета Джонатана Линча разработала метод создания экспериментальных участков, воспроизводящих обедненные фосфором условия тропических оксизольные почвы на заводе в Ларсоне. Это было достигнуто путем добавления на поля грузовиков гранул оксида алюминия, который связывает фосфор в почве, делая его недоступным для растений.
Кроме того, лаборатория Линча уникальна тем, что использует лазерную абляционную томографию для разделения и измерения анатомии корня. Этот революционный метод, изобретенный в лаборатории Линча, не только позволяет повысить точность наблюдения за анатомией корней, но также дает исследователям возможность быстро брать образцы сотен корней в день - задача, которая требует непрактичного количества труда и времени. используя традиционные методы.
Различия в росте растений фасоли, наблюдаемые исследователями, были поразительны. При обработке фосфорным стрессом генотипы с более выраженным снижением роста их вторичных корней имели увеличенную длину корней, поглощали больше фосфора и имели более крупные побеги, чем генотипы с более сильным ростом вторичных корней. «Все рассмотренные нами генотипы подавляли рост вторичных корней в условиях фосфорного стресса, но у некоторых эта реакция проявлялась гораздо сильнее, чем у других», - сказал Строк.«И те, которые больше всего подавляли свой вторичный рост, лучше справлялись с фосфорным стрессом, потому что они могли использовать ресурсы, которые они вкладывали во вторичный рост и увеличение длины корней, чтобы добывать больше фосфора».
Линч отметил, что его исследовательская группа напрямую сотрудничает с селекционерами в Министерстве сельского хозяйства США и сельскохозяйственными центрами в Колумбии, Гондурасе, Мозамбике, Замбии и Малави. Селекционеры в настоящее время используют другие открытия из его лаборатории и выпускают несколько новых сортов фасоли с улучшенными корневыми свойствами для получения фосфора для фермеров в Мозамбике и Замбии..
«Наша цель в этой лаборатории - определить такие признаки, как уменьшение роста вторичных корней, которые мы можем передать селекционерам, чтобы они могли включить их в свои программы разведения», - сказал Линч. «Работая с нашими партнерами по селекционной работе, можно вывести сорта фасоли обыкновенной, у которых снижен рост вторичных корней и, следовательно, выше урожайность на бедных почвах, что будет огромным преимуществом для мелких фермеров, которые полагаются на фасоль как на продовольствие и доход."
Эту работу поддержали Агентство США по международному развитию и Министерство сельского хозяйства США.