Соевые бобы богаты белком, который полезен для людей и животных. Но за такое высокое содержание белка приходится платить.
Чтобы производить белок, растениям сои нужно много азота. Растения получают часть необходимого им азота, работая со специализированными бактериями в почве. Эти бактерии живут в корневых клубеньках. Они извлекают азот из атмосферы и преобразуют его в форму, которую могут использовать растения.
Но этот процесс - биологическая фиксация азота - может не обеспечить весь необходимый азот для соевых культур. Возможно, фермерам также придется вносить азотные удобрения.
Новое исследование, однако, показывает, что можно увеличить количество клубеньков на корнях сои и бактерий, которые там живут, для повышения урожайности. Это может устранить необходимость внесения дополнительных азотных удобрений.
«Это открывает возможность получения более высоких урожаев сои исключительно за счет биологической фиксации», - говорит Мариангела Хунгрия, исследователь из Embrapa Soja, Бразилия.
Hungria, ведущий автор исследования, и ее коллеги покрыли семена сои бактериями (обычный метод, используемый производителями). Они поставляли дополнительные бактерии, распыляя их на растения на других стадиях роста. У растений сои, получивших дополнительную инокуляцию распылением, образовалось больше корневых клубеньков. А чем больше конкреций, тем выше урожайность.
На самом деле, добавление бактерий к семенам увеличило урожайность на 27% и 28%. Опрыскивание бактериями соевых полей во время роста увеличивает урожайность.
Увеличение количества корневых клубеньков после дополнительной инокуляции распылением удивило Хунгрию и ее коллег. Предыдущие исследования показали, что каждый узелок затрудняет развитие последующих растений сои. Но в этом исследовании растения сои смогли сформировать новые клубеньки, когда исследователи добавили больше бактерий.
«Обнаружение того, что узелки не регулируются так строго, как считалось ранее, является важным открытием», - говорит Хунгрия. «Ограничение происходит, в частности, в начале роста сои, когда появляются первые клубеньки». После этой начальной стадии возможен дальнейший рост узелков.
Большая биологическая фиксация азота и меньшее количество азота в виде удобрений также могут повысить устойчивость. Во-первых, это снижает выбросы углекислого газа. Азотные удобрения обычно производятся с использованием ископаемого топлива. «На каждый фунт произведенного азотного удобрения может быть выброшено не менее 10 фунтов углекислого газа», - заявляет Хунгрия.
Второе улучшение устойчивости происходит на местах. Излишки азотных удобрений с поля могут стекать в водоемы. Слишком много в водной экосистеме может вызвать цветение водорослей. Они истощают воду кислородом и приводят к «мертвым зонам», лишенным жизни. Однако биологическая фиксация с помощью бактерий означает, что растение использует больше азота.
Меньшее использование удобрений также имеет экономический эффект. Затраты на азотные удобрения могут быстро возрасти как для фермеров, так и для стран. Бразилия импортирует около 70% азотных удобрений, используемых в стране.
Несколько ферм в Бразилии начали использовать стратегию исследования в октябре 2016 года (яровые культуры в Бразилии). Первоначальные результаты были многообещающими, говорит Хунгрия. Более высокие урожаи сои, наблюдаемые в исследовании, сохраняются в этих больших масштабах.
Hungria считает, что эти результаты будут распространяться и за пределы Бразилии. «Но они должны быть проверены, потому что генетический фон сои различен в каждой стране», - говорит она. Сотрудничество с Университетом штата Канзас, чтобы проверить, могут ли результаты быть распространены на США. С., только начали.
Исследование бактерий и фиксации азота может быть только началом. «Я думаю, что микроорганизмы могут стать «звездами» новой эры сельского хозяйства, в которой мы учитываем не только продовольственную безопасность, но и устойчивость», - говорит она.
Исследование в Бразилии финансировалось Universidade Estadual Paulista, Fundação Agrisus, Embrapa и Total Biotecnologia.