Американские ученые пытаются помочь бедным странам

По данным исследователей из Университета штата Пенсильвания (США), бобовые культуры, в развитии корневой системы которых преобладает первичная стадия роста над вторичной, оказываются в конечном итоге гораздо живучее даже в условиях дефицита в почве такого жизненно необходимого для роста растений элемента, как фосфор. Под первичной стадией роста корней понимается увеличение последних в длину, в то время как рост в толщину называется вторичной стадией. Таким образом, растения с более длинными корнями способны охватывать значительно большие объемы земли, и, как следствие, находить для питания значительно больше макронутриентов. Такое открытие сулит в будущем разработку новых, куда менее требовательных к удобрениям, культур.

«Такой подход оправдан, как естественная стратегия для растений в условиях жесткой нехватки фосфора. Это важно, поскольку большая часть земель в мире испытывает нехватку фосфора, и способность корней повышать потребление фосфора растением не только поможет повысить эффективность удобрений здесь, в США, но и также принесет пользу фермерам в развивающихся странах, не имеющих доступ к фосфорным удобрениям»., — объясняет исследователь колледжа сельскохозяйственных наук  Университета штата Пенсильвания Кристофер Строк (Christopher Strock).

В качестве объекта исследования учеными были выбраны бобовые, как одни из фундаментальных сельскохозяйственных культур, играющих важную роль в обеспечении продовольственной безопасности по всему миру. Это особенно актуально в странах Африки, а также Центральной и Южной Америки, где население не имеет широкого доступа к животным белкам. Именно в таких регионах бобовые становятся основным источником протеина и питания.

Несмотря на значимость этого вида культур, урожайность последних во многих частях света сильно ограничена состоянием почвы, которая зачастую обладает повышенной кислотностью и чрезвычайно бедна на содержание фосфора. По словам Кристофера Строка, ученые надеются найти ключевые черты корневой системы, повышающие общие шансы растения на нахождение макроэлементов в почве. В случае успеха это позволит создать новые сорта растений, способных давать большую урожайность даже в условиях истощенных земель.

В исследовании, результаты которого были опубликованы в январском выпуске журнала Plant Physiology, ученые применяли технологии компьютерного моделирования и методы рекомбинантного создания узкородственных линий бобов. Растения выращивались как в теплицах на территории Университета штата Пенсильвания, так и на опытных полях около г. Рок-Спрингс (штат Вайоминг).

Поскольку обычно почва в штате Пенсильвания весьма богата фосфором, ученым пришлось добавить в землю гранулы оксида алюминия. Последние обладают способностью эффективно связывать находящийся в земле фосфор, лишая, тем самым, растения возможности поглащать данный макроэлемент. Благодаря таким приготовлениям разработчикам удалось создать неблагоприятные для роста растений условия, аналогичные в полях развивающихся стран.

Для изучения анатомии корневых систем применялась лазерная абляционная томография — технология, разработанная в стенах лаборатории Университета штата Пенсильвания, позволяющая не только повысить точность наблюдений, но и быстро тестировать сотни образцов корней в день. При традиционных методах задача отбора сотен образцов в день потребовала бы привлечения совершенно непрактичного количества трудовых ресурсов и времени.

В результате проделанной работы была обнаружена совершенно поразительная разница в скорости развития различных образцов бобовых. В условиях жесткой фосфорной недостаточности, генотипы с большим подавлением вторичного роста корней получали больше макроэлементов, и давали более крупные побеги. Исследовательская группа из Университета штата Пенсильвания тесно сотрудничает с Министерством сельского хозяйства США, а также целым рядом сельскохозяйственных центров в Колумбии, Гондурасе, Мозамбике, Замбии и Малави. На текущий момент ведется активная работа по разработке новых сортов бобовых, оптимизированных для развития в условиях истощенных почв Мозамбика и Замбии.