Альтернатива фосфорным удобрениям: основа Biochar контролирует реакцию растений

2 августа 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Технологического института Карлсруэ

В течение нескольких лет биоуголь широко изучается как альтернатива фосфорным удобрениям. Биоуголь представляет собой рециклат, получаемый пиролизом биомассы, т.е. органическое сырье сжигается без кислорода при температуре от 400°C до 700°C. Основы биоугля могут значительно различаться. Древесные отходы, куриный помет или листья можно переработать в удобрения.

Однако прошлые исследования показали, что растения по-разному реагировали на биоуголь. Некоторые росли лучше, другие реагировали так, как будто их вообще не удобряли, а третьи даже были отравлены биоугольным удобрением.

Междисциплинарная группа исследователей KIT из Института наук о растениях Йозефа Готлиба Кёльройтера (JKIP) и Института технической химии использовала саженцы томатов и обнаружила, что происхождение биомассы биоугля имеет решающее значение для симбиоза с арбускулярными микоризными грибами (AM-грибами), существующими в почва.

В первом эксперименте команда изучала влияние биоуглей, изготовленных из пшеничной соломы и куриного помета. Биоуголь из куриного помета содержал в девять раз больше фосфатов, чем биоуголь на основе пшеничной соломы. Фосфат – это растворимая форма фосфора, связанная с кислородом. Это молекула, необходимая для роста растений. «Как и ожидалось, рассада томатов, удобренная биоуглем из куриного помета, выросла быстро и блестяще», — говорит профессор Наталья Рекена, эксперт по молекулярной фитопатологии в JKIP. «Очень много фосфатов было доступно для прямой переработки».

Во втором эксперименте исследователи заставили грибы AM колонизировать растения томата. Эти микрогрибы уже более 400 миллионов лет живут на Земле в корнях 80% наземных растений. Они колонизируют кору, поглощают фосфат и переносят его в растение. В свою очередь растение снабжает их сахаром и липидами.

Наблюдая за отдельными молекулами, исследователи обнаружили, что богатый фосфатами биоуголь на основе куриного помета нарушает симбиоз томатов и АМ-грибов: молекулярный обмен практически не происходит. Биоуголь на основе пшеничной соломы действовал наоборот — у растения и микрогрибов возник активный симбиоз. «В долгосрочной перспективе растения, удобренные биоуглем из пшеничной соломы, более совместимы с другими микроорганизмами и гораздо лучше защищены от патогенов», — объясняет Рекена. «Мы не ожидали такой сложной молекулярной реакции растений».

Чтобы доказать эти результаты, команда использовала анализ экспрессии генов. «Это сложный и дорогой метод, но он позволяет нам увидеть, что происходит в генах растения и какие маркеры срабатывают, а какие нет», — говорит Рекена. Чтобы еще лучше понять реакцию растений, потребуются дальнейшие эксперименты. «Когда нам удастся расшифровать эту реакцию, мы сможем запрограммировать растения в долгосрочной перспективе так, чтобы им требовалось меньше фосфатов и, следовательно, меньше минеральных удобрений», — отмечает Рекена.

Больше информации: Дэвид Фигейра-Галан и др., Исследование синергетического воздействия биоугля и арбускулярных микоризных грибов на усвоение фосфора растениями томата с помощью анализа экспрессии генов, Science of The Total Environment (2023). DOI: 10.1016/j.scitotenv.2023.163506

Информация журнала:Наука об общей окружающей среде