11/07/2018
Устойчивое развитие подразумевает не только минимизацию потребления ресурсов, но и уменьшение углеродного следа при производстве продуктов питания.
Большинство культур в США выращиваются с использованием минеральных удобрений. Значительную часть из которых составляют азотные удобрения. Так в 2011 американские фермеры использовали приблизительно 11 млн тонн азотных удобрений. На производство такого количества азотных удобрений требуется много ископаемых природных ресурсов, таких как природный газ или каменный уголь.
В год при производстве азотных удобрений в США выбрасывается столько же углекислого газа, как и от выхлопных газов двух миллионов автомобилей.
Но фермеры не могут просто прекратить использование удобрений. Растения нуждаются в азоте, чтобы нормально развиваться. Без использования азота по некоторым оценкам урожайность в США снизится на 50 процентов. Поэтому возникает вопрос: а могут ли ученые помочь растениям вырабатывать азот, чтобы не использовать минеральных удобрений?
Эндофиты как альтернатива минеральным удобрениям
Профессор Шарон Доти, микробиолог из Вашингтонского университета говорит, что природа уже решила эту проблему — нам просто нужно знать, где искать.
"Посмотрите в естественную среду, есть много случаев, когда вы можете увидеть растения, которые развиваются в скалах или на песке — в условиях недостатка азота", — говорит профессор Доти.
Шарон Доти начала изучать ивы и тополя — деревья, растущие в речных системах штата Вашингтон. Эти реки питаются главным образом талыми водами и чрезвычайно бедные на азот.
"Уже давно известно, что тополь и ива являются новаторами, — отмечает Доти. — Но другие ученые говорят, что эти деревья просто эффективные". Но в тех условиях, в которых они растут — просто нет питательных веществ, чтобы эффективно их усваивать.
Деревья не могут впитывать азот из воздуха, но это могут делать микробы. Эндофиты — микроорганизмы, при определенных обстоятельствах населяющие ткани растений. Это грибы, бактерии, реже водоросли и вирусы. Они не несут негативного влияния на развитие и функционирование растений.
Некоторые микроорганизмы превращают азот из воздуха в ту форму, которую усваивают растения — процесс называется азотфиксацией. Сегодня ученые изучают то, как их можно использовать, чтобы сельскохозяйственные культуры самостоятельно вырабатывали азот. В частности, исследуют такие возможности для риса и кукурузы.
Когда Доти исследовала ДНК эндофитов деревьев в лаборатории — обнаружились гены, указывающие на то, что микробы могут фиксировать азот. Ученые задались вопросом: если эти эндофиты могут так эффективно фиксировать азот в диком тополе, можно ли использовать их для сельского хозяйства?
Как удвоить продуктивности при помощи "магии" эндофитов?
Доти и ее команда знали, что эндофиты могут использовать свою азотную "магию" в нескольких видах деревьев. Но они не были уверены, что тот же трюк будет работать на других растениях, включая такие культуры, как кукуруза и рис. Они физически и генетически сильно отличаются от тех же диких тополей. Исследователи взяли саженцы сельскохозяйственных культур и пропитали их в ванной с эндофитами из тополей, а затем наблюдали за развитием рассады.
Для многих видов такая процедура дала рассаду более развитую чем обычно. Растения с эндофитами имели более крупные корни и листья. А некоторые виды томатов и болгарского перца почти удвоили количество плодов, которые они произвели.
Хотя результаты многообещающие — успех в лаборатории не всегда переносится в полевые условия. Ученые должны наладить промышленное производство таких микроорганизмов, чтобы они не были дорогими. Предыдущие попытки разработать полезные микробы для сельского хозяйства потерпели неудачу именно из-за издержек производства.
Недоверие аграриев к новым технологиям
Еще одни важный аспект — доверие агропроизводителей новым технологиям. Например, BioGro — биоудобрение, состоящее из нескольких штаммов полезных микроорганизмов — было эффективным в выращивании рисовых растений. Но фермеры не доверились разработке. В результате — более половины компаний, производящих BioGro, не проработали в этом бизнесе и двух лет.
Условия для хранения также являются проблемой. Фермеры предпочитают покупать обработанные семена. Они остаются пригодными для использования даже при хранении в течение нескольких месяцев или лет.
Более того, в отличие от традиционных удобрений, которые могут быть использованы для любого типа культур в любой точке мира — эндофиты не являются универсальным решением.
"Необходимо адаптировать микробы к различным экологическим ситуациям, — говорит Рэй Диксон, микробиолог в Джон Иннс Центре (исследовательский биологический центр в Великобритании). Он изучает азотфиксацию бактерий более 40 лет.
По словах ученного, эффект зависит от вида сельскохозяйственной культуры, типа почвы и климата. Если одно из условий не подходит — решение не сработает.
Присутствие пестицидов или других микроорганизмов в почве, также может отрицательно повлиять на успех азотфиксации.
Диксон подытоживает, что предстоит еще много работы, прежде чем эндофиты смогут полностью заменить традиционные удобрения.
Устойчивое развитие подразумевает не только минимизацию потребления ресурсов, но и уменьшение углеродного следа при производстве продуктов питания. Большинство ...