Известковые почвы, характеризующиеся высоким pH и содержанием карбоната кальция, часто ограничивают доступность необходимых питательных веществ для таких культур, как рис, снижая урожайность и питательные качества. Растения с дефицитом питательных веществ также более восприимчивы к атакам вредителей и болезней, что приводит к экономическим потерям для фермеров. Испанские ученые оценили влияние галотолерантных дрожжей Debaryomyces hansenii на рост, поглощение питательных веществ и механизмы усвоения фосфора растениями риса, выращиваемыми на карбонатной почве в контролируемых условиях теплицы.
Дефицит железа (Fe) и фосфора (P) является одной из наиболее серьезных агрономических проблем для мирового производства сельскохозяйственных культур, особенно на карбонатных почвах. Эти почвы, занимающие около 30% сельскохозяйственных угодий мира, особенно распространены в таких странах, как Испания, где затронуты большие площади в таких регионах, как Арагон, Кастилия-Ла-Манча, Андалусия и Страна Басков.
Известковые почвы, характеризующиеся высоким содержанием карбоната кальция (CaCO3) и щелочными уровнями pH выше 7,5, ограничивают биодоступность основных макро- и микроэлементов, включая Fe, P, Zn и Cu.
В этих почвах питательные вещества, такие как Fe и P, существуют в формах, которые в значительной степени недоступны для растений. Фосфор имеет тенденцию осаждаться с Ca 2+ или Mg 2+ в нерастворимые формы или адсорбироваться на частицах почвы и оксидах железа, что резко снижает его подвижность и доступность для корней. Аналогичным образом, Fe, особенно в его окисленном состоянии железа (Fe 3+ ), осаждается в виде гидроксидов при высоком pH, что приводит к хлорозу и угнетению роста восприимчивых культур, таких как рис.
Более того, доступность Zn и Cu также сильно ограничена в известковых почвах из-за изменений растворимости, вызванных pH, и конкуренции с другими катионами, такими как Ca 2+.
Рис (Oryza sativa L.) особенно уязвим к дисбалансу питательных веществ в таких почвенных условиях. Хотя рис относится к группе злаковых и частично полагается на Стратегию II усвоения Fe, которая включает в себя высвобождение фитосидерофоров для хелатирования и растворения Fe (III) в ризосфере. Однако, в отличие от злаковых видов, таких как кукуруза или ячмень, рис также демонстрирует ограниченные реакции, подобные Стратегии I, и производит более низкие уровни фитосидерофоров, что делает его особенно уязвимым к дефициту Fe в карбонатных почвах.
Кроме того, условия высокого pH почвы еще больше усугубляют проблему, снижая эффективность хелатирования и поглощения Fe 3+.
В этом контексте использование дрожжей, стимулирующих рост растений (plant growth-promoting yeasts, PGPY), таких как Debaryomyces hansenii, стало устойчивой альтернативой для устранения дефицита питательных веществ. Известно, что эти микроорганизмы улучшают питание растений, усиливая растворимость минеральных элементов, изменяя pH ризосферы и стимулируя гормональные пути растений.
Во время исследования, которое было проведено командой Университета Кордовы, некоторые растения были инокулированы путем погружения их голых корней в 1,5 л суспензии дрожжей (107 клеток /мл в деионизированной воде) при постоянном перемешивании в течение 30 минут перед пересадкой, что обеспечивало эффективный контакт между дрожжами и поверхностью корня.
Другие инокулировали с помощью орошения. При использовании этого метода горшки орошали суспензией инокулята (107 клеток /мл в деионизированной воде) до достижения полевой вместимости.
В этом исследовании растения риса, инокулированные D. hansenii, в частности, путем погружения корней, показали значительно более высокий индекс хлорофилла SPAD, высоту растений и урожайность зерна по сравнению с контрольными образцами.
Концентрации Fe, Zn и Mn в листьях значительно увеличились у растений, инокулированных D. hansenii, что указывает на улучшенное усвоение микроэлементов в этих специфических условиях. Хотя уровни фосфора в листьях не были значительно увеличены, D. hansenii стимулировал активность кислой фосфатазы, что визуально наблюдалось с помощью окрашивания BCIP, и активировал гены, участвующие в усвоении фосфора как в условиях недостатка фосфора, так и в условиях дефицита фосфора.
На молекулярном уровне D. hansenii активировал экспрессию генов кислой фосфатазы (OsPAP3 , OsPAP9) и гена переносчика фосфата (OsPTH1;6), подтверждая его влияние на физиологические реакции, связанные с фосфором.
Эти результаты показывают, что D. hansenii функционирует как дрожжи, стимулирующие рост растений, и может служить перспективным биоудобрением для повышения продуктивности риса и эффективности использования питательных веществ в карбонатных почвах, способствуя устойчивым методам ведения сельского хозяйства на карбонатных почвах и других средах с ограничением питательных веществ.
В заключение следует отметить, что дрожжи D. hansenii продемонстрировали выраженную способность стимулировать рост растений риса на карбонатных почвах, особенно при внесении методом погружения корней. Эта обработка привела к значительному улучшению физиологических параметров, таких как содержание хлорофилла (индекс SPAD), высота растений, накопление сухого вещества и урожайность зерна. Хотя существенных различий между контрольными растениями, выращенными на стерилизованных и нестерилизованных почвах, не наблюдалось, нельзя исключать возможность синергетического эффекта между D. hansenii и местной почвенной микробиотой, что может потребовать дальнейшего изучения в полевых условиях.
По статье группы авторов (Хорхе Нуньес-Кано, Франсиско Х. Руис-Кастилья, Хосе Рамос, Франсиско Дж. Ромера, Карлос Лусена), опубликованной в журнале Agronomy 2025 на портале www.mdpi.com.