Согласно новому исследованию, введение грибов в пшеницу увеличило их усвоение основных питательных веществ и может привести к появлению новых, «климатически разумных» сортов сельскохозяйственных культур

Исследователи из Университета Лидса продемонстрировали выгоды партнерства между пшеницей и почвенными грибами, которые могут быть использованы для разработки новых продовольственных культур и систем земледелия, в меньшей степени зависящих от удобрений и изменения климата.

Впервые было доказано, что грибы, образующие партнерские отношения с корнями растений, обеспечивают значительные количества фосфора и азота для зерновых культур. Грибы продолжали поставлять питательные вещества при более высоких уровнях углекислого газа (CO2), прогнозируемых на 2100 год, что имеет важные последствия для будущей продовольственной безопасности. Результаты были опубликованы в журнале Global Change Biology.

Ведущий исследователь, профессор Кэти Филд из Школы биологии Университета Лидса и Глобального института продовольствия и окружающей среды, сказала: «Грибы могут стать ценным новым инструментом для обеспечения продовольственной безопасности в будущем в условиях климатических и экологических кризисов. Эти грибы не являются чудодейственным средством для повышения продуктивности продовольственных культур, но они помогут снизить нашу чрезмерную зависимость от сельскохозяйственных удобрений».

споры грибов прорастают в почве

Споры грибов прорастают в почве. Фото: Университет Лидса. 

Сельское хозяйство является основным источником глобальных выбросов углерода, частично из-за значительных ресурсов, таких как удобрения. Хотя производство мяса вносит гораздо больший вклад в глобальное потепление, чем выращивание сельскохозяйственных культур, сокращение использования удобрений способно снизить общий вклад сельского хозяйства в изменение климата.

Древнее растительно-грибное товарищество

Большинство растений образуют партнерские отношения с грибами в своих корневых системах, известных как арбускулярные микоризы, которые позволяют им более эффективно извлекать питательные вещества из почвы. Взамен растения поставляют углеводы грибам в качестве формы оплаты, известной как симбиоз.

Растения могут отдавать 10-20% углерода, полученных из воздуха, своим грибным партнерам, в обмен на до 80% необходимого им фосфора. Почвенные грибы также могут помочь растениям стимулировать рост, поглощение азота, воды, послужить защитой от вредителей и болезней.

Но за последние 10 000 лет сельскохозяйственные растения были одомашнены путем интенсивного размножения, что непреднамеренно лишило некоторые сорта таких тесных связей с полезными грибами.

Во всем мире пшеница является основной культурой для миллиардов людей, и для выращивания пшеницы используется больше земли, чем для любой другой продовольственной культуры (218 млн га в 2017 году). Несмотря на рост применения азотных и фосфорных удобрений для повышения урожайности, количество пшеницы, которое может быть произведено из данного района, достигло пика в последние годы.

В то время как некоторые сорта пшеницы, выращиваемой фермерами, все еще образуют партнерские отношения с полезными грибами, многие коммерческие сорта и гибриды этого не делают. Поэтому исследователи из Лидса предполагают, что существует потенциал для разработки новых сортов пшеницы, в меньшей степени зависящих от удобрений.

Устойчивое производство продуктов питания

Соавтор работы д-р Том Тиркелл из Школы биологии Университета Лидса сказал: «В течение тысячелетий фермеры занимались селекцией сельскохозяйственных культур для повышения продуктивности и устойчивости к болезням, но в основном это было основано на том, что видно выше земли. Мы начинаем понимать, что некоторые одомашненные культуры не имеют важных связей с грибами в почве. Наши результаты показывают, что существует реальный потенциал для селекции новых сортов сельскохозяйственных культур, которые восстанавливают эти утраченные отношения с полезными грибами, и улучшают устойчивость будущие системы производства продуктов питания».

Ученые позволили грибам колонизировать корни трех различных сортов пшеницы в лаборатории и выращивали растения в одной из двух камер - имитируя текущие климатические условия или прогнозируемые на 2100 год, когда, согласно прогнозам, концентрация CO2 в атмосфере будет вдвое выше, чем сегодня, если выбросы не ограничат.

Исследователи хотели знать, какие преимущества могут получить различные сорта от своих грибковых партнеров и как на отношения повлияет увеличение содержания CO2 в атмосфере.

Химически пометив фосфор и азот в почве и CO2 в воздухе, исследователи смогли продемонстрировать, что различные сорта пшеницы поглощали питательные вещества через своих грибных партнеров в обоих климатических сценариях.

Как и ожидалось, три сорта пшеницы подверглись различным уровням обмена с грибами, причем, некоторые сорта выигрывают от этих отношений гораздо больше, чем другие, за аналогичную «стоимость» углеводов.

В частности, сорт пшеницы Skyfall потреблял гораздо больше фосфора из грибов по сравнению с двумя другими сортами, приобретая в 570 раз больше, чем сорт Avalon, и в 225 раз больше, чем Cadenza.

Не было различий в обмене фосфора или азота от грибов к пшенице при более высоком уровне CO2 для любого из трех сортов сельскохозяйственных культур. Поэтому представляется, что грибы могут продолжать переносить питательные вещества в культуру даже в будущих климатических условиях.

Ученые предполагают, что можно было бы вырастить новые сорта пшеницы, которые более приспособлены для грибного партнерства. Это может позволить фермерам использовать меньше удобрений, п пшенице получать больше необходимых питательных веществ через грибы.

Продолжается дискуссия о том, являются ли грибы чистым положительным или отрицательным фактором для роста зерновых культур, поскольку некоторые данные свидетельствуют о том, что грибы способны выступать в качестве паразитов для своих хозяев растений.

Также ранее предполагалось, что более высокие уровни CO2 в атмосфере приведут к тому, что грибы будут забирать больше углерода из растений-хозяев, но это исследование показало, что это не относится к указанным трем сортам пшеницы.

Ученые намерены провести полевые эксперименты, чтобы понять, повторяется ли положительное влияние грибов на пшеницу, продемонстрированное в этом исследовании, на ферме.

(Источник и фото: University of Leeds. На заглавном фото изображены грибы в корне растения).