Зрите в корень: исследователи изучили способность сортов пшеницы к перехвату азота

Общественность, заинтересованная в защите окружающей среды и здоровья, в настоящее время выступает за устойчивые системы земледелия, способные гарантировать адекватные урожаи при минимальном воздействии производственных процессов на окружающую среду.

Особое внимание уделяется использованию азотных (N) удобрений, поскольку неправильное их использование может привести к выбросу N в окружающую среду, вызывая глобальное потепление из-за выбросов закиси азота, загрязнение воды и подкисления почвы и т.д.

При промышленном выращивании зерновых значительная часть азотных удобрений не перехватывается культурами, в том числе, пшеницей. Это свидетельствует о необходимости улучшить способность сельскохозяйственных культур поглощать азот. И в этом контексте выбор разновидности селекция имеет важное значение.

«Определение генотипов пшеницы с корневой системой, способной лучше исследовать субстрат (т.е. с большей длиной на единицу объема почвы и большей глубиной), расширит возможности не только для перехвата ресурсов, имеющихся в субстрате (вода, питательные вещества), но и для активации симбиотических и ассоциативных отношений с почвенными микроорганизмами (микориза, ризобактерии, способствующие росту растений и т. д.), с положительным эффектом с точки зрения приспособляемости к тяжелым условиям окружающей среды и устойчивости к изменению климата. Для этого эксперты должны определить новые решения и методы, позволяющие оценивать конформацию и функциональность корневых систем в условиях открытого грунта», пишет в своей работе международная группа авторов из Италии и Германии после завершения экспериментальной работы.

В своем исследовании «Морфологические и физиологические признаки корней и их связь с поглощением азота у сортов пшеницы, выращенных с 1915 по 2013 годы», они подчеркивают большую изменчивость среди девяти изученных генотипов твердой пшеницы с точки зрения свойств корней и поглощения азота при выращивании в условиях низкой доступности азота, а также скорости и типа реакции, когда азот становится доступным.

Сначала ученые предполагали, что новые сорта пшеницы будут эффективнее добывать азот при его дефиците в почте.

«Однако, новые сорта, в отличие от того, что мы предполагали, были менее способны, чем старые, перехватывать N, когда он становился доступным после внесения. Фактически, перехватывание азота оказалось, хотя и слабо, но отрицательно связанным с годом сорта выпуска. Следовательно, похоже, что селекция, которая привела к прогрессивному увеличению урожайности и качества зерна, не оказала однозначного влияния на свойства корня и на эффективность корневой системы.

Мы наблюдали большие различия между изученными генотипами по массе и длине корней (больше у более старого сорта Cappelli), а также по распределению корней по профилю почвы. В целом, более поздние генотипы (Cappelli и Creso, которые достигают колошения в среднем через 2–3 недели после генотипов раннего созревания) имели более равномерное распределение корневой системы, чем раннеспелые сорта (Orizzonte, Capeiti, Simeto).

Эти результаты, даже если они получены в горшечном эксперименте в лаборатории, представляют интерес, поскольку информация об изменчивости развития корней внутри вида ограничена.

Наибольшие различия между генотипами наблюдались в значениях поглощения N в первые 90 дней роста, когда растения выращивали в условиях выраженного дефицита азота. Как уже упоминалось, между поглощением азота побегами и корнями и годом выпуска сорта возникла слабая взаимосвязь. В подтверждение предыдущих работ, выполненных другими учеными, опыт показал: при оптимальном внесении азотных удобрений современные сорта были более эффективными, чем старые, тогда как обратное верно, когда азот был ограничивающим фактором.

Также в этом исследовании неожиданно возникла отрицательная взаимосвязь между некоторыми характеристиками корневой системы (биомасса корня и плотность длины корня) и количеством азота, потребляемого при выращивании генотипов в условиях дефицита азота (в первые 90 дней). Следовательно, различия в способности поглощать N среди генотипов, по-видимому, связаны с разными уровнями эффективности поглощения N на единицу длины и веса корня, а не с морфологическими различиями в корневой системе».

По статье группы авторов (Гульельмо Пуччо, Розолино Инграффиа, Дарио Джамбальво, Гаэтано Амато, Альфонсо С. Френда) из Университета Палермо, Института экологии Свободного университета Берлина и Берлин-Бранденбургского института перспективных исследований биоразнообразия, опубликованной на портале www.mdpi.com.