Пшеница будущего: как союз с микробами спасет планету от удобрений

Азотные удобрения, основа современного сельского хозяйства, несут не только пользу, но и серьезную угрозу для планеты. Их производство и использование вносят весомый вклад в глобальное потепление. Тревожный факт: более половины азота, ежегодно вносимого на поля, не усваивается растениями и впустую уходит в атмосферу и грунтовые воды. Это приводит к загрязнению водоемов, закислению почв, потере биоразнообразия и усугубляет изменение климата.

Решение проблемы может лежать не в отказе от удобрений, а в переосмыслении самого подхода к селекции растений. Ученые из Венского университета предложили новую концепцию, основанную на принципе «холобионта». Этот подход рассматривает растение и окружающий его мир почвенных микроорганизмов не по отдельности, а как единый сверхорганизм. Именно в сложном взаимодействии между корнями и микробиомом скрыт ключ к устойчивому земледелию будущего.

Международная группа исследователей под руководством Вольфрама Векверта сосредоточилась на пшенице, изучая ее способность естественным образом сдерживать потери азота в почве. Оказалось, что некоторые сорта способны выделять через корни особые вещества — биологические ингибиторы нитрификации (BNI), которые замедляют превращение азота в летучие и легко вымываемые формы. Анализ показал, что у разных элитных сортов пшеницы эта способность выражена в разной степени.

«Анализ корневых выделений, сложных соединений, выпускаемых корневой системой, показывает существенные различия между сортами пшеницы», — объясняет Ариндам Гатак, первый автор исследования. — «Эти выделения способствуют или подавляют развитие определенных микробных сообществ и позволяют отбирать штаммы с особенно высокой активностью BNI». Культивируя такие линии пшеницы, фермеры в будущем смогут значительно сократить потребность в искусственных азотных удобрениях, что станет важным шагом к восстановлению нарушенного глобального азотного цикла.

Чтобы эффективно использовать это природное решение, ученые разработали инновационную концепцию селекции. Она объединяет генетику растений, изучение микробиома и передовые омиксные технологии (PANOMICS) для сбора огромных массивов данных. «В сочетании с алгоритмами машинного обучения это открывает многообещающую платформу для выведения новых сортов сельскохозяйственных культур, обладающих высоким потенциалом BNI, большей устойчивостью к изменению климата и способностью улучшать здоровье почвы», — поясняет Векверт.

Таким образом, концепция холобионта знаменует смену парадигмы в агронауке. Она объединяет экологию, системную биологию и селекционные технологии, подчеркивая взаимосвязь всех элементов экосистемы. Это открывает новые пути к созданию ресурсоэффективного и климатически устойчивого сельского хозяйства, где растения и микробы работают в гармонии.