Ученые приблизились к решению одной из главных проблем современного сельского хозяйства — зависимости от синтетических азотных удобрений. Команда из Калифорнийского университета в Дэвисе с помощью технологии CRISPR создала пшеницу, которая сама стимулирует почвенные бактерии производить необходимый растениям азот. Работа опубликована в журнале Plant Biotechnology Journal.
Генетически модифицированная пшеница может обеспечить себя удобрениями
Ученые Калифорнийского университета создали пшеницу, которая заставляет почвенные бактерии производить азотные удобрения. Это может снизить использование синтетических удобрений и загрязнение окружающей среды.
Пшеница — один из основных продуктов питания человечества — требует огромного количества азотных удобрений. Википедия
Проблема современного земледелия в том, что растения усваивают лишь 30-50% вносимых удобрений. Остальное смывается в реки и моря, создавая мертвые зоны, или испаряется в виде закиси азота — парникового газа. Одна только пшеница потребляет 18% всех азотных удобрений в мире.
Исследователи изучили около 2800 растительных соединений и обнаружили, что флавоны заставляют почвенные бактерии образовывать защитные биопленки. В этих пленках создается среда с низким содержанием кислорода, необходимая для работы фермента нитрогеназы, который превращает атмосферный азот в доступную для растений форму.
Тестовая пшеница.
С помощью генного редактирования ученые увеличили производство флавонов в корнях пшеницы. Растение выделяет избыток этого вещества в почву, активируя азотфиксирующие бактерии. В условиях низкой плодородности почв такая пшеница показала лучшую урожайность по сравнению с обычной.
Как пшеница сама себя «кормит» азотом
«В Африке люди не используют удобрения, потому что у них нет денег, а фермы небольшие — не больше 2-3 гектаров. Представьте: вы сажаете культуры, которые стимулируют бактерии в почве создавать удобрения, необходимые этим культурам, естественным образом. Это очень круто», — отмечает руководитель исследования Эдуардо Блумвальд.
Рост пшеницы дикого типа и линий CRISPR в условиях ограниченного азота. Морфология пшеницы дикого типа и трех линий CRISPR (L3, L12 и L25), выращенных в контрольных условиях (100% N) и в условиях ограниченного N (50% N и 30% N) на стадии кущения.
Технология может значительно сократить экологический ущерб от сельского хозяйства. Чем меньше синтетических удобрений, тем меньше загрязняются водоемы и тем ниже выбросы парниковых газов. В мире на азотные удобрения тратятся сотни миллиардов долларов, и даже небольшая экономия дает огромные цифры.
Теперь ученым предстоит проверить стабильность метода в различных почвенно-климатических условиях и его влияние на экосистему почвы. Если результаты подтвердятся в полевых условиях, генно-редактированные злаки смогут стать практическим инструментом устойчивого земледелия.