Модифицированное бактериальное сообщество, способствующее растворению силикатов, снижает потребность кукурузы, выращенной в полевых условиях, в питательных веществах за счёт улучшения усвоения кремния и оптимизации микроэкологии ризосферы

Кремний (Si) является важным элементом для роста и развития злаковых культур, особенно в условиях стресса. Его роль в улучшении устойчивости растений к неблагоприятным условиям делает его ключевым элементом в современном сельском хозяйстве. Биообогащение культур кремнием с помощью силикат-солюбилизирующих бактерий (SSB) представляет собой экологически чистую технологию, способствующую повышению устойчивости сельскохозяйственных культур. В данном исследовании была создана синтетическая бактериальная сообщество (SSB SynCom), способствующее растворению силикатов, с целью снижения потребности кукурузы в питательных веществах и оптимизации микроэкологии ризосферы.

Цели исследования

Целью данного исследования было проверить эффективность SSB SynCom, выделенных из различных регионов страны за их высокую способность разлагать кремнезём, в поддержании конкурентоспособной урожайности кукурузы при сокращении внесения удобрений.

Методология

В рамках двухлетнего полевого эксперимента было проведено сравнение влияния SSB SynCom на рост, урожайность и микроэкологию ризосферы кукурузы при снижении уровня внесения удобрений. Основные параметры, подлежащие оценке, включали:
- Биомасса и урожайность кукурузы.
- Фотосинтетическая способность листьев.
- Концентрация кремния в растениях.
- Уровень экспрессии генов, отвечающих за транспортировку кремния.
- Изменения в микроэкологии ризосферы.

Результаты

1. Увеличение биомассы и урожайности:
- Применение SSB SynCom значительно увеличило биомассу и урожайность кукурузы в условиях дефицита питательных веществ, особенно азота (N). Это свидетельствует о способности SSB SynCom улучшать усвоение питательных веществ растениями.

2. Фотосинтетическая способность:
- Наблюдалось заметное повышение фотосинтетической способности листьев кукурузы при использовании SSB SynCom. Это связано с увеличением концентрации кремния и улучшением общего состояния растений.

3. Экспрессия генов-переносчиков кремния:
- Уровень экспрессии генов, отвечающих за транспортировку кремния, значительно увеличился, что указывает на активизацию механизмов, способствующих усвоению этого элемента.

4. Изменения в микроэкологии ризосферы:
- Применение SSB SynCom привело к значительным изменениям в микроэкологии ризосферы. Снижение бактериального разнообразия и сложности взаимодействий после применения бактериального сообщества может указывать на оптимизацию симбиотических отношений между растениями и микроорганизмами.

5. Корреляция между концентрацией азота и кремния:
- Концентрация азота и кремния в побегах кукурузы продемонстрировала сильную корреляцию, что указывает на взаимосвязь между этими элементами в процессе усвоения питательных веществ.

6. Положительное влияние ключевых родов микроорганизмов:
- Некоторые ключевые роды микроорганизмов в ризосфере показали значительную положительную связь с питательным статусом растения-хозяина, что подтверждает важность бактериального сообщества в поддержании здоровья растений.

Исследование показало, что микробиологический препарат SSB SynCom является высокоэффективным средством для повышения урожайности кукурузы за счёт взаимодействия азота и кремния при выращивании в полевых условиях с меньшим количеством удобрений. Это открывает новые возможности для устойчивого развития сельского хозяйства, позволяя снизить зависимость от химических удобрений и улучшить экологическую устойчивость агросистем.


Исследование: Field Crops Research