Длительное использование азотных удобрений нарушает мутуализм растений и микробов
При длительном воздействии азотных удобрений азотфиксирующие бактерии ризобии эволюционируют, становясь менее полезными для бобовых растений, которым они обычно служат. К такому выводу пришли исследователи в новом исследовании, опубликованном в журнале Evolution.
Эти выводы могут представлять небольшой интерес для фермеров, которые обычно выращивают один тип растений и всегда могут добавить больше удобрений для стимулирования роста. Однако в природных зонах, прилегающих к сельхозугодьям, куда попадают стоки удобрений, или в районах, где оседают оксиды азота от сжигания ископаемого топлива, изменение качества почвенных ризобий может иметь «далеко идущие экологические и экологические последствия». Изменённый глобальный цикл азота влияет на естественные экосистемы.
«Азот, который мы вносим на сельскохозяйственные поля, не остаётся на этих полях, и атмосферные азотные осадки не остаются рядом с электростанцией, которая их производит», — отмечает профессор биологии растений Университета Иллинойса Кэти Хит, руководившая исследованием. Раньше, до промышленных удобрений, азот в почве был дефицитом, и бобовые получали его благодаря мутуализму с ризобиями, которые фиксируют атмосферный азот в доступных для растений формах (нитрат или аммоний), получая взамен углерод.
В новом анализе учёные исследовали шесть долгосрочных экспериментальных полей на Биологической станции Келлога. На каждом поле один участок удобряли азотом более двух десятилетий, а другой (контрольный) — никогда. Ризобии, выделенные из бобовых с удобренных участков, в тепличном эксперименте привели к снижению биомассы растений на 17–30% и значительному уменьшению содержания хлорофилла по сравнению с бактериями с неудобренных участков. Генетический анализ показал, что, хотя состав популяций бактерий был схож, ризобии с удобренных участков эволюционировали, став менее полезными для растений-хозяев.
«Это исследование показывает, как работают мутуализмы и как они эволюционируют, — сказала Хит. — Мутуализмы зависят от баланса обмена между партнёрами, например, от особой экономики азота и углерода в почве. И когда экономика меняется — скажем, когда азот перестаёт быть дефицитным — эти мутуализмы могут исчезнуть».