Odkrywanie tajemnic odżywiania roślin na potrzeby zrównoważonego rolnictwa
Zwiększanie się liczby ludności na świecie oznacza pilną potrzebę zapewnienia zrównoważonej produkcji żywności w ciągu najbliższych 30 lat. Wzrost roślin zależy od dostępności składników odżywczych, przy czym kluczowe jest zrozumienie, w jaki sposób przystosowują się one do niedoborów składników odżywczych. Mineralne składniki odżywcze, takie jak azot i żelazo, odgrywają też ważną rolę w wiązaniu atmosferycznego CO2, ponieważ fotosynteza stanowi główny mechanizm, za pośrednictwem którego węgiel przedostaje się do ekosystemów. Z tego względu poznanie tych procesów biologicznych jest niezbędne, by można było opracować nowe strategie zwiększające odporność i produktywność upraw, a tym samym zapewnić bezpieczeństwo żywnościowe i skutecznie chronić środowisko.
Analiza niedoborów składników odżywczych w roślinach
Projekt ExuNutriStress, realizowany przy wsparciu programu działań „Maria Skłodowska-Curie” (MSCA), doprowadził do znaczących postępów w badaniach sposobu, w jaki drzewa reagują na niedobory składników odżywczych. Prace przeprowadzono na topolach, które służą jako doskonały model do badań nad drzewami leśnymi ze względu na szybki wzrost i dojrzewanie oraz rozległy obszar występowania. Wybór azotu i żelaza wynika z krytycznej roli tych pierwiastków w wielu cząsteczkach i procesach roślinnych, w tym w fotosyntezie i szlakach biosyntezy. Zrozumienie sposobu, w jaki topole mobilizują azot pochodzący z gleby pozwoliłoby na stworzenie potencjalnych rozwiązań w zakresie obniżenia ilości azotu wprowadzanego do środowiska, co jest szczególnie istotne ze względu na fakt, że rolnictwo jest jednym z sektorów wskazywanych jako źródło przewidywanego wzrostu zanieczyszczenia azotem, odpowiadającym za 60 % tego zjawiska. Wydzieliny korzeniowe to związki organiczne uwalniane przez rośliny do gleby. Poprawiają one biodostępność składników odżywczych i wzrost rośliny poprzez zmianę właściwości fizycznych i chemicznych ryzosfery oraz jej mikrobioty. Wydzieliny korzeniowe są bezpośrednio zaangażowane w biogeochemiczny obieg składników odżywczych. Dlatego tak ważne jest, aby zbadać wpływ niedoborów składników odżywczych na wydzieliny korzeniowe. Wydzieliny odgrywają również kluczową rolę w sekwestracji węgla w glebie, na co może mieć wpływ stan odżywienia roślin. „Badanie ExuNutriStress ma potencjał, by przyczynić się do poprawy zrównoważonego rolnictwa dzięki alternatywie dla nawozów syntetycznych”, podkreśla główny badacz Sébastien Thomine.
Wpływ niedoboru składników odżywczych wpływa na metabolizm roślin
Uczeni przeprowadzili serię eksperymentów hydroponicznych w kontrolowanych warunkach. Doświadczenia te badały wpływ niedoborów azotu i żelaza na wydzieliny korzeniowe topoli – zarówno indywidualnie, jak i łącznie. Naukowcy monitorowali parametry takie jak poziom chlorofilu i pH oraz analizowali mikro- i makroelementy w różnych częściach roślin. Wyniki projektu wskazują, że pod wpływem niedoboru składników odżywczych korzenie topoli gromadzą określone metabolity, w tym flawonoidy. W przypadku niedoboru azotu brak równowagi w zakresie metabolizmu azotu i węgla wpływa na produkcję flawonoidów, podczas gdy niedobór żelaza wpływa na szlaki kwasów tłuszczowych i aminokwasów. „Wnioski te mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia reakcji roślin na niedobór składników odżywczych”, podkreśla María Teresa Cieschi, stypendystka programu MSCA.
Znaczenie społeczne i środowiskowe
Projekt ExuNutriStress stanowi znaczący krok naprzód, jeśli chodzi o badanie fizjologii roślin w warunkach niedoboru składników odżywczych. Jego ustalenia mają nie tylko istotne znaczenie naukowe, ale także daleko idące implikacje dla zrównoważonego rolnictwa. Wiedza na temat roli wydzielin korzeniowych w odżywianiu roślin może utorować drogę do bardziej skutecznych i przyjaznych dla środowiska praktyk rolniczych, w tym zrównoważonych nawozów. Wyniki projektu były aktywnie rozpowszechniane za pośrednictwem strony internetowej, mediów społecznościowych oraz podczas wydarzenia naukowego w Paryżu. Dalsze prace prowadzone w ramach projektu powinny doprowadzić do dalszych przełomowych wniosków na temat gospodarowania składnikami odżywczymi roślin i równowagi ekologicznej.
Słowa kluczowe
ExuNutriStress, żelazo, azot, wyciek korzeniowy, topola, zrównoważone rolnictwo, odżywianie roślin, fotosynteza, zanieczyszczenie, minerały
