真菌可以减少农作物对肥料的依赖

2020-10-13 38真菌

一项新的研究表明,真菌可以减少农作物对肥料的依赖。向小麦中引入真菌可增加其对关键营养素的吸收,并可能导致新的“气候智能”作物。

真菌可以减少农作物对肥料的依赖

利兹大学的研究人员证明了小麦与土壤真菌之间的伙伴关系,可以利用该伙伴关系开发新的粮食作物和耕作制度,这些作物和肥料的依赖性降低,从而减少了它们对不断升级的气候危机的影响。

这是首次证明与植物根部形成伙伴关系的真菌为谷物作物提供大量的磷和氮。真菌继续在2100年预测的较高二氧化碳(CO2)水平下提供营养,这对未来的粮食安全具有重要意义。

该结果今天发表在《全球变化生物学》杂志上。

利兹大学生物学院和全球食品与环境研究所的首席研究员凯蒂·菲尔德教授说:“真菌可能是一种有价值的新工具,可以在面对气候和生态危机时帮助确保未来的粮食安全。

“这些真菌并不是提高粮食作物生产力的灵丹妙药,但它们有潜力帮助减少我们目前对农业肥料的过度依赖。”

农业是全球碳排放的主要贡献者,部分原因是肥料等大量投入。尽管肉类生产对全球变暖的贡献远大于生长作物,但减少肥料的使用可以帮助降低农业对气候变化的总体贡献。

古老的植物-真菌伙伴关系

大多数植物在其根系中都与真菌形成伙伴关系,称为丛枝菌根,这使它们能够更有效地从土壤中吸收养分。作为交换,植物将碳水化合物作为一种支付形式提供给真菌,这被称为共生。

植物可以将它们从空气中吸收的10-20%的碳提供给真菌伴侣,以换取其所需磷摄入量的80%。这些真菌还可以帮助植物增加生长,增加氮含量,吸收水分,并保护植物免受病虫害侵害。

但是在过去的10,000年中,农作物已经通过精养进行了驯化,这无意间阻止了某些品种与有益真菌之间的紧密联系。

在全球范围内,小麦是数十亿美元的主粮,小麦种植使用的土地比任何其他粮食作物都要多(2017年为2.18亿公顷)。尽管增加了氮和磷肥料的使用以提高单产,但近年来,可在给定地区生产的小麦数量已达到稳定水平。

尽管农民种植的一些小麦品种与有益真菌形成了这种伙伴关系,但许多却没有。因此,利兹大学的研究人员认为,有潜力开发新的小麦品种,而这些新品种较少依赖肥料。

可持续粮食生产

利兹大学生物学院的合著者汤姆·瑟克尔博士说:“几千年来,农民一直在种庄稼以提高生产力和抗病能力,但这主要是基于地面上的观察结果。

“我们开始认识到,我们驯化的某些农作物与土壤中的真菌缺乏这些重要联系。我们的结果表明,有真正的潜力来育种新的农作物品种,以恢复与有益真菌的这种失去的联系,并改善烟草的可持续性。未来的食品生产系统。”

科学家允许这种真菌在实验室中定殖于三种不同小麦品种的根部,并使其在两个小室之一中生长-模仿当前的气候条件或预测2100年的气候条件,当时预计大气中的CO2浓度是该水平的两倍。如果不抑制排放的话他们想知道不同品种可以从其真菌伴侣身上获得什么好处,以及大气中二氧化碳的增加将如何影响这种关系。

通过化学标记土壤中的磷和氮以及空气中的二氧化碳,研究人员能够证明在两种气候情景下,不同品种的小麦都通过其真菌伙伴吸收了养分。

不出所料,这三个小麦品种与真菌的交换程度不同,某些品种从碳水化合物的关系中获得的收益要比其他品种高得多,因为它们具有相似的碳水化合物“成本”。

尤其是,与其他两个品种相比,Skyfall小麦品种从真菌中吸收的磷更多,比阿瓦隆品种多570倍,比卡登扎多225倍。

三种作物中任何一种在较高的二氧化碳水平下,从真菌到小麦的磷或氮交换都没有差异。因此,即使在未来的气候条件下,真菌似乎仍可以继续将营养物质转移至农作物。

研究人员认为,真菌可以减少农作物对肥料的依赖,有可能培育出更适应真菌合作关系的小麦新品种。这可以使农民减少肥料用量,因为它可以使小麦通过真菌获得更多所需的营养。

关于真菌对谷类作物的生长是净是正还是负,目前正在进行讨论,因为一些证据表明真菌可以作为植物宿主的寄生虫。

先前曾预测,大气中较高的CO2含量将导致真菌从其植物宿主中吸收更多的碳,但这项研究发现这三种小麦并非如此。

研究人员建议,现在需要进行田间规模的实验,以了解该研究中证明的真菌对小麦的有益作用是否可以在农场中复制。

引用

University of Leeds. "Fungi could reduce reliance on fertilizers." ScienceDaily. ScienceDaily, 24 October 2019. www.sciencedaily.com/releases/2019/10/191024075015.htm.

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