Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Проект направлен на решение фундаментально-прикладной научной проблемы в области эффективного, высокопродуктивного и экологически чистого агрохозяйства, связанной с выявлением возможных взаимосвязей между строением барьерных тканей поглощающих корней одно- и двудольных видов культурных растений и составом бактериальных сообществ их ризосферы в условиях ограниченного доступа азота. На первом этапе реализации проекта были проведены эксперименты по выращиванию модельных культур однодольных (пшеница мягкая, чеснок озимый, два сорта лука репчатого) и двудольных (рапс, подсолнечник, три сорта томатов) видов растений на малоплодородном субстрате без добавления и с двукратным добавлением азота (30 мг/кг почвы, в форме аммонийной селитры). Через 72-е суток вегетации после извлечения растений в ризосферной почве проводили оценку количества мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ) и азотфиксаторов (КМАФАнАМ), а также некоторых физико-химических параметров (рН, общее содержание азота, органического углерода и подвижных форм фосфора). Была выделена тотальная ДНК для дальнейшего метагеномного анализа. У модельных видов измеряли параметры роста и структуру поглощающих корней, содержание в листьях фотосинтетических пигментов. Была также проведена оценка содержания азота в надземной биомассе однодольных видов культурных растений. Внесение азота приводило к некоторому повышению его содержания в почве только при выращивании двудольных растений, а остальные физико-химические показатели достоверно не изменялись. Структурные исследования поглощающих корней однодольных растений выявили различия, связанные с видовой принадлежностью и условиями произрастания. Корни пшеницы отличались одревеснением радиальных и тангентальных стенок клеток эндодермы. У лука и чеснока в эндодерме одревесневали радиальные стенки. У всех видов экзодерма была однослойная, ее клеточные стенки были утолщены. Лигнификация отмечена только у части корней пшеницы. Отличительным признаком корней луковых является хорошо развитая аэренхима (99%). В ряду пшеница < лук < чеснок значимо увеличивался радиус корней, за счет паренхимы коры и увеличения в ней числа слоев. По размеру стелы значительно выделялся чеснок. Внесение азота в почву приводило к утолщению корней за счет увеличения радиуса стелы и паренхимы коры у всех однодольных видов. Различия по морфометрическим признакам были сильно выражены у двудольных растений и менее контрастны у однодольных. У всех растений добавление азота вызывало увеличение длины побегов, сырой надземной и подземной биомассы. Этот прирост был значимым и в среднем составлял 160, 360 и 270%, соответственно, по сравнению с растениями, выращенными на малоплодородной почвосмеси. Все модельные виды значимо отличались по содержанию фотосинтетических пигментов. Их наибольшее количество среди однодольных растений отмечено в листьях обоих сортов лука, среди двудольных – у всех сортов томатов. Внесение N в почву приводило к существенному увеличению содержания как хлорофиллов, так и каротиноидов. Наибольшее увеличение хлорофиллов наблюдалось у пшеницы (в 2,7 раза), подсолнечника (в 2,2 раза) и томатов (в 2,9 раз). В то же время наибольшее увеличение каротиноидов было отмечено у чеснока (в 1,8 раз) и у томата сорта «Вороний глаз» (почти в 2 раза). Результаты дисперсионного анализа (two-way ANOVA) показали, что более значимым для содержания хлорофиллов оказалось внесение N, в то время как для каротиноидов – видовая специфичность. По содержанию общего азота в надземной биомассе среди однодольных видов достоверно выделялся чеснок (почти в 2 раза больше N, чем у пшеницы и лука). Добавление азота вызывало его накопление в надземной биомассе пшеницы и лука (в среднем в 1,9 раз), в то время как у чеснока этот показатель не изменялся. Значение КМАФАнМ в ризосферной почве пшеницы и лука, выращенных без внесения N, достоверно не отличалось от их количества в почвосмеси без растений. В то же время у чеснока их количество было достоверно ниже (в 2,5 раза). У всех двудольных видов КМАФАнМ в ризосферной безазотистой почве оставалось на уровне контрольного субстрата без растений. Добавление азота не влияло на КМАФАнМ контрольного субстрата, однако немного, но достоверно увеличивало их количество у пшеницы (в 2,0 раза), подсолнечника (в 3,3 раза) и томата сорта «Вороний глаз» (в 1,5 раза). КМАФАнАМ в почвосмеси без растений было в 4 раза ниже, чем КМАФАнМ, и внесение азота на них не влияло. В ризосферной почве модельных видов количество азотфиксаторов было почти в 8 раз ниже, чем общее содержание микроорганизмов. Добавление азота достоверно (в среднем в 5,4 раза) увеличивало количество азотфиксаторов у некоторых однодольных (пшеница, лук сорта «Лучок на пучок») и двудольных (подсолнечник и томат сорта «Балконное чудо» и «Комнатный Сибиряк). Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что изученные виды однодольных и двудольных растений по-разному отзывались на внесение аммонийной формы азота. Это проявлялось как в морфофизиологических изменениях, так и в реакции их ризосферной микрофлоры. Изученные однолольные виды растений были контрастны по строению корней и накоплению N в надземной биомассе, что дает основание предположить связь между этими параметрами.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Проведенное комплексное исследование было направлено на изучение взаимосвязи между анатомическим строением поглощающих корней, эффективностью использования азота (N) и структурой ризосферного микробного сообщества у однодольных и двудольных растений. Детально изучено строение тонких поглощающих корней у модельных двудольных видов: рапса (B. napus, BN), подсолнечника (H. annuus, HA) и трех детерминантных сортов томата (S. lycopersicum, SL, v.1 – 'Балконное чудо’, v.2 – ‘Комнатный Сибиряк’, v.3 – 'Вороний глаз’). Установлено, что степень одревеснения клеток эндодермы и развития экзодермы является видоспецифичным признаком, зависимым от уровня азотного питания. Например, у BN выявлено утолщение как радиальных, так и тангентальных стенок эндодермы, а экзодерма была слабо развита. У HA и SL, напротив, экзодерма формировалась активно. По морфометрическим параметрам (диаметр корня, толщина паренхимы коры) виды составили восходящий ряд: BN < HA < SL-v.1 < SL-v.2 < SL-v.3. Дефицит N приводил к уменьшению диаметра корней у всех видов, преимущественно за счет сужения центрального цилиндра и уменьшения коры, однако сила этой реакции статистически значимо зависела от вида растения. Сравнение с однодольными растениями подтвердило гипотезу о менее выраженном развитии барьерных тканей у двудольных. Так, средняя встречаемость корней с одревесневшей эндодермой у однодольных составила 30,3%, тогда как у двудольных – лишь 5,9%. Экзодерма была хорошо развита у всех однодольных и у большинства двудольных (кроме BN). Дефицит N стимулировал лигнификацию эндодермы у однодольных, но не имел системного влияния на развитие экзодермы. У однодольных также были значимо больше толщина паренхимы коры и число в ней клеточных слоев. Содержание N в надземной биомассе было достоверно выше также у однодольных. Внесение аммонийной селитры усиливало его накопление в побегах растений обоих классов, но более выраженно – у однодольных. Однако общая биомасса интенсивнее наращивалась двудольными, особенно HA и некоторыми сортами SL. Дефицит N сильнее угнетал рост биомассы именно у двудольных растений. Корреляционный анализ выявил класс-специфичные паттерны. У однодольных обнаружена слабая отрицательная корреляция между степенью одревеснения эндодермы и накоплением N в побеге, а также положительные связи содержания N с диаметром корня, стелы и развитием аэренхимы. У двудольных подобных связей для эндодермы не найдено, но предполагается потенциально более существенная барьерная роль экзодермы. Выращивание растений в течение 10 недель приводило к значительному потреблению минерального N, особенно нитратов, концентрация которых в вегетационных сосудах с растениями была на порядки ниже, чем в фоновом субстрате без растений. После вегетации содержание общего и щелочногидролизуемого N в почве под двудольными было статистически значимо выше, чем под однодольными. Общее микробное число не различалось между классами растений и не зависело от азотных добавок. Вопреки ожиданиям, численность ассоциативных азотфиксаторов в целом не была выше у двудольных, но достоверно увеличивалась при внесении минерального N у отдельных видов обоих классов. В микробном сообществе преобладали бактерии, участвующие в фиксации атмосферного азота и денитрификации, тогда как численность аммонификаторов и нитрификаторов была ниже. Выявлены положительные корреляции между численностью функциональных групп микроорганизмов и параметрами роста и питания растений, специфичные для каждого класса. Методами высокопроизводительного секвенирования идентифицировано 29 бактериальных типов. Доминировали Proteobacteria (син. Pseudomonadota), Acidobacteria и Bacteroidetes (Bacteroidota). Дефицит N по-разному влиял на относительную численность Proteobacteria: у однодольных она не менялась или росла, а у двудольных – снижалась. Альфа-разнообразие бактериального сообщества значимо различалось не только между видами, но и между сортами одного вида, а также зависело от класса растения. Внесение азота, как правило, снижало видовое богатство (индекс Чао1), особенно у однодольных, в то время как у SL эффект был неоднозначным и сортоспецифичным. Анализ 60 родов селективных N-трансформирующих ризобактерий показал, что их доля была выше у однодольных. Выявлены как общие (например, Stenotrophomonas, Candidatus Solibacter, Flavisolibacter), так и уникальные для каждого класса доминирующие роды. Обнаружены многочисленные и разнообразные корреляции между обилием конкретных бактериальных родов, параметрами растения и формами N в почве. Например, у однодольных обилие представителей рода Stenotrophomonas коррелировало с аммонийными формами, а у двудольных – с нитритными. У двудольных выявлен более широкий спектр родов N-фиксаторов (например, Rhizobium, Azohydromonas), обилие которых положительно коррелировало с ростом и накоплением азота. Значимые связи со структурными особенностями корней (одревеснением эндодермы, развитием экзодермы) были характерны в основном для минорных, а не для доминирующих родов бактерий. В целом исследование демонстрирует глубокую взаимосвязь между анатомией поглощающих корней, стратегией азотного питания и структурой ассоциированного микробного сообщества, причем все эти параметры имеют выраженную видо- и/или сортоспецифичность и зависят от уровня обеспечения азотом. Таким образом, можно сделать вывод о том, что структура корня является ключевым звеном, связывающим растение и уникальное ризосферное сообщество для эффективного использования азота. Результаты исследований освещены в сети интернет: https://ria.ru/20251120/nauka-2056020263.html Москва, 20.11.2025 РИА Новости: «На Урале исследовали возможности томатов обходиться без дорогих удобрений».