Новые исследования о механизмах получения азота растениями

Азот играет первостепенную роль в жизни растений: без него невозможно формирование хлорофилла, а следовательно — и рост зеленой массы. И, несмотря на то, что наша атмосфера по большей части состоит из азота, растениям не так просто его получить, ведь растения могут усваивать далеко не любую его форму. Тем не менее, существуют природный механизм, переводящий элемент в доступную для растений форму, известный как фиксация азота.

Фиксация азота осуществляется особыми азотфиксирующими бактериями (они обитают, например, на корнях бобовых). Для этого они задействуют сложный комплекс ферментов — нитрогеназу. В строении нитрогеназы не последнее место занимают металлы, в частности, молибден, дефицит которого всегда связан с риском нарушения работы ферментов, из-за которого растения могут остаться без азота.

Исследователи из Принстонского университета выяснили, что работа нитрогеназа более стабильна, чем считалось ранее, и дефицит молибдена может быть компенсирован за счет использования другого металла. Изучая состояние бореального леса в Канаде, ученые заметили, что в условиях нехватки молибдена его функцию выполняет ванадий.

Возможность различных форм нитрогеназы давно обсуждается в научном сообществе. В частности, активно изучается ванадиевая нитрогеназа, вырабатываемая бактериями рода Azotobacter. Она связывает азот так же хорошо, но если в почве достаточно молибдена, ее ресурсы не используются растениями.

Хотя в данном исследовании ученые сфокусировались на факторе дефицита молибдена, не исключено, что на активность фермента повлияла температура. Еще в конце 1980-х канадские ученые Р. В. Миллер и Р. Р. Иди выявили, что при низких (около 5°C) температурах активность молибденовой нитрогеназы снимажется, а ванадиевой — увеличивается, в то время как при температуре 20-30°C преимущество оказывается у молибденовой нитрогеназы. Учитывая холодный климат бореальных лесов, можно предположить, что температура дала «зеленый свет» на деятельность ванадиевого варианта фермента.

В любом случае, результаты исследования открывают скрытые возможности экосистем, благодаря которым растения могут поддерживать свою жизнедеятельность. Применение этих знаний в растениеводстве поможет адаптировать растения к сложным климатическим условиям, а также озеленять разрушенные территории.