Профили летучих органических соединений почвы можно использовать для оценки здоровья почвы на полях сои
Быстро растущее население мира требует срочного увеличения сельскохозяйственного производства. Прогнозируется, что к 2050 году глобальный спрос на продовольствие увеличится на 35-62%. Для обеспечения стабильного снабжения продовольствием и достижения устойчивого земледелия требуется ряд мер. Они должны включать сохранение земельных и водных ресурсов, а также разработку устойчивых к изменению климата сортов сельскохозяйственных культур. Почва – жизненно важный ресурс в АПК, и понимание ее здоровья посредством соответствующих методов улучшения почвы является критически важным вопросом. В последнее время летучие органические соединения почвы (ЛОС) стали перспективными индикаторами для оценки здоровья почвы. Новое исследование было направлено на оценку эффективности профилей ЛОС почвы как индикаторов здоровья почвы на полях сои.
🔹
В почве присутствуют различные типы органических соединений. К низкомолекулярным соединениям относятся летучие вещества, углеводы, органические кислоты и аминокислоты, тогда как к соединениям с относительно высокой молекулярной массой относятся фенолы, липиды и вторичные метаболиты в метаболоме.
Летучие органические соединения (ЛОС) представляют собой углеродсодержащие соединения, которые испаряются при нормальной температуре и давлении. Спирты, карбонилы, алканы, ароматические соединения, терпены и серосодержащие соединения классифицируются как ЛОС у людей, насекомых, растений и микроорганизмов.
Исследования ЛОС почвы в основном были сосредоточены на микробном производстве специализированных метаболитов и их физиологической активности, типах и распределении ЛОС, производимых почвенными микроорганизмами и растениями, и ЛОС в ризосфере. Хотя некоторые исследования были сосредоточены на полярных метаболитах почвы на полях и их применении для оценки состояния почвы, комплексный анализ летучих органических соединений почвы на полях с растущими культурами остается неопределенным.
Метаболомика — перспективная область, которая широко используется для расшифровки метаболического статуса различных организмов, включая растения и микроорганизмы. Аналитические методы на основе ядерного магнитного резонанса (ЯМР) и масс-спектрометрии (МС) применяются в метаболомике почвы для оценки состояния почвы и оценки окружающей среды. Почвенный волатилом, представляющий собой общее количество летучих соединений, присутствующих в почве, представляет собой подмножество почвенного метаболома, однако существует лишь несколько отчетов о почвенной волатиломике – наука, касающаяся ЛОС.
За последние три года исследовательская группа под руководством Университета Цукубы провела комплексный анализ профилей летучих органических соединений (ЛОС) почвы на соевых полях в префектуре Фукусима, чтобы оценить их потенциал в качестве индикаторов здоровья почвы.
Соя, одна из важнейших культур в мире, служит важным источником белковых продуктов, корма и растительного масла. Глобальный спрос на нее заметно вырос за последние несколько десятилетий. Соя играет важную роль в японской кухне, а уникально обработанные продукты, такие как тофу, являются неотъемлемой частью пищевой культуры страны.
Однако Япония сталкивается с проблемами низкого уровня выращивания сои внутри страны и нестабильной урожайностью. Устойчивые методы ведения сельского хозяйства для минимизации воздействия на окружающую среду при обеспечении стабильной урожайности имеют важное значение для обеспечения стабильных поставок сои.
Учитывая это, данное исследование было сосредоточено на почве на полях сои. Образцы, демонстрирующие различные почвенные условия (включая внесение синтетических удобрений и навоз КРС, растений сои и их отсутствие), были проанализированы на содержание ЛОС в сочетании с данными о физических свойствах почвы, почвенном метаболоме, почвенном иономе и почвенном микробиоме, а также о химических веществах ризосферы и корневом микробиоме для проведения комплексной оценки здоровья почвы. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
Впервые в глобальном масштабе анализ показал, что присутствие растений сои повлияло на уровни ЛОС в почве и они значительно увеличились в период цветения сои. Более того, профили ЛОС в почве показали сильную корреляцию с наборами данных омикс, связанных с почвой (ионом почвы, микробиом почвы, метаболом почвы и физические свойства почвы), но не с наборами данных о химикатах ризосферы и микробиоме корней, полученными с полей, на которых выращивают сою.
Анализ выявил около 200 пиков на сельскохозяйственных полях. Почва участков, представленных соей, демонстрировала заметно более высокие уровни ЛОС, чем участки без сои во время сезона цветения. Пентановая кислота, 2,2,4-триметил-3-карбоксиизопропил, изобутиловый эфир, дискриминантный почвенный ЛОС, был идентифицирован с помощью многомерного анализа данных как отчетливо присутствующий ЛОС на полях с растениями сои или без них во время периода цветения.
Доля аннотированных классов соединений, обнаруженных в почве сельскохозяйственных полей в период с 2019 по 2021 год. Источник: Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-70873-x
Результаты данного исследования показывают, что профили ЛОС в почве могут служить надежными индикаторами для оценки здоровья почвы в сельскохозяйственных условиях.
Источник: University of Tsukuba.
Заглавное фото: Медведева Анна, AgroXXI.ru.
