Fosfor är ett viktigt växtnäringsämne. Det stimulerar rottillväxt, är en del av fotosyntesen och överföring av näringsämnen genom växten, och utan försenas mognad och frukter och frön är få och dåligt formade. Den goda nyheten är att det finns massor av fosfor i jorden, med koncentrationer som sträcker sig från 200 till 6 000 pund per hektar. Den dåliga nyheten är att 80 procent av denna fosfor är orörlig och inte tillgänglig för upptag av växter. Vi har lyckats övervinna detta problem genom att tillföra näringsämnen till jorden som gödsel eller kemiska gödningsmedel. Men erosion och avrinning från åkrar har lett till andra problem – som algtillväxt i sjöar och vattendrag.
Men idag finns det några goda nyheter i fosforvärlden. En forskargrupp ledd av University of Washington och Pacific Northwest National Laboratory har visat att mikrober tagna från träd som växer bredvid orörda bergsmatade strömmar i västra Washington kan göra fosfor som fångas i jordar mer tillgänglig för jordbruksgrödor. rönen publicerades i oktober i tidskriften Frontiers in Plant Science .
Dessa bakterier är "endofyter", mikroorganismer som lever i en växts vävnad som endosymbionter . Sharon Doty, professor vid UW School of Environmental and Forest Sciences, tänker på dem som "probiotika" för växter. Dotys labb har i tidigare studier visat att mikrober kan hjälpa växter att överleva och till och med frodas i näringsfattiga miljöer — och hjälpa till att städa upp föroreningar .
I den här nya studien fann Doty och medarbetare att endofytiska mikrober isolerade från vildväxande poppel hjälpte till att låsa upp värdefull fosfor från miljön och bryta isär de kemiska komplexen som hade gjort fosforn otillgänglig för växter.
"Vi utnyttjar ett naturligt partnerskap mellan växter och mikrober," sa Doty. "Detta kan vara ett verktyg för att främja jordbruket eftersom det tillhandahåller detta viktiga näringsämne utan att skada miljön."
Dotys forskare, Andrew Sher, och UW-forskaren Jackson Hall visade i labbexperiment att mikroberna kunde lösa upp fosfatkomplexen. Poppelplantor som inokulerats med bakterierna i Dotys labb skickades till samarbetspartnern Tamas Varga , en materialforskare vid Environmental Molecular Sciences Laboratory vid Pacific Northwest National Laboratory i Richland, Washington. Där använde forskare avancerad avbildningsteknik i deras labb och vid andra nationella laboratorier av det amerikanska energidepartementet för att ge tydliga bevis för att fosforn som gjorts tillgänglig av mikroberna gjorde det till växtens rötter.
Avbildningen avslöjade också att fosforn binds upp i mineralkomplex i växten. Endofyter, som lever inuti växter, är unikt positionerade för att återupplösa dessa komplex, vilket potentiellt upprätthåller tillgången på detta viktiga näringsämne.
Medan tidigare arbete i Dotys labb visade att endofyter kan tillföra kväve, som erhålls från luften, till växter, sådana direkta bevis på att växter använder fosfor löst av endofyter var tidigare otillgängliga.
Bakterierna som användes i dessa experiment kom från vilda poppelträd som växte längs floden Snoqualmie i västra Washington. I denna naturliga miljö kan poppel frodas på steniga flodstränder, trots låg tillgång på näringsämnen som fosfor i deras naturliga livsmiljö. Mikrober hjälper dessa träd att fånga och använda de näringsämnen de behöver för tillväxt.
Dessa fynd kan tillämpas på jordbruksgrödor, som ofta sitter på ett oanvänt överflöd av "legacy" fosfor som har samlats i jorden från år av gödningsmedelsapplicering. Mikrober kan appliceras i jorden bland unga växter, eller som en beläggning på frön, hjälpa till att låsa upp fosfor som hålls fången och göra den tillgänglig för användning av växter för att växa. Att minska användningen av gödningsmedel och använda endofyter – som de som studerats av Doty och Varga – öppnar dörren för en mer hållbar livsmedelsproduktion.
"Detta är något som lätt kan skalas upp och användas inom jordbruket", sa Doty.
UW har redan licensierat de endofytstammar som används i denna studie till Intrinsyx Bio, ett Kalifornien-baserat företag som arbetar med att kommersialisera en samling endofytmikrober. De direkta bevisen från Doty och Vargas forskning om endofytfrämjat fosforupptag är "omvälvande för vår forskning om grödor", säger John Freeman, chief science officer på Intrinsyx Bio.
Denna forskning finansierades av Byron och Alice Lockwood Foundation och US Department of Energy Office of Science.
Material från University of Washington pressmeddelande med redigeringar och tillägg av Kathy Voth.
