Учёные из Мичиганского государственного университета обнаружили, что фермент NrfA может помочь удерживать азотные удобрения в почве и предотвращать их вымывание, которое приводит к цветению вредных водорослей.
Группа исследователей под руководством декана Колледжа естественных наук Эрика Хегга проанализировала многолетние исследования фермента NrfA, который играет ключевую роль в удержании азота в почве.
Кристайна Хирд, кандидат наук Мичиганского государственного университета и первый автор статьи, рассказала, что изучение NrfA может помочь фермерам не только избежать загрязнения близлежащих водоёмов, но и сэкономить деньги за счёт снижения потребности в удобрениях.
Результаты исследования опубликованы в журнале Applied and Environmental Microbiology.
«Значительное количество азотных удобрений теряется, поскольку они преобразуются в форму, которая легко вымывается, — сказала Хирд. — Если мы сможем удержать больше этого азота в почве, это может иметь большие положительные последствия для сельского хозяйства».
Азот является важным элементом для всех живых существ, от человека до самых маленьких бактерий. Его часто добавляют на сельскохозяйственные поля в различных формах для повышения урожайности. Проблема заключается в том, что и почва, и нитриты имеют отрицательный заряд. Как магниты с одинаковым зарядом, нитриты легко вымываются с сельскохозяйственных полей во время сильных дождей. Когда в озёрах и реках оказывается слишком много азота, результатом может стать цветение вредных водорослей, которые делают водоёмы токсичными для людей и животных.
Одной из лучших форм азота для сельского хозяйства является аммоний. Благодаря своему положительному заряду он удерживается в почве и легче усваивается растениями. Однако многие микробы в почве превращают аммоний в нитриты.
Именно здесь на помощь приходит NrfA. Этот фермент не только помогает бактериям превращать нитриты в аммоний, но и делает это невероятно эффективно, перемещая и накапливая электроны. Другие ферменты также могут способствовать образованию аммония, но не так быстро и эффективно, как NrfA.
Команда Хегга проанализировала первичные исследования, объединила их в обзорную статью и обобщила выводы, чтобы сделать более общие заключения.
«Я рада помочь будущим студентам, которые были на моём месте, которые только начинают работать в этой области и пытаются разобраться в этом большом проекте, который они согласятся взять на себя в течение следующих пяти-шести лет», — сказала Хирд. «Мы решили собрать всю эту информацию в одном месте в виде вводной статьи для аспирантов».
Фермеры могут использовать выводы из обзорной статьи, чтобы выбрать лучшие азотсодержащие удобрения для своих полей. Также можно провести дополнительные исследования, чтобы определить, как бактерии с NrfA можно стратегически разместить по краям полей, где вода, скорее всего, будет стекать вниз, сказала Хирд. Промежуточным шагом может стать стимулирование роста большего количества почвенных микроорганизмов, которые могут производить аммоний, путём балансировки соотношения углерода и азота в почве.
Далее команда Хегга планирует более глубоко изучить механизм преобразования нитратов в аммоний. Они хотят отследить, как электроны перемещаются через NrfA, и как он последовательно производит аммоний, даже начиная с разных азотсодержащих соединений.
«Мы пытаемся добиться максимальной точности, — сказала Хирд. — Реакция идёт так быстро, и замедление очень быстрой реакции может сделать её нестабильной. Это будет похоже на выполнение деликатной операции».
Источник: Michigan State University.