Фосфатрастворяющие микроорганизмы: устойчивый подход к устранению дефицита фосфора в сельскохозяйственных почвах

Фосфор — второй по значимости после азота минеральный элемент по количественной потребности растений. Хотя в почве он содержится в значительных количествах — как в органической, так и в неорганической форме, — его доступность ограничена, поскольку преимущественно он находится в нерастворимом состоянии. В среднем содержание фосфора в почве составляет около 0,05% (массовая доля), однако растениям доступно лишь 0,1% его общего количества из-за низкой растворимости и фиксации в почве (Illmer and Schinner, Soil Biol Biochem 27:257–263, 1995). Достаточное поступление фосфора на ранних этапах развития растений необходимо для формирования зачатков генеративных органов. Фосфор способствует усилению ветвления и укреплению корневой системы, повышая жизнеспособность растений и их устойчивость к болезням. Он также участвует в формировании семян и ускоряет раннее созревание таких культур, как зерновые и бобовые. Низкая доступность или дефицит фосфора значительно ограничивают размеры и рост растений. На долю фосфора приходится около 0,2–0,8% сухой массы растения. Для обеспечения потребностей сельскохозяйственных культур фосфор обычно вносят в почву в составе химических удобрений. Однако производство химических фосфорных удобрений требует больших энергозатрат и оказывает долгосрочное воздействие на окружающую среду, способствуя эвтрофикации, снижению плодородия почвы и увеличению углеродного следа. Кроме того, растения могут использовать лишь небольшую долю внесённого фосфора, поскольку 75–90% фосфора осаждается в составе комплексов с катионами металлов и быстро фиксируется в почве. Эти экологические проблемы стимулировали поиск устойчивых способов обеспечения сельскохозяйственных культур фосфором. В связи с этим фосфатрастворяющие микроорганизмы рассматриваются как наиболее экологичный способ обеспечения растений фосфором. Хотя в качестве таких микроорганизмов были идентифицированы различные штаммы бактерий — псевдомонады и бациллы — и грибов — Aspergilli и Penicillium, — их эффективность в естественных почвенных условиях нестабильна. Поэтому её необходимо повышать с помощью генетически модифицированных штаммов или методов совместной инокуляции. В обзоре рассматриваются разнообразие фосфатрастворяющих микроорганизмов, механизмы растворения фосфатов, роль различных фосфатаз, влияние различных факторов на растворение фосфатов, современное состояние и перспективы их применения, а также возможности использования этих знаний для формирования устойчивой системы природопользования.