Почвенные бактерии делают цветы более привлекательными для опылителей

Бактерии, живущие в почве и помогающие корням растений фиксировать азот, могут значительно повысить репродуктивную способность некоторых растений, делая их цветы более привлекательными, говорится в новом исследовании.

Исследование посвящено Chamaecrista latistipula, бобовому растению из семейства Fabaceae, к которому относятся фасоль и горох.

Почвенные бактерии и цветы растений

Почвенные бактерии повышают привлекательность цветков растений для опылителей благодаря мутуалистическим отношениям. При мутуализме выгоду получают оба организма - растения получают больше питательных веществ, а микроорганизмы, такие как бактерии или грибы, процветают.

Chamaecrista latistipula - кустарник родом из Боливии, Бразилии и северо-восточной Аргентины, где он растет на бедных питательными веществами почвах. Для успешного размножения он зависит от определенного опылителя. 

«Его мутуалистические отношения с азотфиксирующими бактериями увеличивают поступление питательного вещества к корням в обмен на сахар, которым они питаются», - объясняет Ансельмо Ногейра, профессор Федерального университета ABC (UFABC) в Сан-Паулу, Бразилия.

Мутуалистические отношения с опылителями

Помимо взаимоотношений с бактериями, C. latistipula поддерживает мутуалистические отношения со специфическими опылителями. 

«Пыльца, хранящаяся в пыльниках цветков, высвобождается только тогда, когда они вибрируют, в основном, когда их трясут самки некоторых видов шмелей из рода Bombus, - говорит Ногейра.

Бактерии делают цветы привлекательными 

В ходе эксперимента, проведенного в оранжерее Лаборатории взаимодействия растений и животных под руководством Ногейры, выяснилось, что эти бактерии играют важную роль в повышении привлекательности цветов для шмелей, особенно на бедных питательными веществами почвах. 

Неожиданно исследователи также обнаружили, что богатая питательными веществами почва не приводит к появлению здоровых растений с привлекательными цветами. 

«Поскольку связь с бактериями обходится растению очень дорого, мы предположили, что в богатой азотом почве растения будут просто брать азот непосредственно из почвы, но в наших экспериментах богатая питательными веществами почва не давала здоровых растений с привлекательными цветами», - пояснила Каролина Соуза, первый автор статьи.

Цель исследования

Эксперимент был частью более масштабного проекта по изучению того, как бактерии, муравьи и пчелы способствуют эволюции бобовых. 

Команда наблюдала за 60 растениями C. latistipula в течение 16 месяцев, начиная с момента прорастания семян. Половина растений выращивалась в бедной питательными веществами песчаной почве, а другая половина - в почве, богатой органическими веществами, с добавлением нитрата калия. 

Оба типа почвы были стерилизованы для удаления любых существующих микроорганизмов, а семена стерилизованы перед посевом для предотвращения внешнего бактериального воздействия.

Роль азотфиксирующих бактерий 

Эксперимент показал, что растения, выращенные в песчаной почве с добавлением ризобий (азотфиксирующих бактерий), развивались гораздо лучше, чем растения без бактерий или выращенные в богатой питательными веществами почве. 

«В бедной азотом песчаной почве с азотофиксирующими бактериями растения были почти в два раза выше и в три раза крупнее, чем в богатой азотом почве с органическим веществом и ризобиями», - говорит Ногейра. 

Напротив, растения, выращенные без ризобий, независимо от типа почвы, были меньше и менее здоровыми».

Цвета, привлекающие шмелей 

Исследователи проанализировали цветки этих растений с помощью поверхностного спектрофотометра, чтобы измерить отражение света, проверяя цветовые контрасты, заметные для шмелей. 

Существенные различия наблюдались только у растений, выращенных в песчаной почве с ризобиями, пыльники которых демонстрировали узор, особенно привлекательный для шмелей. 

Шмели воспринимают цветовой спектр иначе, чем люди, и уникальные характеристики цветка, вероятно, способствовали их привлечению.

«Пыльники содержат пыльцу и доступны только насекомым, способным заставить их вибрировать, чего не могут сделать экзотические виды, такие как европейская медоносная пчела Apis mellifera, - объясняет Соуза. 

Пыльца является жизненно важным источником белка для личинок пчел, влияющим на их рост и развитие.

Более широкие последствия исследования 

После анализа цветков исследователи изучили корни растений и обнаружили, что растения, выращенные в бедной питательными веществами песчаной почве с ризобиями, имели наибольшее количество корневых узелков. 

Эти узелки представляют собой структуры, похожие на бугорки, в которых азотфиксирующие бактерии живут в симбиотических отношениях с растением. Бактерии помогают растению вырабатывать аминокислоты, необходимые для роста, а растение снабжает бактерии сахарами для получения энергии и размножения.

Исследование предполагает, что мутуалистические отношения между растениями и бактериями улучшают качество пыльцы, потенциально увеличивая содержание в ней белка и аминокислот, что делает цветы более привлекательными для местных пчел. 

«Повышенная привлекательность цветов может быть связана с большим количеством высококачественных ресурсов, на что влияет высокая скорость фиксации азота корнями», - заключил Ногейра.

Исследование опубликовано в American Journal of Botany.