Дослідники Embrapa спільно з Brandeis University показали, що екстремофільні археї, ізольовані з коренів галофітної рослини, можуть підвищувати фізіологічну стійкість кукурудзи до сольового стресу та підтримувати її ріст у засоленому ґрунті.
Про це повідомляє сайт Аграрії разом з посиланням на Agropages.
Екстремофільні археї (окрема від бактерій група мікроорганізмів, пристосована до екстремальних умов) можуть підвищувати толерантність кукурудзи до надмірної засоленості ґрунту. Таких висновків дійшли в дослідженні Embrapa у партнерстві з Brandeis University (США), опублікованому в журналі Environmental Microbiome.
Мікроорганізми ізолювали з коренів старого солянкового куща (Atriplex nummularia) — рослини, природно адаптованої до солоності та застосовуваної у фіторемедіації засолених ґрунтів. Після лабораторного культивування археї випробували на рослинах кукурудзи, яка, за описом авторів, є чутливою до засолення: сольовий стрес пригнічує ріст і знижує врожайність.
Що показали експерименти
У контрольованих умовах дослідники зафіксували, що за сольового стресу археї зменшували токсичний вплив солей і дозволяли кукурудзі зберігати більш інтенсивний ріст та вищу фізіологічну толерантність порівняно з рослинами без обробки.
Окремо зазначено, що присутність мікроорганізмів у дослідах підвищувала біомасу та допомагала підтримувати рівень хлорофілу навіть за високих концентрацій солей.
Механізм взаємодії: ризосфера, колонізація та гени стійкості
Автори повідомляють, що археї колонізують ризосферу — зону ґрунту навколо коренів, де відбуваються інтенсивні хімічні та біологічні обміни. Успішну колонізацію підтвердили методом qPCR за архей-специфічним геном 16S rRNA. При цьому кількість архей у ризосфері кукурудзи зростала пропорційно підвищенню засоленості ґрунту.
Повногеномне секвенування виявило гени, пов’язані з синтезом фітогормонів (зокрема ауксинів) та осмопротекторів — речовин, що допомагають підтримувати водний баланс клітин у солоному середовищі. У матеріалі підкреслюється, що це може бути одним із пояснень здатності архей пом’якшувати осмотичний стрес, спричинений сіллю.
Контекст: масштаби засолення та потенційні сценарії застосування
Координатор дослідження Ітамар Мело (Embrapa Environment) звертає увагу, що засолені ґрунти часто випадають із сільгоспвиробництва, а ефективних технологій їх відновлення небагато. Він також зазначає, що проблема не обмежується бразильським напівпосушливим регіоном: за його словами, близько 30% зрошуваних площ там уражені засоленням, і подібні виклики є в інших регіонах Бразилії та світу.
«Проблема не обмежується бразильським напівпосушливим регіоном, де близько 30% зрошуваних площ уражені засоленням. Вона присутня в кількох регіонах Бразилії та по всьому світу», — зазначив Ітамар Мело.
За даними огляду, наведеного в матеріалі, оцінки Embrapa вказують, що в Бразилії близько 16 млн га ґрунтів є засоленими; понад половина цієї площі припадає на північно-східний напівпосушливий регіон. Також зазначено, що 20–25% зрошуваних площ регіону вже мають проблеми із засоленням або дренажем, що впливає на кукурудзу, квасолю, бавовник і сорго.
У глобальному вимірі в матеріалі наведено дані, що у звітах ФАО згадується 1,38 млрд га земель із певним ступенем засолення та ще 1 млрд га — у зоні ризику. Окремо подано більш консервативну оцінку: близько 833 млн га вже уражені помірно або сильно. Також згадується оцінка ООН, що приблизно 1,5 млрд людей живуть у регіонах, де засолення загрожує стабільності продовольчого виробництва.
Що це може означати для агровиробників
У короткостроковій перспективі автори описують можливість переходу до випробувань у виробничих умовах. Йдеться про біоінокулянти на основі архей, ізольованих із природно засолених середовищ, або мікробні консорціуми, адаптовані до такого стресу. Потенційні способи внесення — обробка насіння або внесення в ґрунт перед сівбою.
Як гіпотезу в матеріалі наведено, що підхід може допомогти культурам (зокрема кукурудзі, квасолі та овочам) краще зберігати продуктивність на площах, які зрошують солонуватою водою. Також підкреслено, що інокуляцію розглядають у поєднанні з практиками управління — сівозміною з галофітами, мінімальним обробітком ґрунту та збалансованим удобренням.
Довідка: що таке засолення ґрунту
Засолення — це надмірне накопичення розчинних солей (зокрема хлоридів і сульфатів натрію) у верхніх шарах ґрунту, що знижує родючість і продуктивність. У матеріалі зазначено, що явище може бути природним (особливо в аридних і напіваридних зонах), але посилюється через людські чинники: неякісне зрошення, слабке управління водою та надмірне внесення добрив.
- Сухий клімат і високе випаровування: вода випаровується, солі залишаються на поверхні.
- Недостатній дренаж при зрошенні: надлишок води без відведення піднімає рівень ґрунтових вод і сприяє накопиченню солей.
- Використання води з підвищеною солоністю: зрошення солонуватою водою концентрує солі.