Эффективность бактерий для роста растений зависит от способа их внесения
Почвенные бактерии могут стать микроскопическим инструментом для повышения урожайности и сокращения использования химических удобрений. Однако исследователи из Университета Небраски-Линкольн обнаружили, что больше бактерий не всегда означает лучший результат.
Растения более миллиона лет эволюционировали в тесной связи с почвенными бактериями, формируя сложный, сбалансированный микробиом. Учёные стремятся использовать это древнее взаимодействие, обогащая посевы полезными микроорганизмами. Несмотря на десятилетия прогресса, в научной литературе до сих пор не было прямого сравнения различных методов внесения живых бактерий к растениям. Новое исследование показало, что эффективность метода зависит от типа бактерий, что может помочь увеличить урожайность и снизить зависимость от удобрений.
«Мы верим, что природа микроорганизмов может что-то дать сельскому хозяйству», — говорит ведущий автор исследования, постдок Йен Нинг Чай. — «Мы считаем, что в долгосрочной перспективе мы сможем медленно заменить или дополнить удобрения микробами».
Корни растений выделяют углеродные соединения, привлекая полезные бактерии из почвы. Одни бактерии остаются в ризосфере (слое почвы, прилегающем к корню), а другие проникают в эндосферу — внутренние ткани корня, где больше питательных ресурсов.
«До конца не известно, почему одни бактерии оказываются снаружи, а другие — внутри корня», — отмечает соавтор Дэниел Шахтман. — «Возможно, они могут обходить защитные механизмы растений».
Бактерии делятся на две основные группы по строению клеточной стенки: грамположительные (с толстым слоем пептидогликана) и грамотрицательные (с тонким слоем). Их роль для растения связана с их специализированными функциями и местом обитания.
«Бактерии, живущие внутри корня, имеют больше генов, связанных с утилизацией углерода, чем те, что в ризосфере», — поясняет Чай.
Наиболее практичным современным методом применения бактерий является инокуляция (покрытие) семян. Альтернативные методы — внесение в почву или на проростки — требуют более высоких концентраций бактерий и потому дороже.
Исследователи сравнили эти методы, используя разные типы бактерий, выделенных из сорго, и отслеживая как рост растений, так и численность целевых бактерий со временем.
Ключевые результаты:
- Грамположительные бактерии наиболее эффективно стимулировали рост сорго при нанесении на семена. При этом через восемь недель популяция этих бактерий на растениях была наименьшей, что указывает: больше — не всегда лучше.
- Грамотрицательные бактерии лучше работали при менее практичных методах, особенно при нанесении на проростки.
- Длительная инокуляция семян увеличивала количество грамотрицательных бактерий, способных заселить эндосферу.
- Полевые испытания методов инокуляции семян дали неоднозначные результаты. Внесённые бактерии, вероятно, не смогли конкурировать с естественным почвенным микробным сообществом.
«Когда вы помещаете инокулированное семя в почву, там есть не только ваши бактерии, но и другие микроорганизмы, которые могут с ними конкурировать», — объясняет Чай.
Таким образом, оптимальный метод стимуляции роста зависит от типа бактерий, культуры и, возможно, условий окружающей среды. На сегодняшний день применение бактерий наиболее полезно в неблагоприятных условиях (недостаток воды или питательных веществ), где микробиом может компенсировать дефицит.
Учёные продолжают работать над экологически чистой технологией, основанной на естественных взаимодействиях растений и бактерий. Польза от этих усилий выйдет за рамки экологии.
«Корни — один из важнейших органов на Земле: они поглощают питательные вещества и минералы из почвы, транспортируют их в съедобные части, которые мы едим», — говорит Шахтман. — «Почва — это источник большинства наших минералов».