Покрытые семена могут сделать возможным земледелие на маргинальных почвах

Защитное покрытие для семян, которое также снабжает прорастающее растение необходимыми питательными веществами, может позволить выращивать культуры на непродуктивных почвах. К такому выводу пришли исследователи из MIT.

Инженеры покрыли семена шёлком, обработанным бактериями, которые естественным образом производят азотное удобрение. Тесты показали, что такие семена успешно прорастают в слишком засоленных почвах, где обычные семена развиваться не могут. Недорогой процесс, не требующий специализированного оборудования, может открыть для сельского хозяйства земли, которые сейчас считаются непригодными.

Исследование опубликовано в журнале PNAS. Авторы — аспиранты Augustine Zvinavashe и Hui Sun, постдок Eugen Lim и профессор Бенедетто Марелли.

Работа выросла из предыдущих исследований Марелли по использованию шёлковых покрытий для увеличения срока годности семян. Учёный заинтересовался биоудобрениями, в которых используются микробы, живущие в симбиозе с растениями и фиксирующие атмосферный азот.

Этот подход является естественным удобрением и позволяет избежать проблем искусственных азотных удобрений, производство которых энергозатратно и может негативно влиять на качество почвы.

Азотфиксирующие бактерии (ризобактерии) плохо сохраняются вне своей природной среды. Команда решила использовать шёлк, способный сохранять биологический материал, для их стабилизации. Идея заключалась в том, чтобы бактерии "оживали" в почве после прорастания семян.

Первоначальные тесты были неудачными. Тогда Звинаваше предложил добавить в состав трегалозу — сахар, который помогает организмам выживать в условиях нехватки воды.

Семена просто замачивали на несколько секунд в водном растворе, содержащем шёлк, бактерии и трегалозу. Тесты проводились в MIT и в исследовательском центре Университета Мохаммеда VI в Марокко. Метод показал отличные результаты.

Растения, получившие постоянную подпитку удобрением от бактерий, были здоровее и успешно росли в почвах, непригодных для сельского хозяйства.

Покрытие можно наносить методом окунания или распыления при обычных температуре и давлении. Процесс быстрый, простой и потенциально масштабируемый. Толщина покрытия составляет всего несколько микрометров.

Шёлк растворим в воде, поэтому бактерии высвобождаются в почву сразу. Однако покрытия достаточно для защиты и питания семян в условиях засоленности, которая обычно блокирует рост.

Пока метод применялся к бобовым культурам (фасоль, нут), которые естественно симбиотируют с ризобактериями. Однако команда исследует возможность адаптации подхода и для других культур.

"Наш подход почти агностичен к виду растения и бактерий", — говорит Марелли. Возможно стабилизировать и доставить бактерии в почву, сделав среду более благоприятной для прорастания.

Даже ограничение бобовыми культурами может значительно повлиять на регионы с большими площадями засоленных почв, например, в Марокко.

Следующие шаги — разработка покрытий, которые также повысят устойчивость семян к засухе (за счёт поглощения воды из почвы), а также полевые испытания в Марокко в следующем году.