Застосування мікробів і грибів дозволить підвищити врожаї Півдня України

6 апреля, 2018

Дослідження Вашингтонського університету штату Орегон показало, що рослини можуть краще переносити посуху та інші стресові фактори за допомогою природних мікробів – ендофітів. Ендофіти — це бактерії, що ізолюються з рослин, поверхню яких продезінфіковано, чи екстрагуються з внутрішніх рослинних тканин та не спричиняють видимої шкоди рослині-господарю.

Зокрема, рослини, які отримували дозу мікробів, залишалися зеленими довше і були здатні витримувати посуху, збільшуючи кількість листя і коренів та використовуючи менше води. Автор цієї технології професор з екологічних та лісових наук Шерон Доті. Вона стверджує, що природничі мікроби допоможуть рослинам вирішити екологічні проблеми, особливо ті, що стосуються зміни клімату. Лабораторія університету за останні 15 років вивчила багато аспектів цього взаємовигідного симбіозу. Результати досліджень були опубліковані в журналі Plant Biology. Дослідники продемонстрували, що природні мікроби допомагають забезпечити рослини поживними речовинами при вирощуванні їх в непридатних умовах. Мікроорганізми підвищують стійкість до посухи зернових та овочевих культур, фруктових та горіхових дерев, і навіть дозволяють вирощувати гарні газони без використання надмірної кількості води та хімічних добрив.

Професор з екологічних та лісових наук Шерон Доті

Дослідження проводили на молодих тополях протягом місяцю. До однієї частки тополь застосовувалися природні мікроби — ендофіти, а інша частка не отримувала їх. Дослідники проводили інокуляцію (введення живих мікроорганізмів, інфікованого матеріалу, сироватки або інших речовин у тканини рослин) живців тополі сумішшю із мікробів. Мікроби були виділені з дикої тополі та верби, які зростали в несприятливих природних умовах. Сумішшю мікробів поливали 10 живців тополь, а інші 10 досліджуваних дерев не отримували мікробів. Після короткого періоду зростання в теплиці, всім 20 живцям були створені умови посухи протягом місяця.

Важливо відзначити, що у всіх тополь мікроби знаходилися всередині — вони, зазвичай, присутні в кожній живій істоті. Але коли дослідники додали мікроби з дикої тополі та верби, вони помітили значну вигоду для рослин. Тополі, що отримували пробіотики, подвоїли біомасу коренів та збільшили ріст листя та пагонів майже на 30%, на відміну від тополь, які не отримували мікробів. В умовах посухи ті тополі, що поливали сумішшю мікробів, залишилися зеленими з тугим щільним листям та міцними пагонами, тоді як інші дерева були коричневими та млявими. Дослідники вибрали тополі, щоб продемонструвати цей корисний симбіоз мікробів, тому що швидкозростаючі дерева важливі для біопалива або поновлюваних джерел енергії на основі рослин. Мікроби також допомагають культурним рослинам, таким як томати, кукурудза і перці, бути більш стійкими до посухи. Досліди показали, що такий зв’язок між мікробами і сільськогосподарськими рослинами є вигідним. Посіви з застосуванням корисних мікробів дають більший врожай. Овочі краще реагують на суху та спекотну погоду. У результаті дослідів з’ясовано, що використання ендофітів сприяє накопиченню рослинами у більшій кількості питомих речовин, таких як азот та фосфор. Мікроби також допомагають рослинам використовувати вологу більш ефективно та виробляти молекули, що сприяють зростанню рослин і допомагають їм залишатися зеленими при несприятливих умовах. Ендофіти сприяють збільшенню кореневої системи рослини. За рахунок цього збільшується й площа живлення рослини та здатність вбирати більшу кількість води. Тому рослина краще витримує посуху. Далі дослідники планують шукати більш кращі симбіози мікробів, тобто суміші, які будуть допомагати різним рослинам витримувати різні стресові фактори. Унікальні штами ендофітних бактерій можуть бути використані безпосередньо для інокуляції насіння або саджанців, зменшуючи таким чином вплив біотичних та абіотичних факторів за рахунок активної колонізації внутрішніх тканин і подальшого позитивного біохімічного і фізіологічного впливу на рослину.

Цікаве дослідження також провели й в Університеті Гетеборгу (Швеція). Було встановлено, що при симбіозі рослини з грибами, рослина не тільки стає більш стійкою до хвороб, але й до інших стресових умов. Більшість культур можуть створювати симбіоз з грибами для отримання основних питомих речовин, а гриби, в свою чергу, отримують вуглеводи, що виробляються рослинами у результаті фотосинтезу. Цей тип симбіозу має назву «arbuscular mycorrhizas», тобто це мікориза, або грибокорінь. Такий симбіоз допомагає культурам краще використовувати фосфат в добривах, а також бути більш стійкими проти посухи. В результаті дослідів на бобових було з’ясовано, що гриби підвищують рівень двох важливих гормонів в рослині. Один з них (АВА) робить рослину більш стійкою до посухи, бо зменшує кількість води, яка випаровується через продихи листя. Другий гормон (жасмонат – регулює ріст та розвиток рослини) допомагає збільшувати виробництво вторинних речовин у рослині, що захищає її від стресу та хвороб. Вимірюючи рівень різних речовин в пагонах бобових, які були в симбіозі з грибами, було виявлено, що рівень вторинних речовин (флавоноїдів та терпеноїдів) підвищувався у результаті збільшення рівня гормонів. За словами професора біологічних та екологічних наук Карнелії Віклунд таке цікаве відкриття може пояснити підвищену толерантність к різним стресам та хворобам. В результаті такий симбіоз можна використати при вирощуванні сої.

 

За останні 30 років Мікориза — найбільш досліджувана в світі тема. За цією темою опубліковано понад 80 тисяч наукових робіт. В даний час вчені – агрономи висувають теорію про присутність у грунті гломаліну, який є різновидом рослинного білка. Саме гіфи мікоризи виділяють гломалін, що робить ґрунт більш структурним, повітровологопроникним. Гломалін надає 1/3 вмісту ґрунтового вуглецю, крім того, завдяки гломаліну йде поглинання атмосферного СО2 ґрунтом. Мікориза переміщує в верхні шари грунту різні елементи і через харчовий ланцюг включає їх в кругообіг, тим самим підвищуючи родючість грунту. Вона підтримує безліч ґрунтових організмів, що забезпечують динаміку ґрунтових процесів, полегшує збереження азоту через поглинання амонію. Мікориза, виділяючи в ґрунт ферменти, перетворює важкорозчинні сполуки в легкозасвоювані та накопичує вологу. Завдяки мікоризі підвищується біологічна активність грунту. Деякі види мікоризних грибів є комерційно доступними і можуть бути додані в грунт під час посадки.

Синоптики цього літа обіцяють довгострокові підвищення температур повітря до 35 – 40ºС. Як відомо, під дією високих температур у рослин відбуваються глибокі порушення в обміні речовин і клітинних структурах. Рослина гине. Перегрів грунту призводить до пошкодження і відмирання поверхнево розташованих коренів, опіків кореневої шийки. Тому досліди по використанню ендофітів та грибів є важливими для Півдня України. Виведення нових посухостійких рослин є задачею не одного дня, а застосування технологій використання ендофітів та грибів дозволяє зберегти та підвищити врожаї вже зараз.

Текст: Євгенія Ткачова

Новости по теме

| | |