Дефицит осадков усилится из-за глобальных изменений климата, что может способствовать накоплению соли в почве, особенно в полузасушливых регионах северо-восточной Бразилии. Это станет огромной проблемой, которую необходимо преодолеть. В этом контексте бактериальные изоляты с высоким потенциалом экспрессии путей биосинтеза фитогормонов и других стимулирующих растения соединений в условиях солевого стресса становятся крайне важными союзниками сельского хозяйства
Растения предоставляют широкий спектр ниш роста и размножения для большого разнообразия микроорганизмов, включая бактерии, грибы, простейшие, нематоды и вирусы, которые составляют растительную микробиоту. Эти микроорганизмы образуют сложные взаимодействия с растениями и могут играть ключевую роль в повышении продуктивности и здоровья растений.
Взаимодействие растений и бактерий стало основой биопродуктов, которые способствуют повышению продуктивности сельскохозяйственных культур, особенно инокулянтов с механизмами, которые способствуют росту растений, усвоению питательных веществ и повышению толерантности растений и устойчивости к абиотическим стрессам и атакам вредителей.
Большинство этих взаимодействий происходят на границе почва-растение с использованием определенных ниш, таких как ризосфера, эндосфера и ризоплана.
Ризосфера состоит из корневой зоны, на которую напрямую влияют растительные экссудаты, но микроорганизмы, населяющие эти области, также могут влиять как на развитие растений, так и на плодородие почвы.
Более того, эндофитные бактерии (эндосфера) встречаются во всех видах растений и способствуют развитию растений, предоставляя микробиологические соединения, способные защищать растение, стимулировать рост растения и усвоение питательных веществ.
Корневые эпифитные бактерии, которые являются обитателями поверхности корня (ризопланы), также играют решающую роль в стимулировании развития растений.
В частности, бактерии, стимулирующие рост растений (plant growth promoting bacteria (PGPB), выделились в области биотехнологии благодаря своей роли в подавлении болезней (биологический контроль), повышении доступности питательных веществ (биоудобрение), выработке фитогормонов (фитостимулирование) и повышении устойчивости к абиотическим стрессам.
Недавно род Burkholderia привлек особое внимание из-за своей метаболической универсальности и способности занимать различные ниши.
Этот род охватывает более 88 каталогизированных видов бактерий, разделенных на кластеры.
Первая группа включает патогены человека, животных и растений, такие как Burkholderia glumae, Burkholderia pseudomallei и Burkholderia mallei, а также 17 определенных видов комплекса Burkholderia cepacia).
Второй кластер включает более 30 непатогенных видов, которые связаны с растениями и, следовательно, могут считаться потенциально полезными. Этот последний кластер Burkholderia PBE также известен как группа полезных и экологических бактерий, связанных с растениями и повышающий устойчивость к абиотическим стресса.
Сегодня основной проблемой для сельского хозяйства является производство продуктов питания в условиях текущего сценария изменения климата, который предсказывает повышение глобальной температуры на величину 1,5–2,0 °C или более, а также снижение доступности и регулярности выпадения осадков.
Таким образом, в настоящее время активно ведутся поиск и разработка биопродуктов (микробных инокулянтов), способных стимулировать рост растений в условиях отсутствия осадков и теплового стресса, а также большей заболеваемости вредителями и болезнями.
Однако при разработке этих инокулянтов следует учитывать различные факторы, включая выбор эффективных PGPB на основе целевой культуры, типа почвы, местного микробного сообщества и факторов окружающей среды.
Команда исследователей Университета Сан-Паулу в сотрудничестве с коллегами из других научных учреждений Бразилии выделяет потенциальных кандидатов-бактерий Burkholderia PBE для разработки биопродукта на основе их способности производить индолил-3-уксусную кислоту (ИУК) или экзополисахариды при рассмотрении условий солевого стресса 1%.
Штаммами Burkholderia spp., ранее выделенными из растений сахарного тростника (всего 26 штаммов, затем 11 из них), инокулировали семена кукурузы 30 минут при постоянном встряхивании (125 об/мин). Инокулированные семена помещали в бумагу Germitest, поливали, сворачивали и хранили при температуре 28 °C и фотопериоде 12 ч в течение семи дней. Эксперимент состоял из полностью рандомизированного дизайна с контролем (неинокулированные семена) и 11 обработок с тремя повторениями. Отбирали 25 семян на повторение (900 экспериментальных единиц).
Все бактерии синтезировали ИУК в среде с 0,0 или 5,0 мМ L-триптофана( L-триптофан играет важную роль в биосинтезе ИУК, и его присутствие в культуральной среде увеличивает продукцию фитогормонов большинством PGPB) в сочетании с 1 или 5% NaCl и значениями pH 4,5 или 7,2. Полезные эффекты прорастания в стрессовых условиях подтверждены для 61,54% бактериальных штаммов.
Бактериальные штаммы были отнесены к семи видам: B. anthina, B. cepacia, B. gladioli, B. ambifaria, B. graminis, B. heleia и Burkholderia spp.
Бактеризация семян кукурузы с использованием штамма B. heleia G28, штамма B. gladioli UAGC723 и штамма B. graminis UAGC348, способствовала значительному увеличению длины корней, высоты проростков и свежей и сухой фитомассы проростков соответственно.
Полученные результаты свидетельствуют о высоком биотехнологическом потенциале нескольких штаммов рода Burkholderia sp. в качестве инокулянтов семян, способствующих прорастанию и начальному развитию сеянцев.
В частности, бактерия B10 (штамм Burkholderia ambifaria UGAC723) выделялась тем, что она производила большее количество ИУК, независимо от отсутствия или присутствия L-триптофана, pH или концентрации NaCl в культуральной среде.
Бактерии B6 (штамм Burkholderia cepacia UAGC130) и B9 (штамм Burkholderia graminis UAGC348) являются потенциальными кандидатами для разработки биоинокулянта. Кроме того, универсальность рода Burkholderia sp., способность колонизировать растения и проявлять механизмы стимуляции роста растений в экстремальных условиях окружающей среды с высоким содержанием солей делают эту бактерию важным биотехнологическим инструментом для использования в сельском хозяйстве в полузасушливых регионах, таких как северо-восток Бразилии.
Источник: Frontiers in Soil Science.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.