По мере того, как микробные инокулянты набирают популярность в мировом АПК, исследователи рассматривают внедрение экстремофильных микроорганизмов на все случаи погоды и качества почвы.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей испанских исследователей, опубликованной на портале MDPI, о тенденциях в разработках микробных биопродуктов для растений: «Публикацию Ноббе и соавторов о влиянии Нитрагина на бобовые в 1895 году часто называют отправной точкой в разработке биоудобрений. Нитрагин — зарегистрированный биоинокулянт, содержащий азотфиксирующие бактерии рода Rhizobium. Следовательно, Rhizobium был одним из преобладающих родов при разработке биоудобрений наряду с другими азотфиксирующими микроорганизмами и некоторыми родами, солюбилизирующими фосфаты.
Первые достижения в области биоудобрений были направлены на повышение доступности макроэлементов, таких как азот (N), но с течением времени и нарастающей дискуссией об изменении климата все больший интерес стали вызывать экстремофильные микроорганизмы против абиотического стресса.
Микроорганизмы живут практически в любой среде, включая те, которые считаются экстремальными из-за их высокой температуры, pH, солености или концентрации загрязняющих веществ. Это в значительной степени неизведанное микробное разнообразие, часто называемое «темной материей», скрывает большой потенциал с точки зрения филогенетически или метаболически разнообразных микроорганизмов, благодаря их исключительной способности адаптироваться к неблагоприятным условиям окружающей среды.
Недавние климатические изменения, отмеченные беспрецедентным повышением температуры и увеличением количества экстремальных погодных явлений (таких как ураганы, проливные дожди и засухи), вызывают общественную и политическую озабоченность в сохранении продовольственной безопасности.
Сельское хозяйство в XXI веке сталкивается с двойной задачей: повысить урожайность сельскохозяйственных культур и одновременно противостоять растущим опасностям изменения климата.
В этом контексте экстремофильные микроорганизмы открывают перспективное направление для разработки новых биоудобрений, которые способны придавать растениям перекрестную толерантность, позволяя им противостоять комбинированным стрессам.
Тепловые экстремофилы, процветающие в условиях высоких температур, производят «белки теплового шока» и другие вещества, вызывающие термотолерантность, что потенциально можно использовать для придания сельскохозяйственным культурам жароустойчивости, тем самым повышая их устойчивость к тепловому стрессу. Фактически, исследования показали, что некоторые штаммы Bacillus sp. способны улучшить жароустойчивость растений, предлагая потенциальную стратегию поддержания продуктивности сельскохозяйственных культур в условиях высоких температур.
Психрофильные бактерии, обитающие в холодных условиях, также могут принести пользу. В одном из недавних исследований индийских ученых продемонстрирована эффективность Pseudomonas koreensis, психрофильной бактерия из холодной пустыни индийских Гималаев в качестве фосфатного биоудобрения. Этот штамм продемонстрировал способность солюбилизировать фосфат и продуцировать вещества, способствующие росту растений, такие как индолуксусная кислота и сидерофоры, при низких температурах. При применении к растениям гороха в условиях холодового стресса это биоудобрение значительно улучшает рост и урожайность растений, подчеркивая его потенциал в качестве биоудобрения для холодных условий.
Устойчивые к засухе микроорганизмы, например те, которые производят осмопротекторы или экзополисахариды, могут улучшить удержание воды и выживаемость растений в засушливые периоды. С этим хорошо справляются некоторые штаммы Bacillus sp. – доказано на нуте.
Галофилы — это организмы, адаптированные к среде с высоким содержанием соли, которые предлагают потенциальные решения для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к засолению. Некоторые галофильные бактерии и археи вырабатывают осмопротекторы, защищающие клетки от повреждающего действия высоких концентраций солей. Эти осмопротекторы потенциально могут быть использованы для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к засолению: Stenotropomonas sp. и Exiguobacterium sp. повысили всхожесть сои сои в условиях солевого стресса.
Ацидофильные микроорганизмы, процветающие в кислой среде, могут обеспечить новые стратегии повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к кислым почвам.
Ацидофильные бактерии и грибы вырабатывают механизмы кислотоустойчивости, среди них известны штаммы Acidithiobacillus spp., коммерчески доступные для таких применений, как биоконверсия серы или железа.
И наоборот, алкалофильные микроорганизмы, которые процветают в среде с высоким pH, также можно использовать для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к щелочным почвам. Известно, что некоторые алкалофильные бактерии продуцируют щелочеустойчивые ферменты и другие вещества, которые потенциально можно использовать для повышения устойчивости сельскохозяйственных культур к щелочности. Например, консорциум PGPR и АМ-грибов усилил рост овса на засоленно-щелочных почвах, загрязненных нефтью.
Таким образом, экстремофильные микроорганизмы не только обладают потенциалом биоудобрений, но и могут быть использованы для биоремедиации загрязненных почв. Определенные экстремофилы обладают способностью разлагать или иммобилизовать вредные вещества, что может снижать их биодоступность и токсичность для растений. Эти экстремофильные микроорганизмы представляют собой ценную перспективу для создания инновационных биоудобрений, способных повысить устойчивость сельскохозяйственных культур к различным абиотическим стрессовым факторам».
По статье группы авторов (Ана Ибаньес, Соня Гарридо-Чаморро, Мария Ф. Васко-Карденас, Карлос Баррейро), опубликованной на портале www.mdpi.com.
Автор изображения: Анна Медведева, AgroXXI.ru.