Низкая растворимость минералов в засоленной щелочной почве приводит к серьезному дефициту доступных макроэлементов, включая азот, фосфор и калий, что серьезно подавляет рост и развитие сельскохозяйственных культур и влияет на эффективность использования земли. Решать эту проблему ученые предложили консорциумом фосфаторастворяющих бактерий и определили наилучших кандидатов для такого сообщества.
Засоленные щелочные почвы страдают от серьезного дефицита доступного фосфора, а добавленный извне фосфор легко иммобилизуется ионами металлов в почве. Поэтому активация неорганического фосфора в почве представляет собой серьезную проблему.
Недостаток эффективного фосфора в засоленных щелочных почвах является ключевым фактором, ограничивающим урожайность сельскохозяйственных культур.
В последние годы для обеспечения нормального роста растений в почву вносят большие объемы фосфатных удобрений для восполнения дефицита доступного фосфора. Однако большая часть этого фосфора связывается с ионами Ca²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Al³⁺ и другими ионами в почве, образуя нерастворимые фосфаты, которые фиксируются в неорганическом фосфорном резервуаре почвы. Оставшийся доступный фосфор составляет лишь 0,1% от общего количества фосфора.
Мировые ресурсы фосфатных пород скудны и не могут обеспечить крупномасштабное производство фосфатных удобрений в долгосрочной перспективе.
Более того, неправильное использование фосфатных удобрений не только снижает эффективность их применения, но и приводит к многочисленным экологическим проблемам, таким как загрязнение почвы тяжелыми металлами, эвтрофикация воды и ускоренное засоление почвы. Поэтому повышение коэффициента усвоения питательных веществ фосфатными удобрениями и снижение засоленности и щелочности почвы являются ключевыми вопросами, требующими немедленного внимания.
Технология биологической ремедиации имеет преимущества перед физическими и химическими методами ремедиации, включая стабильность, экологичность и более низкую стоимость.
Фосфаторастворяющие бактерии представляют собой ключевую функциональную группу бактерий, повышающую доступность фосфора в почве и способствующую поглощению фосфора растениями. В ризосфере такие фосфаторастворяющие микроорганизмы особенно распространены, способствуя мобилизации нерастворимых фосфатов.
Целью исследования, проведенного учеными Цзилиньского сельскохозяйственного университета в сотрудничестве с коллегами, было выделение и скрининг множества фосфаторастворяющих бактериальных штаммов, обладающих устойчивостью к засолению и щелочности, способностью к растворению фосфатов, а также дополнительными свойствами, способствующими росту растений, включая фиксацию азота, растворение калия, производство сидерофоров и секрецию индол-3-уксусной кислоты (ИУК, гетероауксин). Эта кислота — основной природный фитогормон группы ауксинов, стимулирующий рост растений. Она регулирует корнеобразование, развитие побегов и плодоношение.
Ученые предположили, что в условиях засоления и щелочного стресса микробный консорциум, состоящий из множества фосфаторастворяющих штаммов, будет проявлять синергетический эффект и демонстрировать превосходную способность к растворению фосфора по сравнению с отдельными штаммами.
Для дальнейшего изучения синергетических механизмов составного консорциума они исследовали его характеристики растворения фосфатов и изменения активности ключевых ферментов в условиях засоления и щелочного стресса, а также дифференциально экспрессируемые метаболиты и метаболические пути, выявленные с помощью нецелевого метаболомного анализа, чтобы изучить механизмы ответа, участвующие в процессе растворения фосфора в условиях засоления и щелочности.
Были проведены эксперименты по инкубации почвы для подтверждения эффективности многофункциональных фосфаторастворяющих бактерий и комплексного бактериального агента в улучшении засоленных щелочных почв и активации неорганического фосфора.
В этом исследовании из ризосферных почв (pH 9,20–9,68) были выделены 35 солеустойчивых бактерий. Три фосфаторастворяющих штамма (HA2, HPA5 и KA1), способные расти в условиях сильного засоления и щелочного стресса (pH 10, 5% NaCl) и обладающие множеством свойств, способствующих росту растений (фиксация азота, растворение калия, производство сидерофоров и секреция ИУК), были отобраны и культивированы совместно для формирования микробного консорциума.
Результаты показали, что в условиях солево-щелочного стресса способность консорциума к растворению фосфатов (484,59 ± 15,79 мг/л) была значительно выше, чем у любого отдельного штамма (285,59 ± 12,60 мг/л).
Схема экспериментального плана. Синяя стрелка указывает последовательность экспериментов, а красная стрелка, направленная вверх, обозначает увеличение содержания. Источник: Agronomy 2026, doi.org/10.3390/agronomy16060666.
Нецелевой метаболомный анализ и ферментные анализы показали, что консорциум растворяет фосфор с помощью органических кислот (например, лимонной, L-яблочной кислоты) и синергически модулирует основные метаболические пути, включая ABC-транспорт, цикл трикарбоновых кислот и гликолиз, уменьшая окислительное повреждение и поддерживая клеточный гомеостаз.
Кратковременная инкубация в почве подтвердила, что консорциум значительно увеличивает доступный фосфор (53,67%) и плодородие почвы, что указывает на его потенциал в качестве биоудобрения.
Источник: Agronomy 2026, doi.org/10.3390/agronomy16060666