Бактерия из корней растений на склоне действующего вулкана Эль-Чичон, возраст которого составляет около 220 000 лет, призвана повысить урожайность мексиканской кукурузы на непродуктивной почве.
В Мексике кукуруза является наиболее важной культурой для национальной экономики, занимая большую площадь посевов, чем любая другая культура — приблизительно 6 655 097 га.
Несмотря на свою значимость, продуктивность остается низкой: 8,6 т при орошаемом земледелии и 2,6 т при богарном. Для обеспечения производства применяются агрономические методы, такие как чрезмерное применение химических удобрений; однако это может вызвать такие проблемы, как потеря питательных веществ и истощение гумуса и микробной активности, что приводит к снижению продуктивности и загрязнению окружающей среды.
С другой стороны, бактерии, стимулирующие рост растений (plant growth-promoting bacteria, PGPB), могут улучшать развитие растений посредством множества механизмов, создавая альянс между почвой, растениями и микроорганизмами. Использование PGPB показало потенциал в качестве устойчивой сельскохозяйственной практики, а способы влияния полезных бактерий классифицируются как прямые и косвенные: первые относятся к прямой доставке питательных веществ растению, а вторые включают механизмы, которые защищают растение от инфекций и снижают стресс окружающей среды.
Среди этих бактерий-стимуляторов есть микроорганизмы, классифицируемые как экстремофилы (microorganisms classified as extremophiles, MOEX). Их выделяют из экстремальных сред, и некоторые из которых способны стимулировать рост растений в неблагоприятных климатических условиях благодаря своей способности синтезировать экзополисахариды, фитогормоны и хелатирующие соединения, а также производить регуляторы роста, витамины и аминокислоты, которые стимулируют развитие растений и помогают им адаптироваться к этим условиям.
Эти микроорганизмы разработали стратегии выживания в экстремальных условиях с колебаниями pH, солености, освещенности, дефицитом питательных веществ, низкой влажностью, давлением и радиацией. Такие условия оказывают селективное давление на бактерии, позволяя им приобретать отличительные признаки, обусловленные эволюцией адаптивных механизмов как на генетическом, так и на физиологическом уровнях.
Активные вулканические среды представляют собой экстремальные местообитания, характеризующиеся кислыми условиями и низкой доступностью питательных веществ, где были обнаружены микроорганизмы, оказывающие благотворное воздействие на растения и экосистемы, повышая выживаемость, рост, развитие и устойчивость к стрессу у растений-хозяев.
Исследования in vitro показали, что некоторые из этих бактерий, выделенных из вулканических сред, способны фиксировать азот, продуцировать ауксины, выживать в условиях абиотического стресса и противодействовать патогенным грибам.
Вулканы представляют собой высокий потенциал для микробного биопоиска, поскольку в этих местах были обнаружены микроорганизмы, адаптированные к таким условиям и обладающие эволюционными признаками. Например, кратер действующего вулкана Эль-Чичон в Мексике характеризуется высокими температурами, низким pH и повышенными концентрациями тяжелых металлов. Таким образом, эти характеристики делают штаммы, полученные из вулканических сред, перспективными кандидатами, устойчивыми к неблагоприятным условиям и полезными для восстановления или управления сельскохозяйственными почвами, подверженными абиотическому стрессу.
Хорошо известно, что сельское хозяйство Мексики сталкивается с низкой продуктивностью из-за деградации почвы и сложных условий выращивания, усугубляемых негативными последствиями чрезмерного использования агрохимических удобрений.
По этой причине команда мексиканских ученых провела исследование, направленное на оценку эффективности инокуляции кукурузы бактериальным штаммом Paenibacillus dendritiformis, который был одним из 311 микроорганизмов, полученных во время исследования микробного и растительного разнообразия на вулкане Эль-Чичон (Чьяпас, Мексика).
Изолят был выделен из глубоких корней местной растительности, произрастающей на склонах вулкана. Исследование проводилось учеными в Лаборатории генетики и производства растений Института лесного хозяйства и промышленности Мадеры Университета Хуареса дель Эстадо де Дуранго в сотрудничестве с коллегами из других научных организаций. Тесты с кукурузой проводились на неплодородной почве.
Ученые оценили способность штамма к фиксации азота, растворению фосфатов, производству индол-3-уксусной кислоты, биоконтрольной активности и толерантности к различным уровням pH, температуре и солености.
Влияние инокуляции на прорастание и жизнеспособность семян кукурузы изучалось in vitro по морфологическим показателям и сухому весу. Использовались полностью рандомизированные и рандомизированные блочные схемы, а также объективные тесты.
В итоге штамм продемонстрировал все ожидаемые эффекты, включая широкий диапазон устойчивости к условиям окружающей среды, а также способствовал увеличению длины корней и количества корневых волосков у кукурузы через семь дней и увеличению длины и площади листьев и сухой массы листьев и корней через 14 дней. На основании лабораторных исследований исследователи заключают, что P. dendritiformis обладает потенциалом в качестве биоинокулянта для кукурузы, выращиваемой на неплодородных почвах.
Источник: Agronomy 2025, doi.org/10.3390/agronomy15122887