Китай же добился успехов в выращивании риса на приморской солено-щелочной почве, теперь настала очередь сои. Исследователи подобрали идеальный для этих целей бактериальный инокулянт.
Портал AgroXXI.ru ознакомился со статьей коллектива ученых из Университета Миньцзу Гуанси и Научно-исследовательского института табака Китайской академии сельскохозяйственных наук, в которой сообщается о перспективном штамме ризобактерий для производства сои на приморских солончаках.
…Засоление почв является серьезной экологической проблемой, стоящей перед мировым сельским хозяйством, серьезно ограничивая урожайность и угрожая устойчивому развитию АПК.
По данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации, приблизительно 1,38 миллиарда гектаров затронуты засолением. Образование соляно-щелочных почв тесно связано с неправильными методами орошения, быстрым испарением почвенной воды и повышением уровня грунтовых вод. Со временем накопление соли ухудшает структуру почвы и снижает ее способность удерживать воду и питательные вещества, тем самым ухудшая прорастание семян и урожайность.
В соляно-щелочных условиях избыток ионов натрия (Na + ) нарушает усвоение воды и питательных веществ растениями. Солевой стресс ухудшает функцию растений в первую очередь за счет трех взаимосвязанных механизмов: ионная токсичность, осмотический стресс и окислительный стресс. Эти механизмы в совокупности нарушают клеточный метаболизм, увеличивают выработку активных форм кислорода и приводят к перекисному окислению липидов и ингибированию фотосинтеза.
Кроме того, по сравнению с солевым стрессом, щелочные соли (например, Na2CO3 и NaHCO3) не только вызывают аналогичные стрессы, но и вызывают высокую токсичность pH и дефицит питательных веществ. Чтобы справиться со щелочным стрессом, растениям необходимо регулировать свой внутриклеточный pH для поддержания ионного баланса. Короче говоря, солево-щелочной стресс оказывает глубокое влияние на нормальный рост и развитие сельхозкультур, что приводит к снижению как урожайности, так и качества.
Чтобы справиться с солевым стрессом, растения выработали ряд сложных адаптивных механизмов, включая активацию сигнальных путей, чувствительных к соли, биосинтез осмопротекторов, таких как пролин и бетаин, для поддержания клеточного осмотического баланса и усиление активности антиоксидантных ферментов. Кроме того, растения смягчают пагубные эффекты солевого стресса, поддерживая гомеостаз Na + /K + и регулируя экспрессию генов, чувствительных к стрессу.
Хотя традиционная селекция и генная инженерия открывают большие перспективы для улучшения солеустойчивости растений, особенно за счет повышения производительности определенных трансгенных линий в контролируемых условиях, их эффективность в полевых условиях остается плохо подтвержденной. Это во многом связано с тем, что присущие растениям физиологические реакции недостаточны для поддержания стабильной урожайности и качества в условиях длительного солево-щелочного стресса. Следовательно, требуются дополнительные подходы, выходящие за рамки генетического улучшения.
В связи с этим в последние годы применение ризобактерий, стимулирующих рост растений (plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR), стало перспективной и устойчивой биологической стратегией для улучшения роста и продуктивности сельскохозяйственных культур на соляно-щелочных почвах.
PGPR повышают солеустойчивость растений посредством различных физиологических и молекулярных механизмов. К ним относятся модуляция системы антиоксидантной защиты, накопление осмолитов, регуляция уровней фитогормонов, улучшение усвоения питательных веществ и индукция системной устойчивости.
Среди различных родов PGPR особое внимание привлекли виды Bacillus из-за их устойчивости к стрессу и высокой биосинтетической способности. Например, у риса штамм Bacillus pumilus JPVS11 улучшил солеустойчивость, модулируя антиоксидантную активность и функции почвенных ферментов. Аналогичным образом, Bacillus safensis TS3 значительно способствовал росту и урожайности редиса и овса в условиях солевого стресса.
Поэтому понимание физиологических и молекулярных механизмов, с помощью которых PGPR улучшают солеустойчивость, будет способствовать их более широкому применению. Тем не менее, большинство таких результатов ограничены контролируемыми средами, и мало что известно о том, работают ли эти механизмы эффективно в солено-щелочных почвах. Учитывая комбинированные стрессоры высокой засоленности, щелочности и дисбаланса питательных веществ в этих почвах, неясно, могут ли PGPR, особенно штаммы Bacillus, обеспечивать сопоставимые преимущества в полевых условиях.
Соя (Glycine max) – важнейший источник растительного белка и масла, широко используется в пищевой, кормовой и промышленной отраслях. Помимо своей питательной ценности, семена сои богаты биоактивными соединениями, такими как изофлавоны и сапонины, которые не только проявляют заметные антиоксидантные, противораковые и противодиабетические свойства, но и играют решающую роль в реакциях растений на стресс окружающей среды.
Хотя PGPR широко известны своей ролью в стимулировании роста растений, ключевой проблемой в условиях солевого стресса является понимание физиологических и молекулярных механизмов, с помощью которых они повышают стрессоустойчивость. Устранение этого пробела в знаниях имеет решающее значение для расширения их применения в устойчивом сельском хозяйстве. В то же время влияние PGPR на качественные показатели сельскохозяйственных культур, аспект, тесно связанный с питательной ценностью и конкурентоспособностью на рынке, остается недостаточно изученным. Следовательно, исследование того, как PGPR регулирует как стрессоустойчивость, так и формирование качества сои в условиях солевого стресса, имеет большое научное и практическое значение.
«В нашем предыдущем исследовании мы выделили штамм Bacillus velezensis, 41S2, с типичными характеристиками PGPR из ризосферы рапса и продемонстрировали его способность значительно повышать поглощение и эффективность использования азота хозяином. Совсем недавно мы обнаружили, что этот штамм также демонстрирует сильную солеустойчивость, черта, которая не только обеспечивает его длительное выживание в солено-щелочных почвах, но и дополнительно подчеркивает его потенциальное применение. Учитывая преимущества Bacillus в коммерческой разработке, 41S2 в конечном итоге был определен как идеальный кандидат на биоинокулянт для оценки его роли в повышении адаптации сои к солено-щелочным почвам», - пишут авторы научной работы.
В данном исследовании ученые провели полевые испытания с использованием ранее выделенного штамма PGPR Bacillus velezensis 41S2 для систематической оценки его влияния на рост, урожайность и качество сои в условиях солено-щелочной почвы. В сочетании с транскриптомным анализом данное исследование было направлено на выяснение молекулярных механизмов, лежащих в основе наблюдаемых фенотипических реакций. В частности, целями данного исследования были (i) раскрытие биологических механизмов, посредством которых B. velezensis 41S2 повышает солеустойчивость сои, и (ii) оценка его регуляторного влияния на урожайность и качество сои в условиях естественной солено-щелочной почвы.
Чтобы исследовать влияние B. velezensis 41S2 на производительность сои на естественной солено-щелочной почве, полевой эксперимент проводился с июня по октябрь 2024 года в Дунъине, провинция Шаньдун, Китай. Тип почвы - приморская солено-щелочная. В качестве экспериментального материала использован сорт сои Чжунхуан 13. Были разработаны два варианта обработки: контроль без инокуляции и инокуляция штаммом 41S2. Каждый вариант повторялся трижды по рандомизированному полному блоковому плану. Размеры каждой делянки составляли 6 м × 14 м, на каждой делянке насчитывалось около 1100 растений сои.
Инокуляция штаммом 41S2 значительно улучшила биомассу растений, компоненты урожайности и урожайность семян на соляно-щелочной почве и, в частности, увеличила содержание белка и изофлавонов в семенах.
Физиологический анализ показал, что штамм 41S2 заметно снизил накопление перекиси водорода (H 2 O 2 ), что указывает на смягчение окислительного стресса. Более того, штамм 41S2 модулировал уровни растворимых сахаров и аминокислот, способствуя осмотической регуляции и балансу обмена углерода и азота (CN).
Транскриптомное профилирование также показало, что штамм 41S2 активировал гены, участвующие в антиоксидантном ответе, обмене углерода и азота (C–N) и биосинтезе фенилпропаноидов, что подчеркивает его роль в координации многоуровневых путей ответа на стресс. В целом, эти результаты подтверждают потенциал B. velezensis 41S2 как многофункционального биоинокулянта для повышения солеустойчивости и представляют собой перспективный инструмент для устойчивого производства сельскохозяйственных культур и экологического восстановления в солено-щелочных почвах.
Данное исследование способствует более глубокому пониманию PGPR-опосредованной устойчивости к солевому стрессу и расширяет современные знания о влиянии PGPR на качество сельскохозяйственных культур, в конечном итоге обеспечивая новый, устойчивый подход к управлению засоленными сельскохозяйственными системами.
Источник: Agronomy 2025, doi.org/10.3390/agronomy15092103