Согласно новым исследованиям, проведенным в Массачусетском технологическом институте, обеспечение семян защитным покрытием, которое также поставляет необходимые питательные вещества для прорастающих растений, может позволить выращивать сельскохозяйственные культуры на непродуктивных почвах

Ученые покрыла семена шелком, который был обработан бактериями, естественным образом производящими азотные удобрения для развития проростков.

Испытания показали, что эти семена могут успешно расти на почвах, которые слишком соленые, чтобы позволить необработанным семенам нормально развиваться.

Исследователи надеются, что этот недорогой процесс, не требующий специального оборудования, поможет ввести в оборот земли, считающиеся в настоящее время непригодными для сельского хозяйства.

Полученные результаты были опубликованы в журнале PNAS.

Работа была проведена на основе предыдущего исследования профессора гражданского и экологического инжиниринга Бенедетто Марелли по использованию шелковых покрытий как способа продления срока годности семян, используемых в качестве пищевых культур.

«Когда я проводил некоторые исследования, я наткнулся на биоудобрения, подходящие для увеличения количества питательных веществ в почве», - говорит он. В этих удобрениях используются микробы, которые живут симбиотически с некоторыми растениями и преобразуют азот из воздуха в легко доступную форму для поглощения растениями.

Процесс покрытия семян защитной оболочкой не только обеспечивает естественное удобрение для сельскохозяйственных культур, но и позволяет избежать проблем, связанных с другими подходами к внесению удобрений, говорит он: «Одна из больших проблем с искусственными азотными удобрениями заключается в том, что они оказывают негативное воздействие на окружающую среду, поскольку применяются в огромных количествах».

Хотя эти азотфиксирующие бактерии встречаются в природе в почвах по всему миру, с различными местными сортами, обнаруженными в разных регионах, их очень трудно сохранить вне естественной почвенной среды. Но шелк позволяет сохранить биологический материал, сделав азотфиксирующие бактерии, широко доступными для сельского хозяйства.

«Нам пришла в голову идея использовать ризобактерии для покрытия семян с тем, чтобы бактерии ожили при попадании семян в почву», - рассказывает ученый о старте проекта.

Однако предварительные испытания не увенчались успехом; бактерии не были сохранены так, как ожидалось.

Именно тогда у соавтора работы аспиранта Августина Звинаваше возникла мысль добавить в смесь определенное питательное вещество, разновидность сахара, известного как трегалоза, который некоторые организмы используют для выживания в условиях дефицита влаги.

Шелк, бактерии и трегалозу поместили в раствор воды, а затем погрузили туда семена на несколько секунд, чтобы получить равномерное покрытие.

Затем всхожесть семян протестировали как в Массачусетском технологическом институте, так и в исследовательском центре Политехнического университета им. Мохаммеда VI в Бен-Герире, Марокко. «Опыты показали, что техника работает очень хорошо», - говорит Звинаваше.

По словам Марелли, растения из защищенных составом семян развивались лучше, чем растения из обыкновенных семян, и успешно росли в самой малоплодородной почве.

На практике такие покрытия можно наносить на семена путем погружения или распыления при обычной температуре, говорят ученые.

«Процесс быстрый, легкий и может быть масштабируемым, чтобы позволить крупным фермерам и неквалифицированным работникам использовать его, - говорит Звинаваше. – Достаточно погружения или распыления в течение нескольких секунд, чтобы получить нужную толщину покрытия».

Ученые работают с обычным шелком. «Он растворим в воде, поэтому, как только он попадает в почву, бактерии высвобождаются, -  говорит Марелли. - Но покрытие, тем не менее, обеспечивает достаточную защиту и питательные вещества, чтобы семена могли прорасти даже в почве с высоким уровнем засоленности».

Марелли считает, что ризобактерии – одно из самых перспективных направлений в агронауке.

«Существует потенциал для расширения использования ризобактерий для самых разных культур», - говорит он. По его словам, одним из способов достижения этого может быть изменение ДНК бактерий, растений или обоих.

«Но в принципе наш подход почти не зависит от вида растений и бактерий. Нам надо стабилизировать, инкапсулировать и доставлять бактерии в почву, чтобы сделать ее более благоприятной для культур», - объяснил ученый. В следующем году команда начнет пробные посадки на открытых экспериментальных полях в Марокко, а не в теплице с контролируемыми условиями.

(Источник: phys.org. Фото: Массачусетский технологический институт. Предоставлено: Августин Звинаваше, Хуэй Сун, Евгений Лим и Бенедетто Марелли).