Эндофиты - голод не страшен!

Население нашей планеты постоянно растет, происходит изменение климата. Перед учеными стоит проблема: как в будущем накормить все население? Некоторые из них склоняются к выбору нестандартного подхода. Вместо выращивания традиционных культур, которые можно сделать более выносливыми, используя генетические модификации и селекцию, они проводят эксперименты с симбиотическими организмами. Эти микроорганизмы живут в симбиозе (взаимовыгодных отношениях) с растениями.

Уже появился первый коммерческий продукт, созданный компанией «Адаптивные симбиотические технологии». Продукт представляет собой микроорганизмы, которые улучшают сельскохозяйственные культуры. Эндофиты – это бактерии и грибы, живущие внутри растения и не наносящие ему вред. Пока эндофиты плохо изучены с физиологической точки зрения, но ученые уже смогли установить у них способность фиксировать азот. Помимо этого они также синтезируют гормоны роста, из продуктов жизнедеятельности микроорганизмов можно производить стимулирующие препараты, которые будут активно влиять на рост растения. Эндофиты способны синтезировать ферменты, аминокислоты, пигменты и липиды. Вместе с данными «животными» в сельском хозяйстве используются и специальные препараты, стимулирующие рост растений, чтобы повысить урожайность культуры.

Технологии проращивания семян

проращивание

Стоит задать вопрос: зачем использовать биостимуляторы, если эндофиты сами могут справиться с этой задачей? Все просто: когда зерно прорастает и образовывается, то приходит время, когда растению требуются ростовые вещества. Если обогащать семена или клубни, то корневая система увеличивается, повышается ее микотрофность. «Адаптивные симбиотические технологии» занимается продажей смесей грибков, которыми можно обработать семена кукурузы и риса. Компания утверждает, что биотехнология снижает потребление воды растением и благоприятно влияет на его урожайность. Расти Родригес, основатель компании и биолог, говорит, что их продукт – настоящий сдвиг в экологии растений.

За «союзниками» будущее

Экологи сегодняшнего дня занимаются вопросами взаимодействия микроорганизмов и различных растений. Исследователи не внедряют один ген для развития необходимого свойства, а пользуются симбиотическими грибками. Селекция – путь долгий, население планеты не может так долго ждать. В США за последние десять лет утвердили только одну селекционную культуру – кукурузу «DroughtGard», которая стала стрессоустойчивой, благодаря тому, что в нее был внедрен ген бактерий. Более 10 лет потребовалось, чтобы вывести новую культуру!

Растение

Новые открытия в области симбиоза грибов и растений

Симбиоз растений и микроорганизм известен ученым уже не одно десятилетие. Например, свойство накапливать азот известно очень давно, но прикладные исследования начались совсем недавно. Микроорганизмы могут прямо влиять на свойства растения. В Новой Зеландии были обнаружены травы, которые ядовиты для животных, и, при этом, обладают устойчивостью к атакам насекомых. Такие открытия стали толчком для выведения сортов трав, которые отталкивают вредоносных насекомых, но животным они не приносят вреда. Аналогичный подход используется и с продовольственными культурами, технологии стерилизации семян уходят на второй план. Родригес говорит, что в прошлом использовалось огромное количество пестицидов, чтобы защитить растения от микроорганизмов, а сейчас пошел обратный процесс, микроорганизмы могут приносить пользу.

Свою работу Родригес начал совершенно случайно. В 2000 годах он изучал термостойкие растения, которые произрастают вблизи с горячими источниками Йеллоустонского Национального парка при температуре почвы равной 50ОС. Он обнаружил, что все эти растения существуют в прочном симбиозе с грибами. Если эти растения лишить полезного взаимодействия с грибами, то они погибнут при температуре чуть выше 40ОС.  Дальнейшие исследования выявили способность грибов передаваться другим растениям, возникает симбиоз, который предотвращает растения от стресса и окисления. Исследования стали толчком для поиска эндофитов, которые помогут адаптироваться культурам сегодняшнего дня к изменениям климата. Так и появилась смесь «BioEnsure». Полевые исследования в штате Мичиган показали, что использование смеси повысило урожайность кукурузы на 85%. Для выращивания кукурузы потребовалось на треть меньше воды. Почти в 5 раз увеличилось число проросших семян, которые выживали при температуре 5ОС. Урожайность риса повысилась на 6%, расход воды на выращивание снизился почти на 50%. Независимые тесты показали, что смесь «BioEnsure» безопасна.

удобрение

Эндофиты селятся во всех частях растения, а не только в отдельном органе, как это делают клубеньковые бактерии. Полезные микроорганизмы были найдены у пшеницы, кукурузы, риса, сорго. Пока список колонизированных растений небольшой, но ученые работают над этим. Объектом исследования российских ученых стали бактерии Klebsiellaterrigena, которые населяют почву. Их нашли рядом с корнями ежи сборной. Ученые установили, что эти бактерии прекрасно фиксируют азот, производят гормон ауксин, оказывают подавляющее влияние на развитие патогенных грибов. Бактериями заселили семена подсолнечника и ярового ячменя, семена просто вымочили в суспензии бактерий, после чего прорастили и высеяли в почву.  Прошло 50 дней и подсолнечник поднялся до высоты 80 см. Как выяснилось, эндофиты скопились на нижней части растений, бактерии расположились рядом с сосудистыми пучками подсолнечника.

Эндофиты были найдены и в других тканях, поскольку бактерии не могут распространяться самостоятельно, было сделано предположение, что они переносились внутри растения водой. Klebsiellaterrigena поселились на листьях и способствовали лучшему процессу фотосинтеза. Также отмечался хороший рост ячменя на все этапах, бактерии благоприятно влияли на прорастание семян и биомассу растения. Российские ученые надеются, что штамм можно будет использовать для того, чтобы повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Становится понятно, что за бактериями-симбионтами будущее сельского хозяйства. Возможно не все будущее, но существенная его часть.