Разбираем мир микробиологии по кусочкам
Как микробы в пустыне могут помочь нам в борьбе с изменением климата
С началом нового тысячелетия, такие организации как НАСА и ООН, начали выражать свою озабоченность по поводу изменения климата и того, как это изменение может повлиять на население Земли. Внедрение экологически устойчивых практик во всех сферах жизни играет решающее значение для перехода к более экологически чистому образу жизни, обеспечивая будущее на этой планете. С ростом населения Земли, экологически устойчивые методы ведения сельского хозяйства могут не только обеспечить необходимыми запасами продовольствия, но также устранить или минимизировать вредные воздействия на окружающую среду. Чтобы разработать новые методы выращивания агрокультур, многочисленные исследовательские группы сосредоточили свое внимание на изучении пустынных растений. Можно подумать, что проводить такие исследования является неразумным, поскольку пустынные растения не производят урожай и фрукты, которые чаще всего употребляются в пищу. Однако, пустыни покрывают 33% общей площади Земли, и что отличает пустынные растения от других, так это их уникальные способности адаптации к среде обитания с экстремальными колебаниями температуры, высокой солнечной радиацией и дефицитом воды. Если ученые смогут понять, как этим растениям удается выжить, возможно, они смогут найти новый метод ведения сельского хозяйства, который позволит фермерам исследовать ранее нетронутые районы земли.
Достаточно беглого взгляда, и вы заметите, насколько необычны пустынные растения (см. изображения ниже). Сухие и жаркие условия придали им особенный вид. Листья пустынных растений очень узкие, что помогает им минимизировать воздействие солнечной радиации. Плотный слой воска, придающий растению почти глянцевый вид, препятствует испарению воды. Под слоем песка и почвы скрывается обширная корневая система, которая позволяет растениям получать доступ к воде. Что также интересно о корневой системе пустынных растений, так это то, насколько тесно ее функционирование зависит от микроорганизмов (чтобы узнать больше о том, как микроорганизмы помогают растениям, читайте статью “Глубоко укоренившаяся связь”). Оказывается, что почва пустыни полна микробов!
PGPB или Plant Growth Promoting Bacteria – это бактерии, которые стимулируют рост растений и даже защищают их от патогенов. Эти бактерии играют настолько важную роль в жизненном цикле растений, что их присутствие необходимо для выживания растения. Неудивительно, что и пустынные растения имеют свои PGPB. PGPB пустынных растений обычно находятся в корневищах – почвенных частицах, которые прикреплены к корневой системе. Два доминирующих вида бактерий в корневищах представлены протеобактериями и актинобактериями. Протеобактерии улавливают атомы азота из воздуха, которые являются необходимым элементом для роста и выживания каждого растения. Актинобактерии известны своими физиологическими приспособлениями к разнообразным экстремальным условиям, таким как среды с высоким или низким значением pH, экстремальными температурами или аномальными уровнями радиации и давления.
Для ускоренного роста растений без использования удобрений или других соединений, которые могут негативно повлиять на окружающую среду, некоторые исследователи предлагают альтернативный метод. Что если можно выделить PGPB из одного растения, и пересадить эти бактерии к корням нового растения? Исследование, проведенное в 2008 году Aseri и его группой коллег, показало, что PGPB можно использовать в качестве био-удобрений в засушливых регионах планеты, таких как пустыня Тар (Индия). В эксперименте, который длился 5 лет, исследователи постоянно обогащали гранатовые деревья азотфиксирующими бактериями Azotobacter chroococcum. Это растение было выбрано по причине того, что гранаты обычно выращиваются в регионах с сухими почвами и жарким климатом, таких как Индийский субконтинент или страны Средиземноморья. Поэтому, была выдвинута гипотеза, что данный микроорганизм сможет поддержать и усилить рост растений, снабжая гранатовые деревья необходимыми соединениями азота. Результаты продемонстрировали, что гранатовые деревья заметно выросли и были намного более плодовитыми. Было также замечено более высокое содержание хлорофилла и лучшее усвоение питательных веществ. Исследователи доказали, что этот метод эффективен, и что он может быть использован для ведения сельского хозяйства в странах с неблагоприятным климатом.
На протяжении многих лет ученые по всему миру работают над исследованиями, которые направлены на поиск путей использования пустынных микробов в фермерстве и выращивании урожая в сухих регионах планеты. Один из наиболее широко известных проектов DARWIN21 направлен на изучение микробной жизни в пустынях Аравийского полуострова. Проект был начат с идеи изучения новых возможностей по увеличению темпов производства продуктов питания в странах с жарким и засушливым климатом. Очень часто эти регионы экономически зависимы от импорта и иностранной помощи, так как климат в этих странах неблагоприятен для сельского хозяйства. Для решения этой проблемы, исследователи сосредоточились на изучении пустынных растений и механизмов их адаптации. Это привело к созданию первой в мире коллекции пустынных микробов. Сегодня, ученые изучают микробы, найденные в корневищах, и то, как они могут повысить устойчивость растений к стрессовым условиям, таким как засуха или нехватка воды. Несомненно, подобные проекты помогут внедрить экологически устойчивые методы ведения сельского хозяйства. Кто знает, может быть через пару лет фермеры смогут выращивать фрукты и овощи в пустыне Сахара?
Featured image: https://www.darwin21.org
Перевод был сделан Марией Мартыновой
micro-bites.org 