Ученые выяснили, что микроорганизмы рода Azospirillum можно использовать для обработки семян пшеницы, чтобы улучшить ее устойчивость к пестицидам. Обычно пестициды, хоть и помогают уберечь растения от вредителей, негативно сказываются на росте самих защищаемых культур. Авторы в лабораторных и полевых условиях доказали, что совместное использование пестицидов и бактерий позволит избежать замедления роста сельскохозяйственных растений. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Plant Growth Regulation.
Урожай пшеницы, обработанной пестицидами. Источник: Мария Гуреева
При выращивании большинства сельскохозяйственных культур, в том числе пшеницы, повсеместно используют пестициды — химические соединения, позволяющие избавиться от насекомых-вредителей, грибковых заболеваний и сорняков. Однако пестициды негативно сказываются и на самих растениях, которые они должны защищать. Так, известно, что под их влиянием в растениях нарушается работа митохондрий — «энергетических станций» клетки — что приводит к ухудшению процесса дыхания и окислительному стрессу. В ближайшие годы полностью отказаться от пестицидов не удастся, так как безопасные и эффективные альтернативы им пока не найдены. Поэтому ученые ищут способ уменьшить негативное воздействие этих веществ на растения.
Биологи из Воронежского государственного университета (Воронеж) и Южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону) определили, что почвенные бактерии из рода Azospirillum позволяют частично нивелировать токсические эффекты пестицидов. Авторы выбрали для исследования эти микроорганизмы потому, что более ранние работы показали: они повышают продуктивность пшеницы и ее устойчивость к неблагоприятным условиям. Такой эффект возникает, так как Azospirillum синтезирует необходимые растениям полисахариды, регулирует выработку важных для роста фитогормонов и защищающих от вредителей летучих соединений.
Сначала исследователи протестировали семь разных штаммов бактерий Azospirillum на устойчивость к пестицидам, чтобы выявить микроорганизмы, которые не погибнут в присутствии химикатов. В результате для дальнейших экспериментов авторы отобрали четыре наиболее устойчивых штамма — Azospirillum brasilense JCM 1224T, Azospirillum thiophilum BV-ST, Azospirillum baldaniorum Sp245T и Niveispirillum irakense DSM 11586T.
Затем ученые проверили эффективность микроорганизмов на семенах яровой пшеницы Triticum aestivum, широко распространенной в российском сельском хозяйстве. На долю этой культуры в 2023 году пришлось 31,3% от общего объема сборов пшеницы в России. Биологи использовали три группы семян по 10 штук в каждой: первую выдерживали 15 минут в растворе пестицидов, вторую — сначала в растворе пестицидов, а затем в культуре бактерий Azospirillum. Третью никак не обрабатывали — она служила контрольной группой. Далее семена проращивали в чашках Петри и на протяжении недели наблюдали за их ростом. Оказалось, что пестициды, в зависимости от концентрации и вида препарата, подавляли рост растений в 2–6 раз. Дополнительная обработка микроорганизмами позволила ослабить это негативное влияние, восстановив рост растений до контрольных значений.
После лабораторных исследований авторы провели полевой эксперимент, посеяв в почву на территории Воронежской области семена пшеницы без обработки; выдержанные в растворе пестицидов; обработанные пестицидами и микроорганизмами. Обработанные бактериями Azospirillum и пестицидами растения почти не отставали в росте от пшеницы без обработки. Растения без «бактериальной защиты» от пестицидов росли медленнее на 9–44%.
«Несмотря на наметившийся мировой тренд в сторону «зеленой биотехнологии», пока преждевременно говорить о том, что в ближайшее десятилетие произойдет полный отказ от использования химических пестицидов, поскольку от них зависит продовольственная безопасность во всем мире. По этой причине важно разработать подходы к минимизации ущерба, который наносят пестициды самим сельскохозяйственным культурам. Полученные результаты имеют не только фундаментальную, но и практическую значимость, так как они могут помочь в разработке новых биопрепаратов, способных увеличить урожайность и повысить устойчивость пшеницы к влиянию пестицидов», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Мария Гуреева, кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии и физиологии клетки Воронежского государственного университета.
Информация и фото предоставлены пресс-службой Российского научного фонда