Биологи Уральского федерального университета выявили новые штаммы бактерий, способствующих выживанию растений на засоленных, непригодных для земледелия почвах. В ходе экспериментов было установлено, что обработка семян пшеницы этими бактериями увеличивает выживаемость растений и стимулирует развитие корневой системы и проростков даже в тех условиях, которые подавляют рост многих сельскохозяйственных культур. Описание полученных результатов ученые опубликовали в журнале Applied Microbiology. Работу поддержал Российский научный фонд ( проект № 24-76-10062).
«Согласно информации, предоставленной ФАО ООН, в 2017 году засоленными являлись 21% сельскохозяйственных угодий Российской Федерации. И ситуация продолжает оставаться нерешенной. Засоление почв представляет собой значительную проблему как для российских, так и для зарубежных фермеров. Засоленность существенно снижает урожайность сельскохозяйственных культур, поскольку избыточное содержание солей вызывает осмотический стресс и ионную токсичность у растений, что замедляет их рост и снижает плодоношение. Одним из возможных путей решения этой задачи является повышение устойчивости растений к засолению посредством применения биоудобрений. В состав таких удобрений входят ризобактерии, которые помогают растениям приспосабливаться к неблагоприятным условиям и стимулируют их развитие, как отмечает доцент кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Анастасия Тугбаева.
Биологи УрФУ поставили перед собой задачу отыскать штаммы бактерий, способные поддерживать жизнеспособность пшеницы – ключевой сельскохозяйственной культуры для России. В 2025 году на пшеницу приходилось 62% всех посевных площадей зерновых в нашей стране.
«Почвенные бактерии, являющиеся частью ризобиома — совокупности микроорганизмов, населяющих корневую зону растений, — как правило, не представляют опасности для растений, почвы и человека. Некоторые из них способны формировать симбиотические отношения с растениями. Так, у бобовых культур специальные бактерии – ризобии – создают на корнях клубеньки, где фиксируют азот из атмосферы, преобразуя его в соединения, усвояемые растением, и получают взамен углеводы, — отмечает Анастасия Тугбаева. — Биоудобрения, основанные на подобных бактериях, отличаются от минеральных удобрений, таких как синтетический аммиак или нитраты. Они содержат живые микроорганизмы, способствующие усвоению растениями питательных веществ из почвы. Кроме того, биоудобрения характеризуются продолжительным воздействием: бактерии продолжают свою деятельность в течение всего периода вегетации, синтезируя фитогормоны и повышая доступность питательных веществ, что способствует росту и укреплению растений».
Биологи провели сбор образцов Лебеды простертой и почв с засоленных озер Челябинской и Курганской областей (озера Атавлы и Курги) для выявления данных бактерий. В ходе работы было выделено 12 штаммов бактерий, среди которых AP9 (выделен из озера Атавлы) и AP12 (выделен из озера Курги) продемонстрировали высокую эффективность в среде с повышенной и экстремально повышенной соленостью.
Ученые сообщают, что перед посевом семена мягкой пшеницы – наиболее распространенного вида пшеницы в мире (около 90–95% мировых посевов) – подвергли обработке биопрепаратом, содержащим отобранные штаммы бактерий. Это позволило повысить устойчивость сеянцев к воздействию солей, а также улучшить их морфофизиологические показатели.
«Использование двух штаммов для обработки семян пшеницы дало обнадеживающие результаты. В частности, было отмечено повышение солеустойчивости, снижение окислительного стресса, поддержание роста растений, увеличение числа первичных корней, что, в свою очередь, привело к увеличению площади, необходимой для впитывания, и повысило эффективность поглощения воды и минеральных веществ, – как поясняет старший преподаватель кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ Ольга Воропаева. Применение штамма AP12 продемонстрировало наиболее заметный положительный эффект на рост корней и стеблей пшеницы в условиях крайне высокой засоленности – 225 мМ. Для сравнения, это критические уровни, при которых почва классифицируется как солончаковая и непригодная для большинства растений».
Обработка семян перед посевом, внесение в почву (полив раствором или сухой формой) или опрыскивание растений – с помощью биоудобрений, содержащих такие бактерии, возможны различные методы применения. Исследователи отмечают, что наиболее эффективный способ еще предстоит установить. На данный момент ученые определили оптимальную концентрацию бактерий в препаратах, исключающую как недостаток, так и избыток бактерий для растений. Именно с учетом этой концентрации, как поясняют биологи, можно разрабатывать биоудобрения. В теории, бактерии способны оказывать положительное влияние и на другие культуры, помимо пшеницы, однако это требует проведения отдельных экспериментов для подтверждения.
«Разработка биоудобрений для зерновых культур является нашей задачей. Принцип их действия основан на универсальности бактерий, которые стимулируют рост растений за счет выработки фитогормонов и повышения эффективности усвоения питательных веществ. Поэтому, в теории, они могут быть использованы и для других растений, но для этого потребуется дополнительная проверка», — объясняет Ольга Воропаева.
Для создания новых биоудобрений требуется инфраструктура, обеспечивающая выращивание микроорганизмов в заданных условиях, в частности, биореактор или культиватор, помещение для работы с культурами и оборудование для концентрирования бактерий, например, центрифугу. Тем не менее, с точки зрения биоэкономики, новые биоудобрения являются прибыльными, по мнению исследователей. Биоудобрения представляют собой экологически безопасный и устойчивый продукт, который становится экономически целесообразным при увеличении объемов производства: однократная обработка семян или внесение в почву позволяет сократить использование традиционных химических удобрений, уменьшить потери питательных веществ и снизить негативное влияние на окружающую среду. Таким образом, первоначальные инвестиции в инфраструктуру окупаются благодаря долгосрочной экономии и экологической эффективности, заключают ученые.
Справка
Засоление почв представляет собой значительную глобальную проблему. Согласно данным Продовольственной и сельскохозяйственной организации ООН за 2024 год, приблизительно 1,4 млрд гектаров земель по всему миру поражены солевым загрязнением. Это составляет около 10,7% от общей площади суши. И еще 1 млрд гектаров находится в зоне риска из-за климатических изменений и нерационального использования ресурсов. По оценкам тех же экспертов, при сохранении текущих темпов засоления и повышения температуры, доля засоленных земель может достичь 24-32% от общей поверхности планеты. В первую очередь, эта проблема затрагивает развивающиеся государства: на данный момент 70% всех засоленных и солонцовых почв сосредоточены в десяти странах: Австралия, Аргентина, Афганистан, Иран, Казахстан, Китай, Россия, Судан, США и Узбекистан.