Биологи из Воронежского государственного университета (Воронеж) и Южного научного центра РАН (Ростов-на-Дону) выяснили, что микроорганизмы рода Azospirillum можно использовать для обработки семян пшеницы, чтобы улучшить её 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
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 учёные ищут способ уменьшить негативное воздействие этих веществ на растения.
Исследователи 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.
Исполнитель проекта Алина Алимова проводит молекулярно-генетическое исследование
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 учёные проверили эффективность микроорганизмов на семенах яровой пшеницы Triticum aestivum, широко распространённой 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.
Автор статьи Анна Еремина обрабатывает результаты полевого эксперимента
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 "зелёной 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.
Источник: РНФ.