Сельскохозяйственные культуры, травы и садовые растения могут заболеть и умереть, когда такие факторы, как засуха и чрезмерное солнечное излучение, заставят их усерднее работать, чтобы выжить.Исследования Вашингтонского университета показали, что теперь растения могут лучше переносить засуху и другие стрессоры с помощью естественных микробов. В частности, растения, которым вводят дозу микробов, дольше остаются зелеными и способны противостоять условиям засухи, выращивая больше листьев и корней и используя меньше воды.«Растения менее подвержены стрессу, если в них есть эти естественные микробы», — сказала старший автор исследования Шэрон Доти, профессор экологических и лесных наук из Университета штата Вашингтон. «Они помогут растениям справиться с экологическими проблемами, особенно с изменением климата».
Результаты были опубликованы онлайн в этом месяце в журнале Current Plant Biology.Микробы и их польза для растений — это развивающаяся область, и лаборатория Доти за последние 15 лет исследовала множество различных аспектов этого взаимного симбиоза. Ранее в этом году ее команда продемонстрировала, что микробы в растениях помогают им расти в неблагоприятных условиях окружающей среды — по сути, они служат естественным удобрением.
Естественное обеспечение питательными веществами и повышение устойчивости к засухе может упростить и сделать более экологически безопасным выращивание зерновых и овощных культур, фруктовых и ореховых деревьев и даже сохранить пышный и зеленый вид полей для гольфа без использования избыточного количества воды и химических удобрений.«Чем больше я узнаю, чем больше я занимаюсь исследованиями в этой области, тем интереснее это становится, особенно в прикладных аспектах», — сказала ведущий автор Зарин Хан, научный сотрудник UW в области наук об окружающей среде и лесах. «Я думаю, что эти знания могут быть использованы для разработки стратегий решения проблем, связанных с изменением климата».
В этом исследовании исследователи изучали способность молодых деревьев тополя переносить засушливые условия в течение месяца с добавлением микробов, называемых эндофитами, или без них, — бактерий, которые живут внутри растения, не вызывая болезней.Исследователи инокулировали молодые черенки тополя коктейлем из микробов, выделенных из дикорастущих деревьев тополя и ивы, произрастающих в неблагоприятных условиях. Они вылили смесь у основания стеблей 10 тополей, в то время как остальные 10 черенков не получили никаких микробов. После короткого периода роста в теплице все 20 растений в течение месяца подвергались засухе.
Важно отметить, что у всех тополей внутри были микробы — они естественным образом присутствуют в каждом живом существе. Но когда исследователи добавили микробы дикого тополя и ивы, они заметили пользу для растений.В частности, тополя, которым вводили пробиотики, удвоили свою корневую биомассу и испытали почти на 30 процентов больше роста листьев и стеблей, чем тополя без добавленных микробов.
В условиях засухи тополя с микробами также оставались зелеными с крепкими листьями и стеблями, в то время как их аналоги побурели и увяли.«Растения в целом становятся более зелеными и здоровыми, если в них есть эти микробы», — сказал Доти.Исследователи выбрали тополь, чтобы продемонстрировать эту полезную взаимосвязь, потому что быстрорастущие деревья важны для производства биотоплива или возобновляемых источников энергии на основе растений.«Одно из ограничений биотоплива — крупномасштабное производство», — сказал Хан. «Если мы сможем сократить потребление воды на плантациях тополей, добавив эндофиты природного происхождения, это может принести огромные экономические и экологические выгоды».
Микробы также помогают культурным растениям, таким как помидоры, кукуруза и перец, быть более устойчивыми к засухе. Исследователи сотрудничают с инженерной компанией Intrinsyx Technologies, чтобы показать ту же полезную взаимосвязь между микробами и сельскохозяйственными растениями, когда полезные микробы выращивают сельскохозяйственные культуры, которые дают больше овощей и лучше реагируют на сухую жаркую погоду.
«Наличие микробов, которые могут помочь растениям рано прижиться, быстро расти и защитить их от некоторых стрессов в окружающей среде, особенно от засухи, — это большое дело», — сказал Джон Фриман, главный научный сотрудник Intrinsyx, который работает с командой Доти в UW. . «Использование этих эндофитов в сельскохозяйственных условиях многообещающе для производителей и фермеров».Исследователи подозревают, что здесь действует ряд факторов. Микробы позволяют растениям накапливать больше питательных веществ, таких как азот и фосфор. Микробы также помогают растениям более эффективно использовать воду и даже производить молекулы, которые способствуют росту растений и помогают им оставаться зелеными.
Увеличение массы корней, стеблей и листьев также позволяет растениям накапливать больше воды.«Эндофиты помогают растениям образовывать больше корней, поэтому у них больше площади поверхности, чтобы держаться за воду и дольше пережить стресс засухи», — сказал Хан.
Следующие шаги включают лучшее понимание того, как именно микробы поддерживают растения, и поиск лучших штаммов, которые помогут различным растениям справляться с различными стрессами.«Поиск наиболее выгодных для работы — ключ к использованию этой технологии», — сказал Хан.