Крошечные симбиотические грибы играют огромную роль, помогая растениям пережить такие стрессы, как засуха и экстремальные температуры, которые могут помочь накормить планету, переживающую изменение климата, сообщают ученые из Университета штата Вашингтон.
Недавно опубликованное в журнале Functional Ecology открытие биолога-микробиолога Стефани Портер и фитопатолога Марен Фризен проливает свет на то, как микробы-партнеры могут способствовать устойчивому выращиванию самых разных культур.
Крошечные партнеры по выживанию растений
В то время как одни микроскопические грибы и бактерии вызывают заболевания, другие живут в гармонии с растениями, собирая воду и питательные вещества в обмен на углеводы или изменяя внутреннюю и внешнюю среду растений таким образом, чтобы они росли.
Эти преимущества помогают растениям переносить стрессы, исходящие от окружающей среды. Так называемые абиотические стрессы, такие проблемы, как засуха, экстремальные температуры и бедные, токсичные или засоленные почвы, являются одними из основных причин потери урожая и снижения производительности ферм.
«Способность растений переносить стресс зависит от бактерий и грибков, которые живут на них или внутри них и составляют микробиом растений», - сказал Портер, доцент Школы биологических наук. «Точно так же, как микробы в нашей пищеварительной системе помогают нам оставаться здоровыми, микробы играют невероятно важную роль в здоровье растений».
Стремясь измерить, как полезные микробы влияют на растения как в нормальных условиях, так и в условиях стресса, Портер и Фризен рассмотрели 89 исследовательских экспериментов, начиная с обычных продовольственных культур Северо-Запада и заканчивая дикими видами.
Работая с коллегами из Мичиганского государственного университета и WSU, они сравнили пять различных классов симбиотических бактерий и грибов, которые живут на корнях растений, внутри них и вокруг них, в условиях стресса, включая грибковые заболевания, поедание животными и микроскопическими червями, загрязнение тяжелыми металлами, засуха, холод и засоленность почв. Затем они подсчитали влияние на рост растений, биомассу и урожайность.
Результаты показали, что, хотя полезные бактерии более полезны в нормальных условиях, симбиотические грибы приносят дополнительную пользу во время кризисов.
«Стресс делает эти грибы еще более важными для растений, что, по нашему мнению, действительно интересно», - сказал Фризен, доцент кафедры патологии растений.
Особенно полезными оказались арбускулярные микоризные грибы, которые колонизируют корни растений, обеспечивают воду и увеличивают поглощение азота, фосфора и других питательных микроэлементов в почве.
«Если производители захотят повысить стрессоустойчивость микробиома растений, наше исследование предполагает, что они должны действительно сосредоточиться на грибах», - сказал Портер. «Эти полезные микробы могут стать ключом к тому, чтобы помочь нам выращивать больше еды в ближайшие десятилетия».
Зеленое решение стресса
Население Земли, по прогнозам, к 2050 году превысит 9 миллиардов человек, и ученые предсказывают, что текущие урожаи необходимо удвоить.
«По мере того, как мы расширяем места выращивания сельскохозяйственных культур, мы используем маргинальные участки, которые являются более стрессовыми для растений», - сказал Портер. «И поскольку наш климат меняется, это создает стресс для растений.
"Марен и я хотели быть дальновидными", добавила она. «Мы хотели найти доказательства того, как мы можем наилучшим образом использовать полезные микробы, чтобы смягчить стрессы, которые, как мы знаем, грядут».
Микробы предлагают более устойчивый инструмент для стрессоустойчивости, чем применение гормонов или химических веществ, отметил Фризен.
«Сейчас у фермеров возникают проблемы с патогенами, которые больше не реагируют на химическую обработку», - сказала она. «В научных и промышленных кругах уже наблюдается большой интерес к выявлению и использованию микробных решений сельскохозяйственных проблем. Это исследование дает нам идеи о том, где искать».