Биологи увидели потенциал микробиоты вечной мерзлоты

Ученые ТюмГУ и Всероссийского института защиты растений выделили из вечной мерзлоты группу бактерий Bacillus spp., которые способны при низких температурах повысить урожайность озимой пшеницы и предотвратить распространение фитопатогенных грибов с зернами. Их исследование показало, что бактериальные штаммы Bacillus spp. способны биосинтезировать хитинолитические ферменты и стимулирующий рост растений гормон ауксин. Это означает, что их можно рассматривать в качестве потенциальных агентов биологического контроля болезней, которые будут использоваться для повышения урожайности сельскохозяйственных культур на северных территориях. Апробация биопрепаратов проходила в реальных условиях в Западной Сибири.

Результаты исследования опубликованы в журнале Agronomy. «Увеличение средней температуры поверхности Земли привело к таянию ледников и растеплению многолетнемерзлых грунтов. Этот процесс имеет как негативные, так и позитивные последствия для человечества с точки зрения биобезопасности. С одной стороны, оттаивание зон вечной мерзлоты потенциально может вернуть к жизни опасные патогены, а с другой – мерзлота является источником новых микроорганизмов, которые могут быть полезны для человека.

В наши дни сельское хозяйство переориентируется с химических пестицидов на биологические средства защиты растений, в том числе микроорганизмы и вырабатываемые ими биологически активные вещества. Но применение биометода сдерживает зависимость эффективности микробных препаратов от природно-климатических условий региона.

Так, на территориях с холодным климатом подобные препараты могут иметь ограниченную эффективность или вовсе не быть эффективными. Выход из этой ситуации – в создании линейки биопестицидов на основе устойчивых к холоду или холодолюбивых микроорганизмов, продуцирующих фитостимуляторы и антимикробные метаболиты», – сообщил заведующий лабораторией антимикробной резистентности Института экологической и сельскохозяйственной биологии (X-BIO) ТюмГУ Алексей Васильченко.

Ранее биологи отобрали порядка десяти штаммов бацилл (Bacillus spp.) из мерзлотных отложений, способных при низких температурах продуцировать ферменты. Все они относятся к эпохе верхнего и среднего плейстоцена IV морской террасы и получены из керна скважин, пробуренных в районе Тарко-Сале (Ямало-Ненецкий автономный округ).

В этой работе микроорганизмы исследовали на способность к стимуляции роста растений и их защите от фитопатогенных грибов. При этом из 10 штаммов бацилл отобрали два, один из которых обладает способностью подавлять фитопатогенные грибы, а другой – стимулировать рост растений. Исследование показало, что в консорциуме эти штаммы значительно повышают урожайность озимой пшеницы и предотвращают зараженность зерен фитопатогенными грибами.

Полевые эксперименты проводились на экспериментальном участке биостанции ТюмГУ на озере Кучак – месте дислокации Пилотного карбонового полигона Западно-Сибирского НОЦ. Озимая пшеница была собрана в фазе полной спелости, а эффекты различных обработок оценивались после уборки урожая. Среди рассмотренных характеристик: высота растения, количество продуктивных стеблей, длина колоса, количество зерен в колосе и вес зерна на колос.

«Бациллы, полученные из вечной мерзлоты Западной Сибири, способны конкурировать с другими известными адаптированными к холоду штаммами Bacillus spp., выделенными из холодных регионов нашей планеты», – заключили исследователи. Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.