Микробы и растения. Новые исследования.

Микробы будут кормить мир, или почему фермеры выращивают почву, а не сельскохозяйственные культуры.

На горизонте будущего сельского хозяйства, армия численностью 40 000 человек движется к мерцающей цели. Они видят потенциал для глобальной продовольственной системы, где пестициды, гербициды и удобрения уйдут на второй план.

Они не фермеры, но они работают во имя фермеров во всем мире. Их основная задача – исследование секретов почвы, с целью облегчения работы фермеров, повышения производительности каждой отрасли сельского хозяйства и сокращения дорогостоящих затрат, которые значительно уменьшают прибыль фермеров.

Американское общество микробиологов (ASM) недавно выпустило сокровищницу своих последних исследований и с нетерпением ждет, когда они попадут в руки фермеров. Признавая, что фермерам необходимо будет вырабатывать на 70-100 процентов больше продовольствия, чтобы накормить проецируемых 9 миллиардов людей, которые будут обитать на земле к 2050 году, они остаются оптимистичными в своей работе. Введение в их последний отчет гласит:

«Производство большего количества продуктов с меньшим количеством ресурсов может показаться слишком хорошим, чтобы быть правдой, но у мировых фермеров есть триллионы потенциальных партнеров, которые могут помочь в достижении этой амбициозной цели. Эти партнеры – микробы ».

Смешивание с микробами

Линда Кинкель из Департамента патологии растений Университета Миннесоты была одним из делегатов коллоквиума АСМ, где новаторы из науки, агробизнеса и Министерства сельского хозяйства США провели два дня, делясь своими исследованиями и обсуждая решения наиболее неотложных проблем в сельском хозяйстве.

«Мы понимаем лишь малую часть того, что делают микробы, чтобы помочь росту растений», – говорит она. «Но технические возможности для категоризации огромного неизвестного сообщества [микроорганизмов] быстро улучшились за последние пару лет».

Микробиологи тщательно документировали случаи, когда бактерии, грибы, нематоды – даже вирусы – сформировали взаимовыгодные ассоциации с пищевыми растениями, улучшая их способность поглощать питательные вещества и противостоять засухе, болезням и вредителям. Микробы могут помочь растениям лучше переносить экстремальные температурные колебания, засоленные почвы и другие проблемы, связанные с изменением климата. Есть даже данные, свидетельствующие о том, что микробы способствуют улучшению вкуса высококачественной продукции, что особенно характерно для клубники.

«Но мы только на верхушке айсберга», – говорит Кинкель.

В поле

Такие заявления, как «Есть от 10 до 6 грибковых организмов в грамме почвы!» И «Эта бактериальная биопленка обладает потрясающими коммуникационными свойствами!» – это разговоры среди микробиологов, но что все это означает для фермеров? Ответы возвращаются в тысячелетнее прошлое земледелия.

 

Всякий раз, когда семена прорастают в дикой природе или когда культура высаживается фермером, мобилизуется сообщество микроорганизмов, которое помогает этим видам расти и процветать. Химические сигналы проникают в почву через экссудаты растения, и начинается симфония подземной деятельности. Обмен генетической информацией; Различные микробные игроки принимают свои позиции на тканях растения; Часто один микроб колонизирует другой, предоставляя услугу, которая помогает первому микробу помочь растению.

Хотя этот тщательно продуманный танец проходит без какого-либо участия людей, мы долгое время занимались этим.

Например, процесс фиксации азота в растениях семейства бобовых (который включает в себя бобы, горох, арахис и многие другие культурные растения) является одним из немногих бактериальных чудес, которые делают нашу планету пригодной для жизни. Любой, кто когда-либо наблюдал корни бобового, знает, что они покрыты странными белыми или розоватыми отростками, размером с муравьев, которые кажутся инфекциями какого-то рода. Несомненно, у древних земледельцев было интуитивное понимание того, что эти бородавчатые выступы имели какое-то отношение к заметной способности бобовых улучшать почву, но только в конце 19-го века тайна стала раскрываться.

В то время как Луис Пастер обнаруживал, как сохранить молоко и стать известным как отец микробиологии, его относительно неизвестный коллега с склонностью к растениям сделал еще одно открытие,которое имело, возможно, еще более важное историческое значение. В 1888 году Мартинус Бейеринк обнаружил, что крошечные бактерии, называемые Rhizobia, заражают корни бобовых, вызывая опухшие узелки. Вместо инфекции, которая ослабляет растение, узелки представляют собой фабрики удобрений растительного царства, разобрав атмосферный азот, который растения не могут использовать, и перерабатывают его в растворимую растительную форму.

Rhizobia – это именно то, что зародило веру в то, что бактерии можно использовать для улучшения плодородия почвы. Тем не менее, современные микробиологи теперь знают о множестве других столь же глубоких растительно-микробиологических взаимодействий, открытия, по их мнению, окажут большое влияние, поскольку человеческое население продолжает расти на планете с ограниченными ресурсами.

Выполнение перевода

В своей лаборатории в университете Кинкель экспериментирует с антибиотическими бактериями, которые подавляют растительные патогены, и тестирует различные стратегии управления почвой, чтобы увидеть их воздействие на микробные сообщества. В Колумбии микробиологи научились распространять грибы, которые колонизируют растения маниоки и увеличивают урожайность до 20 процентов. Гифы – крошечные щупальца грибов – простираются далеко за пределы корневой системы маниоки, чтобы разблокировать фосфор, азот и серу в почве и перекачать их обратно к своему хозяину, как жидкого удобрения.

Хотя микробиологи могут принуждать почву к производству экстраординарного роста растений в своих лабораториях и пробных площадках, перенос результатов на каждодневные сельскохозяйственные практики – это не простой процесс.

Хотя исследователи продолжают разрабатывать перспективные новые микробные коктейли, все больше внимания уделяется руководству фермеров, чтобы лучше управлять популяциями, которые уже существуют в их почве. Кинкель работает над подходом, который, по ее мнению, поможет фермерам поддерживать оптимальные сообщества микроорганизмов, гарантируя, что они имеют пищу, в которой они нуждаются – углерод.

26 экспертов со всего мира, созванных на коллоквиуме АНМ, завершили свои обсуждения смелой целью для будущего сельского хозяйства: они поставили перед собой задачу добиться 20-процентного увеличения мирового производства продуктов питания и 20-процентного сокращения производства удобрений и пестицидов в течение следующих 20 лет.

С неукротимым убеждением, что наука сделает свою часть, чтобы воплотить эту мечту в реальность, ученые ищут своих корпоративных и нормативных партнеров, чтобы донести информацию фермерам всего мира. Они надеются, что сверхурочные инвестиции в исследования и технологии будут непосредственно отвечать коренным изменениям в культуре сельского хозяйства. В конечном счете, они предвидят будущее, где фермеры снова верят в невидимые силы почвы.