Poszukiwanie mikroorganizmów stymulujących wzrost roślin w glebach zasolonych
Ryzobakterie stymulujące wzrost roślin (ang. plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR) to pożyteczne mikroorganizmy, które żyją w glebie w strefach korzeniowych roślin, a także na powierzchni korzeni i w ich tkankach. Coraz częściej uznaje się, że organizmy te mogą pomóc w dostarczaniu roślinom pierwiastków niezbędnych do ich wzrostu, działając w sposób podobny do nawozów mineralnych. „Na przykład PGPR mogą wiązać azot z powietrza i rozkładać białko”, wyjaśnia koordynatorka projektu NitroFixSal (N fixing bacteria from extreme environments as a remedy for nitrogen deficiency in saline soils) Agnieszka Kalwasińska z Uniwersytetu Mikołaja Kopernika w Toruniu. „W ten sposób do gleby dostarczany jest amoniak”. PGPR wytwarzają również fitohormony, które stymulują rozwój roślin, oraz enzymy, które są w stanie rozkładać ściany komórkowe grzybów, chroniąc rośliny przed patogenami.
Ograniczenie stosowania nawozów mineralnych i pestycydów
Wykorzystanie potencjału tych naturalnie występujących bakterii daje ogromną szansę na ograniczenie stosowania nawozów mineralnych i pestycydów. Aby jednak ta metoda mogła odnieść sukces na skalę komercyjną, naukowcy muszą być w stanie zidentyfikować i wyizolować gatunki bakterii cechujących się wystarczającym wskaźnikiem przeżywalności, a także określić ilości odpowiednie dla poszczególnych typów gleby i gatunków roślin. Ma to znaczenie ze względów zarówno ekonomicznych, jak i środowiskowych. Ceny nawozów chemicznych, w tym saletry amonowej, fosforu i potasu, gwałtownie wzrosły na skutek rosnących kosztów gazu ziemnego. Jednocześnie Unia Europejska jest zobowiązana do ograniczenia stosowania tych nawozów, aby móc osiągnąć określone przez siebie cele Zielonego Ładu. „W ramach projektu NitroFixSal badaliśmy bakterie wykazujące właściwości PGPR, pochodzące ze środowisk o bardzo wysokim poziomie zasolenia”, mówi Sweta Binod Kumar, biotechnolożka biorąca udział w omawianym projekcie. „Dzieje się tak dlatego, że mikroorganizmy naturalnie przystosowane do warunków wysokiego zasolenia mogą lepiej wspierać wzrost roślin w warunkach stresu solnego, a także przyczyniać się do zwiększenia biomasy roślin i ochrony przed patogenami”. Szczepy ryzobakterii stymulujących wzrost roślin, które zespół projektowy wyizolował, zostały poddane szczegółowym badaniom w celu scharakteryzowania ich właściwości PGPR. Szczepy te zastosowano w roli biostymulatorów, aby poprawić proces kiełkowania pszenicy w warunkach laboratoryjnych. „Kolejnym etapem były badania terenowe, w których wybrane szczepy wprowadzono do niesterylnej gleby”, dodaje Kalwasińska. „Ostatnim etapem było badanie interakcji pomiędzy bakteriami a pszenicą przy użyciu zaawansowanych metod molekularnych, dzięki czemu mogliśmy lepiej zrozumieć mechanizmy ich działania”.
Identyfikacja potencjalnych kandydatów na bionawozy
Projekt NitroFixSal z powodzeniem wykazał, że środowiska słone są cennym źródłem bakterii wiążących azot o różnym potencjale stymulowania wzrostu roślin. Naukowcom udało się scharakteryzować szereg nowych szczepów. Dowiedziono, że dwa z badanych szczepów bakterii w istotny sposób łagodzą stres solny u zbóż. Jeden z nich został następnie zgłoszony do Polskiej Kolekcji Mikroorganizmów. Dwa wnioski patentowe dotyczące wyizolowanego szczepu, wraz z jego właściwościami stymulującymi wzrost pszenicy, są już gotowe do przedłożenia w Urzędzie Patentowym Rzeczypospolitej Polskiej. „Te wyizolowane szczepy PGPR są teraz potencjalnymi kandydatami na bionawozy”, zaznacza Kalwasińska. „Ich stosowanie mogłoby okazać się bardzo korzystne, zwłaszcza w przypadku rolników borykających się z problemem utraty plonów z powodu wysokiego zasolenia gleby”. Dane wygenerowane w ramach projektu pomogą również naukowcom lepiej zrozumieć interakcje między roślinami a bakteriami PGPR na poziomie molekularnym. Badacze mają nadzieję, że uda im się rozwikłać tajemnicę mniej znanego mechanizmu wzrostu roślin, co może doprowadzić do opracowania nowych formuł biostymulatorów i narzędzi do projektowania nowych strategii hodowlanych. „Najważniejszym celem naszego projektu jest wsparcie zrównoważonego rozwoju rolnictwa”, podsumowuje Kalwasińska.
Słowa kluczowe
NitroFixSal, bakteryjny, ryzobakterie, azot, zasolone, gleby, słone, nawozy, enzymy, PGPR
