Οι ερευνητές ανακάλυψαν έναν απροσδόκητο φυσικό σύμμαχο που θα μπορούσε να βοηθήσει τους αγρότες να αντιμετωπίσουν μια από τις ταχύτερα αναπτυσσόμενες προκλήσεις της γεωργίας: τα αλατούχα εδάφη.
Μια ομάδα που περιλαμβάνει επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ανατολικής Αγγλίας (UEA), με επικεφαλής τον Κινέζο ερευνητή Dr Yanfen Zheng, διαπίστωσε ότι τα φυσικά βακτήρια του εδάφους μπορούν να βελτιώσουν σημαντικά την επιβίωση των φυτών σε συνθήκες αλατούχου.
Η μελέτη αποκάλυψε επίσης έναν μέχρι πρότινος άγνωστο τρόπο με τον οποίο αυτά τα μικρόβια προστατεύουν καλλιέργειες όπως το καλαμπόκι, οι ντομάτες και η ελαιοκράμβη από το στρες του αλατιού. Η ανακάλυψη θα μπορούσε τελικά να βοηθήσει τους αγρότες να καλλιεργήσουν τρόφιμα σε γη που έχει γίνει πολύ αλμυρή για τη συμβατική γεωργία.
Η αλατότητα του εδάφους απειλεί τη γεωργία παγκοσμίως
Η εναπόθεση αλατιού στις γεωργικές εκτάσεις γίνεται ολοένα και πιο σοβαρό πρόβλημα λόγω της κλιματικής αλλαγής, των συστημάτων άρδευσης και της ανόδου της στάθμης της θάλασσας. Καθώς το αλάτι συσσωρεύεται στο έδαφος, αναστέλλει την ανάπτυξη των φυτών, βλάπτει τις ρίζες και μπορεί να μειώσει γρήγορα τις αποδόσεις των καλλιεργειών.
Ο καθηγητής Jonathan Todd, από τη Σχολή Βιολογικών Επιστημών της UEA και το Ινστιτούτο Quadrum στο Ερευνητικό Πάρκο Norwich, δήλωσε: «Η συσσώρευση αλατιού στις γεωργικές εκτάσεις είναι ένα σημαντικό και επιδεινούμενο πρόβλημα – που οφείλεται στην κλιματική αλλαγή, την άρδευση και την άνοδο της στάθμης της θάλασσας.
«Το αλάτι εμποδίζει την ανάπτυξη των φυτών, βλάπτει τις ρίζες και επηρεάζει σοβαρά ολόκληρες καλλιέργειες – θέτοντας σε κίνδυνο την παγκόσμια προσφορά τροφίμων.
“Γνωρίζουμε ότι τα φυτά βασίζονται στην κοινότητα μικροβίων γύρω από τις ρίζες τους, που ονομάζεται μικροβίωμα της ρίζας, για να τα βοηθήσουν να αντιμετωπίσουν τις περιβαλλοντικές πιέσεις. Αλλά πώς ακριβώς λειτουργούν αυτές οι σχέσεις και αν είναι συνεπείς στις καλλιέργειες και στο έδαφος παραμένουν σε μεγάλο βαθμό ασαφές.
«Διαπιστώσαμε ότι τα φυτά στρατολογούν ωφέλιμα βακτήρια σε αλατούχα εδάφη, τα οποία προκαλούν εσωτερικές αλλαγές που ενισχύουν τη φυσική δομή και την ανθεκτικότητά τους.
«Εάν οι επιστήμονες μπορέσουν να αξιοποιήσουν αυτή τη φυσική διαδικασία, θα μπορούσε να εγκαινιάσει μια νέα εποχή στην ανθεκτική στο κλίμα γεωργία».
Τα μικρόβια της ρίζας έλκονται από φυτά που καταπονούνται με αλάτι
Για να κατανοήσουν καλύτερα αυτή τη συνεργασία φυτών και μικροβίων, οι ερευνητές εξέτασαν μικροβιώματα ριζών από πολλαπλά είδη καλλιεργειών που καλλιεργούνται σε διαφορετικούς τύπους εδάφους.
Ανακάλυψαν ότι μια ομάδα φυσικών βακτηρίων που είναι γνωστά ως ψευδομονάδες συγκεντρώνονται τακτικά γύρω από τις ρίζες των φυτών που εκτίθενται στο στρες του αλατιού. Το ίδιο μοτίβο παρατηρήθηκε σε πολλές καλλιέργειες, συμπεριλαμβανομένου του καλαμποκιού, της ντομάτας και της ελαιοκράμβης, υποδηλώνοντας ότι πρόκειται για μια ευρέως διαδεδομένη βιολογική απόκριση και όχι για κάτι μοναδικό σε ένα μόνο φυτό.
Οι γενετικές αναλύσεις εξήγησαν επίσης γιατί αυτά τα βακτήρια τα πάνε τόσο καλά σε αλατούχα περιβάλλοντα.
Ο καθηγητής Todd είπε: «Σε σύγκριση με άλλα μικρόβια, οι ψευδομονάδες φέρουν ειδικά γονίδια που τις βοηθούν να ανέχονται υψηλά επίπεδα αλατιού, συμπεριλαμβανομένων των συστημάτων μεταφοράς νατρίου και άλλων μηχανισμών ανθεκτικών στο στρες».
Δυνατές ρίζες και υψηλή απόδοση
Στη συνέχεια, η ομάδα εισήγαγε το επιλεγμένο στέλεχος ψευδομονάδας σε φυτά σόγιας. Τόσο σε μελέτες θερμοκηπίου όσο και σε δοκιμές αγρού, τα βακτήρια αποίκησαν με επιτυχία τις ρίζες και βελτίωσαν σημαντικά την ανάπτυξη των φυτών υπό αλατούχες συνθήκες.
«Διαπιστώσαμε ότι τα φυτά που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με τα μικρόβια έδειξαν ισχυρότερα ριζικά συστήματα, καλύτερη ανάπτυξη και υψηλότερες αποδόσεις από τα φυτά που δεν είχαν υποστεί επεξεργασία που καλλιεργήθηκαν σε αλατούχο έδαφος», δήλωσε ο καθηγητής Todd.
Μια απροσδόκητη άμυνα των φυτών
Οι ερευνητές αναρωτήθηκαν αν τα βακτήρια δεν βοηθούσαν τα φυτά μειώνοντας τα επίπεδα αλατιού στους ιστούς τους.
«Το πιο εκπληκτικό είναι να ανακαλύψουμε πώς τα βακτήρια βοηθούν τα φυτά να αντεπεξέλθουν.
«Για δεκαετίες, πιστευόταν ότι τα φυτά επιβιώνουν της αλατότητας ρυθμίζοντας τα επίπεδα νατρίου – ουσιαστικά κρατώντας έξω τα επιβλαβή άλατα. Αλλά δεν βρήκαμε στοιχεία ότι τα βακτήρια επηρεάζουν τη μεταφορά νατρίου ή την ισορροπία ιόντων.
«Αντί να βοηθούν το φυτό να χειρίζεται απευθείας το αλάτι, τα βακτήρια διεγείρουν το φυτό να παράγει περισσότερη από μια ουσία που ονομάζεται λιγνίνη.
«Οι ρίζες των φυτών που υποβλήθηκαν σε επεξεργασία με βακτήρια έδειξαν σημαντική αύξηση στην περιεκτικότητα σε λιγνίνη, με ορισμένες μετρήσεις να αυξάνονται κατά περισσότερο από 30 τοις εκατό υπό την πίεση αλατιού».
Η λιγνίνη ενισχύει φυσικά τα φυτά
Η λιγνίνη είναι ένα ισχυρό, ξυλώδες υλικό που αποτελεί μέρος των φυτικών κυτταρικών τοιχωμάτων. Λειτουργεί σαν ένα ενσωματωμένο σύστημα υποστήριξης, ενισχύοντας τους φυτικούς ιστούς και βοηθώντας τους να αντέχουν στο περιβαλλοντικό στρες.
Οι ερευνητές έχουν εντοπίσει βασικά γονίδια που ευθύνονται για την αύξηση της παραγωγής λιγνίνης. Όταν αυτά τα γονίδια υπερεκφράστηκαν τεχνητά, τα φυτά είχαν πολύ καλύτερη απόδοση σε αλατούχα εδάφη.
Αντίθετα, τα φυτά που δεν μπορούν να παράγουν λιγνίνη δεν ωφελήθηκαν από τα βακτήρια, δείχνοντας ότι η παραγωγή λιγνίνης είναι απαραίτητη για το προστατευτικό αποτέλεσμα που ανακαλύφθηκε πρόσφατα.
Ο καθηγητής Todd είπε: «Ελπίζουμε ότι αυτή η ανακάλυψη θα ανοίξει νέες δυνατότητες για τη γεωργία.
«Χρησιμοποιώντας φυσικά μικρόβια όπως οι Pseudomonads, μπορούν να αναπτυχθούν βιολογικές θεραπείες που βοηθούν τις καλλιέργειες να αναπτυχθούν σε αλατούχα εδάφη χωρίς βαριές χημικές εισροές.
«Με τεράστιες εκτάσεις γεωργικής γης που έχουν ήδη επηρεαστεί από την αλατότητα και απειλούνται περαιτέρω, τα μικροβιακά διαλύματα μπορούν να γίνουν ένα ουσιαστικό εργαλείο για τη διατήρηση της απόδοσης των καλλιεργειών και τη διασφάλιση της επισιτιστικής ασφάλειας».
Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Η επιστήμη προχωρά Στο άρθρο, «Οι ψευδομονάδες που σχετίζονται με τα φυτά που έχουν υποστεί πίεση σε αλάτι διευκολύνουν την προσαρμογή του στρες της σόγιας μέσω της ενισχυμένης βιοσύνθεσης λιγνίνης».
