Ученым на протяжении многих лет известен тот факт, что бактерии и растения вместе могут восстанавливать и очищать загрязненные участки почвы. Рамакришна Вусирика, из Мичиганского технологического университета, определил, что большое значение имеет и то, как вы добавляете бактерии в почву.
Также учёному удалось пролить свет на биохимические пути, которые позволяют растениям и бактериям очищать одни из самых загрязнённых почв на планете, одновременно повышая их плодородие.
Доцент биологических наук Вусирика впервые собрал искусственный песок около деревеньки Гей на Верхнем полуострове в штате Мичиган. В течение многих десятилетий, местные меднодобывающие компании дробили медную руду и сваливали остатки – около 500 миллионов тонн искусственного песка – по всему региону. В этих сотворённых человеком пустынях из-за высоких концентраций меди, мышьяка и других враждебных растительности химических веществ, почти ничего не растет.
Рамакришна Вусирика и его команда посадили кукурузу в искусственный песок, включив в грунт бактерии четырьмя различными способами:
1. вмешав его в искусственный песок перед посадкой семян;
2. покрыв семена бактериями и посадив их;
3. прорастив семена и посадив их в почву, в которую были добавлены бактерии;
4. обычным способом, погрузив корни проростков кукурузы в бактерии и посадив их в искусственный песок.
Спустя 45 дней, команда учёных выкорчевала растения и измерила их сухой вес. Вся кукуруза, выращивавшаяся с бактериями, была значительно более крепкой – в два — пять раз больше, – чем кукуруза, выращивавшаяся в искусственном песке в чистом виде. Самыми большими были те растения, которые сажали в виде рассады или проросших семян.
Однако когда исследователи проанализировали высушенного кукурузу, они сделали удивительное открытие: высаженная из семян кукуруза взяла гораздо больше меди в процентах от сухого веса. Другими словами, меньшие растения вытянули из искусственного песка меди больше, чем их более крупные собратья.
Подобные результаты имеют большое значение для управляющих земельными участками, пытающихся устранить загрязнение земли, и для фермеров, работающих с малоплодородными почвами. Обычная техника – нанесение бактерий на корни саженцев перед пересадкой – отлично работает в лаборатории, но она не очень практична для крупномасштабных проектов. Новый же метод открывает возможность для простой, практичной реабилитации загрязненных медью почв. Но и сам тот факт, что все выращенные с бактериями растения так хорошо себя показали, тоже вызывает любопытство.
Когда мы увидели такой результат, мы задались вопросом, что же бактерии делают с почвой, – признается Вусирика. – Исходя из нашего исследования, выходит, что бактерии улучшают ферментативную активность и повышают плодородность почв, частично за счёт высвобождения запертого в скальной породе фосфора.
Бактерии также меняют форму меди, превращая её в то, что могут поглощать растения. Под воздействием бактерий, количество заменяемой меди выросло в три раза. В почве по-прежнему остаётся еще немало недоступной для усвоения меди, но всё же это верный признак того, что исследователи двигаются в правильном направлении.
Анализируя метаболические соединения, команда учёных смогла продемонстрировать, что бактерии улучшают фотосинтез и помогают растениям производить гормоны роста. Бактерии также влияют на количество синтезируемых кукурузой фенольных смол. Фенольные смолы, являются антиоксидантами, аналогичными встречающимся в винограде и красном вине.
По сравнению с растениями, выращенными на нормальной почве без бактерий, растения, выращенные на искусственном песке, не показали пятикратного увеличения фенольных смол. Тем не менее, растения, выращенные на искусственном песке с бактериями, продемонстрировали небольшое увеличение фенольных смол.
Процесс роста в искусственном песке является для растений источником большого стресса, и они отвечают на это увеличением производства антиоксидантов, – объясняет Вусирика. – Добавление устойчивых к металлам бактерий позволяет растениям справиться со стрессом, и в результате уровень фенольных смол снижается.
Учёные планируют продолжить полевые исследования на искусственном песке, и в их планы входит поработать с другими растениями, помимо кукурузы. Они полагают, что данная работа найдёт своё применение как в органическом сельском хозяйстве, так и в рекультивации.
