При выращивании большинства сельскохозяйственных культур, в том числе пшеницы, аграрии обычно используют пестициды — химические соединения, позволяющие избавиться от насекомых-вредителей, грибковых заболеваний и сорняков. Однако пестициды негативно сказываются и на самих растениях, которые они должны защищать. Под их влиянием в растениях нарушается работа митохондрий — «энергетических станций» клетки — что приводит к ухудшению процесса дыхания и окислительному стрессу. В ближайшие годы полностью отказаться от пестицидов не удастся, так как безопасные и эффективные альтернативы им пока не найдены. Поэтому ученые ищут способ уменьшить негативное воздействие этих веществ на растения.
Биологи из Воронежского государственного университета и Южного научного центра РАН определили, что почвенные бактерии из рода Azospirillum позволяют частично нивелировать токсические эффекты пестицидов. Они выбрали для исследования эти микроорганизмы потому, что более ранние работы показали: они повышают продуктивность пшеницы и ее устойчивость к неблагоприятным условиям. Такой эффект возникает, так как Azospirillum синтезирует необходимые растениям полисахариды, регулирует выработку важных для роста фитогормонов и защищающих от вредителей летучих соединений.
После этого исследователи проверили эффективность микроорганизмов на семенах яровой пшеницы Triticum aestivum, широко распространенной в российском сельском хозяйстве. На долю этой культуры в 2023 году пришлось 31,3% от общего объема сборов пшеницы в России.
Биологи использовали три группы семян по 10 штук в каждой: первую выдерживали 15 минут в растворе пестицидов, вторую — сначала в растворе пестицидов, а затем в культуре бактерий Azospirillum. Третью никак не обрабатывали — она служила контрольной группой. Далее семена проращивали в чашках Петри и на протяжении недели наблюдали за их ростом.
Оказалось, что пестициды, в зависимости от концентрации и вида препарата, подавляли рост растений в 2–6 раз. Дополнительная обработка микроорганизмами позволила ослабить это негативное влияние, восстановив рост растений до контрольных значений.
После лабораторных исследований биологи провели полевой эксперимент, посеяв в почву на территории Воронежской области семена пшеницы без обработки; выдержанные в растворе пестицидов; обработанные пестицидами и микроорганизмами. Обработанные бактериями Azospirillum и пестицидами растения почти не отставали в росте от пшеницы без обработки. Растения без «бактериальной защиты» от пестицидов росли медленнее на 9–44%.
«Несмотря на наметившийся мировой тренд в сторону "зеленой биотехнологии", пока преждевременно говорить о том, что в ближайшее десятилетие произойдет полный отказ от использования химических пестицидов, поскольку от них зависит продовольственная безопасность во всем мире. По этой причине важно разработать подходы к минимизации ущерба, который наносят пестициды самим сельскохозяйственным культурам. Полученные результаты имеют не только фундаментальную, но и практическую значимость, так как они могут помочь в разработке новых биопрепаратов, способных увеличить урожайность и повысить устойчивость пшеницы к влиянию пестицидов», — рассказала руководитель проекта Мария Гуреева, кандидат биологических наук, доцент кафедры биохимии и физиологии клетки Воронежского государственного университета.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Plant Growth Regulation. Воронежский государственный университет — участник программы «Приоритет-2030» национального проекта «Наука и университеты».
