Случаeн експеримент откри нови възможности за задържане на вода в почвата

 

Нека си спомним какво се е случило на 28 септември 1928 година: Александър Флеминг се върнал в лабораторията след отпуск и разчиствайки мръсните чаши забелязал някакво "вещество" пораснало в една от тях. Така започва историята на първия в света антибиотик: пеницилинът.

Някои открития стават случайно

Наскоро в Университета Делауер, САЩ, растенията остават без вода през дълъг уикенд. Това води учените до интригуващи изводи, които са особено важни за сушавите региони на Земята, като американския Запад, Европа, Австралия, части от Африка, Югоизточна Азия и Южна Америка.

Климатолозите казват, че в предстоящите години трябва да очаквамевсе по-чести и големи суши

А други експерти прогнозират 30-процентно увеличение на световното население - до повече от 9 млрд. до 2050 година. Как тогава ще отглеждаме достатъчно количество храна за всички в условията на промените в климата? Според това изследване, отговорът може да лежи точно под краката ни...

Но да се върнем към експеримента. И така учените установили, че едната тавичка с разсад е с увяхнали растения, докато тези в другия поднос изглеждат много добре.

Единствената разлика между тавичките е, че почвата в процъфтяващата подложка се обработва с Bacillus subtilis (UD1022), бактериален щам, открит преди няколко години в Университета в Делауеър от група изследователи, ръководени от професор Харш Бейс - професор в областта на раститенията и почвите.

Екипът на Бейс определя, че тези микроорганизми, които живеят на повърхността на корените и в заобикалящата ги почва, могат да причинят затваряне на порите на листата, наречени устици, така че растението да се предпази от патогени и дехидратация. След като научава за откритието на екипа на Бейс, професор Ян Джин, експерт по почвата, решава да "копае малко по-надълбоко" и да разбере дали микробите могат да променят почвата, в която живеят

"Има голяма пропаст в знанията ни за това как доброкачествените микроорганизми могат да повлияят на така наречената "зелена вода " в почвата, достъпна за растенията", обяснява Джин.

Тя иска да знае дали UD1022 може да промени свойствата на почвата - нейната структура, химията и други параметри във връзка със "зеленото водоснабдяване". Иска да знае точно какво се случва в почвата и се опитва да намери отговора.

В статия, публикувана неотдавна в списанието Water Research, Джин и нейния университетски екип, заедно с колеги от Националния институт по стандарти и технологии (NIST) се потвърди, че полезният микроб UD1022 намалява изпаренията и подобрява способността на почвата да задържа вода

Използвайки най-съвременните методи, изследването предоставя подробен анализ на това как микробите взаимодействат с почвените частици, за да променят физически подземната екосистема и да помогнат на растенията да издържат на суша.

Експериментите са проведени както в лабораторията на университета в Делауеър, така и в NIST, използвайки силата на технология за изобразяване на неутрони.

В затворена среда учени сравняват две почвени проби - контролна проба и проба, обработена с микроби UD1022 - непрекъснато измерват характеристиките на задържане на влагата в почвата и скоростта на изпарение на водата, когато почвата изсъхне в камерата.

Експериментите са проведени с почви с различна текстура: пясъчни почви и богати на глина проби, взети от университетска ферма и от селскостопанска експериментална станция в Джорджтаун, Делауеър.

За да се определи какво се случва в почвените проби, екипът използва възможностите за неутронна радиография на NIST. Неутроните могат да "видят" водата, казва Джин. "Тъй като взаимодействат силно с водорода, те осигуряват идеален метод за проучване на разпределението на водата в чувствителни материали, като проби от почвата, съдържащи микроби, в реално време".

Малки цилиндри са напълнени с почва - едната част е обработена с UD1022 микроби, а другата - не. След това двете проби са наситени с вода, а неутронните изображения регистрират процеса на изпаряване. За всяка проба са получени общо 1 500 индивидуални изображения за около девет часа. Учените изследват подробно разпределението на водата в пробите, както и динамиката на изпаренията в реално време. Мощният сканиращ електронен микроскоп помага да се разбере какво правят микробите в пробите.

Пробите са наситени с вода и неутронните изображения регистрират изпарение за около девет часа. Синьото и зеленото показват водното съдържание на почвата. Микробиологично обработеният образец е ясен победител в задържането на вода.

Как тези малки организми (UD1022) помагат на почвата да задържа вода?

Този ефект се дължи на способността на микробите да образуват желатинова мрежа, биофилм на сложна смес от полизахариди, протеини, липиди, витамини и захари, казва Джин - сякаш бактериите изграждат тези малки къщи за себе си.

Биофилмът, който генерират бактериите, действа като лепило, образувайки "агрегатори на почвата", които могат да задържат повече вода.

"Тези микроорганизми и тяхната адхезивна матрица могат да поемат вода като гъба, абсорбирайки 10 пъти повече вода от сухото им тегло", казват учените. "Този природен биофилм променя свойствата на почвата, което води до по-бавно изпаряване и може да осигури по-голяма влажност за растенията, което е важно при суша."

Докато по-голямата част от източното крайбрежие на САЩ няма проблеми с дъждовете и есента идва рано, други американски региони и други страни страдат от устойчиви и в някои случаи от застрашаваща живота суша. Джин се надява, че UD1022 може да изиграе положителна роля в селското стопанство в тези безводни райони, докато населението на света расте.

Какво можем да направим, за да гарантираме изхранването?

Растенията могат да бъдат генетично модифицирани, но това отнема много време. Компаниите продават био-торове за решаване на тези проблеми - понякога те работят, но най-често - не

Ето защо по-фундаменталните изследвания са от решаващо значение, за да ни помогнат да разберем механизмите на почвата. Чрез разбирането на взаимодействието между корените на растенията и микробионите в почвата - до голяма степен неизползван подземен ресурс - се надяваме да разработим нови технологии, които ще увеличат производството на храна и същевременно ще намалят употребата на химически торове, казват учените.

Изследването получава и външна подкрепа от фондовете на американското Министерство на земеделието (USDA).

По материали от Water Research

Макрофотография на пясъчни частици, обработени с микробни наночастици, слепени заедно
Макрофотография на пясъчни частици, обработени с микробни наночастици, слепени заедно
Странични изображения на контролната почвена проба (вляво) и тази вдясно, обработена с микроби UD 1022. Неутронните снимки регистрират изпарение за 9 часа.Синьото и зеленото показват съдържанието на вода в почвата. Образецът, обработен с микроби е неоспорим победител по задържането на влага.
Странични изображения на контролната почвена проба (вляво) и тази вдясно, обработена с микроби UD 1022. Неутронните снимки регистрират изпарение за 9 часа.Синьото и зеленото показват съдържанието на вода в почвата. Образецът, обработен с микроби е неоспорим победител по задържането на влага.