A Clemson tudósai úgy vélik, hogy a növényeknek van mit tanulniuk a gyom rokonaiktól, ha a szárazabb talajokon való túlélésről van szó.
A szárazság problémákat okoz a gabonanövények számára, ezt idén a szokásosnál is nagyobb problémát jelent a hazai táblákban is. A Clemson Egyetem három tudósa azon dolgozik, hogy a probléma gyökeréhez jusson. A tudósok úgy vélik, hogy a szántóföldi növényeink tanulhatnának a gyomos rokonaiktól. A trükk az, hogy a gyökereken és a gyökerek körül hasznos mikroorganizmusokat kell elhelyezni, hogy a növények jobban ellenálljanak a zordabb környezetnek.
A Vidya Suseela, a Növény- és Környezettudományi Tanszék adjunktusa által vezetett interdiszciplináris csoport 650 ezer dolláros (237 millió forintos) támogatást kapott az Egyesült Államok Mezőgazdasági Minisztériumának Nemzeti Élelmezési és Mezőgazdasági Intézetétől (USDA-NIFA) erre a projektre. Az ilyen kutatások szokásosan bonyolult címet kapnak, ez a projekt erre a névre hallgat: „A termesztett növények szárazságtűrő képességének fokozása, hasznos rizobiómák keresztinokulációjával és takarónövények termesztésével.” De mit is jelent mindez?
Suseela talajökológus a növények gyökerét és a környező talajokat, valamint a hozzájuk kapcsolódó mikroorganizmusok kölcsönhatásait tanulmányozza. A projektben részt vevő további kutatók: Nishanth Tharayil, Növény- és Környezettudományi Tanszék, és Barbara Campbell, Biológiai Tudományok Tanszék.
Sok ruderális növényt gyomnövénynek tekintünk, melyek olyan pusztaságokon nőnek, ahol zord környezetnek vannak kitéve. A legtöbb ruderális faj közös tulajdonsága, hogy a gyökerek körül jótékony mikroorganizmusok fejlődnek, ami segít nekik abban, hogy jobban teljesítsenek környezeti stresszel szemben. A kutatók a gyökérrendszerek közelében található mikroorganizmusok azonosításával kezdik a projektet, amelyek segítenek a ruderális fűfélék szárazságtűrését biztosítani. A vizsgálatban a kukorica lesz az „alany”.
Szárazságtűrő kukorica
„Annak érdekében, hogy a kukoricát szárazságtűrőbbé tegyük, különböző stratégiákat dolgozunk ki a jótékony mikroorganizmusok azonosítására és átvitelére a ruderális fűfélékből, azaz gyakorlatilag a gyomokból a kukoricába” – mondta Suseela. „A növények gyökeréhez kapcsolódó mikrobiális közösségek (mikrobiomok) serkenthetik a növények növekedését és fokozhatják a tűrőképességét a környezeti stresszel, például a szárazsággal szemben. A gyökér-mikrobiom kölcsönhatások kihasználása így ígéretes alapot nyújt a növények szárazságtűrésének átadására, különösen a változó éghajlati viszonyok között.”
Egy kapcsolódó tanulmányban a Clemson-csoport kiemelt néhány kulcsfontosságú mechanizmust, amelyek révén a rokon ruderális növényekből származó hasznos mikroorganizmusok a kukorica vízigényét a felére csökkentik.
„A termelékenység fenntartása ekkora szárazságban jelentős eredmény, tekintettel arra, hogy a globális éghajlatváltozás az előrejelzések szerint a ritkább esőzésekkel összefüggő szárazabb vegetációs időszakokat eredményez” – mondta Suseela. „A mikroorganizmusok tulajdonképpen a növények jobbik felének is tekinthetők, ha a környezeti viszontagságok leküzdéséről van szó. És ez egy olyan potenciál, amely még kiaknázatlan.” Miután azonosították, ezeket a mikroorganizmusokat a ruderális fűfélékből átültetik a kukoricába. A mikroorganizmusok átvitele a ruderális füvekből a növényekbe egyedülálló kihívást jelent a kutatók számára.
„A gyomokból származó mikroorganizmusok felhasználása a szárazságtűrés biztosítására a viszonylag új ötlet” – mondja a projekt másik kutatója Tharayil. „Az igazi kihívást azonban az jelenti, hogyan lehet ezeket a jótékony mikroorganizmusokat szántóföldi körülmények között fenntartani. Összetettségük és rugalmasságuk miatt könnyű változást előidézni a talaj mikrobiális közösségének összetételében, ám az őshonos mikrobák pillanatok alatt túljárnak a bevezetett mikrobiom eszén.”
Fedőnövények
Ennek az akadálynak a leküzdésére a kutatók azt tervezik, hogy a ruderális fajokkal közeli rokonságban álló takarónövényeket vektorként használják a hasznos mikroorganizmusok szállítására, szaporítására és fenntartására a szántóföldeken. A talajmikrobák a növény gyökereiből felszabaduló kémiai vegyülettel „táplálkoznak”. A hasznos mikroorganizmusok kolóniáinak talajban történő növekedésének serkentése érdekében a szántóföldön a hasznos növénykultúrát megelőzően a ruderális fajokhoz hasonló gyökérrendszerrel és a vegyianyag-bevitellel rendelkező füves takarónövényeket fognak ültetni. Tharayil szakterülete a növények ökofiziológiája. Csoportja a növényeknek a zordabb környezetre adott válaszait tanulmányozza, és különböző eszközöket használ a növények kémiai tulajdonságainak jellemzésére.
„A ruderális fajok, bár őshonosak, potenciális gyomos jellegük miatt nem telepíthetők közvetlenül a szántóföldekre" – mondta Tharayil. „Úgy gondoljuk, hogy ha olyan takarónövényeket ültetünk, amelyek a ruderális fűfélékhez hasonló kémiai vegyületeket bocsátanak ki, akkor a ruderális növények hasznos mikroorganizmusait fenntarthatjuk a mezőgazdasági területeken. A trükk az, hogy megtaláljuk a megfelelő párosítást.”
Suseela hozzáteszi: „Bár számos lehetőség van a növények szárazságtűrésének növelésére, a mi megközelítésünk a talaj mikrobiális közösségeinek és a talaj egészségének elősegítésével fenntartható módszert kínál a növények mikrobiom-közvetített stressztűrésére, miközben rendszerszemléletű megközelítést alkalmaz az agrárökoszisztémák egészségének fenntartásában.”
Campbell mikrobiális ökológus, aki molekuláris eszközöket használ a mikrobiom diverzitásának, működésének és más mikrobákkal vagy magasabb rendű szervezetekkel, valamint a környezettel való kölcsönhatásainak megértéséhez. Tanácsot ad és együtt fog dolgozni a végzős hallgatókkal a gyökérmikroorganizmusok jellemzésében a növényi környezet változásainak függvényében.
„Megvizsgáljuk a hasznos mikroorganizmusokat, és összehasonlítjuk őket az eredeti mikroorganizmusokkal, valamint dokumentáljuk a mikroorganizmusokban bekövetkező változásokat a különböző takarónövényeket követően termesztett kukoricában” – mondta Campbell.
A projekt várhatóan 2026 áprilisáig tart, és egy sor laboratóriumi, üvegházi és szabadföldi kísérletet foglal magában. Az éghajlati változásokhoz alkalmazkodni képes növények kifejlesztése fontos ahhoz, hogy a gazdák a világ élelmezését szolgáló terményeket termelhessenek. A Nemzeti Óceán- és Légkörkutató Hivatal (NOAA) információi szerint az éghajlat további változásával egyes területeken valószínűleg megnövekszik a csapadékmennyiség és az áradások száma, míg máshol valószínűleg kevesebb csapadék hullik majd, és megnő az aszály kockázata.
