Гербициды рекламировались как «чудодейственные» химикаты, когда в конце 1940-х годов они навсегда изменили методы ведения сельского хозяйства, но теперь исследователи отчаянно пытаются найти более устойчивый, благоприятный для почвы и нетоксичный способ борьбы с сорняками, одновременно способствуя росту сельскохозяйственных культур. Теперь исследователи из Китая считают, что они совершили крупный прорыв, который может дать пшенице экологически чистое будущее.
Команда из Сельскохозяйственного университета Хуачжун разработала новые синтетические микробные сообщества, выращенные в лабораторных условиях, также известные как SynComs, которые по сути действуют как микроскопический микробиом, уничтожая сорняки, одновременно улучшая здоровье и рост урожая. Один SynCom, полученный из бактерий, выделенных из ризосфер сорняков или пшеницы, особенно показал большие перспективы для помощи отрасли в сокращении использования гербицидов.
В сравнительном исследовании четырех SynCom – C1, C2, C3 и C4 – в теплице C4 стал лучшим в своем классе, уничтожая агрессивные и вредные сорняки Phalaris Minor, поражающие посевы пшеницы, одновременно улучшая здоровье и рост зерна.
«Все SynComs увеличили рост пшеницы, что проявилось в увеличении показателей анализа почвы и растений (SPAD) и свежей биомассы», — отметили команда. «В то же время SynCom C4 эффективно снижает значения SPAD и свежую биомассу заражающего сорняка Phalaris major в сочетании с низкими дозами осевого гербицида».
Опираясь на эти данные Результаты, исследователи провели крупномасштабные полевые испытания в районе, где наблюдался серьезный P.minorзаражений в течение нескольких лет подряд. Они экспериментировали с различными дозами Axial – 25%, 50%, 75% и 100% – и обнаружили зону златовласки, которая потенциально может привести к значительному сокращению использования химикатов, используемых при выращивании этой основной культуры.
«Комбинация C4 с 50% и 75% Axial значительно улучшила рост пшеницы, смягчив побочные эффекты гербицида на пшеницу», — отмечают исследователи. «Засоренность сорняками снизила урожайность зерна на 16% и 25% при дозе 50% и 75% Axial соответственно. Комбинация Axial с C4 спасла до 22% потерь урожая зерна при засорении сорняками по сравнению с одним Axial.
«Наши результаты показали, что комбинация гербицидов с SynComs продемонстрировала синергетический эффект для борьбы с Phalaris незначительное и содействие росту пшеницы, так что такое сочетание обеспечивает устойчивую и экологически чистую стратегию борьбы с сорняками».
Гербициды принесли как пользу, так и вред с момента их коммерциализации, когда сотни синтезированных соединений широко использовались в интенсивном сельском хозяйстве, повышая урожайность и сокращая ручной труд. Но хотя на них в значительной степени полагались для контроля над растениями, уничтожающими урожай, и они обладают свойствами, ускоряющими рост, их токсичность для человека стала поразительно очевидной после того, как военные США использовали смесь гербицидов, более известную как «Агент Оранж» (а также «Пурпурный», «Синий», «Пурпурный», «Синий», «Агент Оранж»). Розовый, зеленый и белый) для дефолиации деревьев и уничтожения растительности и посевов во время войны во Вьетнаме. Он был запрещен в США в 1971 году (на год раньше, чем токсичный пестицид дихлордифенилтрихлорэтан или ДДТ).
Хотя использование гербицидов в США строго регулируется, их использование имеет серьезные побочные эффекты. Подобно тому, как микробиом кишечника человека важен для общего состояния здоровья, микробная популяция почвы важна для жизни, которую она поддерживает. Гербициды уменьшают количество органических веществ, которые перемещают питательные вещества через почву, разрушая этот уникальный микробиом и снижая урожайность сельскохозяйственных культур. Это, в свою очередь, может привести к увеличению использования химических веществ, используемых для стимулирования роста.
Однако у SynCom также есть свои проблемы, например, столкновение с конкурентоспособными видами в почве при их выпуске в естественную среду. Синтетические микробы также могут меняться со временем в результате эволюции и горизонтального переноса генов. (Использование гербицидов также привело к тому, что растения выработали механизмы, способные противостоять повторным химическим воздействиям.)
В этом исследовании ученые обнаружили, что C4 значительно усиливает рост пшеницы, даже при отсутствии в смеси Axial. Это многообещающая разработка в области исследований, которая включает в себя новые виды «гербицидов», например, на основе сахара, другой, полученный из «неудавшегося» антибиотика, и даже пену на растительной основе.
«C4 демонстрировал желаемые двойные функции P. незначительный контроль и стимуляция роста пшеницы в полевых условиях при использовании даже вместе с низкими дозами гербицидов», — отметили исследователи. «Поэтому ожидается, что интеграция SynComs и низких доз гербицидов станет устойчивой и экологически чистой стратегией борьбы с сорняками».
Исследование было опубликовано в журнале Soil Ecology Letters.
