Новое исследование помогает снизить поглощение мышьяка растениями риса

Исследователи из Университета Делавэра (США) обнаружили тип почвенных бактерий, способных создавать «железный щит», помогающий предотвратить поглощение мышьяка растениями риса.

Мышьяк встречается в природе в почве, горных породах, воздухе, воде, растениях и животных. Он используется во многих промышленных продуктах и ​​процессах: от консервантов для древесины, пестицидов и удобрений до выплавки меди. Длительное воздействие мышьяка, как считается, приводит к серьёзным заболеваниям, таким как рак, сердечно-сосудистые заболевания и диабет.

Эксперимент Университета Делавэра, демонстрирующий влияние бактерий EA106 (слева — контрольный рис, не обработанный EA106 или мышьяком. Рис, обработанный EA106, показал превосходный рост, в то время как рис, обработанный мышьяком, задержался в росте и пожелтел. Справа — рис, обработанный мышьяком, восстановился после того, как его корни были инокулированы EA106).

Харш Баис, доцент кафедры ботаники и почвоведения, руководил исследовательской группой в Университете Делавэра, финансируемой Национальным научным фондом и опубликованной в международном журнале Planta. Среди его коллег – профессора Анджелия Сейфферт, Джанин Шерриер, Венкатачалам Лакшманан, Ганг Ли и Дипак Шантарадж, работающие на кафедре ботаники и почвоведения Университета Делавэра.Исследования Университета Делавэра открыли перспективу создания недорогого биологического решения – микробного препарата для риса, способного защитить этот важный источник пищи от накопления токсичных концентраций мышьяка, одного из самых опасных ядов в мире. В настоящее время рис является основным продуктом питания более половины населения мира.

Открытая учёными почвенная бактерия получила название «EA106» в честь бывшей аспирантки Эмили Альфф, которая выделила её, будучи аспиранткой в ​​лаборатории Баиса. EA106 была обнаружена в корнях североамериканского сорта риса, выращиваемого в коммерческих целях в Калифорнии. Она относится к группе грамотрицательных палочковидных бактерий Pantoea, которые образуют слизистые жёлтые колонии на корнях растений.

Поскольку в таких горячих точках, как Бангладеш, Индия и Китай, рис выращивают на затапливаемых полях, часто в воде, насыщенной мышьяком, он поглощает в 10 раз больше мышьяка, чем другие зерновые культуры, такие как пшеница и овес.

Рис поглощает фосфат, питательное вещество, необходимое для роста, но также и мышьяк, имеющий схожую с фосфатом химическую структуру. «Эта бактерия, EA106, очень эффективно мобилизует железо, что предотвращает поглощение мышьяка рисом», — объясняет Баис. «Железный налёт на поверхности корней препятствует усвоению мышьяка растениями риса».

Исследователи провели эксперименты с сотнями сортов риса, включая как горные, так и равнинные, в теплице Университета Делавэра. Инокуляция EA106 улучшила усвоение железа корнями, одновременно снизив накопление токсичного мышьяка в растениях.

На корнях риса образуются бактерии EA106 и железный налет.

Хотя результаты многообещающие, Баис заявил, что дальнейшие этапы исследования определят, существует ли жизнеспособное натуральное решение этой проблемы. Если следующий этап исследования окажется успешным, это может привести к созданию недорогой технологии, позволяющей защитить растения риса с помощью полезных бактерий.

Кроме того, использование EA106 для защиты риса не только снижает усвоение мышьяка, но и способствует повышению содержания железа в зернах риса — полезного питательного вещества.

«Я вырос рядом с рисовыми полями в Индии, поэтому испытываю особую страсть к этому региону», — сказал г-н Баис. «По сути, мелким фермерам там нечем прокормить свои семьи. Они выращивают рис на небольших участках, где в почве и воде много мышьяка. Работа, которую мы делаем, очень важна для них и для обеспечения безопасности риса во всем мире».

В другом смежном исследовании Баис хочет оценить способность растений, инокулированных EA106, противостоять другим стрессам, вызванным как мышьяком, так и пирикуляриозом риса — грибком, который может ежегодно уничтожать около 30 процентов мирового урожая риса.

Команда Баиса ранее выделила из рисовой почвы природную бактерию, которая смягчает пирикуляриоз риса. Сейчас его команда изучает, как связь между полезными микробами и рисом может повысить устойчивость растения к болезням.

По данным Национального управления сельскохозяйственного просвещения