Российские исследователи разработали новое микробиологическое удобрение, которое обещает улучшить урожайность и здоровье растений.

Разработка основана на азотофиксирующих бактериях, которые способны превращать атмосферный азот в форму, доступную для растений. Это удобрение предназначено для использования в сельском хозяйстве, агропромышленном комплексе и фермерских хозяйствах. Оно направлено на увеличение урожайности, снижение засоленности почв и улучшение доступности сельскохозяйственной продукции.

На сегодняшний день минеральные удобрения распространились повсеместно. Тем не менее, их использование связано с определенными недостатками. Неконтролируемое применение удобрений может привести к засолению и эрозии почвы, а также к вымыванию минеральных удобрений в грунтовые воды, что может негативно сказаться на симбиотических организмах. В результате длительного применения на посевных территориях количество удобрений достигло предельно допустимых значений, что привело к тому, что увеличение их концентрации практически не сказывается на урожайности сельскохозяйственных культур — эта проблема уже затронула Китай.

В отличие от традиционных минеральных удобрений, микробиологические действуют более бережно и эффективно. Они поддерживают рост растений, восстанавливают почву, улучшают усвоение минералов и подавляют вредные микроорганизмы.

Первый этап исследования включал в себя идентификацию азотофиксирующих бактерий, создание шести серий образцов и тестирование их стабильности. Второй этап сосредоточен на оценке эффективности удобрения и подготовке патента.

Бактерии были выделены из почвы ботанического сада РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева и продемонстрировали свою эффективность как симбионты для различных растений, включая Sorbus aucuparia, Monstera deliciosa, Fabaceae spp., Quercus robur, Ficus carica, Aucuba japonica. Эксперименты показали, что бактерии ускоряли прорастание семян огурца сорта Либелле F1, способствовали более раннему появлению настоящих листьев и увеличению роста стеблей, не вызывая мутаций.

Результаты превзошли показатели известного препарата Азотовит®, что делает их весьма перспективными для применения в биоудобрениях. «Следует отметить опыт в полевых условиях, где сравнивались 15-дневные ростки из лаборатории, обработанные бактериальной суспензией, и необработанные ростки огурцов Либелле F1, высаженные из горшков в теплицу, – рассказывает Григорий Бошляков, студент РТУ МИРЭА. – Хотя выборка была небольшой и эксперимент требует дальнейшего увеличения повторности и репрезентативности, обработанные ростки оказались выше своих необработанных аналогов почти на полметра, а плоды корнишонов, которые в среднем по заявлению производителя должны достигать длины от пяти до семи сантиметров, выросли до размеров от шести до девяти сантиметров».

«В процессе экспериментов была улучшена среда для роста фитостимулирующих микроорганизмов. Уникальность новой среды заключается в использовании отвара из чечевицы, – отметила Мария Золотарева, старший преподаватель кафедры биотехнологии и промышленной фармации РТУ МИРЭА. – С помощью современного метода времяпролетной масс-спектрометрии (MALDI-TOF MS) было точно определено, что два из исследуемых штаммов принадлежат виду Agrobacterium radiobacter. Для точной идентификации видов бактерий использовался метод секвенирования ДНК по Сэнгеру на оборудовании компании «Евроген». В ходе исследований выяснилось, что штамм, связанный с растениями семейства Fabaceae, принадлежит виду Ancylobacter defluvii, штамм из растения Monstera deliciosa – к Agrobacterium radiobacter, а штаммы, полученные из растений Ficus carica и Aucuba japonica, были отнесены к роду Agrobacterium».

Кроме того, бактерии, ассоциированные с S. aucuparia и Fabaceae spp., продемонстрировали антагонизм по отношению к фитопатогенным бактериям, таким как Pseudomonas Chlororaphis. Все исследуемые культуры способны синтезировать сидерофоры, подобные азотобактину, в ответ на антигены Staphylococcus aureus, Escherichia coli, Bacillus subtilis, Pseudomonas chlororaphis. Спектрофлуориметрические измерения подтвердили наличие флуоресцентных пиков при длине волны 350 нм, характерных для азотобактина. Эти данные делают бактерии многообещающими агентами для биоконтроля сельскохозяйственных культур.

Удобрение будет упаковано в удобные пластиковые флаконы с дозаторами, что упростит его использование частными покупателями. Каждый флакон содержит смесь бактерий в концентрации 10^9 КОЕ/л, что обеспечивает максимальную эффективность препарата.

Для завершения разработки необходимо провести дополнительные испытания, включая оценку антагонистической активности препарата против фитопатогенов, вызывающих различные болезни растений, проверить стабильность и сроки хранения готового продукта, изучить механизмы взаимодействия микроорганизмов на молекулярном уровне и подготовить заявку на патент. Также планируется разработать технологию масштабного производства удобрения.

Проект Григория Бошлякова демонстрирует, что молодые ученые могут вносить значительный вклад в развитие сельского хозяйства и экологии. Его разработка не только решает важные социальные проблемы, но и обладает значительным коммерческим потенциалом.

Проект представлен на «Акселераторе 4.0 РТУ МИРЭА вторая волна» и получил грант на дальнейшее развитие.