Бактерии помогли растениям вырасти на искусственном марсианском реголите

Кроме того, в контейнерах с аналогом марсианского реголита растения образовали такой же симбиоз с бактериями, как и в естественном субстрате. Соответствующую статью опубликовано в журнале PLOS ONE. В связи с интенсификацией ведения сельского хозяйства все больше земель становятся распаханными и непригодными для выращивания растений. Масштабные использования химических удобрений, пестицидов, инсектицидов истощают потенциал почвы, снижая его плодородие. Когда человечество исчерпает ресурсы Земли и колонизирует другие планеты, возможно, — Марс. Но смогут ли растения там выжить? Атмосфера Марса содержит очень мало кислорода, слишком разрежена, поэтому плохо защищена от солнечного воздействия — температура достигает отметки -100% Цельсия, поверхность поражена солнечной радиацией. К тому же марсианский грунт, называется реголитом, он очень бедный на необходимые растениям химические элементы. В частности, у него низкое содержание азота, а азот атмосферы для растений недоступен.

Поскольку марсианский грунт пригоден для роста растений, то возникнет вопрос, как его оптимизировать и адаптировать. Для улучшения свойств почвы в мире широко применяют симбиотические азотфиксирующие бактерии рода Rhyzobium, которые образуют на корнях бобовых растений клубни, где и происходит фиксация азота с образованием аммония. Благодаря такому симбиозу растение получает азот, и он накапливается в почве в больших количествах. Поэтому бобовые растения часто рекомендуют для высадки с целью улучшения или восстановления плодородия обедненных почв и как культуры для выращивания других культурных растений. Для обеспечения искусственного марсианского реголита доступным для растений азотом ученые из Университета Колорадо тоже попытались использовать азотфиксирующие бактерии.

Ученые получили реголит от компании «Martian Garden», которая производит такие смеси в соответствии с образцом NASA и данных, полученных от марсохода. Контрольная почвосмесь имела следующий состав: сфагновый мох, перлит, вермикулит, известняк. В обоих образцах субстратов определяли содержание макро и микроэлементов, органического вещества, а также кислотность и плотность субстратов.

Затем семена донника лекарственного (Melilotus officinalis) обработали фитогормоном гиббереллином и прорастили в чашках Петри с последующей пересадкой в ​​контейнеры с ґрунтовой смесью или реголитом. Половина растений была обработана азотфиксирующими бактериями Sinorhizobium meliloti. При проведении исследований ученые определяли содержание аммония и других элементов в субстратах, а также измеряли длину и массу побегов растений, массу корней и осуществляли статистическую обработку данных.

Ученые установили, что в почвосмеси и реголите обработанные бактериями S. meliloti растения имели больший прирост биомассы, по сравнению с растениями, которых бактерии не обрабатывали. Так, среднестатистическая биомасса обработанных растений, выращенных на почвосмеси составила 2,23 грамма, а на реголите — 0,29 г, тогда как масса необработанных растений была 0,11 г и 0,01 г соответственно. В обработанных бактериями растений длина побегов была в 2,5 раза больше, чем в необработанных.

Однако ученые не установили существенных различий в накоплении аммония в искусственном реголите в зависимости от того, был ли он обработан бактериями или нет: в реголите на начало опыта содержание аммония составлял 5,5 мг на 100 г (что вдвое меньше, чем в почвосмеси), а в конце опыта — 3,7 и 2,6 мг на 100 граммов в обработанном и необработанном бактериями образцах соответственно. Кроме того, образование аммония было лимитировано его потреблением растениями в обеих почвах.

Таким образом, удалось установить, что бактерии рода Rhizobium существенно увеличили прирост биомассы растений в реголите. В реголите, в отличие от почвосмеси, установили положительную связь между формированием растительно-бактериального симбиоза и увеличением у растения биомассы. Дальнейшие исследования, направленные на улучшение свойств реголита, помогут понять стратегию растений, которые должны будут выжить на Марсе.

С какими еще возможными проблемами столкнется человечество при колонизации Марса, читайте в нашем материале «Гонки за Марс».

Перевод материала nauka.ua