Ученые предложили использовать экстремофиты для создания устойчивых сельскохозяйственных систем в условиях засухи и деградации почв. Такой подход может стать основой для адаптации аграрного производства к усиливающемуся климатическому стрессу и снижению урожайных рисков.
Исследование выполнили Мохсин Танвир и Ван Лэй из Синьцзянского института экологии и географии (XIEG) Китайской академии наук (CAS) совместно с коллегами из других научных центров. Работа опубликована 3 июня в журнале Global Change Biology.
Авторы отмечают, что антропогенные изменения климата ускоряют процессы опустынивания и засоления почв. Это ставит под угрозу значительную часть пахотных земель и усиливает риски для глобальной продовольственной безопасности. При этом традиционные сельскохозяйственные культуры все чаще достигают пределов устойчивости в условиях засухи.
Профессор Национального исследовательского совета Испании Хосеп Пенуэлас подчеркнул, что экстремофиты не только выживают в жестких условиях, но и восстанавливают функциональность экосистем.
По словам Ван Лэя из XIEG, внедрение экстремофитов в агроэкосистемы способно превращать непригодные земли в продуктивные и самоподдерживающиеся системы, что соответствует принципам циклической биоэкономики для засушливых регионов.
В рамках работы ученые проанализировали адаптационные механизмы экстремофитов и выделили ключевые стратегии, которые можно перенести в сельское хозяйство. Особое внимание уделено двум процессам: регуляции активных форм кислорода как сигнальных молекул и изменению ризосферы за счет выделения корневых экссудатов, привлекающих устойчивые микробные сообщества.
Исследование показало, что экстремофиты не устраняют активные формы кислорода полностью, а ограничивают их действие определенными тканями. Это позволяет запускать защитные реакции без повреждения клеток.
Также установлено, что растения выделяют специфические вещества, которые стимулируют рост полезных микроорганизмов, включая Truepera и Halomonas. Эти микробные сообщества улучшают структуру почвы, удержание влаги и круговорот питательных веществ, тогда как у одомашненных культур подобные механизмы выражены слабее.
По словам Мохсина Танвира из XIEG, ризосфера экстремофитов представляет собой сложную систему взаимодействия с микроорганизмами, а не просто зону питания. Управление этим процессом может позволить создавать культуры, формирующие защитный микробный слой вокруг корней.
Исследователи предложили концепцию циклической биоэкономики, в рамках которой экстремофиты, такие как Salicornia, Suaeda и Alhagi, используются для производства продовольствия, кормов, биоэнергии и восстановления деградированных земель. Совместное выращивание с такими культурами, как хлопок или шпинат, может снижать засоленность почвы на 40–51% и повышать урожайность.
Хосеп Пенуэлас отметил, что восстановление почвенных микробных сетей и углеродных процессов делает этот подход инструментом достижения целей устойчивого развития, включая борьбу с голодом и изменением климата.
