Оборотная сторона
Большинство сельхозкультур в США, России, Канаде и других странах выращиваются с использованием минеральных удобрений. Значительную часть из них составляют азотные удобрения. Без них урожайность многих сельхозкультур снижается на 30, а иногда и на 50%. Но все чаще эффект от применения удобрений сопоставляют с негативным воздействием на природу. Например, подсчитано, что годовое производство азотных удобрений только в США сопровождается выбросами, равными выхлопным газам двух миллионов автомобилей. И вредные выбросы в процессе производства – далеко не все негативные последствия.
Систематическое и массированное применение азотных удобрений под сельскохозяйственные культуры неумолимо приводит к нарушению оборота питательных веществ в природной среде. И это уже сейчас заметно в регионах интенсивного земледелия.
В первые годы «бума удобрений» микробиологические процессы в почве ускорялись, повышалась продуктивность растений. Но агрохимические анализы почвы показывали, что первоначальная интенсификация биологических процессов быстро сменилась разрушением органического вещества почвы. Азотные удобрения теряли свою эффективность, поскольку амидные и аммиачные формы удобрений превращались в нитраты с последующим вымыванием в грунтовые воды и реки. Кроме непроизводительных потерь азота, вредных выбросов, проявился и еще один опасный симптом: деградировала микробиота почвы. В такой ситуации вносить еще большее количество удобрений нет никакого смысла – затраты растут, а урожайность сельскохозяйственных культур снижается.
Стало очевидно, что требуется какой-то иной подход к питанию сельхозкультур. Поиск, внедрение и коммерциализация таких решений будет определять завтрашний день агробизнеса.
Полезные микробы
Растения не способны впитывать азот из воздуха. Но это отлично умеют делать микробы — эндофиты. Возможно ли «научить» сельхозкультуры самостоятельно вырабатывать азот при помощи микроорганизмов?
Профессор Шарон Доти, микробиолог из Вашингтонского университета говорит, что природа уже решила эту проблему. Шарон начала изучать ивы и тополя — деревья, растущие по берегам рек в почвах, чрезвычайно бедные азотом. Когда Доти исследовала ДНК эндофитов деревьев в лаборатории — обнаружились гены, указывающие на то, что микробы могут фиксировать азот. Ученые задались вопросом: можно ли использовать эндофиты для сельского хозяйства? Исследователи взяли саженцы сельскохозяйственных культур и пропитали их в ванной с эндофитами из тополей, а затем наблюдали за развитием рассады.
Растения с эндофитами имели более крупные корни и листья. А некоторые виды томатов и болгарского перца почти удвоили количество плодов, которые они произвели. Группа Шарон Доти полагает, что изучение эндофитов, находящихся во внутренних тканях тополя, также перспективно для создания микробных препаратов, восстанавливающих поля, загрязненные толуеном и тяжелыми металлами.
Хотя результаты многообещающие, американские исследователи понимают, что успех в лаборатории не всегда подтверждается в полевых условиях. Кроме того, нужно наладить промышленное производство таких микроорганизмов, чтобы они не были дорогими. Некоторые попытки разработать полезные микробы для сельского хозяйства потерпели неудачу именно из-за высоких издержек производства.
Полезные колонизаторы
В конце минувшего года еще две американские компании объявили о начале совместной работы по созданию новых микробных продуктов. Mosaic Company и BioConsortia, Inc. начали сотрудничество по разработке и выпуску азотфиксирующих микробных продуктов для кукурузы, пшеницы и других основных пропашных культур. В официальном релизе представители компании заявили:
«Мы считаем, что их накопленный опыт и доступ к рынку в области удобрений и питания сельскохозяйственных культур - идеальный путь выхода на рынок новаторских азотфиксирующих микробных продуктов. Наши микробы будут дополнять и расширять устоявшийся бизнес по производству питательных веществ для сельскохозяйственных культур Mosaic в интересах производителей во всей Америке».
Эндофитные бактерии, с которыми работают исследователи, способны заселять внутренние ткани растения, не вызывая его заболеваний и не оказывая отрицательного влияния на развитие. Интересно, что бактериальные эндофиты колонизируют те же экологические ниши, что и фитопатогенные микроорганизмы, поэтому их можно рассматривать еще и как потенциальный способ биоконтроля фитопатогенов.
Mosaic и BioConsortia намерены создать микробные продукты для использования в почве и обработки семян. Новый продукт можно использовать отдельно или в сочетании с традиционными химическими веществами и удобрениями. Исследователи BioConsortia намерены «довести до кондиции» природные спорообразующие бактерии с помощью технологий улучшения штаммов и редактирования генов. Компания BioConsortia запатентовала процесс Advanced Microbial Selection (AMS), мульти-признаковый скрининг, технологию колонизации, а также существующую коллекцию азотфиксирующих бактерий. В рамках соглашения Mosaic получит эксклюзивные права на технологию фиксации азота для основных пропашных культур в Северной и Южной Америке. BioConsortia сохранит за собой все права на технологию для фруктов, овощей, газонов и декоративных культур и для всех видов использования за пределами Америки.
Хранение, доверие, универсальность
Несмотря на активные интерес многих производителей удобрений и агрохимикатов к микробным продуктам, ожидать, что они заместят обычные удобрения в ближайшее время, не стоит. Производителям инновационных микробных продуктов придется решить еще несколько важных проблем. Одна из них — доверие сельхозпроизводителей новым технологиям. Например, выведенное на рынок биоудобрение BioGro, состоящее из нескольких штаммов полезных микроорганизмов, было эффективным в выращивании риса. Но фермеры не доверились разработке. В результате более половины компаний, производящих BioGro, не проработали в этом бизнесе и двух лет.
Вторая проблема - условия для хранения биопродуктов. Фермеры предпочитают покупать обработанные семена. Они остаются пригодными для использования даже при хранении в течение нескольких месяцев или лет. Созданные биопродукты более требовательны к условиям хранения и пока не могут сохранять свои свойства в течение длительного периода.
Еще одной проблемой стала «узкая специализация». В отличие от традиционных удобрений, которые могут быть использованы для любого типа культур в любой точке мира, эндофиты не являются универсальным решением. Кроме того, необходимо адаптировать микробы к различным климатическим и экологическим ситуациям. Создатели новых продуктов понимают, что положительный эффект напрямую зависит от вида сельскозкультуры, типа почвы и климата. Если одно из условий не подходит — решение не сработает. Присутствие пестицидов или других микроорганизмов в почве, также может отрицательно повлиять на успех азотфиксации.
Другими словами, предстоит еще много работы, прежде чем эндофиты смогут серьезно потеснить традиционные удобрения. Но, судя по ситуации, это всего лишь вопрос времени.
