Вчені знайшли новий спосіб виміряти активність ґрунтових мікробів
Дослідники з Університету штату Вашингтон розробили спосіб оцінки здоров'я ґрунту шляхом вимірювання електричного струму, виробленого найдрібнішими мікроорганізмами.
Команда Вашингтонського університету використовувала зонд, спочатку розроблений для вимірювання електрохімічного сигналу мікробів у водному середовищі, і протестувала його на здорових і нездорових зразках ґрунту для отримання даних про здоров'я ґрунту.
Це доказове дослідження, опубліковане в Journal of Electrochemical Society, перший крок на шляху до створення простого тесту для фермерів.
"Ґрунт лежить в основі всієї їжі, яку ми їмо, і більша її частина деградує в усьому світі", - говорить Марен Фрізен, доцент кафедри патології рослин і рослинництва і ґрунтознавства і співавтор дослідження. - Однією з найбільших перешкод на шляху поліпшення ґрунтів є відсутність можливості швидкого вимірювання поточного стану ґрунтового мікробіома, так що наша робота стала величезним прогресом в цій області».
"Я вважаю, що це одна з наших найбільш значних робіт, яка матиме великий вплив на визначення здоров'я ґрунту", - вважає Халук Бейенал, професор Школи хімічної інженерії та біоінженерії імені Джина і Лінди Войланд і автор статті.
Серед інших співавторів дослідження-науковий співробітник, який отримав докторський ступінь, Абдельрхман Мохамед і аспіранти Едуардо Санчес і Наталі Санчес.
Здоров'я ґунту є критично важливим для сільського господарства та врожаю у всьому світі, але вимірювати його непросто. Фермери та дослідники використовують хімію ґрунту, аналіз поживних речовин, вимірювання текстури та рН, щоб отримати уявлення про фізичні та хімічні властивості ґрунту. Хоча ця інформація може бути корисною, вона не завжди відображає, наскільки насправді продуктивний ґрунт..
"Це тому, що ключ до продуктивності ґрунту - це те, як функціонують мікроби, - розповідає сказав Фрізен. - Мільярди бактерій, грибів та інших організмів відіграють вирішальну роль у мобілізації та забезпеченні поживними речовинами, захисті від патогенів та зростанні рослин. Але до цих пір не існувало простого способу вимірювання мікробної активності в режимі реального часу».
Вчені задіяли зонд, який вони розробили кілька років тому, для вимірювання електрохімічного сигналу мікробів у водному середовищі. Подібно до того, як люди їдять і дихають, мікроорганізми поглинають їжу, а потім використовують електрони, що вивільняються в процесі метаболізму, для отримання енергії. Нарешті, мікроби віддають ці електрони молекулі-акцептору, такий як кисень. Зонд, розроблений командою, замінює ці акцепторні молекули електродом. Потім за допомогою цього електрода вчені змогли виміряти електричний струм і отримати уявлення про величину мікробної активності.
"Ми можемо виміряти швидкість метаболізму мікробів, вловлюючи електрони, які вивільняються в процесі метаболізму"- пояснив Мохамед, співавтор роботи. - Ми спостерігаємо, як мікроби функціонують в ґрунті».
Два зразки ґрунту, взяті для дослідження, були зібрані на агрономічній фермі р. Дж. Кука і виглядали майже ідентичними один одному з точки зору складу ґрунту. Обидва були отримані з ділянок без обробки, мали відносно високий вміст органічних речовин і мали однаковий рівень pH і тип ґрунту. Але за допомогою свого тесту вчені з'ясували, що одна з ґрунтів була значно більш продуктивною для врожайності пшениці, ніж інша.
Вони виявили: більш продуктивний ґрунт виробляла електричний струм, в той час як менш продуктивна майже не виробляла струму - близько 1% від більш продуктивної ґрунту.
"Відбулася дійсно різка різниця у величині генерованого струму", - сказав Фрізен.
Також стався цікавий момент, коли вчені додали цукор для стимуляції метаболічної активності: відбулася зміна електрохімічних сигналів в зразках здорового і нездорового ґрунту, що дозволяє припустити - додавання цукру стимулювало мікробну активність в обох типах ґрунту.
У дослідників є ще багато додаткових питань, наприклад, які конкретні мікроорганізми можуть бути присутніми в зразках для створення продуктивної ґрунту. У підсумку, вчені хочуть розробити портативний зонд, який можна було б занурити прямо в землю і отримувати інформацію в режимі реального часу.
Також читайте:
- Як зміниться клімат в Україні в найближчі 100 років - прогноз вчених
- У Канаді відкрили раніше невідомий вид м'ясоїдних рослин
- Проти квасолевої зернівки винайшли захист з простого ферульника
- Вчені вперше спостерігали за тим, як рослини п'ють воду з ґрунту