Современная хлебная пшеница и её древний предок, спельта, по-разному реагируют на обработку одними и теми же полезными бактериями. К такому выводу пришли учёные из Католического университета Люблина имени Иоанна Павла II в Польше. Исследование показало, что в ответ на микробный биопрепарат современный сорт укрепляет физическую защиту, а древний – химическую. Результаты, опубликованные в журнале Plant and Soil, объясняют, почему такие препараты часто показывают нестабильную эффективность в полевых условиях.
Агробиотехнологи давно пытаются понять, почему микробные стимуляторы роста дают противоречивые результаты. Пшеница – одна из ключевых мировых агрокультур, и даже небольшое повышение эффективности биопрепаратов может иметь большое значение для продовольственной безопасности. Польские исследователи предположили, что реакция растения на полезные микроорганизмы (эндофиты) зависит от его генотипа. Чтобы проверить эту гипотезу, они обработали семена двух современных сортов озимой пшеницы («Хондия» и «Титаника») и древнего сорта спельты («Рокош») препаратом InnoEndop, который содержит консорциум из десяти штаммов бактерий рода Bacillus.
В ходе 40-дневного эксперимента учёные выяснили, что растения выбрали принципиально разные стратегии защиты. Современная пшеница «Хондия» сосредоточилась на укреплении физических барьеров. В её тканях почти в сорок раз выросло содержание восковых эфиров, которые делают более прочной кутикулу – внешний защитный слой растения. Активность фермента пероксидазы, отвечающего за укрепление клеточных стенок, к концу эксперимента выросла в пятнадцать раз. При этом синтез защитных фенольных соединений, наоборот, подавлялся.
Древняя спельта «Рокош» повела себя иначе, сделав ставку на химическую защиту. В её тканях резко увеличилась активность фермента фенилаланин-аммиак-лиазы, который запускает производство фенольных кислот, флавоноидов и других защитных веществ. Концентрация этих соединений у обработанных растений значительно выросла, сформировав своего рода «химический щит» против патогенов и стрессовых факторов. Примечательно, что защитные соединения накапливались не только в корнях, но и в листьях, что нетипично для злаков.
Несмотря на разные стратегии, обработка биопрепаратом в целом сблизила метаболические профили двух сортов: различия между ними сократились на 44%. По мнению авторов, это говорит о том, что микроорганизмы подталкивают растения к общему, более устойчивому состоянию, хотя и разными путями. Результаты исследования указывают на необходимость развивать точную агробиотехнологию, подбирая микробные препараты под конкретные сорта культур. Такой подход позволит повысить их эффективность и снизить зависимость сельского хозяйства от синтетических удобрений и пестицидов.