Простое органическое соединение глицин-бетаин может помочь сельскому хозяйству противостоять последствиям изменения климата – от засухи и засоления почв до загрязнения тяжелыми металлами. К такому выводу пришла международная группа ученых в обзорной статье, опубликованной в журнале Crop Health.
Глицин-бетаин – природное вещество, которое содержится почти во всех живых организмах. Он помогает клеткам регулировать водный баланс и защищает их от внешних стрессов. По мнению исследователей, это соединение полезно для сельского хозяйства вдвойне: оно не только повышает устойчивость самих растений, но и усиливает жизнеспособность полезных микроорганизмов, которые составляют основу современных экологичных биоудобрений.
При обработке посевов риса или картофеля бетаином их стойкость к нехватке влаги, засолению, жаре и холоду заметно возрастает. Молекулы бетаина накапливаются в клетках и не дают им терять воду под действием внешнего осмотического давления, которое возникает в солёной почве. Вещество также стабилизирует клеточные мембраны и белки, не позволяя им разрушаться при высоких температурах, и помогает растениям бороться с окислительным стрессом, который вызывают засуха и тяжелые металлы.
Сейчас бетаин в промышленных масштабах получают двумя способами. Химический синтез позволяет выпускать продукт высокой чистоты, но загрязняет окружающую среду. Более безопасный метод – экстракция из побочных продуктов переработки сахарной свеклы, – однако он зависит от сезона и географии поставок сырья, что делает его нестабильным.
Авторы статьи видят решение в биотехнологиях. Они предлагают генетически модифицировать сельхозкультуры, чтобы те сами вырабатывали больше бетаина, или наладить его производство с помощью специально спроектированных микроорганизмов в ферментерах. Такой подход позволит получать вещество круглый год и без вреда для экологии. Опыты по встраиванию генов, отвечающих за синтез бетаина, в геном риса, кукурузы, томатов и пшеницы уже показали их повышенную устойчивость к неблагоприятным условиям.
В будущем усовершенствованные микробы, производящие бетаин, могут стать основой для биоудобрений нового поколения. Такие удобрения помогут растениям выживать в самых суровых условиях, колонизировать истощенные почвы и давать стабильный урожай, поддерживая глобальную продовольственную безопасность.