Американські науковці встановили, що оброблені азотофіксувальними бактеріями Sinorhizobium meliloti рослини буркуну лікарського накопичують у рази більшу біомасу на аналозі реголіту з Марсу, ніж рослини без бактерій. Крім того, в контейнерах з аналогом марсіанського реголіту рослини утворили такі ж симбіози з бактеріями, як і у природному субстраті. Відповідну статтю опубліковано у журналі PLOS ONE.
Martian / Twentieth Century Fox, 2015
Навіщо вирощувати рослини в реголіті з Марсу?
У зв'язку з інтенсифікацією ведення сільського господарства все більше земель стають розораними й непридатними для вирощування рослин. Масштабні використання хімічних добрив, пестицидів, інсектицидів виснажують потенціал ґрунту, знижуючи його родючість. Колись людство вичерпає ресурси Землі та колонізує інші планети, можливо, - Марс. Але чи зможуть рослини там вижити? Атмосфера Марсу містить дуже мало кисню, надто розріджена, а тому погано захищена від сонячного впливу - температура сягає позначки -100 градусів Цельсія, поверхня уражена сонячною радіацією. До того ж марсіанський ґрунт, що має назву реголіт, є дуже бідним на необхідні рослинам хімічні елементи. Зокрема, у нього низький вміст азоту, а азот атмосфери для рослин недоступний.
Оскільки марсіанський ґрунт непридатний для росту рослин, то постане питання, як його оптимізувати й адаптувати. Для покращення властивостей ґрунту у світі широко застосовують симбіотичні азотофіксувальні бактерії роду Rhyzobium, які утворюють на коренях бобових рослин бульбочки, де і відбувається фіксація азоту з утворенням амонію. Завдяки такому симбіозу рослина отримує азот, і він накопичується у ґрунті у великих кількостях. Тому бобові рослини часто рекомендують для висадки з метою покращення чи відновлення родючості збіднених ґрунтів і як культури-попередники для вирощування інших культурних рослин.
Для забезпечення штучного марсіанського реголіту доступним для рослин азотом вчені з Університету Колорадо теж спробували використати азотофіксувальні бактерії.
Де дістали марсіанський ґрунт і як вирощували рослини?
Науковці отримали реголіт від компанії «Martian Garden», яка виготовляє такі суміші відповідно до зразка NASA і даних, отриманих від марсохода. Контрольна ґрунтосуміш мала наступний склад: сфагновий мох, перліт, вермикуліт, вапняк і зволожувальний агент. В обох зразках субстратів визначали вміст макро- і мікроелементів, органічної речовини, а також кислотність і густину субстратів.
Потім насіння буркуну лікарського (Melilotus officinalis) обробили фітогормоном гібереліном і проростили у чашках Петрі з подальшою пересадкою у контейнери із ґрунтосумішшю або реголітом. Половина рослин дослідного і контрольного ґрунтів була оброблена азотофіксувальними бактеріями Sinorhizobium meliloti.
При проведенні досліджень науковці визначали вміст амонію та інших елементів у субстратах, а також вимірювали довжину і масу пагонів рослин, масу коренів та здійснювали статистичну обробку даних.
Що вдалося виростити й виміряти та як це допоможе в майбутньому?
Науковці встановили, що у ґрунтосуміші та реголіті оброблені бактеріями S. meliloti рослини мали більший приріст біомаси, у порівнянні з рослинами, яких бактеріями не обробляли. Так, середньостатистична біомаса оброблених рослин, вирощених на ґрунтосуміші становила 2,23 грама, а на реголіті – 0,29 грама, тоді як маса необроблених рослин була 0,11 грама і 0,01 грама відповідно. В оброблених бактеріями рослин довжина пагонів була до 2,5 разів більшою, ніж у необроблених.
Проте вчені не встановили суттєвої різниці у накопиченні амонію у штучному реголіті залежно від того, був він оброблений бактеріями, чи ні: у реголіті на початок досліду вміст амонію становив 5,5 міліграмів на 100 грамів (що вдвічі менше, ніж у ґрунтосуміші), а наприкінці досліду - 3,7 і 2,6 міліграма на 100 грамів у обробленому і необробленому бактеріями зразках відповідно. Крім того, утворення амонію було лімітоване його споживанням рослинами в обох ґрунтах.
Таким чином, вдалося встановити, що бактерії роду Rhizobium суттєво збільшили приріст біомаси рослин у реголіті. І в реголіті, на відміну від ґрунтосуміші, встановили позитивний зв'язок між формуванням рослинно-бактеріального симбіозу і набором рослиною біомаси. Подальші дослідження, спрямовані на покращення властивостей реголіту, допоможуть зрозуміти стратегію рослин, які повинні будуть вижити на Марсі.
З якими ще можливими проблемами стикнеться людство при колонізації Марсу, читайте в нашому матеріалі «Перегони за Марс».