Bakterier styrker afgrøder mod salt via øget lignin
Forskere har fundet en uventet naturlig allieret, der kan hjælpe landbruget med at håndtere en af de hurtigst voksende udfordringer globalt. Salt i landbrugsjord truer produktionen af fødevarer i mange regioner, men bestemte bakterier i jorden kan forbedre planters evne til at overleve disse barske vilkår markant. Et hold af forskere fra blandt andet University of East Anglia har undersøgt fænomenet under ledelse af forsker Dr. Yanfen Zheng. Undersøgelsen afslører en hidtil ukendt mekanisme, hvor mikrober beskytter vigtige afgrøder som majs, tomat og raps mod saltstress i rodzonen.
Opbygningen af salt i landbrugsjord er et voksende problem forårsaget af klimaforandringer, intensiv vanding og stigende vandstand i havene. Når salt samler sig i jorden, hæmmer det planternes vækst, beskadiger deres rødder og kan reducere udbyttet drastisk. Professor Jonathan Todd fra University of East Anglia forklarer situationens alvor i forbindelse med forskningen publiceret i 2024. »The build-up of salt in farmland is a major and worsening problem — driven by climate change, irrigation and rising sea levels.«
De høje saltkoncentrationer påvirker især plantens fundament og rodfæste i jorden. »Salt chokes plant growth, damages roots and severely impact entire harvests — putting global food supplies at risk,« udtaler professor Jonathan Todd. For at forstå planters forsvar mod dette miljømæssige pres, undersøgte forskerholdet rodmikrobiomer fra flere forskellige afgrødearter dyrket i forskellige jordtyper. De opdagede, at en specifik gruppe af naturligt forekommende bakterier kendt som pseudomonader konsekvent samlede sig om rødderne på planter udsat for højt saltindhold.
Dette biologiske mønster var ikke unikt for en enkelt planteart, men viste sig på tværs af flere forskellige afgrøder. Forskerne observerede, at planterne aktivt lader til at tiltrække disse bakterier, når de vokser i saltholdige miljøer. »We know that plants rely on communities of microbes around their roots, called the root microbiome, to help them cope with environmental stress,« forklarer professor Jonathan Todd. »But exactly how these relationships work, and whether they are consistent across crops and soils, has remained largely unclear.«
Ved at analysere de genetiske egenskaber hos pseudomonaderne fandt forskerne ud af, hvorfor netop disse bakterier trives i saltholdige omgivelser. »Compared to other microbes, pseudomonads carry specialized genes that help them tolerate high salt levels, including sodium transport systems and other stress-resistance mechanisms,« siger professor Jonathan Todd. Holdet introducerede derefter udvalgte bakteriestammer til sojabønneplanter i både drivhusforsøg og kontrollerede feltforsøg. Resultaterne viste entydigt, at bakterierne med succes koloniserede rødderne og forbedrede plantevæksten under de saltholdige forhold betragteligt.
De positive effekter var meget tydelige i den overordnede udvikling af rodnettet. »We found that plants treated with the microbes showed stronger root systems, better development and higher yields compared to untreated plants grown in salty soils,« forklarer professor Jonathan Todd. Forskningen kaster nyt lys over en fascinerende forsvarsmekanisme, som fuldstændig afviger fra tidligere antagelser i den etablerede botanik. I årtier har videnskaben troet, at planter udelukkende overlever høj saltholdighed ved kemisk at kontrollere og frasortere natrium.
Forskerne fandt dog intet biologisk bevis for, at bakterierne direkte påvirkede natriumtransporten eller ionbalancen i planterne. »The most surprising thing was finding out how the bacteria helped plants cope,« siger professor Jonathan Todd og bemærker, at man hidtil har antaget, at planter klarede sig ved at holde saltet ude. I stedet opdagede holdet, at bakterierne biologisk stimulerede planterne til at producere store mængder af stoffet lignin. »Instead of helping plants manage salt directly, the bacteria stimulated the plant to produce more of a substance called lignin.«
Lignin er et meget robust og træagtigt materiale, der udgør en central del af planters cellevægge og fungerer som plantens skelet. »Roots of bacteria-treated plants showed a significant increase in lignin content, with some measurements rising by over 30 percent under salt stress,« noterer professor Jonathan Todd. En logisk deduktion fra dataene er, at planten skaber en fysisk barriere mod saltet frem for et kemisk filter. Denne styrkelse af cellevæggene kan sammenlignes med at tage en tyk regnjakke på for at modstå en storm, frem for umuligt at forsøge at stoppe regnen.
Den forstærkede struktur gør helt fundamentalt plantens cellevægge langt mere modstandsdygtige over for de fysiske skader, som saltet normalt forårsager. Forskningsteamet identificerede succesfuldt de specifikke gener, der biologisk er ansvarlige for den øgede produktion af lignin. Når forskerne kunstigt fremkaldte et overudtryk af netop disse gener, klarede planterne sig markant bedre i den saltholdige landbrugsjord. Planter, der derimod manglede evnen til at producere lignin, opnåede overhovedet ingen biologisk fordel af de tilførte bakterier.
Den nyfundne sammenhæng mellem mikrobiel interaktion og fysisk planteforstærkning skaber spændende teknologiske perspektiver for moderne landbrugspraksis. »If scientists can harness this natural process, it could mark the beginning of a new era in climate-resilient agriculture,« vurderer professor Jonathan Todd. Videnskabens primære mål er at udvikle naturlige biobaserede behandlinger, der effektivt kan integreres i driften. »By harnessing naturally occurring microbes like pseudomonads, bio-based treatments could be developed that help crops grow in saline soils without heavy chemical inputs.«
Denne biologiske løsning præsenteres på et særdeles kritisk tidspunkt i historien, hvor store vitale landbrugsarealer forringes globalt. »With vast areas of farmland already affected by salinity and more under threat, microbial solutions could become an essential tool for maintaining crop yields and ensuring food security,« fastslår professor Jonathan Todd. Detaljerne om den spændende opdagelse kan læses nærmere i tidsskriftet Science Advances. Opdagelsen af pseudomonadernes evne til at aktivere planters mekaniske forsvar vil utvivlsomt spille en central rolle for fremtidens internationale fødevareforsyning.
Jordens mikrobiom udgør samlet set et uendeligt komplekst økosystem, hvis fulde potentiale forskere kun lige er begyndt at afdække systematisk. Fremgangsmåden med at understøtte eksisterende organismer reducerer behovet for at belaste jorden med syntetiske stoffer og kemiske additiver. Botanikere arbejder intensivt videre med at kortlægge præcis, hvilke sammensætninger af jordbundsforhold der mest optimalt understøtter disse gavnlige bakteriers udbredelse. Fremtidige store markforsøg vil endeligt definere, hvor effektivt denne biologiske metode kan opskaleres til at sikre en stabil landbrugsproduktion.
Ofte stillede spørgsmål
Højt saltindhold i landbrugsjord skyldes ofte en kombination af langvarige klimaforandringer, uhensigtsmæssige vandingsmetoder, overforbrug af kunstgødning og stigende havniveauer, der presser saltvand ind i kystnære landbrugsarealer.
Overskydende salt i jorden forstyrrer planternes vandbalance og gør det sværere for rødderne at optage vigtige næringsstoffer, hvilket resulterer i nedsat vækst, visne blade og i værste fald at planten dør.
Lignin er et komplekst, organisk bindemiddel, der indlejres i planters cellevægge for at give biologisk stivhed, fysisk styrke og beskyttelse mod mekaniske påvirkninger udefra.
Anbefalet til dig
