В этом году участники научно-технологической программы «Большие вызовы» решали актуальные проблемы сельского хозяйства и поиска безопасных аналогов удобрений для поддержания плодородия почв. В перспективе на основе биологических свойств микроорганизмов почвы будет разработаны консорциумы, благотворно влияющие на рост растений. Этот масштабный всероссийский проект реализуется Институтом химической биологии и фундаментальной медицины сибирского отделения РАН. К исследованию подключились участники направления «Агропромышленные и биотехнологии». Ребята под руководством наставников анализировали почвы Краснодарского края и федеральной территории «Сириус».
В микробные консорциумы почвы входят бактерии, отличающиеся по функциональным и агрохимическим показателям. Некоторые из консорциумов благотворно влияют на растения. Одним из трендов современного сельского хозяйства является искусственное внесение в почву таких бактерий, но не по отдельности, а именно в консорциумах. Для того, чтобы создать полезные для растений комплексы природных почвенных бактерий, нужно выделить бактерии, объединить их в консорциум, проверить, что они могут сосуществовать вместе, и далее разработать на их основе биоудобрения. Применение таких микробных систем поможет обогатить почву и снизить использование минеральных удобрений. В каждом регионе свои особенности почв, и состав почвенных бактерий очень варьируется. Поэтому полезные консорциумы для разных регионов, разных климатических зон и разных почв индивидуальны.
На «Больших вызовах» школьники проанализировали образцы почв в различных точках федеральной территории «Сириус» и прилегающих районах. Из отобранных образцов они выделяли бактерии и проверяли их биологические свойства, например, выработку фитогормонов и мобилизацию нерастворимого фосфора. В ходе работы участники тестировали отобранные консорциумы на холодоустойчивость. Для этого проростки пшеницы, обработанные созданными консорциумами, они подвергали охлаждению, имитирующему весенние заморозки.
Как поясняют эксперты, полностью отказаться от минеральных удобрений сложно. Но можно использовать их в комплексе: минимизировать применение азотных удобрений и компенсировать их азотфиксаторами, которые смогут улавливать газообразный азот. Снижать применение фосфорных удобрений и добавлять фосфат-мобилизаторы, переводящие фосфор в доступную для растений форму. Поэтому проект решает и вопрос агроэкологии, и финансов.
«Мы готовы продолжить работу с ребятами после “Больших вызовов”. В исследования включен Институт почвоведения и агрохимии, выполняющий агрохимическую часть, и Институт химической биологии и фундаментальной медицины, который производит молекулярно-генетический анализ и создает консорциумы, – рассказывает руководитель проекта, старший научный сотрудник Института почвоведения и агрохимии СО РАН Наталья Смирнова. – Так как ребята принимают участие во всероссийском проекте, бактерии, выделенные из почв Краснодарского края, будут использованы в новых консорциумах, они будут дорабатываться и в дальнейшем смогут с доказанной эффективностью применяться на плантациях. Наши первые результаты показывают, что консорциумы эффективны и возможно в будущем их можно будет тиражировать».
Школьница из Астрахани Рината Даудова, помимо генетики, увлекается экологией. Ее конкурсный проект также был связан с этой областью.
«Я выбрала этот проект, потому что занимаюсь биологией со средней школы – посещаю региональные школьные технопарки и биоквантумы, где могу изучать эту науку. Сельское хозяйство очень сильно страдает из-за чрезмерного употребления минеральных удобрений, которые истощают почву. Считается, что иного пути получения урожая нет. На смене я узнала, что альтернативой является создание микробиологических консорциумов. Мы надеемся, что итоги нашей работы оценят ученые и продолжат исследование в крупных масштабах. Меня и саму волнуют проблемы экологии, например, на “Большие вызовы” я прошла с проектом по созданию гидропонных установок, решающих проблему очистки воздуха для вагонов поездов. Интереснее всего мне изучать генетику и биологию. Это актуальные и интересные науки», – рассказала Рината Даудова.
А для Анастасии Парфеновой из Курска это уже вторые «Большие вызовы». Примечательно, что в прошлом году девушка работала на направлении «Беспилотный транспорт и логистические системы». В этом году решила попробовать себя в другой сфере.
«Я увлекаюсь и точными, и естественными науками. Мой прошлый учебный год для меня был полностью посвящен экологии. Я училась в экологическом классе, участвовала в региональном этапе Всероссийской олимпиады школьников по этому предмету и стала победителем. Работа над данной задачей – возможность получить новые знания и навыки лабораторной работы со сложным оборудованием и реактивами, поработать руками. Для меня было важно попробовать на практике то, что я изучала раньше в теории. К тому же этот проект тоже относится к экологии», – поделилась Анастасия Парфенова.
Команда школьников работала над всеми этапами исследования. Они начали с изучения консорциумов, созданных из почвенных бактерий разных уголков России, а потом отобрали почву с сельскохозяйственных полей Краснодарского края. Для того, чтобы выяснить их генетическое разнообразие, ребята проводили молекулярно-генетические анализы: тесты на фитогормоны, фосфат-мобилизацию, азотфиксацию и фиксацию железа.
.jpg)
«Моя деятельность связана с генетикой и агропромышленными технологиями, поэтому я подала заявку именно на это направление. Оно включает в себя растениеводство, селекцию и все то, на чем будет держаться наш мир в будущем, – поделилась участница из Нижнего Новгорода Татьяна Капитанова. – Перед программой я ждала, что мы будем проводить анализ генетического разнообразия и предвидела огромный объем очень интересной работы. Все ребята в моей команде занимались разными задачами по мере их поступления. Например, я делала ПЦР-анализ, чтобы обнаружить у бактерий гены метаболизма азота и фосфора. Мы проводили анализ 218 проб! На проекте я занималась генетикой и биоинформатикой, а еще мне очень понравились полевые выезды, где мы анализировали выросшие растения. Настоящий ученый должен уметь делать все и быть готовым к любой работе».
Если после проведения многочисленных исследований подтвердится эффективность почвенных консорциумов, их можно будет использовать для улучшения почв, роста и развития любых культур декоративного и комнатного растениеводства. Разработка будет безопасна и сможет использоваться не только на федеральной территории «Сириус», но и во всем Краснодарском крае, где береговая зона не позволяет вносить химические удобрения.
В 2022 году научно-технологическая проектная программа «Большие вызовы» проходила в «Сириусе» в седьмой раз. Участники работали над проектами по 13 направлениям. Подробнее – на сайте https://bigchallenges.ru/
