شوری خاک به یکی از بزرگترین چالشهای کشاورزی مدرن تبدیل شده است. تغییرات اقلیمی، آبیاری نادرست و بالا آمدن سطح آب دریاها هر ساله سطح بیشتری از زمینهای کشاورزی را غیرقابل استفاده میکند. اما حالا محققان یک متحد طبیعی و غیرمنتظره پیدا کردهاند که میتواند این روند را معکوس کند: باکتریهای ریز ساکن در خاک.
معمای شوری و همزیستی پنهان ریشهها
تیمی از دانشمندان به رهبری دکتر یانفن ژنگ از دانشگاه آنگلیای شرقی (UEA) کشف کردند که خاکهای شور همیشه برای گیاهان حکم مرگ ندارند. برخی از گیاهان به طور طبیعی از یک سامانه دفاعی نامرئی بهره میبرند: جوامع میکروبی اطراف ریشهها. این میکروبیوم ریشه میتواند در شرایط سخت، گیاه را نجات دهد.
پروفسور جاناتان تاد، از دانشکده علوم زیستی UEA، توضیح میدهد: «تجمع نمک در زمینهای کشاورزی یک مشکل فزاینده و جدی است. نمک رشد گیاه را متوقف میکند، ریشهها را نابود میکند و کل محصول را از بین میبرد. ما میدانستیم که گیاهان برای مقابله با تنشهای محیطی به میکروبهای اطراف ریشه متکی هستند، اما مکانیسم دقیق آن نامشخص بود.»
باکتریهای سودوموناد؛ سربازان مخفی مقاومت به شوری
محققان با بررسی میکروبیوم ریشه محصولات مختلف مانند ذرت، گوجهفرنگی و کلزا در خاکهای شور، متوجه الگوی ثابتی شدند. گروهی از باکتریهای طبیعی به نام سودومونادها (Pseudomonads) به طور مداوم در اطراف ریشه گیاهان تحت تنش شوری تجمع میکردند. این الگو در همه محصولات مشترک بود، یعنی یک واکنش بیولوژیک عمومی است، نه یک استثنا.
تحلیل ژنتیکی نشان داد این باکتریها دارای ژنهای تخصصی برای تحمل نمک هستند. «سودومونادها نسبت به سایر میکروبها سیستمهای انتقال سدیم و مکانیسمهای مقاومت به تنش دارند که آنها را برای زندگی در خاک شور ایدهآل میکند» - پروفسور تاد.
دفاعی غیرمنتظره: نه کاهش نمک، بلکه تقویت دیواره سلولی!
شگفتی بزرگ وقتی رخ داد که دانشمندان فهمیدند این باکتریها به گیاه کمک نمیکنند تا نمک کمتری جذب کند. برخلاف تصور رایج که میگفت گیاهان با کنترل سدیم از شوری جان سالم به در میبرند، اینجا اتفاق دیگری افتاد. باکتریها تولید لیگنین را تحریک میکنند؛ یک ترکیب طبیعی که دیواره سلولی ریشه را مستحکمتر میکند. به عبارت سادهتر، ریشهها قویتر میشوند و در برابر تنش شوری مقاومت مکانیکی پیدا میکنند.
این کشف مسیر جدیدی را برای تحقیقات باز میکند. «دههها فکر میکردیم گیاهان با دور نگه داشتن نمک زنده میمانند، اما حالا میبینیم که میکروبها آنها را از درون تقویت میکنند» - پروفسور تاد.
آزمایشهای گلخانهای و مزرعهای: عملکرد بهتر در خاک شور
در مرحله بعد، محققان سویههای منتخبی از سودومونادها را به ریشه گیاهان سویا اضافه کردند. نتایج در هر دو محیط گلخانه و مزرعه چشمگیر بود. گیاهان تیمار شده ریشههای قویتر، رشد بهتر و عملکرد بالاتری داشتند. این یعنی باکتریها میتوانند به عنوان یک کود زیستی طبیعی در اراضی شور عمل کنند.
پروفسور تاد میگوید: «اگر بتوانیم این فرآیند طبیعی را مهار کنیم، عصر جدیدی در کشاورزی مقاوم به تغییرات اقلیمی آغاز خواهد شد. دیگر نیازی به اصلاح ژنتیکی پرهزینه یا مواد شیمیایی نیست؛ میکروبها خودشان این کار را میکنند.»
چشمانداز آینده: از آزمایشگاه تا مزارع جهان
این یافتهها که در یک مجله علمی معتبر منتشر شده، میتواند به توسعه درمانهای زیستی منجر شود که کشاورزان را قادر میسازد در زمینهایی که زمانی «بایر از شوری» نامیده میشدند، محصول بکارند. شاید به زودی شاهد بستههای میکروبی مخصوص خاکهای شور باشیم که با یک بار استفاده، مقاومت گیاه را برای یک فصل کامل افزایش میدهد.
تحقیقات بیشتری لازم است تا بتوان این روش را در مقیاس تجاری پیاده کرد، اما مسیر مشخص است: طبیعت خودش راه حل را در دل خاک نگه داشته است.
