Штамм Bacillus megaterium KGA3 повышает соле‑щелевую толерантность кукурузы за счёт привлечения ключевых таксонов в ризосферной зоне почвы

Помощь культурам в тяжёлых почвенных условиях

Во многих засушливых районах мира фермеры сталкиваются с почвами, которые одновременно солёные и щёлочные. Эти жёсткие условия «запирают» питательные вещества, необходимые растениям вроде кукурузы, что тормозит рост и резко снижает урожайность. В этом исследовании изучают, можно ли добавить в поля естественную почвенную бактерию Bacillus megaterium штамм KGA3, чтобы мягко перестроить подземную жизнь вокруг корней и превратить враждебную почву в почву, питающую растения, а не обедняющую их.

Почему солёные и щёлочные почвы представляют проблему

В нормальных почвах фосфор, азот и калий служат «топливом» для процессов растения, таких как выработка энергии и синтез ДНК. В солево‑щелочных почвах высокий уровень солей и очень высокая pH приводят к тому, что фосфор прочно связывается с металлами, например кальцием, образуя труднорастворимые соединения. Одновременно избыток натрия и других солей нарушает баланс полезных ионов, повреждает корни и снижает способность растения поглощать воду. Фермеры часто реагируют большими дозами удобрений, но значительная их часть химически блокируется, что ведёт к лишним расходам и стокам, способным загрязнять реки и озёра.

Полезная бактерия из местной почвы

Исследователи работали в северном Китае на полях с крайне солёной, щёлочной глинистой почвой, где кукуруза с трудом растёт. Вместо завоза чужеродных микроорганизмов они выделили перспективный штамм Bacillus megaterium непосредственно из корней кукурузы, уже выживающей в этом районе. Этот штамм, обозначенный как KGA3, может мобилизовать фосфор и известен своей способностью поддерживать рост растений. В полевом опыте часть участков засеяли обычным способом, а на других в момент посева внесли твердую инокуляцию, приготовленную из KGA3, смешанного с кукурузной соломой. В течение сезона команда измеряла химический состав почвы, активность ферментов, содержание питательных веществ в корнях, урожайность зерна и состав бактериальных сообществ вокруг корней.

Как отреагировали почва и микроорганизмы

Внесение KGA3 вызвало каскад изменений в подпочве. В почвах обработанных участков заметно повысился уровень доступного азота и калия, а также наблюдался сильный рост микробной биомассы и ключевых ферментов, участвующих в круговороте питательных веществ, таких как дегидрогеназа и протеаза. Увеличилось содержание полезных ионов — водырастворимого калия, кальция и сульфата, тогда как некоторые проблемные ионы, связанные с щёлочностью, такие как бикарбонат и хлорид, снизились. Общая солёность почвы, измеряемая как электрическая проводимость, резко упала. При анализе бактериальной ДНК выяснилось, что KGA3 не просто повысил разнообразие, но и перестроил сообщество: две крупные группы — Proteobacteria и Cyanobacteria — стали доминировать в ризосфере кукурузы на обработанных участках, а сеть связей между видами стала плотнее и стабильнее, что указывает на более устойчивую подземную сеть.

Ключевые микробы и рост урожая

Сетевой анализ выделил несколько «ключевых» бактериальных типов, которые занимали центральные узлы этих подземных взаимодействий. В необработанной почве эти ключевые игроки были в основном неклассифицированы. С введением KGA3 центральные таксоны сместились в сторону известных представителей Proteobacteria, которые оказались тесно связаны с повышением уровней полезных ионов и активности ферментов. Это свидетельствует о том, что KGA3 не только выживает в ризосфере, но и привлекает и поддерживает других микробов, которые совместно улучшают качество почвы. Растения кукурузы отреагировали ощутимо: корни обработанных участков содержали больше азота, фосфора и калия, имели большую сухую массу и обеспечили значительно более высокую урожайность. Сбор зерна вырос почти в пять раз по сравнению с необработанными участками, хотя общий уровень легко доступного фосфора в почве изменился незначительно.

Что это значит для фермеров

Исследование показывает, что введение местно адаптированного штамма Bacillus megaterium может помочь кукурузе выдерживать солёные, щёлочные почвы не за счёт увеличения доз удобрений, а путём восстановления живой почвы вокруг корней. KGA3 и микробные партнёры, которых он привлекает, повышают содержание ключевых питательных веществ и восстанавливают ионный баланс, одновременно стабилизируя бактериальное сообщество почвы. Для фермеров в полузасушливых регионах такие инокулянты могут стать практичными «биоудобрениями», снижающими зависимость от химических фосфорных удобрений и делая в противном случае маргинальные земли более продуктивными — предлагая более устойчивый путь к обеспечению растущего населения продовольствием.

Цитирование: Xu, Y., Zhang, S., Tu, X. et al. Bacillus megaterium strain KGA3 increases saline–alkaline tolerance of maize by recruiting keystone taxa in rhizosphere soil. Sci Rep 16, 10900 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44985-5

Ключевые слова: солево‑щелочная почва, кукуруза, биоудобрение, ризосферные микробы, Bacillus megaterium