Новый способ измерить активность почвенных микробов онлайн нашли ученые
Исследователи из Университета штата Вашингтон разработали способ оценки здоровья почвы путем измерения электрического тока, производимого мельчайшими микроорганизмами
Команда Вашингтонского Университета использовала зонд, изначально разработанный для измерения электрохимического сигнала микробов в водной среде, и протестировала его на здоровых и нездоровых образцах почвы для получения данных о здоровье почвы.
Это доказательное исследование, опубликованное в Journal of Electrochemical Society, первый шаг на пути к созданию простого теста для фермеров.
«Почва лежит в основе всей пищи, которую мы едим, и большая ее часть деградирует во всем мире, — говорит Марен Фризен, доцент кафедры патологии растений и растениеводства и почвоведения и соавтор исследования. — Одним из самых больших препятствий на пути улучшения почв является отсутствие возможности быстрого измерения текущего состояния почвенного микробиома, так что наша работа стала огромным прогрессом в этой области».
«Я считаю, что это одна из наших самых значительных работ, которая окажет большое влияние на определение здоровья почвы», — считает Халук Бейенал, профессор Школы химической инженерии и биоинженерии имени Джина и Линды Войланд и автор статьи.
Среди других соавторов исследования — научный сотрудник, получивший докторскую степень, Абдельрхман Мохамед и аспиранты Эдуардо Санчес и Натали Санчес.
Здоровье почвы критически важно для сельского хозяйства и урожая во всем мире, но измерить его непросто. Фермеры и исследователи используют химию почвы, анализ питательных веществ, измерения текстуры и pH, чтобы получить представление о физических и химических свойствах почвы. Хотя эта информация может быть полезной, она не всегда отражает, насколько на самом деле продуктивна почва.
«Это потому, что ключ к продуктивности почвы — это то, как функционируют микробы, — рассказывает сказал Фризен. — Миллиарды бактерий, грибов и других организмов играют решающую роль в мобилизации и обеспечении питательными веществами, защите от патогенов и росте растений. Но до сих пор не существовало простого способа измерения микробной активности в режиме реального времени».
Ученые задействовали зонд, который они разработали несколько лет назад, для измерения электрохимического сигнала микробов в водной среде. Подобно тому, как люди едят и дышат, микроорганизмы поглощают пищу, а затем используют электроны, высвобождаемые в процессе метаболизма, для получения энергии. Наконец, микробы отдают эти электроны молекуле-акцептору, такой как кислород. Зонд, разработанный командой, заменяет эти акцепторные молекулы электродом. Затем с помощью этого электрода ученые смогли измерить электрический ток и получить представление о величине микробной активности.
«Мы можем измерить скорость метаболизма микробов, улавливая электроны, которые высвобождаются в процессе метаболизма» — пояснил Мохамед, соавтор работы. — Мы наблюдаем, как микробы функционируют в почве».
Два образца почвы, взятые для исследования, были собраны на агрономической ферме Р. Дж. Кука и выглядели почти идентичными друг другу с точки зрения состава почвы. Оба были получены с участков без обработки, имели относительно высокое содержание органических веществ и имели одинаковый уровень pH и тип почвы. Но с помощью своего теста ученые выяснили, что одна из почв была значительно более продуктивной для урожайности пшеницы, чем другая.
Они обнаружили: более продуктивная почва вырабатывала электрический ток, в то время как менее продуктивная почти не производила тока — около 1% от более продуктивной почвы.
«Произошла действительно резкая разница в величине генерируемого тока», — сказал Фризен.
Также произошел интересный момент, когда ученые добавили сахар для стимуляции метаболической активности: произошло изменение электрохимических сигналов в образцах здоровой и нездоровой почвы, что позволяет предположить — добавление сахара стимулировало микробную активность в обоих типах почвы.
У исследователей есть еще много дополнительных вопросов, например, какие конкретные микроорганизмы могут присутствовать в образцах для создания продуктивной почвы. В итоге, ученые хотят разработать портативный зонд, который можно было бы погрузить прямо в землю и получать информацию в режиме реального времени.
