Сотрудники лаборатории антропогенной динамики экосистем Уральского федерального университета (УрФУ, Екатеринбург) еще в 1994 году при изучении формирования растительности на золоотвале Верхнетагильской ГРЭС отметили появление двух редких видов орхидей — любки двулистной и тайника овального.
Позднее ученые обнаружили еще девять видов орхидных и на других нарушенных территориях Свердловской области. Оказалось, что малоплодородные техногенные субстраты не являются препятствием для роста этих удивительных растений. Более того, они могут стать временными убежищами для исчезающих и находящихся под угрозой исчезновения видов.
«Орхидеи — красивейшие и сложнейшие в мире покрытосемянные растения. Они отличаются своеобразной морфологией и особенностями жизненного цикла. Имеют высокую специализацию, сложные биоценотические связи и низкую конкурентную способность, быстро реагируют на изменения экологической обстановки, что ставит большинство видов орхидей под угрозу исчезновения. Сокращение их ареала и численности часто происходит вследствие антропогенного влияния, в том числе из-за сбора высокодекоративных растений на букеты и заготовки многих органов орхидей в качестве лекарственного сырья», — рассказывает доцент кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий УрФУ, к.б.н. Мария Малева.
Биологи решили выяснить, какие механизмы помогают редким видам орхидей быть устойчивыми и позволяют колонизировать промышленные отвалы. Совместные исследования ученых кафедры экспериментальной биологии и биотехнологий и лаборатории антропогенной динамики экосистем УрФУ в этом направлении были поддержаны в 2019 году грантом РФФИ и правительством Свердловской области (проект № 20-44-660011).
«На сегодня мы получили большой массив данных, охватывающий фитоценотические, морфометрические, микробиологические и физиолого-биохимические параметры трех видов орхидей — с нерекультивированного и частично рекультивированного участков золоотвала ВТГРЭС и отвалов серпентинитовых пород отработанных Анатольско-Шиловских месторождений асбеста, — рассказывает микробиолог, исполнитель проекта Ольга Воропаева. — Из ризосферы и ризопланы каждого исследуемого вида орхидеи мы выделили от 50 до 200 колоний бактерий и изучили их культуральные признаки. Отобрали 60 чистых культур ризобактерий из-под дремлика темно-красного с Шиловского отвала и из естественного лесного фитоценоза для сравнения. Провели также часть физиолого-биохимических исследований и выявили некоторые, стимулирующие рост растений (PGP) свойства отобранных штаммов».
Кроме того, ученые хотят определить, как металлотолерантные PGP-ризобактерии помогают растениям адаптироваться к техногенным субстратам. В долгосрочных планах ученых — создание биопрепарата на основе отобранных штаммов, который не только бы улучшал рост орхидей, но и способствовал их интродукции и натурализации.
«К настоящему времени мы доказали положительную роль микоризы в адаптации орхидных к малоплодородным загрязненным почвам. Однако до сих пор недостаточно хорошо исследована бактериальная микрофлора ризосферы и ризопланы орхидных. Вместе с тем, в последние годы появилось много экспериментальных данных, подтверждающих важную роль ризосферных бактерий в жизнедеятельности многих видов растений», — поясняет Мария Малева.
Отметим, что ризосферные бактерии стимулируют рост растений в неблагоприятных условиях с помощью различных механизмов, таких как производство фитогормонов, хелатирование железа сидерофорами, образование органических кислот, солюбилизация фосфатов и т. д. Такие PGP-ризобактерии неплохо изучены и используются в качестве компонентов биопрепаратов, которые на сегодня являются альтернативой химическим удобрениям.
УрФУ — один из ведущих университетов России, участник проекта 5-100, расположен в Екатеринбурге — столице Всемирных университетских игр 2023 года. Вуз выступает инициатором создания и выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (НОЦ), который призван решить задачи национального проекта «Наука».