Ukierunkowane modyfikacje drobnoustrojów promują produkcję roślinną i ochronę upraw
Drobnoustroje są ważnymi składnikami funkcjonalnej różnorodności biologicznej, która leży u podstaw przepływu zasobów roślinnych w ekosystemach. Zrozumienie tej funkcjonalnej różnorodności biologicznej może otworzyć drogę do podejść, które w naturalny sposób zwiększają zrównoważony rozwój i produktywność europejskich systemów żywnościowych i rolniczych. Finansowany ze środków UE projekt EcoStack(odnośnik otworzy się w nowym oknie) miał na celu „zmodyfikowanie” usług ekosystemów w sposób synergiczny, aby uzyskać jak najwyższą skuteczność. Optymalizacja funkcjonalnego zarządzania różnorodnością biologiczną oraz wykorzystanie narzędzi i strategii inspirowanych przyrodą do ochrony przed szkodnikami może zwiększyć rentowność rolnictwa i pomóc w ochronie środowiska. Empiryczne badania terenowe zostały uzupełnione metodami modelowania i symulacji. Te ostatnie skutecznie poradziły sobie z często obserwowanym wysokim poziomem zmienności w czasie i przestrzeni. Umożliwiły również walidację kontekstowych, zmodyfikowanych pakietów usług ekosystemowych, które zapewniają zrównoważony rozwój w zakresie ekologii, gospodarki i społeczeństwa.
Grzyby i bakterie w złożonych sieciach troficznych
Mikrobiom roślinny i glebowy (mikroorganizmy) zapewnia rolnikom ważne usługi ekosystemowe, w szczególności w zakresie naturalnej kontroli biologicznej szkodników roślin i czynników chorobotwórczych, a także utrzymania żyzności gleby. „Ta złożona sieć troficzna współdziałających holobiontów (tj. gospodarzy i związanego z nimi mikrobiomu) leży u podstaw stabilności i odporności ekosystemu rolniczego. Zrozumienie tych interakcji pozwala zdefiniować ukierunkowane strategie modyfikacji drobnoustrojów w celu poprawy wzrostu roślin i wzmocnienia endogennych barier obronnych” — wyjaśnia koordynator projektu, Francesco Pennacchio z Uniwersytetu Neapolitańskiego im. Fryderyka II(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Zespół projektu EcoStack scharakteryzował różne szczepy dwóch gatunków grzybów — Beauveria i Trichoderma — występujących naturalnie i stosowanych jako środki biokontroli. Naukowcy badali ich zdolność do indukowania wzrostu roślin i reakcji obronnych przeciwko patogenom i owadom w różnych warunkach środowiskowych. W ramach projektu zidentyfikowano również ryzobakterie wspomagające wzrost roślin, wyizolowane z komercyjnych i tradycyjnych odmian pomidorów, należące głównie do rodzajów Bacillus i Paenibacillus.
Mikroby w wielopoziomowych przepływach energii troficznej
Zespół projektu EcoStack odkrył skomplikowaną sieć interakcji troficznych obejmujących społeczności naziemne i podziemne. „Badane pożyteczne mikroorganizmy glebowe indukują zmiany metaboliczne w roślinach, które kolonizują, co z kolei może wpływać na wiele poziomów troficznych na różne sposoby” — zauważa Pennacchio. Wyraźnym dowodem na kluczową rolę mikroorganizmów w kontrolowaniu dynamiki zasobów na wielu poziomach troficznych są pożyteczne grzyby glebowe, które kolonizują rośliny pomidora. Wpływają one negatywnie na larwy motyli nocnych. W ramach projektu EcoStack odkryto mechanizm — zakłócenie mikrobiomu jelitowego żerującej gąsienicy zmniejsza także kompetencje immunologiczne szkodnika. Ten ostatni aspekt ma dodatkową zaletę, ponieważ sprzyja rozwojowi naturalnych antagonistów owadów.
Naturalne narzędzia do zrównoważonej produkcji roślinnej i ochrony upraw
Jak zauważa Pennacchio: „Dzięki zrozumieniu mechanizmów leżących u podstaw interakcji troficznych między drobnoustrojami, roślinami i wyższymi poziomami troficznymi, byliśmy w stanie zaprojektować kombinacje mikrobiologicznych czynników biokontroli wykazujących synergiczne interakcje i większą skuteczność zwalczania”. Co więcej, zespół projektu EcoStack wykorzystał związki pochodzące od mikroorganizmów, które wpływają na interakcje między szkodnikami i ich naturalnymi antagonistami w celu powstrzymania szkodników i patogenów, wykorzystując molekularną „broń” tych organizmów, a nie same organizmy jako środki biokontroli. Kolejnym efektem projektu EcoStack było wzmocnienie podstaw wiedzy potrzebnych do opracowania skutecznych i bezpiecznych strategii, narzędzi i technologii opartych na przyrodzie do zrównoważonego rolnictwa oraz pokazanie potencjału ukierunkowanych modyfikacji drobnoustrojów, które wspomagają produkcję roślinną i ochronę upraw. Tym samym projekt umożliwił europejskim rolnikom maksymalizację usług ekosystemowych w celu zwiększenia wydajności upraw i rentowności rolnictwa, przy jednoczesne poprawie stabilności i odporności ekosystemu. Działające alternatywy dla stosowania pestycydów syntetycznych opracowane w ramach projektu EcoStack mają swój istotny wkład w trwającą dyskusję na temat dyrektywy w sprawie zrównoważonego stosowania pestycydów(odnośnik otworzy się w nowym oknie), która ustanawia ramy dla działań społeczności w celu zapewnienia zrównoważonego wykorzystania pestycydów. Na horyzoncie pojawia się nowa era zrównoważonego rolnictwa, w której przepływy energii w sieciach troficznych będą wykorzystywane z korzyścią dla rolników, konsumentów i środowiska.
