Latvijas Zinātnes padomes administrētais fundamentālo un lietišķo pētījumu programmas projekts “Sēklu mikrobioma raksturojums un dinamika nezāļu augsnes sēklu bankā”, ko īstenoja Latvijas Biozinātņu un tehnoloģiju universitāte, sadarbībā ar Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centru, sniedz jaunas zināšanas par mikrobiomu ietekmi uz nezāļu sēklu sadalīšanos, kas potenciāli piedāvā risinājumus nezāļu ierobežošanai un ilgtspējīgai augsnes apsaimniekošanai. Projekta vadītāja, Latvijas Biozinātņu un tehnoloģiju universitātes vadošā pētniece, Jevgenija Ņečajeva atzīst, ka šāda veida pētījumi veicina lauksaimniecības nozares attīstību un risina problēmas, kas saistītas ar nezāļu izplatību un sēklu ilgmūžību augsnē, jo bieži vien nezāles sagādā lielas galvassāpes ikvienam lauksaimniekam.
Nezāles - galvassāpes lauksaimniekiem
Nezāles, šie izturīgie dārzu un lauku iebrucēji, šķiet, parādās no nekurienes. Taču, patiesībā tie slēpjas zem augsnes virsmas, kur nezāļu sēklas dzīvo vairākus gadus – to sauc par augsnes sēklu banku. Lauksaimniekam šķiet, ka nezāles ir iznicinātas, taču jau nākamajā gadā, pie labvēlīgiem apstākļiem, tās atkal ir izaugušas turpat un turpina konkurēt ar kultūraugiem. Šis pētījums ielūkojas nezāļu sēklu - vējauzas (Avena fatua) un parastās gaiļsāres (Echinochloa crus-galli) dzīvotspējas pasaulē, izpētot faktorus, kas ietekmē to izdzīvošanu un dīgšanu. Šīs divas nezāļu sugas ir problemātiskas, jo tās būtiski samazina kultūraugu ražas un spēj ātri vairoties, sēklām pārvietojoties dažādos veidos, kā arī nelabvēlīgi ietekmē ražu.
Mikroorganismi - cerība iznīcināt nezāles
Projekta vadītāja, Latvijas Biozinātņu un tehnoloģiju universitātes vadošā pētniece, Jevgenija Ņečajeva stāsta, ka viens no galvenajiem faktoriem, kas ietekmē nezāļu sēklu dzīvotspēju, ir augsnē mītošā mikroorganismu sabiedrība. Šie mikroskopiskie organismi, galvenokārt baktērijas un sēnes, var noārdīt sēklu apvalkus un samazināt sēklu dzīvotspēju. Mikroorganismu sabiedrības augsnē un sēklās pētīja ar projekta partneru, Latvijas Biomedicīnas pētījumu un studiju centra, kolēģu palīdzību. "Šajā pētījumā mums bija svarīgi noskaidrot mijiedarbību starp nezāļu sēklām un augsnes mikroorganismiem. Šādā veidā mēs varam iegūt vērtīgas atziņas par nezāļu sēklu degradēšanas cēloņiem," skaidro Jevgenija. Pētnieki šos mikroorganismus tur Latvijas Mikroorganismu kultūru kolekcijā, tvertnēs ar šķidro slāpekli, kur ir mīnuss 196 grādu temperatūra. Tad nu laboratorijas apstākļos tiek veikti eksperimenti un pētīts, kā konkrētie mikroorganismi ietekmē šo nezāļu sēklu dzīvotspēju. "Šajā pētījumā mēs pētījām to pamatu, kas ietekmē un kāpēc ietekmē nezāļu sēklas, lai nākotnē jau varētu skatīties uz tāda produkta ražošanu, kura sastāvā ir mikroorganismi, kas spēj iznīdēt konkrēto nezāļu sugu sēklas. Kā arī, svarīgs aspekts ir izpētīt to, kā šos konkrētos mikroorganismus mēs varam izaudzēt laboratoriskos apstākļos, lai tos reāli varētu izmantot produktu ražošanā," stāsta projekta pētniece Anete Borodušķe.
Kas vēl ietekmē nezāļu dzīvotspēju?
Lai saprastu, kas ietekmē šo nezāļu sugu dzīvotspēju, bija svarīgi izpētīt arī ārējās vides faktorus, kas to ietekmē. Augsnes barības vielas, īpaši nitrāti, spēlē svarīgu lomu sēklu dīgšanā, taču var arī ietekmēt nezāļu sēklu dzīvotspēju un esamību augsnē. Augsts barības vielu līmenis var stimulēt sēklu dīgšanu, savukārt zems barības vielu līmenis var aizkavēt vai novērst sēklu dīgšanu. Temperatūra un mitrums ir noteicošie vides faktori, kas ietekmē sēklu dīgšanu un izdzīvošanu. Sēklām ir nepieciešami specifiski temperatūras un mitruma apstākļi, lai dīgtu. Ekstrēmas temperatūras un ilgstoši sausi periodi vai otrādi – augsnes applūšana, var samazināt sēklu dzīvotspēju. Svarīgs ir arī dziļums, kādā sēkla tiek aprakta augsnē. Tas var ievērojami ietekmēt tās izdzīvošanu, jo dziļāk apraktas sēklas bieži uzkrājas augsnē, jo nevar uzdīgt un var būt pasargātas no tādiem vides faktoriem, kā temperatūras svārstības un arī no augēdājiem. Nonākot tuvāk virskārtai, tās atkal var uzdīgt. Tāpat arī daudzām nezāļu sēklām ir miera periods, fizioloģiskais stāvoklis, kas kavē dīgšanu. Miera periodu var izraisīt dažādi faktori, tostarp sēklu apvalka necaurlaidība, dīgšanu kavējošu vielu klātbūtne un sēklu uzbūves īpatnības. Viens no šī pētījuma mērķiem bija izpētīt sēklu atrašanās dziļuma ietekmi, lai pētnieki tālāk varētu izstrādāt stratēģijas, lai samazinātu sēklu banku un kontrolētu nezāļu populācijas. Pētot miera periodu un dīgšanai labvēlīgos apstākļus, pētnieki var izstrādāt metodes, lai pārtrauktu miera periodu un veicinātu sēklu dīgšanu noteiktos laikos. "Šādā veidā, izprotot dažādu nezāļu sugu reakciju uz vides faktoriem, pētnieki var izstrādāt stratēģijas, lai kontrolētu augsnes sēklu banku un samazinātu nezāļu populācijas," stāsta Jevgenija.
Ko darīt tālāk?
Jevgenija atzīst: "Patiesībā ir tā, ka, jo vairāk mēs uzzinām, jo vairāk jauni jautājumi parādās, par kuriem var veikt turpmākos pētījumus." Visi šajā pētījumā iegūtie dati ir publicēti un pieejami citiem cilvēkiem, gan pētniekiem, gan arī ir potenciāli kādam uzņēmumam ar interesi veidot produktu. Runājot konkrēti par pētījuma radīto labumu lauksaimniekiem - izmantojot datus par sēklām, kuras glabājās augsnē zināmu laiku, ar matemātisku modeļu palīdzību ir iespējams izstrādāt prognozi par to, cik ilgi šīs sēklas var saglabāt dzīvotspēju un kurā brīdī šī dzīvotspēja samazināsies, līdz sēklas no augsnes izzudīs pilnībā. Pētījuma laikā izstrādāti dažādi matemātiskie modeļi, kas parāda to, cik gadu garumā konkrētās nezāles sēklas saglabāsies augsnē. Piemēram, ja daļa sēklu 10 gadus saglabāsies augsnē, tā, protams, nav laba ziņa lauksaimniekiem, bet no otras puses, viņi tad var zināt, ar ko viņiem ir jārēķinās nākamajos gados. Lauksaimnieks var tādā veidā izlemt, ka pastāv augsts risks, ka šajā augsnē nezāles atkal izdīgs, tāpēc šeit nevar sēt audzēt kultūraugus, kurus šīs nezāles nelabvēlīgi ietekmēs. Projekta pētniece Anete stāsta, ka trīs gadu laikā šādu pētījumu nav iespējams novest līdz konkrētam produktam un ir dažādas pētījumu grupas, kas ir orientētas tieši uz tādiem fundamentāliem jautājumiem, kādus arī izpētīja šajā pētījumā. "Mūsu pētījums ir tas, no kā var atsperties, lai jau citā pētījumā sāktu izstrādāt konkrētu produktu šo nezāļu iznīcināšanai.
Tas ir tas galvenais ieguvums – ja fundamentālas lietas ir izpētītas, tad nākamajam pētniekam vairs nav jāgriežas pie pamata jautājuma uzdošanas," skaidro Anete.
Kamēr pasaules iedzīvotāju skaits turpina pieaugt, līdz ar to arī lauksaimniecības prasības pieaug, ir nepieciešams izstrādāt ilgtspējīgas nezāļu ierobežošanas prakses.
"Apvienojot tradicionālās un inovatīvās pieejas, mēs varam samazināt atkarību no herbicīdiem, kas un mazināt to negatīvu ietekmi uz vidi," skaidro Jevgenija, "problēmas ar nezālēm ir jārisina, tāpēc ir būtiski veicināt sadarbību starp zinātniekiem un lauksaimniekiem, dalīties zināšanās un resursos, lai mēs kopā varam paātrināt inovatīvu nezāļu ierobežošanas risinājumu izstrādi!"
Sēklu mikrobioma raksturojums un dinamika nezāļu augsnes sēklu bankā (lzp-2020/1-0163) tiek īstenots Fundamentālo un lietišķo pētījumu (FLPP) programmā. Finansē Latvijas Zinātnes padome.
