Nyttiga bakterier kan hjälpa quinoa att klara torka

Quinoa har en exceptionellt god förmåga att växa under hårda förhållanden. På den bolivianska högplatån Altiplano, omkring 4 000 meter över havet, utsätts grödan för torka, stora temperaturskillnader, stark solstrålning och näringsfattiga jordar. Klimatförändringarna gör förhållandena allt mer utmanande, med stigande temperaturer och förändrade nederbördsmönster.

– Quinoa är redan anpassad till extrema miljöer, men det finns ändå en gräns för hur mycket torka den klarar. Därför behöver vi förstå vad som gör vissa plantor mer motståndskraftiga, säger Virginia Gonzales.

Växtens osynliga hjälpare

Stora samhällen av mikroorganismer lever runt och inne i växternas rötter. Tillsammans bildar de växtens mikrobiom. Dessa mikroorganismer kan hjälpa växten att ta upp näring, stimulera tillväxt och hantera stress. I sin avhandling har Virginia Gonzales, vid institutionen för skoglig mykologi och växtpatologi vid SLU, undersökt hur quinoans mikrobiom reagerar på torka och hur samspelet mellan växt och mikroorganismer kan användas för att stärka grödans motståndskraft.

Resultaten visar att quinoans genotyp har stor betydelse för vilka bakteriesamhällen som finns i rötterna. När två olika quinoagenotyper utsattes för vattenbrist förändrades mikrobiomet framför allt hos den torkkänsliga genotypen. Den torktåliga genotypen hade däremot ett mer motståndskraftigt rotmikrobiom.

– Det verkar som att ett motståndskraftigt mikrobiom kan hjälpa växten att klara torka bättre. Vi ser också att växtens genotyp påverkar vilka bakterier som finns i rötterna och vilka bakterier växten kan ha nytta av, säger Virginia.

Torktåliga bakterier från Altiplano

Virginia Gonzales isolerade bakterier från quinoans rötter på den bolivianska högplatån Altiplano. Sedan undersökte hon hur väl bakterierna tålde torka och om de kunde främja quinoans tillväxt. Flera bakteriestammar visade lovande egenskaper. Framför allt stammar av släktena Serratia, Pseudomonas och Bacillus kunde öka quinoans tillväxt under torka.

De här tillväxtfrämjande rhizobakterierna kan påverka växtens hormonsystem, förbättra näringsupptaget och hjälpa växten att behålla vatten under stress. För att bakterierna ska kunna användas i jordbruket behöver de dock också kunna produceras, lagras och appliceras på ett praktiskt och kostnadseffektivt sätt. Virginia undersökte därför billiga sätt att tillverka bioinokulanter. Hon använde restjäst från bryggerier för att odla bakterierna och kapslade sedan in dem i små biopärlor av karragenan, som fungerade som både transport och skydd.

De optimerade biopärlorna hjälpte bakterierna att hålla sig vid liv och fungerade dessutom bra när de testades ute i fält. I fältförsök ökade ett särskilt isolat från släktet Serratia både quinoans tillväxt och skörd under de krävande förhållandena på Altiplano. Effekten av inokulering med Pseudomonas sp. varierade däremot mellan olika quinoa-genotyper.

– Det räcker alltså inte att hitta en bakterie som fungerar bra. Vi måste också tänka på vilken quinoasort den ska användas på. Det är samspelet mellan bakterien och växten som avgör hur bra det fungerar, säger Virginia.

Lokala mikroorganismer för ett förändrat klimat

Resultaten visar att naturligt förekommande, torkanpassade mikroorganismer kan vara en värdefull resurs för en mer klimattålig quinoaodling. Genom att kombinera dessa mikroorganismer med hållbara och billiga formuleringstekniker kan man utveckla bioinokulanter som förbättrar grödans tillväxt och skörd under vattenbrist.

Forskningen visar också hur viktigt det är att ta hänsyn till quinoans genotyp vid utvecklingen av mikrobiella produkter. Samma bakterie kan ge olika resultat beroende på vilken quinoa den används tillsammans med. Därför behöver samspelet mellan växt och mikroorganism tas med i utvecklingen av nya lösningar för jordbruket.

– De mikroorganismer som finns naturligt i den här miljön är redan anpassade till torka och andra extrema förhållanden. Genom att förstå och använda dessa naturliga resurser kan vi utveckla lösningar som är bättre anpassade till lokala odlingssystem, avslutar Virginia Gonzales.

Läs mer

Virginia Gonzales försvarar sin doktorsavhandling den 10 september kl. 13.00 i Lennart Kennes sal på SLU i Uppsala.
Läs mer om disputationen här.

Läs avhandlingen:
“Microbial interactions and traits to improve quinoa resilience to climate variability”