Substances released by certain soil microorganisms of the Bacillus genus are not only functioning as antibiotics but also as natural fertilizers, significantly enhancing soil fertility. This finding was made by a research team from Tyumen State University (TyumSU), with their results published in the journal Rhizosphere.
According to TyumSU specialists, modern agriculture inevitably disrupts the natural interplay between soil, microorganisms, and plants, leading to accelerated soil depletion.
In collaboration with colleagues from the All-Russian Research Institute of Plant Protection, TyumSU scientists discovered that certain bacteria of the Bacillus genus—commonly known as bacilli—are capable of favorably restructuring the natural microbial community in the soil through the synthesis of lipopeptides. These unique compounds not only effectively combat fungal diseases in crops but also activate soil enzymes that are crucial for plants` absorption of essential nutrients like carbon, nitrogen, and phosphorus.
‘The unique antimicrobial action of cyclic lipopeptides lies in their ability to “reprogram” the microbial ecosystem, making it more resilient. These molecules serve as signals for bacteria in the soil that are “allies” to bacilli. These “allies” influence the formation of biofilms on roots, which enhances the symbiosis between microorganisms and plants, ultimately allowing the latter to better absorb nutrients,’ explained Alexey Vasilchenko, Head of the Antimicrobial Resistance Laboratory at TyumSU`s X-Bio Institute.
The researcher further clarified that the direct application of pure cyclic lipopeptides to the soil stimulated the local microbiota to decompose organic compounds and release vital nutrients for plants. This process, in turn, increased the plants` stress resistance and significantly improved their yields.
‘In a field experiment, a lipopeptide-based preparation markedly improved the physiological parameters of potatoes, leading to enhanced growth of both roots and shoots. This provides compelling evidence that cyclic lipopeptides can serve as an eco-friendly alternative to traditional chemical fertilizers and pesticides,’ Vasilchenko emphasized.
The development and implementation of agricultural preparations containing specific types of bacilli hold significant promise for mitigating the negative environmental impacts of farming practices. However, further research is required before widespread application: scientists plan to thoroughly investigate all changes that occur in the soil upon the introduction of bacilli.
This research was supported by the Russian Science Foundation and the Ministry of Science and Higher Education of Russia.
Ученые объяснили, как бациллы могут улучшать почву
Вещества, выделяемые некоторыми почвенными микроорганизмами рода Bacillus, действуют не только как антибиотики, но и как натуральное удобрение, значительно повышая плодородие почв. К таким выводам пришел научный коллектив Тюменского государственного университета (ТюмГУ), опубликовав свои результаты в журнале Rhizosphere.
Как отмечают специалисты ТюмГУ, современное сельское хозяйство неизбежно нарушает естественные взаимосвязи между почвой, микроорганизмами и растениями, что ускоряет истощение почвенных ресурсов.
Совместно с коллегами из Всероссийского научно-исследовательского института защиты растений ученые ТюмГУ обнаружили, что определенные бактерии рода Bacillus — известные как бациллы — способны благотворно реорганизовывать микробное сообщество в почве. Это происходит благодаря синтезу липопептидов. Эти уникальные соединения не только эффективно подавляют развитие грибковых заболеваний сельскохозяйственных культур, но и активизируют почвенные ферменты, критически важные для усвоения растениями таких элементов, как углерод, азот и фосфор.
«Особенность антимикробного действия циклических липопептидов заключается в “перепрограммировании” микробной экосистемы, что делает ее более устойчивой. Это молекулы-сигналы для “союзных” бациллам бактерий в почве. “Союзники” влияют на формирование биопленок на корнях, что улучшает симбиоз микроорганизмов и растений и позволяет последним лучше питаться», — пояснил заведующий лабораторией антимикробной резистентности института X-Bio ТюмГУ Алексей Васильченко.
Исследователь также добавил, что прямое внесение чистых циклических липопептидов в почву стимулирует активность местной микробиоты, что способствует разложению органических веществ и высвобождению питательных элементов. Это, в свою очередь, повышает стрессоустойчивость растений и их урожайность.
«В полевом эксперименте препарат на основе липопептидов значительно улучшил физиологические параметры картофеля: наблюдался усиленный рост как корней, так и побегов. Это является убедительным доказательством того, что циклические липопептиды могут стать экологически чистой альтернативой традиционным химическим удобрениям и пестицидам», — подчеркнул Алексей Васильченко.
Разработка и внедрение сельскохозяйственных препаратов, содержащих специфические виды бацилл, обещает существенно снизить негативное воздействие земледелия на окружающую среду. Однако для широкого применения этих технологий требуются дополнительные исследования: ученые планируют детально изучить все изменения, которые происходят в почве при внесении бацилл.
Данная исследовательская работа была поддержана Российским научным фондом и Министерством науки и высшего образования России.
Rupert Blackwood 
Clement Ashworth