Микробиологи раскрывают взаимосвязь между растениями и микоризными грибами
Древние взаимовыгодные отношения между растениями и грибами могут сделать сельское хозяйство более устойчивым, сократив потребность в химических удобрениях. Об этом заявила профессор Хайке Бюкинг из Университета штата Южная Дакота.
На протяжении более 500 миллионов лет большинство наземных растений делятся углеводами с арбускулярными микоризными грибами, колонизирующими их корневые системы. Взамен грибы снабжают растения азотом и фосфором, а также повышают устойчивость растений-хозяев к стрессам.
Эти грибы, считающиеся живыми ископаемыми, исследуют почву своими гифами в поисках питательных веществ и доставляют их хозяевам. В награду растение-хозяин передаёт от 4 до 20% фотосинтетически фиксированного углерода своим микоризным симбионтам.
«Мы считаем, что эти грибы обладают потенциалом для увеличения производства биомассы энергетических культур и урожайности продовольственных культур, и делают это более устойчивым и экологически безопасным способом», — говорит Бюкинг.
Она изучает эти взаимодействия на продовольственных и биоэнергетических культурах, включая пшеницу, кукурузу, сою, люцерну, клевер и многолетние травы, такие как прерийный кордграсс.
Определение отношений между растениями и грибами
Спрос и предложение определяют количество питательных веществ, которыми обмениваются растения и грибы в этих мутуалистических отношениях.
«Хотя растение-хозяин колонизируется несколькими видами грибов одновременно, растение способно отличать хорошее грибное поведение от плохого и соответствующим образом распределяет ресурсы», — поясняет Бюкинг.
Эти грибы не могут быть порабощены одним конкретным растением-хозяином и образуют общие микоризные сети, дающие им доступ к нескольким хозяевам.
Например, её исследования показали, что когда грибы могли выбирать между затенённым и незатенённым растением-хозяином, они реагировали, уменьшая свою долю питательных веществ для затенённого растения, поскольку оно не могло обеспечить столько же углерода, сколько незатенённое.
Интересно, что недавно было показано, что растения используют эти общие микоризные сети также как «информационные магистрали» и способны «общаться» и обмениваться предупреждающими сигналами от одного растения к другому.
Оптимизация грибов для конкретных культур
Исследователи также обнаружили, что некоторые грибы более полезны, чем другие. Например, Бюкинг и её коллеги оценили взаимосвязь между люцерной и 31 различным изолятом 10 видов арбускулярных микоризных грибов.
Они классифицировали грибные изоляты как высоко-, средне- или низкоэффективные. Высокоэффективные изоляты увеличивали биомассу и поглощение питательных веществ люцерной более чем на 170%, в то время как низкоэффективные не оказывали никакого влияния на рост.
Однако те грибы, которые полезны для одной культуры, могут не обеспечивать те же питательные вещества или преимущества для другого вида растений.
«Даже разные изоляты одного вида грибов могут вести себя по-разному, и необходимо будет идентифицировать грибы, оптимально адаптированные к их конкретной среде и растению-хозяину, чтобы получить максимальную пользу для растения», — предупреждает она.
Адаптация к стрессорам
Помимо обеспечения питательными веществами, эти грибы могут защищать продовольственные и биоэнергетические культуры от экологических стрессов, таких как засуха, засоление, тяжёлые металлы, а также от болезней.
«Все стрессы, которым потенциально может подвергаться растение, как правило, смягчаются микоризными взаимодействиями».
Повышение толерантности с помощью традиционной селекции обычно нацелено только на один конкретный стрессовый фактор, но культуры часто подвергаются множественным стрессам одновременно.
«Эти грибы, если их использовать эффективно, могут обеспечить растение повышенной устойчивостью к стрессам, которые часто трудно предсказать нам», — отмечает Бюкинг.
Однако, добавляет она, необходимо больше исследований, чтобы лучше понять, как можно использовать этот древний симбиоз между наземными растениями и грибами в полной мере.