Биологизация АПК широко признается необходимым шагом в мировом сельском хозяйстве, и многие исследователи и агрохимические компании работают над созданием и внедрением различных инокулянтов с полезными микроорганизмами для разных культур. Однако построить рукотворные симбиозы в поле не так просто с учетом множества переменных.
С незапамятных времен растения и грибы арбускулярной микоризы сосуществовали во взаимовыгодных отношениях. Грибы колонизируют корни растений и помогают им усваивать питательные вещества. Взамен растения снабжают грибы необходимым им углеродом.
«Эти грибы - то, что мы называем биотрофами. Они не могут получать необходимые им питательные вещества самостоятельно, поэтому они образуют симбиотические отношения, или микоризу, с корнями растений», - пояснил Мохамед Хиджри, профессор кафедры биологических наук Монреальского университета.
Грибы поселяются в корне растения, между его стенкой и мембраной, и образуют сильно разветвленные структуры, называемые арбускулами.
Сегодня сельскохозяйственный сектор обращает внимание на это полезное взаимодействие, надеясь повторить то, что так хорошо удается природе, и использовать эти биотрофы для обеспечения более производительных и здоровых культур.
Хотя большинство растений могут выживать без микоризных грибов, обширная сеть белых нитей под нашими ногами, известная как внекорневой мицелий, помогает растениям усваивать воду и питательные вещества из почвы.
«Эти грибы являются своего рода продолжением корней, позволяя растению более широко исследовать почву в поисках питательных веществ», - говорит Закария Лахрах, аспирант под руководством Хиджри.
За этой совместной эволюцией растений и грибов скрывается еще одно явление, которое ученые только начинают понимать: как эти грибы взаимодействуют с бактериальными сообществами в почве.
Оказывается, грибы выделяют часть поглощенного ими углерода обратно в почву для привлечения бактерий, которые затем расщепляют органические вещества и выделяют в почву питательные вещества, которые, в свою очередь, усваиваются растением.
Это означает, что грибы поглощают часть углерода, который в противном случае был бы выброшен в воздух, и этот эффект не ускользнул от внимания ученых, работающих над способами смягчения последствий изменения климата.
Для своей докторской диссертации Лахрах хотел изучить механизмы, посредством которых грибы арбускулярной микоризы привлекают почвенные бактерии и делают фосфат доступным для растений. Определенные бактерии в почве способствуют растворению фосфата, что является ключом к росту и развитию растений. После двух лет экспериментальной работы результаты Лахраха были опубликованы в журнале Environmental Microbiome.
Лахрах сосредоточился на бактериальном рекрутинге трех видов грибов: Rhizophagus irregularis, Rhizophagus clarus и Rhizophagus cerebriforme. Он также изучил эффекты добавления бактериального сообщества или микробной биоаугментации к определенным образцам.
«Мы хотели проверить, повлияет ли добавление бактерий, которые в природе не присутствуют в почве, на привлечение грибов», - пояснил Лахрах.
Прежде чем приступить к экспериментам, он провел пять месяцев в теплице, бережно собирая внекорневой мицелий, и еще месяц готовил образцы.
«Наше исследование уникально тем, что оно раздельно рассматривает влияние растений и грибов на привлечение бактерий», - говорит исследователь.
Лахрах и его коллеги обнаружили, что все три вида грибов арбускулярной микоризы увеличили рост экспериментальных растений (лука-порея Allium porrum), что было измерено по биомассе побегов и корней, а также концентрации хлорофилла.
Хотя три вида грибов были генетически близки, каждый из них рекрутировал разное бактериальное сообщество. Грибы адаптировались к экспериментальным условиям, в которые они были помещены, и сыграли центральную роль в этих недавно созданных экосистемах.
Более того, микробная биоаугментация работала только в присутствии грибов, что подчеркивает ключевую роль грибов в улучшении роста растений.
По сути, грибы действуют как проводники в процессе привлечения бактерий посредством своего мицелия, модулируя взаимодействие между почвенными бактериями и растением и обеспечивая растению доступ к питательным веществам, таким как фосфор и азот.
«Микоризные грибы подобны приводному ремню между почвенной микробиотой и корнями», - сказал Хиджри.
Фотографии, демонстрирующие развитие различных бактерий на гифах и спорах R. irregularis, выращенных in vitro и наблюдаемых с помощью бинокулярного микроскопа. Источник: University of Montreal.
В то время, когда здоровье сельскохозяйственной почвы во всем мире находится в стрессовом состоянии, использование микоризных грибов поможет восстановить и улучшить его за счет сокращения внесения химических веществ, таких как удобрения и пестициды.
«Это исследование помогает пролить свет на сложные взаимодействия между грибами арбускулярной микоризы и бактериальными сообществами, что имеет решающее значение для использования их потенциала в конкретных почвенных средах для сельскохозяйственного производства. Микоризные грибы являются важным компонентом почвенного микробиома, который помогает сохранять почву здоровой. А здоровая почва - это плодородная почва, которая остается таковой на долгие годы», - заключил Хиджри.
Источник: University of Montreal. Автор: Кэтрин Кутюрье.
Заглавное фото слева: микоризный корень, демонстрирующий внутрикорневые пузырьки и гифы; фото вверху справа: извлеченные гифы и споры; фото внизу справа: спора микоризного гриба. Источник фото: University of Montreal.