Бобовые восстановят деградированные земли

В последние несколько лет ученые всего мира пытаются найти природные средства для решения многочисленных проблем сельского хозяйства и не только. Большое внимание стало уделяться безопасности и «чистоте» применяемых веществ. Идя по такому же пути, Kiran Bargali из университете Kumaun в Индии задался целью исследовать возможность использования бобовых растений, находящихся в везикулярно-арбускулярно-микоризном союзе с грибами (далее VAM союз) для восстановления деградированных земель. Везикулы и арбускулы это не что иное, как мицелий гриба, который проникает в клетки корня растения и образует микоризу между грибом и растением, т.е. формируют так называемый союз. В этом союзе грибы и растения с помощью друг друга получают необходимые питательные вещества (грибы – аминокислоты, углеводы и т.д., у растения увеличивается поверхность соприкосновения с почвой, что позволяет получать больше влаги и питательных веществ).

Около 78% всей площади на земной поверхности являются непригодными для сельского хозяйства. А из оставшихся 9% страдают от физического, химического и биологического давления и нуждаются в восстановлении и умелом управлении. Так как процесс разрушения земель влечет за собой потерю растительности, почвы и т.д., данные земли, безусловно, нуждаются в помощи по их восстановлению и регенерации. Микоризные грибы и азотофиксирующие бактерии являются одними из главных полезных компонентов почвенных сообществ, которые способствуют не только росту растений, но и их выживанию в стрессовых условиях, так как они снижают это самое стрессовое влияние через симбиоз. Взаимное обеспечение «союзников», связанных друг с другом пищевыми связями, позволяет обеспечить рост всей ассоциации (союза) в целом в питательно бедной почве. Также VAM грибницы могут распространяться на большие расстояния и способны соединить корневой слой почвы и микрофлору прикорневой зоны различных видов растений. Становится возможным сделать «общий фонд» доступных питательных веществ для растений разных видов. Питательные вещества в этом «фонде» будут передаваться совмещенной микрофлоре прикорневой зоны с помощью выделений корней растения или с помощью гниения корней и клубеньков, и таким образом будут делать доступными необходимые вещества для неазотофиксирующих растений. Т.е. растения разных видов будут способствовать выживанию и росту друг друга. Также, отмечает ученый, проведенные им исследования позволят взглянуть на «микросоюзников» бобовых растений, как на биологический заменитель удобрений.

В приведенном исследовании оценивалась степень VAM колонизации бобовых растений в центральном районе Гималаи. Полевые исследования проводились в различных лесных районах и заключались в определении бобовых растений, произрастающих в данных районах. У каждого из видов были собраны терминальные части корней (у пяти случайно выбранных представителей). Далее фрагменты были аккуратно упакованы и доставлены в лабораторию, где были промыты и порезаны на фрагменты величиной в 1 см и помещены в специальную смесь для сохранения в процессе исследования. Далее с фрагментами корней проводились подготовительные процедуры (применялся метод очистки корней и др.) для дальнейших исследований. После проведенных процедур фрагменты были аккуратно спрессованы и затем изучались под микроскопом. Ученый оценивал VAM колонизацию (заселение), степень которой была рассчитана с помощью Nicolson’ simple формулы. Выясненная степень была классифицирована по следующим группам в зависимости от интенсивности заселения:

1) Отличный (excellent). Грибница/везикула/арбускулы присутствуют на всей поверхности фрагмента корня в большом количестве.

2) Хороший (good). Грибница/везикула/арбускулы присутствуют на всей поверхности фрагмента корня.

3) Умеренный (moderate). Грибница/везикула/арбускулы присутствуют редко на поверхности фрагмента корня.

4) Бедный (poor). Грибница/везикула/арбускулы присутствуют на поверхности фрагмента корня только в количестве нескольких штук.

5) Ноль (nil). Полное отсутствие.

По полученным результатам Bargali в своей статье привел следующие выводы. В общей сложности на наличие VAM союза были исследованы 50 видов растений, принадлежащие к 3 семействам бобовых (Papilionaceae, Caesalpiniaceae, Mimosaceae). 5 видов из 50 не имели VAM ассоциаций (Crotolaria madicaginea, Lathyrus aphaca, Vicia pallida, V. Tetrasperma и Pterocarpus marsupium). Два вида растений Crotolaria albida и Desmodium heteropogon обладали очень низким уровнем ассоциации (менее 20%). Промежуточный уровень (20 - 49%) был зафиксирован у 17 видов, среди которых Astragalus leucocephalus, Lespedeza gerardiana, Bahunia variegate и т.д. Высокий уровень VAM ассоциаций (50 - 69%) был зафиксирован у 24 видов растений, в том числе Indigofera dousa, Cassia floribunda, Albezia lebbeck и т.д. Два вида растений Indigofera heterantha и Trifolium repens показали очень высокий уровень ассоциаций (более 70%). У некоторых (около 5 видов) на корнях находились только гифы, но не было ни арбускул, ни везикул.

Из лаборатории в жизнь

Деградация природных ресурсов – проблема глобальная. В Индии более половины географической области сталкивается с проблемой деградации, в том числе и деградации лесов. Микробные популяции являются ключевыми компонентами в данной проблеме и в системе почва – растение. Наиболее распространенное взаимодействие (мутуализм) между растением и грибом – корневой симбиоз («арбускулярная микориза» (АМ)). Лесные бобовые, по мнению исследователей, незаменимы для рекультивации вододефицитных экосистем, которые к тому же имеют низкую доступность к таким элементам как азот, фосфор и других питательных веществ. Нехватка доступного фосфора и дисбаланс микроэлементов в деградированных экосистемах устанавливает границы для развития бобовых и фиксации азота. Но при образовании микоризы было обнаружено увеличение уровня образования (распространения) бобовых. Лесные бобовые показали значительное развитие при условии образования микоризы даже в стрессовых условиях. После формирования симбиотического союза с корнями бобовых, АМ грибы развивают «добавочный мицелий», который связывает корни и окружающую почву и помогает растениям использовать почвенные питательные вещества более эффективно.

Ученые также пришли к выводу, что при деградации земель уникальные свойства VAM бобовых могли бы сократить количество удобрений, которые используются для создания растительности и также увеличить скорость, при котором требуемая (желаемая) растительность укореняется благодаря стимулированию развития микроорганизмов в ризосфере. Поскольку клеточные стенки VAM гиф состоят из хитина (азотосодержащего полисахарида), клеточный мицелий может быть одним из самых важных инструментов для ввода азота и углерода в почву. Поэтому VAM бобовые могут быть использованы для восстановления растительного покрова эрозированных, опустошенных и деградированных экосистем. Кроме того, двойная «прививка» растению со стороны гриба и бактерии может быть биологическим инструментом для управления N2-фисирующими растениями в восстановлении и сохранении плодородия почв.

«Настоящее исследование – попытка усилить наше знание по экологии и возможности использовании VAM бобовых в успешной рекультивации и восстановлении деградированных экосистем, - пишет Kiran Bargali. - Данные растения могут улучшить состояние почвы и рост взаимосвязанных видов растений через богатые питательными веществами опавшие листья и биологическую азотофиксацию и будут полезны в восстановлении деградированных земель».

© Седа Саакян

По материалам Journal of American science