Практически все растения живут в тесном симбиозе с микоризными грибами — важный симбиоз для поглощения необходимых питательных веществ. В своем новом исследовании группа под руководством эколога Кристины Кайзер из Центра микробиологии и наук об окружающей среде (CeMESS) Венского университета обнаружила, что этот микоризный симбиоз очень чувствителен к дисбалансу определенных питательных веществ (азота, фосфора и калия) в почве. Результаты опубликованы в журнале New Phytologist.
Микоризные грибы колонизируют корни растений и образуют сеть грибных гиф в почве. Эти грибные гифы намного тоньше корней растений и могут проникать даже в самые мелкие поры почвы, что позволяет им гораздо эффективнее поглощать из почвы необходимые питательные вещества, такие как фосфор и азот.
Именно это делает их такими ценными для своих растительных партнеров: грибы передают растениям значительную часть поглощенных питательных веществ в обмен на углеводы, производимые растениями в процессе фотосинтеза. Благодаря хорошо функционирующему микоризному симбиозу растения способны относительно хорошо расти даже на бедных питательными веществами почвах. Многие из растений, используемых в сельском хозяйстве сегодня, такие как пшеница, кукуруза, картофель и другие, живут в таком симбиозе. Как и в дикой природе, эти грибы защищают растения от вредителей и помогают им справляться с нехваткой воды в сельском хозяйстве.
В текущем исследовании, проведенном под руководством Венского университета, ученые смогли показать, что микоризный симбиоз очень чувствителен к дисбалансу определенных питательных веществ (азота, фосфора и калия) в почве.
Данные получены в ходе измерительной кампании, проведенной Андреасом Рихтером из CeMESS Венского университета в рамках долгосрочного эксперимента, который продолжается уже более 70 лет на сельскохозяйственной исследовательской станции Раумберг-Гумпенштайн в Адмонте (Штирия). В рамках этого долгосрочного эксперимента пастбищные угодья регулярно скашиваются и заготавливаются с 1946 года, а питательные вещества, удаляемые при уборке урожая, восполняются различными комбинациями и количествами азотных, фосфатных и калийных удобрений.
Авторы исследования обнаружили, что дефицит калия в сочетании с азотным удобрением оказывает крайне негативное воздействие на симбиоз: в этих условиях растения теряют около половины своих ценных грибных партнеров и, следовательно, предположительно, часть своей естественной защиты от вредителей и обезвоживания.
«Мы также обнаружили, что в малоизученном спектре микоризных грибов есть семейства, специализирующиеся на определенных ситуациях, связанных с недостатком питательных веществ», — говорит руководитель исследования Кристина Кайзер из Венского университета. В то время как некоторые семейства грибов положительно реагировали на дефицит определенных питательных веществ, другие семейства сильно пострадали. Например, дефицит калия уменьшил долю грибов из хорошо известного семейства Glomeraceae, но в то же время увеличил долю грибов из других, менее известных семейств.
«В сельском хозяйстве в настоящее время в основном используются смеси микоризных грибов из этого семейства Glomeraceae. Наши результаты показывают, что следует также исследовать грибы из других семейств, поскольку они могут быть лучше адаптированы к определенным ситуациям дефицита питательных веществ», — говорит Киан Йенаб, аспирант Центра изучения микробиологии и гидрологии Венского университета и первый автор исследования.
Сочетание низкого содержания калия и высокого содержания азота в почве, которое привело к наибольшей потере микоризных грибов в данном исследовании, довольно распространено в мире — поскольку калийные удобрения дороги и труднодоступны в некоторых регионах. В результате калий часто вносят в почву недостаточно по отношению к азоту.
«Такое несбалансированное внесение удобрений не оказывает немедленного влияния на урожайность растений. Однако оно ослабляет симбиоз между растениями и грибами, что имеет долгосрочные последствия для здоровья почвы и растений», — резюмирует Кайзер.
«Нынешнее исследование еще раз подтверждает ценность долгосрочных экспериментов, которые выступают в роли «безмолвных наблюдателей» природы, документируя процессы в наших почвах на протяжении десятилетий и, таким образом, предоставляя нам столь глубокие знания», — добавляет Эрих Пётш, партнер проекта на исследовательской станции Раумберг-Гумпенштайн.
Источник: University of Vienna.
На заглавном фото вы видите участок долгосрочного эксперимента на сельскохозяйственной исследовательской станции Раумберг-Гумпенштайн в Адмонте. Пастбища регулярно скашиваются с 1946 года, но питательные вещества, удаляемые при уборке урожая, не в достаточной мере восполняются различными комбинациями и количествами азотных, фосфатных и калийных удобрений. Автор фото: Киан Йенаб, Венский университет.
