Гриби на службі в агроекології
Симбіоз між корінням рослин та мікоризними грибами утворює величезну підземну мережу, яку давно ігнорують у нашій агрономічній практиці. За словами П'єра-Еммануеля Корті та його колег (Софі Трувело та Даніеля Віпфа), з Національного дослідницького інституту сільського господарства, продовольства та навколишнього середовища (INRAE) та з Університету Бургундії (США), настав час взяти цей міцелій мережі.
Зараз час екології примирення. Ми повинні виробляти з природою, а не більше проти неї. У цьому контексті мікоризні мережі (від грец mukês, «Гриб» і риза, "Корінь") може бути важелем для сільського господарства завтра, узгоджуючи екологію та врожайність. Незалежно від того, чи йдеться про стійке управління ґрунтовими ресурсами, інтегровану боротьбу зі шкідниками, поліпшення якості їжі для тварин та людей чи навіть збереження функцій екосистем, що забезпечуються мікробіологічним різноманіттям ...
Стриманий обмін між співпрацею та конкуренцією
Рослини спілкуються через алелопатію: усі біохімічні взаємодії між рослинами між собою або з мікроорганізмами. Це дозволяє їм управляти своїми ресурсами, щоб забезпечити виживання виду, схопити їх на шкоду іншим, захистити себе від хижаків або навіть обмежити передачу патогенних мікроорганізмів завдяки, наприклад, знаменитим деревам "сором'язливості". . Таким чином волоський горіх зменшує розвиток рослинного покриву, виділяючи юглон, акація виділяє леткі сполуки, щоб не дати хижакам з'їсти його листя.
Застосування алелопатії в агроекології є предметом численних досліджень, в основному навколо досліджень гербіцидів та речовин природного росту. Однак існує алелопатичний засіб спілкування, який залишається мало вивченим: міцеліальна сітка, що з’єднує коріння рослин - міцелій є вегетативним апаратом грибів, що складається з ниток, які називаються гіфами. І його обмін не обмежується лише надсиланням сигналів для організації поведінки рослин ... Це справжня торгівля ресурсами, що відбувається за наших культур !
Все краще і краще розшифровані, ці біохімічні взаємодії виходять із тіні ... У його книзі, опублікованій у 2017 р. Таємне життя дерев, Пітер Воллебен переносить нас у цей підземний світ, на перехресті уяви та науки. Задовго до нас рослини розробили складну обмінну систему - міцелій мікоризних грибів, що утворює своєрідну мережу, невидиму на поверхні, що з’єднує рослини між собою, подібно мережі Інтернет, яка пов’язує території. Присутні в багатьох природних екосистемах, сільськогосподарських, а також лісових, мікоризні гриби утворюють симбіотичні асоціації, мікоризу, з корінням понад 90% наземних рослин (за винятком, наприклад, Brassicaceae, таких як ріпак або капуста, та Chenopodiaceae, таких як буряк).
Дві родини мікориз
Мікориза - це мутуалістичний симбіоз: кожен партнер отримує вигоду від асоціації. Гриби використовують переваги вуглецю, зафіксованого рослиною за допомогою фотосинтезу - оцінюється до 20% кількості вуглецю, який може бути їм перенесений - і взамін забезпечують його мінеральними елементами (фосфором, азотом, сіркою, калієм ... ) та води, збільшуючи тим самим її стійкість до біотичних та абіотичних стресів.
Існує два основних типи симбіозу. Перший, успадкований від предків наземних рослин і якому 450 мільйонів років, є найбільш поширеним і найбільш вивченим. Він утворений грибами групи гломероміцетів. Не утворюючи макроскопічних структур - впізнаваних неозброєним оком - вони залишаються відносно невідомими для любителів природи. Проте вони взаємодіють із корінням 80% наземних рослин, головним чином у сільськогосподарських та агролісомеліоративних системах. Ці гриби ростуть між корінням і всередині нього, перетинаючи клітинну стінку, утворюючи невелику деревоподібну структуру - чагарник. Їх називають ендомікоризними арбускулярними грибами. Дуже гнучкі, вони можуть колонізувати всі рослини, хоча вони віддають перевагу плодовим деревам та польовим культурам, таким як зернові та бобові.
Другий великий симбіоз, який називається ектомікориза, утворюється певними грибами з групи аскоміцетів, таких як трюфель, та базидіоміцетами, таких як цеп. Вони асоціюються з корінням 10% рослин, переважно в бореальних та помірних лісах. Як випливає з назви, вони ростуть поза корінними клітинами і утворюють як рукави мізинця, які називаються мантіями. Вони мають, у порівнянні з ендомікоризними грибами, вищу специфічність для господаря. У той час як арбускулярні ендомікоризні гриби повністю залежать від рослини-хазяїна завдяки своєму вугільному харчуванню, міцелій ектомікоризних грибів може рости без рослини-хазяїна, оскільки він має здатність забирати вуглець із ґрунту.
Складні взаємодії, перебуваючи в рівновазі
Заводи були б схожі на станції метро, пов’язані підземною мережею галерей, що дозволяють обмінюватися поживними речовинами. Ця мережа грибів може з'єднувати коріння різних рослин, незалежно від того, належать вони до одного виду чи ні: рис, помідор, полуниця, люцерна або навіть банан можуть бути, наприклад, колонізовані тими самими грибами, а потім утворюють загальну міцеліальну мережу ( RMC).
Аналіз цих підпільних бірж непростий. Хоча перелік неймовірного різноманіття симбіозів знаходиться в межах нашої можливості, розуміння специфічних функцій кожного організму менше. По-перше, ми повинні ідентифікувати гриби, присутні на коренях сусідніх рослин, і досягти успіху в їх культивуванні, щоб у теплиці могли розвиватися спрощені системи: наприклад, дві рослини різних видів, пов’язані між собою мікоризним грибом. Наступним кроком є варіація видів грибів для ідентифікації наданих послуг та поступового ускладнення системи. Завдяки цим "синтетичним спільнотам" ми вивчаємо мікоризні симбіози в кожному конкретному випадку та у контрольованих умовах.
Таким чином, ми змогли зрозуміти, що обмін вуглецем та поживними речовинами унікальний і залежить настільки ж від рослини-хазяїна, як і від мікоризних грибів. Дійсно, виділення вуглецю було б пов’язано з фотосинтетичною активністю кожної рослини. Таке розподіл забезпечить грибу надлишком вуглецю, що утворюється під час фотосинтезу, однак, однак, рослина не отримає більше поживних речовин взамін. Обмін часом схожий на нерівну торгівлю, іноді на справедливу торгівлю ... Це транспортні білки, присутні в мембранах клітин цих організмів (рослин і грибів), які регулюють потік поживних речовин, як мікроскопічні крани.
У теплиці за простої взаємодії рослин і грибів зменшення виділення вуглецю призводить до зменшення колонізації коренів грибом. З іншого боку, ми показали, що коли дві рослини з'єднані мережею, зменшення виділення вуглецю не уповільнює ріст гриба, оскільки він може витягувати його із сусідньої рослини. Отже, з одного боку, є дорослі рослини, які виробляють надлишок вуглецю і подають його в мережу, а з іншого - рослини з обмеженим вмістом вуглецю, які його сифонують. Оскільки природа завжди прагне до рівноваги, ці "паразитуючі" рослини, однак, не впливають на інших особин, пов'язаних з мікоризними грибами.
Інфузійна система
Це підпільне співробітництво повинно враховуватися в нашій сільськогосподарській практиці: сприяння посіву під укриттям, що полягає в посіві на попередній урожай без попередньої обробки ґрунту, або просто уникаючи занадто глибокої оранки або залишення оголеного грунту, цілісність міцеліальних мереж потім зберігається. Таким чином, сіянці можуть підключатися до фізіологічно активного грибка, такого як медсестра, і швидко отримувати вигоду від екосистемних послуг, що надаються мікоризою, включаючи перенесення води та мінеральних елементів з ґрунту. Їм більше не потрібно чекати, поки спора грибка проросте і зустрінеться з корінням, або споживатиме енергію для побудови нової мережі. Система інфузій завжди існувала в наших культурах, до неї просто потрібно підключитися. Дорослі рослини, поміщені у світло, які фіксують вуглець із СО2 за допомогою фотосинтезу, можуть потім стати джерелом вуглецю для молодих саджанців - справжніх раковин -, які мають обмежений доступ до світла.
Між економією часу та економією енергії мікоризова сітка дозволяє рослинам рости швидше. Таким чином, арбускулярні ендомікоризні гриби покращують врожайність та якість продуктів і навіть розмір певних бульб.
Роль вартового
На додаток до цієї поживної ролі, мікоризні мережі також виконують захисну функцію. Тому що алелопатичні сигнали - це не тільки повітряні ... Вони також знаходяться під землею, передаються лабіринтом гіф, що з’єднують рослини. Наприклад, рослина томатів може надсилати сигнали іншим рослинам, підключеним до мережі, щоб не дати їм підготуватися до нападу гусениці, наприклад Spodoptera litura, або патогенний грибок, такий як Alternaria solani.
Таким чином, мікоризна мережа забезпечує зв’язок між рослинами за допомогою різноманітних рослинних гормонів, що викликають захисну реакцію рослин, наприклад, синтез токсичних сполук проти шкідників та патогенних мікроорганізмів. Хоча точний сигнал нам досі невідомий, наші експерименти в контрольованих умовах показали існування цих підземних сигнальних механізмів, які становлять значний потенціал для боротьби зі шкідниками та шкідниками сільськогосподарських культур.
Ця роль сторожа можлива лише в тому випадку, якщо мікоризна мережа залишається у постійній готовності та фізично недоторканою. Наші експерименти справді показали, що розрив мікоризної мережі глибокою оранкою (≈ 50 см) підвищує чутливість сільськогосподарських культур до цього виду атаки.
Зараз ми працюємо над роллю рослинного покриву в органічному сільському господарстві та природоохоронному сільському господарстві - на півдорозі між традиційними та органічними практиками. Ці покриви, часто складені з трав, є резервуаром різноманітності ендомікоризних грибів. А хто каже, що різноманітність говорить про відповідні функції ... У нас тривають проекти в галузі агролісомеліорації та виноградарства, де ми шукаємо рослини-покриви, які сприяють встановленню міцеліальної мережі між виноградними рослинами, дозволяючи таким чином передачу поживних речовин і цей "захисний" ефект. Досі у виноградарстві ми працюємо над сигналами, що надходять від однієї рослини до іншої: гриб, що викликає хвороби деревини у першої виноградної рослини, може спричинити передачу сигналу здоровим рослинам (безсимптомно).
Нарешті, як і у всіх наукових дисциплінах, цілісний підхід приносить свої плоди: потрібно розширити межі організму, щоб розглянути голобіонт (від грец. голо, "Усі" та біос, "Життя"), а саме рослина та мікроорганізми, з якими вона взаємодіє. Гриби дійсно можуть поліпшити якість продуктів, коли вони поєднуються з бактеріями, присутніми в ґрунті. З цього приводу ми взяли участь у дослідженні полуниці: створивши синтетичні спільноти з різними асоціаціями (бактерія та гриб щоразу), ми змогли продемонструвати, що одна з них сприяла органолептичним властивостям полуниці.
Всі ці результати та гіпотези, що випливають з експериментів у контрольованих умовах, ми все ще далекі від розуміння екологічної важливості цих обмінів у масштабі екосистеми ... Здатність цих мереж до захоплення вуглецю може навіть бути проблемою. ключову роль в контексті зміни клімату. Гриби не сказали свого останнього слова !
П'єр-Еммануель Корті, Софі Трувело та Даніель Віпф
П'єр-Еммануель Корті - науковий співробітник Національного інституту агрономічних досліджень UMR Agroecology в Діжоні. Він спеціалізується на мікоризних мережах та аналізі спільнот мікоризних грибів.
Софі Трувело - викладач наук про лозу в Інституті університету імені Жуля Гайо (Діжон). Його досвід базується на вивченні імунітету виноградної лози, її стимуляції або пошкодження під час вираження патологій (зокрема, відмирання).
Даніель Віпф, професор Бургундського університету, очолює дослідницьку групу в Агроекологічному УМР Діжону. Він є експертом у вивченні обміну поживних речовин та основних механізмів арбускулярної мікоризи.
Мікоризні мережі, наскільки сягає око ...
Довжина екстрарадикулярного міцелію - тобто гіф, що виходять з кореня, - продукованих ендомікоризними арбускулярними грибами, значно варіюється у різних видів (в середньому від 2 до 20 метрів на грам грунту), але іноді може досягати і сотень метрів гіф на метр кореня. Рослина-господар також впливає на ріст міцелію; той самий гриб виробляє від 3 до 4 мм на день у поєднанні з чебрецем, але до 738 мм на день у поєднанні з підземним конюшиною.
Ектомікоризні гриби, навпаки, можна морфологічно класифікувати за отриманням екстрарадикулярного міцелію: більшість утворює від 10 до 100 метрів гіф на грам ґрунту, а деякі навіть утворюють ризоморфи - агреговані трубчасті гіфи. Мікоризні мережі, ймовірно, мають повсюдний характер ...