Соціальні мережі наземних екосистем Mycorrhizae, The Conversation; Тела Ботаніка

соціальні

У наземних екосистемах рослини пов’язані з дуже щільними мікробними спільнотами навколо своїх коренів. Якщо бактерії становлять на сьогоднішній день найбільше різноманіття видів у цих мікробних спільнотах, гриби також дуже присутні.

Таким чином, один грам природного ґрунту містив би майже 200 метрів грибкових гіф (ниток). Серед них кілька метрів складаються з гіф симбіотичних рослинних грибів (взаємна асоціація між рослиною та грибом).

Ці симбіотичні гриби пов’язані з корінням рослин, утворюючи мікоризу (від грецького «myco» для гриба та «rhize» для кореня). Мікоризи - найпоширеніші симбіози рослин у природних або культивованих екосистемах. Результатом симбіотичної взаємодії є створення позаматричної мережі гіф (навколо кореня), яка збільшує площу поверхні для поглинання води та поживних речовин (наприклад, фосфору, азоту тощо). Гриби отримують цукру в результаті фотосинтезу коренем рослини-господаря, який вони використовують для власного виживання. Це двосторонні відносини розподілу ресурсів між двома видами, а отже, класичний симбіотичний мутуалізм. Існує кілька видів мікоризи, але найбільш вивченими є ектомікоризи та ендомікоризи.

Ектомікориза (від грецького ektos: зовні), при якому гриби розвиваються переважно навколо кореня, утворюючи міцеліальну мантію, з якої починаються гіфи, які організовані між кортикальними клітинами кореня, утворюючи мережу, сказав де Хартіг, ніколи не перетинаючи стінки лист. Ектомікоризні гриби належать до гілок базидіоміцетів (наприклад, болетів, сироїжок ...) та аскоміцетів (наприклад, трюфелів). Близько 5% рослин, переважно лісових дерев та чагарників (сосна, граб, дуб, бук тощо), утворюють цей тип симбіозу.

Ендомікоризи або арбускулярні мікоризи (від грецького endon: всередині) характеризуються відсутністю зовнішньої міцеліальної гільзи та проникненням грибних гіф у периплазматичний простір клітин кори. Гіфи ростуть у корені міжклітинно та внутрішньоклітинно, утворюючи везикули та арбускули.

Арбускулярні мікоризи - найпоширеніший і найдавніший тип мікоризи, що датується першою появою наземних рослин приблизно 450 мільйонів років тому. Щонайменше 85% наземних рослин утворюють цей тип симбіозу, включаючи багато важливих сільськогосподарських культур (пшениця, рис, кукурудза, горох, квасоля, соя тощо). Належачи до гілки гломероміцетів, ці мікоризні гриби є обов’язковими симбіонтами, які неможливо вирощувати за відсутності рослини-хазяїна, і вони всюди поширені в наземних екосистемах.

У наземних рослин мікоризація є правилом, немікоризація - винятком. Дуже велика кількість видів здатна взаємодіяти з арбускулярними мікоризними грибами (АМС), зокрема мохоподібними, лікоподами, монілофітами, голонасінними та покритонасінними: більшість плодових дерев, трав'янистих рослин, овочів, наземних папоротей, мохів, квітучих рослин (айстри). .), водні рослини, деякі хвойні рослини, насінники (гінкго ...). Існують, незважаючи ні на що, сім’ї рослин, не здатних досягти цього симбіозу, такі як Brassicaceae. Якщо арбускулярний мікоризний симбіоз настільки поширений у рослинному світі, то це тому, що він корисний для рослини. Дійсно, CMA сприяють росту та розвитку рослин завдяки вдосконаленню мінерального живлення та, зокрема, біодоступного фосфору. Вони також дозволяють рослинам найкраще досліджувати водні ресурси та протистояти абіотичним стресам.

Підземні магістралі для живлення рослин

Гриб колонізує корінь через міцелій (товсту тканину ниток), утворюючи органи зберігання (везикули), органи обміну (арбускули), а також гіфи та спори в грунті. Всі ці структури (спори, гіфи, везикули, арбускули, уламки колонізованих коренів) називаються пропагулами. Отже, колонізація коренів рослин відбувається з грибкових пропагул і, зокрема, спор, що знаходяться в ґрунті.

Мікроскопічні грибкові нитки різко розширюють кореневу систему завдяки неймовірній здатності з’єднуватися з корінням рослин на кілометри в землю.

Вони забирають воду та поживні речовини з великого об’єму навколишнього ґрунту та постачають їх рослині, покращуючи її живлення та ріст. Але одна з найважливіших здібностей мікоризних грибів полягає в тому, що вони залишаються прикріпленими до коренів і підтримують рослину протягом усього життя. Багато дослідників показали, що більшість рослин для свого розвитку залежать від мікоризи. Тому кожен вид рослин переважно асоціюється з максимально сприятливими для нього ГДК з точки зору стимуляції росту. Рослини з сильною мікоризною сіткою, як правило, здоровіші та краще ростуть та захищаються. Тому їм потрібно менше ресурсів для зростання, що корисно для фермерів та довкілля.

Застосування в тропічних районах

Мікоризні гриби є ключовим компонентом у взаємовідносинах рослин і ґрунту. У лісових та агролісомеліоративних системах загальновідомо, що дерева з високими показниками колоризації мікоризу можна використовувати для поповнення мікоризного потенціалу ґрунтів. Ось чому в тропіках однією з основних екологічних інженерних стратегій, яка може бути використана для того, щоб мікоризний симбіоз розвивав свої властивості на користь розвитку рослин, є контрольована мікоризація. Це набір прийомів, що дозволяє оптимізувати симбіоз із процесу виділення, вирощування, відбору, розмноження, посіву та моніторингу грибка в ґрунті з метою отримання «біологічно вдосконалених» рослин.

В цих екосистемах дослідники показали, що рослини, щеплені мікоризними грибами, краще мобілізують фосфор і мають вищу виживаність у полі, ніж неінокульовані рослини.

Найбільш загальноприйнятою гіпотезою для пояснення цього результату є те, що рослини мікоризують більшу здатність поглинати фосфор, ніж рослини, що не мікоризують, завдяки мережі гіперматричних гіф, які вони розробляють і дозволяють досліджувати більший обсяг ґрунту. Тому використання цієї технології особливо підходить для операцій з відновлення деградованих ґрунтів, які, як правило, мають сильний дефіцит мінеральних елементів і, особливо, засвоюваного фосфору.

Застосування в помірних поясах

Мікоризу можна розглядати як агроекологічний потенціал і визнати підтримкою екосистемних послуг для сільськогосподарських культур. Однак вони чутливі до певних факторів, несприятливих для розвитку міцелію, таких як фунгіциди, інтенсивний обробіток ґрунту, надмірне запліднення азотом і фосфором (мінеральним чи органічним), гербіцидами, а іноді і системами рослинництва та сільськогосподарськими практиками без рослинного покриву між двома культурами. Добре відомо, що різноманітний живий рослинний покрив є справжньою естафетою для мікоризи.

Ось чому присутність рослинного покриву, такого як бобові, в посівах є інноваційною практикою, яка може служити реле для мікоризування, доки інтродуковані види сприятливі для неї. Це стосується вирощування вики, фасолі тощо. У такій екосистемі рослинні покриви забезпечуватимуть ГДК восени та на початку весни, в цей час вони можуть втратити свою життєздатність. Грибковий міцелій утворює підземну мережу, що з’єднує коріння рослин між собою, дозволяючи таким чином прямий обмін між ними. Це свідчить про важливість цілісності грибкового міцелію для здоров'я рослин, і очевидно, що обробка грунту може знищити цю міцеліальну мережу, ще більше зменшуючи надані екосистемні послуги.

Сприятливий вплив AMC сприяє багатьом екосистемним послугам, що мають вирішальне значення для стійкості агроекосистем. З цих причин СМА є ключовими гравцями у формуванні біодобрив для розвитку стійкого сільського господарства. Таким чином, сприяння певним спільнотам мікоризних грибів може становити важливий внесок у систему посівів, що гарантує ефективне поглинання води та поживних речовин. Хоча мікориза була предметом численних досліджень, серед фермерів залишається брак поглиблених знань. Подібним чином потенціали, які насправді пропонує мікоризний симбіоз у польових умовах вирощування, та фактори навколишнього середовища та культури, що впливають на нього, все ще вимагають великої уваги.

Ця стаття опублікована в рамках проекту Fête de la science 2020 (з 2 по 12 жовтня 2020 року у столичній Франції та з 6 по 16 листопада на Корсиці, за кордоном та на міжнародному рівні), партнером якої є The Conversation France. Тема цього нового видання: "Планета Природа". Знайдіть усі події у вашому регіоні на веб-сайті Fetedelascience.fr.

Бабакар ТІОЙ, викладач-дослідник з агроекології - Мікоризний симбіоз - Мікробна екологія ґрунту, Науковий відділ AGHYLE, UniLaSalle; Марк ЛЕГРАС, директор з навчання - UniLaSalle, UniLaSalle та Марі-П'єр Бруйяр, рослинні науки, UniLaSalle

Ця стаття опублікована в журналі The Conversation під ліцензією Creative Commons. Прочитайте оригінальну статтю.