Содержание
Ученые увидели, когда в корнях растений появляются грибы
5430
Добавить в закладки
В исследовании, результаты которого опубликованы в
журнале PLOS Biology, ученые использовали ярко-красные
пигменты свеклы – беталаины, – чтобы отследить, когда почвенные
грибы начинают колонизировать корни живых растений. Новость
появилась на
официальном сайте Кембриджского университета.
Почти все культурные растения образуют ассоциации с определенным
типом грибов – грибами арбускулярной микоризы – в почве, что
значительно увеличивает площадь поверхности их корней. Это
взаимовыгодное взаимодействие повышает способность растения
усваивать питательные вещества, жизненно важные для роста.
Чем больше питательных веществ получают растения естественным
путем, тем меньше требуется искусственных удобрений. Понимание
этого естественного процесса – задача постоянных
исследований.
«Теперь мы можем проследить, как отношения между грибами и
корнями растений развиваются в реальном времени с момента их
контакта. Раньше мы понятия не имели об этом
процессе, потому что не было возможности визуализировать это
на живом растении без сложной микроскопии», –
отмечает доктор Себастьян Шорнак из Кембриджского
университета, ведущий автор статьи.
Исследователи сконструировали два модельных вида растений –
бобовое и табачное растения – так, чтобы они производили
хорошо заметные беталаиновые пигменты, когда в их корнях есть
грибы арбускулярной микоризы. Для этого ученые объединили
контрольные области двух генов, активируемых микоризными грибами,
с генами, которые синтезируют пигменты беталаина красного цвета.
Затем растения выращивали в прозрачной структуре, чтобы была
видна корневая система и изображения корней можно было
делать с помощью планшетного сканера, не беспокоя образцы.
Используя свою технику, исследователи смогли выбрать красные
пигментированные части корневой системы, чтобы внимательнее
наблюдать за грибком, когда он проникает в отдельные клетки
растения и формирует сложные древовидные структуры – арбускулы, –
которые растут внутри корней растения.
Арбускулы поглощают
питательные вещества из почвы, которые в противном случае были бы
недоступны для растений.
Преимущество этого нового метода заключается в том, что растение
не нужно выкапывать из земли, чтобы увидеть корни, а также нет
необходимость использовать химикаты или дорогостоящую
микроскопию. Пигменты свеклы имеют особый цвет, поэтому их очень
легко увидеть. Они являются натуральными пигментами, поэтому
хорошо переносятся растениями.
Грибы микоризы вызывают все больший интерес в сельском хозяйстве.
Этот новый метод дает возможность отслеживать присутствие
симбиотических грибов в почвах, что позволит выбрать грибы,
которые быстрее всего колонизируют растения и принесут наибольшую
пользу в сельскохозяйственных сценариях. С их помощью можно будет
в будущем повышать урожайность экологически устойчивым
способом.
[Фото: TEMUR YUNUSOV AND ALFONSO TIMONEDA]
Автор Подготовила Татьяна Матвеева
грибы
корни растений
пигмент
растения
сельское хозяйство
урожайность
беталаины
почвенные грибы
грибы арбускулярной микоризы
Источник:
www.
cam.ac.uk
Информация предоставлена Информационным агентством «Научная Россия». Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано
Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.
НАУКА ДЕТЯМ
В клинике КФУ внедрили инновационный способ удаления камней с помощью робота-ассистента
17:30 / Медицина
Российские ученые нашли способ очищать титановое сырье от примесей
17:07 / Инженерия, Новые технологии, Химия
«Фосфатная метка» оказалась важной для регуляции белка, мутация которого вызывает лейкоз
16:30 / Биология
ФИАН на Конгрессе молодых учёных
15:30 / Наука и общество, Физика
Композитные материалы на основе угольной золы помогут переработать радиоактивные отходы
14:30 / Химия, Экология
Новая химическая модель поможет точно рассчитать активность органических катализаторов
13:30 / Химия
Ученые выяснили, что ледниковый период VI века не был глобальным
12:30 / Климат, Науки о земле
В НГТУ НЭТИ разработали устройство, которое поможет врачам удаленно отслеживать состояние больных
11:30 / Медицина
Гуманитарные науки: человек, культура, образование
10:30 / Археология, История, Наука и общество, Образование, Психология
6 декабря 1492 г.
Колумб открыл остров Гаити
10:00 / География, История
Памяти великого ученого. Наука в глобальном мире. «Очевиднное — невероятное» эфир 10.05.2008
04.03.2019
Памяти великого ученого. Нанотехнологии. «Очевидное — невероятное» эфир 3.08.2002
04.03.2019
Вспоминая Сергея Петровича Капицу
14.02.2017
Смотреть все
Как растения договариваются с вредными грибами
На бедных землях некоторые растения вступают в альянс с болезнетворными грибками, чтобы те помогли им впитать из почвы недоступные минеральные вещества.
Большинство растений всасывают питательные вещества из почвы с помощью микоризы – так называют особый тип симбиоза между высшими растениями и грибами. Грибной мицелий (то есть собственно грибница) окутывает корни чехлом, а то и вовсе проникает в сами растительные клетки: благодаря такому сожительству гриб получает нужную органику, вроде углеводов, аминокислот и т.
д., а сам поставляет «напарнику» минеральные вещества, в частности, фосфаты, которые растение в одиночку всасывает плохо.
Корни Arabidopsis thaliana (фиолетовым), оплетённые нитями гриба Colletotrichum tofieldiae (зелёным). (Фото MPI f. Plant Breeding Research.)
Открыть в полном размере
‹
›
Даже если настоящая микориза не образуется – как, например, у Arabidopsis thaliana (или резуховидки Таля), родственника капусты – всё равно сожительство с каким-нибудь грибом имеет место. В случае A. thaliana симбионтом оказывается почвенный грибок Colletotrichum tofieldiae, который живёт в клетках и межклеточных промежутках корней растения.
Как и обычные микоризные грибы, C. tofieldiae превращает нерастворимые фосфаты растворимые и таким образом «скармливает их растению. Парадокс здесь в том, что группа грибов, к которым относится C. tofieldiae, обычно выступают как патогены – так, например, один из рода Colletotrichum ежегодно наносит колоссальный ущерб хозяйствам, выращивающим кукурузу.
Однако A. thaliana, по-видимому, никаких неудобств от присутствия потенциального патогена не испытывает.
Исследователи из Института растениеводства Общества Максa Планка, попытавшись разобраться в этом феномене, обнаружили, что симбиоз с грибом образуют только те растенияA. thaliana, которые растут в определённых местах – например, на плато Месета, занимающем большую часть Пиренейского полуострова. В здешней почве мало фосфатов, которые были бы доступны для растений, так что польза от сожительства очевидна. Но как получается, что защитные системы растения пропускают мимо себя патогенный грибок?
Эксперименты показали, что растительный иммунитет точно чувствует, когда организму не хватает соединений фосфора – и, когда с фосфором случается дефицит, разрешает C. tofieldiae пожить в корнях. Однако в то же время активируется синтез особых молекул, которые можно в изобилии найти, например, в горчичном масле и которые придают хрену, горчице, рапсу и прочим капустным характерный остро-горький вкус.
Эти молекулы помогают держать опасного симбионта, так сказать, в рамках приличия – без них растения A. thaliana, пустившие к себе грибок C. tofieldiae, начинают болеть.
Года назад мы писали о том, как защитные системы растений помогают наладить сотрудничество с правильной микрофлорой, в то же время не подпуская к корням тех, кто может быть опасен. Собственно, похожую задачу решает и наш иммунитет, которому в пищеварительной системе приходится различать полезных бактерий от вредных. Однако случай с A. thaliana и патогенным грибом, с которым при определённых условиях можно договориться о сожительстве, пока что единственный.
Возможно, что не только арабидопсис, но и вообще все капустные могут таким образом дружить со своими врагами – все они, кроме пастушьей сумки, способны синтезировать защитные молекулы (для пастушьей сумки, как можно догадаться, грибок C. tofieldiae оказывается вреден в любых условиях.) Возможно, что и у других растений, в том числе и культурных, есть похожие механизмы, позволяющие вступить во временный альянс с патогеном, и, если знать, как их активировать, можно привлечь вредную микрофлору к полезным сельскохозяйственным работам – например, чтобы она повышала урожайность.
31.3B: Микориза – симбиотическая связь между грибами и корнями
- Последнее обновление
- Сохранить как PDF
- Идентификатор страницы
- 13792
- Безграничный
- Безграничный
Цели обучения
- Описать симбиотические отношения микоризы и корней растений
Микориза: симбиотическая связь между грибами и корнями
Зона истощения питательных веществ может развиваться при быстром поглощении почвенного раствора, низкой концентрации питательных веществ, низкой скорости диффузии или низкой влажности почвы. Эти состояния очень распространены; поэтому большинство растений полагаются на грибы, чтобы облегчить поглощение минералов из почвы.
Микоризы, известные как корневые грибы, образуют симбиотические ассоциации с корнями растений. В этих ассоциациях грибы фактически интегрируются в физическую структуру корня. Грибы колонизируют живую корневую ткань во время активного роста растений.
В результате микоризации растение получает из почвы фосфаты и другие минералы, такие как цинк и медь. Гриб получает питательные вещества, такие как сахара, из корня растения. Микоризы помогают увеличить площадь поверхности корневой системы растений, потому что узкие гифы могут распространяться за пределы зоны истощения питательных веществ. Гифы представляют собой длинные отростки гриба, которые могут прорастать в небольшие поры почвы, которые открывают доступ к фосфору, который в противном случае был бы недоступен для растения. Благотворное влияние на растение лучше всего наблюдается на бедных почвах. Преимущество грибов в том, что они могут получать до 20 процентов всего углерода, доступного растениям. Микориза действует как физический барьер для патогенов.
Они также обеспечивают индукцию общих механизмов защиты хозяина, которые иногда включают выработку грибами соединений-антибиотиков. Также было обнаружено, что грибы играют защитную роль для растений, укореняющихся в почвах с высокой концентрацией металлов, таких как кислые и загрязненные почвы.
Рисунок \(\PageIndex{1}\): Микориза: Гифы разрастаются внутри микоризы, которая на этом изображении выглядит как не совсем белый пушок. Эти гифы значительно увеличивают площадь поверхности корня растения, позволяя ему достигать областей, которые не истощены питательными веществами.
Существует два типа микоризы: эктомикориза и эндомикориза. Эктомикоризы образуют вокруг корней обширную плотную оболочку, называемую мантией. Гифы грибов простираются из мантии в почву, что увеличивает площадь поверхности для поглощения воды и минералов. Этот тип микоризы встречается на лесных деревьях, особенно хвойных, березах и дубах. Эндомикоризы, также называемые арбускулярными микоризами, не образуют плотной оболочки над корнем.
Вместо этого грибковый мицелий внедряется в ткань корня. Эндомикоризы обнаружены в корнях более 80% наземных растений.
Рисунок \(\PageIndex{1}\): Эктомикоризы: Эктомикоризы образуют оболочки, называемые мантией, вокруг корней растений, как показано на этом изображении.
Ключевые моменты
- Поскольку питательные вещества в почве часто истощаются, большинство растений образуют симбиотические отношения, называемые микоризой, с грибами, которые интегрируются в корень растения.
- Отношения между растениями и грибами носят симбиотический характер, поскольку растения получают фосфаты и другие минералы через грибы, а грибы получают сахара из корня растения.
- Длинные отростки гриба, называемые гифами, помогают увеличить площадь поверхности корневой системы растения, чтобы она могла выходить за пределы области истощения питательных веществ.
- Ectomycorrhizae — это разновидность микоризы, образующей плотную оболочку вокруг корней растений, называемую мантией, из которой растут гифы; у эндомикоризы мицелий внедряется в ткань корня, а не образует вокруг него оболочку.
- При эндомикоризе мицелий внедряется в ткань корня, а не образует вокруг него оболочку; они находятся в корнях большинства наземных растений.
Ключевые термины
- микориза : симбиотическая ассоциация между грибком и корнями сосудистого растения
- гифа : длинная, ветвящаяся, нитевидная структура гриба, которая является основным способом вегетативного роста
- мицелий : вегетативная часть любого гриба, состоящая из массы ветвящихся нитевидных гиф, часто подземных
- Наверх
- Была ли эта статья полезной?
- Тип изделия
- Раздел или Страница
- Автор
- Безграничный
- Количество столбцов печати
- Два
- Печать CSS
- Плотный
- Лицензия
- CC BY-SA
- Версия лицензии
- 4,0
- Показать оглавление
- нет
- Теги
Корни грибов растений – фермы и молочные продукты
Почти все растения (если не все растения), встречающиеся на суше, тем или иным образом получают помощь от своих партнеров-микробов в почве. В небольшом количестве почвы, примерно в горсти, могут содержаться миллиарды организмов, включая бактерии, грибы, насекомые, водоросли и так далее.
Эти микробы способствуют здоровью почвы и помогают производить богатый слой органического гумуса, обнаруженный в этой почве. Тем не менее, часто этим микробам не придают особого значения за ту решающую роль, которую они играют, потому что то, что они делают, происходит вне поля зрения и, следовательно, вне разума.
Микоризные грибы
Если проблема возникает на пастбище, мы можем сначала обратить внимание на давление сорняков и плодородие почвы, но часто упускается из виду живой мир внизу, который помогает поддерживать организмы, живущие наверху. Одна группа микробных организмов играет важную роль в здоровье большинства растений: микоризные грибы.
Слово микориза происходит от греческих слов mykes и rhiza, что переводится как «корень гриба».
Подсчитано, что около трех четвертей сосудистых растений имеют микоризные ассоциации.
АМ-грибы
Арбускулярные микоризные (АМ) грибы, часто ответственные за обмен питательными веществами с использованием структур, известных как арбускулы, внутри корней растений, сформировали симбиотические отношения с растениями, чтобы способствовать поглощению питательных веществ, как это делают корни растений.
AM грибы могут улучшать поглощение питательных веществ даже в почвах с дефицитом питательных веществ, что, как считается, является причиной того, что некоторые кормовые культуры дают приемлемые урожаи на почвах с низким содержанием фосфора.
Записи окаменелостей указывают на то, что эти отношения между растениями и грибами давние — в масштабе сотен миллионов лет. AM-грибы производят небольшие нити, известные как гифы, которые увеличивают площадь поверхности, доступную растению для поглощения питательных веществ, особенно неподвижных питательных веществ, таких как фосфор.
Гифы выглядят (по крайней мере под микроскопом) и действуют как вторичная корневая система растений. Конечно, ничего в жизни не бывает бесплатно.
Гриб оказывает эту услугу растению в обмен на углеводы и другие продукты фотосинтеза. Без АМ-грибов растению было бы трудно усваивать необходимое количество фосфора и цинка, чтобы оставаться здоровым.
Без растения микориза не смогла бы получать углерод, необходимый для выживания.
Поглощение питательных веществ — не единственное преимущество этих грибов. АМ-грибы могут обеспечить определенный уровень защиты от патогенов, включая грибки, бактерии, нематоды и некоторых насекомых.
Считается, что это отчасти связано с конкуренцией. На поверхности корня растения ограничено пространство, и если микориза уже прижилась, патогены, такие как Phytophthora sp. будет меньше шансов найти место для заражения.
Кроме того, микориза может поражать корневой экссудат, который изменяет состав микробиоты, окружающей корни, отдавая предпочтение одним микробам по сравнению с другими.
Организмы, исключенные из корней, могут включать патогены. У некоторых растений микориза может даже стимулировать защиту растения от патогенов, вызывая выработку растительных гормонов.
Другие преимущества включают улучшенную устойчивость к засухе и загрязнению почвы, а также усиление других микробных взаимодействий. Микробные взаимодействия, которые, по-видимому, выигрывают от микоризных взаимодействий, включают азотфиксирующие бактерии и организмы биологического контроля.
AM-грибы также улучшают структуру почвы за счет увеличения количества почвенных агрегатов за счет выработки гломалина, гликопротеина, содержащегося в гифах, который способствует переносу воды и питательных веществ. Как только гифы на корнях теряют способность транспортировать воду и питательные вещества, гломалин высвобождается из гиф в почву.
Высвобожденный гломалин способствует хранению углерода и улучшает качество почвы за счет образования почвенных агрегатов. Это помогает улучшить поток воды в почве за счет улучшения структуры почвы и стимулирования роста других полезных микроорганизмов.
Менеджмент
При всех преимуществах АМ-грибов, какие стратегии управления можно использовать, чтобы максимизировать преимущества этих взаимоотношений? Конечно, баланс между грибами в почве очень тонкий, и не все АМ-грибы одинаковы.
Например, многие виды АМ-грибов конкурируют друг с другом в пределах корневой системы. Эта конкуренция может негативно повлиять на преимущества поглощения питательных веществ, обеспечиваемые любым видом, тогда как корневая система с несколькими доминирующими видами АМ-грибов, которые хорошо усваивают питательные вещества, может принести большую пользу растению-хозяину, в зависимости от хозяина и условий участка.
В некоторых случаях большее разнообразие АМ-грибов более полезно для растений-хозяев. История и география управления почвой сильно влияют на выбор видов и то, какие виды хорошо уживаются с какими хозяевами.
Некоторые методы ведения сельского хозяйства негативно влияют на АМ-грибы. Например, нарушение почвы может снизить рост, разнообразие и концентрацию гломалина в почве, повреждая гифы грибов.
Исследования в основном были сосредоточены на методах обработки почвы на полевых культурах, которые приводят к повреждению гиф грибов, но другие нарушения, наиболее важные для наших пастбищ, которые могут влиять на АМ-грибы в почве, нарушая сети гиф, включая строительство трубопроводов и добычу полезных ископаемых, не являются также учился на Среднем Западе.
Вероятно, наиболее влиятельной практикой, которая может снизить микоризную активность на пастбищах, является чрезмерное удобрение, которое снижает активность некоторых АМ-грибов за счет изменения соотношения N:P в почве.
Когда слишком много фосфора или азота доступно для растений из-за чрезмерного применения удобрений, услуги, предоставляемые АМ-грибами, больше не нужны для поглощения питательных веществ. Когда в почве не хватает питательных веществ, растения образуют эти ассоциации со своими грибковыми партнерами, что впоследствии может снизить потребность во внесении удобрений.
Здесь, в восточном Огайо, многие пастбища расположены на мелиорированных шахтных землях, которые известны плохим качеством и структурой почвы. В течение первых нескольких лет после рекультивации рудника содержание микоризы в почве остается низким, но со временем оно восстанавливается при наличии соответствующих растений-хозяев.
Например, первоначальное укоренение кормовых культур, таких как озимая пшеница, не будет способствовать значительной микоризной колонизации, но овсяница тростниковая прекрасно способствует укоренению этих грибов, поскольку этот вид трав является более подходящим хозяином.
Часто встречающиеся на пастбищах растения, не способствующие развитию микоризных ассоциаций, включают гречиху и крестоцветные, такие как кормовая редька. Если эти растения находятся на вашем пастбище, микоризные травы и бобовые могут быть не лучшим вариантом для посева.
Коммерческий
Некоторые микоризные инокуляты имеются в продаже, хотя исследования применения АМ-грибов, которые часто встречаются в биоудобрениях, были противоречивыми. Это, вероятно, связано с фактором местоположения — АМ-грибы, обнаруженные на местном уровне, более адаптированы к этой области и хозяевам, обнаруженным в этом регионе, чем АМ-грибы, завезенные из других мест.
Если вы рассматриваете возможность тестирования инокуляций АМ-грибков на пастбище, начните с малого и используйте виды АМ-грибов, совместимые с системой размещения и управления. Время инокуляции и конкуренция с другими АМ-грибами и почвенными микробами будут сильно влиять на успех инокуляции.
Многие коммерческие инокулянты предназначены для применения в теплицах и садах и могут иметь высокую цену — до 300 долларов за 25-фунтовый мешок, что не гарантирует успеха.
Прежде чем применять микоризные инокулянты, узнайте, в каких средах продукт работает лучше всего, и подтверждается ли польза ключевого организма продукта достоверными научными данными. Но самое главное, спросите, есть ли способ улучшить сообщество микоризы уже в почве.
Это, безусловно, область, в которой необходимы дополнительные исследования, особенно в отношении кормовых трав и бобовых.
Микоризные грибы обеспечивают большую экосистемную услугу для наших пастбищ, что при хорошем управлении может сэкономить деньги в будущем за счет улучшения качества почвы и сокращения применения удобрений.