Из корней растений грибы потребляют: Грибы из корней растений получают: а) органические в-ва б) минеральные соли в) витамины г) воду…

Идеальная пара: в ТГУ научились использовать симбиоз гриба и дерева

ТОМСК,
25 сен – РИА Томск, Елена Тайлашева. Деревья и грибы – один
из самых древних симбиозов в природе, они «сплетены» под землей и
друг без друга не выживут. Ради того, чтобы изучать этот удивительный союз,
аспирантка Томского госуниверситета Ксения Карбышева поменяла международные
отношения на экологию. Как это все поможет саженцам яблони или вишни в вашем саду – в материале РИА
Томск.

«Я
тебя знаю»

«Я люблю мёд. Я подсаживаю себе на язык пчелу,
питаюсь чем-нибудь (и кормлю ее), и она отдает мне мёд прямо в рот», – такой
аналогией аспирантка Биологического института ТГУ Ксения Карбышева описывает
явление, которое она изучает – симбиотические ассоциации грибов и хвойных
деревьев (микориза). И восхищенно добавляет:

«Это же нереально круто! Два совершенно разных
организма в таком тесном и гармоничном взаимодействии…».

Ассоциация между деревьями и грибами – одна из самых
древних форм «сотрудничества» в природе (учитывая, что хвойные –
вообще одна из первых форм наземной растительности). Они существовали вместе
долгое время и в конце концов «придумали», как помочь друг другу
выжить.

© предоставила Ксения Карбышева

«Когда корень дерева растет, он выделяет сигнальные молекулы, которые «привлекают» мицелий. Мицелий оплетает корень, проникает под чехлик и распространяется во внутренних тканях корня. Так формируется симбиотическая структура – микориза, профит от которой получают все», – поясняет Ксения Карбышева.

«Смотрите: растения потребляют минеральные вещества
только в растворенном виде. Что в водном растворе в почве есть, то они и могут «съесть».
И этого зачастую мало… У грибов другая биохимия: они способны сами растворять
минералы и потреблять их из почвы. Объединяясь с деревом, гриб берет на себя
функцию по добыче питательных веществ и через корень поставляет их «партнеру».

Кроме того, при формировании микоризы происходит
укрепление иммунитета дерева: когда мицелий проникает в корень, у дерева
начинается ответная иммунная реакция – оно чувствует чужеродное тело. Но
распознав своего давнего соседа, успокаивается, успев при этом получить этакую
прививочку», – поясняет Ксения Карбышева.

Интерес грибов в том, что и они получают себе под
землю эксклюзивное питание: органический углерод, образованный в процессе
фотосинтеза, дерево направляет для питания всем своим органам, в том числе
корням.

О своих исследованиях Ксения Карбышева часто рассказывает на научных турнирах Science Slam. В 2018 году она выиграла интеллектуальный баттл между Россией, США и Германией.

«В ассоциации вступают определенные виды грибов
и определенные виды деревьев (не зря подосиновик растет под осиной, а
подберезовик – под березой). Благодаря нашим исследованиям стало более понятно,
кто обитает в томских лесах, кто из грибов наиболее подходит на роль
перспективного партнера хвойных деревьев (изучаем именно их).

Если мы такой гриб находим, то на основе его мицелия
можем создать препарат, который поможет дереву «пережить» пересадку в
питомнике, в саду, при озеленительных и лесовосстановительных работах – в
общем, в любых условиях, когда оно вынуждено приспосабливаться к новой среде.
То есть это фундаментальные исследования, но с очень понятным практическим
результатом», – отмечает ученый.

Сплошные
открытия

Разбираться, как и почему растут растения, Ксения
любила с детства. Но в старших классах увлеклась иностранными языками и решила
поступать на международные отношения в Томский госуниверситет.

«Я из Улан-Удэ, там это актуально – рядом
граница (с Монголией). Томск выбрала потому, что меня привлек имидж ТГУ как
центра сибирской науки. Ни разу не пожалела о выборе! Тем более, от любимой
темы далеко не ушла – мои курсовые и диплом были связаны с экологией (изучала
международное экологическое законодательство, влияние изменений климата на
политику и экономику)», – вспоминает Карбышева.

© предоставила Ксения Карбышева

Когда у Ксении родился сын, они с подругами организовали группу «взаимоняньства». Карбышева отвечала за естественные науки: «Вот как показать размер микробов? Мы рвали бумагу, выбирали самый мелкий листочек, и я говорила: «А микроб еще меньше!». Это было хорошее время – время общения с ребенком».

После получения диплома она некоторое время работала
по специальности в отделе внешнеэкономических связей одного томского
предприятия, потом преподавала английский, но все время тянуло в биологию…

«В итоге я поступила в магистратуру
Биологического института. Сказала, что мне нужна такая тема, где побольше
биологии и поменьше химии (отношения с ней так и не сложились), и мне дали
изучать симбиоз бобовых растений и симбиотических азот-фиксирующих бактерий.

Есть такая сельскохозяйственная культура – нут,
очень популярная, и есть бактерии, которые в симбиозе с этим растением
фиксируют азот из воздуха. Если сделать на их основе микробиологический
препарат, то азотных удобрений для выращивания этой культуры нужно намного
меньше (для понимания: чтобы произвести 1 тонну азота, нужно 4,5 тысячи киловатт
электроэнергии)», – рассказывает Ксения Карбышева.

В аспирантуру она попала к Ольге Борисовне Вайшле,
ученому-микологу. Тема грибов досталась почти случайно – по ней был грант и,
соответственно, хорошее финансирование.

«При этом симбиоз грибов именно с кедром (сосной
сибирской), который занимает большую часть Сибири, никто не изучал, так что
все, что ни сделаешь в этой теме, будет открытием. За время исследований я
обнаружила в Томской области 67 потенциально интересных видов грибов, которые
могут помогать кедру», – рассказывает Ксения Карбышева.

© предоставлено пресс-службой Томского госуниверситета

Для изготовления препарата по уходу за растениями по специальной методике отделяется небольшой кусочек гриба, высаживается на питательную среду. Далее выросший таким образом мицелий изучается, подтверждается его соответствие, чистота – и начинается его масштабирование.

Спасти
деревья

© РИА Томск. Таисия Воронцова

Фундамент леса: зачем звезды науки о грибах изучали томский лес

Ученый исследовала два кедровника – Лоскутовский и
Зоркальцевский, а также сосняк в Тимирязевском (там сейчас активно формируется
подрост кедра). С мая по октябрь выхаживала десятки километров по лесам,
собирая образцы. Осенью начиналась работа в лаборатории: на специальном
оборудовании делались очень тонкие срезы корней, измерялась ширина грибного
чехла, считалось количество клеток в корне…

«Я четко увидела: деревьям в Зоркальцеве плохо.
Их микоризы показывали те же параметры, что и деревья, которые либо затенены,
либо чем-то перетянуты, и ток углеродсодержащих веществ к корням перекрыт. Одной
из вероятных причин может быть то, что кедры в Зоркальцеве растут очень густо.  

А вот в Лоскутове очень хорошие показатели и у
взрослых деревьев, и у молодняка. Мы нашли там самое большое количество видов
грибов, которые вступают в симбиоз с кедром. В Зоркальцеве их намного меньше, в
Тимирязевском – еще меньше», – рассказывает Ксения.

© РИА Томск. Павел Стефанский

У кедра высокая специализация – он образует микоризу только с конкретными грибами. Его любимец – масленок сибирский.

Кандидатская диссертация на основе этих исследований
уже написана, Ксения готовится к ее защите. На практике исследования ее и коллег
применяются в университетской компании «Микобакс», которая производит
«живые» микробиологические препараты, в том числе на основе мицелия
грибов. Они активизируют рост разных растений, от рассады до садовых деревьев
типа яблони и вишни. Ксения отвечает за продвижение продукции.

«Впервые за шесть лет не занимаюсь сбором
образцов и меня, честно говоря, подколбашивает – так хочется что-нибудь
порезать! Совсем не исключаю, что вернусь в науку: в моей теме еще очень много
белых пятен», – улыбается она.

© предоставила Ксения Карбышева

«За годы исследований я поняла, что лес – это бесценный дар. Видели когда-нибудь, как всходят кедры? Кучкой в 10-15 штук, сколько кедровка орешков закопала. Выживает один, сильнейший. Его генетический материал уникален, поэтому каждое срубленное дерево – это преступление», – считает Ксения.

Гриб Господень: Статьи экологии ➕1, 28.07.

2020

У большинства россиян отношения с грибами сводятся к потреблению и собирательству. Мы можем отличить мухомор от шампиньона, знаем о ядовитых и съедобных видах, любим ходить в лес по грибы, но почти не интересуемся теми, что не попадают в наши корзины и сковородки. А зря — грибы существуют на планете намного дольше людей и способны многому нас научить. Plus-one рассказывает о самых необычных сферах применения грибов и объясняет, как третье царство может стать решением многих глобальных проблем.

Иллюстрация Анастасии Лобовой

Грибы — лишь верхушка подземного айсберга. Основная часть гриба скрыта от глаз и состоит из миллионов тончайших паутинок — грибницы, или мицелия. Она представляет огромный потенциал для развития науки и технологий. Привычные нам «шляпки» и «ножки» содержат споры и служат для размножения мицелия. Люди и животные переносят споры на себе — так грибница заселяет новые территории.

Мицелиальными колониями пронизаны практически все земляные покровы на планете. В одной унции (30 г) почвы содержатся тысячи видов грибов. По словам американского миколога Пола Стемеца, мицелий составляет около 30% земли, по которой мы ходим. Грибы — одни из самых выносливых и древних жителей планеты. Они способны адаптироваться к разным условиям. Грибница умеет «ломать» скалы и асфальт, а также преобразовывать окружающую среду под себя.

Мицелии выделяют особые ферменты и кислоты, с помощью которых происходит «переработка» разных минеральных и органических веществ. Если бы грибов не было, то вся поверхность Земли вскоре покрылась бы останками растений и животных. Благодаря грибам этого не происходит, они разлагают сложные органические соединения до простых элементов, питаются ими сами, насыщают земли и влияют на их минеральный состав. Более того, мицелий аэрирует почву, может регулировать кислотность, помогает удерживать влагу. Некоторые виды грибов образуют связи (микоризу) с корнями деревьев, кустарников и трав. Этот тесный союз имеет важное значение для «здоровья» лесной экосистемы. Потеря грибного разнообразия может привести к засухам, обеднению почв, сокращению популяции насекомых, птиц, цветов и млекопитающих.

Такие необычные свойства «подземного» царства можно использовать для решения многих экологических проблем.

Грибы отлично справляются с органическим мусором. Это свойство уже успешно применяют в Гане. Ежемесячно на местном пищевом комбинате образуется около 120 тонн отходов маниока (клубневое тропическое растение, похожее на батат или картофель. — Прим. ред.). Раньше очистки выбрасывали, а теперь — перемешивают с древесными опилками, сушат, фасуют и засевают мицелием. Уже через пять дней на «грядках» появляются съедобные грибы. Плюсов много: эффективное использование отходов, помощь экономике и поддержка местных фермеров.

Отдельные виды грибов способны бороться не только с пищевым, но и с пластиковым мусором. Микроспоры Pestalotiopsis способны переваривать и разрушать полиуретановый пластик, преобразуя его в органические вещества, без кислорода. Ученые считают, что гриб можно использовать как в быту, так и на свалках.

Один из штаммов вешенки тоже питается полимерами. Катарина Унгер из Утрехтского университета работает над проектом Fungi Mutarium — это устройство, способное перерабатывать пластик в съедобные грибы за пару недель. Работа ведется в тесном сотрудничестве с микробиологами — они подбирают виды грибов для устройства. Как только ученые получат положительные результаты, технологию можно будет применять в широких масштабах и решить сразу две глобальные проблемы — голод и пластиковое загрязнение.

Плесень — одна из разновидностей грибов. Исследователи из американского химического общества доказали, что ее можно использовать для ресайклинга литий-ионных аккумуляторов. Эксперимент проводили с тремя штаммами грибов: Aspergillus niger, Penicillium simplicissimum и Penicillium chrysogenum. Каждый из них вырабатывает щавелевую и лимонную кислоты, которые выступают в качестве плавильного агента, заменяя печи или химические растворы. Благодаря воздействию этих веществ из отработанных батарей получилось извлечь 85% лития и 48% кобальта. Сейчас ученые проверяют работу других органических кислот и ищут штаммы грибов, которые позволили бы извлекать металлы более эффективно.

Процесс рекультивации загрязненной окружающей среды с помощью грибов называют микоремедиацией. Мицелий способен противостоять не только пластику, но и более серьезным «врагам», таким как патогенная микрофлора и разливы нефти.

Пол Стемец совместно с учеными из Мемориального института Баттеля провел эксперимент на площадке техобслуживания транспортных средств, где почва почернела от нефти и пахла ароматическими углеводородами. Одну — контрольную — кучу земли не обрабатывали ничем, две другие пропитали энзимами и бактериями, а четвертую «привили» мицелием вешенки Pleurotus ostreatus. Все кучи накрыли брезентом. Спустя месяц три кучи по-прежнему были темными и зловонными, а грибная «грядка» стала светлее и дала «плоды». Анализы показали, что более 95% полициклических ароматических углеводородов было разрушено и превращено в нетоксичные компоненты, а сами грибы не содержали нефтепродуктов.

Дело в том, что мицелий вырабатывает пероксидазу (собственный энзим), которая способна разорвать углеродно-водородные связи. В результате образуются углеводы — грибковые сахара. На этом история не закончилась: через восемь недель грибы сгнили, что привлекло к этому месту мух, затем — других насекомых, а следом за ними — и птиц. Пернатые, в свою очередь, принесли семена растений. Бывшая нефтяная куча превратилась в оазис жизни. Дальнейшие исследования показали, что Pleurotus ostreatus устойчив к воздействию морской воды и может выполнять свою «работу» по «уборке» нефтяных разливов не только на суше, но и в океане.

Некоторые грибы питаются более «тяжелыми» «продуктами». На стенах четвертого энергоблока Чернобыльской АЭС со временем появилась плесень. Международная группа ученых обнаружила, что три гриба, содержащих пигмент меланин, — Cladosporium sphaerospermum, Wangiella dermatitidis и Cryptococcus neoformans — поглощают радиацию и конвертируют ее в энергию для развития своих организмов. Специалисты NASA считают, что этот механизм можно использовать для создания средств защиты от радиации.

Кладоспорий Сфаэроспермум. К роду кладоспорий относится около 50 видов грибов. Большинство видов — сапротрофы (проще говоря, падальщики), которые встречаются на различных остатках растительного и животного происхождения, некоторые виды — паразиты

Фото: Matt Bertone / Flickr.com

Также мицелий способен поглощать болезнетворные бактерии и выступать в роли биологического фильтра. Технология, разработанная Стемецом, использует строфарию морщинисто-кольцевую (Stropharia rugoso-annulata) как микофильтр для улучшения качества воды: он уменьшает содержание бактерий кишечной палочки в стоках до незначительного.

В лесах Патагонии был обнаружен гриб Gliocladium roseum, синтезирующий смесь углеводородов, которая по составу сходна с дизельным топливом. В качестве сырья гриб использует целлюлозу дерева, на котором он живет (эвкрифия сердцелистная). Вырабатываемое вещество получило название «микодизель».

Науке и до этого были известны микроорганизмы, производящие отдельные углеводороды, однако Gliocladium roseum может выделять десятки различных соединений, пригодных для производства топлива. Гриб синтезирует солярку в малых количествах, недостаточных для промышленного использования, но в будущем специалисты планируют на основе этого штамма создать виды с более значительным «выходом» необходимых веществ. По мнению ученых, этот гриб может быть использован не только в качестве источника дизтоплива, но и как утилизатор отходов целлюлозно-бумажных предприятий.

Пчелам по всему миру в последние годы приходится несладко, их численность падает из-за чрезмерного использования инсектицидов и распространения болезней. Одна из серьезных угроз — вирус деформации крыла, переносимый крошечными клещами. Пол Стемец и энтомолог Уолтер Шеппард обнаружили, что грибы-трутовики родов Fomes и Ganoderma уменьшают количество вирусов у пчел. Ученые поили группу насекомых подслащенной водой с экстрактом трутовиков. Эксперимент показал, что пчелы, употреблявшие грибной «сироп», чувствовали себя намного лучше, чем их собратья. Концентрация вируса в их организме снижалась — до более чем 800 раз.

Кроме того, грибы можно использовать для борьбы с вредными насекомыми. Стемец работает над созданием микопестицидов, которые смогут истреблять определенные виды насекомых. «Мы не ведем с ними войну, а просто хотим защитить наши дома, сельскохозяйственные культуры и пчел…», — рассказывает Пол о философии применения микопестицидов. Для этих целей будут использовать Metarhizium anisopliae — гриб, привлекающий насекомых в качестве лакомства. Стемец уже протестировал его на своем доме и муравьях-древоточцах. Насекомые съели мицелий и превратились в мумий. Эта технология могла бы полностью изменить индустрию использования инсектицидов по всему миру, сделать ее более «мягкой» и направленной на определенную группу вредителей.

У людей и грибов есть общие враги — вирусы и болезнетворные бактерии. Грибы «живут» не в самых благоприятных условиях, в почве, кишащей патогенной микрофлорой. В отличие от многих растений, они способны вырабатывать «защиту» от нее, поэтому грибы — лучший источник антибиотиков для человека.

Пенициллин — первый антибиотик в истории. Был открыт в 1928 году британским микробиологом Александром Флемингом, который выделил его из плесневых грибов Penicillium notatum

Фото: iStock.com

Известный всем пенициллин до сих пор используют в производстве многих препаратов. Грибы шиитаке и эноки входят в обязательный список средств для лечения онкобольных в Японии. Но, к сожалению, разнообразие «грибных» лекарств постоянно сокращается из-за уничтожения лесов.

Лечение грибами называется фунготерапией. В России подобные практики нередко считают шарлатанством, однако люди по всему миру испытывают к фунготерапии небывалый интерес. Big Pharma — так называют крупнейших производителей лекарств и БАДов — выводит на рынок все больше грибных препаратов. Российский миколог Михаил Вишневский объясняет: «Большая часть активных, добросовестных практикующих врачей, которые лечат нас с вами сегодня, обучались и проходили практику в те времена, когда о фунготерапии еще даже не слышали, поэтому совершенно естественным образом они воспринимают все, что связано с лечением грибами, как шарлатанство». Но, как отмечает Вишневский, Big Pharma в последние годы тратит миллиарды долларов на исследования и испытания таких препаратов. «Грибы лечат», — подчеркивает миколог.

Об употреблении грибов в пищу россияне знают много. Однако грибы попадают на стол не только в привычном виде, но и с другими продуктами. Дрожжи — тоже гриб, который содержится в квасе и хлебе, а некоторые штаммы плесени используются для производства сыров (дорблю, рокфор, камамбер) и ферментации соевого соуса.

Недавно из грибов научились делать искусственное мясо — буквально за считанные дни. Компания Ecovative использует способность мицелия синтезировать волокна, чтобы имитировать мышечную ткань настоящих стейков, куриных грудок и рыбного филе. Грибное мясо богато белком и питательными веществами. Его использование способствует решению одной из главных климатических проблем — сокращению выбросов парниковых газов от животноводства.

Мицелий можно применять и в строительстве. Разработчики компаний Terreform ONE и Genspace придумали, как с помощью грибов получать строительные блоки и разнообразную мебель.

Биоинженеры взяли смесь гипса, овсяных отрубей, древесной щепы и засеяли ее грибом Ganoderma Lucidum. Этот «микс» они засыпали в формы (молды). В теплой и влажной среде гриб «перерабатывает» данные ему компоненты. Смесь затвердевает, превращаясь в однородный, прочный и функциональный материал, который получил название Mycoform. Его себестоимость — низкая, поскольку для производства используют в основном отходы. Разработчики предполагают, что в развивающихся странах «грибную» мебель смогут купить даже люди с низким доходом. Кроме того, она безвредна для окружающей среды, легко разлагается и превращается в компост. Разработчики предлагают делать из Mycoform строительные блоки и возводить из них дома.

Ученые NASA уже всерьез задумались о такой перспективе. В Центре исследований Эймса в Кремниевой долине ведется разработка проекта по микоархитектуре. Дома для лунных и марсианских колонистов хотят выращивать из грибов. По словам руководителя проекта, Линн Ротшильд, нынешние конструкции обитаемых модулей подразумевают переправку материалов с Земли. Предлагаемая идея принципиально отличается: предполагается, что мицелий будет использоваться для «выращивания» жилищ на месте. Конечная цель разработки — компактная конструкция, которую колонисты смогут с легкостью развернуть на поверхности чужой планеты. Добавь немного воды, запусти процесс роста грибов — и получи новую среду обитания.

Грибы помогают развивать этичное производство. Все чаще дизайнеры по всему миру отказываются от натуральных меха и кожи, заменяя их в том числе на материалы, произведенные из грибов. Немецкий бренд Nat-2 выпускает кроссовки, внешняя часть которых полностью сделана из трутовиков.

Нидерландский дизайнер Аниела Хойтинк основала проект MycoTex на принципах устойчивой моды. Аниела создала платье из мицелия. Вид и текстуру изделия можно легко изменить по желанию клиента, что также упрощает ремонт. Нитки и шитье не требуются: грибницу спрессовывают в специальных формах, а полученные элементы сращивают между собой в нужные модули. В процессе производства не используются химикаты, расход воды минимален, а изготавливаемый материал биоразлагаем.

Биосаван от компании Coeio

Фото: coeio.com

Закончить жизнь экологично предлагает компания Coeio, выпускающая биосаваны, пронизанные клетками мицелия. Такой погребальный костюм — вариант «зеленого» захоронения — очищает тело и почву от токсинов, а также помогает питательным веществам правильнее и быстрее распределяться в окружающей среде. Всеми вредными веществами займутся грибы — они съедят их и не допустят отравления земель.

Грибы можно использовать как материал для производства упаковки — взамен пенопласта. Вышеупомянутая компания Ecovative с 2008 года использует для изготовления упаковки материал Mycoflex. Мицелий смешивают с органическими отходами сельского хозяйства, такими как кукурузная шелуха, с коноплей, с отходами текстильной промышленности и засыпают в формы. Когда упаковка вырастает до нужного размера, ее извлекают и высушивают, тем самым останавливая рост грибов. Эта экоальтернатива пластику полностью биоразлагаема и превратится в компост всего за несколько недель. Упаковочную продукцию Ecovative уже используют IKEA, Dell и другие компании.

Все эти примеры показывают, как велик потенциал грибов. Они могут восстанавливать окружающую среду от загрязнений, бороться с отходами, помогать насекомым, животным и растениям, заменять мясо и текстиль, способствовать здоровью и благополучию людей. На сегодняшний день ученые открыли около 5 млн видов грибов — это в пять раз больше, чем количество известных науке видов растений. Лишь малая часть из них изучена до конца, а потому человечеству только предстоит «приручить» грибное царство и узнать, какие еще тайны скрыты в его недрах.

Подписывайтесь на наш канал в Яндекс.Дзен.

Автор

Анастасия Троянова

Микориза

NYBG.org: Скрытые партнеры: микоризные грибы и растения