Что такое микориза? Симбиоз культурных растений и грибов. Микоризы на службе человека
Опубликовано: 03.11.2018
С каждым годом популяция людей на Земле увеличивается. Если динамика роста не претерпит каких-либо изменений, то рубеж в 8 миллиардов жителей планеты будет преодолён уже в 2024 году, а ученые из ООН утверждают, что к 2100 году население планеты составит уже 11 миллиардов (!) человек. Поэтому проблема продовольственной безопасности уже сегодня стоит перед человечеством крайне остро.
Технологии, используемые в сельском хозяйстве в настоящее время, в основном делают упор на применении высокоэффективных сортов и использовании произведенных химическим способом удобрений и стимуляторов роста. Однако уже в скором времени, как прогнозирует большинство ученых, будет достигнут максимальный предел их эффективности, поэтому аграрии всего мира сегодня стоят перед поиском новых и нестандартных решений проблемы.
Одно из таких решений содержит в своей основе непосредственное использование возможностей земной экосистемы, включая живые микроорганизмы, органические вещества и минералы. Микроскопические организмы и грибы, в прямом смысле слова находятся у нас прямо под ногами, при этом они имеют огромный потенциал для того, чтобы приносить реальную пользу и экономически оправданную выгоду для сельского хозяйства.
Дело в том, что все высшие растения и грибы тесно взаимосвязаны между собой, являясь элементами одной природной системы, создавая, таким образом, некий симбиоз, играющий значимую роль в жизни большинства культур.
Что такое микориза?
Микори́за или грибокорень представляет собой симбиотическую ассоциацию мицелия гриба с корнями высших растений. Этот термин впервые ввел Альберт Бернхард Франк еще в далеком 1885 году.
Как оказалось, около 90% всех существующих на земле разновидностей растений содержат на своих корнях микоризу, которая играет значимую роль для их полноценного роста и развития.
В настоящее время ученые - агрономы выдвигают научно обоснованную теорию о содержании в почве особого вещества гломалина, которое представляет собой одну из разновидностей растительного белка. Как оказалось, данное вещество накапливается в грунте именно благодаря микоризным грибам. Более того, без этого вещества существование растений вообще невозможно.
Благодаря микоризам поглощающая поверхность корней у большинства растений увеличивается до 1000 (!) раз. При этом данные грибы способствуют значительному улучшению почвы, повышают пористость плодородного слоя грунта и улучшают процесс его аэрации.
Дело в том, что корневая система растений выделяет глюкозу, которая и привлекает симбионтов или образующие микоризу грибы. Чутко улавливая выделения сахара, грибы начинают опутывать корни растений своими гифами, создавая грибницу, и даже обладают способностью глубоко проникать внутрь культуры. Смысл данного проникновения состоит в том, чтобы получить возможность передавать друг другу питательные вещества.
Размножаясь на корнях растений, грибы создают массу тоненьких абсорбирующих нитей, которые имею способность проникать в мельчайшие поры находящихся в земле минералов, благодаря чему увеличивается поглощение питательных веществ и влаги. Удивительно, но в одном кубическом сантиметре может находиться микориза общей протяженностью нитей до 40 метров (!).
Данные нити, разрушая минералы, добывают из почвы ценнейшие макро и микроэлементы (к примеру, фосфор), которыми затем снабжают растения.
При этом зараженные грибом культуры лучше противостоят различным патогенным инфекциям, поскольку микоризы стимулируют их защитные функции.
Разновидности микоризы
Разновидностей микоризы существует несколько, но основных вида два:
· Внутренняя (эндомикориза). При внутренней микоризе грибы формируются непосредственно в корневой системе растений, поэтому применение эндомикоризы более эффективно и уже используется в сельском хозяйстве.
Чаще всего данный вид микоризы встречается на культурных садовых плодовых деревьях (яблонях, грушах и так далее), ее также можно встретить на ягодных и зерновых культурах, на некоторых видах бобовых и овощных (в частности на томатах и баклажанах). Эндомикориза характерна и для большинства декоративных культур и цветов.
· Внешняя или наружная (эктомикориза). При внешней микоризе гриб оплетает корень снаружи, не проникая внутрь его, а формируя вокруг корешков некие образования наподобие чехла (гифовую мантию).
Данный вид симбиоза является менее эффективным для применения в сельском хозяйстве, поскольку обмен питательными веществами носит в основном односторонний характер, при котором гриб потребляет синтезируемые растением сахара (глюкозу). Благодаря воздействию специальных гормонов, выделяемых грибом, молодые корни растений начинают обильно ветвиться и утолщаться.
Тем не менее, внешняя эктомикориза оказывает растениям и ощутимую пользу, помогая благополучно пережить суровое зимнее время, поскольку вместе с сахарами гриб забирает у растения и избыточную влагу.
Чаще всего наружную эктомикоризу можно встретить в лесных массивах (в дубравах, березовых рощах, у ив, тополей, кленов и так далее, но особенно характерна она для хвойных видов растений), где грибы создают плотную грибницу вокруг корневой системы деревьев.
Этапы прорастания эндомикоризы
Вначале споры грибов формируют особые крепления к корневой системе растений в виде наростов (присосок), которые называются апрессориями. Постепенно из этих образований внутрь корня начинает проникать гифа (специальный отросток, идущий из грибницы). Гиф способен пробить внешний эпидермис, попадая, таким образом, во внутренние ткани корневой системы, где начинает ветвиться, формируя грибной мицелий. Далее гифы проникают в растительные клетки, где создают арбускулы в виде сложных разветвлений, в которых и производится интенсивный обмен питательными веществами.
Арбускулы могут существовать в течение нескольких суток, а затем растворяются, при этом взамен старых гифы начинают формировать новые арбускулы. Данный процесс запрограммирован, контролируется специальным набором генов, и представляет собой наследственную системную модель, отвечающую за воссоздание микориз.
Микоризы на службе человека
Благодаря тому, что микоризы оказывают положительное воздействие на растения, способствуя их скорейшему росту и развитию, данные грибы все чаще применяют в сельском хозяйстве, садоводстве и лесном деле.
Увы, пока ученые не научились управлять процессом поведения микоризы, поэтому они пока не поддаются изменениям и плохо контролируются. Тем не менее, уже сегодня микоризы активно используются некоторыми хозяйствами для поддержки роста и развития растений (особенно молодых).
Грибы микоризы также используют на сильно обедненных почвах и в регионах, испытывающих регулярные проблемы с поливной водой. Кроме того их эффективно применяют в регионах, в которых произошли техногенные катастрофы, поскольку грибы успешно противостоят различным загрязнениям, в том числе крайне токсичным (например, микоризы превосходно нивелируют негативное воздействие тяжелых металлов).
Помимо всего прочего данный вид грибов отлично фиксирует азот и солюбилизируют фосфор, превращая его в более доступную и хорошо усвояемую растениями форму. Безусловно, что данный факт влияет на урожайность культур, притом без применения дорогостоящих удобрений.
Замечено, что обработанные микоризой растения дают более дружные всходы, у них лучше развивается корневая система, и улучшаются потребительские качества и размеры плодов. При этом вся продукция является исключительно экологически чистой, природной.
Кроме того, растения обработанные микоризой демонстрируют устойчивость к патогенным организмам.
В настоящее время существует масса препаратов, которыми обрабатываются семена растений, демонстрирующие положительный эффект.
Эндомикоризные грибы отлично подходят для улучшения питания овощей, декоративных растений и плодовых деревьев.
Особенно ценен опыт садоводов из Соединенных Штатов, которые выбрали для посадки плодовых деревьев землю полностью лишенную плодородия. Применение микоризных препаратов позволило ученым даже при таких неблагоприятных условиях через время создать на этом месте цветущий сад.
Полезные свойства микоризы
·Экономит влагу (до 50%)
· Накапливает полезные макро и микроэлементы, благодаря чему улучшается рост и развитие растений
· Повышает устойчивость растений к неблагоприятным климатическим и погодным условиям, а также оказывает противостояние солям и тяжелым металлам, нивелируя сильную зараженность почвы токсинами
· Повышает урожайность, способствует улучшению товарного вида и вкусовых качеств плодов
· Помогает противостоять различным патогенам и вредоносным организмам (например, гриб эффективен против нематод). Некоторые разновидности грибов могут подавлять до 60 разновидностей патогенов, вызывающих гниль, паршу, фитофтороз, фузариоз и прочие болезни
· Повышает иммунитет растений
· Способствует ускорению процесса цветения
· Ускоряет процесс приживаемости культур и положительно влияет на рост зеленой массы
На самом деле в природе микориза существует уже 450 миллионов лет и по-прежнему эффективно трудится, помогая разнообразить современные виды культур.
Микориза работает по принципу насоса, впитывая воду из почвы и извлекая из почвы полезные вещества, а в ответ, получая жизненно важные для себя углеводы. Ее споры могут распространяться на десятки метров, охватывая гораздо большую площадь, чем могут себе позволить обычные культуры. Поэтому благодаря такому тесному сотрудничеству растения лучше плодоносят, проявляют устойчивость к различным заболеваниям, хорошо переносят неблагоприятные погодные условия и бедные почвы.
Будущее за микоризой? Время покажет.
З кожним роком населення на Землі збільшується. Якщо динаміка зростання не зазнає будь-яких змін, то рубіж у 8 мільярдів жителів планети буде подоланий вже у 2024 році, а вчені з ООН стверджують, що до 2100 року населення планети становитиме вже 11 мільярдів (!) осіб. Тому проблема продовольчої безпеки вже сьогодні постає перед людством украй гостро.
Технології, що використовуються в сільському господарстві в даний час, в основному наголошують на застосуванні високоефективних сортів і використанні вироблених хімічним способом добрив та стимуляторів зростання. Проте вже незабаром, як прогнозує більшість учених, буде досягнуто максимальної межі їх ефективності, тому аграрії всього світу сьогодні стоять перед пошуком нових та нестандартних рішень проблеми.
Одне з таких рішень містить у своїй основі безпосереднє використання можливостей земної екосистеми, включаючи живі мікроорганізми, органічні речовини та мінерали. Мікроскопічні організми та гриби, у прямому розумінні слова, знаходяться у нас прямо під ногами, при цьому вони мають величезний потенціал для того, щоб приносити реальну користь і економічно виправдану вигоду для сільського господарства.
Справа в тому, що всі вищі рослини та гриби тісно взаємопов'язані між собою, будучи елементами однієї природної системи, створюючи таким чином якийсь симбіоз, який відіграє значну роль у житті більшості культур.
Що таке мікориза?
Мікориза або грибокорінь є симбіотичною асоціацією міцелію гриба з корінням вищих рослин. Цей термін вперше запровадив Альберт Бернхард Франк ще далекого 1885 року.
Як виявилося, близько 90% усіх існуючих на землі різновидів рослин містять на своєму корінні мікоризу, яка відіграє значну роль для їх повноцінного зростання і розвитку.
В даний час вчені - агрономи висувають науково обґрунтовану теорію про вміст у ґрунті особливої речовини гломалину, яка є одним з різновидів рослинного білка. Як виявилося, ця речовина накопичується в ґрунті саме завдяки мікоризним грибам. Більш того, без цієї речовини існування рослин взагалі неможливе.
Завдяки мікоризам поглинаюча поверхня коренів у більшості рослин збільшується до 1000 (!) разів. При цьому ці гриби сприяють значному поліпшенню ґрунту, підвищують пористість родючого шару ґрунту та покращують процес його аерації.
Справа в тому, що коренева система рослин виділяє глюкозу, яка і приваблює симбіонтів або гриби, що утворюють мікоризу. Чуйно уловлюючи виділення цукру, гриби починають обплутувати коріння рослин своїми гіфами, створюючи грибницю, і навіть мають здатність глибоко проникати всередину культури. Сенс цього проникнення полягає в тому, щоб отримати можливість передавати поживні речовини один одному.
Розмножуючись на коренях рослин, гриби створюють масу тоненьких абсорбуючих ниток, які мають здатність проникати в дрібні пори мінералів, що знаходяться в землі, завдяки чому збільшується поглинання поживних речовин і вологи. Дивно, але в одному кубічному сантиметрі може бути мікориза загальною протяжністю ниток до 40 метрів (!).
Ці нитки, руйнуючи мінерали, видобувають із ґрунту найцінніші макро та мікроелементи (наприклад, фосфор), якими потім постачають рослини.
При цьому заражені грибом культури краще протистоять різним патогенним інфекціям, оскільки мікоризи стимулюють їх захисні функції.
Різновиди мікоризи
Різновидів мікоризи існує кілька, але основних види два:
· Внутрішня (ендомікориза). При внутрішній мікоризі гриби формуються безпосередньо в кореневій системі рослин, тому застосування ендомікоризи є більш ефективним і вже використовується в сільському господарстві.
Найчастіше цей вид мікоризи зустрічається на культурних садових плодових деревах (яблунях, грушах і так далі), її також можна зустріти на ягідних та зернових культурах, на деяких видах бобових та овочевих (зокрема на томатах та баклажанах). Ендомікориза характерна і для більшості декоративних культур та квітів.
· Зовнішня або зовнішня (ектомікориза). При зовнішній мікоризі гриб обплітає корінь зовні, не проникаючи всередину його, а формуючи навколо корінців деякі утворення на кшталт чохла (гіфової мантії).
Цей вид симбіозу є менш ефективним для застосування в сільському господарстві, оскільки обмін поживними речовинами носить в основному односторонній характер, при якому гриб споживає рослини цукру, що синтезуються (глюкозу). Завдяки впливу спеціальних гормонів, що виділяються грибом, молоде коріння рослин починає рясно розгалужуватися і потовщуватися.
Тим не менш, зовнішня ектомікориза надає рослинам і відчутну користь, допомагаючи благополучно пережити суворий зимовий час, оскільки разом із цукром гриб забирає у рослини та надмірну вологу.
Найчастіше зовнішню ектомікоризу можна зустріти в лісових масивах (у дібровах, березових гаях, у верб, тополь, кленів і так далі, але особливо характерна вона для хвойних видів рослин), де гриби створюють щільну грибницю навколо кореневої системи дерев. /p>
Етапи проростання ендомікорізи
Спочатку суперечки грибів формують особливі кріплення до кореневої системи рослин у вигляді наростів (присосків), які називаються апресоріями. Поступово з цих утворень усередину кореня починає проникати гіфа (спеціальний відросток, що йде з грибниці). Гіф здатний пробити зовнішній епідерміс, потрапляючи таким чином у внутрішні тканини кореневої системи, де починає розгалужуватися, формуючи грибний міцелій. Далі гіфи проникають у рослинні клітини, де створюють арбускули у вигляді складних розгалужень, в яких і відбувається інтенсивний обмін поживними речовинами.
Арбускули можуть існувати протягом декількох діб, а потім розчиняються, при цьому замість старих гіфи починають формувати нові арбускули. Цей процес запрограмований, контролюється спеціальним набором генів, і є спадковою системною моделлю, що відповідає за відтворення мікориз.
Мікоризи на службі людини
Завдяки тому, що мікоризи надають позитивний вплив на рослини, сприяючи їхньому швидкому зростанню та розвитку, ці гриби все частіше застосовують у сільському господарстві, садівництві та лісовій справі.
На жаль, поки що вчені не навчилися керувати процесом поведінки мікоризи, тому вони поки що не піддаються змінам і погано контролюються. Проте вже сьогодні мікоризи активно використовуються деякими господарствами для підтримки росту та розвитку рослин (особливо молодих).
Гриби мікоризи також використовують на сильно збіднених ґрунтах та в регіонах, що мають регулярні проблеми з поливною водою. Крім того, їх ефективно застосовують у регіонах, в яких відбулися техногенні катастрофи, оскільки гриби успішно протистоять різним забрудненням, у тому числі вкрай токсичним (наприклад, мікоризи чудово нівелюють негативний вплив важких металів).
Окрім іншого даний вид грибів відмінно фіксує азот і солюбілізують фосфор, перетворюючи його на більш доступну і добре засвоювану рослинами форму. Безумовно, цей факт впливає на врожайність культур, до того ж без застосування дорогих добрив.
Помічено, що оброблені мікоризою рослини дають дружні сходи, у них краще розвивається коренева система, і покращуються споживчі якості та розміри плодів. При цьому вся продукція є виключно екологічно чистою, природною.
Крім того, рослини, оброблені мікоризою, демонструють стійкість до патогенних організмів.
В даний час існує маса препаратів, якими обробляються насіння рослин, що демонструють позитивний ефект.
Ендомікоризні гриби відмінно підходять для покращення харчування овочів, декоративних рослин та плодових дерев.
Особливо цінний досвід садівників зі Сполучених Штатів, які вибрали для посадки плодових дерев землю повністю позбавлену родючості. Застосування мікоризних препаратів дозволило вченим навіть за таких несприятливих умов через час створити на цьому місці квітучий сад.
Корисні властивості мікоризи
·Економить вологу (до 50%)
· Накопичує корисні макро та мікроелементи, завдяки чому покращується зростання та розвиток рослин
· Підвищує стійкість рослин до несприятливих кліматичних та погодних умов, а також надає протистояння солям та важким металам, нівелюючи сильну зараженість ґрунту токсинами
· Підвищує врожайність, сприяє покращенню товарного вигляду та смакових якостей плодів
· Допомагає протистояти різним патогенам та шкідливим організмам (наприклад, гриб ефективний проти нематод). Деякі різновиди грибів можуть пригнічувати до 60 різновидів патогенів, що викликають гнилизна, паршу, фітофтороз, фузаріоз та інші хвороби
· Підвищує імунітет рослин
· Сприяє прискоренню процесу цвітіння
· Прискорює процес приживання культур і позитивно впливає на зростання зеленої маси
Насправді в природі мікоризу існує вже 450 мільйонів років і, як і раніше, ефективно працює, допомагаючи урізноманітнити сучасні види культур.
Мікориза працює за принципом насоса, вбираючи воду з ґрунту та витягуючи з ґрунту корисні речовини, а у відповідь, отримуючи життєво важливі для себе вуглеводи. Її суперечки можуть поширюватися на десятки метрів, охоплюючи набагато більшу площу, ніж можуть собі дозволити звичайні культури. Тому завдяки такому тісному співробітництву рослини краще плодоносять, виявляють стійкість до різних захворювань, добре переносять несприятливі погодні умови та бідні ґрунти.
Майбутнє за мікоризою? Час покаже.
