Исследование симбиотических отношений микоризных грибов в корнях растений и бактериальных сообществ в почве
Растения и арбускулярные микоризные грибы сосуществуют во взаимовыгодных отношениях. Грибы колонизируют корни растений и помогают им поглощать питательные вещества. Взамен растения обеспечивают грибы необходимым углеродом.
«Эти грибы — биотрофы; они не могут самостоятельно получать необходимые питательные вещества, поэтому формируют симбиотические отношения, или микоризу, с корнями растений», — пояснил профессор Мохамед Хиджри.
Грибы поселяются в корне растения, между его стенкой и мембраной, и образуют сильно разветвленные структуры — арбускулы.
Взаимодействие грибов и бактерий
Грибной мицелий помогает растениям поглощать воду и питательные вещества из почвы. Однако грибы также взаимодействуют с бактериальными сообществами в почве. Они выделяют часть поглощенного углерода обратно в почву, чтобы привлечь бактерий. Те, в свою очередь, разлагают органическое вещество и высвобождают питательные вещества, которые затем поглощаются растением.
Это означает, что грибы секвестрируют часть углерода, который в противном случае попал бы в атмосферу.
В рамках докторской диссертации Закария Лахрач исследовал механизмы, с помощью которых арбускулярные микоризные грибы рекрутируют почвенные бактерии и делают фосфат доступным для растений. Некоторые почвенные бактерии способствуют растворению фосфата, что критически важно для роста и развития растений.
Результаты двухлетней экспериментальной работы были опубликованы в журнале Environmental Microbiome.
Эксперимент с тремя видами грибов
Лахрач изучил бактериальный рекрутинг тремя видами грибов: Rhizophagus irregularis, Rhizophagus clarus и Rhizophagus cerebriforme. Также исследовалось влияние добавления бактериального сообщества (микробного биоаугментирования) в некоторые образцы.
«Мы хотели увидеть, повлияет ли добавление бактерий, которых изначально не было в почве, на рекрутинг бактерий грибами», — объяснил Лахрач.
Важной особенностью исследования стало изолирование отдельных эффектов растения и грибов на бактериальный рекрутинг.
Уникальные отношения грибов и бактерий
Было обнаружено, что все три вида арбускулярных микоризных грибов увеличили рост экспериментальных растений (лука-порея Allium porrum), что измерялось биомассой побегов и корней, а также концентрацией хлорофилла.
Несмотря на генетическую близость, каждый вид грибов рекрутировал различное бактериальное сообщество. Грибы адаптировались к экспериментальным условиям и играли центральную роль в созданных экосистемах.
Микробное биоаугментирование сработало только в присутствии грибов, что подчеркивает их ключевую роль в стимулировании роста растений.
По сути, грибы действуют как проводники в процессе бактериального рекрутинга через свой мицелий, модулируя взаимодействие между почвенными бактериями и растением и позволяя растению получать доступ к питательным веществам, таким как фосфор и азот.
«Микоризные грибы подобны передаточному ремню между почвенной микробиотой и корнями», — сказал Хиджри.
Польза для сельского хозяйства
Использование микоризных грибов может помочь сохранить здоровье почвы, сократив использование химических удобрений и пестицидов и их вредное воздействие.
Это исследование помогает прояснить сложные взаимодействия между арбускулярными микоризными грибами и бактериальными сообществами, что важно для использования их потенциала в конкретных почвенных условиях для сельскохозяйственного производства.
«Микоризные грибы — важный компонент почвенного микробиома, который помогает сохранять почву здоровой», — заключил Хиджри. — «А здоровая почва — это плодородная почва, которая остается таковой».