Крихітні гриби в ґрунті - як ліки для природи

Відкрити PDF у новому вікні.

Авторки статті Лєна Нойенкамп 1 та Надія І. Мааруфі 1,2* *

1 Інститут рослинознавства, Бернський університет, Берн, Швейцарія2 Кафедра лісової мікології та фітопатології, Біоцентр, Шведський університет сільськогосподарських наук (SLU), Упсала, Швеція

Як і люди, рослини та тварини мають своє уподобання щодо місця проживання, яке називається екосистемою. Якщо екосистема змінюється занадто сильно, деякі види зникнуть, так само, наприклад, як люди уникають життя в пустелі, бо там занадто спекотно і сухо. Люди змінюють численні екосистеми, інколи настільки сильно, що майже ніякі рослини чи тварини більше не можуть там жити. Аби допомогти пошкодженим екосистемам відновитися, ми часто починаємо з висаджування дерев та інших рослин. Біологи виявили, що мікоризні гриби (крихітні гриби, що живуть у ґрунті та всередині коренів рослин) можуть прискорити відновлення екосистеми, сприяючи швидшому та сильнішому відростанню рослин. У цій статті ми описуємо, як мікоризні гриби можуть сприяти відновленню екосистем, а також коли мікоризні гриби є особливо корисними.

УРАЖЕНІ ЕКОСИСТЕМИ ПОТРЕБУЮТЬ НАШОЇ ДОПОМОГИ

Природні екосистеми, такі як ліси, луки або болота, виконують багато функцій і служать домівкою для місцевих рослин, тварин і дрібних мікроорганізмів у ґрунті. Деякі екосистеми також фільтрують і зберігають воду, утримують надлишок вуглецю поза атмосферою та зберігають здоровий шар ґрунту, де рослини можуть рости й давати плоди та овочі, які ми споживаємо. Екосистеми виконують ці функції, якщо вони є здоровими та неушкодженими, але іноді екосистеми порушуються і перестають нормально функціонувати. Такі порушення включають пожежі, повені або падіння дерев після буревіїв. На щастя, здорові екосистеми зазвичай легко відновлюються після таких порушень. Однак, якщо порушення відбуваються часто протягом тривалого періоду або є дуже інтенсивними, екосистеми відновлюються важче і можуть зазнати змін. Наприклад, ліс може перетворитися на луг після дуже сильної бурі, яка повалила всі дерева. Інший приклад: після тривалого періоду посухи (коли рослин не вистачає води для виживання) рослини можуть мати труднощі з відновленням, навіть коли вода знову стає доступною. Якщо після порушень екосистеми змінюються, стають менш складними та в них живе менше видів, ми називаємо їх деградованими екосистемами.

Люди використовують екосистеми для створення простору для міст, виробництва продуктів харчування на сільськогосподарських полях або видобутку каменів, піску чи металів для будівництва, або виробництва. Ці види людської діяльності часто порушують екосистеми настільки сильно і настільки тривало, що екосистеми виходять за межі, звідки вони вже не можуть відновитися без допомоги. Екологи, які є вченими, що вивчають функціонування екосистем та їхню здатність бути домівкою для багатьох видів, можуть допомогти відновити деградовані екосистеми, допомагаючи їм відновити своє здоров’я та функції. Коли екологи відновлюють екосистеми, вони можуть садити дерева, щоб допомогти лісам відновитися після вирубки для виробництва деревини, або сіяти насіння, щоб допомогти лукам відновитися після використання їх як сільськогосподарських угідь. Навіть з цією допомогою іноді нові рослини не ростуть добре, або екосистема після відновлення має інших вигляд, ніж до порушення. Чому відновлення іноді не працює так само добре, як в інших випадках? Нещодавно екологи почали розуміти, що для успішного відновлення екосистеми потрібно дбати як про рослини та тварин над землею, так і про організми, що живуть під землею, в ґрунті.

ЧОМУ ДРІБНІ ОРГАНІЗМИ, ЩО ЖИВУТЬ У ҐРУНТІ, ТАКІ ВАЖЛИВІ?

Тому що рослини не можуть рухатися, вони використовують свої коріння, щоб шукати поживні речовини та воду в ґрунті. Ґрунт є важливою частиною екосистеми і є місцем проживання багатьох дрібних істот [1]. В одній чайній ложці ґрунту мешкає більше організмів, ніж людей на Землі — близько 7,5 мільярдів [2] (рис. 1А)! Всі ці дрібні істоти взаємодіють між собою і сприяють функціонуванню екосистеми, тому здоров’я цих ґрунтових організмів, ймовірно, є досить важливим для відновлення екосистеми. Найбільш поширеними ґрунтовими організмами є бактерії та гриби. Деякі з них, які називаються розкладачами, харчуються мертвими рослинами та допомагають розкладати рослинний матеріал, поки він знову не перетвориться на ґрунт [3]. Деякі ґрунтові організми, які називаються патогенами, можуть атакувати коріння рослин і викликати їх захворювання. Інші ґрунтові організми, які називаються симбіонтами, співпрацюють з рослинами, обмінюючись з ними поживними речовинами. Мікоризні гриби - це одна з груп симбіонтів, які, на думку дослідників, можуть сприяти відновленню екосистем [4, 5] (рис. 1Б).

МІКОРИЗНІ ГРИБИ - ЦЕ ЯК ПОТУЖНІ ЛІКИ ДЛЯ РОСЛИН

Мікоризні гриби допомагають корінню рослин збирати більше поживних речовин і води з ґрунту, сприяючи тим самим кращому росту рослин. Тому відтепер будемо називати їх грибами-помічниками. Крім того, ці гриби-помічники можуть захищати рослини від збудників хвороб, які можуть викликати захворювання рослин! В обмін на користь, яку надають гриби-помічники, рослини віддають їм частину свого вуглецю — поживної речовини, яку рослини виробляють за допомогою сонячного світла під час фотосинтезу. Отже, партнерство між рослинами й грибами є взаємовигідним для обох партнерів і називається симбіозом. Екологи перевірили ефективність грибів-помічників у відновленні екосистем (рис. 2). Процес додавання до ґрунту грибів-помічників називається інокуляцією ґрунту. Дослідження, що вивчали вплив інокуляції ґрунту на відновлення екосистем, показали, що пересаджені саджанці дерев і трави краще росли, коли до ґрунту додавали гриби-помічники [4]. Крім того, дослідження показали, що луки, відновлені за допомогою додавання грибів-помічників, були багатшими на види рослин.

СИЛА ГРИБІВ-ПОМІЧНИКІВ БУВАЄ РІЗНОЮ

Існують різні типи партнерських відносин між грибами-помічниками та рослинами, залежно від того, які види грибів є найпоширенішими в конкретній екосистемі (рис. 1Б). Рослини та гриби-помічники відрізняються за тим, коли та наскільки вони потребують одне одного, а також за тим, наскільки справедливо вони обмінюються ресурсами та вигодами між собою. Отже, для відновлення екосистем з рослинами, які сильно залежать від грибів-помічників, може знадобитися більше мікоризних грибів як ліків, ніж для інших екосистем, в яких рослини є більш незалежними від грибів-помічників [5]. Коли вчені проаналізували всі експерименти з відновлення екосистем, в яких використовувалися гриби-помічники, вони дійсно виявили, що переваги додавання грибів-помічників варіювалися між дослідженнями [4]. Отже, гриби-помічники є хорошим ліками для рослин, але коли вони найефективніші, залежить від рослин і екосистеми. Вчені дійшли висновку, що гриби-помічники були найбільш корисними при таких трьох умовах:

• для рослин, які дають притулок бактеріям у своїх коренях, роблячи рослини голодними на двох — себе і бактерії (наприклад, горох або боби);

• для рослин, які мають проблеми з пошуком поживних речовин, оскільки їх коріння занадто велике, щоб дістатися до дрібних пор ґрунту, де знаходиться багато поживних речовин (наприклад, деякі трави); та

• для рослин, що ростуть на ґрунтах, які є одночасно сильно порушеними та бідними на поживні речовини.

ХОЧЕТЕ ДОПОМОГТИ СВОЇМ КІМНАТНИМ РОСЛИНАМ?

Близько 80% усіх рослин, навіть ваших кімнатних рослин, живуть у симбіозі з одним видом грибів-помічників, які називаються арбускулярними мікоризними грибами. Ви можете зберегти здоров’я своїх рослин, самостійно приготувавши інокулят арбускулярних мікоризних грибів (рисунок 3). Багато садівників вже це роблять! Вам знадобиться лопата, 10-літрове відро для змішування ґрунту, 3-5 л піску, насіння трав і конюшини та 4-6 квіткових горщиків.

Покрокові інструкції:

Вибір рослин: Виберіть одну або дві рослини з вашого саду, які утворюють арбускулярну мікоризний симбіоз (можливо, траву та конюшину), і викопайте їх разом зі значною частиною ґрунту навколо коренів.Джерело інокуляту: Видаліть листя та стебла обох рослин, наріжте їхні корені на дрібні шматочки та добре перемішайте всі корені з ґрунтом. Це і є ваше джерело інокуляту, яке ми будемо розмножувати, щоб не довелося викопувати занадто багато садових рослин для створення інокуляту.Розмноження інокуляту: змішайте джерело інокуляту з піском (1 частина інокуляту на 1 частину піску або навіть 1 частина інокуляту на 2 частини піску) і покладіть його у квіткові горщики. Додайте насіння трави та конюшини в горщики, полийте їх і дайте їм рости протягом 2–4 місяців. Висічені види називаютьсярослинами-приманками, оскільки вони приваблюють арбускулярні мікоризні гриби. Коли рослини-приманки почнуть рости, арбускулярні мікоризні гриби колонізують їх коріння, і популяція грибів буде рости. Чим довше рослини ростуть, тим більше грибів буде в ґрунті.Збір інокуляту: через 2–4 місяці видаліть все листя з приманок, поріжте їх коріння на дрібні шматочки й змішайте з ґрунтом. Тепер інокулят готовий до додавання в невеликих кількостях до ваших рослин у горщиках — сухим або змішаним з водою.

ВИСНОВОК

Діяльність людини може настільки сильно пошкодити екосистеми, що їм потрібна допомога для відновлення. Мікоризні гриби є грибами-помічниками для рослин, які можуть сприяти відновленню екосистем, оскільки вони збільшують поглинання поживних речовин рослинами та захищають їх від хвороб або посухи. Існують різні типи грибів-помічників з різними властивостями, тому те, коли і які гриби-помічники є найефективнішими для відновлення екосистем, залежить від рослин та екосистеми.

ТЕРМІНОЛОГІЧНИЙ СЛОВНИК

Екосистема

середовище, заселене різними організмами, які живуть разом і взаємодіють між собою.

Деградована екосистема

екосистема, яка зазнала пошкодження або руйнування, що також негативно впливає на організми, які живуть в екосистемі, та перешкоджає функціонуванню екосистеми.

Еколог

вчений, який вивчає функціонування екосистем, а також взаємодію організмів в екосистемі між собою та з навколишнім середовищем.

**Розкладачі **

організми, які харчуються мертвими рослинами та тваринами, розкладаючи їх на різні поживні речовини, з яких вони складаються, доки вони знову не перетворяться на ґрунт. Рослини, у свою чергу, поглинають поживні речовини з ґрунту як їжу. Багато розкладачів є грибами.

**Патогени/патогенні гриби **

організми, що викликають захворювання, наприклад, патогенний грибок, який призводить до потемніння листя рослин і унеможливлює фотосинтез.

**Симбіонти/симбіотичні гриби **організми, які живуть разом і допомагають один одному. Наприклад, симбіотичні гриби, такі як мікоризні гриби, які живуть у коренях рослин і допомагають рослинам поглинати поживні речовини з ґрунту в обмін на вуглець, що виробляється рослинами в їхніх листах.

Мікоризні гриби

група грибів, які живуть у ґрунті та коренях рослин. Мікоризні гриби допомагають рослинам поглинати поживні речовини та протистояти посусі або хворобам, спричиненим іншими грибами, а натомість гриби отримують поживу від рослин.

**Інокуляція ґрунту **

додавання до ґрунту організмів (наприклад, мікоризних грибів або бактерій) для поліпшення росту рослин.

Рослини-приманки

рослини, які використовуються як приманка для залучення мікоризних грибів до своїх коренів, де мікоризні гриби розмножуються і ростуть. Розмножений грибковий матеріал у коренях і навколишньому ґрунті потім може бути використаний для виробництва грибкового інокуляту.

ВНЕСОК АВТОРІВ

Л.Н. і Н.М. розробили оригінальну ідею та написали перший варіант рукопису. Всі автори дали остаточне схвалення для подання.

ВИКОРИСТАНІ ДЖЕРЕЛА

КОНФЛІКТ ІНТЕРЕСІВ: Автори заявляють, що дослідження проводилося без будь-яких комерційних або фінансових відносин, які могли б бути розцінені як потенційний конфлікт інтересів.

**АВТОРСЬКІ ПРАВА **© 2020 Neuenkamp і Maaroufi: Це стаття з відкритим доступом, яка розповсюджується на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License (CC BY). Використання, розповсюдження або відтворення в інших форумах дозволяється за умови, що оригінальний автор (автори) та власник (власники) авторських прав вказані, а також цитується оригінальна публікація в цьому журналі, відповідно до прийнятої академічної практики. Використання, розповсюдження або відтворення, що не відповідають цим умовам, заборонені.

МОЛОДІ РЕЦЕНЗЕНТИ

ДЖОВЕНА, ВІК: 9 РОКІВ

Я дуже люблю читати. Зазвичай я читаю книги про магію, такі як серія про Гаррі Поттера. Це моя улюблена серія. Я також люблю читати детективи. Я люблю тварин. Мені подобається грати в Roblox. Я люблю грати з друзями. Я люблю кататися на скейтборді та роликах. Моя мрія - одного дня стати професійною скейтбордисткою. Аста луего, бейбі!

КАВІН, ВІК: 9 РОКІВ

Наука важлива і цікава.

ТАНІШКАА, ВІК: 8 РОКІВ

З дитинства я цікавлюся наукою. Я хочу вивчати всі галузі науки. Найбільше мені подобається вивчати людський організм. Я дуже люблю науку, бо вона дуже цікава. Я хочу, щоб наука була частиною всього мого життя.

ТХУВІША, ВІК: 13 РОКІВ

Мені подобається наука, тому що вона відкриває щось нове і допомагає нам дізнаватися багато цікавого про наше повсякденне життя. Вона завжди цікава. Наука необхідна в нашому світі.

ВЕТРІВЕЛ, ВІК: 12 РОКІВ

Я люблю робити паперові літачки та проводити прості експерименти. Мені подобається дізнаватися про вчених. Я люблю проводити багато експериментів і досліджую все більше і більше ідей.

ЮТІГА, ВІК: 8 РОКІВ

Я цікавлюся живописом і грою в шахи. Я посів третє місце і отримав кубок на районному турнірі з шахів. Мої улюблені предмети - англійська мова, природознавство та математика. У вільний час я досліджую нові речі.

АВТОРИ

ЛЄНА НОЙЕНКАМП

Я екологиня-ботанік і почала досліджувати ґрунт, оскільки це могло допомогти мені зрозуміти рослини. Згодом я зацікавилася мікоризними грибами та їх взаємодією з корінням рослин. Я працюю дослідником в Університеті Берна в Швейцарії. Мене цікавить, як антропогенний вплив і кліматичні зміни впливають на рослинні та ґрунтові спільноти, а також на взаємодію між рослинами і ґрунтовими організмами. Я хотіла б використовувати ці знання, щоб передбачити, наскільки добре екосистеми можуть функціонувати і надавати послуги людям в умовах сучасного антропогенного впливу і кліматичних** **змін. *lena.neuenkamp@ips.unibe.ch

НАДІЯ І. МААРУФІ

Я екологиня ґрунтів, яка цікавиться дрібними істотами, що мешкають у ґрунті. Я працюю як у Бернському університеті в Швейцарії, так і в Шведському університеті сільськогосподарських наук в Уппсалі, Швеція. Мене особливо цікавить розуміння того, як на ґрунтові організми впливають антропогенні та природні порушення, і як ці порушення впливають на функціонування лісових та лугових екосистем.

TRANSLATOR

Переклад виконала Лілія Гайдаш.

ФІНАНСУВАННЯ (ПЕРЕКЛАД)

Команда TranslatingSoilBiodiversity висловлює подяку Німецькому центру інтегрованих досліджень біорізноманіття (iDiv) Галле-Єна-Лейпциг, що фінансується Німецьким фондом досліджень (DFG FZT 118, 202548816).

CITATION (TRANSLATION)

This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC-BY 4.0). The use, distribution or reproduction in other forums is permitted, provided the original author(s) and the copyright owner(s) are credited and that the original publication in this journal is cited, in accordance with accepted academic practice. No use, distribution or reproduction is permitted which does not comply with these terms.

Recommended citation format: Neuenkamp L and Maaroufi NI (2025) Tiny Fungi in the Soil Are Like Medicine for Nature. (Ukranian translation: Liliia Haidash). Translating Soil Biodiversity & Front. Young Minds. Originally published in 2020], doi: 10.3389/frym.2020.557383

Figures

Рисунок 1: Маленькі істоти, що мешкають у ґрунті. Рисунок 1: Маленькі істоти, що мешкають у ґрунті. (A) Мікроскопічні знімки бактерій, грибів, кліщів, нематод і комах-стрибунців. Нематоди — це маленькі круглі черв’яки, кліщі трохи схожі на мініпавуків, а колемболи— це крихітні комахи, які іноді можуть стрибати (фото: Мехді Мааруфі, Надія І. Мааруфі та Арне Ф’єлльберг). (B) Знімки різних видів мікоризних грибів та їхніх рослин-господарів. (1) Орхідея та мікоризні гриби орхідеї всередині кореня рослини. (2) Арбускулярні мікоризні гриби всередині рослини блакитної трави. (3) Рослина вересу та ерикоїдні мікоризні гриби всередині кореня рослини. (4) Сосна та ектомікоризні гриби на поверхні кореня рослини (фото: Лена Нойенкамп, Петр Кохаут, Джейн Оя, Хаві Пуй).

Рисунок 2: Приклади результатів проєктів відновлення екосистем із використанням мікоризних грибів. Рисунок 2: Приклади результатів проєктів відновлення екосистем із використанням мікоризних грибів. (A) Відновлення пустощів у Нідерландах з метою відновлення пустощів на старому сільськогосподарському полі за допомогою вересу та ерикоїдних мікоризних грибів. (Б) Відновлення вапнякового кар’єру в Естонії з метою прискорення відновлення рослинності на занедбаному вапняковому кар’єрі за допомогою насіння лугових трав, сіна та арбускулярних мікоризних грибів (фото: Джаспер Вубс, Танель Вахтер).

Рисунок 3: Саморобний мікоризний інокулят. Рисунок 3: Саморобний мікоризний інокулят. Найважливіші етапи виготовлення власного мікоризного інокуляту (на основі інструкцій, наведених тут: https://orgprints.org/35308/1/symanczik-etal-2018-Mycorrhizal-fungi-as-natural-biofertilizer_technical_note.pdf).