КРОШЕЧНЫЕ ГРИБКИ В ПОЧВЕ - КАК ЛЕКАРСТВО ДЛЯ ПРИРОДЫ

Рисунок 1: Мелкие существа, обитающие в почве. (A) Фотографии бактерий, грибов, клещей, нематод и коллембол, сделанные под микроскопом. Нематоды - это маленькие круглые черви, клещи похожи на мини-пауков, а коллемболы – крошечные насекомые, которые иногда могут прыгать (Фото: Mehdi Maaroufi, Nadia I. Maaroufi и Arne Fjellberg). (B) Фотографии различных видов микоризных грибов и их растений-хозяев. (1) Орхидея и микоризные грибы внутри корня растения. (2) Арбускулярные микоризные грибы внутри растения синеголовника. (3) Вересковое растение и эрикоидные микоризные грибы в корне растения. (4) Сосна и эктомикоризные грибы на поверхности корня растения (Фото: Lena Neuenkamp, Petr Kohout, Jane Oja, Javi Puy).

Рисунок 2: Примеры результатов проектов по восстановлению экосистем с использованием микоризных грибов. (A) Восстановление вересковых пустошей в Нидерландах на месте старого сельскохозяйственного поля поле с помощью вересковых растений и эрикоидных микоризных грибов. (B) Восстановление известнякового карьера в Эстонии с использованием семян полевых растений, сена и арбускулярных микоризных грибов (фото: Jasper Wubs, Tanel Vahter).

Рисунок 3: Сделайте сами инокулят для микоризы. Самые важные шаги для самостоятельного изготовления микоризного инокулята (на основе инструкций, приведенных здесь: https://orgprints.org/35308/1/symanczik-etal-2018-Mycorrhizal-fungi-as-natural-biofertilizer_technical_note.pdf).

Hinweis für die Medien: Die von iDiv bereitgestellten Bilder dürfen ausschließlich für die Berichterstattung im Zusammenhang mit dieser Medienmitteilung und unter Angabe des/der Urhebers/in verwendet werden.

Open PDF in new window.

Лена Нойенкамп^1* и Надя И. Мааруфи^1,2

¹ Institute of Plant Sciences, University of Bern, Bern, Switzerland
² Department of Forest Mycology and Plant Pathology, BioCenter, Swedish University of Agricultural Sciences (SLU), Uppsala, Sweden

Как и у людей, у разных видов растений и животных есть определенные места, называемые экосистемами, где они предпочитают жить. Если экосистема изменится слишком сильно, некоторые виды исчезнут - точно так же, как люди избегают жить в пустыне, потому что там слишком жарко и сухо. Люди изменяют многие экосистемы, иногда настолько сильно, что почти ни одно растение или животное больше не может там жить. Чтобы помочь поврежденным экосистемам  восстановиться, мы часто начинаем с посадки деревьев или других растений. Биологи обнаружили, что микоризные грибы - крошечные грибы, живущие в почве и внутри корней растений, могут ускорить восстановление экосистем, заставляя растения расти быстрее и сильнее. В этой статье мы расскажем, как микоризные грибы могут ускорить восстановление экосистем, и когда микоризные грибы особенно полезны.

ДЕГРАДИРУЮЩИМ ЭКОСИСТЕМАМ НУЖНА НАША ПОМОЩЬ

Природные экосистемы, такие как леса, луга или болота, выполняют множество функций и служат домом для местных растений, животных и крошечных микроорганизмов в почве. Некоторые экосистемы также фильтруют и хранят воду, удерживают избыток углерода из атмосферы и сохраняют здоровый слой почвы, на котором растут растения и производят фрукты и овощи, которые мы можем употреблять в пищу. Экосистемы выполняют эти функции, если они здоровы и нетронуты, но иногда экосистемы нарушаются и перестают нормально функционировать. К таким нарушениям относятся пожары, наводнения или ветровал деревьев после ураганов. К счастью, здоровые экосистемы обычно легко восстанавливаются после таких нарушений. Однако если нарушения происходят часто в течение длительного времени или очень интенсивны, экосистемам сложнее восстановиться и они могут измениться. Например, лес может превратиться в луг после того, как очень сильный шторм повалит все деревья. Например, после длительной засухи (когда растениям не хватает воды для выживания) растениям будет сложно восстановиться, даже когда вода снова станет доступной. Если после возмущений экосистемы становятся менее сложными и в них живет меньше видов, мы называем их деградировавшими экосистемами.

Люди используют экосистемы для строительства городов, производства продуктов питания на сельскохозяйственных полях или добычи камней, песка или металлов для строительства или производства. Такая деятельность человека часто нарушает экосистемы настолько сильно и надолго, что экосистемы оказываются за гранью, за которой они уже не могут восстановиться без посторонней помощи. Экологи - ученые, изучающие функционирование экосистем, в которых обитает множество видов, - могут помочь восстановить деградировавшие экосистемы, помогая им вернуть здоровье и свои функции. Восстанавливая экосистемы, экологи могут посадить деревья, чтобы помочь восстановлению леса после вырубки деревьев для производства древесины, или посеять семена, чтобы помочь лугам восстановиться после использования их в качестве сельскохозяйственных полей. Но даже при такой помощи новые растения иногда растут плохо, или экосистема после восстановления выглядит иначе, чем до нарушения. Почему иногда восстановление работает не так хорошо, как в других? В последнее время экологи начали понимать, что для успешного восстановления экосистемы необходимо заботиться как о растениях и животных, обитающих над землей, так и об организмах, живущих под землей, в почве.

ПОЧЕМУ ТАК ВАЖНЫ МАЛЕНЬКИЕ СУЩЕСТВА, ЖИВУЩИЕ В ПОЧВЕ?

Поскольку растения не могут передвигаться, они используют свои корни для поиска питательных веществ и воды в почве. Почва - важная часть экосистемы и место обитания множества мелких существ [1]. В одной чайной ложке почвы обитает больше организмов, чем людей на Земле – около 7,5 миллиарда [2] (рис. 1А)! Все эти мелкие существа взаимодействуют друг с другом и вносят свой вклад в функционирование экосистемы, поэтому здоровье этих почвенных организмов может иметь большое значение для восстановления экосистем. Самые распространенные почвенные организмы - это бактерии и грибы. Некоторые из них, называемые разлагателями (редуцентами), питаются отмершими растениями и помогают расщеплять растительный материал, пока он снова не превратится в почву [3]. Некоторые почвенные организмы, называемые патогенами, могут поражать корни растений и вызывать болезни растений. Другие почвенные организмы, называемые симбионтами, сотрудничают c растениями, обмениваясь ними питательными веществами. Микоризные грибы - одна из групп симбионтов, которые, по мнению исследователей, могут помочь в восстановлении экосистем [4, 5] (рис. 1B).

МИКОРИЗНЫЕ ГРИБЫ КАК МОЩНОЕ ЛЕКАРСТВО ДЛЯ РАСТЕНИЙ

Микоризные грибы помогают корням растений получать больше питательных веществ и воды из почвы, что способствует лучшему росту растений. Поэтому будем называть их грибами- помощниками. Кроме того, эти грибы-помощники могут защищать растения от патогенов, которые могут вызывать болезни растений! В обмен на пользу, которую грибы-помощники, растения отдают грибам-помощникам часть своего углерода - питательного вещества, которое растения производят с помощью солнечного света в процессе фотосинтеза. Таким образом, сотрудничество между растениями и грибами - это взаимовыгодная ситуация для обоих партнеров, называемая симбиозом. Экологи проверили влияние грибов-помощников на восстановление экосистем (рис. 2). Процесс добавления грибов-помощников в почву называется инокуляцией почвы. Исследования влияния инокуляции почвы на восстановление экосистем показали, что пересаженные саженцы деревьев и травы росли лучше, когда в почву добавляли грибы-помощники [4]. Кроме того, исследования показали, что луга, восстановленные с помощью грибов-помощников, были более богаты видами растений.

СИЛА ГРИБОВ-ПОМОЩНИКОВ РАЗЛИЧНА

В зависимости от того, какие виды грибов наиболее многочисленны в конкретной экосистеме, между грибами-помощниками и растениями существуют различные типы партнерства (рис. 1B). Растения и грибы-помощники различаются тем, когда и насколько они нуждаются друг в друге и насколько справедливо они обмениваются ресурсами и благами друг с другом. Таким образом, восстановление экосистем с растениями, которые сильно зависят от грибов-помощников, может нуждаться в микоризных грибах как в лекарстве больше, чем другие экосистемы, в которых растения более независимы от грибов-помощников [5]. Когда ученые проанализировали все эксперименты по восстановлению экосистем, в которых использовались грибы-помощники, они обнаружили, что польза от добавления грибов-помощников в разных исследованиях была разной [4]. Таким образом, грибы-помощники - хорошее лекарство для растений, но когда они наиболее эффективны, зависит от растений и экосистемы.

Ученые пришли к выводу, что грибы-помощники наиболее полезны в следующих трех случаях:

• для растений, которые дают приют бактериям в своих корнях, делая растения достаточно голодными для двоих - себя и бактерий (например, горох или фасоль);
• для растений, которым трудно найти питательные вещества, потому что их корни слишком велики, чтобы проникнуть в мелкие поры почвы, где находится много питательных веществ (например, некоторые травы);
• для растений, произрастающих на сильно нарушенных и бедных питательными веществами почвах.

ХОТИТЕ ПОМОЧЬ СВОИМ ДОМАШНИМ РАСТЕНИЯМ?

Около 80 % всех растений, даже ваши домашние комнатные растения, находятся в симбиозе с одним из видов грибов-помощников, называемых арбускулярными микоризными грибами. Вы можете сохранить свои растения здоровыми, сделав собственный инокуляционный материал для арбускулярных микоризных грибов (рис. 3). Многие садоводы уже делают это! Вам понадобятся лопата, 10-литровое ведро для смешивания почвы, 3-5 л песка, семена травы и клевера и 4-6 цветочных горшков.

Шаги:

1. Выбор растений: Выберите в своем саду одно или два растения, образующих арбускулярный микоризный симбиоз (возможно, траву и клевер), и выкопайте их вместе с хорошей порцией почвы вокруг корней.
2. Исходный инокулят: Удалите листья и стебли обоих растений, разрежьте их корни на мелкие кусочки и хорошо перемешайте все корни с почвой. Это исходный инокулят, который мы будем размножать, чтобы не выкапывать слишком много садовых растений для создания закваски.
3. Размножение инокулята: Смешайте исходный инокулят с песком (1 часть инокулята с 1 частью песка или даже 1 часть инокулята с 2 частями песка) и поместите его в цветочные горшки. Добавьте в горшки семена травы и клевера, полейте их и оставьте расти на 2-4 месяца. Посеянные виды называются растениями-приманками, поскольку они привлекают арбускулярные микоризные грибы. Когда растения-приманки начнут расти, микоризные грибы заселят их корни, и популяция грибов увеличится. Чем дольше растут растения, тем больше грибков будет в почве.
4. Сбор инокулята: Через 2-4 месяца удалите все листья растений-приманок, нарежьте их корни на мелкие кусочки и смешайте их с почвой. Теперь инокулят готов к добавлению в небольшом количестве в горшечные растения - в сухом виде или смешанный с водой.

СЛОВАРИК

Экосистема
среда, населенная различными организмами, которые живут вместе и взаимодействуют друг с другом

Деградировавшая экосистема
Экосистема, которая была повреждена или разрушена, что также негативно влияет на организмы, живущие в экосистеме, и препятствует её функционированию.

Эколог
Ученый, изучающий функционирование экосистем и взаимодействие организмов в экосистеме друг с другом и с окружающей средой.

Разлагатели (редуценты)
Организмы, которые питаются отмершим растительным и животным материалом и тем самым разлагают этот материал на различные питательные вещества, из которых он состоит, пока тот снова не превратится в почву. Растения, в свою очередь, берут питательные вещества из почвы в качестве пищи. Многие редуценты являются грибами.

Патогены / патогенные грибы
Организмы, вызывающие заболевания, например патогенный гриб, из-за которого листья растений становятся коричневыми и неспособными к фотосинтезу.

Симбионты / симбиотические грибы
Организмы, которые живут вместе и помогают друг другу. Например, симбиотические грибы, такие как микоризные грибы, которые живут в корнях растений и помогают растениям поглощать питательные вещества из почвы в обмен на углерод, вырабатываемый растениями в своих листьях.

Микоризные грибы  
Группа грибов, обитающих в почве и корнях растений. Микоризные грибы помогают растениям усваивать питательные вещества и противостоять засухе или болезням, вызванным другими грибами, а взамен грибы получают от растений пищу.

Инокуляция почвы
Добавление почвенных организмов (например, микоризных грибов или бактерий) в почву, для улучшения роста растений.

растения-приманки
растения, используемые для привлечения микоризных грибов на свои корни. Там микоризные грибы размножаются и растут. Увеличенное количество грибной биомассы в корнях растений-приманок и окружающей почве может далее использоваться для изготовления грибного инокулята

TAKE HOME MESSAGE

Human activities can degrade ecosystems so severely that they need help to recover. Mycorrhizal fungi are helper fungi for plants that could support ecosystem recovery, because they can increase plants’ nutrient uptake and protect plants against diseases or drought. Different types of helper fungi exist with different properties, thus when and which helper fungi are most powerful for ecosystem recovery depends on the plants and the ecosystem.

AUTHOR CONTRIBUTIONS

LN and NM conceived the original idea and wrote the first draft of the manuscript. All authors gave final approval for submission.

REFERENCES

1. Maaroufi, N. I., and De Long, J. R. 2020. Global change impacts on forest soils: linkage between soil biota and carbon-nitrogen-phosphorus stoichiometry. Front. For. Glob. Change 3:16. doi: 10.3389/ffgc.2020.00016
2. Available online at: www.soil-net.com (accessed November 06, 2020).
3. Maaroufi, N. I., Nordin, A., Palmqvist, K., Hasselquist, N. J., Forsmark, B., Rosentstock, N. P., et al. 2019. Anthropogenic nitrogen enrichment enhances soil carbon accumulation by impacting saprotrophs rather than ectomycorrhizal fungal activity. Glob. Change Biol. 25:2900–14. doi: 10.1111/gcb.14722
4. Neuenkamp, L., Prober, S. M., Price, J. N., Zobel, M., and Standish, R. J. 2019. Benefits of mycorrhizal inoculation to ecological restoration depend on plant functional type, restoration context and time. Fungal Ecol. 40:140–9. doi: 10.1016/j.funeco.2018.05.004
5. Neuenkamp, L., Moora, M., Öpik, M., Davison, J., Gerz, M., Männistö, M., et al. 2018. The role of mycorrhizal type and status in modulating the relationship between plant and arbuscular mycorrhizal fungal communities. New Phytol. 220:1236–47. doi: 10.1111/nph.14995

CITATION: Neuenkamp L and Maaroufi NI (2020) Tiny Fungi in the Soil Are Like Medicine for Nature. Front. Young Minds. 8:557383. doi: 10.3389/frym.2020.557383

EDITED BY: Helen Phillips

SCIENCE MENTORS: Vinuselvi Parisutham

CONFLICT OF INTEREST: The authors declare that the research was conducted in the absence of any commercial or financial relationships that could be construed as a potential conflict of interest.

COPYRIGHT © 2020 Neuenkamp and Maaroufi: This is an open-access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License (CC BY). 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.

МОЛОДЫЕ РЕЦЕНЗЕНТЫ

ЙОВЕНА, 9 лет
Я очень люблю читать. Обычно я читаю волшебные книги, например, книги о Гарри Поттере. Это моя любимая серия книг. Мне также нравится читать книги о тайнах. Я люблю животных. Мне нравится играть в Roblox. Мне нравится играть со своими друзьями. Мне нравится кататься на скейтборде и роликах. Моя мечта - когда-нибудь стать профессиональным скейтбордистом. Hasta Luego Baby!

КАВИН, 9 лет
Наука - это важно и интересно.

ТАНИШКАА, 8 лет
Я с детства интересуюсь наукой. Я хотел бы изучить все разделы науки. Больше всего мне нравится изучать человеческое тело. Я очень люблю науку, потому что она очень интересная. Я хочу, чтобы наука была частью моей жизни.

ТХУВИША, 13 лет
Мне нравится наука, потому что это что-то новое и заставляет нас открывать много вещей, связанных с нашей повседневной жизнью. Это всегда интересно. Наука нужна в нашем мире.

ВЕТРИВЕЛЬ, 12 лет
Мне нравится делать бумажные самолетики и проводить простые эксперименты. Мне нравится узнавать об ученых. Мне нравится проводить много экспериментов и исследовать все новые и новые идеи.

ЮТИГА, 8 лет
Я увлекаюсь живописью и игрой в шахматы. Я занял третье место и получил кубок на районном шахматном турнире. Мои любимые предметы - английский, естественные науки и математика. Я провожу свои каникулы, изучая все новое.

АВТОРЫ

ЛЕНА НОЙЕНКАМП
Я - эколог растений, и я начала изучать почву, потому что она могла помочь мне понять растения. Затем я увлекся микоризными грибами и тем, как они взаимодействуют с корнями растений. Сейчас я работаю исследователем в Бернском университете в Швейцарии. Меня интересует понимание того, как антропогенные нарушения и изменение климата влияют на растительные и почвенные сообщества, а также на взаимодействие между растениями и почвенными организмами. Я хотел бы использовать эти знания для прогнозирования того, как экосистемы могут хорошо функционировать и предоставлять услуги человеку в условиях современных антропогенных нарушений и изменения климата. *lena.neuenkamp@ips.unibe.ch

НАДИЯ И. МААРУФИ
Я почвенный эколог, интересующийся мелкими существами, населяющими почву. Я работаю как в Бернском университете в Швейцарии, так и Шведском университете сельскохозяйственных наук в Уппсале (Швеция). Меня особенно интересует понимание того, как на почвенные организмы влияют антропогенные и природные нарушения, и как эти нарушения влияют на  функционирование лесных и луговых экосистем.

ПЕРЕВОД

АНДРЕЙ ГЕОРГИЕВИЧ ЗУЕВ
Я почвенный миколог и эколог, работаю в Институте проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова РАН в России и Сенкенбергском Музее Естественной Истории в Гёрлице, Германия. Мне особенно нравится изучать микоризные грибы и их взаимодействия с почвенными животными в условиях умеренного и тропического климата. Я хочу понять, какова роль микоризных грибов в сложных почвенных пищевых сетях и формировании почв, а также узнать больше о функционировании и биоразнообразии экосистем на нашей планете.

FUNDING (TRANSLATION)

The team Translating Soil Biodiversity acknowledges support of the German Centre for integrative Biodiversity Research (iDiv) Halle-Jena-Leipzig funded by the German Research Foundation (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. (Russian translation: Andrei G. Zuev). Translating Soil Biodiversity & Front. Young Minds. Originally published in 2020], doi: 10.3389/frym.2020.557383