Помимо того, что микоризный гриб вызывает дополнительный рост корней, он также опутывается корнями сельскохозяйственных культур на клеточном уровне, расцветая в отдельных растительных клетках. Грибок отращивает тонкие усики, называемые гифами, которые проникают в окружающую почву и перекачивают питательные вещества, в частности фосфат, прямо в сердце растительных клеток.Растения, «колонизированные» грибами, получают от 70 до 100% фосфатов непосредственно из усиков этих грибов, что в конечном итоге может снизить потребность фермеров в насыщении сельскохозяйственных культур фосфорными удобрениями для обеспечения максимальной урожайности.
Есть надежда, что микоризные грибы однажды смогут действовать как «биоудобрение», которое в конечном итоге заменит необходимость добычи фосфатов из земли для производства промышленных удобрений. Поиск замены добытому фосфату является важной проблемой, поскольку получаемое удобрение не только является загрязнителем, вызывающим рост водорослей, подавляющих запасы воды, — но и большие фосфатные рудники в настоящее время истощены до такой степени, что они, как ожидается, закончатся. следующие 30-50 лет. Многие эксперты предсказывают «фосфатный кризис».
"Большой вопрос, на который мы пытаемся ответить, заключается в том, можем ли мы использовать возможности биоудобрения микоризного симбиоза в современных и более интенсивных сельскохозяйственных условиях, что означает более интенсивные методы ведения сельского хозяйства. Нам нужны альтернативы фосфорным удобрениям, если мы хотим кормить растущее население », — сказала д-р Ута Пашковски из Кембриджского университета, факультет наук о растениях, которая является соавтором исследования, опубликованного в журнале PNAS.
«Зерновые, такие как рис, пшеница и кукуруза, являются наиболее важными культурами в мире, ежедневно питая миллиарды людей. Микоризные грибы имеют мутуалистические отношения с растениями, в том числе зерновыми, начиная с самых ранних дней жизни растений на суше, прежде чем корни были «изобретены». Анализируя эти древние и общие отношения, мы получаем понимание, которое можно использовать для разведения культур с наилучшими возможными архитектурными и симбиотическими свойствами корней — в направлении «создания сельскохозяйственных культур» с очень высоким выходом продуктов питания », — сказала она.
Новое исследование является пионером в изучении структурных единиц корневой системы взрослых растений риса на молекулярном уровне, поскольку рис можно использовать в качестве модели для зерновых культур в целом. «Архитектура» корней злаков включает в себя несколько больших, толстых корней, называемых корончатыми корнями, которые действуют как каркас, с которого все более мелкие боковые корни распространяются в разные слои почвы, содержащие различные питательные вещества.Исследователи обнаружили, что растения, колонизированные микоризными грибами, имеют другое генетическое выражение, которое вызывает размягчение клеточных стенок в кронах корней, вызывая рост большего количества боковых корней, которые могут всасывать больше питательных веществ, что способствует более здоровому растению с более высоким урожаем. . Это в дополнение к фосфату, обеспечиваемому усиками «гиф» гриба, которые, по сути, сами действуют как дополнительные корни (взамен гриб получает углеводы из растений).«Корни растений, которые способны исследовать самые широкие площади почвы, как следствие, поглощают большинство питательных веществ и, следовательно, могут давать больший урожай. Выявив, какие части генома отвечают за лучшие корневые системы растений, мы можем начать разведение для лучшей корневой «архитектуры» », — сказал Пашковски.
«Дизайнерские культуры с наилучшей корневой системой будут означать больший урожай, а значит, больше людей накормят».Рис лучше всего выращивать на хорошо орошаемых рисовых полях, но во многих частях мира это не вариант, и 40% мировых площадей под рисовые культуры выращиваются «сухими». Однако взаимоотношения растений и грибов, которые создают улучшенные урожаи, на самом деле лучше всего работают в засушливых условиях.
Микоризные грибы могут принести огромную пользу тем, кто полагается на посевы сухого риса в некоторых из беднейших районов Азии и Африки к югу от Сахары.Основное препятствие, которое необходимо преодолеть исследователям, — это саморегуляция растений, а это означает, что грибы нельзя тестировать в промышленных масштабах вместе с традиционными удобрениями.«Растения следят за своим питательным состоянием.
Если у растения достаточно фосфата, он не позволит грибку проникнуть в корни — так что на данный момент это одно из двух. Мы работаем над способами обойти это препятствие, чтобы позволить симбиозу внести свой вклад. в сельскохозяйственной практике в более развитых странах », — сказал Пашковски.
Микоризные грибы чрезвычайно распространены на всех почвах по всему миру и являются ингредиентом многих «био» растительных кормов, которые можно найти в домашних садовых центрах, но еще предстоит использовать в промышленном сельском хозяйстве.