Микориза: ботаническое определение типов и строение грибов, значение для корневой системы растений

21.03.2018

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 2019 году, а ученые из ООН утверждают, что к 2019 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 2019 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 2019 (!) 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.

Каждое существо в природе приспособилось к жизни по-своему. На Земле очень мало мест, где нет живых организмов. Даже там, где, казалось бы, жизнь невозможна в принципе: под огромной толщей воды в океане, возле горячих кислотных гейзеров в некоторых озерах или в вечных антарктических льдах, — тоже живут водоросли, бактерии, а иногда даже рыбы, птицы и млекопитающие. К чудесам природы относятся и грибы с их поразительным приспособлением для существования — микоризой.

Ботаническое описание

На первый взгляд, гриб — обычное растение. Раньше именно так и считали. Он растет на земле, у него есть «стебель» в виде ножки, размножается спорами, как, например, тот же папоротник, а если выдернуть его из земли, то можно рассмотреть некое подобие корня — тончайшие белесые нити, пронизывающие почву вокруг. Ранее не знали, что представляет собой микориза, поэтому и отнесли ее к корням. Но на самом деле грибы не относятся к растениям, и в ботанической классификации они выделены в отдельное царство наряду с животными и растениями.

Изучением грибов занимается наука микология, являющаяся разделом ботаники. А все дело в том, что раньше грибы и считались растениями, пока не открыли некоторые их свойства, роднящие их и с животными. Теперь они находятся на стыке этих царств и являют собой потрясающий механизм взаимовыгодного сосуществования в природе.

Грибы составляют едва ли не самую многочисленную группу живых организмов, населяющую все экосистемы: как наземные, так и водные. По современным оценкам, в мире существует до 250 тысяч видов грибов. Они играют важнейшую роль в разложении и переработке органических веществ, образуя в процессе этого плодородный слой почвы.

Грибы живут за счет симбиоза с растениями. Такие взаимовыгодные отношения состоят в том, что гриб, обволакивая корни растений, внедряется в них и разлагает органические вещества до простейших, односложных. При этом он получает питание в виде углеводов, которые высасывает из самого растения, но зачастую это не наносит особого вреда. А «растительный товарищ» способен всасывать только простые вещества, но сам он их растворить не может. За него это делает гриб, и тогда растение способно полноценно впитывать необходимые ему элементы.

Строение и особенности микоризы

Микориза гриба представляет собой симбиотическое сочетание грибных гиф с корнями растения. Это не часть гриба, это способ его существования, образ взаимодействия с растением. Она делится на следующие типы в зависимости от способа действия и образа жизни:

  • Эктотрофная.
  • Эндотрофная.
  • Эрикоидная.
  • Фикомицетная.
  • Эктоэндотрофная.

Эктотрофная микориза обволакивает корневую систему и пронизывает только поверхностные слои тонких молодых корней дерева, проникая в межклеточное пространство, но при этом не разрушая самих клеток. Гифы при таком типе обволакивают корень подобно чехлу, полностью закрывающему поверхность корневых ответвлений. Грибы с таким типом микоризы включают следующие классы:

  • гименомицеты (к этому классу относится большинство известных всем грибов — белый, подберезовик, подосиновик и т. д. );
  • гастеромицеты (дождевики, веселки и другие виды, споры которых созревают внутри тела гриба).

Часто такие грибы образуют микоризу со многими видами деревьев, но существует и вариант, когда определенному грибному организму соответствует только особое дерево, с которым он может сосуществовать, — например, подберезовик или подосиновик потому и названы так, что встречаются только под этими деревьями. Однако бывает и так, что одно дерево соседствует с разными видами грибов одновременно.

Эндотрофный тип характеризуется проникновением во внутренние ткани растения, при этом на поверхности гифы практически отсутствуют. Мицелий пронизывает клетки эпидермиса корня и проникает в межклеточное пространство, базируясь большей частью в срединных слоях паренхимы. В клетках гифы имеют скопления в виде клубочков. Чаще всего эндотрофная микориза формируется у растений брусничных, вересковых и т. д.

Фикомицетная микориза пронизывает корни насквозь. Она распространена больше остальных на многих видах травянистых растений, кустарников и деревьев. Грибы, создающие этот тип связи, называются фикомицетами, однако иногда фикомицетную микоризу образуют базидиальные и несовершенные грибы. Многочисленные гифы пронизывают клетки и межклетники глубинных слоев паренхимы.

При эрикоидном типе микоризообразования в тканях корня образуются клубочки гиф, которые впоследствии перевариваются растением, давая ему питательные вещества.

При эктоэндотрофной микоризе сочетаются возможности экто- и эндомикоризы. Может преобладать какой-либо один тип. Такая микориза чаще всего развивается у травянистых растений и кустарников.

Существуют грибы, не образующие микоризу, — это шампиньоны, а также большинство древесных видов.

Роль в жизни растения

Микориза играет важнейшую роль для полноценной растительной жизни — благодаря ей к корням доставляются минеральные соли, вода, витамины и ферменты. Корневая система становится способной поглотить такие необходимые вещества, как калий, фосфор и другие стимуляторы. Однако мицелий не просто доставляет корням все необходимое в избытке, он еще и правильно дозирует поступление всех этих элементов.

Грибы образуют микоризу с корнями, и из-за этого растения лучше растут, активнее цветут и обильнее плодоносят. Более того, мицелий гарантирует устойчивость к перепадам погодных условий, засухе, обильному увлажнению, резкому похолоданию, а также защищает хозяина от некоторых заболеваний, например, от фитофтороза. Микориза расщепляет органические и неорганические соединения, переваривает их и, таким образом, очищает почву от избытка солей, а также предупреждает закисление грунта.

Значение грибницы в сельском хозяйстве

Микориза — это симбиоз гриба с корнями растительных организмов, благодаря этой четко налаженной природной системе любой представитель растительного мира увеличивает поглощающую поверхность своих корней почти в тысячу раз. А подвержены микоризации почти 90 процентов всех существующих на Земле растений.

Естественно, это не могло не заинтересовать ученых, занимающихся инновациями в аграрной промышленности. Дело в том, что в наше время во всем мире остро стоит проблема выращивания пищи. Количество населения увеличивается. По прогнозам исследователей, к 2019 году число людей, живущих на Земле, достигнет отметки в 11 миллиардов. А природные ресурсы все более истощаются с каждым годом. К ним относится и ценнейшее богатство человечества — плодородная почва.

Высокие показатели урожайности в наши дни достигаются несколькими путями:

  1. Выведение улучшенных сортов культур, устойчивых к заболеваниям, вредителям и негативным погодным условиям.
  2. Использование высокотехнологичных химических удобрений и стимуляторов роста, цветения и созревания.

Эти методы выходят на первый план, но, к сожалению, скоро они исчерпают себя и достигнут своего пика эффективности. К тому же химические препараты весьма вредны как для окружающей среды, так и для человека. Все это сподвигло ученых обратить внимание на органические варианты решения проблемы.

Одно из таких решений предлагает использование естественных органических ресурсов, в бесчисленном множестве находящихся в почве, — это различные микроорганизмы, минеральные вещества и продукты разложения. Микроскопические грибы и микроорганизмы в огромном количестве содержатся в толще земли, так почему бы не извлечь из них пользу? Причем следует просто присмотреться, какую природную функцию они выполняют, чтобы понять, как можно использовать их на благо человечества.

В природных условиях растительная корневая система выделяет определенное количество глюкозы, которая и провоцирует развитие мицелия среди корней. Если не мешать грибу развиваться, добавляя химические удобрения, стимуляторы и прочую чепуху, то грибница в считаные дни обовьет корневую систему, прорастет в нее и будет спокойно питаться выделяемыми ею углеводами, взамен разлагая сложные органические вещества и доставляя их в необходимом количестве «хозяину».

Но существует небольшая сложность в организации всего этого, на первый взгляд, несложного процесса. Все дело в том, что на данный момент уже практически вся поверхность нашей планеты загрязнена химикатами. Даже если на определенном участке принципиально не вносились химические вещества в почву, не обрабатывались посаженные культуры пестицидами и прочим, то все равно благодаря круговороту воды в природе и катастрофическому состоянию экологии там уже присутствуют определенные вредные примеси, мешающие развиваться мицелию.

Микоризация как технология будущего

В связи с таким положением вещей агрономы предложили решить проблему путем искусственного внесения частиц мицелия в почву для улучшения роста и развития растений. Сейчас эти технологии еще находятся на тестировании и не распространены в широких масштабах, но начало грандиозному проекту уже положено, и научно-исследовательские институты многих стран уже активно занимаются разработкой этой колоссальной идеи.

Раньше залогом плодородия земли считалось большое наличие в ней гумуса, теперь же ученые делают акцент на содержание в почве особого белка — гломалина, который накапливается в ней как раз благодаря микоризным грибам. А без него, как выяснила современная наука, вообще невозможно существование растительного мира.

Кроме того, гифы грибов улучшают структуру верхнего слоя почвы, усиливают аэрацию, а также способствуют усилению защитной системы растения, что предупреждает его заражение болезнетворными бактериями и повышает устойчивость к резкой смене погодных условий.

Применение микоризных прививок обеспечивает увеличение урожайности, а вместе с тем уменьшает расходы на удобрения и уменьшает количество требуемого полива. В засушливое время микориза защищает корневую систему от пересыхания, а в периоды повышенной влажности, наоборот, придерживает воду, не позволяя корням вымокать.

В почвах очень бедных по определению (на месте бывших карьеров, промышленных территорий и других поврежденных земель) микоризная система способствует восстановлению плодородия и защите растительного организма от токсических включений — солей тяжелых металлов и химикатов. С точки зрения биологии, эта методика поможет возрождению почвы на отработанных территориях, загрязненных различными вредными веществами.

Применение метода в домашних условиях

На украинский рынок уже поступил немецкий препарат, содержащий не только микоризный гриб, но и полезные бактерии, необходимые для полноценного существования растения. Компания «Химагромаркетинг» предлагает всем желающим попробовать новейшую технологию в действии, воспользовавшись препаратом Эндоспор. В его состав входят следующие компоненты:

  • Эндомикоризный гриб Glomus intraradlces;
  • Полезные бактерии: Azospirillum brasilense, Azotobacter chroococcum, Bacillus megaterium, Pseudomonas fluorescens;
  • Витамины: биотин, фолиевая кислота, В2, В3, В6, В7, В12, С, К.

Гриб, содержащийся в инокулянте, очень эффективно и быстро обволакивает корни большого количества растений. Бактерии в смеси с витаминами стимулируют активный рост корневой системы и способствуют разрастанию гиф на большей территории. Гриб быстро колонизирует увеличивающуюся корневую систему и обеспечивает ее всеми необходимыми питательными веществами. В почве в большом количестве содержатся калий и фосфор, но находится он в недоступной для растений форме.

Благодаря гифам гриба, проникающим в мельчайшие минеральные частицы, эти элементы распадаются на более простые, и растения с легкостью их всасывают. Все это приводит к повышению показателей урожайности, уменьшению затрат на полив и подкормку.

Применение препарата Эндоспор возможно в нескольких вариантах.

  • Например, семена озимой пшеницы смешиваются с сухим порошком инокулянта.
  • Сою необходимо обрабатывать полусухим методом: при смешивании с препаратом добавляют немного воды с патокой.
  • Корни рассады, саженцев деревьев, клубни и луковицы эффективнее всего обрабатывать при помощи распылителя разведенным в воде препаратом.
  • При микоризации уже посаженных растений производятся специальные инъекции почвы вокруг культуры под углом 30−45 градусов к поверхности земли.

Очень эффективно использовать живой мульчирующий материал, если речь идет о деревьях. В качестве такового применяются многолетние почвопокровные растения, подверженные микоризации, например, клевер. Такой способ обеспечивает защиту верхнего слоя почвы от эрозии, поддерживает правильную структуру и помогает самовосстановлению плодородия.