В 1885 году немецкий ботаник Альберт Бернхард Франк (1839-1900) опубликовал необычную статью о том, что позже стало известно как эктомикоризные грибы. Потребовалось более 50 лет для подтверждения наблюдений и анализа Фрэнка, особенно его вывода: между грибами и растениями-хозяевами существуют полезные, а не паразитические отношения. В то время, когда ботаническое сообщество спорило по этому поводу, развивалась процветающая коммерческая фунгицидная промышленность. Считалось, что грибы Фрэнка не имеют большого значения.
В своей статье “О пищевой зависимости некоторых деревьев от корневого симбиоза с подземными грибами”, Франк объединил греческие слова для грибка (mykitas) и корня (riza), чтобы сформировать немецкое слово mykorhizen. Он предположил, что каждый партнер снабжает питательными веществами другого в благоприятной, а не вредной манере и что грибы не убивают деревья, которые он изучал, а поддерживают их, и те в свою очередь поддерживают грибы.
Франк также полагал, что сетчатые структуры, которые появились вокруг корней сосен, как это обнаружил Теодор Хартиг в 1840 году (который считал, что это паразитические грибы), на самом деле были сформированы теми же микоризными грибами, и что эти грибы поглощали минералы из почвы и гумуса и возвращали их растению в обмен на углерод. Предыдущие наблюдатели пришли к выводу, что сетевидные структуры были грибковыми, но все они настаивали на том, что это был вторгшийся гриб и не приносил пользы растению.
Продолжив свои исследования, Франк выделил два типа микоризных грибов: он назвал их эндотрофными (при которых гриб проникает в корни растения) и эктотрофными (при которых гриб образуется между корнями). Один из его аспирантов, Альберт Шлихт, обнаружил оба вида микоризных грибов в различных средах по всей Германии, что привело Франка к убеждению, что микоризы были нормой, а не исключением. Как же он оказался прав!
Долгое время после публикации статьи Фрэнка ученые считали, что микоризные грибы являются паразитами. В середине 1900-х годов ученые считали, что эндомикоризные грибы являются причиной болезней, поражающих клубнику, табак и бобовые. Поскольку древовидные структуры, или арбускулы, внутри корней растения-хозяина перевариваются растением, ученые полагали, что растение защищает себя от вторгающегося патогена. Во время Второй мировой войны, японский ученый опубликовал статью, которая показала, что растения, образующие микоризу, растут быстрее, чем немикоризные растения. Статья была выпущена в неудачное время, мало исследователей знали о его работе. Только в середине 1950-х годов, когда в статье Барбары Мосс обсуждалось улучшение роста саженцев яблони, вызванное микоризными грибами, стали ясны истинные преимущества этих грибов.
Преимущества микоризных грибов.
Растения, участвующие в микоризных отношениях, лучше переносят засуху и другие экологические стрессы, корневые патогены и даже внекорневые болезни. Биомасса растений часто улучшается, а также сроки и количество цветков и количество производимых плодов. Микориза также вносит большой вклад в почву, улучшая ее структуру, при росте гифов в поисках питательных веществ.
Микоризы чувствительны к условиям окружающей среды и могут вести себя по-одному при исследовании в тепличных условиях и по-другому на открытом воздухе в полевых условиях. Ситуация еще усложняется тем, что микоризные грибы могут обмениваться ДНК с другими микроорганизмами и изменять свои характеристики отдачи. Тем не менее, многие научные исследования подтвердили важность микориз и преимущества микоризных ассоциаций для растений.
Увеличение поступления питательных веществ.
По мере роста растения корень медленно поглощает питательные вещества из окружающей почвы. Растение в конечном итоге использует доступные питательные вещества в этой зоне или поглощает их со скоростью, которая не может быть поддержана на достаточно высоком уровне для роста растения, в результате корни продолжают расти, чтобы достичь новых участков почвы для добычи питательных веществ.
Однако, связываясь с грибами, корни могут использовать питательные вещества, возвращаемые грибковыми гифами, растущими за пределами зоны истощения. Более того, поскольку гифы значительно тоньше, чем корни, с которыми они связаны, они способны достигать меньших пор в почве внутри и за пределами корневой зоны, которые были недоступны более крупным корням. Хотя микоризные гифы меньше корней, они значительно увеличивают площадь поверхности и увеличивают поглощение. Одно исследование, например, показало, что грибковые гифы, связанные с сосной, добавляют на 20 процентов больше массы к корневой системе дерева.
Микоризные грибы переносят питательные вещества в растение. В свою очередь, около 20 процентов углерода, производимого растением, может быть передано его грибному партнеру. Это некоторая жертва, но отдача того стоит. Фосфор, важное питательное вещество для растений, особенно важное из-за его присутствия в АТФ (Аденозинтрифосфат), — нуклеозидтрифосфат, имеющий большое значение в обмене энергии и веществ в организмах, химически связан с почвой, и большинству растений его трудно усвоить без помощи микоризных грибов. Азот, медь, цинк, железо и никель (все основные питательные вещества для растений) также поглощаются микоризными грибами и передаются растению-хозяину.
Микоризные гифы поглощают питательные вещества уже в почве, но их внеклеточное переваривание также может привести к распаду, что высвобождает в почву еще больше питательных веществ, особенно азота. Кроме того, когда организмы в микоризосфере умирают, они выделяют различные питательные вещества и производят всевозможные метаболиты, которые поглощаются грибами. А сами грибы являются источником пищи для других почвенных пищевых организмов.
