Dă-ne o șansă de a alege - sau planta reglează compoziția microbiomului în funcție de nevoile sale actuale

Cine nu ar ști mirosul proaspăt de iarbă tăiată care zboară în aer? Dar, cu acest buchet de arome plăcut pentru noi, ce trimite planta în mediul său? Cum selectează o plantă sănătoasă compoziția bacteriilor și ciupercilor care îi susțin dezvoltarea în funcție de nevoile sale unice și actuale? L-am întrebat pe Dr. István Parádi, profesor asistent al Departamentului de Fiziologie a Plantelor și Biologie Moleculară a Plantelor, Universitatea Eötvös Loránd, despre aceste probleme și efectele practicii agricole intensive și dezvoltarea vaccinurilor micorizice.

Plantele emergente răspund condițiilor de mediu în continuă schimbare, schimbându-și modul de viață. Cum reacționează plantele la efectele mediului?

Plantele răspund la efectele de mediu abiotice și biotice într-o varietate de moduri. Ca prim pas în proces, planta simte efectul extern cu receptorii săi speciali. Semnalul format este deviat de la receptorii de la suprafața celulei către stocul genetic, unde sunt activate genele corespunzătoare. Cu proteinele și alte produse metabolice produse de aceste gene, acesta reacționează într-o anumită măsură la influențele externe, așa că se adaptează. Rezultatul unui astfel de proces este, de exemplu, adaptarea celulară la lipsa apei în caz de secetă, de ex. producerea anumitor metaboliți specifici.

Dr. István Parádi, profesor asistent, Departamentul de Fiziologie a Plantelor și Biologie Moleculară a Plantelor, Universitatea Eötvös Loránd

Semnalele generate sunt cel mai adesea semnale chimice, cu care informațiile sunt transferate în interiorul individului (de exemplu, între frunzele adiacente) și între indivizi. Un alt mod prin care informația circulă exclusiv în interiorul individului este prin semnalul electric. În unele cazuri, planta poate genera, de asemenea, potențial de acțiune (de exemplu, închiderea în serie a frunzelor de mimoză datorită atingerii poate fi urmărită și în acest sens).

Ce efecte fiziologice au aceste semne?

Folosind analogia lingvistică, metaboliții secundari, ca cuvinte, vorbesc aceeași limbă? Cât de specifice sunt aceste semne? Există o modalitate de a le detecta și măsura?

Acestea sunt practic vorbite într-o limbă, deoarece tovarășul și chiar individul aparținând unei alte specii îl pot percepe, doar cu distanța taxonomică din ce în ce mai mică. Cu toate acestea, există semnale speciale de aplicare generală care parcurg distanțele menționate, cum ar fi de ex. polenizatori.

Semnalele pot fi măsurate, știința metabolomicii se ocupă cu detectarea și evaluarea întregii game de produse metabolice. Există deja instrumente serioase pentru acest lucru: obțin o amprentă digitală din buchetul emis de plantă după ce substanțele au fost descompuse.

Există rezultate care sugerează că plantele pot avea spectre chimice diferite pentru metaboliții secundari la nivel individual. Compoziția buchetului depinde de o mulțime de lucruri, dar mai ales de mediul în care trăiește planta și locația sa taxonomică.

Comunicarea poate crea, de asemenea, un fel de „cursă a înarmărilor” între plantă, dăunător și dușmanul natural.

De exemplu, o plantă eliberează substanțe ca răspuns la stresul biotic al unui dăunător de mestecat care atrage un prădător de insecte prădătoare. Cu toate acestea, această alarmă poate fi „înțeleasă” și de hiperparazit.

Un exemplu clasic este o plantă infestată cu afide care, atunci când este rănită de un dăunător, produce un produs metabolic atractiv care este simțit de o buburuză care ucide dăunătorul la afidul care o hrănește. Cu toate acestea, povestea nu se încheie neapărat aici. Puteți continua cu apariția unei viespi care parazitează imaginea buburuză, plasând ouăle în corpul gândacului. În același timp, eliberează buburuză un virus ARN special care îi schimbă funcția creierului și îl determină să ia măsuri de protecție. Ca urmare, păstrează și protejează formele păpușilor care au scăpat din corpul său până la dezvoltarea lor completă.

Semnalele chimice emise de plante pot fi diferite chiar și la nivel individual, deci eliberează informații despre starea și nevoile actuale în mediu. După cum sa discutat la începutul discuției, o plantă este capabilă să răspundă atât efectelor de mediu biotice, cât și abiotice în acest mod.

Multe bacterii și ciuperci trăiesc în simbioză cu plantele, cum ar fi bacteriile care fixează azotul sau ciupercile micorizate și așa mai departe. Această comunitate are o compoziție specială, care este influențată de o mulțime de lucruri, chiar și de ce anotimp este. O plantă sănătoasă alege dintre acestea pe tot parcursul vieții în funcție de nevoile sale actuale, deci este foarte important să aveți întotdeauna la dispoziție un microbiom divers, bogat în specii. Acest lucru poate fi susținut, de exemplu, prin utilizarea de biostimulanți, preparate microbiologice care conțin organisme vii utile plantei (cum ar fi bacteriile implicate în fixarea azotului și mobilizarea fosfatului, diverse micro-ciuperci) și preparate pentru condiționarea solului neviu și a plantelor substanțe care favorizează dezvoltarea plantelor și creșterea microorganismelor benefice.poate fi.

Care sunt cele mai importante microorganisme din microbiomul plantei?

Ce tipuri de ciuperci micorizice trăiesc în simbioză cu plantele din sol? Cât de specifice sunt pentru partenerul plantei?

Se cunosc mai multe tipuri de ciuperci micorizale. Cei mai în vârstă sunt cei care au format micoriza arbusculară (AM) acum 500 de milioane de ani. Acestea apar cel mai frecvent în natură, cu o proporție semnificativă de 300-400 de mii de specii de plante care trăiesc în simbioză cu aceste ciuperci. De asemenea, trebuie remarcat în această legătură că numărul speciilor de ciuperci AM implicate în această coexistență cunoscută până acum este de numai 300-400. Un alt grup important sunt ciupercile ectomicorizale, care trăiesc pe Pământ de 160 de milioane de ani. Aceasta include câteva mii de specii de ciuperci, care colonizează și câteva mii de specii de plante, care sunt în principal lemnoase. Membrii tipici ai grupului sunt trufele, ciupercile porcini, galbenele etc. În plus, există și alte tipuri care coexistă cu plante non-agricole importante, cum ar fi gândacii și orhideele.

Ciupercile ectomicorizale prezintă o specificitate puternică, în timp ce ciupercile micorizice arbusculare nu, dar în acest din urmă caz selecția plantelor este mai mare.

Ce culturi se caracterizează prin ciuperci micorizale prezenţă? Cum se comportă în condiții de creștere intensivă? Cum sunt afectate de prelucrarea solului și utilizarea chimică?

Ciupercile micorizice apar și în culturile agricole, chiar și în câmpuri puternic chimizate. Întrebarea este ce specii se găsesc și ce nivel de diversitate poate fi observat. Ca urmare a agriculturii intensive, numărul speciilor scade, practic rămân speciile AM „buruieni”. Acest lucru se datorează faptului că nu reprezintă cu adevărat un avantaj pentru plante.

Ciuperca micorizică care pătrunde în rădăcină (apressorium)

Prelucrarea prin rotație, care rupe hifele, reduce numărul lor cel mai mult și structura compactă, slabă a solului, în care raportul apă/aer nu este potrivit pentru ciuperci. Ciupercile AM în sine contribuie la formarea unei structuri a solului de bună calitate prin faptul că glomalina, o proteină greu de descompus care formează învelișul protector al hifelor, este un adeziv important în formarea firimiturilor de sol.

Reabilitarea nutrienților și fertilizarea au, de asemenea, un efect asupra ciupercilor micorizice. Ca urmare a fertilizării cu fosfor, planta furnizează ciupercii cu mai puțin zahăr, ceea ce va produce o colonizare mai scăzută și, în consecință, un număr mai mic de spori. Rotația culturilor afectează și ciupercile AM, cultivarea cu monocultură duce la scăderea diversității acestora.

Cât durează dezvoltarea unor condiții de sol sănătoase, adecvate pentru creșterea ciupercilor micorizice?

Tranziția, adică formarea unui sol fertil care oferă un mediu adecvat ciupercilor micorizice, nu are loc în 1-2 ani, este nevoie de mai mult timp pentru a crea un sol sănătos, acest proces poate fi accelerat prin utilizarea biostimulanților. Consider că este esențial să dezvolt un know-how care să ghideze producătorul din punct în punct prin procesul care duce la regenerarea solului și la vindecarea solului. Acest lucru se datorează faptului că nu începe cu fermierul răspândirea inoculului cumpărat în zonă. În primul rând, trebuie stabilite condițiile pentru stabilirea ciupercii, la care contribuie, de exemplu, utilizarea plantelor de acoperire. Acest lucru se datorează faptului că ciuperca obține nutrienții (zahărul, aminoacizii) din plantă, nu poate descompune humusul și gunoiul de grajd organic, are nevoie de o plantă vie. Din acest punct de vedere, totuși, este important de menționat că florile crucifere nu formează o relație practic micorizantă. Se recomandă utilizarea amestecurilor de plante acoperitoare.

Care sunt posibilitățile de utilizare industrială a ciupercilor micorizice?

Este important să știm că producția de produse micorizice este costisitoare deocamdată, deoarece necesită o plantă vie, deoarece se pot dezvolta și reproduce numai dacă sunt conectate la rădăcinile unei plante vii. Astfel, pentru propagarea lor sunt necesare suprafețe mari de seră. Ca urmare, utilizarea lor este în prezent mai economică în cultivarea speciilor de plante care au o mare valoare într-o zonă relativ mică. Acestea sunt de ex. pomi fructiferi, legumicultură sau sectorul horticol.

În cazul plantelor de câmp, ne putem aștepta la utilizarea preparatelor micorizice în viitor?

După cum am menționat mai devreme, merită mai puțin pentru moment datorită costurilor ridicate, dar este, de asemenea, posibil să vă îmbrăcați cu produse de micorize, ciupercile putând fi amestecate în pansament.

Într-un experiment de câmp, inoculul micorizant a fost testat pe un câmp de porumb. Preparatul de micorize a fost aplicat pe sol și apoi s-au semănat semințe de porumb acoperite cu fungicide și fără pansament. S-a constatat că fungicidul reduce colonizarea AM cu 10-20%. Avem în vedere mai multe soluții pentru a evita problema, cum ar fi determinarea distanței optime de timp între aplicarea ciupercilor micorizale și însămânțarea semințelor îmbrăcate. De asemenea, este obișnuit ca agentul patogen să apară acolo unde este localizat, astfel încât, dacă solul este „umplut” cu organisme benefice, șansele de infecție vor fi mai mici. Tehnologia de inoculare a micorizei se află în prezent în faza de dezvoltare, sperăm că va fi inclusă în practica producției de culturi în câmp în viitorul apropiat.

Și vorbind despre evoluții, aș vrea să spun și câteva domenii interesante: apariția tehnicilor de testare a plantelor neinvazive. Acumularea conexiunilor micorizice într-o plantă poate fi, de asemenea, determinată fără a fi nevoie să o scoateți din sol. Aceasta se bazează pe măsurarea rezistenței dintre unitate și sol. Cercetările sunt, de asemenea, efectuate în așa fel încât starea de sănătate a plantelor să poată fi caracterizată prin această metodă de măsurare. Dacă aceste date pot fi legate de anumite caracteristici ale randamentului în viitor, metoda poate fi utilizată chiar pentru estimarea randamentelor.

În timpul înființării livezilor, ce plante erbacee și lemnoase ar trebui cultivate unul lângă altul pentru micorize?

La fel ca majoritatea trandafirilor, pomii fructiferi sunt colonizați de ciuperci micorizale arbusculare. Pe baza acestui fapt, atunci când alegeți tufișurile, merită luate în considerare ajustarea.

Detaliu al rădăcinii micorizice cu arbuscule

Abordarea generală este că, cu cât compoziția speciilor de plante dintr-o anumită zonă este mai diversă, cu atât sunt mai mari șansele ca cultura să găsească speciile simbionte potrivite pentru aceasta. Toate acestea vă pot ajuta, de asemenea, să evitați deteriorarea solului.

Depozitarea și utilizarea preparatelor care conțin organisme vii necesită o atenție deosebită, dar este, de asemenea, o sarcină serioasă să câștigi și să păstrezi încrederea clientului în ceea ce privește eficacitatea produsului. Cum să spori încrederea fermierilor în aceste produse?