Co houby vylučují do půdy?

Vlastnosti hub byly málo prozkoumány, i když hrají obrovskou roli v biosféře. Houby jsou podobné rostlinám, ale v mnohém se podobají živočišné říši. Jedním z problémů v zemědělství je napadení kulturních rostlin houbami. Taková plísňová infekce je fytoflora, která nutí letní obyvatele poblíž Moskvy sbírat rajčata zelená.

Profesor, doktor biologických věd, vedoucí katedry mykologie a algologie Biologické fakulty Moskevské státní univerzity Jurij Djakov hovoří o biologické rozmanitosti hub a o tom, co přibližuje houby zvířatům.

– Co jsou houby?

– Když zvídaví houbaři najdou v lese úžasně tvarované organismy, jako je hliněná hvězda nebo houba, které obecně nemají pro houby typický tvar, přinesou je k nám, a ne k jiným specialistům. To znamená, že chápou, jak se houby liší od nehřibů. Ale čím podrobněji a hlouběji se díváte, tím méně je jasné, co jsou houby. A existuje taková definice: houby jsou eukaryotické organismy (tedy organismy s buněčným jádrem), které se živí výhradně somatrofně – tedy netvoří, ale absorbují živiny v celém těle.

Houby na rozdíl od rostlin nejsou schopny fotosyntézy, tvorby organické hmoty z anorganické hmoty, potřebují organické sloučeniny v prostředí. Ale vstřebávají je ne jako zvířata, která mají speciální ústní ústrojí, trávicí trakt a tak dále, ale celým tělem. Tento způsob výživy ukládal zvláštnosti všemu – morfologii, biologii, biochemii hub. U většiny hub je jejich tělo tvořeno vysoce rozvětvenými vlákny – myceliem. To je nejlepší způsob, jak absorbovat živiny.

Druhým znakem je, že houby mají velmi silné hydrolytické enzymy, které ničí složité polymery, jako jsou proteiny, polysacharidy, lipidy a další na jednotlivé stavební kameny – monomery, které mohou procházet kožní vrstvou houby. To vyžaduje velmi silné enzymy, které se uvolňují do životního prostředí. Houby se v biotechnologii používají k výrobě enzymů, které rozkládají organické sloučeniny. Ve své struktuře je tělo houby, dalo by se říci, střevo obrácené naruby, protože střevo vylučuje enzymy dovnitř a ty rozkládají potravu a houby vylučují enzymy ven.

Další vlastnost souvisí s tím, že abyste to všechno nasáli, potřebujete velmi silný tlak. To znamená, že houbové mycelium je čerpadlo, které vyvíjí obrovský tlak, což umožňuje, aby se tato řešení vháněla do sebe. Řekněme, že plodnice žampionů prorazí asfalt.

Dalším znakem jsou orgány, které nesou spory. U hub se vždy zvednou nad substrát. To, čemu lidé říkají houby, jsou přesně struktury, ve kterých se tvoří spory.

– Houby nazýváme většinou jen část houby, její plodnici?

-Pouze reprodukční orgán. Pokud vytáhnete houbu s částí půdy, můžete vidět, že má lehké vlákna podhoubí. Toto je samotná houba.

– V čem jsou houby blíže zvířatům nebo rostlinám?

– Když Linné vytvářel svůj systém, jehož principy jsou dodnes obecně přijímány a který se nyní molekulární a genoví taxonomové snaží revidovat, nevěděl, kam houby umístit. Vše nepochopitelné sypal na jednu hromadu včetně hub a nazval to chaos. Nyní s pomocí těchto metod, které umožňují určit genetickou příbuznost organismu, tedy analýzou nikoli fenotypových vlastností, ale genomu, bylo možné ukázat, že houby nejsou jedinou skupinou. Houby se skládají z nejméně tří nezávislých, zcela odlišných vyvíjejících se linií. Jedna řada jsou skutečné houby. Druhá skupina je velmi blízká, velmi příbuzná žlutohnědě zbarveným řasám, které mají chlorofyl C. A třetí skupina je velmi blízká živočichům, tzv. myxomycetům, kteří se plazí jako améby a obecně nejen pohlcují, ale může také absorbovat pomocí membránového vezikula celé částice. Říká se jim slizové formy.

– Je role hub v přírodě a v koloběhu látek skutečně tak velká?

– V přírodě je role hub dvojí. Především mají unikátní sadu enzymů, které rozkládají extrémně odolné biopolymery, jako je celulóza a lignin. Z hlediska obsahu uhlíku jsou celulóza a lignin dva polymery, které jsou na prvním místě mezi všemi ostatními. Kromě toho jsou uloženy ve dřevě, v bažinách a v půdě.

Kromě plísní mohou celulózu ničit také bakterie, které žijí ve střevech přežvýkavců, a bakterie, které se používají k namáčení lnu. Ale lignin, tento perzistentní polymer sestávající z kondenzovaných aromatických kruhů, je neuvěřitelně perzistentní látka, kterou nikdo kromě hub nezničí. Je součástí dřeva, ve dřevě je hmotnostně druhý za celulózou – vláknem. A v obsahu uhlíku dokonce převyšuje vlákninu. Při provozu celulózo-papírenského průmyslu vzniká ligninový odpad – celé haldy odpadu a není jasné, co s ním. Je to jedovaté. A nyní se tento problém snaží vyřešit pomocí houbových enzymů. Existuje spousta biotechnologií, v tomto byznysu se zabývá spousta lidí. Zde mohou být houby užitečné.

Ale vzhledem k tomu, že houby mají silné a rozmanité enzymy, jsou silnými ničiteli, zejména dřevěných výrobků. Plísně napadají všechny dřevostavby a dřevěné pražce. Řekněme, že nyní je vážný problém s krásnou katedrálou v Kizhi, která se ve skutečnosti ničí a existuje mnoho různých programů, jak ji zachránit, ale přesto.

– Je třeba katedrálu v Kizhi zachránit před houbami?

– Nabízí se různé možnosti až po kompletní přestavbu katedrály. Starověké rukopisy trpí houbami. A nejdůležitější problém souvisí se skutečností, že houby jsou původci mnoha chorob rostlin, divokých i zemědělských.

– Řekněte nám více o chorobách rostlin způsobených houbami.

– Houbové epidemie někdy ovlivnily osudy celých národů. V Irsku po těžké epidemii plísně během dvou let uhynula celá úroda brambor. A v Irsku 40. století tvořily polovinu stravy XNUMX % populace brambory. Obrovské množství Irů proto zemřelo hladem a asi jeden a půl milionu emigrovalo do Ameriky.

– Všichni letní obyvatelé poblíž Moskvy se potýkají s plísní.

– Phytophthora parazituje na rostlinách lilek – brambory, rajčata. Tato houba se objevila na bramborách v polovině 50. století, na rajčatech asi o XNUMX let později. Nyní škodí rajčatům neméně než bramborám. A všichni sbírají zelená rajčata v Moskevské oblasti, protože jinak zhnijí. Lidé také říkají: když padne mlha, způsobí škody. Příčina a následek jsou zde zaměňovány. Tato houba má zoospory, které potřebují plavat ve vodě, takže když vlhkost stoupne, rychle se množí. Když jsou rozdíly v nočních a denních teplotách, rosa, mlha, pak dochází k hromadné infekci.

Plísně a bakterie v půdě vykonávají funkce, jako je fixace N₂ a solubilizace fosforu, udržování homeostázy biogeochemických cyklů a struktury půdy, potlačení rostlinných patogenů a detoxikace polutantů. Při nízké účinnosti těchto funkcí je půda považována pouze za soubor minerálů a organických látek, tzn. ve skutečnosti je to jen substrát. To je důvod, proč je nyní udržování zdravé půdy zásadní pro udržitelnou produkci plodin a květinový substrát z obchodu, který není kontaminován mikroorganismy, je mrtvý, takže v něm všechny rostliny špatně rostou (přidejte 1. 5 % půdy z pole popř. záhon do něj, čímž se vnesou potřebné autochtonní mikroorganismy).

Půdní živiny se dělí na makroživiny, které se zase dělí na strukturální (C, H, O); hlavní (N, P, K); sekundární (S, Ca, Mg) a mikroelementy (Cl, Mn, Mo, Zn, Ni, Fe, B, Cu).

Strukturální rostlinné prvky se získávají ze vzduchu a vody (ve formě CO₂ a H2O: ale věřím, že brzy bude trend „šetřit uhlík“ pro „zvýšení výnosu“) a zbytek se absorbuje pouze v níže uvedených dostupných formách:

• N jako NH₄ + a NE₃ − ;
• P jako H₂PO₄ − a HPO₄ -2;
• K ve formě K+;
• S jako SO₄ -2;
• Ca ve formě Ca +2;
• Mg ve formě Mg +2;
• Fe ve formě Fe +2 a Fe +3;
• Zn ve formě Zn +2,
• Mn jako Mn+2;
• Mo jako MoO₄ -2;
• Cu jako Cu+2,
• Cl jako Cl − ;
• B jako H₃BO₃ (kyselina boritá) a H₂BO₃ − .

houby

Houby jsou odolnější vůči nepříznivým podmínkám než bakterie a aktinomycety; přežívají ve formě klidových spor v nepříznivých podmínkách. Půdní houby jsou primárními aktivátory biogeochemických cyklů přeměny základních prvků, jako je uhlík, dusík, síra, fosfor atd. Půdní patogeny potlačují i ​​pomocí antibiotik, ale pouze v případě, že cítí „nebezpečí“ konkurentů o potravu .

I když, podotýkám, aktinomycety jsou první, kdo „požírají“ celulózu rostlinných zbytků (kvůli vysoké rychlosti růstu), houby se okamžitě přidávají a pak teprve (na dezert) bakterie. Tomu se říká potravní řetězec a je to příroda. Nedá se ale oklamat: půdní bakterie nejsou schopny efektivně rozkládat celulózu bez plísní.

Za zmínku také stojí, že tato vlastnost je vlastní všem saprofytickým a semi-saprofytickým houbám, včetně fusárií, rhizoctonia a penicillia s aspergilem: jsou užitečné v agrocenóze, dokud nepřevládnou, nebo dokud rostliny neoslabíte svou bezmyšlenkovitou „agronomickou “cvičení. A poté se stanou patogeny (opět pro oslabené rostliny). Proto je v takových případech nutné pamatovat na to, že fuzária či rhizoctonie jako nemoc je přímým ukazatelem vaší neprofesionality v rozhodování v celkovém systému rostlinné výroby.

Je třeba mít na paměti jednu věc. Jednorázová aplikace plísní nebo bakterií (např. Trichoderma) nepovede k prudkému zvýšení výnosu a výrazné změně v mikrobiálním fondu: to musí být prováděno systematicky.

Uhlíkový cyklus

Uhlík z atmosféry je ukládán do půdy fotosyntetickými rostlinami a chemoautotrofy pro další syntézu organických materiálů. Proto je největší zásobárnou uhlíku na povrchu planety Země půda, jediný primární zdroj uhlíku planety pro každého, kdo není rostlina.

K rozkladu organického materiálu (včetně uhlíku) dochází jeho mineralizací houbami a bakteriemi za pomoci různých enzymů (amyláza, celuláza, proteáza, glukosidáza, chitináza atd.) s uvolňováním ve formě plynů (hlavně CO₂) nebo humifikace (dlouhodobé ukládání uhlíku v půdě ve formě huminových látek).

Amyláza tedy štěpí složité polysacharidy a uvolňuje jednoduché cukry s nízkou molekulovou hmotností, které fungují jako zdroj energie pro houby a bakterie, a celulóza v rostlinných zbytcích je rozkládána skupinou enzymů zvaných celulázy na glukózu, celobiózu a vysokomolekulární oligosacharidy. Celulázy vylučují hlavně houby (opět připomínka těch léků na bázi bakterií na trhu, které údajně „rozkládají“ zbytky rostlin)…

Tyto vícesměrné procesy probíhají rovnoměrně a neustále, ale stávající agrocenózy vlivem lidské činnosti výrazně ztrácejí celkový humus, což mírně posouvá rovnováhu směrem ke ztrátám uhlíku ve formě plynů.

Oxid uhličitý je zase absorbován rostlinami, organická hmota je syntetizována pomocí energie slunečního světla a děj se mění ve smyčku: planeta funguje v uzavřeném cyklu.

Přitom je velmi logické a doufám, že je každému, kdo vystudoval střední školu v SSSR nebo Ruské federaci, zcela jasné, že úkoly snižování emisí CO₂ jako cíl „ekologického“ zemědělství jsou úplný nesmysl z z hlediska rostlinné biologie a fyziologie, ale z politického hlediska velmi účinný pokus přimět lidi platit „za vzduch“; Uvidíme, jaký bude úspěch.

Cyklus dusíku

Atmosféra je největší zásobárnou dusíku (78 % vzduchu tvoří dusík), a přestože není pro většinu živých organismů přímo přístupná, je dobře přístupná bakteriím fixujícím dusík a prvokům, kteří jako první začleňují dusík do biomasu planety. V organismech se dusík vyskytuje ve většině redukovaných formách, ale během buněčné smrti je nitrifikován na dusičnany, které jsou zase denitrifikovány na N plyn₂vypuštěny zpět do atmosféry.

Vyrovnaný cyklus dusíku tedy vyžaduje paralelní aktivitu asimilace (fixace a začlenění do biomasy) a disimilace (zpracování organického dusíku na N₂) procesy.

První krok v cyklu dusíku (biologická fixace dusíku) je usnadněn skupinou bakterií (diazotrofů), která zahrnuje sinice, zelené sirné bakterie, Azotobacter, rhizobia a Frankia v různých ekosystémech. U prvních tří nastává nesymbiotický proces, u posledních dvou symbiotický proces (symbióza s rostlinami).

K biologické fixaci dusíku dochází jako výsledek kaskády reakcí zahrnujících složité enzymatické systémy a pokrývá asi 65 % veškerého dusíku použitého v agrocenózách. Většina tohoto dusíku, fixovaného rhizobií v symbióze s luštěninami, se shromažďuje ve formě zrn. Luskoviny (hrách, vojtěška, vikev, sója) jsou tedy hlavními akumulátory a depozitáři vzdušného dusíku v půdě.

Plodiny jako pšenice, rýže a většina stromů mají schopnost vázat dusík, ale využívají volně žijící nebo asociativní diazotrofy (bez vytvoření klasické symbiózy). Příspěvek symbiózy luskovin a rhizobií (13. 360 kg/ha) je však mnohem větší než u nesymbiotických diazotrofů (10. 160 kg/ha).

Biologická fixace dusíku je energeticky velmi náročný proces, při kterém se atmosférický dusík přeměňuje na dusík organický. To lze pochopit složitostí enzymu dusíkaté látky, hlavního enzymu podílejícího se na fixaci dusíku, který se skládá ze dvou složek – dinitrogenáza reduktázy, proteinu železa a dinitrogenázy (kofaktor kovu). Fixace dusíku zahrnuje nodulaci (tvorbu uzlů) a přímou fixaci dusíku (včetně biosyntézy Fe-Mo kofaktoru, příjmu a metabolismu mědi, produkce exopolysacharidů).

Rhizobia mají jedinečný vztah k uzlům luštěnin, stimulují růst rostlin, produkují fytohormony a snižují účinky abiotického stresu.

Kromě rhizobií existuje řada asociativních a volně žijících bakterií fixujících dusík: rod asociativních bakterií Azospirillum stimuluje růst a rod Azotobacter produkuje fytohormony a enzymy, které podporují zvýšenou membránovou aktivitu, růst kořenového systému, vylepšené absorpce vlhkosti a živin, zmírnění negativních environmentálních stresových faktorů a biokontrola proti fytopatogenům.

Dusík z atmosféry, fixovaný ve formě amonia během asimilačního procesu, se tak účastní procesů nitrifikace (aerobní oxidace amonia na dusitany a poté na dusičnany) a denitrifikace (anaerobní redukce dusičnanů na dusitany, následně oxid dusnatý a oxid dusný na N₂) pomocí půdních bakterií.

Fosforový cyklus

Fosfor tvoří asi 0,2. 0,8 % suché hmotnosti rostliny, ale pouze 0,1 % tohoto fosforu je rostlinám k dispozici z půdy.

Většina fosforu potřebného pro rostliny z půdy musí být získána činností mikroorganismů solubilizujících fosfát (solubilizující fosfáty). Půdní mikroorganismy přispívají k uvolňování dostupného fosforu (některé pseudomonády, bacily, aspergily, penicillium, trichoderma, streptomycety a nokardie).

Syntetizují nízkomolekulární organické kyseliny, které rozpouštějí těžko rozpustné sloučeniny fosforu, k mineralizaci organického fosforu dochází pomocí enzymů (fosfatáza, fosfohydroláza, fytáza, fosfonoacetáthydroláza, D-α-glycerofosfatáza a CP-lyáza). Anorganický fosfor je absorbován rostlinami a opět přechází do organické formy.

Co je špatného na rozvoji zemědělství šetřícího půdu a zdroje v Rusku?

Cyklus síry

Asi 95 % síry v půdě je ve vázané (organické) formě, rostlinám nepřístupné; Dostupnou formou zůstává 5% anorganická síra. To často vede k příznakům nedostatku síry u rostlin nebo k bezdůvodnému snížení výnosu (ne všechny plodiny jasně vykazují příznaky nedostatku síry).

Oxidaci elementární síry a jejích organických sloučenin na sírany provádějí chemoautotrofní (thiobacillus) a fotosyntetické bakterie. Heterotrofní bakterie (bacil, pseudomonády a artrobakterie) a houby (aspergillus a penicillium), stejně jako některé aktinomycety, oxidují sloučeniny síry na sírany. Sírany jsou absorbovány rostlinami, kde se síra přeměňuje na organickou formu (bílkoviny). Organické sloučeniny síry (bílkoviny a aminokyseliny) se mohou rozkládat na sirovodík a oxidy síry.

Potlačení půdních fytopatogenů

Zdraví půdy je založeno nejen na hojnosti a rozmanitosti všech půdních mikrobů, ale také na relativně vysoké populaci prospěšných. Výskyt a závažnost hniloby kořenů je nepřímým hodnocením stavu půdy.

Některé rhizosférické houby a bakterie mají antagonistickou aktivitu proti půdním fytopatogenům. Toho lze dosáhnout použitím lytických enzymů (celulázy, chitinázy, proteázy a β-1,3-glukanázy), které buď přímo potlačují rostlinné patogeny, nebo působí nepřímo zvýšením rezistence hostitelské rostliny. Bakterie rodu Pseudomonas mohou produkovat fungistatika a antibiotika a také vyvolat systémovou rezistenci v hostitelské rostlině.

Mykorhizní asociace („kořen houby“ nebo „kořen bakterie“) jsou nejběžnější ve všech ekosystémech. Mezi nimi jsou nejčastější arbuskulární mykorhizy, které inhibují velké množství fytopatogenů (aphanomycetes, fusaria, ophiobolus, plíseň, pithias, rhizoctonia, bílá hniloba a verticillium).

Trichoderma, avirulentní rostlinný symbiont a biokontrolní činidlo proti širokému spektru fytopatogenů, využívá mechanismy kompetice, mykoparazitismu, indukované rezistence, produkuje antibiotika a enzymy k ochraně proti patogenům.

Jiné (bacily, penibacily a streptomycety) mají také inhibiční aktivitu proti půdním fytopatogenům.

Co je zdraví půdy?

Zdraví půdy je výsledkem nepřetržitých procesů akumulace a rozkladu chemických, fyzikálních a biologických (včetně mikrobiálních) složek v ekosystému. Protože půdní houby a bakterie rychle reagují na změny v půdním ekosystému, jsou vynikajícími indikátory zdraví půdy. Trvalé změny jejich poměru v populaci nebo výbuchy aktivity mohou být prediktorem změn fyzikálních a chemických vlastností půdy.

Půdní mikrobiom hraje pozitivní roli při podpoře růstu rostlin kromě své přímé nebo nepřímé účasti na koloběhu živin. Mohou podporovat růst rostlin tím, že sídlí v rostlinné rhizosféře (solubilizují fosfáty, produkují hormony nebo fixují dusík), ovlivňují metabolismus rostlin (zvyšují příjem vody a minerálů) a inhibují rostlinné patogeny. Patří sem bacily, pseudomonády, trichoderma, rhizobie, bradyrhizobie, sinorhizobie, mesorhizobie a streptomycety.

Kromě zvýšení růstu rostlin výrazně zvyšují dostupný dusík v rhizosféře (+8. 82 %), dostupný fosfor (+13. 44 %) a organický uhlík (+17. 39 %). Produkce lytických enzymů, jako je celuláza, chitináza, lipáza a proteáza těmito mikroby, je dalším důkazem zvýšeného obsahu organického uhlíku a dusíku v půdě.

Proto by se zdraví a kvalita půdy měla vyjadřovat (a měřit) nikoli množstvím minerálních (živin) a organických (humus) látek, ale adekvátním hodnocením aktivity, druhové diverzity a kvantitativním hodnocením mikrobiálního fondu. , což je právě ten „reaktor“, který z mrtvého substrátu vytváří živou půdu, nebo je naopak místem pro udržitelný rozvoj fytopatogenů, proti kterým žádné léky nezaberou.