По словам Бакинга, на протяжении более 500 миллионов лет большинство наземных растений делились своими углеводами с арбускулярными микоризными грибами, которые колонизируют их корневые системы. Взамен эти грибы обеспечивают растения азотом и фосфором и улучшают стрессоустойчивость хозяина.Эти грибы рассматриваются как живые окаменелости и исследуют почву с ее гифами в поисках питательных веществ и доставляют эти питательные вещества своему хозяину. В качестве награды растение-хозяин передает этим микоризным симбионтам от 4 до 20 процентов своего фотосинтетически связанного углерода.
«Мы думаем, что эти грибы обладают потенциалом для увеличения производства биомассы биоэнергетических культур и урожайности пищевых культур, причем делать это более устойчивым и экологически безопасным способом», — сказал Бакинг. Она изучает эти взаимодействия в пищевых и биоэнергетических культурах, включая пшеницу, кукурузу, сою, люцерну, клевер и многолетние травы, такие как кордовый луг.
Ее исследования поддержали Национальный научный фонд, Комиссия по пшенице Южной Дакоты, Sun Grant Initiative, Совет по исследованиям и продвижению сои и Министерство энергетики США — Совместная инициатива по геному.Определение отношений между растениями и грибамиПо словам Бакинга, спрос и предложение определяют количество питательных веществ, которыми обмениваются растения и грибы в этих мутуалистических отношениях.
Чтобы разгадать эти сложные взаимодействия, она сотрудничает с исследователями из Университета Врайе в Амстердаме и Университета Британской Колумбии, а также с другими исследователями экспериментальной сельскохозяйственной станции Южной Дакоты.«Хотя растение-хозяин одновременно колонизируется несколькими видами грибов, растение точно знает, откуда исходит определенная польза. Растение-хозяин может различать хорошее и плохое поведение грибов и соответственно распределяет ресурсы», — сказала она, отметив, что растение-хозяин переносит от 4 до 20 процентов его фотосинтетически связанного углерода микоризных грибов.Эти грибы также образуют общие микоризные сети, которые дают им доступ к множеству хозяев.
Ее исследования показали, что, когда растения-хозяева затеняли и, таким образом, уменьшали их выделение углеводов, грибы реагировали уменьшением своей доли питательных веществ.Оптимизация грибов для определенных культурОна и ее сотрудники также обнаружили, что одни грибы более полезны, чем другие. Например, Бакинг и ее сотрудники оценили взаимосвязь между люцерной и 31 различным изолятом 10 видов грибов арбускулярной микориз.
Затем они классифицировали изоляты грибов как изоляты с высокой, средней или низкой эффективностью. Исследователи обнаружили, что высокоэффективные изоляты увеличивают потребление биомассы и питательных веществ люцерны более чем на 170 процентов, в то время как низкоэффективные изоляты не влияют на рост.
Однако те, которые приносят пользу одной культуре, могут не обеспечивать такие же питательные вещества или преимущества для других видов сельскохозяйственных культур, предупредила она. «Даже разные изоляты одного вида грибов могут вести себя по-разному, и необходимо будет идентифицировать грибы, которые оптимально адаптированы к своей конкретной среде и растению-хозяину, чтобы получить максимальную пользу для растений.Адаптация к стрессорамБакинг объяснил, что эти грибы не только обеспечивают питательными веществами, но и могут защитить пищевые и биоэнергетические культуры от стрессов окружающей среды, таких как засуха, засоление и тяжелые металлы, а также болезней. «Все стрессы, которым потенциально может подвергнуться растение, обычно снимаются микоризными взаимодействиями».Она отметила, что повышение толерантности с помощью традиционной селекции обычно нацелено только на один конкретный фактор стресса, но культуры часто подвергаются нескольким стрессам одновременно. «Эти грибы при эффективном использовании могут обеспечить растению улучшенную устойчивость к стрессам, которые нам часто трудно предсказать».
Однако, добавила она, необходимы дополнительные исследования, чтобы лучше понять, как этот древний симбиоз между наземными растениями и грибами можно использовать в полной мере.