Орхидные микоризы — эндомикоризные грибы, которые вступают в симбиотические отношения с корнями и семенами растений семейства Орхидные . Почти все орхидеи в какой-то момент своего жизненного цикла являются микогетеротрофными . Микориза орхидеи имеет решающее значение при прорастании орхидеи , поскольку семя орхидеи практически не имеет запаса энергии и получает углерод от грибного симбионта . [1] [2]
Симбиоз начинается со структуры, называемой протокормом . [3] Во время симбиоза гриб развивает структуры, называемые пелотонами, в коре корня орхидеи. [4]
Многие взрослые орхидеи сохраняют своих грибковых симбионтов на протяжении всей своей жизни, хотя польза для взрослой фотосинтетической орхидеи и гриба остается в значительной степени необъяснимой.
Орхидеи имеют несколько жизненных стадий. Первая стадия — непроросшее семя орхидеи , следующая стадия — протокорм , а следующая стадия — взрослая орхидея. Семена орхидеи очень мелкие (длиной от 0,35 до 1,50 мм), веретенообразные, с отверстием на заостренном конце. [5] Каждое семя имеет недифференцированный зародыш, в котором отсутствуют корневая и побеговая меристемы . [3] Семя орхидеи не имеет достаточного количества питательных веществ для самостоятельного роста, ему не хватает эндосперма . [2] Вместо этого он получает питательные вещества, необходимые для прорастания, от грибковых симбионтов в естественной среде обитания. [4]
Когда семя орхидеи прорастает, оно образует промежуточную структуру, называемую протокормом, молодые растения, которые проросли, но не имеют листьев и состоят в основном из клеток паренхимы . [6] [3] Зараженные протокормы имеют тенденцию развивать активную меристему в течение нескольких дней. [7] На взрослой стадии многие орхидеи имеют небольшое количество толстых неразветвленных корней, в результате чего корневая система имеет небольшую площадь поверхности, что благоприятно для потенциально микотрофных тканей. [8]
Орхидеи, лишенные хлорофилла, называемые ахлорофиллическими микогетеротрофами , сохраняют своих грибковых симбионтов всю свою жизнь, полагаясь на грибы как источник углерода. [9]
Споры о том, необходим ли грибковый симбиоз для орхидей, ведутся давно, поскольку Ноэль Бернар впервые предложил симбиоз орхидей в 1899 году. В 1922 году американский ботаник Льюис Кнудсон обнаружил, что семена орхидей можно выращивать на агаре и грибковых сахарах без микоризы, какими бы современными они ни были. Исследования показали, что прорастание орхидей может быть более успешным при использовании определенных грибов. [10]
Хотя эпифитные орхидеи растут на других растениях, они могут производить хлорофилл в своих листьях, стеблях и корнях. Как и у всех орхидей, прорастание и развитие протокормов зависит от грибковых симбионтов, которые сокращают время прорастания и повышают жизнеспособность протокормов . [10] Зависимость орхидей от конкретных грибов широко изучалась, и оказалось, что популяции некоторых грибов, присутствующих в почве, имеют большее значение для прорастания семян, чем близость орхидеи к более старым растениям или их географическое положение, поскольку предполагалось ранее. [11]
Грибки могут проникнуть на разные стадии жизни орхидеи. Грибковые гифы могут проникать в клетки паренхимы проросших семян орхидей, протокормов, поздних сеянцев или корней взрослых растений. [12] Гифы грибов, попадающие в орхидею, содержат много митохондрий и мало вакуолей. [13] таким образом увеличиваются их метаболические способности в сочетании с принимающим симбиотом. На стадии протокорма гифы проникают в халазальный (верхний) конец зародыша, [14] однако у наземных орхидей проникновение грибов в корни взрослых растений происходит в основном через кончики корневых волосков, которые затем принимают деформированную форму. [2] Симбиоз обычно поддерживается на протяжении всей жизни орхидеи, поскольку питательные вещества, сахара и минералы зависят от гриба. [15] Однако было обнаружено, что некоторые орхидеи меняют грибковых партнеров в экстремальных условиях. [16]
Вскоре после проникновения гриба в орхидею он образует внутриклеточные клубки гиф, называемые пелотонами, в зародышах развивающихся сеянцев и корнях взрослых растений. [4] Образование пелотонов в клетках коры корня является определяющей анатомической структурой микоризы орхидеи, которая отличает ее от других форм грибов. [17] Пелотоны могут различаться по размеру, расположению и плотности упаковки гиф. [7] Пелотоны отделены от цитоплазмы орхидеи межфазным матриксом и плазматической мембраной орхидеи. [18] Материал, из которого состоит межфазная матрица, может различаться в зависимости от стадии микорризного взаимодействия орхидеи. [19] Клетки орхидей с дегенерирующими пелотонами лишены крахмальных зерен, тогда как недавно инвазированные клетки орхидей содержат большие крахмальные зерна, что указывает на гидролиз крахмала в результате колонизации грибами. [13] В инфицированных корковых клетках орхидей и в неинфицированных корковых клетках вблизи зараженного участка наблюдается увеличение ядра в результате увеличения содержания ДНК. [20] Повышенное содержание ДНК коррелирует с дифференцировкой паренхиматозных клеток, что указывает на ее роль в росте орхидей. [21] По мере того, как пелотоны живых грибных гиф стареют и в конечном итоге распадаются или лизируются, они появляются в виде коричневых или желтых комков в клетках орхидеи. [6] Распавшиеся пелотоны представляют собой область, представляющую значительный интерес для текущих исследований. Распавшиеся пелотоны сначала испытывают коллапс, когда микротрубочки орхидеи окружают пелотоны, что может быть механизмом коллапса пелотонов, вызывая физиологические и структурные изменения гиф. [18] Кортикальные клетки старых корней, как правило, имеют больше лизированных пелотонов, чем молодые пелотоны. [2] Хотя пелотоны лизируются, новые пелотоны продолжают образовываться, что указывает на высокую активность новых гиф. [8]
Базидиомицетовые ризоктониевые грибы
Грибы, образующие микоризу орхидей, обычно представляют собой базидиомицеты . Эти грибы происходят из ряда таксонов, включая виды Ceratobasidium ( Rhizoctonia ), Sebacina , Tulasnella и Russula . Большинство орхидей ассоциируются с сапротрофными или патогенными грибами, а некоторые — с эктомикоризными видами грибов. Эти последние ассоциации часто называют трехсторонними ассоциациями, поскольку в них участвуют орхидея, эктомикоризный гриб и его фотосинтезирующее растение-хозяин. [22] [23] Некоторые из проблем при определении специфичности микоризы орхидей к хозяину заключаются в методах идентификации специфичных для орхидей грибов среди других свободноживущих видов грибов в образцах, полученных из дикой природы. Даже при наличии современного молекулярного анализа и геномных баз данных это все еще может оказаться трудным, [24] частично из-за сложности культивирования грибов из протокорм и идентификации образцов грибов, [24] , а также изменений в эволюционирующей рДНК. [25] Однако стало яснее, что разные грибы могут ассоциироваться с орхидеями на определенных стадиях, будь то при прорастании, развитии протокорма или на протяжении всей жизни орхидеи. [26] Типы орхидей и их симбиотических грибов также различаются в зависимости от экологических ниш, которые они занимают, будь то наземные или растущие на других растениях в качестве эпифитов . [27]
Эктомикоризный базидиомикота
Ряд других базидиомицетов был обнаружен у различных орхидей, не подпадающих под зонтик Rhizoctonia. В частности, многие полностью микогетеротрофные орхидеи ассоциируются с эктомикоризными базидиомицетами, принадлежащими к таким родам, как Thelephora , Tomentella и Russula .
Базидиомицеты семейства Atractiellales.
Аскомикота
Хотя ассоциации аскомицетов редко встречаются у орхидей, они были зарегистрированы у нескольких видов орхидей. Европейская наземная орхидея Epipactis helleborine имеет специфическую связь с эктомикоризными аскомицетами Tuberaceae.
Микориза орхидей (ОМ) встречается примерно в 10% ботанического разнообразия Земли и имеет уникальные и специализированные микоризные взаимодействия по переносу питательных веществ, которые определяют приспособленность и разнообразие семейства орхидей. [28] Микоризные ассоциации орхидей включают в себя множество различных систем транспортировки питательных веществ, структур и явлений, которые наблюдаются только у семейства Orchidaceae. Эти взаимодействия формируются между базидиомицетами и всеми видами орхидных. [29] Грибы-базидиомицеты, наиболее часто встречающиеся в составе орхидей, ризоктония, известны своими сапрофитными способностями, что делает эту ассоциацию грибов с орхидеями аномальной, позволяя как растению, так и грибам получить доступ к источнику углерода внутри микоризной ассоциации, недоступному при арбускулярной микоризе. [30] [29] Способ и степень, в которой разные виды орхидей используют это взаимодействие, различаются. [31] Микоризные взаимодействия орхидей могут варьироваться от полностью паразитических на грибном партнере до мутуалистического взаимодействия, включающего двунаправленный перенос питательных веществ между растением и микоризным грибом. [32] [33] Растения орхидеи при прорастании проходят обязательную паразитическую стадию жизни, когда все питательные вещества должны поставляться грибом. [34] После прорастания микоризные взаимодействия орхидей станут специализированными на использовании углерода и питательных веществ, доступных в окружающей среде, окружающей это взаимодействие. Часто считается, что эти ассоциации продиктованы растением. [33] В прошлых исследованиях было указано, что особи орхидей, населяющие густые сильно затененные леса, могут значительно больше зависеть от своего грибкового партнера по содержанию углерода, который варьируется внутри и между видами, демонстрируя изменчивый и реактивный характер этого взаимодействия. [28] [35]
При заражении орхидеи микоризным грибом оба партнера значительно изменяются, обеспечивая перенос питательных веществ и симбиоз. Механизмы переноса питательных веществ и симбиотические органы микоризного пелотона начинают появляться вскоре после заражения, примерно через 20–36 часов после первого контакта. [28] Существует значительная генетическая активация и подавление многих различных генов, способствующих созданию симбиотического органа и путей перемещения питательных веществ. Когда гриб проникает в клетки паренхимы орхидеи, плазматическая мембрана инвагинируется, облегчая грибковое заражение и рост. [36] Эта недавно инвагинированная плазматическая мембрана окружает растущие пелотоны и создает огромную площадь поверхности, с которой может осуществляться обмен питательными веществами. Пелотоны микоризы орхидей представляют собой сильно свернутые плотные грибные гифы, которые часто более обширны по сравнению с эндомикоризными структурами арбускулярной микоризы. [37] [28] [38] Окружающая растительная мембрана по существу становится шероховатой эндоплазматической сетью с большим количеством рибосом и множеством белков-транспортеров и аквапоринов. Кроме того, есть данные электронной микроскопии, указывающие на возникновение экзоцитоза из растительной мембраны. [31] Эта сильно извитая и богатая транспортерами мембрана умело выполняет функции обмена питательными веществами между растением и грибом и позволяет осуществлять молекулярные манипуляции с помощью рибосом и выделяемых ферментов внутри межфазного апопласта. [33] [39] Пелотоны не являются постоянными структурами и легко разлагаются и перевариваются в течение 30–40 часов после их образования в микоризе орхидей. Это происходит во всех эндомикоризных ассоциациях, но орхидные растения легко переваривают грибные пелотоны раньше и чаще, чем это наблюдается при арбускулярных микоризных взаимодействиях. [40] Предполагается, что возникновение этого более экстремального режима пищеварения может быть как-то связано с некроторфическим переносом питательных веществ, то есть поглощением питательных веществ из мертвых клеток. [41] [40] [28] Ключевыми питательными веществами, участвующими в большинстве процессов передачи между грибами и орхидеями, являются углерод, азот и фосфор. [42]
Микоризные взаимодействия орхидей уникальны с точки зрения потока питательных веществ. Обычно при арбускулярных микоризных взаимодействиях растения однонаправленно снабжают грибы углеродом в обмен на фосфор или азот или и то, и другое, в зависимости от окружающей среды, [43] [42], но у орхидей микоризный перенос питательных веществ менее специфичен (но не менее регулируется), и существует часто двунаправленный поток углерода между грибом и растением, а также поток азота и фосфора от гриба к растению. Примерно у 400 видов растений углерод не поступает из растения, и все питательные вещества растения поставляются грибами. [33] Однако чистый прирост углерода растением в результате этих взаимодействий является положительным в большинстве наблюдаемых взаимодействий. [41]
Фосфор является важнейшим питательным веществом, необходимым всем растениям, и часто дефицит фосфора в почве диктует формирование симбиотических отношений. Фосфор получается микоризным грибом из окружающей почвы в трех различных формах; органический фосфор, фосфаты и неорганические соединения фосфора. Часто эти соединения прочно связаны с катионами и должны быть протонированы и/или катаболизированы, чтобы стать биодоступными. Микоризные грибы чрезвычайно эффективны в этом благодаря обширной площади поверхности почвы, а также высокому ферментативному разнообразию. [44] [43] [42] После освобождения из почвы соединения фосфора, в первую очередь неорганические фосфаты, передаются двумя предполагаемыми путями. Первый включает активный транспорт неорганического фосфора, прежде всего в виде фосфата через переносчики Pi (неорганического фосфора) из гриба в межфазный апопласт, где он протонируется из-за кислой природы межфазного апопласта с образованием дигидрофосфата, а затем впоследствии переносится через активные переносчики Pi в растительную клетку. [42] [44] Второй метод основан на пассивном оттоке Pi из гриба и активном поглощении растением, как и в предыдущем пути. Замечено, что свободноживущие грибы обычно имеют очень небольшие потери Pi, что, как полагают, связано с реабсорбционной природой гиф грибов, но предполагается, что во время симбиоза реабсорбция Pi снижается, что увеличивает чистый отток Pi из грибов. грибы. [42] Оба пути зависят от относительно высоких концентраций Pi в клетках грибов и низких концентраций Pi внутри растительной клетки для эффективного транспорта, хотя второй метод гораздо больше зависит от этого условия. Кроме того, эти методы не являются взаимоисключающими и могут встречаться у одних и тех же людей, но необходимы дополнительные исследования, чтобы раскрыть сложности взаимодействия. [28] Для облегчения фосфорного обмена активируется ряд генов; Гены-переносчики Pi, такие как MtPT4 и StPT3, регулируются в растениях орхидей наряду с транспортерами H + АТФазы. [43] Грибковые партнеры активировали гены-переносчики Pi, а также гены, кодирующие щелочную фосфатазу (Перотто). [45] [43] Активация генов фосфатазы важна тем, что указывает на то, что значительная часть фосфора, полученного грибами в некоторых средах, может быть получена в результате катаболизма органических молекул. [43] Важно отметить, что после установления микоризного симбиоза единственный фосфор, получаемый растением, поступает через ткань гриба. [31]Кроме того, крупномасштабный транспорт фосфора от грибов к растениям происходит только тогда, когда грибковые пелотоны живы, и как только эти структуры начинают разлагаться, значительный поток фосфора прекращается. [44] Это классифицирует этот путь как биотрофный, что означает перенос питательных веществ между двумя или более живыми организмами.
Транспорт азота — не менее важный и влиятельный процесс, который часто происходит посредством микоризных ассоциаций. [46] Азот значительно легче получить, чем фосфор, и он гораздо более распространен, но микоризные взаимодействия по-прежнему обеспечивают значительную выгоду в распределении азота. Биодоступный азот в виде нитрата и аммония всасывается из почвенной среды во внерадикальный мицелий микоризных грибов и ассимилируется в аминокислоты. [43] В некоторых случаях аминокислоты и другие азотистые органические соединения могут присутствовать в окружающей почве. В этом случае поглощение органического азота также происходит через пермеазы аминокислот и переносчики пептидов. [39] После включения в грибы в виде аминокислот существует несколько различных предполагаемых механизмов, с помощью которых азот переносится к растению-хозяину. Считается, что эти пути переноса азота являются исключительно биотрофными; значительное количество азота также может передаваться некроторфически, но посредством существенно другого процесса. [46] В первом пути аминокислоты передаются во внерадикальный мицелий, где аминокислоты расщепляются на катаболической стадии цикла мочевины. Основной аминокислотой, синтезируемой и переносимой внутри грибков, является аргинин , который катаболизируется до аммония. Затем аммоний переводится в межфазное пространство между пелотоном и окружающей растительной мембраной, транспортируется в растительную клетку через транспортеры аммония и включается в растение. [39]
Чтобы обеспечить транспорт азота по этому пути, в первую очередь в виде аммония, у растений-партнеров усиливается регуляция ряда генов-переносчиков аммония, и, кроме того, партнеры микоризных грибов часто активируют группу генов протеаз , а также внешние аминокислотные пермеазы, нитраты. транспортеры и транспортеры аммиака. [39] [42] Как предположили Кэмерон 2006 и Фочи 2016, азот также может переноситься в клетку в виде аминокислот, таких как аргинин, глицин и глутамин, через несколько избранных специализированных переносчиков аминокислот. Когда в симбиотических отношениях с орхидеями микоризный гриб T. Calospora усиливает экспрессию SvAAP1 и SvAAP2, эти гены кодируют пермеазы аминокислот, что подтверждает гипотезу о том, что аминокислоты являются важной молекулой, участвующей в транспорте азота. [39] [32] [40] Аминокислоты также содержат значительное количество углерода, и транспорт углерода может быть основной движущей причиной наблюдаемой активации генов-переносчиков аминокислот, тем не менее, азот все же может транспортироваться в растение. через этот путь. [41] Транспорт неорганического азота в форме аммония и транспорт органического азота в виде аминокислот, скорее всего, будут происходить одновременно у одного и того же вида и/или организма, в зависимости от обилия различных азотистых видов в почве, [28] Fochi 2016 вместе с Dearnaley 2007 предполагают, что аминокислоты на самом деле могут быть основным соединением азота, переносимым в орхидеи, свидетельством этому являются изотопные соотношения обогащенных C13 и N15 в растениях, связанных с микоризными грибами, но для полного понимания этого необходимы дополнительные исследования. транспортные отношения. [39] [31]
Помимо уникальных структур пелотона, которые переносят азот и фосфор от микоризных грибов к растениям орхидей, перенос этих питательных веществ, как обсуждалось выше, почти идентичен тому, который наблюдается при арбускулярной микоризе и эрикоидной микоризе, но когда дело доходит до, возможно, самого фундаментального элемента, задействованного в этом процессе. В микоризном транспорте углерода микориза орхидей демонстрирует явное отклонение от традиционной парадигмы однонаправленного переноса питательных веществ в микоризных ассоциациях. [28] [42] [41] Микоризные взаимодействия орхидей охватывают большое разнообразие симбиотических сценариев, начиная от полностью микогетеротрофных растений или, другими словами, паразитируя на своих грибковых обитателях, таких как Monotropa uniflora , у которых отсутствует хлорофилл, до взаимодействий, которые принимают аналогичную природу. до тех, которые обнаружены в арбускулярной микоризе, где происходит двунаправленный транспорт питательных веществ, как, например, у зеленолистной Goodyera repens . [47] [32] [33] В ходе задокументированных взаимодействий в микоризе орхидей было замечено, что даже у фотосинтетически способных видов углерод легко перетекает из грибов в растение. Это может происходить, а может и не происходить одновременно с переносом углерода от растений к грибам. [32] [48] [41] Эволюционное объяснение этого явления еще предстоит выяснить. [28]
Благодаря этому микоризы орхидей в целом считаются, по крайней мере частично, микогетеротрофными взаимодействиями. [28] В микогетеротрофной орхидейной микоризе углерод поглощается грибами в виде набора пептидов и углеводов, часто являющихся продуктами сапрофитных реакций, происходящих в почве. [28] [49] [50] Эти реакции часто провоцируются и развиваются под действием микоризных грибов, которые являются частью типа базидиомицетов. Орхидейные грибы обладают обширным метаболическим арсеналом, с помощью которого можно извлечь пользу, и легко способны переваривают целлюлозу и лигнин с получением углерода. [50] Гены, кодирующие протеазы, пищеварительные ферменты целлюлозы и лигнина, а также переносчики олигопептидов и углеводов, активируются в мицелиальных сетях почвы, что способствует увеличению поглощения углерода. [36] Более того, грибы, которые микогетеротрофно взаимодействуют с растениями орхидей, часто также встречаются в микоризной ассоциации с буковыми деревьями, [51] и было предложено перемещение фотосинтата с дерева на гриб, а затем на орхидею, но тщательное исследование до сих пор отсутствует. . [52] После приобретения грибом углерод либо превращается в сахара (трегалоза чрезвычайно распространена для большинства микоризных грибов), аминокислоты, либо просто ассимилируется грибковым организмом. Перенос углерода от грибов к растению происходит в одной из двух форм: либо в виде углеводов, главным образом трегалозы, но могут также участвовать глюкоза и сахароза, либо в виде аминокислот, главным образом аргинина, но также могут передаваться глицин и глутамин. [33] [32] [40] Эти молекулы транспортируются через специализированные пермеазы аминокислот и переносчики углеводов, встроенные в мембрану пелотона грибов, в межфазное пространство, где они всасываются в растение через аналогичные аналогичные транспортеры в мембране эндоплазматического ретикулума растений. который окружает пелотон. [40] [32] [49] Гены, которые кодируют такие транспортеры, подвергаются значительной активации как у растений, так и у грибов, подобно активации, наблюдаемой в генах переносчиков соединений азота и фосфора во время симбиоза. [36] Этот активный транспорт углерода от грибов к растению является исключительно биотрофной реакцией, но считается, что значительное количество углерода также может передаваться растению, когда грибковые пелотоны разлагаются и перевариваются.
Перенос азота и углерода, как обсуждалось выше, легко происходит через живые пелотоны, но Куга 2014 и Расумуссен 2009 заметили, что большое количество углерода и азота также может поглощаться растением во время старения и переваривания грибных пелотонов. Этот процесс называется микофагией. [41] [40] Лизис пелотонов начинается между 30 и 40 часами после контакта и первоначального образования пелотонов у большинства наблюдаемых орхидей. [28] Как упоминалось выше, по мере формирования пелотонов они покрываются мембраной растительного происхождения, которая в конечном итоге приобретает свойства эндоплазматической сети, окруженной аппаратом Гольджи. Наличие этих органелл указывает на их назначение, которое, как полагают, заключается в выделении пищеварительных ферментов в межфазное пространство между пелотоном и мембраной растения для переваривания грибковых клеток. [53] Как только судьба пелотона определена и должны произойти деградация и пищеварение, вокруг грибкового пелотона формируется вторичная мембрана, которая по сути представляет собой большую вакуоль, которая обеспечивает изолированную деградацию пелотона. [53] Кроме того, пероксисомы накапливаются в клетках пищеварительных растений и подвергаются экзозитозу во вновь образованную вакуоль. Этот процесс концентрирует множество ферментов, таких как уриказы, хитиназы, пептидазы, оксидазы и катализы, внутри вакуоли, способствуя распаду пелотона. [53] [28] После разложения остатки грибков впитываются в растение, передавая питательные вещества и энергию растению-хозяину. [41] Визуализация стабильных изотопов показывает, что C13 и N15, нанесенные на сети микоризных гифов, легко передаются растению через пелотоны грибов, что приводит к непропорциональному количеству этих изотопов в пелотоне, содержащем растительные клетки, и в самом пелотоне. В стареющих пелотонах концентрации этих соединений, содержащих C13 и N15, были еще более выраженными и значительно выше, чем в живых пелотонах. [40] Это указывает на то, что по мере того, как растительные пелотоны начинают стареть, они загружаются питательными соединениями углерода и азота, которые гипотетически передаются растению во время лизиса. [40] Морфологические изменения в гифе также подтверждают это предположение, поскольку последнее морфологическое изменение в пелотоне перед коллапсом представляет собой отек, возможно, из-за увеличения нагрузки питательными веществами. [40] Как только пищеварение завершится, вскоре после этого произойдет повторное заражение пищеварительной клетки, и сформируется новый пелотон, который в конечном итоге будет деградировать. [41] Реинфекция и пищеварение представляют собой континуум и будут происходить циклически на протяжении всего жизненного цикла сотрудничества. [28]Расмуссен 2009 различает два типа растительных клеток-хозяев, которые участвуют в переносе питательных веществ, так называемые «клетки пищеварения» и так называемые «клетки-хозяева». «Пищеварительные клетки», по-видимому, участвуют в формировании плотного пелотона гиф с последующим быстрым пищеварением и последующим реинфекцией. где в качестве «клеток-хозяев» содержатся живые пелотоны гиф, которые не перевариваются или, по крайней мере, не так легко перевариваются. [41] Расмуссен 2002 обсуждает дополнительный способ переноса питательных веществ, называемый питофагией , включающий лизис грибковых клеток, но вместо лизиса всей гифы гриба разрушается только растущий конец, высвобождая содержимое цитоплазмы гриба в межфазное пространство между мембранами растения и гриба. , где растение может усваивать необходимые соединения. Информации об этом способе переноса питательных веществ мало, и он все еще является спекулятивным, и необходимы дополнительные исследования. [54]
Считается, что перенос микроэлементов по большей части происходит путем пассивного транспорта через клеточные мембраны, как во время поглощения из почвы грибами, так и при переносе от грибов к растениям-хозяевам. [42] Однако это не всегда так, и хотя исследования по этой теме ограничены, есть свидетельства активного транспорта и распределения микроэлементов в определенных условиях. [55] Активация переносчиков катионов наблюдается в симбиозах орхидей D. officinale , что позволяет предположить, что грибы могут способствовать переносу питательных веществ от грибов к растению. [56] Катионы, особенно железо, часто прочно связываются с органическими и глинистыми субстратами, что делает их недоступными для растений, грибов и бактерий, но такие соединения, как сидерофоры, часто секретируются в почву грибами и бактериями, чтобы помочь в приобретении эти катионы. [50] Сидерофор представляет собой небольшую молекулу , которая имеет чрезвычайно высокое сродство к Fe3+ и обычно используется многими видами бактерий и грибов. [57] Эти соединения высвобождаются в почву, окружающую перепонку гиф, и отделяют железо от минеральных соединений в почве, затем сидерофор может быть реабсорбирован грибковыми гифами, где железо может быть отделено от паутинного гриба и использовано. [57] Хазельвандтер исследовал присутствие сидерофоров у орхидейных микоризных грибов рода Rhizoctonia , которые используют сидерофор базидиохром в качестве основного соединения, хелатирующего железо. [55] Другие жизненно важные питательные вещества могут передаваться между микоризными грибами и растениями орхидей с помощью специализированных методов, таких как хелатирующие молекулы, но необходимы дополнительные исследования по этому вопросу. [28]
Современный молекулярный анализ позволил идентифицировать конкретные таксоны, образующие симбиотические отношения, которые представляют интерес для изучения, выращивания и сохранения орхидей. Это особенно важно при торговле и сохранении видов, находящихся под угрозой исчезновения, или орхидей, имеющих коммерческую ценность, таких как ваниль . [58] Были замечены тенденции в типе симбиоза, обнаруженного у орхидей, в зависимости, прежде всего, от образа жизни орхидеи, поскольку симбиоз в первую очередь приносит пользу растению. Было обнаружено, что наземные орхидеи обычно ассоциируются с Tulasnellaceae , однако некоторые автотрофные и неавтотрофные орхидеи ассоциируются с некоторыми эктомикоризными грибами. [59] [60] Эпифитные грибы , однако, чаще всего могут ассоциироваться с ограниченными кладами ризоктонии , полифилетической группировки. [61] Эти грибы могут образовывать значительный симбиоз как с эпифитными, так и с наземными орхидеями, но редко они связываются с обоими. [61] Используя методы приманки семян, исследователи смогли изолировать определенные виды и штаммы симбиотических микориз орхидей. С помощью этого метода было обнаружено, что семена эпифитной орхидеи Dendrobium aphyllum прорастают в рассаду в сочетании с грибковыми штаммами Tulasnella , однако семена этого вида не прорастают при обработке грибами Trichoderma , взятыми из взрослых орхидей, что указывает на наличие симбионтов, специфичных для каждой стадии. Эти грибковые симбиозы, а также их близость к конкретным симбионтам различаются в зависимости от стадии развития и возраста корней хозяина. [62] [9] [26] С возрастом орхидеи грибковые ассоциации становятся более сложными.
Миксотрофные орхидеи, такие как Cephalanthera longibracteata, обычно могут ассоциироваться с несколькими грибами, особенно с Russulaceae , Tricholomataceae , Sebacinales , Thelephoraceae , [63], поскольку они не так сильно зависят от грибов в отношении углерода. Некоторые орхидеи могут быть очень специфичны в своих симбионтах, предпочитая один класс или род грибов. Было обнаружено, что генотипы Corallorhiza maculata , мико -гетеротрофной орхидеи, тесно связаны с Russulaceae независимо от геологического местоположения или присутствия других орхидей. [64] Было обнаружено, что наземные чилийские орхидеи Chloraea collicensis и C. gavilu имеют только один ключевой симбионт из рода Rhizoctonia . [65] Исследования показывают, что орхидеи, считающиеся универсальными, будут ассоциироваться с другими грибами-универсалами, часто с несколькими видами, однако орхидеи с высокой степенью специализации используют более ограниченный круг грибковых партнеров. [25] Например, фотосинтетическая орхидея Liparis liliifolia на взрослой стадии ассоциируется со многими штаммами грибов. [66] И наоборот, фотосинтетическая орхидея Goodyera pubescens ассоциировалась только с одним доминирующим грибом, если только она не подвергалась изменениям в окружающей среде, например засухе, и в этом случае орхидея была способна менять симбионтов в ответ на стресс. [16] Существует огромное разнообразие грибковых особенностей орхидей. Интересно, что большинство арбускулярных и эктомикоризных симбиозов образуют ассоциации с несколькими грибами одновременно. [16] Грибковые симбиозы также зависят от окружающей среды, поэтому существует много различий в грибковых партнерах тропических и умеренных орхидей.
Знание видоспецифичных грибковых симбионтов имеет решающее значение, учитывая находящийся под угрозой исчезновения многие орхидеи по всему миру. Идентификация их грибковых симбионтов может оказаться полезной для сохранения и реинтродукции орхидей, находящихся под угрозой исчезновения. [58] Исследователи в Индии использовали образцы взрослых орхидей для проращивания семян находящейся под угрозой исчезновения орхидеи Dactylorhiza hatagirea , которая, как было обнаружено, тесно связана с Ceratobasidium . [67]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка ){{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )