Идеальная пара: в ТГУ научились использовать симбиоз гриба и дерева

Деревья и грибы – один из самых древних симбиозов в природе, они "сплетены" под землей и друг без друга не выживут. Ради того, чтобы изучать этот удивительный союз, аспирантка Томского госуниверситета Ксения Карбышева поменяла международные отношения на экологию. Как это все поможет саженцам яблони или вишни в вашем саду – в материале РИА Томск.

"Я тебя знаю"

"Я люблю мёд. Я подсаживаю себе на язык пчелу, питаюсь чем-нибудь (и кормлю ее), и она отдает мне мёд прямо в рот", – такой аналогией аспирантка Биологического института ТГУ Ксения Карбышева описывает явление, которое она изучает – симбиотические ассоциации грибов и хвойных деревьев (микориза). И восхищенно добавляет:

"Это же нереально круто! Два совершенно разных организма в таком тесном и гармоничном взаимодействии…".

Ассоциация между деревьями и грибами – одна из самых древних форм "сотрудничества" в природе (учитывая, что хвойные – вообще одна из первых форм наземной растительности). Они существовали вместе долгое время и в конце концов "придумали", как помочь друг другу выжить.

"Когда корень дерева растет, он выделяет сигнальные молекулы, которые "привлекают" мицелий. Мицелий оплетает корень, проникает под чехлик и распространяется во внутренних тканях корня. Так формируется симбиотическая структура – микориза, профит от которой получают все", – поясняет Ксения Карбышева.

"Смотрите: растения потребляют минеральные вещества только в растворенном виде. Что в водном растворе в почве есть, то они и могут "съесть". И этого зачастую мало… У грибов другая биохимия: они способны сами растворять минералы и потреблять их из почвы. Объединяясь с деревом, гриб берет на себя функцию по добыче питательных веществ и через корень поставляет их "партнеру".
Кроме того, при формировании микоризы происходит укрепление иммунитета дерева: когда мицелий проникает в корень, у дерева начинается ответная иммунная реакция – оно чувствует чужеродное тело. Но распознав своего давнего соседа, успокаивается, успев при этом получить этакую прививочку", – поясняет Ксения Карбышева.

Интерес грибов в том, что и они получают себе под землю эксклюзивное питание: органический углерод, образованный в процессе фотосинтеза, дерево направляет для питания всем своим органам, в том числе корням.

О своих исследованиях Ксения Карбышева часто рассказывает на научных турнирах Science Slam. В 2018 году она выиграла интеллектуальный баттл между Россией, США и Германией.
"В ассоциации вступают определенные виды грибов и определенные виды деревьев (не зря подосиновик растет под осиной, а подберезовик – под березой). Благодаря нашим исследованиям стало более понятно, кто обитает в томских лесах, кто из грибов наиболее подходит на роль перспективного партнера хвойных деревьев (изучаем именно их).
Если мы такой гриб находим, то на основе его мицелия можем создать препарат, который поможет дереву "пережить" пересадку в питомнике, в саду, при озеленительных и лесовосстановительных работах – в общем, в любых условиях, когда оно вынуждено приспосабливаться к новой среде. То есть это фундаментальные исследования, но с очень понятным практическим результатом", – отмечает ученый.

Сплошные открытия

Разбираться, как и почему растут растения, Ксения любила с детства. Но в старших классах увлеклась иностранными языками и решила поступать на международные отношения в Томский госуниверситет.

"Я из Улан-Удэ, там это актуально – рядом граница (с Монголией). Томск выбрала потому, что меня привлек имидж ТГУ как центра сибирской науки. Ни разу не пожалела о выборе! Тем более, от любимой темы далеко не ушла – мои курсовые и диплом были связаны с экологией (изучала международное экологическое законодательство, влияние изменений климата на политику и экономику)", – вспоминает Карбышева.

После получения диплома она некоторое время работала по специальности в отделе внешнеэкономических связей одного томского предприятия, потом преподавала английский, но все время тянуло в биологию…
"В итоге я поступила в магистратуру Биологического института. Сказала, что мне нужна такая тема, где побольше биологии и поменьше химии (отношения с ней так и не сложились), и мне дали изучать симбиоз бобовых растений и симбиотических азот-фиксирующих бактерий.

Есть такая сельскохозяйственная культура – нут, очень популярная, и есть бактерии, которые в симбиозе с этим растением фиксируют азот из воздуха. Если сделать на их основе микробиологический препарат, то азотных удобрений для выращивания этой культуры нужно намного меньше (для понимания: чтобы произвести 1 тонну азота, нужно 4,5 тысячи киловатт электроэнергии)", – рассказывает Ксения Карбышева.

В аспирантуру она попала к Ольге Борисовне Вайшле, ученому-микологу. Тема грибов досталась почти случайно – по ней был грант и, соответственно, хорошее финансирование.

"При этом симбиоз грибов именно с кедром (сосной сибирской), который занимает большую часть Сибири, никто не изучал, так что все, что ни сделаешь в этой теме, будет открытием. За время исследований я обнаружила в Томской области 67 потенциально интересных видов грибов, которые могут помогать кедру", – рассказывает Ксения Карбышева.

Для изготовления препарата по уходу за растениями по специальной методике отделяется небольшой кусочек гриба, высаживается на питательную среду. Далее выросший таким образом мицелий изучается, подтверждается его соответствие, чистота – и начинается его масштабирование.

Спасти деревья

Ученый исследовала два кедровника – Лоскутовский и Зоркальцевский, а также сосняк в Тимирязевском (там сейчас активно формируется подрост кедра). С мая по октябрь выхаживала десятки километров по лесам, собирая образцы. Осенью начиналась работа в лаборатории: на специальном оборудовании делались очень тонкие срезы корней, измерялась ширина грибного чехла, считалось количество клеток в корне…
"Я четко увидела: деревьям в Зоркальцеве плохо. Их микоризы показывали те же параметры, что и деревья, которые либо затенены, либо чем-то перетянуты, и ток углеродсодержащих веществ к корням перекрыт. Одной из вероятных причин может быть то, что кедры в Зоркальцеве растут очень густо.

А вот в Лоскутове очень хорошие показатели и у взрослых деревьев, и у молодняка. Мы нашли там самое большое количество видов грибов, которые вступают в симбиоз с кедром. В Зоркальцеве их намного меньше, в Тимирязевском – еще меньше", – рассказывает Ксения.

У кедра высокая специализация – он образует микоризу только с конкретными грибами. Его любимец – масленок сибирский.
Кандидатская диссертация на основе этих исследований уже написана, Ксения готовится к ее защите. На практике исследования ее и коллег применяются в университетской компании "Микобакс", которая производит "живые" микробиологические препараты, в том числе на основе мицелия грибов. Они активизируют рост разных растений, от рассады до садовых деревьев типа яблони и вишни. Ксения отвечает за продвижение продукции.

"Впервые за шесть лет не занимаюсь сбором образцов и меня, честно говоря, подколбашивает – так хочется что-нибудь порезать! Совсем не исключаю, что вернусь в науку: в моей теме еще очень много белых пятен", – улыбается она.

"За годы исследований я поняла, что лес – это бесценный дар. Видели когда-нибудь, как всходят кедры? Кучкой в 10-15 штук, сколько кедровка орешков закопала. Выживает один, сильнейший. Его генетический материал уникален, поэтому каждое срубленное дерево – это преступление", – считает Ксения.

Источник: Новости РИА Томск