Почвенные грибы – важный фактор распада, патогенеза и здоровья растений и почвы (включая круговорот питательных и органических веществ, плодородие почвы и стабильность агрегатов). В сельскохозяйственных почвах присутствует как минимум 25000 видов грибов (Carlile and Watkinson, 1996), это около 70% биомассы микроорганизмов (Paul and Clark, 1996). Рост грибов – функция наличия углерода. Длина гиф обычно колеблется от 3 до 300 м/г почвы (Frey et al., 1999; Miller et al., 1995; Olsson et al., 1999; Rilling et al., 1999). Большинство грибов живут в ризосфере, которая богата органическим углеродом, поступающим из протеинов, аминокислот, органических кислот и сахаров, выпускаемых корнями, мукополисахаридной слизью корней и отпавшими клетками корневых чехликов.
Вклад грибов в агроэкосистему трудно оценить из-за отсутствия точных методов измерения биомассы грибов и их деятельности. Преимущества и недостатки некоторых методов подсчета описываются в данной статье. В агроэкосистемах выделяют три важные группы почвенных грибов: сапрофиты, патогены и симбионты. Основная часть биомассы грибов – это древовидные микоризные (ДМ) грибы, живущие в симбиозе (Olsson et al., 1999; Vieira et al., 2000), которые детально изучаются вместе с гломалином – гликопротеиновой субстанцией, которая покрывает гифы ДМ. Гломалин может выступать в роли гидрофобного вещества – биомолекул, защищающих гифы от потери питательных веществ (Wessels, 1997), формировать и стабилизировать почвенные агрегаты (Wright and Upadhyaya, 1998) и хранить почвенный углерод (Rilling et al., 2001). Определение биомассы грибов Биомассу микроорганизмов часто используют в качестве показателя, который демонстрирует вклад микроорганизмов в органическое вещество почвы, здоровье растений, а также способствует пониманию того, как происходят транспортировка и хранение питательных веществ. Количественные показатели биомассы грибов зачастую включены в количественные показатели биомассы бактерий при использовании методов, основанных на подсчете количества выпущенного углерода после фумигации хлороформом, за которой следует инкубация или экстракция. Метод фумигации хлороформом более точен при подсчете биомассы бактерий, чем грибов (Olsson et al., 1999; Paul and Clark, 1996; Vieira et al., 2000). Даже при изменении процедуры инкубации стенки клеток грибов и споры полностью не растворяются (Horwath and Paul, 1994; Paul and Clark, 1996). Подсчет гиф и других структур грибов под микроскопом при помощи метода рассечения осью координат очень неточный и при его проведении возникает большое количество технических проблем. Диаметр гиф колеблется от 2 до 20 мкм и может быть использован для определения биологического объема или классификации различных групп грибов (Bottomley, 1994; Carlile and Watkinson, 1996; Miller et al., 1995). Для того чтобы увидеть гифы или определить их жизнеспособность, применяются различные красящие вещества.
Однако эти вещества для определения жизнеспособности, например, 4’6 диамидин-2-фенил индол (это вещество вступает в реакцию с активной ДНК) или флуоресцин диацетат (индикатор компонентов цитоплазмы, т.е. эстеразы) могут определять и длину гиф без перегородок, когда ядра и компоненты цитоплазмы распределяются неравномерно (Вottomley, 1994; Carlile and Watkinson, 1996; Paul and Clark, 1996). Несистемные красящие вещества помогают лучше увидеть гифы, но не позволяют корректировать погрешности из-за (1) исключения спор и дрожжей; (2) большого расхождения в подсчетах, проводившихся отдельными учеными и лабораториями; (3) неоднородного распределения гиф в почве и (4) различий в методах экстракции, например, измельчение почвы в миксере или извлечение свободных гиф из почвы при помощи вибрации (Millner and Wright, 2002; Rilling et al., 1999; Stahl et al., 1995). При экстракции гиф грибов из почвы необходимо найти золотую середину между гомогенизацией почвы для эффективного извлечения гиф и чрезмерным их измельчением (Bottomley, 1994). Вариативность методов затрудняет определение разницы между методами, если не изучено большое количество повторных образцов (Stahl et al., 1995). Другие методы измерения биомассы количественно определяют какую-нибудь субстанцию, например, хитин или провитамин D2. Основным недостатком таких методов является то, что эти субстанции (1) не всегда присутствуют в грибах; (2) могут присутствовать в других почвенных организмах; (3) могут иметь разную концентрацию в различных видах грибов и физиологических состояниях; (4) не калибруются с биомассой грибов (Bottomley, 1994; Paul and Clark, 1996; Vieira et al., 2000). Хитин можно обнаружить в стенках клеток большинства грибов, но его нет в оомицетах, при этом он присутствует у насекомых и клещей. (Хотя класс оомицет был переведен в царство хромисты, исходя из системы, состоящей из 8 царств, в данной статье мы их рассматриваем как часть царства грибов).
Провитамин D2 также можно обнаружить в других организмах, например, водорослях и протозоа, и измерить только в живом мицелии. На биомассу грибов влияют сезонные колебания и наличие или отсутствие субстрата (т.е. углерода) (Carlile and Watkinson, 1996; Bottomley, 1994). Например, после повышения влажности почвы в результате осадков или орошения прорастание и разрастание грибов может увеличиваться, т.к. растения выделяют растворимые углеродные соединения. Однако этот рост приостанавливается, когда количество субстрата уменьшается (Carlile and Watkinson, 1996; Klein et al., 1995). Поэтому важно не только отобрать достаточное количество образцов с участка, но и зарегистрировать время отбора, чтобы отбирать образцы несколько раз в год или проводить повторные отборы в течение нескольких лет в одно и то же время. Время отбора образцов должно определяться не по календарю, а в соответствии с климатическими условиями и управленческими изменениями.
Например, отбор образцов в одно и то же время при орошении, заморозках, посеве, уборке или внесении удобрений, гербицидов или пестицидов (Bottomley, 1994). Грибы-сапрофиты Сапрофиты – основные редуценты растительных остатков, тогда как бактерии и специфические грибы расщепляют животный и микробный материал (Bird et al., 2002; Carlile and Watkinson, 1996a; Frey et al., 1999; Stevenson, 1994; Vieira et al., 2000). Поскольку сапрофиты не слишком активны в роли редуцентов, ученые часто не обращают на них внимания, но жизнь на этой планете не смогла бы продолжаться, если бы эти грибы не перерабатывали такие основные элементы, как С, N, Р и К. Тогда мы бы уже 100 раз были засыпаны неразложившимися листьями, корнями и другими растительными материалами (Carlile and Watkinson, 1996; Klein et al., 1995).Несмотря на то, что эти грибы играют очень важную роль в движении питательных веществ, они находятся в основном на растительных остатках, расположенных на поверхности почвы, и составляют менее 1 % от общей микробной биомассы на глубине до 20 см (Frey et al., 1999). В большинстве своем сапрофиты свойственны не какому-то виду растений, а какому-то субстрату.
Субстраты можно разделить на несколько групп: (1) простые, растворимые углеводы, (2) нерастворимые углеводы и (3) лигнин и целлюлоза (Carlile and Watkinson, 1996). Грибы, использующие растворимые углеводы – в основном зигомицеты, с коротким жизненным циклом, характеризующимся быстром росте и образованием спор. Нерастворимые углеводы расщепляются в основном аскомицетами, которые присутствуют в почве повсеместно и зачастую производят антибиотики или вырабатывают устойчивость к ним, чтобы успешно конкурировать за субстраты. Грибы, расщепляющие лигнин и целлюлозу – медленно растущие базидиомицеты, – обычно используют другие субстанции в качестве источника углеродной энергии, но при этом содержат энзимы, которые расщепляют лигнин и целлюлозу на субстраты, впоследствии перерабатывающиеся другими микроорганизмами (Carlile and Watkinson, 1996). Грибковые патогены растений Патогены растений важны для агроэкосистем, поскольку из-за грибковых инфекций производители несут экономические убытки. Грибковые патогены разлагают растительные ткани, приводят к снижению урожая или производят токсичные вещества, которые опасны для животных. Патогены могут заселять как надземные ткани (стебли, листья и плодоносные органы), так и корни (Carlile and Watkinson, 1996). Инфекции надземных тканей часто приводят к очень серьезным последствиям, т.к. зараженные споры могут разноситься ветром на большие расстояния. Распространение патогенов под землей проходит медленнее, т.к. органы размножения разносятся только с почвенным раствором или мелкими животными. Эти органы представляют собой споры или зараженные корни и могут довольно долго оставаться в периоде покоя, пока уязвимое растение не выпустит органическое углеродное соединение, которое даст толчок росту (Carlile and Watkinson, 1996).
Патогены обычно попадают в ткани растений через молодые части, например, корневые волоски или раны. Типичными примерами корневых патогенов являются Fusarium, Phytophtora, Pythium и Rhizoctonia. У растений выработалось несколько механизмов защиты от грибов-патогенов. Физические барьеры, например, слизь на корнях растений и стенки клеток, – первая линия обороны. Другие защитные механизмы – это (1) гиперчувствительная реакция (отмирание пораженной ткани вокруг точки заражения, позволяющее остановить распространение), (2) одревеснение стенок клеток, (3) синтез целлюлозы или каллозы, (4) накопление фитоалексина, (5) выпуск гидролитических энзимов, (6) синтез ингибиторов протеиназы и (7) накопление гликопротеинов, богатых гидроксипралином (Carlile and Watkinson, 1996). Однако даже при наличии этих способов защиты методы традиционного сельского хозяйства могут способствовать распространению заболеваний из-за использования монокультуры или только нескольких культур в севообороте, введения несвойственных региону сортов, механизм защиты которых основан на сопротивлении одних специфических генов таким же генам, вместо защиты на основе работы множества генов. Те сорта культур, у которых механизм защиты основан на сопротивлении отдельных генов, неэффективны для длительного использования, особенно если они присутствуют на всем поле, а не смешаны с неустойчивыми сортами. В данном случае растение защищает только один ген, против которого патогены могут выработать механизмы преодоления. Когда заболеванию сопротивляется множество генов, у патогенов меньше вероятности приспособиться и заразить растение (Carlile and Watkinson, 1996).
Примером разрушающего воздействия на монокультуру при использовании несвойственных региону сортов яв ляется фитофтора картофеля в Ирландии в 1840-х годах, вызванная грибковым патогеном Phytophtora infestans, которая привела к более чем миллиону голодных смертей и массовой эмиграции в США (Carlile and Watkinson, 1996). Сельскохозяйственные методы, особенно методы самовосстанавливающегося земледелия, позволяют контролировать грибковые патогены за счет: 1) использования культивации для заделки органов размножения подальше от новых корней; 2) исключения систем монокультуры, увеличения количества культур в севообороте или посева буферных полос, а также посева других культур в междурядьях; 3) использования устойчивых покровных культур или пара для ограничения выживания органов размножения; 4) применения фунгицидов или методов биологического контроля [например, компостирование, использование микопаразитов (т.е. грибов, являющихся паразитами по отношению к другим грибам) или конкуренции микробов]; 5) выращивание культур с защитными механизмами, в которых участвует множество генов, или ограничения количества культур, защищающихся лишь какими-то одними специфическими генами на поле (Carlile and Watkinson, 1996). Увеличивая диверсификацию за счет добавления культур в севооборот или используя покровные культуры, буферные полосы или посадки, можно сократить количество или вообще избавиться от патогенов, т.к., в отличие от сапрофитов и большинства симбионтов, патогены обычно свойственны определенному виду растений. Биотрофные грибы-симбионты При симбиозе как растение-хозяин, так и внедрившиеся грибы получают пользу, которая перевешивает связанные с этим сложности симбиоза. Грибам не хватает углерода, поэтому они устанавливают связи с растениями для получения фотосинтетического углерода. Некоторые из этих грибов могут быть сапрофитами (например, многие эктомикоризные виды или эндомикоризные виды после первого прорастания) или патогенами, но в большинстве своем симбиоз – нормальная форма сосуществования. Биомасса растения-хозяина увеличивается благодаря свободному получению питательных веществ, особенно таких малоподвижных, как Р и Zn (Bolan, 1991; Hooker and Black, 1995; Paul and Clark, 1996). Грибы-симбионты вызывают физиологические изменения в растении-хозяине. Когда из-за наличия грибов возникают изменения в химическом составе стенок клеток, увеличиваетсяустойчивость к заболеваниям или изменяется реакция гиперчувствительности, позволяющая замедлить эти процессы или избавиться от инфекции вообще.
Растения стимулируют собственную колонизацию грибами-симбионтами, увеличивая выделения из корней, ускоряющее прорастание спор и рост ростковой трубочки; повышая ветвление корней, увеличивая площадь колонизации, изменяя проницаемость мембраны клеток (Carlile and Watkinson, 1996). Древовидные микоризные грибы Из четырех основных типов микоризных грибов [орхидейные, (эндо/ экто) эрикоид, эктомикоризные, эндомикоризные], эндомикоризные (ДМ) грибы представлены наиболее широко и повсеместно распространены в агроэкосистемах (Millner and Wright, 2002; Olsson et al., 1999). ДМ грибы составляют 5-50 % общей биомассы микробов (Olsson et al., 1999) и присутствуют на 70 % сосудистых видов растений (Trappe, 1987), т.е. практически на всех культурах. Исключением являются некоторые представители семейства крестоцветных, а именно брокколи, цветная капуста, крамбе и рапс. Традиционно крестоцветные считаются немикоризным семейством. Однако было отмечено, что микориза колонизирует около 33% представителей этого семейства (Harley and Harley, 1987). Эндомикоризные гифы могут колонизировать до 80% длины корней растения-хозяина (Millner and Wright, 2002), проникая в стенки клеток и образовывая разветвленные структуры, называемые арбускулами, где происходит обмен питательными веществами и углеродом. Внутрикорневую колонизацию осуществляют гифы, споры, арбускулы и полости (хранилища). Колонизацию можно легко измерить и использовать как показатель активности грибов (Giovanetti and Mosse, 1980), но считается, что она составляет лишь небольшую часть биомассы (Olsson et al., 1999). Внекорневые гифы и споры составляют около 80-90% биомассы ДМ грибов (Olsson et al., 1999). Но для того, чтобы правильно отличить ДМ гифы от гиф других грибов, требуется иметь определенный опыт для измерения длины внекорневых гиф (Steinberg and Rilling, 2003). Около 12-30% фотосинтетического углерода растений перемещается под землю в форме углеводов, способствующих росту и развитию грибов (Paul and Clark, 1996; Tinker et al., 1994). Эти углеводы быстро превращаются в углеводные спирты для поддержания движения углерода к грибам (Tinker et al., 1994). Затраты углерода, которые несет растение, уравновешиваются увеличением доступа к большему объему почвы посредством гиф грибов.
У гиф соотношение площади поверхности к объему намного больше, чем у корневых волосков, поэтому они могут уходить на 8 см дальше зон, где нет питательных веществ вокруг корней (Douds and Millner, 1999; Millner and Wright, 2002; рис. 1.1). Это дает возможность ДМ грибам извлекать даже очень малоподвижные питательные вещества, например, фосфаты. Большие затраты углерода на вынос Р компенсируются повышением способности растения-хозяина проводить фотосинтез благодаря увеличению поверхности листьев и эффективности фотосинтеза (Bolan et al., 1991; George et al., 1992). Микориза – наилучший механизм получения фосфора, особенно в условиях стресса. В разной степени микоризные грибы могут приносить и другую пользу, например, более эффективно впитывать азот и такие микроэлементы, как Fe, Cu и Zn (Clark and Zeto, 1996; Pawlowska et al., 2000), а также воду, подавлять заболевания, защищать от токсичных тяжелых металлов; улучшать структуру почвы. Микориза сокращает рост патогенов, особенно грибковых, увеличивая сопротивляемость растения-хозяина (вызывая ответную реакцию), изменяя хими ческий состав корневых выделений, что вызывает рост микробов, являющихся антагонистами патогенам, увеличивая способность конкурировать за фотосинтетический углерод и сокращая количество пораженных зон (Borowitcz, 2001). Тип (нематоды или грибы) и вид патогена, принцип его действия (отмирание или увядание для грибов и блуждание или малоподвижностье для нематод), а также плотность патогена будут определять остроту заболевания (Borowitcz, 2001). Как и другие преимущества микоризных связей, степень и направление влияния ДМ грибов на устойчивость к заболеваниям зависит от генотипа растения-хозяина, вида ДМ и изолята, времени колонизации ДМ, наличия других почвенных организмов и абиотических факторов. Растения-хозяева микориз были обнаружены на большинстве участков, загрязненных тяжелыми металлами, но эти грибы обычно не изучались (Pawlowska et al., 2000). В экспериментах, когда растения выращивались в горшках, было обнаружено, что помимо микроэлементов микоризные грибы поглощают токсичные тяжелые металлы, например, Cd и Pb (Gonzalez-Chavez et al., 2002; Diaz et al., 1996). Вынос металлов зависит от уровня плодородия почвы, концентрации металла, рН, растения-хозяина и вида ДМ, и может мешать выносу Р растением (GonzalezChavez et al., 2002; Diaz et al., 1996). Помимо благотворного влияния на здоровье растения, гифы грибов улучшают структуру почвы, помогая образовывать нерастворимые в воде агрегаты (Miller and Jastrow, 1990; Rilling and Steinberg, 2002; Tisdall et al., 1997).
Микоризные грибы также улучшают здоровье ризосферы, стимулируя выделения из корней, которое способствует росту других почвенных организмов (Borowitcz, 2001; Paul and Clark, 1996). О ДМ грибах и агроэкосистемах издано много замечательных книг и научных статей (Вolan et al., 1991; Douds and Millner, 1999; George et al., 1992; Zak and McMichael, 2001). Гломалин – гликопротеин, производимый ДМ грибами Выделение гломалина – гликопротеина, производимого ДМ грибами, – привело к переоценке вклада грибов в органическое вещество почвы (ОВП) и стабильность агрегатов. Гломалин был открыт учеными Министерства сельского хозяйства США в 1993 году, во время работы по выделению моноклональных антител, которые реагировали бы с ДМ грибами. Одно из этих антител вступило в реакцию с субстанцией, находящейся на гифах нескольких ДМ грибов (Wright et al., 1996). Данная субстанция была названа гломалин, от слова «гломалы» – подкласс, к которому относятся ДМ грибы. Несколько других типов почвенных гибов, например, Rhizoctonia, Gaemannomyces, Endogone, Mucor и Phytophtora, были протестированы в попытке изучить перекрестную реактивность с антителом против гломалина, но они не были иммунореактивными (Wright et al., 1996). Процедура экстракции характеризует фракцию гломалина, которая также определяется наличием общих и иммунореактивных массивов протеина (Wright et al., 1996). Гломалин в больших количествах присутствует как в необрабатываемых, так и в сельскохозяйственных почвах (2-14 мг/г почвы и 2-5 мг/г почвы соответственно; Wright and Upadhyaya, 1998; Wright et al., 1999).
Скорее всего, его можно обнаружить повсеместно, как и сами ДМ грибы (Carlile and Watkinson, 1996; Olsson et al., 1999; Wright and Upadhyaya, 1998; Wright, неопубликованные данные). Гломалин был открыт на гифах ДМ грибов с помощью процедуры непрямой иммунофлуоресценции, в которой используются антитело против гломалина и второе меченое антите ло с молекулой флуоресцинизотиоцианата (Wright, 2000). Доказательство того, что гломалин производится ДМ грибами, а не корнями растений было получено в начале изучения реакции моноклональных антител против гломалина. В ходе слепого эксперимента колонизированные и неколонизированные корни были переданы для оценки по методу Мортона (Университет Западной Вирджинии). Колонизация была правильно установлена при помощи иммунофлуоресценции только на корнях, которые потом были описаны как обработанные инокулянтом. Иммунофлуоресценции не было на корнях, которые потом были описаны как контроль, необработанный инокулянтом (Wright, неопубликованные данные). В более позднем исследовании аксенической культуры трансформированных корней моркови гломалин был экстрагирован с гиф в зоне, в которой не было корней (Rilling and Steinberg, 2002). Гломалин постоянно экстрагируется с гиф, находящихся на расстоянии до 7 см от корней, при проведении экспериментов с культурами, выращиваемыми в горшках, где гифы отделялись от корней при помощи нейлоновой сетки с ячейкой 38 мкм (Wright and Upadhyaya, 1999; рис. 1.2). Иммунофлуоресцентные анализы показывают, что гломалин покрывает гифы ДМ грибов (рис. 1.3 А-С), спадает с гиф на колонизированные корни, органическое вещество, частицы почвы, сельскохозяйственную или нейлоновую сетку (рис. 1.3. D), стеклянные шарики (рис. 1.3. Е); и обнаруживается на арбускулах (зеленые) в аутофлуоресцентных (желтые) клетках корней (рис. 1.3. F; Wright et al., 1996; Wright and Upadhyaya, 1999; Wright, 2000). Массивы гломалина Гломалин состоит из четырех основных массивов: (1) легко экстрагируемый гломалин (ЛЭГ), (2) общий гломалин (ОГ), (3) прочный гломалин (ПГ) и (4) пена.
ЛЭГ экстрагируется при помощи цитрата 20 мМоль, рН 7.0, в течение 30 минут (Wright and Upadhyaya, 1998). Общий гломалин экстрагируется цитратом 50 мМоль, рН 8.0, с интервалами до 1 часа (Wright and Upadhyaya, 1998), а прочный гломалин растворяется только в цитрате 50 мМоль, рН 8.0, при температуре 121°С, после сильной обработки почвы (т.е. обработка в растворяющей кислоте в течение 1 часа, а потом три 16-18-часовые экстракции в щелочных растворах; Nichols, 2003). Когда созревшие, выросшие в песке культуры погружают в воду, неприкрепленная фракция гломалина образует желто-коричневую пену на поверхности воды. Видимо, эта пена – отпавший компонент гломалина, и она очень гидрофобная. Мы предполагаем, что пена плавает по поверхности почвенной воды, пока Рис. 1.2. Одновидовые древовидные микоризные грибы можно вырастить на различных растениях-хозяевах для изучения накопления гломалина в стерильном песке или, как в данном случае, в песчано-угольной среде, где корни находятся внутри нейлоновой сетки, а гифы грибов, которые прорастают через ячейки сетки в окружающую среду, в отделение для гиф, при выращивании одного вида растений не прикрепится к частицам почвы или органического вещества, но химия этого процесса пока окончательно не определена. Исследователи нашей лаборатории считают, что гидрофобные или катионные взаимодействия (или и то, и другое) могут быть механизмами, с помощью которых гломалин откладывается на частицах почвы и органического вещества и сетках или стеклянных шариках (Wright and Upadhyaya, 1996; Nichols and Wright, неопубликованные данные).
Гломалин содержит высокие концентрации железа (2-12%), и недавно было установлено, что Al- и Fe-гидроксилы участвуют в формировании агрегатов, прикрепляя органическое вещество к частицам глины (Bird et al., 2002; Chenu et al., 2000). Похоже, что гломалин может входить и выходить из этих операционно определенных объединений (т.е. ЛЭГ становится пеной, а пена становится ОГ). Стайнберг и Риллинг (Steinberg and Rilling, 2003) обнаружили, что во время инкубации количество ЛЭГ увеличивалось, а количество ОГ уменьшалось. Они предположили, что частичное разложение снижало уровень прикрепления гломалина к частицам почвы, что могло повышать растворимость и количество ЛЭГ. Концентрация гломалина в этих объединениях измеряется с помощью теста Бредфорда на общий протеин (т.е. ОГ и ЛЭГ), теста на иммунореактивный протеин (т.е. МИОГ и ИРЛЭГ) (Wright et al., 1996) или по гравиметрическому или углеродному весу. Протеиновый тест Бредфорда неспецифичен, поэтому выделяет любой белковый материал. Концентрации Бредфорда основаны на сравнениях со стандартной кривой сывороточного альбумина быков (БСБ). В тесте на иммунореактивный протеин (ELISA) используется моноклональное антитело, свойственное гломалину, однако некоторые искусственно возникшие условия могут снижать уровень иммунореактивности. Значения ELISA определяются путем сравнения со 100 % иммунореактивным гломалином, выделенным с гиф или из почвы (Wright et al., 1996). Тест на общий протеин позволяет измерить концентрации от 1,25 до 5,0 мкг, тогда как ELISA оценивает концентра ции от 0,005 до 0,04 мкг (Wright and Upadhyaya, 1999). Так как диапазон значений Бредфорда приблизительно в 100 раз выше значений ELISA, с его помощью можно получать значения более 100 %. Гравиметрический и углеродный вес использовались для количественного подсчета гломалина, частично растворенного кислотными осадками и диализом в воде (Nichols, 2003; Wright et al., 1996).
Эти весы не позволяют установить структурные компоненты гломалина, а являются, скорее, прямым измерением на лиофильном материале. Сравнения общего и иммунореактивного объединений гломалина, экстрагированного из почвы или с культур, выращиваемых в горшках, показали, что не весь экстрагируемый материал является иммунореактивным. Снижение иммунореактивности может возникать из-за воздействия условий, которые влияют на место крепления антитела. Место реакции у моноклонального антитела очень специфическое (Goding, 1986), и некоторая часть реактивности теряется, скорее всего, из-за конформационных изменений при воздействии высоких температур (121 °С) в течение длительного времени (как минимум 30 минут – 1 час) во время экстракции (Wright and Upadhyaya, 1999; Wright, неопубликованные данные). В почве органическое вещество, металлы (например, железо), глина и другие субстанции могут связываться с гломалином, вызывая конформационные изменения или скрывая место реакции, что мешает иммунореактивности. Конформационные изменения могут также возникать в молекуле из-за гидрофобного взаимодействия, когда она открепляется от гиф и переходит в пену. Разложение – один из факторов почвенных экстрактов – может приводить к снижению иммунореактивности (Wright and Upadhyaya, 1999). Различия иммунореактивности и методов экстракции используются для дальнейшего описания некоторых других объединений гломалина, таких как высоко иммунореактивный ЛЭГ (ИРЛЭГ), менее иммунореактивный ОГ (МИОГ; Wright and Upadhyaya, 1996) и очень слабо иммунореактивный ПГ (ИРОГ; Nichols, 2003). Характеристика гломалина Гломалин, экстрагируемый из почвы, очень похож на тот, который экстрагируется из одновидовых горшочных культур. Образцы исследовались с помощью метода SDS-PAGE (Nichols, 2003; Rilling et al., 2001; Wright et al., 1996; Wright and Upadhyaya, 1996); ядерного магнитного резонанса (ЯМР) (Nichols, 2003; Rilling et al., 2001; Wright et al., 1996; Wright and Upadhyaya, неопубликованные данные); анализа углеводов при использовании колориметрического теста; газовой хроматографии – спектроскопии массы (ГХ-СМ), и капиллярного электрофореза (КЭ; Wright et al., 1998; Nichols and Wright, неопубликованные данные); а также анализа С, Н, N с помощью сжигания (Nichols, 2003; Rilling et al., 2001). В образцах были выявлены незначительные различия элементарных составляющих гломалина, но анализы структурных групп (ЯМР, ГХ-СМ и КЭ) и SDS-PAGE показали, что гломалин, выделенный из почвы, аналогичен гломалину с гиф. Риллинг и его коллеги (Rilling et al., 2003), а также Стайнер и Риллинг (Steiner and Rilling, 2003) изучали разложение гломалина после инкубации почвы. В одном из исследований (Steiner and Rilling, 2003) было обнаружено, что длина гиф сокращалась на 60 % после 150 дней инкубации, тогда как ПГ снижался на Рис. 1.3. ДМ грибы можно посеять на гидропонных горшочных культурах вместе с микоризным растением-хозяином и изучать гломалин при помощи иммунофлуоресцентного анализа с моноклональным антителом против гломалина (белые точки). Было обнаружено, что гломалин окружает и опадает с гиф Acaulospora morrowiae (CL551) (A); присутствует на подстилке из гиф Gigaspora rosea (FL224); прилипает к сельскохозяйственной сетке (В); а также был обнаружен на гифах Glomus intraradices, выращиваемых в жидкой среде д-ром Яир Шахар-Хиллом в Государственном университете штата Нью-Мексико (С).
Гломалин оседал в и вокруг ячеек сельскохозяйственной сетки Gi. Rosea (FL224) (D); на стеклянном шарике A. morrowie (CL551) (E) и на арбускулах G. etunicatum (BR220) на корне кукурузы (F) 25 %, МИОГ практически исчез, ЛЭГ не изменился, а ИРЛЭГ увеличился в пять раз. В другом исследовании (Rilling et al., 2003) ОГ уменьшился на 48-81 %, а ЛЭГ – на 51-88 % через 413 дней инкубации. При помощи данных 14С Риллинг и его коллеги (Rilling et al., 1999) рассчитали время оборачиваемости гломалина – 6-42 года. Эти недавние исследования инкубации говорят о том, что фракции прочного гломалина с длительным периодом существования характеризуются большим временем оборачиваемости. Эксперименты по определению структурных единиц гломалина проводятся и сегодня. Информация, которой мы уже обладаем, говорит о том, что гломалин состоит из белковых, углеводных и алифатических (в основном полимеризированных) компонентов и связывает многовалентные катионы, т.е. Fe и Al (Nichols, 2003; Wright and Anderson, 2000; Nichols and Wright, неопубликованные данные). Протеиновый компонент составляет приблизительно 30-40 % молекулярной структуры, что выявлено путем сравнения гравиметрического и протеинового веса и предварительного измерения аминокислот. Углеводный компонент составляет 3-6 %, что определено с помощью колориметрического теста, который измеряет концентрацию олигосахаридов. Алифатические группы составляют 20-70 %, что определено при использовании метода баланса массы и ЯМР спектографии. В гломалине содержится 2-12 % железа, что выявлено на основе методов кислотного гидролиза и атомной адсорбции. Гломалин – основной компонент органического вещества почвы Было проведено исследование, в котором сравнивались концентрации гломалина в гуминовой кислоте (ГК), фульвовой кислоте (ФК) и макрочастицах органического вещества (МОВ) на восьми необрабатываемых участках в США. Все фракции были названы по методам экстракции. Для извлечения каждой фракции был использован подходящий метод экстракции: (1) щелочная экстракция ГК и ФК, за которой следует кислотная сепарация, (2) экстракция гломалина цитратом и (3) разделение по плотности МОВ. Количества измерялись при использовании гравиметрического и углеродного весов и сравнения концентрации общего и иммунореактивного протеина. Значения протеина также использовались для корректировки параллельной экстракции гломалина в ГК. В ходе исследования было обнаружено, что гломалин представляет собой основную фракцию органического углерода почвы (ОУП; 22-27 %), а выделяемая часть материала, которая раньше определялась как ГК и гумин, содержит гломалин (рис. 1.4; Nichols, 2003; Nichols and Wright, неопубликованные данные). Количества гломалина Гломалин экстрагировался с почв различных экосистем США и мира с концентрациями ОГ, колебавшимися от 2 до 14 мг/г почвы (Wright and Upadhyaya, 1998). Большие количества гломалина (ОГ) были обнаружены в необрабатываемых, вулканических почвах Японии и Гавайев (19 мг/г почвы и более 60 мг/г почвы соответственно; Rilling et al., 2001; Wright, неопубликованные данные) и в дубовом лесу на подзолистых почвах Ирландии (69 мг/г почвы; Nichols and Wright, неопубликованные данные).
Обычно в кислых почвах содержится больше гломалина, чем в известковых (Wright and Upadhyaya, 1998; Nichols, 2003). В кислых почвах ниже уровень разложения и больше растворимых металлов (например, Fe и Al), которые могут способствовать увеличению концентраций гломалина, взаимодействуя с молекулами, замедляющими разложение. В залежных почвах уровень разложения ниже по сравнению с сельскохозяйственными, и больше ДМ грибов, т.к. в залежные почвы не поступает Р из удобрений и механическая обработка не разрушает сети гиф. Концентрации гломалина измерялись в нескольких сельскохозяйственных почвах с различными видами обработки, севооборота, удобрений, гербицидов и пестицидов. В большинстве этих систем была обнаружена корреляция между стабильностью агрегатов и концентрацией гломалина. При этом в системах No-Till и минимальной обработки значения были самыми высокими (рис. 1.5.; Rilling et al., 2002; Wright and Anderson, 2000; Wright et al., 1999; Nichols and Wright, неопубликованные данные). На экспериментальном участке в Мериленде на одном и том же поле изучались различные системы [(1) No-Till, синтетические ресурсы (NT); (2) традиционная обработка, синтетические ресурсы (ТО); и (3) минимальная обработка, органические ресурсы (МО)], что позволяло определить, как управленческая система влияет на гломалин-С и МОВ-С. На участке с МО было наибольшее содержание гломалина-С, МОВ-С и максимальная стабильность агрегатов, тогда как при ТО и NT не эти значения отличались (рис. 1.6; Nichols, Wright and Cavigelli, неопу бликованные данные). Эксперименты с одновидовыми горшочными культурами Гломалин был экстрагирован с ДМ гиф, выращиваемых на однокультурных горшочных культурах на стерильном песке и измельченном угле, где корни находились в нейлоновой сетке с ячейкой 38 мкм, через которую могли прорасти только гифы (рис. 1.2). Растения поливали раствором с низким содержанием Р (Millner and Kitt, 1992) и выращивали под галоидным и натриевым источниками света в специальной камере или под натриевым источником света в теплице. Для измерения концентрации гломалина было проведено несколько экспериментов с различными горшочными культурами. Всего было выращено девять различных видов ДМ грибов четырех родов на пяти различных растениях-хозяевах (кукуруза, клевер, суданская трава, сорго, овсяница). Все эти виды ДМ производили гломалин в количествах, которые изменялись в зависимости от условий (интенсивность света, среда выращивания и т.д.) и растения-хозяина. Концентрации гломалина (ОГ) во внешней камере (камере гиф) колебались обычно в пределах 2-13 мг/горшок при 2-30 мг гиф/г почвы (Nichols and Wright, неопубликованные данные) и 5-40 мкг гломалина/см2 на полосках сельскохозяйственной сетки, вставленных в песок, и камере гиф (Wright and Upadhyaya, 1999). В одном эксперименте ПГ был получен с пяти видов ДМ (Glomus etunicatum, G. Viscosum, G. Caledonium, Gigaspora rosea и Gt. gigantea), произведенных на кукурузе (Zea mays) и пунцовом клевере (Trifolium incarnatum L.). Для трех грибов (Glomus etunicatum, G. viscosum и Gt. gigantea) использовали два изолята INVAM, которые были собраны в одном штате или округе, но с разных участков. Концентрации гломалина (ОГ) в отделении для гиф колебались от 0,5 до 2,7 мг/горшок, а в отделении для корней – от 1,2 до 13,8 мг/г гиф (табл. 1.1). Glomus viscosum обладал самыми низкими значениями протеина в отделении для корней и гиф, но процент ИР значений в отделении корней был максимальным для двух изолятов и обоих хозяев. Изолят G.etunicatum (BR220) обладал значениями протеРис. 1.5. Концентрация общего гломалина (мг/г агрегатов) и стабильность агрегатов (%) в образцах почвы 0-5 см на участках при переходе с плужной обработки (ПО) к No-Till (NT) по этапам в 1, 2 и 3 года и переходом на постоянное выращивание травы (Многолетние травы) в течение приблизительно 15 лет. (Источник: Wright S.F. et al., 1999. Soil Sci. Soc. Am. J. 63: 1825-1829. Печатается с разрешения автора) были взяты с участков в Мериленде, на которых применяются различные управленческие системы: (1) No-Till, синтетические ресурсы (NT); (2) традиционная обработка, синтетические ресурсы (ТО); (3) минимальная обработка, органические ресурсы (МО) Рис. 1.6. Углерод в гломалине (гломалин-С, мг С гломалина/г почвы) или макрочастицы органического вещества (МОВ) (МОВ-С, мг С МОВ/г почвы), экстрагированные из почвы (1г) при помощи цитрата 50 мМоль и сепарации по плотности соответственно. Образцы почвы были взяты с участков в Мериленде, на которых применяются различные управленческие системы: (1) No-Till, синтетические ресурсы (NT); (2) традиционная обработка, синтетические ресурсы (ТО); (3) минимальная обработка, органические ресурсы (МО) ина, практически в два раза превышающими значения других изолятов, но для изолята G.etunicatum (BR211) ситуация была другой.
Несмотря на то, что эти растения выращивались в одинаковых условиях, общие колебания существовали между изолятами, видами и хозяевами и не следовали полной вариации. Эксперимент, изучающий глубину и отложение Эксперимент с горшочными культурами проводился для определения количества гломалина, производимого Gigaspora rosea (FL224), которые колонизировали клевер пунцовый (Trifolium incarnatum L.). На рис. 1.7 показана модель эксперимента. Корни находились в нейлоновой сетке, и гифы росли в зоне, где не было корней. Растения поливали раствором с низким содержанием Р (Millner and Kitt, 1992) и выращивали под галоидным и натриевым источниками света. Следующие измерения проводились на различных глубинах при шаге в 8 см в отделении для гиф через 3 месяца роста растения: (1) гломалин на гифах; (2) гломалин, отложившийся на сельскохозяйственной сетке; (3) неприкрепленный гломалин (пена) и (4) процент колонизации корней. Гифы и пену получали путем погружения песка с различных глубин в воду, сильного встряхивания песка и выливания воды на сложенные сита (150, 150 и 53 мкм сверху вниз). Процедура повторялась 4 раза. Гифы и неприкрепленный гломалин на ситах 150 и 53 мкм смывались в чашку Петри. Пена плавала по поверхности воды и отделялась с гиф при помощи пипеток. Сельскохозяйственная сетка резалась на маленькие кусочки для обработки. Гифы, пена и сетка обрабатывались цитратом 20 мМоль, рН 7.0, при температуре 121°С в течение 1 часа. Количество гломалина определялось при помощи теста Бредфорда (Wright and Upadhyaya, 1996). Процент колонизации рассчитывался по методу Джованетти и Моссе (Giovanetti and Mosse, 1980). Производство гломалина у трех растений было очень разным (рис. 1.8). Возможно, это связано с факторами, которые контролируются отдельными растениями, различиями в интенсивности света, или комбинации факторов, которые требуют более детального изучения. На рис. 1.9 распределение гломалина, произведенного растением № 2, показано ближе. Гифы проросли в зону, где не было корней, в верхней части горшка (рис. 1.9), и выпускали гломалин, который не был прикреплен к гифам или сельскохозяйственной сетке.
Предполагалось, что гломалин, неприкрепленного к гифам, двигался через крупный песок, т.к. неприкрепленный или не пойманный сеткой гломалин измерялся при отсутствии определяемых количеств гиф в нижней части горшка. В результате эксперимента также было обнаружено отпадание гломалина с гиф и прикрепление его к частицам почвы. Гломалин и стабильность агрегатов Потеря почвы в результате эрозии – серьезная проблема агроэкосистем.
Пиментел и его коллеги (Pimentel et al., 1995) определили, что за последние 40 лет практически 1/3 обрабатываемых земель в мире была потеряна в результате эрозии, при этом скорость потери составляет 10 млн. га/год. Почвенные агрегаты важны для (1) поддержания пористости почвы, что обеспечивает аэрацию и инфильтрацию, способствующие росту растений и микробов; (2) увеличения стабильности и защиты от ветровой и водной эрозии; (3) накопления углерода, защищая органическое вещество от разложения микробами (Bird et al., 2002; Hassink and Whitmore, 1997). Так как стабильность агрегатов и ОВП уменьшаются при культивации, возможно, что ОВП (т.е. МОВ, гуминовые субстанции, молекулы, производимые микробами и гифы грибов) принимает участие в формировании агрегатов, но точный механизм этого еще не до конца изучен.
Формирование агрегатов – сложный процесс физических и химических взаимодействий. При рассмотрении под электронным микроскопом можно увидеть, что агрегаты – это объединения почвенных минералов (частиц глины, мелкого песка и ила), небольшие остатки растений и микробов, бактерии, свободное аморфное органическое вещество и органическое вещество, тесно связанное с глиняным покрытием (Chenu et al., 2000). Гифы грибов могут положить начало формированию агрегатов, обеспечивая рамку, на которой собирается органическое вещество (Millner and Jastrow, 1990; Tisdall et al., 1997). Затем химические процессы продолжают эту цепочку формирования и увеличения стабильности агрегатов, приклеивая к полисахаридам, покрывая водоотталкивающими полимерами, связывая минеральные частицы с органическими полимерами и объединяя органическое вещество и частицы глины при помощи поливалентных катионов (Degens, 1997; Piccolo and Mbagwu, 1999; Chenu et al., 2000). Намокание и высыхание, разбухание и сжатие глины, циклы замораживания-оттаивания, уплотнение и опутывание гифами грибов, а также мелкими корнями физически стабилизирует агрегаты (Chaney and Swift, 1986; 1986; Degens, 1997). Почвенные агрегаты могут быть разрушены дождем из-за возникновения чрезмерного увлажнения, дифференциального разбухания глины, механической дисперсии под действием кинетической энергии капель дождя и физиохимического распределения без защиты водоотталкивающего покрытия. Молекулы, участвующие в формировании агрегатов, увеличивают их устойчивость к действию воды и долгосрочную стабильность, потому что внутренние притягивающие силы этих молекул намного сильнее, чем внешние (Degens, 1997; Piccolo and Mbagwu, 1999; Chenu et al., 2000). При использовании систем минимальной обработки или No-Тill Чейни и Свифт (Chaney and Swift, 1986) обнаружили, что стерня и мульча способствуют формированию агрегатов, т.к. при разложении органического вещества грибами возникают клеящие вещества, например, полисахариды и выделения корней. Цезарь-ТонТрат и Кохран (Ceasar-TonThrat and Cochran, 2002) обнаружили, что лигнинолитические базидомицеты производят большие количества полисахаридов, гликолипидов или гликопротеинов, которые связываются с почвенными частицами и стабилизируют их в агрегатах, которые не разрушаются в воде. Однако многие из полисахаридов, произведенных в процессе разложения микроорганизмами, склеивают агрегаты быстро, но при этом растворяются в воде и являются недолговечными, следовательно, не продлевают срок стабильности агрегатов (Chaney and Swift, 1986; Six et al., 2001). Органическое вещество почвы, содержащее высокие концентрации алифатических групп, например, ГК, могут увеличивать стабильность агрегатов и стабилизировать органические материалы на длительное время (Piccolo and Mbagwu, 1999). Эти алифатические водоотталкивающие группы и полимеры являются основными веществами, повышающими стабильность агрегатов в воде.
Они увеличивают угол касания для проникновения воды, в результате чего уменьшается уровень инфильтраРис. 1.7. Конструкция горшков, используемых для определения производства и отложения гломалина. Одно растение клевера выращивалось внутри нейлонового мешка диаметром 8 см с ячейкой 38 мкм, который был наполнен крупным песком, в горшке шириной 25 см и глубиной 40 см. Снаружи нейлонового мешка горшок также был наполнен крупным песком. Диски сельскохозяйственной сетки были расположены на глубине с шагом 8 см в отделении для гиф Рис. 1.9. Производство гломалина на клевере в зависимости от глубины. Процент колонизации корней на различных глубинах показан сверху над столбиками ции и насыщения, снижается степень промокания и усиливаются связи внутри агрегатов (Chenu et al., 2000). Соединения между органическим веществом и аморфными соединениями Fe и Al также снижают уровень промокания агрегатов (Chenu et al., 2000). Г ломалин приводит к стабилизации агрегатов, т.к. он отпадает с гиф на окружающее органическое вещество (рис. 1.10), связывается с глиной, что, возможно, происходит благодаря катионным связям с участием железа; и обладает водоотталкивающими характеристиками, которыми он обязан множеству алифатических групп (Nichols, 2003; Wright and Upadhyaya, 1999). Об этом свидетельствуют результаты ряда экспериментов, в которых концентрация общего и особенно иммунореактивного гломалина положительно коррелируют с процентом нерастворимых в воде агрегатов как в сельскохозяйственных, так и в залежных землях (рис. 1.5, 1.6) (Bird et al., 2002; Rilling et al., в прессе; Wright and Anderson, 2000; Wright and Upadhaya, 1998; Wright et al., 1999). На рис. 1.5 видно, что гломалин и стабильность агрегатов можно использовать для количественного определения изменений, происходящих в почве, при переходе от постоянной вспашки к No-Till в течение короткого периода времени (1-3 года). Несмотря на то, что гломалин и стабильность агрегатов значительно увеличивались после 2 лет использования технологии No-Till, на участке, где почва не обрабатывалась в течение 15 лет, концентрации гломалина (ОГ) и стабильность агрегатов были намного выше, чем на каком-либо другом участке. Это исследование говорит о том, что уровни гломалина, МОВ и стабильности агрегатов в системах минимальной обработки почвы продолжают увеличиваться с течением времени. Гломалин в условиях повышенного уровня СО2 Было проведено несколько исследований, в ходе которых сравнивались концентрации гломалина по отношению к стабильности агрегатов в условиях повышенного уровня СО2. В системах залежных земель на севере Калифорнии концентрации ОГ и ИРОГ увеличивались с повышением концентрации СО2 и удлинением гиф на одном участке, а также стабильностью агрегатов в агрегатных фракциях 1-2 мм и 0,25-1 мм (Rilling et al., 1999). Длительное воздействие увеличенных уровней атмосферного СО2 из естественных источников в Новой Зеландии привело к линейному повышению процента колонизации корней ДМ грибами, удлинению гиф в почве, увеличению ОГ, ЛЭГ в соответствии с повышением уровней СО2 (Rilling et al., 2001). На поле сорго стабильность агрегатов, длина гиф и ЛЭГ повышались с увеличением уровня СО2 (Rilling et al., 2001). Как на пастбищах (Rilling et al., 1999), так и на поле сорго (Rilling et al., 2001) стабильность агрегатов коррелировала с концентрацией гломалина.
Эти исследования показывают, что в условиях повышенного уровня СО2 фотосинтетический углерод перемещается под землю, и гломалин может становиться «емкостью», улавливающей углерод в почве. Рис. 1.10. Гломалин и гифы древовидной микоризы на поверхности агрегата размером 1-2 мм, отделенного от почвы, взятой на Филиппинах, которую предоставил д-р Анжела Алмендрас, Департамент агрономии и почвоведения, ViSCA. Гломалин – белые пятна, подсвеченные благодаря иммунофлуоресцентному тесту, в котором используется моноклональное антитело против гломалина Вклад почвенных грибов в органическое вещество Несмотря на то, что можно выявить сотни метров гиф, биомасса грибов обычно недооценивается, и в настоящий момент вклад грибов в ОВП по массе количественно не подсчитывается. Стивенсон (Stevenson, 1994) подсчитал, что количество грибов в почве составляет 10-20 млн./г, тогда как количество бактерий – более 1 млрд./г почвы. Олссон и его коллеги (Olsson et al., 1999) на основе анализа фосфолипидных жирных кислот определили, что сухой вес гиф ДМ грибов составляет 0,03-0,35 мг/г почвы. Одними из наиболее распространенных организмов в мире являются медленно растущие грибы почвы. Например, базидомицет Armillaria bulbosa был обнаружен в почве, занимающей 15 га, весящей более 10000 кг, возраст которой составлял более 1500 лет (Paul and Clark, 1996). Почвенные грибы влияют на формирование и функцию ОВП. При разложении грибами-сапрофитами элементы МОВ, например, азот и фосфор, превращаются из недоступных органических соединений в доступные неорганические источники питательных веществ. Разложившийся растительный материал затем становится частью гуминовой фракции почвы. Помимо этого ДМ грибы и гломалин помогают стабилизировать ОВП, участвуя в формировании агрегатов.
Вообще, разнообразие почвенных организмов снижается в зависимости от методов ведения сельского хозяйства, а уровни минерализации увеличиваются, делая С питательным веществом, которого не хватает грибам. Биомасса грибов обычно положительно реагирует на No-Till. Например, Фрей и его коллеги (Frey et al., 1999) обнаружили, что длина гиф грибов на поле, на котором применялась технология No-Till, была в 2-2,5 раза больше, чем в системах традиционной обработки почвы. Грибы хорошо растут в системе NoTill, потому что (1) не разрушается сеть гиф, (2) грибы могут связываться с растительными остатками и использовать пространственно разбросанные питательные вещества, особенно С и N; (3) грибы могут оставаться активными даже в сухих зонах или в порах, заполненных воздухом. После открытия гломалина и корреляции между иммунореактивной фракцией гломалина и стабильностью агрегатов этот гликопротеин оказался полезным в качестве показателя качества почвы и микоризного влияния. По мере появления информации о структуре этой молекулы и ее различных массивах мы все лучше понимаем роль гломалина в агроэкосистемах. Из того, что уже известно, можно сделать вывод, что гломалин – основной компонент ОВП и важен для поддержания функционирования агроэкосистем. Управление почвенными грибами для увеличения количества органического вещества Самовосстанавливающаяся агроэкосистема – та, в которой внутренние механизмы и ресурсы могут поддерживать продуктивность, быстро восстанавливаться после разрушения (например, механической обработки) и удерживать вредителей и болезни на допустимых уровнях при минимальном воздействии извне.
В сельскохозяйственных почвах содержатся неестественно высокие количества Р, N и К из удобрений, эти почвы разрушаются под воздействием механической обработки и зачастую покрыты растительностью одного или двух видов растений (Gliessman, 2000; Muramoto et al., 2000). Чтобы уменьшить количество патогенов и увеличить биомассу, разнообразие и стимулировать функционирование грибов-симбионтов, можно внедрить одно или несколько управленческих решений из тех, что перечислены ниже (Carlile and Watkinson, 1996; Horwath and Paul, 1994; Stenberg, 1999; Wright and Anderson, 2000): 1. снизить количество вносимых удобрений (особенно удобрений с высоким содержанием Р), что увеличит способность симбионтов извлекать нерастворимые питательные вещества; 2. использовать системы почвозащитного земледелия или No-Till, которые не будут разрушать сеть гиф; 3. увеличить количество культур в севообороте, производить посев культур в междурядьях или использовать буферные полосы или лесополосы, что увеличит надземное разнообразие и уменьшит количество хозяев грибов-патогенов. 4. засевать покровные культуры вместо пара, что обеспечит присутствие живых корней, которые будут хозяевами грибов-симбионтов. 5. использовать методы биологического контроля сорняков и вредителей, сокращая потери полезных грибов, возникающих в результате действия фунгицидов и других пестицидов. Эти стратегии можно использовать в агроэкосистемах как способ управления сапрофитами, симбионтами и патогенами в почве, получая увеличение урожайности культур при минимальных затратах.