Грибы arbuscular mycorrhiza (AM) представляют собой категорию почвенных эндофитов, которые постоянно представляют интерес для исследователей. Их присутствие в корнях большинства растений и их участие в циклах питательных веществ делает их жизненно важными компонентами в стабильности каждой экосистемы, где присутствуют травянистые растения 1,2. Благодаря своему внеколесковому мицелию AM действует как грибковое расширение для корней растений, особенно в труднодоступных районах3. Основная деятельность находится в корнях растений-хозяев, где AM развивает большие гифные сети и специфические внутриклеточные структуры, называемые арбускулами. Отсутствие специфичности хозяина позволяет симбионту колонизировать несколько видов одновременно. Эта способность обеспечивает АМ роль распределения ресурсов и регулирования питательных веществ в экосистеме; гриб также обеспечивает поддержку в выживании растений и помогает в производительности растений 4,5,6,7. Реакция видов AM на корни хозяина видна в расширении и расположении внутрикорешкового мицелия, а также в наличии и форме арбускул, развитых внутриклеточным образом. Внутриклеточные арбускулы действуют как обменная точка между двумя симбионтами и представляют собой области, характеризующиеся быстрыми процессами переноса. Структуры, которые производят АМ, зависят от вида, и, помимо арбускул, в корнях они также развивают везикулы, споры и вспомогательные клетки.
Существует много проблем в оценке AM симбионтов в корнях растений 8,9. Первый – это их постоянное развитие в течение всего вегетационного периода хозяев, что приводит к множественным изменениям в гифальной арбускулярной структуре. Различные стадии роста арбускулярных соединений, вплоть до их коллапса, явно присутствуют в корнях, но стареющие структуры AM иногда перевариваются, что делает ихвидимыми лишь частично 10. Вторая проблема представлена методом и протоколом окрашивания, большим разнообразием корневых систем, размерами их клеток и различиями в толщине, которые затрудняют предложение единого метода. Последняя задача заключается в оценке и оценке колонизации АМ. Существует множество методов, которые оценивают АМ с разной степенью объективности, и большинство из них по-прежнему ограничены методами микроскопии. Простые основаны на наличии/отсутствии структур в корневой коре, в то время как более сложные основаны на визуальной оценке и использовании классов колонизации, с интеграцией частоты и интенсивности феномена колонизации. За последние десятилетия было получено много данных о микоризном статусе нескольких видов, но большинство методов ограничены наблюдаемой ценностью колонизации, не указывая на реальное положение каждой структуры в корневой коре. В ответ на необходимость получения более точных результатов по колонизации АМ был разработан метод, основанный на микроскопическом анализе микоризных паттернов (MycoPatt) в корнях для сборки в цифровом виде подробных микоризных карт11. Также метод позволяет объективно рассчитать параметры колонизации и определить фактическое положение каждой структуры в корне.
Положение грибковых структур AM может быть важным в ответе на следующие два вопроса. Первый связан с анализом колонизации в один конкретный момент из вегетационного цикла растения. В этом контексте очень полезно наблюдать за обилием арбускулярных/пузырьков, сообщать, как они расположены в корне, и обеспечивать очень четкое изображение и параметры колонизации. Второй связан с выявлением грибковой стратегии и ее направленностью и даже прогнозом ее дальнейшего развития. Одно применение MycoPatt может быть для растений, анализируемых ежедневно, каждые 2-3 дня, еженедельно или во время различных стадий роста. В этом контексте расположение везикул / арбускул важно для лучшего понимания биологического механизма колонизации AM. Эти параметры и наблюдения очень полезны для дополнения математических параметров.
Целью данной статьи является демонстрация способности системы MycoPatt исследовать потенциал и стратегию колонизации нативных грибов AM в корнях Zea mays (кукуруза) на разных стадиях развития и в корнях Festuca rubra (красная овсяница) при различных долгосрочных условиях оплодотворения. Для выполнения поставленной цели были проанализированы две большие базы данных из двух экспериментов. Эксперимент с кукурузой был установлен в Кожокне (46°44′56" широты и 23°50′0" длиной. E), в Экспериментальной дидактической ферме Университета сельскохозяйственных наук и ветеринарной медицины Клуж на феозиом с суглинистой текстуройпочвы 12. Эксперимент с красной овсяницей является частью более крупного экспериментального участка, созданного в 2001 году в Гецари, горы Апусени (46°49'064" широты n и 22°81'418'' длиной. Е), на прелювосоле (terra rossa) почвы типа 13,14. Кукурузу собирали в пять различных фенофаз роста12: В1 = 2-4 листа (в качестве контрольной точки для начала микоризной колонизации); B2 = 6 листьев; B3 = 8-10 листьев; B4 = образование початков; B5 = физиологическая зрелость. Начиная со стадии 2-4 листьев (А0), применялась органическая обработка, в результате которой получался двухградуальный фактор (А1 = контроль и А2 = обработанный). Корни красной овсяницы собирали при цветении из эксперимента с пятью многолетними оплодотворениями13,14: V1 = контрольный, неоплодотворенный; V2 = 10 т·га-1 навоз; V3 = 10 т·га-1 навоз + N 50 кг·га-1,Р2О5 25 кг·га-1, К2О 25 кг·га-1; V4 = N 100 кг·га-1, P2O5 50 кг·га-1, K2O 50 кг·га-1; V5 = 10 т·га-1 навоз + N 100 кг·га-1,Р2О5 50 кг·га-1, К2О 50 кг·га-1. Пять растений были собраны на каждой стадии развития из каждого варианта удобрения. Проанализированы протоколы окрашивания и их производительность с точки зрения времени обработки образца и качества окрашивания. Связь между развитием гиф АМ и наличием ее структур в корнях анализировалась отдельно для каждого вида и продолжалась выявлением наиболее разрешительных корней для колонизации. Конкретные модели колонизации каждой корневой системы были проанализированы на основе карт колонизации и значения параметров AM.
Кукуруза является однолетним растением, которое подразумевает непрерывный рост корней, и это стало основной причиной применения MycoPatt на стадиях выращивания. Овсяница красная – многолетнее растение с луга, долгое время обработанное различными удобрениями. Его корни имеют более короткое развитие на 1 год, а антез считается точкой вегетации, когда растение меняет свой метаболизм с вегетативного на генеративный. Чтобы поймать эти растения в эти периоды интенсивной активности, были выбраны вышеупомянутые временные точки. Отбор проб в течение вегетационного периода затруднен для этого вида при выращивании на естественных лугах.