Гипотеза грибковой петли
Гипотеза о почвенных грибах

Гипотеза грибковой петли предполагает, что почвенные грибы в засушливых экосистемах связывают метаболическую активность растений и биологические почвенные корки , которые реагируют на различные уровни влажности почвы . Собирая разнообразные доказательства, такие как ограниченное накопление органического вещества почвы , высокие окислительные и протеолитические потенциалы фенольных ферментов из-за микробной активности и симбиозы между растениями и грибами, гипотеза грибковой петли предполагает, что углерод и питательные вещества циркулируют в биотических пулах, а не выщелачиваются или выбрасываются в атмосферу во время и между импульсами осадков . [1]

Развитие теории

Гипотеза грибковой петли по своей концепции схожа с гипотезами микробной петли в океанах или почве, более конкретно для аридных экосистем. Это связано с характеристиками, характерными для аридных экосистем, которые не встречаются в других местах.

Динамика пульса

В засушливых экосистемах наблюдается низкий уровень общего количества осадков и высокая изменчивость размеров дождевых событий (импульсов) в течение и между годами. Различия в том, как растения и редуценты реагируют на эти импульсы осадков, влияют на биогеохимический цикл в экосистеме. Например, внеклеточные ферменты, присутствующие в почве, становятся активными почти мгновенно после любого импульса влажности, в то время как производство в микробах и растениях имеет задержку различной продолжительности и требует импульсных событий разной величины. [2]

Неравномерное распределение питательных пулов

Засушливые экосистемы также часто имеют неоднородное распределение сосудистых растений с голыми участками почвы между ними. Такая растительность снижает радиацию и скорость ветра на поверхности почвы, что уменьшает испарение и, таким образом, создает благоприятные микросреды обитания для других видов. Кроме того, по мере того, как растения стареют и становятся подстилкой , это увеличивает содержание углерода и азота в верхних слоях почвы под растительным пологом. [3] В совокупности эти эффекты создают «острова плодородия», где распределены растения. [4]

В голой почве между растениями часто присутствуют биологические почвенные корки . Микроорганизмы корки могут фиксировать углерод и азот из атмосферы, а также улавливать пыль, богатую азотом. [5] Таким образом, биологические почвенные корки способствуют содержанию углерода и питательных ресурсов на поверхностях почвы, где растительный покров низкий.

Роль грибов в биогеохимическом цикле

Подстилка, произведенная растениями, должна быть разложена редуцентами на питательные вещества, доступные организмам. И бактерии , и грибы производят внеклеточные ферменты для расщепления крупных молекул на соединения, которые могут быть усвоены растениями. [6] Однако грибы могут метаболизировать при более высоких температурах и более низком водном потенциале, чем бактерии. Поэтому в засушливых экосистемах, где осадки выпадают в жаркое время года, грибы, вероятно, являются наиболее важными участниками круговорота питательных веществ из-за их устойчивости к температуре и способности сохраняться в течение длительных засушливых периодов. В нескольких местах на юго-западе США было показано, что денитрификация и нитрификация в основном осуществляются грибами. [1]

Грибковая петля

В засушливых экосистемах многие первичные производители, такие как травы и биологические почвенные корки, образуют симбиозы с грибами. Микоризаные грибы, колонизирующие корни растений, получают углерод непосредственно из корней растений, обеспечивают растения источниками фосфора и, как было показано, транспортируют воду. [7] Темные септированные эндофиты (DSE) также распространены во многих растениях засушливых земель и, как предполагается, выполняют те же функции, что и микоризные грибы. [8] Грибы являются неотъемлемой частью сообщества биологической почвенной корки, и похожие таксоны грибов были обнаружены в биологических почвенных корках и корневых зонах растений, что предполагает гифальные связи между этими двумя пространственно разделенными организмами. [9]

Гипотеза грибковой петли предполагает, что биологические почвенные корки и связанные с ними микробы способны активироваться после меньших водных импульсов по сравнению с сосудистыми растениями, которым требуется больше воды для активации. Однако грибы способны поглощать питательные вещества, производимые биологическими почвенными корками при более низком водном потенциале, и удерживать их в биотическом пуле до тех пор, пока более крупные водные импульсы не позволят растениям активизироваться и поглощать эти питательные вещества. Затем активные растения способны передавать избыточный углерод из фотосинтеза своим грибковым симбионтам. Таким образом, корневые грибы, симбиотические с растениями и биологическими почвенными корками, связывают пространственно и временно различные виды деятельности корок и растений.

Доказательство

Доказательства условий, благоприятных для существования грибковой петли, легкодоступны. [1] Однако прямые экспериментальные проверки гипотезы в засушливых экосистемах все еще относительно редки. В одном исследовании использовалась изотопная маркировка, чтобы отследить, куда перемещаются нитрат и глутамат при попадании в биологическую почвенную корку или в травяную листву на расстоянии. Они обнаружили, что органический и неорганический N может рассеиваться на расстояние до 100 см в день в двух направлениях между растениями и коркой. [10] Другие исследования показали доказательства двунаправленного транспорта в связях почва-гриб-растение при перераспределении воды в засушливых экосистемах. [11]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ abc Коллинз, SL, Синсабо, RL, Креншоу, C., Грин, L., Поррас-Альфаро, A., Стурсова, M. и Зеглин, LH 2008. Динамика импульсов и микробные процессы в экосистемах засушливых земель. Журнал экологии 96: 413–420.
  2. ^ Уильямс, К. А., Ханан, Н., Шоулз, Р. Дж., Кутч, В. 2009. Сложность потоков воды и углекислого газа после дождевых импульсов в африканской саванне. Oecologia 161: 469-480.
  3. ^ Чарли, Дж. Л. и Уэст, Н. Э. 1975. Химические закономерности почвы, обусловленные растениями, в некоторых полупустынных экосистемах с преобладанием кустарников в Юте. Журнал экологии 63(3): 945-963.
  4. ^ Шлезингер, WH, и Пилманис, AM 1998. Взаимодействие растений и почвы в пустынях. Биогеохимия 42: 169-187.
  5. ^ Хоукс, К. 2003. Азотный цикл, опосредованный биологическими почвенными корками и арбускулярными микоризными грибами. Экология 84: 1553-1562.
  6. ^ Скуйинс, Р. Г. 1976. Внеклеточные ферменты в почве. CRC Critical Reviews in Microbiology. 4(4): 383-421.
  7. ^ Аллен, МФ 2007. Микориза грибов: пути для воды и питательных веществ в засушливых почвах. Журнал зоны вадоза 6(2): 291-297.
  8. ^ Мандьям, К. и Джамппонен, А. 2005. Поиск неуловимой функции темных септированных эндофитных грибов, колонизирующих корни. Исследования по микологии. 53: 173-189.
  9. ^ Поррас-Альфаро, А., Эррера, Дж., Натвиг, Д.О., Липински, К., Синсабо, Р.Л. 2011. Разнообразие и распространение почвенных грибковых сообществ на полузасушливых пастбищах. Микология 103: 10-21.
  10. ^ Грин, Л. Э., Поррас-Альфаро, А. и Синсабо, Р. Л. 2008. Транслокация азота и углерода интегрирует биотическую корку и производство травы на пустынных лугах. Журнал экологии 96: 1076–1085.
  11. ^ Аллен, МФ (2009), Двунаправленные потоки воды через почвенно-грибково-растительный микоризный континуум. New Phytologist, 182: 290–293.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Гипотеза_грибковой_петли&oldid=1237513711"