Микология и фитопатология, 2021, T. 55, № 1, стр. 11-35

ВВЕДЕНИЕ

Микоризный симбиоз широко распространен практически во всех наземных экосистемах. Около 90% всех ныне живущих растений образуют симбиоз с грибами (Brundrett, Tedersoo, 2018). Однако большинство исследований, посвященных микоризному симбиозу, проводится в горшечных культурах. Такие исследования не отражают всех аспектов микоризного симбиоза, а затрагивают лишь отдельные изолированные факторы. Исследования в естественной среде проводить значительно сложнее. Эти трудности связаны с тем, что большое количество факторов, как биотических, так и абиотических, одновременно влияет на формирование и функционирование ассоциативных связей между грибом и растением. Несмотря на эти сложности, исследования микоризного симбиоза в естественной среде обитания позволяют лучше оценить вклад микоризы в развитие отдельного растения или сообщества в целом.

Городская среда является агрессивным биомом для всех живых организмов (Kuhns, 1980). Чем крупнее город, тем сильнее сказывается это на городской среде. Не все живые организмы способны существовать в таких условиях. В первую очередь, это касается неподвижных живых организмов, таких как растения и грибы. Сильная загазованность, повышенное содержание пыли в воздухе, вытаптывание верхних горизонтов почвы, быстрая испаряемость влаги и т.д. угнетают состояние и сокращают срок жизни растения. В крупных населенных пунктах для озеленения и благоустройства стараются высаживать наиболее устойчивые к таким факторам растения. Одним из наиболее устойчивых к городским условиям растений является липа (Tilia spp.).

Изучение функционирования микоризного симбиоза в городских условиях позволяет прогнозировать состояние искусственных растительных насаждений. Манипулируя условиями среды посредством внесения специфичного инокулюма, изменения водного режима и минерального питания можно добиться здорового и устойчивого состояния зеленых насаждений на территории города (Chilvers et al., 1987).

Интерес к исследованию микоризы липы возник не так давно. И связанно это, скорее всего, с тем, что липа является деревом второго яруса и на протяжении всего своего ареала не образует крупных сообществ, а потому не вызывала долгое время интереса среди ботаников. Но уже на основе первых работ стало ясно, что липа образует микоризу с широким спектром эктомикоризных грибов (ЭМГ). А последние работы (Timonen, Kauppinen, 2008; Pigott, 2012) показали наличие у липы двойной колонизации – арбускулярной микоризой (АМ) и эктомикоризой (ЭМ).

Следует подчеркнуть, что изучение микоризного статуса липы в глобальном масштабе происходит неравномерно. В большей степени исследован вид T. cordata (Busetti, 1962; Ceruti, Busetti, 1962; Pigott, 1982; Nielsen, Rasmussen, 1999; Weissenhorn, 2002; Timonen, Kauppinen, 2008; Fini et al., 2011; Lang et al., 2011; Dudka et al., 2018а; Dudka, 2018b) и имеются некоторые единичные исследования, посвященные различным аспектам микоризы у других видов: T. platyphyllos (Lang et al., 2011), T. tomentosa (Garbaye, Churin, 1996), T. americana (Giomaro et al., 2002), T. mandschurica (Guo et al., 2008) и T. ×europaea (Timonen, Kauppinen, 2008).

Многие из этих исследований освещали лишь практические аспекты проблемы микоризы липы. Например, показано, что введение искусственного инокулюма ЭМ-симбионтов положительно влияло на рост и вегетацию T. tomentosa (Garbaye, Churin, 1996). В другой работе, связанной с выявлением роли микоризы, показана повышенная устойчивость колонизированных ЭМГ-саженцев T. cordata к засолению почвы по сравнению с немикоризованным контролем (Weissenhorn, 2002). Также в работе Fini et al. (2011) было показано влияние симбионтов Glomus mossae (АМ) и Boletus edulis (ЭМ) на устойчивость саженцев липы к засухе и повышение фотосинтетической активности растения по сравнению с неинокулированными саженцами.

Эти исследования свидетельствуют о том, что микориза играет важную роль в жизни растения. О важности внесения искусственного грибного инокулюма было известно давно. На данный момент такие биоудобрения обычно используют “универсальный” набор симбионтов широкого круга. Однако, зная круг специализированных симбионтов того или иного вида растения, можно повысить эффективность использования таких биоудобрений. Для решения подобных проблем необходимо обладать информацией и специальными знаниями о качественном составе и характеристике симбионтов той или иной древесной породы, но в настоящее время таких знаний накоплено недостаточно.

Род Tilia имеет двойную микоризную колонизацию – арбускулярной микоризой (АМ) и эктомикоризой (ЭМ). АМ формируется у саженцев липы в ранний период (20–30 дней после высаживания саженца в землю). После образования системы разветвленных боковых корней (в основном это происходит к лету, если саженец был посажен весной) наблюдается образование ЭМ (Pigott, 2012). У более взрослых особей липы наблюдается сезонное преобладание АМ весной, а ЭМ летом и осенью (Timonen, Kauppinen, 2008).

Несмотря на то, что род Tilia имеет смешанный тип микоризной колонизации, во всех исследованиях наибольшее внимание уделяется именно эктомикоризной составляющей, а вклад АМ явно недооценен. Так, например, совершенно не известны грибные симбионты, образующие АМ с Tilia, не исследовано их физиологическое значение в жизни дерева, что делает это направление исследований актуальным. Опираясь на доступные нам данные, лишь в одной работе был упомянут единственный АМ-симбионт, вступающий в контакт с липой – Glomus mossae (Fini et al., 2011).

Липа часто используется в озеленении. Древесина ее значительно ниже по ценности по сравнению с такими породами, как дуб, бук или сосна. Поэтому исследований, проведенных в естественных условиях произрастания липы, крайне мало. Одна из первых работ в этой области была посвящена изучению морфотипов ЭМ корневых окончаний липы на территории Дании (Nielsen, Rasmussen, 1999), еще одна подобная работа была проведена на территории Финляндии (Timonen, Kauppinen, 2008). В этих исследованиях было показано большое богатство ЭМГ липы в ее естественных местах обитания, как и значительное обеднение состава грибных симбионтов в городской среде.

Работы, связанные с выявлением ЭМ-партнеров молекулярными методами, которые на данный момент дают самую объективную информацию о круге симбионтов растения, пока еще малочисленны. В работе, о которой уже говорилось выше, проводимой на территории Финляндии (Timonen, Kauppinen, 2008), было выявлено в общей сложности 12 симбионтов для территории города, питомника и леса. Более масштабная работа по изучению микоризного статуса основных древесных пород проведена на территории Германии (Lang et al., 2011). В данной работе было выявлено 66 таксонов грибов для рода Tilia. К сожалению, в этих исследованиях авторы не разделяли между собой виды лип. Так, в первой работе получены обобщенные данные о T. cordata и T. ×europaea, а во второй – T. cordata и T. platyphyllos, что не дает возможности оценить видоспецифичность ЭМ- симбионтов для отдельных представителей Tilia.

Все полученные до нас данные свидетельствуют о том, что основными симбионтами Tilia являются в основном базидиомицеты из родов Russula, Xerocomus, Inocybe, Amanita, Tomentella, Piloderma, Sebacina и др., и некоторые аскомицеты из родов Tuber, Peziza, Cenococcum и др.

Данное исследование посвящено изучению некоторых аспектов микоризной колонизации различных видов рода Tilia в условиях искусственных насаждений на примере нескольких модельных территорий, расположенных в черте Санкт-Петербурга. В ходе исследования были поставлены следующие задачи: определить тип и степень микоризной колонизации видов липы в городских условиях; определить, изменяется ли микоризная стратегия растения в зависимости от сезона; на основании анализа участка ДНК корневых окончаний идентифицировать виды грибов, образующих эктомикоризу с Tilia spp.; определить, меняется ли состав сообществ ЭМГ в зависимости от вида липы и условий произрастания деревьев; определить, влияют ли почвенные условия (азот, фосфор, рН) на разнообразие ЭМ-симбионтов липы.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Территория исследования. Исследование проводилось на трех модельных территориях, расположенных в черте Санкт-Петербурга: 1) Летний сад, 2) Ботанический сад Петра Великого БИН РАН и 3) Дудергофские высоты.

Летний сад – первый в Санкт-Петербурге регулярный сад, имеющий богатую 300-летнюю историю. За это время в саду менялась растительность и ландшафт парка при содействии не только человека, но и сил природы и моды в ландшафтной архитектуре. Летний сад располагается в центре города и является важной достопримечательностью, которую посещает ежегодно большое количество туристов и жителей города. В 2009–2011 гг. была проведена крупнейшая реставрация Летнего сада. Одной из ключевых задач при реконструкции было сохранение старовозрастных деревьев, большая часть которых принадлежит к роду Tilia (Melnikov, 2014). Во время реставрации неизбежно повреждались корни и для поддержания жизнеспособности деревьев использовались органические удобрения и биофунгициды (Summer garden, 2012). Это не могло не повлиять на ризосферу.

Ботанический сад БИН РАН имеет историю, сравнимую с Летним садом. Располагается сад на территории Аптекарского острова. Дендрарий Ботанического сада более разнообразен по таксономическому составу по сравнению с Летним садом, что сближает его с естественным сообществом (Lapin, 1984).

Комплексный памятник природы “Дудергофские высоты” расположен в поселке Можайский Красносельского р-на г. Санкт-Петербурга. Высоты представляют собой две горы Ореховая и Воронья с уникальным геологическим строением. До XVI в. Дудергофские высоты были покрыты еловыми лесами. К XIX в. началось частичное осветление елового леса с последующей подсадкой лиственных пород (дуб, ясень, липа и т.д.). Постепенно из-за осветления леса и частых вырубок площадь ельников стала сокращаться. После Великой Отечественной войны сильно изменился микрорельеф и состав растительного сообщества Дудергофских высот. На данный момент времени практически весь древостой Дудергофских высот является посадками, которые не прошли столетний возрастной рубеж (Volkova et al., 2006).

Объект исследования. По данным APG IV (Angiosperm Phylogeny Group, 2016) род Tilia входит в состав порядка Malvales семейства Malvaceae подсемейства Tilioideae. Исследование микоризного статуса рода Tilia проводилось на трех модельных видах, которые чаще остальных используют в озеленении Санкт-Петербурга: липа мелколистная (T. cordata), липа крупнолистная (T. platyphyllos) и широко распространенный гибрид T. cordata × T. platyphyllos – липа европейская (T. ×europaea).

Липа – долговечная порода древесных растений, большинство особей в естественной среде достигают 150-летнего возраста, иногда 500–800 лет. В городских условиях, особенно вдоль проезжих дорог и производств, срок жизни деревьев сокращается до 80–100 лет, но в садах и парках сохраняются и вековые деревья. Липа активно используется в озеленении городов, т.к. считается одной из наиболее теневыносливых и газоустойчивых пород древесных растений, способна переживать периоды временного пересыхания и временного повышения грунтовых вод. Кроме того, T. cordata более толерантна к низким температурам по сравнению с Quercus robur. Однако у липы есть свои недостатки, например, деревья не выносят слишком сухих и засоленных почв (Vasilyev, 1958; Pigott, 1991; Pigott, 2012).

Tilia cordata, T. × europaea и T. platyphyllos широко представлены в озеленении городов России и Европы. Липы используют для создания аллей, скверов и регулярных садов в городах. Липа ценится в ландшафтной архитектуре как растение с красивым габитусом, легко поддающимся формированию, как древесная порода, сочетающая прочность и устойчивость к гниению. Стоит отметить, что липа, может играть важную роль в поддержании и улучшении плодородия почвы, и уже давно признана лесниками как порода с таким потенциалом (Pigott, 2012).

На модельных территориях были отобраны для исследования в общей сложности 24 дерева разного возраста и состояния (табл. 1). В Летнем саду: 13 деревьев (из них 5 – T. cordata, 4 – T. platyphyllos, и 4 –T. × europaea); в Ботаническом саду: 8 деревьев (из них 4 – T. cordata, 2 – T. platyphyllos, и 2 – T. × europaea); на Дудергофских высотах: 3 дерева (T. cordata). На территории Летнего сада микоризные окончания отбирались у деревьев, расположенных как в боскетах (огороженные участки сада), так и на аллеях в возрасте от 20 до 200 лет. В Ботаническом саду БИН РАН отбор проб у деревьев был как на территории самого сада, так и на прилегающей к саду территории со стороны улицы Профессора Попова.

Отбор проб микоризных окончаний. Отбор микоризных корневых окончаний исследуемых деревьев проводили в сентябре 2017 г. и в мае 2018 г. Отбор проб осуществлялся по ранее описанным методикам (Ishida et al., 2007; Timonen, Kauppinen, 2008; Smith, Smith, 2011).

Корневые окончания отбирали в проекции кроны каждого дерева, с двух противоположных сторон от ствола дерева, на расстоянии 15–30 см и на глубине 10 см. Однако, в случае с деревьями, расположенными на аллее Летнего сада, корневые окончания располагались на глубине от 15 до 30 см. Перед выкапыванием корней с места сбора удаляли верхний слой с надпочвенной растительностью и неразложившимися органическими остатками. После этого аккуратно удаляли излишки почвы, а корни помещали в пластиковый пакет и транспортировали в лабораторию, где они хранились при –20°С до проведения анализа.

Морфологический анализ микоризных окончаний. Морфологический анализ и визуальная оценка степени микоризной колонизации корневых окончаний проводили по методике Trouvelot et al. (1986) с некоторыми модификациями (Koske, Gemma, 1989; Giomaro et al., 2002).

Образцы корневых окончаний, отобранные в проекции кроны одного дерева, в дальнейшем учитывались как один образец. Корни аккуратно и тщательно отмывали от почвы. Отмытые образцы корневых окончаний нарезали на фрагменты ≈1 см дл. и помещали в емкость с водой. На следующем этапе случайным образом из емкости отбирали 30 фрагментов для анализа.

Отобранные фрагменты просматривали под бинокуляром и разделяли на две части: первая часть – корневые окончания с ЭМ, вторая часть – корневые окончания с АМ. Эктомикоризные окончания отбирали для дальнейшего молекулярного исследования ДНК. Для этого их просматривали под бинокуляром на предмет наличия плотного, живого мицелиального чехла.

Корневые окончания, которые были колонизированы арбускулярной микоризой, подвергали дополнительным этапам обработки – обесцвечивания и окрашивания для определения степени колонизации грибами. На этапе обесцвечивания образцы помещали в 10%-м KOH в термостат на 3–4 ч и нагревались до температуры 95°С. После этого их интенсивно промывали в воде и дополнительно обесцвечивались выдерживанием в аммиачном растворе H₂O₂ по методике (Koske, Gemma, 1989) с некоторыми модификациями, а затем окрашивались Cotton Blue (Giomaro et al., 2002) для последующего микроскопирования и определения степени АМ колонизации. Арбускулярная микориза в данной работе оценивалась только визуально, по микроморфологическим критериям. Идентификация грибных симбионтов, образующих арбускулярную микоризу, молекулярными методами не проводилась.

Для каждого дерева было проанализировано приблизительно 50–60 см микоризных окончаний. Микоризная колонизация обоих типов (ЭМ и АМ) одновременно оценивалась для каждого анализируемого образца с помощью методов световой микроскопии. Статистические параметры рассчитывали согласно методике, предложенной Trouvelot et al. (1986) с некоторыми модификациями.

Все первичные данные заносили в таблицы и затем анализировали с помощью программы Mycocalc (http://www2.dijon.inra.fr/mychintec/Mycocalc-prg/download.html).

Молекулярно-генетический анализ. Отобранные образцы эктомикоризных корневых окончаний помещали в 1.5-миллилитровые пробирки с 150 мкл лизирующего буфера (на основе 2%-го СТAB). Выделение ДНК из образцов, хранящихся в 2%-м CTAB-буфере, производили с использованием коммерческих наборов NucleoSpin Plant II Kit (Macherey-Nagel GmbH and Co. KG) и Animal and Fungi DNA Preparation Kit (Jena Bioscience) согласно прилагаемым инструкциям. Для амплификации, а также секвенирования участка ITS1–5.8S–ITS2 яДНК, использовали пару праймеров ITS1F–ITS4 (Gardes, Bruns, 1993). Амплификацию проводили с применением стандартных для использованных праймеров протоколов ПЦР (White et al., 1990). Очистку продуктов ПЦР производили с помощью наборов Fermentas Genomic DNA Purification Kit (Thermo Scientific). Секвенирование осуществляли на автоматическом анализаторе нуклеиновых кислот ABI model 3130 Genetic Analyzer (Applied Biosystems) с последующей обработкой полученных данных в программе MEGA X (Kumar et al., 2018).

Идентификацию таксонов ЭМГ, выделенных исключительно из микоризных окончаний, до видового, родового и выше уровня производили с использованием алгоритма сравнения гомологичных последовательностей BlastN с ресурсами доступных баз данных GenBank (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/genbank/) и UNITE (http://unite.ut.ee/). В анализ вовлекались лишь последовательности, отвечающие требованиям хорошего качества и не содержащие ПЦР-химер (Nilsson et al., 2012). Для определения границ изучаемых таксонов (ОТЕ) принимали установленный для ITS грибов нижний порог (threshold или cutoff value), равный 97–98% (Smith et al., 2013; Kõljalg et al., 2013). Идентифицированным таким образом таксонам затем присваивали статус микоризообразователей, либо сапротрофов, либо эндофитов исходя из наиболее полной на данный момент классификации грибов с эктомикоризной жизненной стратегией (Tedersoo et al., 2010).

Выравнивание нуклеотидных последовательностей осуществляли с помощью программы Muscle (встроенной в MEGA X) (Kumar et al., 2018), использующей алгоритм множественного выравнивания. Филогенетические деревья были построены с помощью метода максимального правдоподобия (maximum likelihood – ML) в программе RAxML v.0.6.0 на соответствующем сервере в Интернете (http://raxml-ng.vital-it.ch/#/). Предварительно была протестирована эволюционная модель отдельно для двух независимых наборов данных ITS (для Basidiomycota и Ascomycota) с помощью Akaike Information Criterion (AIC) на FindModel веб-сервере в Интернете (http://www.hiv.lanl.gov/content/sequence/findmodel/findmodel.html). Для обоих наборов данных была выбрана одинаковая модель эволюции нуклеотидных последовательностей (GTR model).

Химический анализ почвы. Отбор образцов почвы осуществляли на всех модельных территориях в непосредственной близости от исследуемых деревьев: пять точек для Летнего сада, четыре в Ботаническом саду, две точки на Дудергофских высотах. Отбор проб почвы осуществляли на уровне, соответствующем отбору корневых окончаний, т.е. на глубине 10–15 см. После отбора пробы транспортировали в лабораторию. Пробы были проанализированы специалистами Санкт-Петербургского государственного лесотехнического университета им. С.М. Кирова. Анализ почвы проводился по следующим параметрам: азот нитратный (NO^3-), фосфор подвижный (P₂O₅) и рН. Данные параметры были измерены фотометрическим методом с протоколами измерений ПНД Ф 16.1:2:2.2:3.67-10 для азота нитратного (NO₃ ГОСТ Р 54650) и для фосфора подвижного (P₂O₅). Фотометрический метод с соответствующими протоколами проводился на спектрофотометре ПЭ-5300В и фотометре фотоэлектрическом КФК-3. Измерение рН почвы проводилось на Hanna Instruments pH Meter 211 в лаборатории биохимии грибов БИН РАН по соответствующей методике (McLean, 1982).

Статистическая обработка данных. Статистическая оценка данных была выполнена с помощью языка программирования R 3.3.3 (R Core Team, 2012) в программной среде RStudio 1.0.136 (RStudio Team, 2017). Для измерения общей изменчивости данных использовался метод анализа главных компонентов с помощью пакета “vegan” (Oksanen et al., 2018). Все графики визуализированы с помощью пакета “ggplot2” (Wickham, 2009).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Результаты морфологического анализа микоризных окончаний Tilia spp. В исследуемых срезах корневых окончаний T. cordata, T. platyphyllos и T. ×europaea наблюдалась двойная АМ- и ЭМ-колонизация. Ранее уже было известно о смешанном типе микоризной колонизации для рода Tilia в целом (Pigott, 2012). Однако, для T. platyphyllos и T. ×europaea до наших исследований отмечалась лишь ЭМ-колонизация (Wang, Qiu, 2006).

Корневые окончания, колонизированные АМ- симбионтом, характеризовались слабым ветвлением, светло-коричневым цветом, наличием редких корневых волосков (рис. 1, а, г). Имелся свободный несептированный мицелий (рис. 1, к), внутрикорневые структуры были представлены межклеточным мицелием и внутриклеточными структурами, а именно гифальными клубками (рис. 1, ж) и разветвленным мицелием внутри клеток. Типичные для арбускулярной микоризы структуры – арбускулы и везикулы – не были встречены.

Наряду с характерными для АМ признаками, в ряде корней нами был обнаружен интересный микоризный морфотип, очень сходный (но не идентичный) с описанным совсем недавно при исследовании взаимодействий гломусовых грибов и тропического растения Alzatea verticillata в Эквадоре (Beck et al., 2005; Beck et al., 2007). Характерными морфологическими особенностями наблюдаемого нами типа микоризы у липы явились: чрезвычайно тонкие, древовидно- и веерообразно-разветвленные гифальные структуры, расположенные в межклетниках и густо оплетающие клетки кортикального слоя корня (рис. 1, л), развитые аппрессории, внутриклеточные гифальные клубки, а также развитая внутриклеточная несептированная мицелиальная сеть с многочисленными вздутыми “узлами”, напоминающими везикулы, но значительно более мелкими по размеру (рис. 1, й).

Следует подчеркнуть, что подобные морфологические структуры ранее наблюдались у некоторых тропических растений и приписывались так называемым “тонким эндофитам” (fine endophytes) (Hall, 1977; Dodd et al., 2000). Лишь недавние молекулярные исследования показали принадлежность большинства “тонких эндофитов” к разным родам гломусовых грибов, а именно Glomus, Acaulospora и Gigaspora (Beck et al., 2007). Также из последних работ стоит отметить, что подобными морфологическими особенностями строения обладают представители недавно выделенной группы грибов из “тонких корневых эндофитов” – Planticonsortium (Greenall) C. Walker et D. Redecker, которые выполняют сходные c АМГ функции (Beck et al., 2005; Beck et al., 2007; Strullu-Derrien et al., 2016; Orchard et al., 2017; Walker et al., 2018a, 2018b).

Отличием наблюдаемого нами морфотипа от всех известных морфотипов АМ явилось полное отсутствие арбускул и типичных везикул. Таким образом, можно с уверенностью сказать, что подобная морфолого-функциональная структура микоризы у древесных растений умеренного климата отмечается нами впервые.

Корневые окончания, колонизированные ЭМ- симбионтами, характеризовались сильным ветвлением, различной окраской – от светло-желтого, красного до темно-коричневого и угольно-черного (рис. 1, б, д), наличием мицелиального чехла (рис. 1, е, и) и отходящих от него ризоморф или свободного мицелия (рис. 1, з, в).

Всего в ходе работы проанализировано 1440 корневых окончаний. У исследуемых лип в целом преобладает ЭМ-колонизация. Корневые окончания, ассоциированные с АМ, встречаются значительно реже и лишь у немногих деревьев имеют высокую встречаемость.

Показатель общей частоты встречаемости микоризы в корневой системе растения [F (%)] (общее количество колонизированных фрагментов корня на число выборки) имел достаточно высокие значения и варьировал от 20 до 100% (табл. 2). Таким образом, все исследованные деревья были в достаточной степени колонизированы микоризой. Наиболее вариабельным и информативным параметром является интенсивность микоризной колонизации [степень колонизации корня на число выборки М (%)].

Среди исследуемых видов лип наибольший процент колонизации корня ЭМ [М (%)] был у Т. ×europea (рис. 2, а, б). В целом, для липы европейской в данном исследовании не наблюдалась арбускулярная микориза. Однако весной был обнаружен небольшой процент колонизации корня АМ – менее 1% (рис. 2, б). ЭМ-колонизация остальных двух видов T. cordata и T. platyphyllos была ниже, но вклад арбускулярной микоризы был значительно выше по сравнению с Т. ×europea (рис. 2, а). Такое распределение микоризной колонизации для гибрида некоторые исследователи связывают с тем, что генотип растения влияет на выбор микоризной стратегии (Timonen, Kauppinen, 2008; Bainard et al., 2011; Tyburska et al., 2013). Весной наблюдалось значительное увеличение колонизации корней арбускулярной микоризой для T. cordata и T. platyphyllos (рис. 2, б).

Среди исследуемых модельных территорий ЭМ- колонизация была выше в Ботаническом саду, как весной, так и осенью (рис. 3, а, б). Высокие показатели АМ-колонизации были на территории Дудергофских высот (рис. 3, а). Сезонные изменения ЭМ-колонизации среди исследуемых деревьев, в зависимости от модельных территорий, незначительны (рис. 3, а, б). А показатели АМ- колонизации лип на исследуемых территориях были выше весной по сравнению с осенним периодом (рис. 3, б). Сезонные изменения в АМ-колонизации отмечались ранее не только у липы, но и у других древесных пород, например у тополей (Bainard et al., 2011; Tyburska et al., 2013). И этот факт связывают с тем, что деревья способны менять микоризную стратегию в зависимости от условий окружающей среды. И возможно, что грибы арбускулярной микоризы менее требовательны к количеству получаемого углерода от растения, что энергетически более выгодно для растений весной (Smith, Read, 2008).

Высокая степень ЭМ-колонизации в Ботаническом саду БИН РАН, скорее всего, свидетельствует о наличии большого количества пропагул грибов для колонизации корня от деревьев других систематических групп, которые произрастают на территории сада, что отражается, в свою очередь, на более высоком разнообразии выявленных грибных таксонов.

Небольшой процент колонизации корней липы в Летнем саду, по сравнению с другими модельными территориями, может быть связан с большим влиянием городской среды. Данная территория подвергается более интенсивной антропогенной нагрузке (Летний сад находится в центре города и является часто посещаемым туристическим объектом). Также на территории Летнего сада преобладают монотипные посадки лип.

Отдельно хотелось бы выделить вклад в ЭМ-колонизацию видового комплекса из сумчатых грибов Cenococcum geophilum. Данный вид хорошо определяется морфологически и встречался практически у всех исследуемых деревьев. Достаточно высокий вклад в долю ЭМ-колонизации данного гриба наблюдался в весенний период (рис. 4, б) по сравнению с осенним (рис. 4, а). Наличие C. geophilum часто связывают с преодолением растением воздействия многих неблагоприятных факторов среды, таких как недостаток воды, нехватка почвенного пространства и загрязнение ингибирующими рост веществами (Saleh-Rastin, 1976; Pigott, 1982; Jany et al., 2003; Gonçalves et al., 2009). Возможно, что сезонные причины массового развития данного вида гриба связаны с уменьшением энергетических затрат растения на поддержание грибного симбионта сходно с АМГ, поскольку C. geophilum образует небольшой мицелий и не плодоносит (Obase et al., 2017).

Результаты молекулярной идентификации эктомикоризных симбионтов Tilia spp. В ходе исследования для молекулярной идентификации в общей сложности было отобрано 500 (300 осенью и 200 весной) эктомикоризных корневых окончаний. Из 153 (104 отобранных осенью и 49 весной) образцов успешно выделена ДНК грибов, проведена амплификация и секвенирование ITS-региона (табл. 3).

Результаты идентификации нуклеотидных последовательностей, полученные с помощью алгоритма Blast, выявили присутствие в микоризных окончаниях различных видов липы 77 грибных таксонов или операционных таксономических единиц (ОТЕ). Большая часть ОТЕ была идентифицирована до видового (44), родового (28) уровня и выше (5) (рис. 5, 6). Лишь C. geophilum был определен на основе морфологических признаков. Общее число выявленных ЭМ-симбионтов, таким образом, составило 78 видов.

По числу таксонов преобладали базидиальные грибы (46 ОТЕ) из 8 порядков: Agaricales (23), Thelephorales (9), Sebacinales (5), Polyporales (3), Cantharellales (3), Boletales (1), Trechisporales (1), Russulales (1) (рис. 7) и 15 семейств: Inocybaceae (12), Thelephoraceae (9), Entolomataceae (5), Sebacinaceae (5), Hydnangiaceae (2), Hymenogastraceae (2), Phanerochaetaceae (2), Clavulinaceae (2), Hydnodontaceae (1), Meripilaceae (1), Physalacriaceae (1), Russulaceae (1), Sclerodermataceae (1), Tricholomataceae (1), Tulasnellaceae (1) (рис. 8).

Среди сумчатых грибов было выявлено 32 ОТЕ из 7 порядков: Pezizales (23), Helotiales (3), Hypocreales (2), Mytilinidiales (1), Pleosporales (1), Sordariales (1), incertae sedis (1) (рис. 7), распределяющихся по 12 семействам: Tuberaceae (8), Pezizaceae (7), Pyronemataceae (6), Helvellaceae (2), Hamatocanthoscyphaceae (2), Chaetomiaceae (1), Dictyosporiaceae (1), Gloniaceae (1), Hemiphacidiaceae (1), Myxotrichaceae (1), Nectriaceae (1) incertae sedis (1) (рис. 8).

Среди выявленных 78 ОТЕ имелись представители разных экологических групп (рис. 9). Большая часть таксонов (58 ОТЕ) принадлежала к микоризообразователям, к сапротрофам было отнесено 13 таксонов: Chaetomium sp., Flammulina velutipes, Heyderia abietis, Mycenella trachyspora, Phanerodontia chrysosporium, Phanerochaete sp., Pseudodictyosporium wauense, Pseudogymnoascus pannorum, Sarocladium kiliense, Subulicystidium sp., Sepultariella semiimmersa, Xenopolyscytalum sp. (Xen1) и Xenopolyscytalum sp. (Xen2). Из патогенов обнаружены два вида: Corallomycetella repens, Grifola frondosa.

Сравнение сообществ эктомикоризных грибов у изученных видов липы, связь с возрастом деревьев, сезоном и условиями произрастания. В общей сложности для исследованных лип был выявлен 21 род эктомикоризных грибов (рис. 9). Основными эктомикоризными симбионтами, выявленными для Tilia, являются базидиомицеты из родов Inocybe (12 таксонов), Tomentella (5), Sebacina (4) Entoloma (3), а из сумчатых грибов – Tuber (8) и Peziza (7).

Среди выявленных таксонов ЭМГ на корневых окончаниях липы впервые были отмечены для T. cordata (13 таксонов): Inocybe decemgibbosa, I. griseovelata, I. nitidiuscula, I. posterula, I. pusio, Peziza depressa, Thelephora terrestris, Tomentella badia, Trichophaea woolhopeia, Tuber maculatum, T. rapaeodorum, T. scruposum, Tulasnella sp.; для Tilia platyphyllos (12 таксонов): Balsamia platyspora, Entoloma araneosum, E. tiliae, Inocybe griseovelata, I. langei, I. muricellata, Laccaria tortilis, Peziza ostracoderma, Sebacina sp., Tarzetta cupularis, Tomentella sp., Trichophaea woolhopeia; для Tilia ×europaea (8 таксонов): Entoloma gerriae, E. griseorugulosum, Hebeloma celatum, Inocybe cincinnata, I. decemgibbosa, I. griseovelata, I. muricellata, Tuber scruposum.

Стоит отметить, что в рамках нашего исследования был подтвержден микоризный статус Entoloma tiliae. Данный вид был описан О.В. Морозовой (Crous et al., 2018) на территории Ботанического сада БИН РАН под T. ×europaea. Нами E. tiliae была выявлена на территории Летнего сада у Tilia platyphyllos № 118, а также на территории Ботанического сада у T. cordata (данные, не вошедшие в статью) с помощью молекулярной идентификации.

Для T. cordata было выявлено больше всего грибных таксонов (осенью 24 таксона и 20 весной), для T. platyphyllos и T. ×europaea данное разнообразие было меньше (рис. 10). На диаграмме Венна (рис. 10) можно увидеть, что количество таксонов ЭМГ меняется в зависимости от сезона у разных видов липы. На данном этапе исследования можно предположить, что для каждого вида липы характерен довольно специфический набор симбионтов. И лишь незначительная часть таксонов является общей для двух или трех видов.

Для всех исследуемых видов рода Tilia в целом осенью наблюдалось наибольшее таксономическое разнообразие – 19 родов ЭМГ (рис. 11). Для T. cordata по видовому разнообразию преобладали роды грибов: Tuber, Peziza, Inocybe (рис. 11), а для T. platyphyllos и T. ×europaea – род Inocybe (рис. 11).

Весной наблюдалось снижение видовой представленности ЭМ родов с 19 до 12 (рис. 11). Для T. cordata отмечались такие роды как Inocybe и Tuber (рис. 11), для T. platyphyllos не наблюдалось доминирование какого-либо из родов по числу видов (рис. 11), а у T. ×europaea весной наблюдалось преобладание рода Entoloma (рис. 11).

Среди модельных территорий наибольшее число таксонов ЭМГ осенью было отмечено в Летнем саду и Ботаническом саду БИН РАН, для Дудергофских высот был выявлен только 1 таксон (рис. 12). В весенний период наибольшее количество таксонов было обнаружено на территории Ботанического сада БИН РАН. В Летнем саду количество таксонов ЭМГ сократилось по сравнению с осенью. Хотелось бы отметить, что весна 2018 г. была довольно засушливая, и, возможно, с этим фактом связано небольшое количество выявленных таксонов ЭМГ весной на территории Летнего сада. Разнообразие таксонов ЭМГ в Ботаническом саду БИН РАН может в некоторой степени определяться достаточно высоким содержанием в почве пропагул симбионтов от деревьев из других систематических групп (т.е. обмен симбионтами с широким кругом хозяев), а также более подходящими микроклиматическими условиями территории.

На территории Летнего сада осенью по числу видов преобладали роды Inocybe, Sebacina, Tuber и Peziza (рис. 13). Для Ботанического сада БИН РАН отмечалось присутствие 14 родов с доминированием Inocybe. Для Дудергофских высот был выявлен только один род Tulasnella с одним представителем Tulasnella sp.

Весной видовая насыщенность родов выявленных ЭМГ для Летнего сада была ниже, чем осенью, и преобладал род Tuber, в Ботаническом саду БИН РАН доминировали роды Inocybe и Tuber, на Дудергофских высотах – Inocybe (рис. 13).

Также мы провели сравнение ЭМГ, выявленных в ходе мониторинга плодовых тел (Bondartseva et al., 2014; Morozova et al., 2014; Popov, 2014; Zhukova et al., 2017), с полученными данными молекулярной идентификации ДНК грибов из корневых окончаний лип. На основании мониторинга плодовых тел было выявлено 122 таксона эктомикоризных симбионтов для всех модельных территорий, тогда как с помощью анализа ДНК из корневых окончаний лип выделено 58 таксонов эктомикоризных грибов. При этом 14 таксонов оказались общими для “надземного” и “подземного” разнообразия (рис. 14): Entoloma araneosum, E. gerriae, E. griseorugulosum, Helvella elastica, Inocybe cincinnata, I. muricellata, I. nitidiuscula, I. posterula, Laccaria tortilis, Peziza depressa, P. michelii, Russula pectinatoides, Tarzetta cupularis и Tomentella ellisii. Метод молекулярной идентификации ЭМ симбионтов считается более достоверным для определения круга симбионтов растений, хотя нужно понимать, что и он не дает исчерпывающих результатов. При сочетании этих двух подходов можно расширить представление о круге ЭМ симбионтов липы, произрастающих в условиях городской среды.

Влияние почвенных условий на состав и структуру сообществ ЭМГ. Одной из поставленных задач исследования было изучение влияния некоторых почвенных факторов на состав эктомикоризных грибных сообществ. Для этого проводился анализ почвы на содержание подвижного фосфора (P₂O₅, мг/кг), нитратного азота (NO$_{3}^{ - }$, мг/кг) и устанавливалось значение рН.

Выбор именно этих показателей почвы не случаен. Фосфор и азот являются важными элементами в жизни растений. Нехватка данных элементов или их наличие в труднодоступной форме замедляют рост растения (Smith, Read, 2008). Неоднократно было показано, что грибные симбионты способны улучшать минеральное питание растений (Entry et al., 2002; Courty et al., 2016), что особенно важно при небольших концентрациях N и P в почве. Микоризные грибы также участвуют в мобилизации данных элементов из труднодоступных соединений. Стоит отметить, что при высокой концентрации в почве доступного N и P будет происходить снижение колонизации корней микоризой и ее роли в минеральном питании растения (Smith, Read, 2008). Это связано с тем, что растение самостоятельно способно получать необходимое количество легкодоступного азота и фосфора для роста и развития, без затрат углерода на содержание симбионта.

Значение pH почвы влияет на состав и структуру сообществ ЭМГ. Низкое значение рН бореальных почв наиболее благоприятно для развития большинства ЭМГ в бореальной зоне. Предпочтения к кислотности могут варьировать довольно широко – от 3.5 до 6 рН, и эти предпочтения меняются в зависимости от таксона гриба. Защелачивание почвы, напротив, приводит к снижению разнообразия ЭМГ в бореальной зоне (Shubin, 1973; Smith, Read, 2008).

В нашем исследовании концентрация нитратного азота (NO$_{3}^{ - }$) и подвижного фосфора (P₂O₅) менялась в зависимости от места сбора. Образцы почв из Летнего сада характеризовались более низкими значениями в показателях NO$_{3}^{ - }$ и P₂O₅ по сравнению с другими модельными территориями (табл. 4).

Значения рН почвы на исследуемых территориях варьировали от 6.12 до 7.96 (табл. 5). На территории Летнего сада почвы классифицировались от слабокислых до слабощелочных, в Ботаническом саду БИН РАН – как слабокислые нейтральные, для Дудергофских высот была характерна слабощелочная почвенная среда.

Для исследования значимости влияния почвенных факторов на разнообразие ЭМГ использовался анализ главных компонент (АГК), для проведения которого были выбраны 5 переменных: количество таксонов ЭМГ весной и осенью, показатели подвижного фосфора, нитратного азота и рН. Результаты АГК показали (рис. 15), что первая компонента описывает 48.61% изменчивости и вместе со второй компонентой они описывают 67.79% от общей изменчивости (рис. 15). Это небольшой процент объясненной дисперсии, и скорее всего не учтены какие-либо более весомые факторы. Но, несмотря на это, можно сказать, что по первой компоненте имеется положительная корреляция подвижного фосфора и нитратного азота с количеством таксонов ЭМГ весной (r = 0.87) и значимая корреляция с количеством таксонов осенью (r = 0.37). Из этого следует, что с повышением содержания в почве подвижного фосфора и нитратного азота можно будет ожидать положительную динамику в отношении увеличения разнообразия ЭМГ на наших модельных территориях. Однако, как отмечалось ранее, повышение содержания N и P в почве будет положительно влиять на разнообразие ЭМГ до тех пор, пока концентрация этих элементов не достигнет критической точки, после которой растение будет способно самостоятельно получать данные элементы без участия грибных симбионтов, что будет приводить к снижению разнообразия ЭМГ.

Из этого можно заключить, что количество азота и фосфора, которое выявлено на изученных модельных территориях, в целом благоприятствует развитию эктомикоризы. Внесение небольшого количества удобрений, содержащих N и P (при низких концентрациях этих элементов), будет способствовать поддержанию ЭМГ и улучшать состояние липы в городской среде.

По второй компоненте имеется значимая отрицательная корреляция рН почвы с количеством таксонов ЭМГ осенью (r = –0.62), и меньше весной (r = –0.18), т.е. с повышением рН будет происходить защелачивание почвы, что будет приводить к уменьшению разнообразия симбионтов и доминированию таксонов, толерантных к щелочной среде. Что и наблюдалось для территории Дудергофских высот и одного дерева из Летнего сада под номером 78, где показатели почвы были слабощелочные (от 7.72 до 7.96 рН) (табл. 5), а количество таксонов ЭМГ незначительное (от 0 до 3 таксонов на дерево). Также стоит отметить, что у этих деревьев наблюдалась высокая доля участия в колонизации корней АМ, из чего можно сделать заключение о значимой роли АМГ в микоризном симбиозе с липой в почвенной среде, склонной к защелачиванию.

Авторы выражают свою благодарность сотруднику Летнего сада инженеру СПХ, О.В. Шалакитской за помощь в проведении исследования на территории Летнего сада. Работа выполнена в рамках государственного задания БИН РАН “Биоразнообразие и пространственная структура сообществ грибов и миксомицетов в природных и антропогенных экосистемах” (регистрационный номер НИОКТР: АААА-А18-118031290108-6) на оборудовании Центра коллективного пользования научным оборудованием “Клеточные и молекулярные технологии изучения растений и грибов” Ботанического института им. В.Л. Комарова РАН (ЦКП БИН РАН) и при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта (№ 19-04-00024 A).