Jak spolu souvisí houby a stromy?

Symbióza rostlin a hub existuje již 400 milionů let a přispívá k velké rozmanitosti forem života na Zemi. V roce 1845 ji objevili němečtí vědci. Mykorhizní endofungální houby pronikají přímo do kořene rostliny a tvoří „mycelium“ (mycelium), které pomáhá kořenům posilovat imunitní systém, bojovat s patogeny různých chorob a absorbovat vodu, fosfor a živiny z půdy. S pomocí houby rostlina využívá půdní zdroje naplno. Jeden kořen se s takovým úkolem nedokázal vyrovnat; Bez podpory hub musí rostliny směřovat další rezervy na zvětšení kořenového systému, místo aby zvětšovaly nadzemní část. Mykorhiza zlepšuje kvalitu půdy, provzdušnění, pórovitost a tisíckrát se zvětší objem celkového savého povrchu kořene rostliny!

Vlivem aktivního zásahu člověka do přírodních procesů: používání těžké techniky, aplikace chemických hnojiv, stavební práce, pokládka potrubí, asfalt a beton, znečištění ovzduší a vody, stavba přehrad, kultivace půdy, eroze půdy atd. — rostliny začaly být vystaveny nebývalému stresu, jejich imunita se oslabila a vedla k smrti.

Z vědeckého hlediska je MYCORRHIZA symbiózou (vzájemně prospěšným spojením) mezi houbami nacházejícími se v půdě a kořeny vysoce organizovaných rostlin. Termín „mykorhiza“ (z řeckého mykes (houba) a rhiza (kořen)) zavedl FRANK (1885) k popisu spojení dvou různých organismů při tvorbě jediného morfologického celku, kdy rostlina houbu živí, a houba živí rostlinu.

Existují dva hlavní typy mykorhizy: ektomykorhiza a endomykorhiza. Ektomykorhizu tvoří basidiomycetové a askomycetové houby především v lesích mírného pásma. Tento typ mykorhizy je velmi důležitý pro růst lesa. Některé stromy, jako jsou pinakoidy, tvoří pouze ektomykorhizu a nikdy netvoří endomykorhizu (houbové struktury v kořeni a v jeho mezikorových vrstvách).

Nejvýznamnějším typem endomykorhizy je tzv. arbuskulární (stromovitá) mykorhiza (AM), pojmenovaná podle stromovitých filamentů produkovaných AM houbami v kortikálních buňkách kořenů (obr. 1).

Nedávno byly AM houby zařazeny do nové houbové formace Glomeromycota, která v současnosti obsahuje asi 180 druhů. Všechny druhy jsou symbionti – lze je chovat na kořenech živých rostlin. AM je rozšířen po celém světě a představuje nejdůležitější symbiózu – mykorhizní houby jsou přítomny ve všech ekosystémech zeměkoule. Úspěšný vývoj více než 80 % všech druhů v rostlinné říši závisí na AM.

Spory AM hub u kořene lze rozlišit až po obarvení – struktury houby zmodrají a nyní je lze pozorovat a dokonce spočítat pomocí 50násobného zvětšení mikroskopu a procházejícího světla (obr. 2).

Vnější mycelium kořene je zodpovědné za příjem a transport živin z půdy do rostliny a vnitřní struktury mycelia jsou zodpovědné za přenos živin z houby do rostliny a fotosyntetických produktů z rostliny do houby. Vezikuly, struktury tvořené houbami, jsou houbovými zásobními orgány. V době nedostatku rostlinné fotosyntézy využívá lipidy uložené houbou. Spory plísní se tvoří ve vnějším myceliu a někdy i v kořenech. Výtrusy mohou žít v půdě po dlouhou dobu a sloužit jako houbové klíčky. K taxonomické identifikaci druhů hub se často používají morfologické charakteristiky spor. Tyto výhonky jsou také myceliem houby a houbovými filamenty uvnitř a vně kořenů. Plísňové složky mohou také žít poměrně dlouhou dobu, pokud jsou chráněny granulovanými substráty nebo kořenovými segmenty. Spory plísní se vyvíjejí za příznivých podmínek – určité vlhkosti a teploty půdy a mohou vstoupit do symbiózy s rostoucím kořenem partnerské rostliny. Proces růstu a symbiotické tvorby trvá 1-7 dní. Mykorhizní přípravky Mikor-plus obsahují všechny tři zdroje roubovacích klíčků.

Úloha houby při tvorbě jediné hmoty půdy

Úrodné půdy mají vysokou a stabilní úroveň vlhkosti v půdě. AM houby mohou vázat a posilovat složky půdy díky intenzivnímu rozvoji mycelia, extracelulárních polymerních složek houbových filamentů a glykoproteinů známých jako Glomalin. Vědci prokázali, že mykorhizní rostliny rostoucí v písku váží písek u kořenového systému pětkrát více než rostliny s podobnou biomasou, ale bez symbiózy s AM.

Úloha AM hub při vstřebávání nutričních složek rostlinami

Vstřebávání půdních živin rostlinou je dáno především absorpční schopností jejího kořene, distribucí živin a odpovídajícím obsahem mikroprvků v půdě. Absorpční kapacita vysoce mobilních iontů, jako je NO3-, závisí na druhu rostliny a absorpční kapacita iontů s nízkou difúzí, jako jsou P, Zn a Mo, a v menší míře K, S a NH4+ , závisí na hustotě kořenů na rostlinu.objem půdy. V druhém případě morfologie kořene a vnějšího mycelia v AM houby určují rychlost absorpce rostlinných prvků.
Zvýšená absorpce živin mykorhizními rostlinami, zejména fosfátů, je často spojena se zrychleným vývojem rostlin. I když se nadzemní část mykorhizní rostliny vizuálně nezvětšila, její kořenový systém se zvětší. Mykorhizní rostlina má vyváženější nutriční systém, který ji posiluje a udržuje ve zdravém stavu a zvyšuje její odolnost vůči biotickým a abiotickým faktorům.
Zvýšení AM rhizosféry
Současně s pronikáním do kořenů se u AM hub rozvíjí mycelium kolem kořenů. Vnitřní a vnější hyfy přicházejí do kontaktu s tuctem spojovacích míst na centimetr kořene. V přírodních podmínkách může být spojovacích míst méně. Vnější mycelium může růst do šířky pod zemí (v experimentu byla zjištěna vzdálenost houby od kořene rostliny 8 centimetrů a předpokládá se, že to není limit).
Zatím neexistují žádné informace o hustotě vnějšího mycelia u AM houby v závislosti na její vzdálenosti od kořene; nepřímé metody měření naznačují, že hustota mycelia dosahuje maxima ve vzdálenosti 0-2 centimetry od kořene. Je pravděpodobné, že hustotu mycelia určuje samotná houba a závisí na faktorech prostředí a půdy. V neporušeném tropickém lese byly nalezeny AM houbové hyfy o délce od 5 do 39 metrů/ml, zatímco v ekosystému subtropických dun byla průměrná hodnota 12 m hyf/g půdy. Na jednom centimetru naroubovaného kořene Uniola paniculata bylo napočítáno 200-1000 m AM houbových hyf a biomasa houby na gram sušiny tropické půdy byla 0,03-0,98 g.
Díky vnějšímu myceliu se výrazně zvýšil kontakt kořene s prostředím, ve kterém roste. Vezmeme-li v úvahu, že 1 cm kořene bez mykorhizy může interagovat s 1–2 cm objemu půdy prostřednictvím kořenových vlásků, lze potenciálně vypočítat 5- až 200násobné zvýšení objemu prostřednictvím vnějšího mycelia, když vezmeme v úvahu radiální šíření hyf v AM houby kolem kořene. Zvětšení objemu rhizosférické půdy na 200 cm je spíše výjimkou z pravidla, zatímco 12-15 cm3 objemu půdy na centimetr roubovaného kořene je již běžným jevem.
Navíc bylo zjištěno, že mycelium AM houby je odolnější vůči abiotickým stresům, jako je sucho, toxicita a kyselost půdy, než samotný kořen. Rostlina v symbióze s houbou zůstává v těsném kontaktu s půdou delší dobu než rostlina bez takové symbiózy. Životnost vnějšího mycelia není známa, ale bylo zjištěno, že procento aktivního vnějšího mycelia prudce klesá 3-4 týdny poté, co byla rostlina poprvé naočkována houbou.

Mikor-plus je inovativní produkt, přírodní přípravek šetrný k životnímu prostředí, organický regulátor růstu rostlin. Mykor-plus je granulovaný mykorhizní přípravek. Jedná se o spory endomykorhizních hub (rodina Glomus), uzavřené v 3-5 mm perlitových granulích (nosič).

Špičky kořenů stromů se proplétají s vlákny hub a vytvářejí skrytou podzemní síť, která se zdá být prospěšná pro oba organismy: vlákna, známá jako hyfy, rozkládají minerály z půdy, které pak stromy mohou přijímat do svého kořeny a houby dostávají stálý zdroj cukru ze stromů.

Více poeticky, výzkum naznačuje, že tato spojení – známá jako mykorhizní sítě – se mohou šířit mezi stromy, což umožňuje jednomu stromu přenášet zdroje pod zemí do druhého. Někteří výzkumníci dokonce tvrdí, že stromy spolupracují, přičemž starší stromy přenášejí zdroje na sazenice a starají se o ně jako o rodiče.

Tato myšlenka lesů jako míst spolupráce a péče se prosadila jak ve vědecké literatuře, tak v populární kultuře, zejména v knize Finding the Mother Tree: Exploring the Wisdom of the Forest z roku 2022, kterou napsala ekoložka Suzanne Simard z University of Britská Kolumbie. Tento fenomén má dokonce vtipný lidový název: „dřevěná pavučina“.

Nová analýza publikovaná v časopise Nature Ecology & Evolution však tvrdí, že důkazy, že mykorhizní sítě podporují spolupráci stromů, nejsou tak silné, jak se běžně věří. Není to tak, že by vztahy mezi stromy a houbami neexistovaly, říká spoluautor studie Justin Karst, ekolog, který studuje mykorhizní sítě na University of Alberta. V mnoha případech byly spíše sugestivní důkazy nebo studie s četnými výhradami považovány za přesnější, než ve skutečnosti jsou. „Nechceme zabít něčí radost, zvědavost nebo zájem o les, ale chceme jen snížit množství dezinformací,“ říká Karst.

Problém při studiu mykorhizních sítí je, že jsou velmi křehké: vykopete kořen a zničíte samotnou síť hub a dřeva, kterou jste chtěli studovat. Proto je těžké říci, zda konkrétní houba skutečně spojuje dva stromy. Nejlepší způsob, jak tento problém vyřešit, je odebrat vzorky hub z různých míst, uspořádat jejich genetickou informaci a zmapovat, kde rostou geneticky identické houby. Je to obrovské množství práce, říká Karst, a ona a její spoluautoři byli schopni najít pouze pět podobných studií napříč dvěma typy lesů, včetně pouze dvou druhů stromů a tří druhů hub.

Ještě větší výzvou pro tyto studie je pomíjivá povaha sítí hub. Podle Melanie Jonesové, rostlinné bioložky z University of British Columbia a spoluautorky nové analýzy, se houby mohou po rozdělení vyvíjet jako jednotlivci. Dokonce i genetické vzorky poskytují pouze snímek a nemohou určit, zda jsou kusy hub sebrané ze dvou různých stromů navzájem příbuzné. Mohly se utrhnout v důsledku odumření části houby nebo z ní něco ukousnutého. “Je to velmi těžká otázka,” říká Jones.

Tato omezení vyvolávají otázky, jak rozšířené jsou mykorhizní sítě a jak dlouho vydrží.

Je zřejmé, že látky z jednoho stromu se mohou přenést na sousední strom v lese. Vědci to mohou otestovat tak, že jeden strom vystaví chemické sloučenině označené specifickým markerem. Ve studii z roku 2016 ve švýcarském lese vědci postříkali listy některých stromů specifickým izotopem uhlíku a zjistili, že se tento izotop objevil v nenastříkaných sousedních stromech. Podle Jonese však není jasné, že za tento přesun nutně mohou houby. Zdroje se také mohou přesouvat přímo od kořene ke kořenu a půdou a oddělit tyto cesty ve skutečném lese je velmi obtížné. Vědci se snaží instalovat bariéry mezi stromy, aby zabránili houbovým hyfám a kořenům, aby je spojily, a jako možnou cestu přenosu ponechávají pouze půdní cestu. Ale tyto bariéry samy o sobě (obvykle vyrobené z jemného pletiva) mohou ovlivnit růst stromu a komplikovat obraz.

Aby otestovali vliv mykorhizních sítí, vědci také často instalují bariéry se širokými oky, které umožňují houbám procházet, ale ne kořeny stromů. Karst a Jones však tvrdí, že v takových případech někteří badatelé jen zřídka kontrolují, zda se skutečně vytvořila mykorhizní síť. Podle Karsta a Jonese nejsilnější důkaz, že stromy přenášejí zdroje houbovými cestami spíše než kořeny nebo půdou, pochází z jedné studie z roku 2008, která používala síť, která umožňovala pouze houbám, ale ne kořenům, spojovat sazenice borovice Ponderosa se staršími borovicemi. skutečný les. Vědci poté pokáceli několik starých borovic a nařezané kmeny ošetřili barevnou vodou. Barvivo se objevilo na sazenicích navzdory absenci spojení mezi kořeny, což naznačuje, že přenos byl proveden houbovými hyfami.

Jones řekl, že to naznačuje, že stromy vodu tolerují, ale otázka zůstává: Záleží na tom všem sazenicím? Pokud se mykorhizní sítě vyvinuly tak, aby umožnily starým stromům pomáhat svým mladým příbuzným přežít, pak by přenos zdrojů měl zlepšit přežití sazenic. Zde opět Karst a Jones tvrdí, že některé důkazy jsou neprůkazné. “Ve skutečně dobře kontrolovaných experimentech méně než 20 procent ukazuje, že sazenice fungovaly lépe,” říká Jones. Ve zbývajících 80 procentech, dodává, byly semenáčky spojené hyfami buď rovnocenné nebo horší než ty, které byly odříznuty od sítě hub.

Mezitím myšlenka, že si stromy navzájem posílají podzemní varování před býložravým hmyzem nebo jinými nebezpečími, je založena na jedné skleníkové studii, ve které byly douglaska a borovice Ponderosa spojeny pouze sítěmi hub. Když výzkumníci vystavili douglasku stresu hmyzu, borovice Ponderosa také začala produkovat ochranné chemikálie. Efekt však zmizel, když byly smrky a borovice propojeny jak kořeny, tak houbami, což se v přírodě děje. „Hlavní myšlenkou je, že to nebylo testováno v lese,“ říká Karst. “Když vidíte obrázky prastarých lesů, velkých stromů, které si navzájem přenášejí signály, prostě to nebylo testováno.”

Myšlenka, že lesy jsou místem spolupráce spíše než konkurence, také podle Katherine Flynnové, ekoložky rostlinného společenství z Baldwin Wallace University v Ohiu, která se na nové analýze nepodílela, také naráží na přírodní výběr. Argumentem pro spolupráci je, že stromy ve zdravém lese přežívají lépe než stromy v nemocném, ale takové případy skupinového přirozeného výběru jsou v přírodě vzácné, říká Flynn. A v lesích individuální selekce upřednostňuje konkurenci, když jednotlivé stromy soutěží o zdroje způsobem, který brání dosažení výhod jakékoli skupiny. “Celou tuto debatu považuji za velmi zajímavou, protože je příkladem toho, jak lidé chtějí promítnout své vlastní hodnoty do přírody nebo chtějí vidět přírodu jako model lidského chování,” říká Flynn.

Simard, jejíž výzkum lesů byl základem argumentu pro spolupráci stromů, odmítla odpovědět na konkrétní otázky týkající se nové analýzy, ale v prohlášení uvedla, že si za svým výzkumem stojí. „Lesy poskytují zásadní podporu pro život na naší planetě. Omezení ekosystémů na jejich jednotlivé části nám brání pochopit a ocenit vznikající vztahy a chování, které těmto komplexním ekologickým systémům umožňují prosperovat,“ říká. „Po celá desetiletí nám dílčí přístupy bránily lépe pochopit, proč lesy pomáhají regulovat globální klima a podporují tak bohatou biologickou rozmanitost. Aplikace redukcionistické vědy na složité systémy urychluje těžbu a degradaci lesů po celém světě.“

Karst, Jones a spoluautor Jason Hoeksema z University of Mississippi se shodli, že redukcionistický pohled na les – kde jsou části sítě zkoumány spíše izolovaně než v kontextu – není jediným způsobem, jak studovat ekologii. Tyto redukcionistické studie však byly použity k tomu, aby učinily významná tvrzení o mykorhizních sítích, řekli a dodali, že chtějí zaměřit svou analýzu na to, co výsledky skutečně ukazují. Řekli, že svou analýzu omezili na studie provedené ve skutečných lesích, protože jsou pro skutečný svět nejdůležitější.

Karst říká, že ona a její kolegové nemají v úmyslu zastavit výzkum v této oblasti, ale chtějí jej posunout do nových typů lesů a stimulovat výzkum nejslibnějších oblastí, jako je přenos vody mezi stromy. Karst věří, že myšlenka, že mykorhizní sítě se podílejí alespoň na některých typech komunikace mezi stromy, může být stále pravdivá a lépe navržené experimenty by s tím mohly pomoci. “Chci to zkusit znovu,” říká Karst.