Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

Transkript

1 Zvyšování konkurenceschopnosti studentů oboru botanika a učitelství biologie CZ.1.07/2.2.00/

2 BIOTECHNOLOGIE V ZEMĚDĚLTSTVÍ Využití v mnoha oblastech: Využití tkáňových kultur pro MNOŽENÍ ROSTLIN TRANSFORMACE ROSTLINNÝCH BUNĚK stabilní zanesení transgenu do rostlinného genomu; přenos genů pro rezistenci vůči herbicidům. Rezistence vůči škůdcům cry proteiny izolované z Bacillus thuringiensis, geny pro produkci žádoucích látek v rostlinách Využití mikroorganismů k BIOLOGICKÉMU BOJI BIOKONTROLA proti chorobám a škůdcům Geneticky modifikovaná sója

3 VYUŽITÍ HUB V BIOKONTROLE Využití hub v kontrole proti škůdcům se stále častěji využívá v EKOLOGICKÉM ZEMĚDĚLSTVÍ při hledání ekologicky přátelských pesticidů. Znalosti o využití hub k biologické kontrole VŮČI ŠKŮDCŮM se datuje od dob Luise Pasteura. První praktický pokus se týkal škůdce Anisoplia austriaca (listokaz pšeničný) pomocí houby Metarhizium během 80. let 19. století. Mezi houbami se nachází asi 50 druhů, které parazitují na hmyzu. Nejčastějšími zástupci jsou druhy Metarhizium, Beauveria, Verticillium, Nomuraea, Entomophthora, Noezygites a Pythium. Využití hub v biologickém boji VŮČI CHOROBÁM Trichoderma, Gliocladium, Phanerochaete gigantea

4 HOUBOVÉ ORGANISMY POUŽÍVANÉ V BIOKONTROLE HMYZÍCH ŠKŮDCŮ Entomophthora muscae (Zygomycotina) Beauveria bassiana (Hyphomycetes) infikující hmyz Metarhizium anisopliae var. acridum je také používáno při biologickém boji se sarančaty a kobylkami v Austrálii

5 ENTOMOPHTHORALES (ZYGOMYCOTINA) Zahrnuje druhy rodů Entomophthora, Erynia, které napadají mšice, mouchy, housenky a kobylky. Napadají dospělý hmyz, do kterého pronikají mezerami mezi plátky exoskeletu. Většina druhů řádu Entomophthorales jsou vysoce agresivní a zničí tkáň svého hostitele během několika dní. Některé z těchto druhů jsou specializované: Entomophthora grylli parazit mnoha kobylek, sarančí, cvrčků Entomophthora muscae široce rozšířený a běžný na mnoha druzích hmyzu. Jednosporová sporangia (=konidie) Entomophthora muscae

6 ENTOMOPHTHORA MUSCAE (=ENTOMOPHTHORA SCHIZOPHORAE) Entomophthora muscae je známý houbový druh vyskytující se na dospělých jedincích řádu DIPTERA mající široký okruh potenciálních hostitelů. Poprvé byla popsána Cohnem v roce 1855 NA MOUŠE DOMÁCÍ a již delší dobu je zkoumána z hlediska využití v biologickém boji. Moucha domácí napadená Entomophthora muscae výrazně ZVĚTŠENÁ ČÁST ZADEČKU a roztažená křídla. Oddálené články exoskeletu VYPLNĚNÉ sporangii houby dávají mouše typický proužkovaný vzhled. Spory se šíří přímým přenosem - na další jedince.

7 ŽIVOTNÍ CYKLUS Jsou známy nejméně dvě FORMY KONIDIÍ (=JEDNOSPOROVÁ SPORANGIA) produkovaných houbou E. muscae. Velké primární konidie, které jsou produkovány hned po té, co moucha zemře, ale pokud se primární konidie nedostanou včas na žádného hostitele, tak z nich klíčí malé sekundární konidie. Konidie jsou VYSTŘELOVÁNY DO OKOLÍ. Mohou dopadnout na vedlejší nenapadené jednice. Konidie KLÍČÍ během několika hodin a klíční vlákna pronikají skrze INTERSEGMENTÁLNÍ MEMBRÁNU hmyzu. Když už jsou v hemocoelu, cytoplazmou se konidie dostanou do HEMOLYMFY. Houba se rozmnožuje v hemolymfě, a progresivně spotřebovává všechnu hemolymfu během 5-7 dní. Hmyz odumře většinou v pozici, kdy je vzpřímený. Již po 3 hodinách po smrti se začnou KONIDIOFORY OBJEVOVAT MEZI ČLÁNKY EXOSKELETU.

8 KOMERČNÍ VYUŽITÍ Entomophthora muscae NENÍ KOMERČNĚ DOSTUPNÁ. Umělá kultivace je nemožná. Hyfální tělíska E. muscae mohou být uchovávány v tekutém dusíku. Umělá infikace pomocí injekace se setkala s omezenými výsledky. Moucha napadaná druhem Entomophthora muscae s popraškem spor v okolí mrtvého těla.

9 ENTOMOPHAGA GRYLLI E. grylli je druhový komplex, který má v Severní Americe dva hlavní patotypy: Entomophaga macleodii a Entomophaga calopteni. Navíc, další člen druhového komplexu, E. praxibuli byla introdukována z Austrálie. Všechny tyto druhy NAPADAJÍ SARANČATA A KOBYLKY, které jsou hlavními škůdci v oblasti Západu spojených států a Kanady. Ve vhodných podmínkách (vysoká vlhkost a déšť) je TVOŘEN A UVOLŇOVÁN VELKÝ POČET KONIDIÍ na mrtvolkách sarančat, což má za následek několik cyklů za sezónu a dramatické zvýšení infikovaných jedinců. E. grylli na sarančatech mrtvolky hmyzu se drží stonků a setrvávají ve svislé poloze.

10 KOMERČNÍ VYUŽITÍ Entomophaga grylli není komerčně produkovaná. Momentálně jsou limity jejího využití v biokontrole, nemůže být masově produkovaná a výskyt je závislý na počasí. Sporulující mrtvolka sarančete

11 BEAUVERIA BASSIANA (DEUTEROMYCOTINA) Je PATOGEN HMYZU nacházený přirozeně také na některých rostlinách a v půdě. Napadení hmyzu je podporováno TEPLÝM VLHKÝM POČASÍM. Beauveria je využívána jako HOUBOVÝ MIKROBIÁLNÍ INSEKTICID v některých zemích. Má ŠIROKÝ OKRUH hostitelů, který zahrnuje nejznámější škůdce jako např. molice, mšice, termity, sarančata, některé brouky, mravence, i motýly. Byla také zjištěna, že INFIKUJE PLÍCE NĚKTERÝCH HLODAVCŮ a NOSNÍ PROSTOR U LIDÍ. Naneštěstí, přirození nepřátelé škůdců jako například slunéčka sedmitečná jsou náchylná taktéž. Je známo MNOHO RŮZNÝCH KMENŮ HOUBY, které se liší ve virulenci, patogenitě a hostitelském okruhu. Vyskytuje se také v půdě jako saprofyt.

12 Konidie Beauveria bassiana Biologická kontrola mandelinky bramborové houbou r. Beauveria

13 ŽIVOTNÍ CYKLUS Penetrace POMOCÍ APRESORIÍ a penetračního vrcholu (pomocí enzymů PROTEÁZY, CHITINÁZY). Dochází k růstu uvnitř tkáně hmyzu a produkci BLASTOSPOR NEBO HYFÁLNÍCH TĚLÍSEK, kterými houba proniká do HEMOLYMFY což následně vede ke smrti buď z důvodu vyčerpání tělních cukrů či produkce toxinů. Poté se houba znovu vrátí do SAPROFYTICKÉ FÁZE a extenzivně kolonizuje mrtvou tkáň hmyzu. PO SMRTI z mrtvého mumifikovaného těla pronikají na POVRCH KONIDIOFORY S KONIDIEMI.

14 KOMERČNÍ VYUŽITÍ Beauveria bassiana Strain GHA (obchodní název MYCOTROL GH-OF A MYCOTROL GH-ES) je registrována ke kontrole kobylek, sarančat, a cvrčků, což zlepšuje kvalitu pastvin, vojtěšky, sóji, cukrové řepy, slunečnic, řepky. Mycotrol obsahuje 11% spor Beauveria bassiana strain GHA

15 DALŠÍ ZÁSTUPCI SKUPINY DEUTEROMYCOTINA, KTEŘÍ JSOU TESTOVÁNI NEBO POUŽÍVÁNÍ V BIOLOGICKÉM BOJI VŮČI HMYZU METARHIZIUM ANISOPLIAE Je testováno jako přirozený nepřítel některých kořenových škůdců. Má velmi široký hostitelský okruh. Životní cyklus a způsob využití podobný jako u Beauveria bassiana. Kněžice napadená Metarhizium anisopliae

16 VERTICILLIUM LECANII (HYPHOMYCETES) Způsobuje přirozené epidemie u dvou druhů hmyzu sajícího na rostlinách: MŠICÍCH (Aphidoidea, Homoptera), které způsobují znetvořeniny a přenášejí viry a na ČERVCÍCH (Coccoidea, Homoptera) v tropických oblastech a ve sklenících Většina úspěšných komerčních biologických prostředků proti hmyzu je využívá ke kontrole MOLIC, MŠIC A ČERVCŮ (hlavně na chrysantémách) Tato houba také může být použita PROTI RZÍM (parasitující na houbových sporách v experimentálních podmínkách) mohou tedy poskytovat dvojí kontrolu (mají podobný znak, kterým je přítomnost chitinu). Konidie Verticillium lecanii

17 VERTICILLIUM LECANII (HYPHOMYCETES) Molice napadená Verticillium lecanii MEALIKIL biopesticid obsahující Verticillium lecanii

18 KOMERČNÍ PRODUKCE ZÁSTUPCŮ SKUPINY DEUTEROMYCOTINA POUŽÍVANÝCH V BIOLOGICKÉM BOJI Tyto houby jsou poměrně SNADNO MNOŽITELNÉ NA UMĚLÝCH MÉDIÍCH, na rozdíl od hub řádu Entomophthorales, které jsou prakticky v umělých médiích dosud nekultivovatelné. V současnosti jsou zkoumána i TEKUTÁ I PEVNÁ ŽIVNÁ MÉDIA. Teď se využívá obou médií TEKUTÁ KULTURA JAKO STARTÉR pak PŘENESENÍ NA PEVNÁ MÉDIA Beauveria a Metarhizium sporuluje lépe na médiích s nižším obsahem živin. Důležitý je správný způsob aplikace POSTŘIK DOSTATEČNOU KONCENTRACÍ konidií biopesticidů. PROBLEMATICKÁ je APLIKACE biopesticidů NA SOCIÁLNÍ HMYZ, jejich způsob obrany je spíš založený na strategii chování než na biologii. Při zjištění něčeho nepatřičného opustí hnízdo dříve, než se infekce dostane ke královně. Produkce BIOAKTIVNÍCH LÁTEK ENTOMOPATOGENNÍMI HOUBAMI - Beauveria produkuje beauvericin, který vykazuje toxicitu vůči širokému spektru bezobratlých. Pouze omezené riziko toxicity pro savce.

19 Lagenidium giganteum ŘÍŠE CHROMISTA Je VODNÍ PLÍSEŇ, která parazituje na LARVÁLNÍCH STADIÍCH KOMÁRŮ. Mikrobiální parazit náleží do skupiny CHROMISTA. Infekční stadium jsou POHYBLIVÉ ZOOSPORY. Základem hostitelské specificity je SELEKTIVNÍ ROZPOZNÁNÍ a adheze se na jejich komářího hostitele. Když se spory setkají s jiným hostitelem než je komár, rozpoznají to. Oddělí se od tohoto hostitele a plavou dál hledat vhodného hostitele. Zoospory Lagenidium giganteum

20 L. giganteum je velice snadno rozeznatelné když dozraje jsou produkovány kulaté septované buňky. NAPADENÉ LARVY jsou rozpoznatelné charakteristickým BÍLO ŠEDÝM AŽ ÚPLNĚ BÍLÝM VZHLEDEM. Při absenci soupeřících bakterií a prvoků, INFIKOVANÉ LARVY jsou kompletně VYPLNĚNÉ BUŇKAMI, které se pod mikroskopem jeví jako PRŮHLEDNÉ. nejlépe viditelné v anální papile. Larva komára (Culex tarsalis)) infikovaná parazitem

21 Životní cyklus Lagenidium giganteum

22 KOMERČNÍ VYUŽITÍ Tento parazit je REGISTROVÁN U.S. ENVIRONMENTAL PROTECTION AGENCY a některé státy, např. Kalifornie a Florida ho používají pro snižování populací komárů. Je JEDNÍM ZE DVOU MIKROORGANISMŮ používaných k biologickému boji proti komárům (druhým jsou mikrobiální insekticidy z Bacillus thuringiensis var. israelensis) L. giganteum je fakultativní parazit, a může růst ve velkých FERMENTAČNÍCH TANCÍCH ZA POUŽITÍ KULTIVAČNÍCH MEDIÍ. Multi-hektarové VZDUŠNÉ APLIKACE se provádějí na rýžových polích a útočištích tažných ptáků, hlavně v Kalifornii, kde byla potvrzena i účinnost i bezpečnost pro další organismy.

23 CORDYCEPS SP. - HOUBY SKUPINY ASCOMYCOTINA Nejznámějším parazitem hmyzu je rod Cordyceps, s několika stovkami druhů Běžně NAPADÁ LARVY NEBO KUKLY (ALE I DOSPĚLCE) a produkuje v HEMOCELU buňky podobné kvasinkovým a obvykle zabíjí svého hostitele během několika týdnů po prvotní infekci. Pokračuje HYFÁLNÍ RŮST UVNITŘ TĚLA, čímž celý organismus hmyzu se mění na SKLEROCIUM, které slouží k přežívání houby v nepříznivých podmínkách. Nakonec, pokud jsou podmínky vhodné, vyroste ze sklerocia fototropická PLODNICE (STROMA), která obsahuje PERITHECIA a ASKOSPORY. Cordyceps militaris Cordyceps sinclairii

24 Mravenec napadený druhem Cordyceps lloydii Pavouk r. Tarantula napadený r. Cordyceps Moucha napadená druhem Cordyceps dipterigena

25

26 MIKROSPORIDIE Mikrosporidiomycota je skupina, která také zahrnuje mnoho zástupců kteří jsou SLIBNÍ V BIOLOGICKÉM BOJI. Mikrosporidiální infekce u HMYZU JSOU BĚŽNÉ a jsou zodpovědné za přirozeně se vyskytující nízkou až střední úmrtnost hmyzu. Ale jsou to relativně POMALU PŮSOBÍCÍ MIKROORGANISMY, kterým trvá dny až týdny než zničí svého hostitele. Často REDUKUJÍ SCHOPNOST HOSTITELE SE ROZMNOŽOVAT NEBO PŘIJÍMAT POTRAVU spíš než ho zabijí. Mikrosporidie často infikují ŠIROKÝ OKRUH hostitelů. Některé mikrosporidie jsou zkoumány jako MIKROBIÁLNÍ INSEKTICIDY a nejméně jeden je dostupný komerčně. Ale tato technologie je nová a vyžaduje perfektní užití těchto organismů.

27 Způsob použití Většina MIKROSPORIDIÍ musí BÝT POZŘENA, aby infikovala hmyz, ale je zde i určitý přenos uvnitř populace škůdce například pomocí predátorů a parazitoidů. Patogen VSTUPUJE do těla hmyzu v TRÁVICÍ TRUBICI, šíří se do různých TKÁNÍ A ORGÁNŮ a rozmnožuje se, někdy působí ODUMŘENÍ a otravu SEPSI. Nejčastější druhy komerčně využívaných mikrosporidií - Nosema pyrausta, Nosema locustae, Vairimorpha necatrix Napadený hmyz je NETEČNÝ a MENŠÍ než normální, někdy s OMEZENÝM PŘIJÍMÁNÍM POTRAVY A REPRODUKCÍ, smrt následuje, když je úroveň infekce vysoká. Jedna výhoda tohoto typu infekce je že OSLABENÝ HMYZ je daleko NÁCHYLNĚJŠÍ KE ŠPATNÉMU POČASÍ a dalším faktorům mortality.

28 VYUŽITÍ HUB V BIOLOGICKÉM BOJI PROTI HÁĎÁTKŮM HLÍSTI malé BEZOBRATLÉ ORGANISMY vyskytující se v mnoha prostředích voda, půda, moře. Mnozí jsou SAPROBIONTI, nebo MIKROBIOVOROVÉ a jen část po určitou část svého životního cyklu může PARAZITOVAT na rostlinách a živočiších. Okolo STOVKY DRUHŮ NEMATOD parazituje na ROSTLINÁCH většinou je NEZABÍJEJÍ, ale REDUKUJÍ svým napadením jejich ÚRODU, nebo způsobují NOVOTVARY. Uplatňují se různé chemické látky - FYTOALLAKTINY (enzymy, růstové látky, toxické látky, schopné měnit fyziologické pochody rostliny). Využití NEMATOFÁGNÍCH HUB V BIOKONTROLE má dlouhou tradici VÝSLEDKY JSOU ROZPORUPLNÉ -někdy zcela excelentní, ale hned vzápětí stejné druhy nevykazovali žádnou kontrolu háďátek. Důvodů pro tyto rozporuplné výsledky je patrně NEDOSTATEK ZNALOSTÍ O FYZIOLOGII A EKOLOGII těchto organismů.

29 HÁĎÁTKA HLÍSTI PARAZITUJÍCÍ NA ROSTLINÁCH. 300 m až 4 mm dlouhá. Část života žijí v půdě, část napadají rostliny. Jsou však 2 druhy háďátek, které přežívají výhradně v rostlinách. Mohou být ektoparazité, endoparazité.

30 SYMPTOMY NAPADENÍ HÁĎÁTKY Kořenová háďátka - na KOŘENECH: léze, CYSTY na kořenech, NADMĚRNÝ RŮST kořenového vlášení, novotvary na kořenech. Na NADZEMNÍCH ČÁSTECH redukovaný růst, ŽLOUTNUTÍ, vadnutí, špatná kvalita plodů. Některá háďátka NAPADAJÍ I NADZEMNÍ ČÁSTI ROSTLIN, kde působí nekrotické léze, hniloby, nenormální vývoj květních částí. Novotvary na kořenech Cysty Zduření kořenů Žloutnutí nadzemních částí

31 NEMATOFÁGNÍ HOUBY Nematofágní houby (živící se na hlístech (NEMATODA)) jsou běžné v prostředí bohatém na organické látky a zahrnují zástupce všech významných skupin hub. Patří hlavně do skupin Deuteromycotina, ale také do skupiny Zygomycotina (řádu Zoopagales), a někteří i do skupin Oomycota a Chytridiomycota. Můžeme uvažovat o 3 hlavních typech s různými adaptacemi na získávání potravy z nematod: 1. PREDÁTOŘI CHYTAJÍCÍ HLÍSTY HOUBY LOVCI 2. ENDOPARAZITICKÉ HOUBY 3. PARAZITI VAJÍČEK A CYST HLÍSTŮ

32 PREDÁTOŘI CHYTAJÍCÍ HLÍSTY = HOUBY LOVCI Všechny tyto houby jsou považovány za PRIMÁRNĚ SAPROFYTICKÉ, ale dovedou využívat HLÍSTY JAKO DALŠÍ ZDROJ POTRAVY. Zahrnuje zástupce DEUTEROMYCOTINA: Arthrobotrys, Monacrosporium, Harposporium, Dactylella, Dactylaria, a ZYGOMYCOTINA (Stylopage, Cystopage) Všichni mají podobný způsob parazitismu: HLÍSTI jsou LAPENI DO PASTÍ a houba potom PRONIKÁ rychle pomocí PENETRAČNÍHO VRCHOLU, tvoří zduřenou INFEKČNÍ HYFU, která vyplní tělo oběti a ABSORBUJE JEHO OBSAH. Obvykle je tato fáze dokončena během 1-3 dní, potom HYFY VYRŮSTAJÍ Z MRTVÉHO HLÍSTA a dochází k produkci dalšího mycelia, lovících zařízení nebo ke SPORULACI. Houby loví hlísty pomocí speciálních zařízení (jeden druh houby může disponovat více typy lapacího zařízení): ADHEZIVNÍ HYFY ADHEZIVNÍ KNOFLÍKY ADHEZIVNÍ SÍTĚ NESTAHUJÍCÍ SE OKA STAHUJÍCÍ SE OKA

33 NEMATOFÁGNÍ HOUBY - DEUTEROMYCOTINA Několik druhů rodu Arthrobotrys (Hyphomycetes) má specializované ADHEZIVNÍ (LEPIVÉ) BOČNÍ MYCELIÁLNÍ VĚTVE na jejich přímé jinak nelepící asimilační hyfě. Monacrosporium cionopagum

34 ADHEZIVNÍ KNOFLÍKY jsou specializované, zduřené buňky, pokryté lepidlem, a často umístěné na konci krátkých bočních myceliálních větví. Jsou nacházeny u téměř 20 druhů rodů Arthrobotrys, Dactylella a Nematoctonus. Dactylaria candida s adhezivními knoflíky Adhezivní knoflíky u lovící nematofágní houby Monacrosporium ellipsosporum rostoucí z chyceného hlísta

35 ADHEZIVNÍ SÍTĚ jsou pravděpodobně nejběžnějším chytacím zařízením. Původně vznikají jako anastomózy vedlejších adhezivních větví. Jiné mohou být daleko více složitější, jako např. trojrozměrné sítě druhu Arthrobotrys oligospora. Adhezivní sítě druhu Arthrobotrys oligospora

36 NESTAHUJÍCÍ SE OKA, jsou produkovány 4 druhy rodu Arthrobotrys (Hyphomycetes). Jednoduchá hyfa roste až vytvoří pravidelný kruh. Pokud hlíst vleze do tohoto kruhu, kruh pevně těsně obepne jeho tělo a snadno se ulomí z původního mycelia. Arthrobotrys candida

37 STAHUJÍCÍ SE OKA jsou nejpromyšlenějším způsobem lovení hlístů. Jsou produkovány nejméně 12 druhy skupiny Hyphomycetes, hlavně druhy rodu Arthrobotrys. Pokud hlísti prolezou skrze smyčku, a dotknou se vevnitř jedné nebo více buněk, za pár sekund dojde k SIMULTÁNNÍMU NAFOUKNUTÍ BUNĚK dovnitř. Tři buňky každého stahujícího se oka vyvíjí velký tlak, který vzniká díky velkému osmotickému tlaku uvnitř mycelia houby hlísta pevně chytnou.

38 Mechanismus chytání pomocí stahujících se ok Arthrobotrys anchonia

39 ENDOPARAZITÉ Endoparazitické houby jsou odlišné od lapacích hub, jelikož závisejí na hlístech jako na výhradním zdroji výživy. Catenaria anguillulae (Chytridiomycota), Haptoglossa (Oomycota), Hirsutella rhossilliensis (Deuteromycotina) produkují zoospory nebo adhezivní konidie, které jsou přitahovány k hlístům pomocí chemotaxe. Po přilnutí na povrch hlísta zoospory rychle klíčí a po té hyfy vyplní hostitele a zabijí ho během několika dní. Nakonec hyfy rostou skrze buněčnou stěnu hostitele a produkují další dávku spor. Hirsutella rhossilliensis, endoparazitcká houba na hlístech. Infekce začíná ze spory (S), která přilne blízko úst hlísta.

40 BIOLOGICKÝ BOJ PROTI PLEVELŮM ZA POMOCI PATOGENNÍCH HUB Puccinia chondrillina (Uredinales) PLEVEL: Chondrilla juncea (RADYK PRUTNATÝ) Chráněná rostlina: pšenice, Austrálie

41 BIOLOGICKÝ BOJ PROTI PLEVELŮM ZA POMOCI PATOGENNÍCH HUB Phragmidium violaceum (Uredinales) Plevel: Rubus sp. (ostružina) Chráněná oblast: pastviny, Chile

42 VYUŽITÍ HUB V BIOLOGICKÉM BOJI PROTI HOUBOVÝM CHOROBÁM Pro různé skupiny chorob se testují a využívají jiné houbové organismy. Např. pro potlačení padlí se využívá mykoparazit Ampelomyces quisqualis. Pro potlačení napadení půdními houbami se s úspěchem využívá Trichoderma harzianum a rod Gliocladium. Vůči dřevokaznému parazitovi Heterobasidion annosus se využívá Peniophora gigantea. Komerční přípravek NIPROT obsahující houbu Trichoderma harzianum

43 TRICHODERMA spp. Mezi houbami je za NEJVÝZNAMNĚJŠÍ V BIOLOGICKÉM BOJI považována Trichoderma spp., která parazituje na PŮDNÍCH HOUBÁCH a STIMULUJE ROSTLINY k mohutnějšímu růstu. Kultura houby Trichoderma harzianum. Bílé části neobsahují spory, zelené obsahují konidie.

44 ROD TRICHODERMA Patří mezi mikroskopické konidiální houby s dobře poznaným ANAMORFNÍM STADIEM. Druhy, u nichž byla popsána TELEOMORFA, byly v souladu s používanou taxonomií REKLASIFIKOVÁNY do nově vytvořených rodů (Hypocrea, Hypomyces, patřících mezi askomycety). Trichoderma je často přítomna v PŮDNÍM PROSTŘEDÍ, je nutričně nenáročná, metabolicky přizpůsobivá a může UTILIZOVAT ŠIROKÉ SPEKTRUM SUBSTRÁTŮ. Trichoderma je charakterizována RYCHLÝM RŮSTEM.

45 ROD TRICHODERMA Trichoderma vykazuje ANTAGONICKÉ ÚČINKY vůči mikroorganismům. Využití r. Trichoderma v BIOTECHNOLOGIÍCH: Produkce SEKUNDÁRNÍCH METABOLITŮ s ANTIVIRÁLNÍMI A ANTITUMOROVÝMI účinky je velmi perspektivní. Produkce TOXINŮ s účinky vůči PROKARYOTŮM a některým EUKARYOTŮM, Produkce ENZYMŮ DEGRADUJÍCÍCH POLYMERY. Extracelulární produkce LYTICKÝCH FAKTORŮ A ANTIBIOTIK je využito pro ochranu kořenového systému rostlin (biokontrolní agens) v případě fungálních onemocněních.

46 MECHANISMY ÚČINKU r. TRICHODERMA V BIOLOGICKÉ OCHRANĚ MYKOPARAZITISMUS ANTIBIÓZA KOMPETICE o živiny nebo prostor Zvýšení TOLERANCE KE STRESU díky zvýšenému rozvoji kořenů a celé rostliny solubilizace anorganických živin INDUKOVANÁ REZISTENCE INAKTIVACE ENZYMŮ patogenů

47 Mykoparazitismus kmene Trichoderma (oranžová fluorescense) na patogenním organismu Pythium (zelená fluorescence) na povrchu semene.

48 Kolonizace kořenových vlásků kukuřice kmenem T. harzianum T22. Při kolonizaci kořenů rostlin omezení dalších patogenů, stimulace růstu

49 Trichoderma ve spreji v určité koncentraci působí podobně jako systemický fungicid Benomyl, a je používána pro ochranu proti druhu Verticillium fungicola (Hyphomycetes), což je vážný patogen pěstovaných žampiónů, Agaricus bisporus (Agaricales).

50 Podpora rozvoje kořenů u rostlin kukuřice a sóji jako důsledek kolonizace rhizosféry kmenem T. harzianum T22.

51 Zlepšené přežívání rostlin papriky na poli v důsledku vzniku mohutnějšího kořenového systému po aplikaci houbou Trichoderma T22 na rostoucí semenáčky.

52 ZDROJ TRANSGENŮ Organismy využívané v biokontrole musí obsahovat geny, které kódují produkty, které zajišťují možnost biokontroly Již bylo z rodu Trichoderma izolováno několik GENŮ, které jsou velice slibné, pokud by se podařilo produkovat transgenní rostliny, které by byly rezistentní k některých chorobám. Tyto transgenní rostliny NEJSOU ZATÍM KOMERČNĚ DOSTUPNÉ, ale pracuje se na tom. Některé geny odpovědné za biokontrolu pocházející z T. harzianum byly vloženy do rostlin, kde jsou schopny zajišťovat rezistenci vůči některým chorobám. Rostliny tabáku a brambory, do kterých byl inkorporován gen pro endochitinázu vykazují odolnost vůči Alternaria alternata (tobacco) a Rhizoctonia solani (potato).

53 DALŠÍ HOUBOVÉ DRUHY POUŽÍVANÉ K BIOKONTROLE PŮDNÍCH PATOGENŮ ROSTLIN Také Gliocladium roseum je s úspěchem používáno vůči půdním patogenům rostlin. Nepatogenní Rhizoctonia solani potlauje napadení patogenním izolátem téhož druhu. Nepatogenní Fusarium oxysporum působí proti fusariovému vadnutí. Také houby, které tvoří ektomykorhizní symbiózu potlačují napadení kořenů svých rostlin např. patogenními Rhizoctonia spp. Také houby tvořící AVM snižují poškození způsobované půdními patogeny. Gliocladium sp.

54 BIOKONTROLA LISTOVÝCH CHOROB PLODIN Např. Botrytis cinerea- původce šedé hniloby může napadat plody, květy, listy. K biologickému boji se využívá Trichoderma harzianum. Komerčně produkovaný kmen T. harzianum T-39 (prodávaný pod názvem TRICHODEX) se může používat proti plísni šedé V ALTERNACI S CHEMICKÝMI PROSTŘEDKY. Mechanismy účinku produkce antibiotických látek a enzymová degradace buněčné stěny. Dalším agens testovaným vůči B. cinerea je kvasinka Aureobasidium pullulans může produkovat toxiny a způsobuje degradaci buněčné stěny Botrytis cinerea. Botrytis cinerea Biofungicid Trichodex

55 BIOKONTROLA PADLÍ PADLÍ jsou OBLIGÁTNÍ PARAZITÉ vyšších rostlin, mycelium mají na povrchu pletiva rostliny, stejně jako konidiofory a pohlavní plodnice. VYSOCE SPECIFIČTÍ. Nejlépe prostudovaný druh Ampelomyces quisqualis je dokonce KOMERČNĚ VYUŽÍVANÝ. Z dalších druhů - Verticillium leccani lze využívat jako mykoparazita padlí. Také jedna z kvasinek Pseudozyma (Sporothrix) floculosa vykazuje aktivitu vůči padlí - způsobuje rozpad spor padlí a hyfálních buněk. Podosphaera leucotricha padlí jabloňové

56 AMPELOMYCES QUISQUALIS Houba Ampelomyces quisqualis je přirozeně se vyskytující HYPERPARAZIT NAPADAJÍCÍ PADLÍ. Infikuje a tvoří PYKNIDY uvnitř HYF PADLÍ, KONIDIOFORŮ, A KLEISTOTECIÍ. Tento parazitismus redukuje růst a může eventuálně zabít celou kolonii padlí. Celá KOLONIE PADLÍ je matná, PRODUKCE SPOR padlí je REDUKOVANÁ nebo dokonce chybí v napadených koloniích. A. quisqualis je objektem početných výzkumů biokontroly padlí v posledních 50- ti letech.

57 ŽIVOTNÍ CYKLUS Mykoparazit je SPECIFICKÝ NA PADLÍ, ale má extrémně ŠIROKÝ HOSTITELSKÝ OKRUH. Parazit byl zaznamenán na více než 64 DRUZÍCH PADLÍ, v rodech Brasilomyces, Erysiphe, Leveillula, Microsphaera, Phyllactinia, Podosphaera, Sphaerotheca a Uncinula, stejně jako na anamorfních rodech Oidium a Oidiopsis. Patogen PŘEZIMUJE nebo přežívá nepříznivé období v PYKNIDÁCH. Za deště se konidie uvolňují jsou kapkami šířeny. Mykoparazit přímo PENETRUJE BUNĚČNÉ STĚNY hyf, konidiofory a nezralá kleistotecia. Nemůže napadnout zralá kleistotecia. Za 7-10 DNÍ se mykoparazit ROZŠÍŘÍ V HYFĚ kolonie padlí aniž ji zabije. Po té nastává proces TVORBY PYKNID, což trvá 2-4 dny. Infikované BUŇKY ODUMÍRAJÍ po té co se vytvoří pyknidy.

58 VYUŽITÍ Efektivita využití Ampelomyces v biokontrole je VARIABILNÍ, nejvíce působí u vysoce náchylných rostlin vůči padlí (dostatek padlí). Musí být zajištěna OPAKOVANÁ APLIKACE mykoparazita, VYSOKÁ VLHKOST a déšť. Izoláty se liší v jejich náchylnosti k fungicidům KOMERČNÍ DOSTUPNOST Formulovaný prášek obsahující A. quisqualis je produkovaný firmou Ecogen Corporation a je prodávaný pod značkou AQ10.

59 Pyknida druhu A. quisqualis, která se nachází v místě konidie na vrcholu konidioforu padlí révového Uncinula necator

60 PHANEROCHAETE (=PENIOPHORA, =PHLEBIA, =PHLEBIOPSIS) GIGANTEA; BASIDIOMYCETES: CORTICIACEAE) Phanerochaete gigantea je běžná SAPROFYTICKÁ HOUBA, která způsobuje BÍLOU HNILOBU na pařezech a odumřelých kmenech jehličnatých stromů. Je používaná v BIOLOGICKÉM BOJI proti dalšímu významnému parazitu jehličnatých stromů- Heterobasidion annosum v západní Evropě a donedávna i v USA. P. gigantea na pařezu borovice

61 Heterobasidion annosum Kořenovník vrstevnatý (jehličnany) Plodnice Heterobasidion na bázi jehličnatého stromu H. annosum je PATOGEN způsobující BÍLOU HNILOBU a kolonizuje čerstvě pokácené pařezy pomocí spor přenášených větrem. Houba potom POKRAČUJE PŘES PAŘEZ dolů na kořenový systém a infikuje blízko stojící stromy pomocí KONTAKTU KOŘENŮ. Strom může být napadený H. annosum a nemusí mít žádné symptomy viditelné nad zemí než je zničena polovina jeho kořenového systému.

62 HOSTITELSKÝ OKRUH P. gigantea je nacházena na dřevě a kůře NAHOSEMENNÝCH ROSTLIN druhů Pinus, Picea, Abies a Tsuga). Jsou zde ale i záznamy, že P. gigantea působí hnilobu na uskladněném dřevu a dřevních produktech. Phanerochaete gigantea

63 HYFÁLNÍ INTERFERENCE P. gigantea má zajímavý způsob působení jako agens biologického boje. Hyfa této houby ANTAGONIZUJE HYFU H. ANNOSUM (a některých dalších hub) se kterýma je v kontaktu tento fenomén se nazývá HYFÁLNÍ INTERFERENCE. Jakákoliv hyfa H. annosum, která je v kontaktu s hyfou P. gigantea vykazuje RYCHLÝ LOKALIZOVANÝ ROZPAD : protoplast se stává desintegrovaný a membrány se rozpadají.

64 RELATIVNÍ ÚČINNOST UMĚLÁ INOKULACE pařezů borovice a smrku houbou P. gigantea vykazuje signifikantní POKLES PŘÍTOMNOSTI H. ANNOSUM v některých studiích prováděných v Anglii i USA. Ačkoliv P. gigantea je běžná v přírodě, přirozené množství inokulace je příliš malé, než aby účinně kontrolovalo H. annosum bez umělé inokulace. KOMERČNÍ VYUŽITÍ V současné době je P. gigantea KOMERČNĚ VYUŽÍVANÁ POUZE V ANGLII, SKOTSKU, ŠVÉDSKU, NORSKU, ŠVÝCARSKU A FINSKU. Anglický produkt je sporová suspenze a je prodávána Omex International pod názvem Pg Suspension.

65 BIOTECHNOLOGIE VE VÝŽIVĚ ROSTLIN Mikrobiální společenstva půd Biologická fixace vzdušného dusíku jen bakterie a sinice Využití mykorhizy u polních plodin

66 MIKROBIÁLNÍ SPOLEČENSTVA PŮD VYUŽITÍ HUB JAKO PROMOTORŮ RŮSTU ROSTLIN PROMOTOŘI RŮSTU ROSTLIN Trichoderma sp., Rhizoctonia solani, Fusarium roseum, Rhizopus nigricans většinou působí na zvýšení % klíčení, zvýšení váhy sušiny, zvětšují váhu, výšku, počet semen, Mechanismy působení PRODUKCE HORMONŮ, MINERALIZAČNÍ AKTIVITA HUB, POTLAČENÍ NEŽÁDOUCÍ MIKROFLÓRY.

67 VYUŽITÍ MYKORHIZY PRO ZLEPŠENÍ RŮSTU ROSTLIN Mykorhiza je SYMBIÓZA kořenů kulturních rostlin s houbami a jejím výsledným efektem je uvolňování fosforu z těžko rozpustných forem. V poslední dekádě se v zahraničí objevuje stále více firem, které mykorhizní preparáty produkují či distribuují. ČR firma Symbio-M, která s spolupracuje s PlantWorks. MYKORHIZNÍ PREPARÁTY v PEVNÉ, SUCHÉ FORMĚ se aplikují buď přímo do výsadbových jamek při přesazování rostlin nebo se mohou míchat do kultivačních substrátů. Zásadou aplikace je, že se DIASPORY HUB v preparátu musí během několika týdnů dostat DO KONTAKTU S NOVĚ ROSTOUCÍMI KOŘENY. Někteří producenti nabízejí i GELOVOU FORMU, kterou lze velmi snadno použít pro namáčení prostokořenné sadby nebo pevnějších kořenových balů Zvláště v PRVNÍCH STADIÍCH VÝVOJE (během 2 až 4 měsíce podle druhu rostliny) je v kontejnerových kulturách možno pozorovat POZITIVNÍ VLIVY NA RŮST, KVETENÍ ČI PRODUKCI

68 MYKORHIZA Mykes (HOUBA) + rhiza (KOŘEN) Mutualisticky prospěšný vztah rostlin a specifických půdních hub ROSTLINY: Většina druhů KRYTOSEMENNÝCH ROSTLIN, všechny NAHOSEMENNÉ ROSTLINY, KAPRAĎOROSTY a některé MECHOROSTY (HLAVNĚ JÁTROVKY) HOUBY: zástupci skupin ZYGOMYCOTINA, ASCOMYCOTINA, DEUTEROMYCOTINA, BASIDIOMYCOTINA OBOUSTRANNÝ TRANSPORT ŽIVIN: karbohydráty se přesouvají do stélky hub a anorganické minerály do hostitelské rostliny Houba má často vnitrobuněčný růst, ale nikdy nepenetruje plasmatickou membránu, ale pouze ji invaginuje (orgány jako jsou měchýřky nebo arbuskuly)

69 PROSPĚCH PRO HOUBY Houby v tomto vztahu ZÍSKÁVAJÍ ORGANICKÉ ŽIVINY z hostitelských rostlin - jsou tedy závislé na rostlině. Tyto houby potřebují jednoduché cukry. Glukóza je rychle translokována do kořenů a přeměněna na houbové karbohydráty jako jsou např. trehalóza, glykogen a manitol. PROSPĚCH PRO ROSTLINY Zvýšený PŘÍJEM ROSTLINNÝCH ŽIVIN JAKO JE NAPŘ. FOSFOR A DUSÍK. Mohou tak přijímat živiny i z chudé půdy daleko efektivněji. Prodlužuje se životnost kořenů. Zvyšuje se REZISTENCE K TĚŽKÝM KOVŮM A PATOGENŮM. Hyfy hub mohou absorbovat a vést vodu na dlouhé vzdálenosti (rostliny tak prospívají i za vodního stresu). Růst semenáčků rostlin je často podporován právě vývinem mykorhizní symbiózy.

70 TYPY MYKORHIZNÍCH SYMBIÓZ EKTOMYKORHIZA intercelulární růst uvnitř kořenového pletiva (nepenetruje korové buňky), vytváří se na kořenech pochva z houbových hyf ENDOMYKORHIZA houbové hyfy penetrují do korových buněk kořenů rostlin Arbuskulární mykorhiza A Erikoidní mycorhiza Er Orchideoidní mykorhiza O PŘECHODNÉ TYPY Ektendomykorhiza Ee Arbutoidní mykorhiza At Monotropoidní mykorhiza M

71 EKTOMYKORHIZA Druhy hub tvořící ektomykorhizní symbiózu: Basidiomycotina třída Hymenomycetes, 25 řádů, např. Agaricales (Amanita, Tricholoma), Russulales (Russula, Lactarius), Boletales (Boletus, Suillus), (Aphyllophorales (Thelephora), Hymenogastrales (Rhizopogon), a Sclerodermatales (Scleroderma) a Ascomycotina řád Tuberales (Tuber) Tvoří běžné společenství s lesními stromy a keři hlavně v subarktickém a mírném pásmu. 5% rostlin (hlavně jehličnany). Mnoho z nich patří do čeledí Pinaceae, Fagaceae, Betulacea a Myrthaceae Často je jeden druh stromu v symbióze s více druhy hub najednou, podobně i jeden druh houby může žít v symbióze s více hostiteli I zde se však vyskytuje striktní specificita, např. Suillus grevillei (klouzek modřínový) žije pouze s rodem Larix (modřín) Boletus edulis Hřib smrkový Amanita muscaria Muchomůrka červená

72 EKTOMYKORHIZA Potlačuje tvorbu kořenových vlásků je to typickým znakem ektomykorhizy Intraradikální mycelium intercelulární růst uvnitř kořenového pletiva (nepenetruje korové buňky), tvoří Hartigovu síťku Extraradikální mycelium - zvyšuje množství příjmu živin do hostitelské rostliny - umožňuje lepší využití živin a vody Bylo potvrzeno, že umělá inokulace kořenů jehličnanů některými mykorhizními houbami zvyšuje jejich přírůstky patrně díky zlepšené nutriční výživě stromů Kořenový vrchol Borovice černé Pinus nigra

73 Ektomykorhiza Borovice vejmutovky (Pinus strobus) a muchomůrky červené (Amanita muscaria) Modřín americký (Larix laricina) a Klouzek dutonohý (Suillus cavipes)

74 VYUŽITÍ EKTOMYKORHIZY PRO ZLEPŠENÝ RŮST STROMŮ VE ŠKOLKÁCH Příprava houbového inokula vyžaduje především VÝBĚR VHODNÉHO HOUBOVÉHO SYMBIONTA pro umělé očkování na základě poznatků vlastností různých druhů hub, RUTINNĚ ZVLÁDNOUT izolaci, kultivaci a udržení in vitro kultury; připravit vlastní kvalitní inokulum a následně provést umělou inokulaci sadebního materiálu; na závěr testovat a zhodnotit efektivnost umělé inokulace. METODIKA JE PROPRACOVANÁ. Při výběru VHODNÉ EKM HOUBY je rovněž nutné posoudit její KOMPATIBILITU S LESNÍMI DŘEVINAMI, V současné době se jako osvědčené houbové symbionty využívají: muchomůrka Amanita rubescens, vláknice Inocybe lacera, lakovky Laccaria laccata, Laccaria proxima, čechratka Paxillus involutus, klouzek Suillus luteus. Využití EKM HUB VE ŠKOLKÁCH JE REÁLNÉ a do budoucna nevyhnutelné. Možností vlastní umělé mykorhizace sadebního materiálu je několik: lesní půda, hrabanka, humus, mykorhizní semenáče, spory, vegetativní inokulum. Všechny uvedené metody mají své přednosti, ale i větší či menší úskalí.

75 ARBUSKULÁRNÍ (VESIKULO- ARBUSKULÁRNÍ) MYKORHIZA Nejběžnější a široce rozšířený typy mykorhizy. Tento typ byl zjištěn u 80 % rostlinných druhů Obligátní symbiotické houby skupin Zygomycotina (Glomales) - Glomus, Entrophospora, Scutellospora, Gigaspora, Acaulospora, Sclerocystis ROZMANITOST HOSTITELSKÝCH ROSTLIN: od játrovek a mechů, kapradin, po nahosemenné a krytosemenné rostliny AM houby penetrují korové buňky a v nich vytváří typické útvary velmi větvené ARBUSKULY a měchýřky (VESIKULY) Dříve se tento typ nazýval vesikulo- arbuskulární mykorhiza, ale některé druhy hub, které sem patří, nevytvářejí měchýřky Mykobiont nikdy neproniká do endodermis, cévních svazků a kořenové špičky. Mykorhizní kořínky se zachovaným kořenovým vlášením - kořeny mají stejný vzhled jako u neinfikovaných rostlin Hostitelská specificita téměř neexistuje zlepšení příjmu fosforu, a zvýšení množství některých rostlinných hormonů auxin, cytokinin bylo zjištěno u rostlin, které mají AVM, na rozdíl od neinfikovaných

76 ARBUSKULÁRNÍ MYKORHIZA Intraradikální struktury ARBUSKULY (trvají 4-15 dní) větvené hyfy (keříčkovité) intenzivní výměna živin mezi hostitelem a mykobiontem VESIKULY kulovité nebo eliptické ztluštěniny intraradikálních hyf - zásobní funkce EXTRARADIKÁLNÍ MYCELIUM Zasahuje do půdy v rhizosféře; daleko efektivnější absorpce fosforu a dusíku REPRODUKČNÍ STRUKTURY spory - zygospory, chlamydospory - oddělené od vegetativního mycelia do půdy Arbuskuly Glomus mosseae Vesikuly a arbuskuly Glomus sp. Glomus Gigaspora

77 ARBUSKULÁRNÍ MYKORHIZA

78 KOMERCIALIZACE ARBUSKULÁRNĚ VESIKULÁRNÍ MYKORHIZY JAKO BIOFERTILIZERU Problém je, že MYKORHIZNÍ SPOLEČENSTVO lze pouze ŠPATNĚ KULTIVOVAT NA UMĚLÝCH KULTIVAČNÍCH MÉDIÍCH hrozí kontaminace. Potřebují méně živin v médiu a méně uhlíku. Nejlépe je pěstovat AVM houby v TEKUTÉM SYSTÉMU NA KOŘENECH ROSTLIN. Získané inokulum má velkou hustotu částic trvá týdnů než se získá inokulum funguje pro zástupce rodu Glomus. Symbivit - Použití AVM v produkci rostlin snižuje nutriční stres, podporuje zakořenění, odolnost vůči suchu, stabilizace půdy, potlačení chorob, podpora prospěšných interakcí mezi miroby

79 ORCHIDEOIDNÍ MYKORHIZA Vyskytuje se u druhů čeledi ORCHIDACEAE. Semena těchto druhů jsou velmi malé, takže pro další zdárný vývoj semenáčku je mykorhizní asociace potřeba vytvořit velmi brzy po vyklíčení ÚPLNOU ZÁVISLOST na mykorhizní symbióze projevují HETEROTROFNÍ ORCHIDEJE BEZ CHLOROFYLU (např. hlístník hnízdák (Neottia nidus-avis)) a semenáčky všech druhů orchidejí. Mykorhizní houby izolované z kořenů orchidejí patří většinou mezi třídu Basidiomycetes anamorfní rod Rhizoctonia; teleomorfní stádia rodů Tulasnella, Sebacina, Thanatephorus, Ceratobasidium, Armillaria, Fomes, etc.). Charakteristické jsou svým extenzivním intracelulárním myceliem. Houby vytvářející OM jsou schopny saprofytického růstu obsahují enzymy - celulázy, pektinázy, fenoloxidázy Všechny orchideje závisí na houbě v získávání organických živin dokud nejsou schopny fotosyntézy (2-10 let). Během této fáze houba z tohoto vztahu nemá žádnou výhodu. Jemná rovnováha: v určitých podmínkách rostliny mohou zneužít houbu nebo ji zničit, ale v jiných případech houba může parazitovat na orchidejích.

80 Neottia nidus-avis Hlístník hnízdák Platanthera chlorantha Vemeník zelenavý Sebacina na kořenu orchideje

81 ORCHIDEOIDNÍ MYKORHIZA Infikované kořenové buňky stádia vzniku asociace PRŮCHOZÍ BUŇKY - exodermis, nebo mesodermis hyfy pouze buňky prorůstají Platanthera bifolia + Rhizoctonia Platanthera chlorantha + Rhizoctonia TROFOCYTY (HOSTITELSKÉ BUŇKY) - Hyfy se větví úplně uvnitř buněk kůry vytváří pelotony (hyfální smotky) - Mykobiont spotřebovává karbohydrátové rezervy - Hyfa pokračuje v růstu a kolonizaci dalších buněk

82 VYUŽITÍ ORCHIDEOIDNÍ MYKORHIZY PRO PĚSTOVÁNÍ ORCHIDEÍ VÝZNAM PRO NAMNOŽENÍ A PŘÍPADNÉ VYSAZENÍ orchideí do přirozených podmínek rostlin mají in vitro metody. V současnosti je možné kromě asymbiotických výsevů provádět rozmnožování i pomocí INOKULACE SEMEN ORCHIDEÍ ZNÁMÝM HOUBOVÝM ENDOFYTEM. Usiluje se tak o vytvoření způsobu inokulace semen pro komerční pěstování orchidejí a pro jejich uchování (Chou et Chang 2004). Pro zajištění tvorby symbiotického vztahu by bylo možné SEMENA OBALOVAT VHODNÝM INOKULEM. To je možné získat například tak, že se houba nechá prorůstat sterilním jílem a po vysušení se rozemele do půdy nebo pěstebního media.