Teoretický úvod: MYKORHIZNÍ SYMBIÓZA. Praktikum fyziologie rostlin

Transkript

1 Teoretický úvod: MYKORHIZNÍ SYMBIÓZA Praktikum fyziologie rostlin

2 Teoretický úvod: MYKORHIZNÍ SYMBIÓZA Mykorhizní symbióza (MS) je mutualistické soužití specializované skupiny pdních hub s koeny vyšších rostlin. Pomineme-li bunné endosymbiózy, jedná se o nejrozšíenjší a z evoluního i funkního hlediska nejdležitjší recentní symbiózu vyšších rostlin; stízlivé odhady uvádjí, že mykorhizní houby tvoí symbiózy s koeny cca. 70% vyšších rostlin (nkteré zdroje uvádjí i ísla okolo 90%). Nejdležitjším funkním aspektem MS je výživa symbiotické houby (mykobionta) uhlíkatými látkami vytvoenými pi fotosyntéze rostlinou (fytobiontem) a na druhou stranu zlepšený písun minerálních látek (zejména dusíku a fosforu) prostednictvím mykobionta smrem k fytobiontovi. MS ovlivuje i adu dalších fyziologických proces, nap. vodní provoz rostlin a jejich rezistenci vi (a-)biotickým stresm. Mycelium mykorhizních hub mže rostliny spojovat do funkních celk, v rámci kterých mže docházet k výmn látek a informací (common mycorrhizal networks, wood wide web). Z taxonomického (fylogenetického) hlediska mžeme mykorhizní houby rozdlit na dv velké skupiny, které se liší evolucí, ekofyziologií a samozejm i typem mykorhizní symbiózy, který tvoí. Nejvýznamnjší a nejrozšíenjší jsou glomeromyceti (Glomeromycota, arbuskulárn mykorhizní houby) tvoící arbuskulární mykorhizní symbiózu (AM), do druhé skupiny patí askomyceti (Ascomycota, houby veckovýtrusé) a bazidiomyceti (Basidiomycota, houby stopkovýtrusé) tvoící ostatní typy mykorhizních symbióz. Z morfologicko-anatomického hlediska dlíme MS na endomykorhizní a ektomykorhizní, pechodným typem jsou symbiózy ektendomykorhizní. U endomykorhizních symbióz pronikají hyfy mykobionta skrz bunnou stnu hostitele do jeho bunk, vždy však zstávají obklopeny intaktní a funkní plazmalemou fykobionta; do této skupiny patí zdaleka nejrozšíenjší AM, dále erikoidní mykorhizní symbióza a orchidoidní mykorhizní symbióza. U ektomykorhizní symbiózy pronikají hyfy mykobionta mezi buky koene fytobionta a tvoí zde mezibunnou hyfovou sí (tzv. Hartigova sí), nevstupují však do jejich vnitního prostoru. Ektendomykorhizní symbiózy kombinují obé, tedy Hartigovu sí s vnitrobunnou kolonizací; do této skupiny patí nap. arbutoidní mykorhizní symbióza nebo monotropoidní mykorhizní symbióza. Obecn mykorhizní houby nikdy nepronikají skrz endodermis do stedního válce, ale kolonizují koenovou kru nebo rhizodermis. Arbuskulární mykorhizní symbióza evolun nejstarší typ MS, v souasné dob mezi vyššími rostlinami nejrozšíenjší a nejvýznamnjší (vyskytuje se zhruba u 95% mykotrofních rostlin = rostlin tvoících MS). Je významná i pro lovka, nebo se

3 vyskytuje u ady kulturních plodin. Houbové hyfy prorstají mezibunnými prostory a vnitrobunn kolonizují zejména koenovou kru, kde tvoí charakteristické bohat vtvené útvary arbuskuly (Obr. 1), na jejichž povrchu dochází k výmn látek a informací mezi rostlinou a houbou. Krom arbuskul mže AM houba v koenech vytváet také kulovité nebo soudekovité útvary vezikuly (odtud díve používaný název vezikulo-arbuskulární mykorhizní symbióza, VAM). Vezikuly vznikají rozšíením houbové hyfy, od které nejsou nijak oddleny, jejich funkce je pravdpodobn zásobní. AM houby jsou obligátní biotrofové, nemohou tedy dlouhodob pežívat bez hostitelské rostliny. Orchidoidní mykorhizní symbióza vyskytuje se u vstavaovitých (Orchidaceae), pro které má bhem jejich ontogenetického vývoje zcela zásadní význam. Semena orchidejí jsou totiž velmi malá a neobsahují tém žádné zásobní látky, ty jim zprostedkuje až mykorhizní houba; íkáme, že se semenáky orchidejí vyživují mykoheterotrofn, de facto na mykorhizní houb v této fázi ontogeneze parazitují. Nutno podotknout, že tento zpsob výživy u ady orchidejí petrvává i v dosplosti (nezelené mykoheterotrofní orchideje). U tohoto typu MS tvoí houby v bukách primární kry tzv. smotky (peletony) (Obr. 2). Obr. 1: a arbuskuly, b buky rhizodermis s koenovými vlásky, c hyfa mykorhizní houby pronikající do buky rhizodermis, d buky endodermis Obr. 2: a buky koene se smotky houbových hyf, b - buky endodermis, c - hyfa mykorhizní houby pronikající do buky koene (kresby L. Uchytilová) Erikoidní mykorhizní symbióza se vyskytuje u vesovcovitých rostlin (Ericaceae) a umožuje jim prosperovat nejenom na kyselých a živinami chudých pdách. Koeny vesovcovitých postrádají koenové vlášení, jeho funkce je zcela nahrazovaná myceliem mykorhizních hub. Houby kolonizují zejména buky rhizodermis, pípadn nejsvrchnjší vrstvy primární kry. Houba uvnit bunk tvoí charakteristická hyfová klubíka, která jsou obklopena intaktní plazmalemou hostitelské rostliny. Dlouho akceptovaný názor, že houby

4 tvoící erikoidní mykorhizní symbiózu náleží vtšinou mezi askomycety, je v souasné dob korigován, nebo se ukazuje, že v pirozených podmínkách tvoí podstatnou ást koenové mykoflóry i bazidiomyceti. Ektomykorhizní symbióza na rozdíl od pedchozích typ MS nepronikají hyfy ektomykorhizních hub do bunk hostitele, ale tvoí sí hyf v mezibunných prostorech (Hartigova sí), na povrchu koen pak typickou kompaktní sple hyf zvanou hyfový pláš (Obr. 3). Pítomnost ektomykorhizní houby vede ke zmnám v morfologii kolonizovaných koen v porovnání s koeny nekolonizovanými (Obr. 4). Tento typ MS se vyskytuje u vtšiny temperátních a boreálních devin, pro lovka je významný i tím, že ektomykorhizní houby tvoí jedlé plodnice (Obr. 4). Obr. 3: a hyfový pláš, b Hartigova sí, c - hyfa mykorhizní houby, d buky endodermis (kresba L. Uchytilová) Obr. 4. Plodnice ektomykorhizní houby a modifikovaná morfologie kolonizovaného koene (foto M. Vohník) Literatura: Gryndler M a kol Mykorhizní symbióza - O soužití hub s koeny rostlin. Academia Peterson L a kol Mycorrhizas: Anatomy and Cell Biology. NRC Research Press

5 Smith SE, Read DJ 2008 Mycorrhizal symbiosis, Third Edition. Academic Press

6 Zadání praktických úloh k tématu: MYKORHIZNÍ SYMBIÓZA Pehled úloh k vypracování: Úkol 1: Morfologie ektomykorhizní, arbutoidn mykorhizní a arbuskulárn mykorhizní symbiózy 1a) Prohlédnte si trvalé preparáty koen smrku ztepilého (ektomykorhiza), kukuice seté (arbuskulární mykorhiza) a medvdice lékaské (arbutoidní mykorhiza), typické znaky schématicky zakreslete. 2a) Zhotovte píné ezy ektomykorhizními špikami koen, pozorujte anatomickou stavbu

7 Úkol 1: Morfologie ektomykorhizní, arbutoidn mykorhizní a arbuskulárn mykorhizní symbiózy 1a) Prohlédnte si trvalé preparáty koen s rznými typy mykorhiz, nejdležitjší znaky schématicky zakreslete. Kukuice setá (Zea mays L.) Preparát: arbuskulárn mykorhizní koeny píné a podélné ezy Píprava preparátu: trvalý preparát zhotovený parafínovou metodou Typická arbuskulárn mykorhizní kolonizace, charakteristická výskytem arbuskulí (ervené šipky), které jsou místem výmny látek a informací mezi mykobiontem a hostitelskou rostlinou. Patrné jsou i vezikuly (zelené šipky), plnící zásobní funkci a apresorium (žlutá šipka), usnadující prnik hyfy do korové buky koene. Popište: arbuskuly vezikuly apresorium

8 Smrk ztepilý [Picea abies (L.) Karst.] Preparát: ektomykorhizní koen píné a podélné ezy Píprava preparátu: Trvalý preparát zhotovený parafínovou metodou. hp Hs Hs Typická ektomykorhizní kolonizace, charakteristická hyfovým pláštm okolo koene (hp) a mezibunnou Hartigovou sítí (Hs), tvoenou myceliem ektomykorhizího mykobionta. Na obrázcích vlevo je patrný prmt, na obrázcích vpravo prez Hartigovy sít. Tento morfologický útvar je místem, kde dochází k výmn živin a informací mezi rostlinou a její symbiotickou Popište: hyfový pláš Hartigova sí

9 Medvdice lékaská (Arctostaphylos uva-ursi L.) Preparát: arbutoidn mykorhizní koen píné a podélné ezy Píprava preparátu: Trvalý preparát zhotovený parafínovou metodou. Arbutoidní mykorhiza je typickým píkladem ektendomykorhizy, která kombinuje vnitrobunnou houbovou kolonizaci rhizodermálních bunk (ervené šipky) s mezibunnou kolonizací za tvorby Hartigovy sí (zelené šipky). Popište: buky kolonizované houbovými hyfami, Hartigova sí, hyfový pláš

10 2a) Zhotovte píné ezy ektomykorhizními špikami koen, pozorujte anatomickou stavbu Úvod: V prvním piblížení hodnotíme ektomykorhizní špiky vizuáln pomocí binolupy, tídíme je podle barvy, tvaru a mnoha dalších kriterií do tzv. morfotyp (tento proces se nazývá morfotypování). K pesnému popisu jednotlivých morfotyp ale potebujeme znát i jejich anatomii, zejména charakter Hartigovy sít a hyfového plášt, kterou nejsnáze zjistíme z píných a/nebo podélných ez ektomykorhizními špikami (anatomotypování). Nejrychlejším zpsobem, jak získat takovéto ezy, je zhotovit je run pomocí žiletky a bezové duše. Laboratorní postup: Cíl: Zhotovit doasný preparát nkolika píných runích ez ektomykorhizami zvolené rostliny; pozorovat anatomii ektomykorhiz (Hartigova sí, hyfový pláš) Poteby: fixované vzorky ektomykorhizních špiek bezová duše žiletka preparaní jehla pinzeta podložní a krycí sklíka trypanová mod/anilinová mod/chlorazolová er voda mikroskop Provedení: 1. pipravíme si všechny potebné pomcky vetn barviva a mikroskopu 2. vybereme nkolik dostaten velkých a dobe vyvinutých ektomykorhiz a oddlíme je od koene; ponecháme je ve fixaním roztoku 3. naežeme bezovou duši na cca. 3cm kousky, jeden konec navlhíme a preparaní jehlou do nj udláme otvor odpovídající prmrem a hloubkou parametrm vybrané ektomykorhizy 4. pomocí pinzety umístíme vybranou ektomykorhizu do tohoto otvoru 5. pomocí žiletky pín seízneme (zarovnáme) bezovou duši s vloženou ektomykorhizou (provedeme tenký ez a budeme dbát na to, aby pi nm nedošlo k poškození ektomykorhizy pop. aby tato z duše vypadla) 6. pomocí žiletky vytvoíme nkolik velmi tenkých ez ektomykorhizou; ezy pomocí preparaní jehly peneseme na podložní sklíko s kapkou barviva ez v kapce barviva na podložním sklíku pikryjeme sklíkem krycím a pozorujeme pod mikroskopem 8. všímáme si charakteru Hartigovy sít (kortikální, paraepidermální), tloušky hyfového plášt, velikosti a zbarvení emanujících hyf, pítomnosti pezek na myceliu apod. 9. pozorované zakreslíme

11 Vyhodnocení pozorování: Vypracujte protokoly, ve kterých zdokumentujete základní rysy jednotlivých typ symbióz. Zamyslete se nad tím, co mají spolené a v jakých charakteristikách se naopak odlišují.