Teoretický úvod:
MYKORHIZNÍ SYMBIÓZA
Praktikum fyziologie rostlin
Teoretický úvod: MYKORHIZNÍ SYMBIÓZA Mykorhizní symbióza (MS) je mutualistické soužití specializované skupiny p dních hub s ko eny vyšších rostlin. Pomineme-li bun né endosymbiózy, jedná se o nejrozší en jší a z evolu ního i funk ního hlediska nejd ležit jší recentní symbiózu vyšších rostlin; st ízlivé odhady uvád jí, že mykorhizní houby tvo í symbiózy s ko eny cca. 70% vyšších rostlin (n které zdroje uvád jí i ísla okolo 90%). Nejd ležit jším funk ním aspektem MS je výživa symbiotické houby (mykobionta) uhlíkatými látkami vytvo enými p i fotosyntéze rostlinou (fytobiontem) a na druhou stranu zlepšený p ísun minerálních látek (zejména dusíku a fosforu) prost ednictvím mykobionta sm rem k fytobiontovi. MS ovliv uje i adu dalších fyziologických proces , nap . vodní provoz rostlin a jejich rezistenci v i (a-)biotickým stres m. Mycelium mykorhizních hub m že rostliny spojovat do funk ních celk , v rámci kterých m že docházet k vým n látek a informací (common mycorrhizal networks, wood wide web). Z taxonomického (fylogenetického) hlediska m žeme mykorhizní houby rozd lit na dv velké skupiny, které se liší evolucí, ekofyziologií a samoz ejm i typem mykorhizní symbiózy,
který
tvo í.
Nejvýznamn jší
a
nejrozší en jší
jsou
glomeromyceti
(Glomeromycota, arbuskulárn mykorhizní houby) tvo ící arbuskulární mykorhizní symbiózu (AM), do druhé skupiny pat í askomyceti (Ascomycota, houby v eckovýtrusé) a bazidiomyceti (Basidiomycota, houby stopkovýtrusé) tvo ící ostatní typy mykorhizních symbióz. Z morfologicko-anatomického
hlediska
d líme
MS
na
endomykorhizní
a
ektomykorhizní, p echodným typem jsou symbiózy ektendomykorhizní. U endomykorhizních symbióz pronikají hyfy mykobionta skrz bun nou st nu hostitele do jeho bun k, vždy však z stávají obklopeny intaktní a funk ní plazmalemou fykobionta; do této skupiny pat í zdaleka nejrozší en jší AM, dále erikoidní mykorhizní symbióza a orchidoidní mykorhizní symbióza. U ektomykorhizní symbiózy pronikají hyfy mykobionta mezi bu ky ko ene fytobionta a tvo í zde mezibun nou hyfovou sí (tzv. Hartigova sí ), nevstupují však do jejich vnit ního prostoru. Ektendomykorhizní symbiózy kombinují obé, tedy Hartigovu sí s vnitrobun nou kolonizací; do této skupiny pat í nap . arbutoidní mykorhizní symbióza nebo monotropoidní mykorhizní symbióza. Obecn mykorhizní houby nikdy nepronikají skrz endodermis do st edního válce, ale kolonizují ko enovou k ru nebo rhizodermis. Arbuskulární mykorhizní symbióza – evolu n nejstarší typ MS, v sou asné dob mezi vyššími rostlinami nejrozší en jší a nejvýznamn jší (vyskytuje se zhruba u 95% mykotrofních rostlin = rostlin tvo ících MS). Je významná i pro lov ka, nebo se
vyskytuje u ady kulturních plodin. Houbové hyfy pror stají mezibun nými prostory a vnitrobun n kolonizují zejména
ko enovou
k ru, kde tvo í charakteristické bohat
v tvené útvary – arbuskuly (Obr. 1), na jejichž povrchu dochází k vým n látek a informací mezi rostlinou a houbou. Krom arbuskul m že AM houba v ko enech vytvá et také kulovité nebo soude kovité útvary – vezikuly (odtud d íve používaný název vezikulo-arbuskulární mykorhizní symbióza, VAM). Vezikuly vznikají rozší ením houbové hyfy, od které nejsou nijak odd leny, jejich funkce je pravd podobn zásobní. AM houby jsou obligátní biotrofové, nemohou tedy dlouhodob p ežívat bez hostitelské rostliny. Orchidoidní mykorhizní symbióza – vyskytuje se u vstava ovitých (Orchidaceae), pro které má b hem jejich ontogenetického vývoje zcela zásadní význam. Semena orchidejí jsou totiž velmi malá a neobsahují tém
žádné zásobní látky, ty jim zprost edkuje až
mykorhizní houba; íkáme, že se semená ky orchidejí vyživují mykoheterotrofn , de facto na mykorhizní houb v této fázi ontogeneze parazitují. Nutno podotknout, že tento zp sob výživy u ady orchidejí p etrvává i v dosp losti (nezelené mykoheterotrofní orchideje). U tohoto typu MS tvo í houby v bu kách primární k ry tzv. smotky (peletony) (Obr. 2).
Obr. 1:
a – arbuskuly, b – bu ky rhizodermis s ko enovými vlásky, c – hyfa mykorhizní houby pronikající do bu ky rhizodermis, d – bu ky endodermis
Obr. 2: a – bu ky ko ene se smotky houbových hyf, b - bu ky endodermis, c - hyfa
mykorhizní houby pronikající do bu ky ko ene (kresby L. Uchytilová)
Erikoidní mykorhizní symbióza – se vyskytuje u v esovcovitých rostlin (Ericaceae) a umož uje jim prosperovat nejenom na kyselých a živinami chudých p dách. Ko eny v esovcovitých postrádají ko enové vlášení, jeho funkce je zcela nahrazovaná myceliem mykorhizních hub. Houby kolonizují zejména bu ky rhizodermis, p ípadn nejsvrchn jší vrstvy primární k ry. Houba uvnit bun k tvo í charakteristická hyfová klubí ka, která jsou obklopena intaktní plazmalemou hostitelské rostliny. Dlouho akceptovaný názor, že houby
tvo ící erikoidní mykorhizní symbiózu náleží v tšinou mezi askomycety, je v sou asné dob korigován, nebo se ukazuje, že v p irozených podmínkách tvo í podstatnou ást ko enové mykoflóry i bazidiomyceti. Ektomykorhizní symbióza – na rozdíl od p edchozích typ
MS
nepronikají hyfy ektomykorhizních hub do bun k hostitele, ale tvo í sí hyf
v mezibun ných
prostorech
(Hartigova sí ), na povrchu ko en pak typickou kompaktní sple hyfový pláš
zvanou
hyf
(Obr. 3).
P ítomnost ektomykorhizní houby vede
ke
zm nám
kolonizovaných ko en
v
morfologii v porovnání
s ko eny nekolonizovanými (Obr. 4).
Obr. 3: a – hyfový pláš , b – Hartigova sí , c - hyfa mykorhizní houby, d – bu ky endodermis (kresba L. Uchytilová)
Tento typ MS se vyskytuje u v tšiny temperátních a boreálních d evin, pro lov ka je významný i tím, že ektomykorhizní houby tvo í jedlé plodnice (Obr. 4).
Obr. 4. Plodnice ektomykorhizní
houby a modifikovaná morfologie kolonizovaného ko ene (foto M. Vohník)
Literatura: Gryndler M a kol. 2004 Mykorhizní symbióza - O soužití hub s ko eny rostlin. Academia Peterson L a kol. 2004 Mycorrhizas: Anatomy and Cell Biology. NRC Research Press
Smith SE, Read DJ 2008 Mycorrhizal symbiosis, Third Edition. Academic Press
Zadání praktických úloh k tématu:
MYKORHIZNÍ SYMBIÓZA P ehled úloh k vypracování: Úkol 1: Morfologie ektomykorhizní, arbutoidn
mykorhizní a arbuskulárn mykorhizní symbiózy 1a) Prohlédn te si trvalé preparáty ko en smrku ztepilého (ektomykorhiza), kuku ice seté (arbuskulární mykorhiza) a medv dice léka ské (arbutoidní mykorhiza), typické znaky schématicky zakreslete.
2a) Zhotovte p í né ezy ektomykorhizními špi kami ko en , pozorujte anatomickou stavbu
Úkol
1:
Morfologie ektomykorhizní, arbutoidn mykorhizní a arbuskulárn mykorhizní symbiózy 1a) Prohlédn te si trvalé preparáty ko en s r znými typy mykorhiz, nejd ležit jší znaky schématicky zakreslete.
Kuku ice setá (Zea mays L.) Preparát: arbuskulárn mykorhizní ko eny – p í né a podélné ezy P íprava preparátu: trvalý preparát zhotovený parafínovou metodou
Typická arbuskulárn mykorhizní kolonizace, charakteristická výskytem arbuskulí ( ervené šipky), které jsou místem vým ny látek a informací mezi mykobiontem a hostitelskou rostlinou. Patrné jsou i vezikuly (zelené šipky), plnící zásobní funkci a apresorium (žlutá šipka), usnad ující pr nik hyfy do korové bu ky ko ene.
Popište: arbuskuly vezikuly apresorium
Smrk ztepilý [Picea abies (L.) Karst.] Preparát: ektomykorhizní ko en – p í né a podélné ezy P íprava preparátu: Trvalý preparát zhotovený parafínovou metodou.
hp
Hs Hs Typická ektomykorhizní kolonizace, charakteristická hyfovým plášt m okolo ko ene (hp) a mezibun nou Hartigovou sítí (Hs), tvo enou myceliem ektomykorhizího mykobionta. Na obrázcích vlevo je patrný pr m t, na obrázcích vpravo pr ez Hartigovy sít . Tento morfologický útvar je místem, kde dochází k vým n živin a informací mezi rostlinou a její symbiotickou
Popište: hyfový pláš Hartigova sí
Medv dice léka ská (Arctostaphylos uva-ursi L.) Preparát: arbutoidn mykorhizní ko en – p í né a podélné ezy P íprava preparátu: Trvalý preparát zhotovený parafínovou metodou.
Arbutoidní mykorhiza je typickým p íkladem ektendomykorhizy, která kombinuje vnitrobun nou houbovou kolonizaci rhizodermálních bun k ( ervené šipky) s mezibun nou kolonizací za tvorby Hartigovy sí (zelené šipky).
Popište: bu ky kolonizované houbovými hyfami, Hartigova sí , hyfový pláš
2a) Zhotovte p í né ezy ektomykorhizními špi kami ko en , pozorujte anatomickou stavbu Úvod: V prvním p iblížení hodnotíme ektomykorhizní špi ky vizuáln pomocí binolupy, t ídíme je podle barvy, tvaru a mnoha dalších kriterií do tzv. morfotyp (tento proces se nazývá morfotypování). K p esnému popisu jednotlivých morfotyp ale pot ebujeme znát i jejich anatomii, zejména charakter Hartigovy sít a hyfového plášt , kterou nejsnáze zjistíme z p í ných a/nebo podélných ez ektomykorhizními špi kami (anatomotypování). Nejrychlejším zp sobem, jak získat takovéto ezy, je zhotovit je ru n pomocí žiletky a bezové duše.
Laboratorní postup: Cíl: Zhotovit do asný preparát n kolika p í ných ru ních ez ektomykorhizami zvolené rostliny; pozorovat anatomii ektomykorhiz (Hartigova sí , hyfový pláš ) Pot eby: • fixované vzorky ektomykorhizních špi ek • bezová duše • žiletka • prepara ní jehla • pinzeta • podložní a krycí sklí ka • trypanová mod /anilinová mod /chlorazolová er • voda • mikroskop Provedení: 1. p ipravíme si všechny pot ebné pom cky v etn barviva a mikroskopu 2. vybereme n kolik dostate n velkých a dob e vyvinutých ektomykorhiz a odd líme je od ko ene; ponecháme je ve fixa ním roztoku 3. na ežeme bezovou duši na cca. 3cm kousky, jeden konec navlh íme a prepara ní jehlou do n j ud láme otvor odpovídající pr m rem a hloubkou parametr m vybrané ektomykorhizy 4. pomocí pinzety umístíme vybranou ektomykorhizu do tohoto otvoru 5. pomocí žiletky p í n se ízneme (zarovnáme) bezovou duši s vloženou ektomykorhizou (provedeme tenký ez a budeme dbát na to, aby p i n m nedošlo k poškození ektomykorhizy pop . aby tato z duše vypadla) 6. pomocí žiletky vytvo íme n kolik velmi tenkých ez ektomykorhizou; ezy pomocí prepara ní jehly p eneseme na podložní sklí ko s kapkou barviva 7. 5-10 ez v kapce barviva na podložním sklí ku p ikryjeme sklí kem krycím a pozorujeme pod mikroskopem 8. všímáme si charakteru Hartigovy sít (kortikální, paraepidermální), tlouš ky hyfového plášt , velikosti a zbarvení emanujících hyf, p ítomnosti p ezek na myceliu apod. 9. pozorované zakreslíme
Vyhodnocení pozorování: Vypracujte protokoly, ve kterých zdokumentujete základní rysy jednotlivých typ symbióz. Zamyslete se nad tím, co mají spole né a v jakých charakteristikách se naopak odlišují.
