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).

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

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)

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� hyf

zvanou hyfový pláš� (Obr. 3).

P�ítomnost ektomykorhizní houby

vede ke zm�nám v morfologii

kolonizovaných ko�en� v porovnání

s ko�eny nekolonizovanými (Obr. 4).

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).

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

Obr. 3: a – hyfový pláš�, b – Hartigova sí�, c - hyfa mykorhizní houby, d – bu�ky endodermis (kresba L. Uchytilová)

Obr. 4. Plodnice ektomykorhizní houby a modifikovaná morfologie kolonizovaného ko�ene (foto M. Vohník)

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.

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

hp

Hs

Hs

Popište: hyfový pláš� Hartigova sí�

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).

P�íprava preparátu: Trvalý preparát zhotovený parafínovou metodou.

Preparát: arbutoidn� mykorhizní ko�en – p�í�né a podélné �ezy

Popište: bu�ky kolonizované houbovými hyfami, Hartigova sí�, hyfový pláš�

Medv�dice léka�ská (Arctostaphylos uva-ursi L.)

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.