Teoretický úvod:

MYKORHIZNÍ SYMBIÓZA

Praktikum fyziologie rostlin

Teoretický úvod: MYKORHIZNÍ SYMBIÓZA

Mykorhizní symbióza (MS) je mutualistické soužití specializované skupiny půdních hub

s kořeny vyšších rostlin. Pomineme-li buněčné endosymbiózy, jedná se o nejrozšířenější a

z evolučního i funkčního hlediska nejdůležitější recentní symbiózu vyšších rostlin; střízlivé

odhady uvádějí, že mykorhizní houby tvoří symbiózy s kořeny cca. 70% vyšších rostlin (ně-

které zdroje uvádějí i čísla okolo 90%).

Nejdůležitějším funkčním aspektem MS je výživa symbiotické houby (mykobionta)

uhlíkatými látkami vytvořenými při fotosyntéze rostlinou (fytobiontem) a na druhou stranu

zlepšený přísun minerálních látek (zejména dusíku a fosforu) prostřednictvím mykobionta

směrem k fytobiontovi. MS ovlivňuje i řadu dalších fyziologických procesů, např. vodní pro-

voz rostlin a jejich rezistenci vůči (a-)biotickým stresům. Mycelium mykorhizních hub může

rostliny spojovat do funkčních celků, v rámci kterých může docházet k výměně látek a infor-

mací (common mycorrhizal networks, wood wide web).

Z taxonomického (fylogenetického) hlediska můžeme mykorhizní houby rozdělit na

dvě velké skupiny, které se liší evolucí, ekofyziologií a samozřejmě i typem mykorhizní sym-

biózy, který tvoří. Nejvýznamnější a nejrozšířenější jsou glomeromyceti (Glomeromycota,

arbuskulárně mykorhizní houby) tvořící arbuskulární mykorhizní symbiózu (AM), do druhé

skupiny patří askomyceti (Ascomycota, houby vřeckovýtrusé) a bazidiomyceti (Basidiomyco-

ta, houby stopkovýtrusé) tvořící ostatní typy mykorhizních symbióz.

Z morfologicko-anatomického hlediska dělíme MS na endomykorhizní a ektomy-

korhizní, přechodným typem jsou symbiózy ektendomykorhizní. U endomykorhizních sym-

bióz pronikají hyfy mykobionta skrz buněčnou stěnu hostitele do jeho buněk, vždy však zů-

stávají obklopeny intaktní a funkční plazmalemou fykobionta; do této skupiny patří zdaleka

nejrozšířenější AM, dále erikoidní mykorhizní symbióza a orchidoidní mykorhizní symbióza.

U ektomykorhizní symbiózy pronikají hyfy mykobionta mezi buňky kořene fytobionta a tvoří

zde mezibuněčnou hyfovou síť (tzv. Hartigova síť), nevstupují však do jejich vnitřního pro-

storu. Ektendomykorhizní symbiózy kombinují obé, tedy Hartigovu síť s vnitrobuněčnou ko-

lonizací; do této skupiny patří např. arbutoidní mykorhizní symbióza nebo monotropoidní

mykorhizní symbióza. Obecně mykorhizní houby nikdy nepronikají skrz endodermis do

středního válce, ale kolonizují kořenovou kůru nebo rhizodermis.

Arbuskulární mykorhizní symbióza – evolučně nejstarší typ MS, v současné době

mezi vyššími rostlinami nejrozšířenější a nejvýznamnější (vyskytuje se zhruba u 95% my-

kotrofních rostlin = rostlin tvořících MS). Je významná i pro člověka, neboť se vyskytuje u

řady kulturních plodin. Houbové hyfy prorůstají mezibuněčnými prostory a vnitrobuněčně

kolonizují zejména kořenovou kůru, kde tvoří charakteristické bohatě větvené útvary –

arbuskuly (Obr. 1), na jejichž povrchu dochází k výměně látek a informací mezi rostlinou a

houbou. Kromě arbuskul může AM houba v kořenech vytvářet také kulovité nebo soudečko-

vité útvary – vezikuly (odtud dříve používaný název vezikulo-arbuskulární mykorhizní sym-

bióza, VAM). Vezikuly vznikají rozšířením houbové hyfy, od které nejsou nijak odděleny,

jejich funkce je pravděpodobně zásobní. AM houby jsou obligátní biotrofové, nemohou tedy

dlouhodobě přežívat bez hostitelské rostliny.

Orchidoidní mykorhizní symbióza – vyskytuje se u vstavačovitých (Orchidaceae),

pro které má během jejich ontogenetického vývoje zcela zásadní význam. Semena orchidejí

jsou totiž velmi malá a neobsahují téměř žádné zásobní látky, ty jim zprostředkuje až my-

korhizní houba; říkáme, že se semenáčky orchidejí vyživují mykoheterotrofně, de facto na

mykorhizní houbě v této fázi ontogeneze parazitují. Nutno podotknout, že tento způsob výži-

vy u řady orchidejí přetrvává i v dospělosti (nezelené mykoheterotrofní orchideje). U tohoto

typu MS tvoří houby v buňkách primární kůry tzv. smotky (peletony) (Obr. 2).

Erikoidní mykorhizní symbióza – se vyskytuje u vřesovcovitých rostlin (Ericaceae)

a umožňuje jim prosperovat nejenom na kyselých a živinami chudých půdách. Kořeny vře-

sovcovitých postrádají kořenové vlášení, jeho funkce je zcela nahrazovaná myceliem my-

korhizních hub. Houby kolonizují zejména buňky rhizodermis, případně nejsvrchnější vrstvy

primární kůry. Houba uvnitř buněk tvoří charakteristická hyfová klubíčka, která jsou obklo-

pena intaktní plazmalemou hostitelské rostliny. Dlouho akceptovaný názor, že houby tvořící

erikoidní mykorhizní symbiózu náleží většinou mezi askomycety, je v současné době korigo-

Obr. 1: a – arbuskuly, b – buňky rhizodermis s kořenovými vlásky, c – hyfa my-

korhizní houby pronikající do buňky rhizodermis, d – buňky endodermis

Obr. 2: a – buňky kořene se smotky houbových hyf, b - buňky endodermis, c - hyfa

mykorhizní houby pronikající do buňky kořene (kresby L. Uchytilová)

ván, neboť se ukazuje, že v přirozených podmínkách tvoří podstatnou část kořenové mykofló-

ry i bazidiomyceti.

Ektomykorhizní symbióza –

na rozdíl od předchozích typů MS

nepronikají hyfy ektomykorhizních

hub do buněk hostitele, ale tvoří síť

hyf v mezibuněčných prostorech

(Hartigova síť), na povrchu kořenů

pak typickou kompaktní spleť hyf

zvanou hyfový plášť (Obr. 3). Pří-

tomnost ektomykorhizní houby vede

ke změnám v morfologii kolonizo-

vaných kořenů v porovnání s kořeny

nekolonizovanými (Obr. 4). Tento

typ MS se vyskytuje u většiny tem-

perátních a boreálních dřevin, pro člověka je významný i tím, že ektomykorhizní houby tvoří

jedlé plodnice (Obr. 4).

Literatura:

Gryndler M a kol. 2004 Mykorhizní symbióza - O soužití hub s kořeny 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

Obr. 3: a – hyfový plášť, b – Hartigova síť, c

- hyfa mykorhizní houby, d – buňky endoder-

mis (kresba L. Uchytilová)

Obr. 4. Plodnice ektomykorhizní

houby a modifikovaná morfologie

kolonizovaného kořene (foto M. Vohník)

Zadání praktických úloh k tématu:

MYKORHIZNÍ SYMBIÓZA

Přehled úloh k vypracování:

Úkol 1: Morfologie dvou u nás nejběžnějších typů

mykorhizní symbiozy: arbuskulární mykorhizy a

ektomykorhizy

1a) Zhotovte mikroskopické preparáty z barvených kořenů kukuřice seté, identifikujte a

schematicky zakreslete typické znaky arbuskulární mykorhizy (mezibuněčné hyfy, arbuskule,

vezikule).

1b) Prohlédněte si trvalé preparáty řezů kořenů smrku ztepilého a zakreslete typické znaky

ektomykorhizy (hyfový plášť, Hartigovu síť).

Vyhodnocení pozorování:

Vypracujte protokoly, ve kterých zdokumentujete základní rysy obou typů mykorhizní sym-

biózy. Zamyslete se nad tím, co mají společné a v jakých charakteristikách se naopak odlišují.

1a) Zhotovte mikroskopické preparáty z barvených kořenů ku-

kuřice seté, identifikujte a schematicky zakreslete typické znaky

arbuskulární mykorhizy (mezibuněčné hyfy, arbuskule, vezikule)

Úvod: Míra kolonizace kořenů arbuskulárně mykorhizními houbami je důležitým parametrem

pro hodnocení významu mykorhizy pro určitou rostlinu / na určitém stanovišti. Četnost jed-

notlivých struktur (arbuskul, vezikul) napoví o fyziologickém stavu mykorhizy. Pro vizuali-

zaci struktur arbuskulárně mykorhizních hub je nejprve třeba kořen projasnit, tzn. odstranit

cytoplasmu a sekundární metabolity (pigmenty) v buněčných stěnách, např. inkubací v 20%

roztoku hydroxidu draselného. Následně se kořen barví např. trypanovou nebo anilinovou

modří. Segmenty nabarvených kořenů se kladou na mikroskopická sklíčka.

Laboratorní postup:

Cíl: Zhotovit dočasný preparát několika segmentů kořenů kukuřice nabar-

vených trypanovou modří, pozorovat struktury arbuskulárně mykorhizních

hub v kořenech.

Potřeby:

kořeny kukuřice seté (Zea mays L.) nabarvené trypanovou modří

Petriho miska s vodou

preparační jehla a/nebo pinzeta

laboratorní nůžky

podložní a krycí sklíčka

kapátko

mikroskop

Provedení:

1. připravíme si všechny potřebné pomůcky včetně mikroskopu

2. odebereme shluk nabarvených kořínků do Petriho misky s vodou, kořeny opatrně roz-

volníme pomocí pinzety a jehly tak, aby nedošlo k potrhání primárních kůr

3. několik kořínků přeneseme na podložní sklíčko, zakápneme vodou, uspořádáme, aby

se nepřekrývaly

4. identifikujeme hyfy, arbuskuly, vezikuly – pozorujeme jejich četnost a rozmístění po-

dél kořenů

5. vybereme typické struktury, prohlédneme při větším zvětšení a pozorované zakreslíme

Typická arbuskulárně mykorhizní kolonizace, cha-

rakteristická výskytem arbuskulí (červené šipky),

které jsou místem výměny látek a informací mezi

mykobiontem a hostitelskou rostlinou. Patrné jsou i

vezikuly (zelené šipky), plnící zásobní funkci a ap-

resorium (žlutá šipka), usnadňující průnik hyfy do

korové buňky kořene.

Pro srovnání: Arbuskulární mykorhiza na trvalých preparátech zhotovených parafinovou meto-

dou, vlevo příčný řez, vpravo podélný řez. I zde jsou patrné arbuskuly (červené šipky) i veziku-

ly (zelené šipky).

1b) Prohlédněte si trvalé preparáty řezů kořenů smrku ztepilého a

zakreslete typické znaky ektomykorhizy (hyfový plášť, Hartigovu

síť).

Preparáty: ektomykorhizní kořeny smrku ztepilého

[Picea abies (L.) Karst.]

– příčné a podélné řezy

Příprava preparátu:

Trvalý preparát zhotovený

parafínovou metodou.

Typická ektomykorhizní koloni-

zace, charakteristická hyfovým

pláštěm okolo kořene (hp) a me-

zibuněčnou Hartigovou sítí (Hs),

tvořenou myceliem ektomykorhi-

zího mykobionta. Na obrázcích

vlevo je patrný průmět, na obráz-

cích vpravo průřez Hartigovy sítě.

Tento morfologický útvar je mís-

tem, kde dochází k výměně živin

a informací mezi rostlinou a její

symbiotickou houbou.

hp

Hs

Hs

Schématicky

zakreslená

Hartigova síť