Mikorizė

Mikorizė – abipusiškai naudinga augalų šaknų simbiozė su grybais

Augalai iš grybų gauna: • Tirpius azoto junginius • Fiziologiškai aktyvias medžiagas Grybai iš augalų gauna: • Angliavandenius • Vitaminus

Mikorizė skirstoma:

• Ektotrofinę (išorinę) • Endotrofinę (vidinę) • Ektendotrofinę (ekto- ir endotrofinės mikorizių sąveika) • Pseudomikorizę • Peritrofinę mikorizę

Ektomikorizė

Ektomikorizė labai svarbi miškininkystėje, nes yra optimali medžių mikorizės simbiozės forma Mažai išplitusi, sutinkama 10% augalų rūšių Ektomikorizę sudaro 5000-6000 grybų rūšių su 2000 sumedėjusių augalų rūšių Grybai sudarantys ektomikorizę priklauso: •

Basidiomycetes

•

Ascomycetes

•

Zygomycetes

(

Endogone

sp.)

Ektomikorizė

Labiausiai paplitusi paprastosios pušies šaknyse.

Ektomikorizė

Paprastojo ąžuolo ektomikorizės skersinis pjūvis (250×)

Endomikorizė

Seniausias mikorizės tipas, siekiantis 450 milijonų metų.

Endomikorizė (arbuskulinė) yra labiausiai išplitusi mikorizės forma. Ją sudaro 80% augalų rūšių.

Dažniausiai endomikorizę sudarantys grybai priklauso: •

Zygomycetes

•

Ascomycetes

Endomikorizė

Šis mikorizės tipas būdingas: • Tuopoms • Karklams • Uosiams Tiek ekto-, tiek endomikorizę sudaro: • Klevai • Alksniai • Kadagiai • Liepos • Guobos

Endomikorizė

Endomikorizė

Endomikorizės skersinis pjūvis (schematinis brėžinys)

Ektendomikorizė

Tai ektomikorizės variacija.

Ektendomikorizės dažnai vadinamos E-tipo mikorizėmis Labiausiai paplitusi: • Miško daigynuose • Dirvose su aukšta azoto koncentracija ir padidėjusiu pH Būdinga paprastajai pušiai Ektendo mikorizę sudarančios grybų rūšys priklauso

Ascomycetes

klasei

Ektendomikorizė

Paprastosios pušies ektendomikorizės skersinis pjūvis (250×)

Pseudomikorizė

Šio mikorizės tipo morfologiniai ir anatominiai ypatumai neatitinka įprastų mikorizės požymių.

Įvairūs netipiški šaknų dariniai yra sąlygoti parazitinių, o ne simbiotinių grybų.

Labiausiai paplitęs pseudomikorizinis grybas -

Mycelium radicis atrovirens

Peritrofinė mikorizė

Peritrofinė mikorizė apibūdinama laisva sąjunga tarp šaknų ir kai kurių grybų.

Tai ankstyvoji simbiontų tarpusavio prisiderinimo stadija.

Esant atitinkamoms sąlygoms perauga į ektotrofinę mikorizę.

Mikorizės funkcijos

1.

2.

3.

4.

5.

Augalų atsparumo ligų sukėlėjams padidinimas • dėl toksinų išsiskyrimo grybienos viduje Šaknų paviršinio imlumo padidinimas • dėl didelės siurbiamosios galios Sėkmingas sodmenų prigijimas persodinimo metu Augalų tolerancijos sausrai padidinimas • dėl padidėjusio šaknų paviršinio imlumo Sodmenų prigijimo padidinimas degradavusiose ir sunkiaisiais metalais užterštose dirvose • mikorizės grybai apsaugo augalus nuo intoksikacijos • sumažina neigiamą intoksikacijos įtaką ir padidina augalų toleranciją dirvožemio užterštumui

Mikorizės vystymąsi užtikrinantys veiksniai

Mokslininkai yra nustatę, kad tarp panašios kilmės medžių ir mikorizę formuojančių grybų egzistuoja fiziologinė adaptacija. Mikorizinių grybų įvairovė sąlygoja augalų bioįvairovę. Taigi, siekiant turėti stabilius medynus svarbu išlaikyti medžių rūšių provenencijų genotipinę įvairovę.

Mikorizės vystymuisi svarbus veiksnys yra ir dirvožemio humuso kiekis. Dažniausiai mikorizės aptinkamos humusu praturtintuose dirvožemiuose, čia jų aptinkama net iki 66% daugiau.

Mikorizės vystymąsi įtakoja dirvožemio drėgmė. 60-80% ribinė dirvožemio drėgmė dvigubai padidina vienmečių su mikorize sodinukų skaičių, lyginant su 45% ribine dirvožemio drėgme.

Mikorizės vystymąsi užtikrinantys veiksniai

Svarbus mikorizės vystymosi veiksnys yra CO2 kiekis dirvožemyje. Nustatyta, kad dėl CO2 koncentracijos padidėjimo dirvožemyje 90% mikorizių sutinkama iki pusės metro gylyje. Pasitaikė atvejų, kai 1,9 m gylyje surastų 10% paprastosios pušies šaknų, o 2,6 m gylyje – 70-80% paprastojo buko šaknų buvo su mikorize.

Mikorizės vystymąsi slopinantys veiksniai

Azoto perteklius yra vienas pagrindinių veiksnių, limituojančių mikorizės susidarymą.

!!!

Vakarų ir vidurio Europoje padidėjęs azoto kiekis dirvožemyje yra įvardijamas kaip viena iš galimų miškų džiūvimo priežasčių.

Išsiaiškinta, kad greičiausiai neigiamai mikorizė sureaguoja į karbamidą, antroje vietoje į amonį ir vėliausiai į nitratus.

Taip pat buvo nustatytas ir neigiamas karbamido poveikis mikorizės grybų gausumui. Dėl karbamido poveikio formavosi daugiau ektendomikorizės, sumažėjo ektomikorizių skaičius.

Neigiamai mikorizės formavimąsi veikia ir fungicidai, jie stipriausiai stabdo ektomikorizės vystymąsi.

Mikorizės tyrimų istorija

Arbuskulin ės mikorizės tyrimai yra labai sudėtingi. Kad galima būtų tirti endomikorizę, pastaruosius tris dešimtmečius buvo siekiama gauti tokią simbiozę

in vitro

. Šaknų audinių kultūros tam pasirodė labai veiksmingas būdas.

Šaknų audinių kultūros pirmą kartą buvo gautos 1943 metais White ir bendradarbių. Šie mokslininkai nupjautas šaknis augino ant sintetinės mineralinės terpės, praturtintos vitaminais ir angliavandeniais.

Pionieriniai

in vitro

mikoriz ės darbai buvo atlikti 1975 metais Mosse ir Hepper. Šie mokslininkai pademonstravo, kad endomikorizinio grybo sporos gali būti sėkmingai panaudotos kolonizuoti nupjautas šaknis auginamas ant sintetinės terpės.

Mikorizės tyrimų istorija

Vienas iš svarbiausių Agrobacterium rhizogenes transformuotų augalų šaknų pritaikymų buvo tokių šaknų panaudojimas mikorizės tyrimams. A. rhizogenes transformuoti augalai suformuoja darinius žinomus kaip “plaukuotos šaknys”. Šio tipo transformacija užtikrina stabilų audinių vystymąsi į šaknų audinį. Tokių audinių hormonų balansas padaro juos labai gyvybingus ir gausiai augančius sintetinėse terpėse. Pirmoji “plaukuotų šaknų” kultūra kolonizuota mikorizinių grybų buvo gauta Mugnier ir Mosse 1987metais. 1996 metai St Arnaud ir kt. sukūrė dar vieną efektyvų mikorizės tyrimo būdą – dviejų ar daugelio skyrių sistemas.

Mikorizacija in vitro

Naudojamos terpės: • mažos koncentracijos mineralinė (M) terpė • modifikuota Strullu-Romand (MSR) terpė Naudojamos šaknys: • • nupjautos augalų šaknys

Agrobacterium rhizogenes

transformuotos šaknys Mikoriz ės

in vitro

susidarymas labai priklauso nuo augalo šeimininko šaknų fiziologinės būklės. To pačio kloninio augalo šaknys augintos tapačiomis sąlygomis gali elgtis skirtingai.

Mikorizacija in vitro

Mikorizacijos veiksniai, kurie turi būti pritaikyti kiekvienam individui: • Subkultūros dažnis • Eksplantų selekcija • Petri lėkštelių orientacija inkubacijos metu • Horizontali • Apverstos lėkštelės • Vertikali Yra nustatyta, kad

D. carota

“plaukuotų šaknų” 13 dienų amžiaus kultūra buvo kolonizuojama mikorizinių grybų didesniu dažniu, nei 9 dienų amžiaus kultūra.

Mikorizacija in vitro

Mikorizacijai naudojamos: • Išorinėje šaknų dalyje susiformavusios sporos • Išorinėje šaknų dalyje esančios grybienos gabalėliai Sporos: • Dažniausiai renkamos lauke • Atskiriamos šlapiojo sijojimo būdu • Naudojant binokuliarą (maži kiekiai) • Atskiriamos naudojant gradintinį centrifugavimą (dideli kiekiai) • Surinktos sporos sterilizuojamos • Sterilios sporos naudojamos apkrėsti šaknis ir suformuoti vienarūšines mikorizines kultūras

Mikorizacija in vitro

Mikorizin ės

in vitro

kultūros gali būti gaunamos ir naudojant vazonuose auginamų augalų mikorizuotas šaknis Dažniausiai naudojamos porų šaknys, nes jų šaknyse yra lengva identifikuoti mikorizes ir jos yra lengvai apkrečiamos mikoriziniais grybais Grybinį augimą atnaujinę šaknų gabaliukai yra perkeliami į Petri lėkšteles su aktyviai augančiomis šaknimis ir naudojami joms apkrėsti

Dviejų ir daugelio skyrių sistemos

Metodo esmę sudaro dviejų ar keleto skyrių Petri lėkštelės, kuriose skirtinguose skyriuose pagaminama skirtinga auginimo terpė. Auginimo terpių skirtumai leidžia stebėti įvairių medžiagų absorbciją bei kitokius fiziologinius procesus. Dažnai augalų šaknims tokiose sistemose leidžiama augti tik viename iš skyrių, o kituose auginama mikorizinio grybo grybiena.

Dviejų ir daugelio skyrių sistemos

Dviejų ir daugelio skyrių sistemos

Mikorizinių šaknų audinių kultūros ir dviejų ar daugelio skyrių sistemos yra patys efektyviausi metodai mikorizės tyrimuose.

Naudojantis šių metodų teikiamomis galimybėmis buvo nustatyta daugelis svarbių mikorizės formavimosi veiksnių.

Nustatyta

Naudojantis dviem minėtais metodais buvo nustatytas signalų perdavimo kelias tarp simbiontų ir kaip formuojasi mikorizė

Mikorizės formavimasis

• Sporų dygimas (šiame etape augalas-šeimininkas nėra reikalingas) • Tolesnis mikorizinio grybo augimas ir vystymasis (šiame etape augalas šeimininkas jau reikalingas, tačiau dar nėra fizinio kontakto) Grybo augimas yra skatinamas tam tikromis augalų šaknų išskiriamomis medžiagomis. Kol kas mažai yra žinoma apie šias medžiagas, nustatyta tik tai, kad šios medžiagos nėra flavonoidai

Mikorizės formavimasis

• Apresorijaus formavimasis (šio darinio formavimuisi yra svarbus specifinis topografinis ir/arba biocheminių komponentų esančių šaknies paviršiuje jutimas) • Grybas įsiskverbia į šaknų audinius ir formuoja micelį su arbuskulėmis.

Gali būti kad genetinės programos reguliuoja simbiotinio partnerio kaip nepatogeniško grybo atpažinimą. Šis atpažinimo mechanizmas gali būti susijęs su augalų ginybiniais mechanizmais. Genetinės programos taip pat gali reguliuoti mitybinių medžiagų transportą ir vesti prie spartaus mikobionto vystymosi.

Nustatyta

Mikorizinių šaknų audinių kultūros ir dviejų ar daugelio skyrių sistemos metodais nustatytas grybo metabolizmas

Metabolizmas

• Gliukozė yra pagrindinis augalo suteikiamas anglies šaltinis grybui • Cukrų paėmimas atliekamas išskirtinai augalo šaknies viduje esančių grybienos hifų • Augalo šaknies viduje esanti grybiena sintetina didžiąją dalį grybui reikalingų riebiųjų rūgščių • Organinis bei neorganinis fosforas yra asimiliuojamas grybo ir pernešamas augalui šeimininkui, kuris jį panaudoja • Mikoriziniai grybai turi gebėjimą absorbuoti nitratus ir amonį. Azoto sugėrimas yra susijęs su pH modifikacijomis kas leidžia spėti, jog azoto sugėrimo mechanizmas yra priklausomas nuo H+ jonų kanalo.

Nustatyta

Mikorizinių šaknų audinių kultūros ir dviejų ar daugelio skyrių sistemos metodais taip pat nustatyta:

• Endomikorizinių grybų taksonomija

Mikorizinių grybų taksonomija remiasi beveik vien sporų morfologija, o neturint grynų kultūrų gauti geros kokybės sporas yra labai sudėtinga ar neįmanoma. Izoliuotos aplinkos sporos dažniausiai gaunamos su pažeistomis sienelėmis.

• Micelio vystymasis ir sporuliacijos dinamika

Nustatyta

Nustatyta sąveika tarp rizosferos mikroorganizmų ir mikorizinių grybų.

Mikroorganizmų poveikis mikoriziniams grybams: • Mikroorganizmų išskiriamos lakios medžiagos stimuliuoja mikorizės susidarymą • Išskiriamos medžiagos gali inhibuoti mikorizės susidarymą ir vystymąsi

Mikroorganizmų poveikis mikoriziniams grybams:

• Atskirais atvejais kai kurie mikroorganizmai stimuliuoja mikorizinių grybų sporų brendimą, tačiau stabdo hifų augimą • Mikroorganizmai puola mikorizinius grybus ir sukelia mikosimbionto žūtį

Mikorizinių grybų poveikis rizosferos mikroorganizmams:

• Mikoriziniai grybai stabdo patogeninių organizmų augimą • Skatina kai kurių bakterijų augimą (sinergistinis efektas) • Mikoriziniai grybai mažina nematodų populiacijos tankį

Literatūra

Azcón, R. 1987. Germination and hyphal growth of

Glomus mosseae in vitro

: effects of rhizosphere bacteria and cell-free culture media. Soil Biol. Biochem.

19

: 417 –419.

Azcón, R. 1989. Selective interaction between free-living rhizosphere bacteria and vesicular –arbuscular mycorrhizal fungi. Soil Biol. Biochem.

21

: 639 –644.

Bécard, G., and Piché, Y. 1989

a

. Fungal growth stimulation by CO2 and root exudates in vesicular –arbuscular mycorrhizal symbiosis. Appl. Environ. Microbiol.

55

: 2320 –2325.

Bécard, G., and Piché, Y. 1990. Physiological factors determining vesicular– arbuscular mycorrhizal formation in host and non-host Ri T-DNA transformed roots. Can. J. Bot.

68

: 1260 –1264.

Bécard, G., and Piché, Y. 1992. Establishment of vesicular– arbuscular mycorrhiza in root organ culture: review and proposed methodology.

In

Techniques for the study of mycorrhiza.

Edited by

J. Norris, D. Read, and A. Varma. Academic Press, New York. pp. 89 –108.

Bécard, G., Taylor, L.P., Douds, D.D., Jr, Pfeffer, P.E., and Doner, L.W. 1995. Flavonoids are not necessary plant signal compounds in arbuscular mycorrhizal symbioses. Mol. Plant-Microbe Interact.

8

: 252 –258.

Literatūra

Benhamou, N., Fortin, J.A., Hamel, C., St-Arnaud, M., and Shatilla, A. 1994. Resistance responses of mycorrhizal Ri T-DNA-transformed carrot roots to infection by Fusarium oxysporum f.sp. chrysanthemi. Phytopathology, 84: 958 – 968.

Bianciotto, V., Minerdi, D., Perotto, S., and Bonfante, P. 1996b. Cellular interactions between arbuscular mycorrhizal fungi and rhizosphere bacteria. Protoplasma, 193: 123 –131.

Butcher, D.N., and Street, H.E. 1964. Excised root culture. Bot.Rev. 30: 513 –586.

Dalpé, Y. 2001. In vitro monoxemic culture of arbuscular mycorrhizal fungi: a major tool for taxonomical studies. In Proceedings of the 3rd National Symposium on Mycorrhizal Symbioses. Guanajuato, Mexico, October, 2000. Edited by V. Olalde.

Comite Nacional de Investigacion y enseñanza de la micorriza. In press.

Douds, D.D., Jr., Galvez, L., Bécard, G., and Kapulnik, Y. 1998. Regulation of mycorrhizal development by plant host and AM fungus species in alfalfa. New Phytol. 138: 27 –35.

Elsen, A., Declerck, S., and De Waele, D. 2001. Effects of Glomus intraradices on the reproduction of the burrowing nematode (Radopholus similis) in dixenic culture. Mycorrhiza, 11: 49 –51.

Furlan, V., Bärtschi, H., and Fortin, J.A. 1980. Media for density gradient extraction of endomycorrhizal spores. Trans. Br. Mycol. Soc. 75: 336 –338.

Literatūra

Gemma, J.N., and Koske, R.E. 1988. Pre-infection interactions between roots and the mycorrhizal fungus Gigaspora gigantea: chemotropism of germ tubes and root growth responses. Trans. Br. Mycol. Soc. 91: 123 –132.

Giovannetti, M., Sbrana, C., Avio, L., Citernesi, A.S., and Logi, C. 1993. Differential hyphal morphogenesis in arbuscular mycorrhizal fungi during pre infection stages. New Phytol. 125: 587 –593.

Joner, E.J., Ravnskov, S., and Jakobsen, I. 2000. Arbuscular mycorrhizal phosphate transport under monoxenic conditions using radio-labelled inorganic and organic phosphate. Biotechnol. Lett. 22: 1705 –1708.

Mayo, K., Davis, R., and Motta, J. 1986. Stimulation of germination of spores of Glomus versiforme by spore-associated bacteria. Mycologia, 78: 426 –431.

Nagahashi, G., and Douds, D.D., Jr. 1997. Appressorium formation by AM fungi on isolated cell walls of carrot roots. New Phytol. 136: 299 –304.

Olsson, P.A. 1999. Signature fatty acids provide tools for determination of the distribution and interaction of mycorrhizal fungi in soil. FEMS Microbial Ecol. 29: 303 –310.

Peterson, R.L., and Guinel, F.C. 2000. The use of plant mutants to study regulation of colonization by AM fungi. In Arbuscular mycorrhizas: physiology and function. Edited by Y. Kapulnik and D.D. Douds, Jr. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht.

pp. 147 –171.

Literatūra

Simon, L. 1995. Molecular approach to the identification of mycorrhizal fungi. In Biotechnology of ectomycorrhizae. Edited by V. Stocchi, P. Bonfante, and M. Nuti. Plenum Press, New York. pp. 35 –40.

Smith, S.A., and Read, D. 1997. Mycorrhizal symbiosis. 2nd ed. Academic Press, Inc., San Diego.

Solaiman, M.D., and Saito, M. 1997. Use of sugars by intraradical hyphae of arbuscular mycorrhizal fungi revealed by radiorespirometry. New Phytol. 136: 533 –538.