Ekologická Variabilita Znaků a Arbuskulární Mykorhiza

Arbuskulární mykorhiza je symbiotická interakce cévnatých rostlin a arbuskulárních mykorhizních (AM) hub z podkmene Glomeromycotina. Arbuskulárně mykorhizní (AM) houby jsou globálně rozšířené půdní mikroorganismy, které ovlivňují řadu ekosystémových funkcí.

S rostlinami vytváří úzký symbiotický vztah, kdy hyfová vlákna AM hub pronikají do primární kůry hostitelské rostliny a vytváří vnitrokořenové mycelium. Zde pak mohou formovat bohatě větvené struktury zvané arbuskuly. Jejich prostřednictvím dochází k intenzivní výměně látek, energie a informací mezi oběma symbionty. V buňkách hostitele mohou vytvářet také tzv. vezikuly, které zřejmě plní zásobní funkci.

Kolonizační schopnosti AM hub a znaky jejich mycelia jsou do značné míry ovlivněny biotickými a abiotickými faktory prostředí, jako je druh hostitelské rostliny, přítomnost dalších půdních mikroorganismů, dostupnost fosforu, dusíku a vody či pH půdy.

Hlavním cílem této práce bylo popsat dynamiku rozvoje mycelia vybraných izolátů AM hub, jeho variabilitu v závislosti na hostitelské rostlině a dostupnosti dusíku v kultivačním substrátu. Za tímto účelem byly provedeny dva nádobové skleníkové experimenty zaměřené na dynamiku rozvoje čtyř druhů AM hub, kolonizaci různých druhů hostitelských rostlin a vliv dostupnosti dusíku v kultivačním substrátu jako vybraného půdního faktoru na růst mimokořenového a vnitrokořenového mycelia.

Výzkum a Zjištění

Stále více studií ukazuje na významný vliv půdní mikrobioty, zejména té, která je hostitelsky specifická, na koexistenci rostlin, a tak i diverzitu společenstev. Při posuzování vlivu samotné mikrobioty na koexistenci bylo zjištěno, že závisí na životní fázi, která byla studována: zatímco interagující rostlinné druhy mohly koexistovat, pokud byl studován vliv mikrobioty na biomasu dospělců, odlišné předpovědi byly odvozeny z vlivu mikrobioty na klíčení.

Čtěte také: Co nabízí Ekologická poradna Dr. Landy?

V další studii pak bylo zjištěno, že půdní mikrobiota může výrazně ovlivnit kompetici rostlin o zdroje, a tak i jejich koexistenci. Konkrétně bylo zjištěno, že hostitelsky specifické půdní inokulum může podporovat koexistenci rostlin tím, že zvyšuje rozdíly v ekologických nikách a oslabuje konkurenční převahu.

Zkoumali jsme mezigenerační efekty (MGE) mykorhizní symbiózy u klonálních a sexuálních potomků jahodníku Fragaria vesca v závislosti na dostupnosti fosforu v půdě jak u rodičů tak i potomků. Výsledky studie ukazují, že mykorhiza zlepšuje růst rostlin při nízké dostupnosti fosforu, ale při vysoké může mít neutrální či negativní vliv na rostliny. MGE byly výraznější u sexuálních potomků, zejména v podmínkách, kdy byla mykorhiza pro rodiče a potomka nevýhodná.

Výsledky dvou navazujících studií ukazují, že změny klimatu zásadně ovlivňují vztahy mezi vytrvalou trávou Festuca rubra a půdními mikroorganismy. Společné působení teploty a srážek reguluje začátek vegetační sezony, čímž formuje strukturu rhizosférních i kořenových mikrobiálních sítí, včetně rozkladačů organické hmoty, patogenů i prospěšných mikroorganismů. Současně se ukazuje, že půdní biota je výrazně adaptovaná na své domovské klima a vykazuje silnější negativní vlivy na růst rostlin právě v podmínkách svého původu. Teplejší klima tyto negativní zpětné vazby oslabuje díky zvýšené aktivitě rozkladačů a dostupnosti živin.

Je důležité porozumět mechanismům umožňujících adaptaci klonálních rostlin na rychlé klimatické změny. V současnosti stále chybí studie, která by tuto otázku zkoumala na úrovni přírodních populacích pomocí přesných molekulárních metod. V našem výzkumu na klonálním druhu Fragaria vesca jsme analyzovali genetickou, epigenetickou a transkriptomovou variabilitu u 21 přírodních populací z různých klimatických oblastí a jejich klonálních potomků pěstovaných v kontrolovaných podmínkách.

Zjistili jsme, že epigenetická variabilita, zejména v nekontextových oblastech CG, je částečně spojena s klimatickými podmínkami a je z velké části dědičná napříč klonálními generacemi. Některé epigenetické změny významně ovlivnily genovou expresi spojenou s růstem a reakcemi na stres.

Čtěte také: Postupy likvidace nebezpečného odpadu

Soubor 21 populací Fragaria vesca pocházejících z Itálie, Česka a Norska byl pěstován ve standardizovaném prostředí v experimentální zahradě Botanického ústavu. Jarní růst vytrvalých rostlin je závislý na obnovovacích pupenech. Přestože vytrvalé byliny tvoří velkou část temperátní flory, víme mnohem více o pupenech stromů než o pupenech bylin. Tato studie se snaží pochopit, jakým způsobem jsou pupeny bylin přizpůsobeny ochraně bylin před zimou a zároveň, jak ovlivňují jejich růst na jaře.

Studie zkoumá, jak se se vzrůstající vzdáleností od kořenů rostlin mění vlastnosti půdy a četnost a složení půdních organismů. V kontrolovaném skleníkovém experimentu byly zkoumány dva typy půdy a čtyři druhy rostlin. Výsledky ukázaly, že vzdálenost od kořenů významně ovlivňuje pH půdy, dusík, fosfor a složení půdních společenstev. Zatímco arbuskulárních mykorhizních hub se vzdáleností ubývalo, houbové patogeny nevykazovaly žádný jasný trend. Změny v chemismu půdy ovlivnily bakteriální společenstva a početnost hlístic se přizpůsobila dostupnosti zdrojů potravy.

Půdní mikrobiota hraje klíčovou roli ve stabilitě rostlinných společenstev. Náš výzkum ukázal, že rostlinná společenstva na bývalých zemědělských půdách jsou nestabilní a společenstva půdních mikroorganismů v této půdě jsou úzce propojena. Naopak rostlinná společenstva pěstovaná na půdě z přirozeného trávníku jsou stabilní a půdní mikroorganismy v těchto půdách jsou na sobě nezávislé.

Studium rodičovských efektů u rostlin je zásadní pro pochopení, jak rodičovské prostředí ovlivňuje budoucí generace a tudíž i jejich ekologii a evoluci. Nicméně stále máme jen omezenou představu o tom, jak běžné jsou tyto efekty u rostlin. Abychom otestovali obecnost rodičovských efektů, vystavili jsme rodičovské rostliny řadě 24 různých biotických a abiotických stresů. Potomky těchto rostlin jsme pěstovali v kontrolovaném prostředí, aby bylo možné posoudit dopad expozice rodičovského stresu na jejich fenotypové charakteristiky a fitness.

Většina stresů vedla k významným rodičovským efektům, měnícím fitness potomstva o -35% až +38%. Efekt rodičovského prostředí závisel na genotypu, což ukazuje na důležitost genetických faktorů v tomto jevu. Kombinované stresy spolu interagovali složitým způsobem a neměly tak pouze aditivní efekt. Také existoval rozdíl mezi efekty na rodiče a potomstvo, což zdůrazňuje nepředvídatelnost těchto efektů. Zdá se, že rodičovské environmentální efekty jsou běžné a silné, ale velmi se liší svým dopadem na růst potomků a jsou obtížně předvídatelné.

Čtěte také: Strojírenství a ekologické předpisy

Vlastnosti kořenů včetně kořenových exudátů jsou klíčovým faktorem interakcí rostlin s půdou a hrají důležitou roli ve fungování ekosystémů. Jejich variabilita je však málo známá. Určili jsme relativní význam fylogeneze a ekologie druhů při určování kořenových znaků a zkoumali jsme, zda lze složení kořenového exudátu předpovědět pomocí jiných kořenových znaků.

Měřili jsme různé morfologické a biochemické vlastnosti kořenů 65 druhů rostlin v kontrolovaném systému a identifikoval jsme vlivy fylogeneze a druhové ekologie na vlastnosti. Fylogenetický signál se mezi jednotlivými znaky kořenů značně lišil, přičemž nejsilnější byl signál v obsahu fenolu v rostlinných pletivech. Mezidruhové rozdíly v kořenových znacích byly částečně vysvětleny druhovou ekologií, ale fylogeneze byla ve většině případů důležitější. Druhové složení exudátu bylo možné částečně předpovědět na základě morfologie kořenů, ale velká část variability zůstala nevysvětlena.

Eutrofizace často způsobuje pokles druhové diverzity temperátních trávníků. Vysvětluje se zvýšenou kompetiční asymetrií mezi vítězi (typicky vysoké rostliny z úživných stanovišť) a poraženými eutrofizace (nízké rostliny z neproduktivních míst). V této studii jsem použil rámec moderní teorie koexistence, abych zjistil vliv dodaných živin na změny rozdílů ve fitness a nice kompetitorů. Efekt živin byl studován pro různé kombinace předem identifikovaných vítězů a poražených eutrofizace.

Zjistil jsem, že fertilizace snižuje pravděpodobnost koexistence poražených druhů interagujících s vítězi, ale také s jinými poraženými druhy. Naopak dodání živin podpořilo koexistenci vítězů. Možným vysvětlením je zvýšení rozdílů ve fitness mezi poraženými a vítězi. Mezi vítězi se rozdíly ve fitness po dodání živin nezměnily. Koexistence vítězných druhů byla také podpořena velkými rozdíly v nice, které byly naopak velmi malé mezi poraženými.

Přirozený výběr suchem tlačí rostliny do rozmanitých forem stavby vodivých pletiv, jejichž komplexita byla podmínkou rozšíření rostlin na souši a jejich vyššího vzrůstu. Analýza sítí vodivých buněk žijících, zkamenělých i idealizovaných rostlin ukázala, že je vliv sucha tlačí do tvarů s tím vyšší komplexitou, čím je rostlina větší. Výsledek tak řeší stoletou otázku komplexity cévních svazků a mění interpretaci této klíčové kapitoly evoluce rostlin.

Rostliny se rozmnožují semeny, ale mnoho rostlin se rozmnožuje i klonálně pomocí šlahounů, oddenků nebo kořenů. Jakkoliv je klonalita u rostlin častá, je na okraji badatelské pozornosti; nevíme ani jak se vyvíjela během evoluce, ani co svým nositelům umožňuje. To jsme hledali fylogenetickou analýzou ca. 3000 druhů evropské flóry. Ta ukázala velkou evoluční flexibilitu klonality.

Rostliny se studují snadněji než zvířata, protože se nepohybují, ale (větší) polovina jejich těl je nepřístupná, protože jsou skryty v půdě a nenesou žádné snadno přístupné identifikační znaky. Konkrétně přiřazení kořenů druhům v terénu, což je nezbytná podmínka pro pochopení interakce druhů, je již dlouho záhadou. Přitom toto porozumění je klíčové; kořeny hledají živiny v půdě a reagují na jejich koncentrace, ale naše dosavadní znalosti o tom pocházejí takřka bez výjimky z umělých experimentálních podmínek. Skutečná role kořenových interakcí v terénu je v důsledku toho zcela neznámá.

Tuto překážku jsme překonali pomocí kvantitativní real-time PCR; ta nám umožnila a identifikovat kořeny všech druhů v lučním společenstvu a určit jejich množství. To nám poskytlo obraz kořenových interakcí v terénu.

Kompetice a zpětná vazba mezi rostlinami a půdním prostředím (PSF) negativně ovlivňují performanci jedinců. Tyto mechanismy kontrolující hojnost druhů a tak udržují diversitu společenstev. Dostupnost živin může ovlivňovat sílu těchto mechanismů, avšak odlišně u různých druhů.

Výsledky květináčového experimentu ukázaly, že raně sukcesní rostliny akumulují v půdě více patogenních hub než rostliny střední sukcese.

Tato studie jako první kombinuje 3D rekonstrukci rentgenové mikrotomografie rostlinného stonku s magnetickou rezonancí vodního toku v něm. Zjištěné průtoky jsou oproti teoretickým předpokladům asi o čtvrtinu nižší v nejširších cévách a odpovídajícím způsobem zvýšené v užších cévách. Tento výsledek zpochybňuje dosavadní výklad hydraulického fungování rostlinného stonku a odhaluje nové principy jeho konstrukce, jimiž se řídí jeho evoluce.

Výsledky naznačují, že metylace DNA může modifikovat reakci klonální trávy na vlhkost. Metylace DNA může tedy ovlivnit schopnost klonálních rostlin přizpůsobit se novým klimatickým podmínkám.

tags: #ekologicka #variabilita #znaku #definice

Oblíbené příspěvky:

• Recenze olejů na teak
• Informace o nakládání s odpady v Přibyšicích
• Svoz odpadu Litně
• Raslavice: Kalendář svozu a nakládání s odpady
• Španělská energetika a obnovitelné zdroje