FASCINUJÍCÍ POHLEDY DO MIKROSVĚTA HUB – 5. DÍL

Arbuskuly, vezikuly a jiné užitečné podivnosti


Obr. 1: Spory arbuskulární mykorhizní houby z rodu Glomus ve spleti mycelia  (ESEM – environmentální skenovací elektronová mikroskopie) – viz také obr. 2


Obr. 2

Obr. 3: Detail mimokořenových hyf arbuskulární mykorhizní houby z rodu Glomus. Při určování AM hub na základě jejich morfologických znaků nás nezajímají pouze velikost či tvar spor, tloušťka hyf a jejich způsob přisedání ke spoře, ale také vnitřní struktura – především počet vrstev stěny a jejich vlastnosti, také způsob klíčení apod. (ESEM – environmentální skenovací elektronová mikroskopie)


Obr. 4: Mycelium AM houby z rodu Glomus; jde o izolát vyznačující se bohatou produkcí kulovitých spor. Na snímku lze rozeznat spory různého stáří – od těch malých světlé barvy, které se teprve začínají vyvíjet, až po spory tmavé, zralé, případně již přestárlé. (světelná mikroskopie: stereomikroskop)


Obr. 5: Mycelium AM houby z rodu Glomus (světelná mikroskopie: přímý mikroskop, barveno trypanovou modří)

V pátém díle našich „Fascinujících pohledů“ se vrátíme k oboustranně prospěšnému soužití specializovaných skupin půdních hub s kořeny rostlin, tedy k mykorhizní symbióze. Tentokrát se zaměříme na její v přírodě vůbec nejrozšířenější a vývojově nejstarší typ, který lze najít u naprosté většiny druhů dnešních cévnatých rostlin, včetně rostlin kulturních. Podle zvláštních „komunikačních“ struktur zvaných arbuskuly (z lat. arbuscula, stromeček), vznikajících bohatým vidličnatým rozvětvením houbových vláken (hyf) v buňkách kořenů hostitele, dostalo toto spojenectví mezi rostlinami a houbami název arbuskulární mykorhizní symbióza.

Houby, které do arbuskulární mykorhizní symbiózy vstupují (arbuskulární mykorhizní houby, zkráceně AM houby), řadíme do oddělení Glomeromycota a patří mezi tzv. obligátní symbionty – nejsou schopné dokončit životní cyklus bez hostitelské rostliny. Arbuskulární mykorhizní symbióza je charakteristická pronikáním hyf jak do mezibuněčných prostor, tak dovnitř buněk (ve vrstvě kořene zvané primární kůra). Pod mikroskopem můžeme v buňkách pozorovat typické hyfové útvary, nabývající u různých AM hub v základním rozlišení dvojí podobu (k tomu existují jejich kombinace). U vzácnějšího typu je kořen kolonizován převážně vnitrobuněčnými hyfami vytvářejícími hyfová klubíčka. Většina zástupců se ale šíří pomocí dlouhých hyf vedoucích mezibuněčným prostorem, z nichž do buněk odbočují krátké hyfy zakončené arbuskulami. Přes ně probíhá mezi oběma organismy (symbionty) intenzivní výměna látek a informací. U některých zástupců nacházíme i další vnitrobuněčné útvary – vezikuly (z lat. vesicula, měchýřek) – zásobní váčky kulovitého nebo nepravidelného tvaru, které vznikají rozšířením hyf a obsahují množství tukových kapének.

Hyfy AM hub jsou nepřehrádkované, každá hyfa tedy představuje jedinou větvenou trubicovitou buňku se spoustou jader v proudící cytoplazmě. Kromě hyf uvnitř kořenů však houba vytváří obrovské množství mimokořenových houbových vláken (extraradikální mycelium), která prorůstají mnohem větší objem půdy než kořenový systém rostliny a mohou z něj tak čerpat potřebné živiny. Za určitých podmínek vznikají na konci hyf spory – rozmnožovací útvary chráněné silnými stěnami a oddělené od mycelia přepážkou, které obsahují zásobní tuk a sacharidy. Spory mohou sloužit k přežívání houby v půdě a také k šíření na nová stanoviště. Klíčící spora vysílá jednu či více klíčních hyf, které při kontaktu s kořenem hostitele vytvoří na jeho povrchu tzv. terček (apresorium), z nějž kořen kolonizují.

Nyní nahlédněme blíže, co je předmětem uvedeného vztahu, že je v přírodě tak úspěšný. Arbuskulární mykorhizní symbióza je ve svém základním stavu příkladem mutualistického soužití, tedy symbiózy přinášející prospěch všem zúčastněným organismům (viz formy symbióz ve 3. díle našeho seriálu; Botanika 2014/2). AM houby získávají životní prostor a hlavně potřebný zdroj organických látek, především ve formě jednoduchých cukrů (glukózy a sacharózy) produkovaných rostlinou při fotosyntéze. Hlavní přínos pro rostlinu spočívá ve zlepšení příjmu minerálních živin, zejména fosforu jako jednoho z nejdůležitějších makroprvků. Houbový symbiont přitom může významně ovlivňovat i příjem vody a dalších prvků, omezovat působení různých stresových faktorů na rostlinu, podporovat ochranu hostitele před některými půdními patogeny atd.

V rámci výzkumu na Oddělení mykorhizních symbióz jsme např. zjišťovali, zda a jakým způsobem AM symbióza pomáhá hostitelským rostlinám překonávat spektrum nepříznivých podmínek, jakým jsou vystaveny na stanovištích s hadcovými půdami. Takové lokality se u nás vyskytují např. ostrůvkovitě ve Slavkovském lese, známá je také hadcová step u Mohelna. Hadcové půdy představují díky specifickým vlastnostem (kombinace nízkého poměru vápníku k hořčíku, zvýšené hladiny těžkých kovů, často i nedostatku živin a špatných vlhkostních poměrů) velmi zajímavé prostředí, v němž jsou schopny žít jen některé rostliny. Jako modelového hostitele jsme zvolili vytrvalou bylinu chrastavec rolní (Knautia arvensis). Podle získaných výsledků měla AM symbióza celkově pozitivní vliv na růst těchto rostlin v hadcové půdě, přičemž její působení se zakládalo především na výše popsané podpoře příjmu fosforu a také na zmírnění účinku nedostatečného zásobení vodou. To se projevilo nejen v lepším růstu, ale také ve fyziologickém stavu rostlin, jak dokládala např. nižší koncentrace aminokyseliny prolinu, jejíž produkce se v reakci na sucho zvyšuje. Relativní účinek AM symbiózy navíc vzrůstal se stoupající mírou stresu, a to až do dosažení určitého hraničního nedostatku vláhy.

Při podobných studiích se neobejdeme bez mikroskopie. Nejvíce se využívá světelná mikroskopie (pro zjištění přítomnosti a intenzity kolonizace kořenů AM houbami apod.), další užitečné informace pak přináší elektronová nebo laserová konfokální mikroskopie (umožňující např. 3D-zobrazování tlustých vzorků). Hyfy, arbuskuly i vezikuly jsou průsvitné a nekontrastní, naopak kořeny bývají neprůhledné a bez zjevných tvarových změn způsobených houbou. Pro dostatečné zviditelnění arbuskulárních mykorhiz ve světelném mikroskopu proto bývá nezbytné barvení vzorků.

Houbové struktury jsou zviditelňovány projasněním kořene (hydroxidem draselným a vodou) a následným selektivním obarvením, nejčastěji trypanovou modří rozpuštěnou v laktoglycerolu (viz obrázky).

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Autoři:
Mgr. Jiří Machač
(Optická laboratoř; jiri.machac@ibot.cas.cz
), Mgr. Pavla Doubková, Ph.D. (Oddělení mykorhizních symbióz; pavla.doubkova@ibot.cas.cz)

• • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •