Mikorize

1
Mikorize
Mikorize abipusiškai naudinga augalu šaknu
simbioze su grybais
Augalai iš grybu gauna

• Tirpius azoto junginius
• Fiziologiškai aktyvias medžiagas

Grybai iš augalu gauna

• Angliavandenius
• Vitaminus

2
Mikorize skirstoma

• Ektotrofine (išorine)

• Endotrofine (vidine)

• Ektendotrofine (ekto- ir endotrofines mikoriziu
  saveika)

• Pseudomikorize

• Peritrofine mikorize

3
Ektomikorize
Ektomikorize labai svarbi miškininkysteje, nes
yra optimali medžiu mikorizes simbiozes forma
Mažai išplitusi, sutinkama 10 augalu rušiu
Ektomikorize sudaro 5000-6000 grybu rušiu su 2000
sumedejusiu augalu rušiu
Grybai sudarantys ektomikorize priklauso

• Basidiomycetes

• Ascomycetes

• Zygomycetes (Endogone sp.)

4
Ektomikorize
Labiausiai paplitusi paprastosios pušies šaknyse.
5
Ektomikorize
Paprastojo ažuolo ektomikorizes skersinis pjuvis
(250)
6
Endomikorize
Seniausias mikorizes tipas, siekiantis 450
milijonu metu.
Endomikorize (arbuskuline) yra labiausiai
išplitusi mikorizes forma. Ja sudaro 80 augalu
rušiu.
Dažniausiai endomikorize sudarantys grybai
priklauso

• Zygomycetes

• Ascomycetes

7
Endomikorize
Šis mikorizes tipas budingas

• Tuopoms
• Karklams
• Uosiams

Tiek ekto-, tiek endomikorize sudaro

• Klevai
• Alksniai
• Kadagiai
• Liepos
• Guobos

8
Endomikorize
9
Endomikorize
Endomikorizes skersinis pjuvis (schematinis
brežinys)
10
Ektendomikorize
Tai ektomikorizes variacija.
Ektendomikorizes dažnai vadinamos E-tipo
mikorizemis
Labiausiai paplitusi

• Miško daigynuose
• Dirvose su aukšta azoto koncentracija ir
  padidejusiu pH

Budinga paprastajai pušiai
Ektendo mikorize sudarancios grybu rušys
priklauso Ascomycetes klasei
11
Ektendomikorize
Paprastosios pušies ektendomikorizes skersinis
pjuvis (250)
12
Pseudomikorize
Šio mikorizes tipo morfologiniai ir anatominiai
ypatumai neatitinka iprastu mikorizes požymiu.
Ivairus netipiški šaknu dariniai yra salygoti
parazitiniu, o ne simbiotiniu grybu.
Labiausiai paplites pseudomikorizinis grybas -
Mycelium radicis atrovirens
13
Peritrofine mikorize
Peritrofine mikorize apibudinama laisva sajunga
tarp šaknu ir kai kuriu grybu.
Tai ankstyvoji simbiontu tarpusavio prisiderinimo
stadija.
Esant atitinkamoms salygoms perauga i ektotrofine
mikorize.
14
Mikorizes funkcijos

• Augalu atsparumo ligu sukelejams padidinimas
• del toksinu išsiskyrimo grybienos viduje
• Šaknu paviršinio imlumo padidinimas
• del dideles siurbiamosios galios
• Sekmingas sodmenu prigijimas persodinimo metu
• Augalu tolerancijos sausrai padidinimas
• del padidejusio šaknu paviršinio imlumo
• Sodmenu prigijimo padidinimas degradavusiose ir
  sunkiaisiais metalais užterštose dirvose
• mikorizes grybai apsaugo augalus nuo
  intoksikacijos
• sumažina neigiama intoksikacijos itaka ir
  padidina augalu tolerancija dirvožemio užterštumui

15
Mikorizes vystymasi užtikrinantys veiksniai
Mokslininkai yra nustate, kad tarp panašios
kilmes medžiu ir mikorize formuojanciu grybu
egzistuoja fiziologine adaptacija. Mikoriziniu
grybu ivairove salygoja augalu bioivairove.
Taigi, siekiant tureti stabilius medynus svarbu
išlaikyti medžiu rušiu provenenciju genotipine
ivairove.
Mikorizes vystymuisi svarbus veiksnys yra ir
dirvožemio humuso kiekis. Dažniausiai mikorizes
aptinkamos humusu praturtintuose dirvožemiuose,
cia ju aptinkama net iki 66 daugiau.
Mikorizes vystymasi itakoja dirvožemio dregme.
60-80 ribine dirvožemio dregme dvigubai padidina
vienmeciu su mikorize sodinuku skaiciu, lyginant
su 45 ribine dirvožemio dregme.
16
Mikorizes vystymasi užtikrinantys veiksniai
Svarbus mikorizes vystymosi veiksnys yra CO2
kiekis dirvožemyje. Nustatyta, kad del CO2
koncentracijos padidejimo dirvožemyje 90
mikoriziu sutinkama iki puses metro gylyje.
Pasitaike atveju, kai 1,9 m gylyje surastu 10
paprastosios pušies šaknu, o 2,6 m gylyje
70-80 paprastojo buko šaknu buvo su mikorize.
17
Mikorizes vystymasi slopinantys veiksniai
Azoto perteklius yra vienas pagrindiniu veiksniu,
limituojanciu mikorizes susidaryma.
!!! Vakaru ir vidurio Europoje padidejes azoto
kiekis dirvožemyje yra ivardijamas kaip viena iš
galimu mišku džiuvimo priežasciu.
Išsiaiškinta, kad greiciausiai neigiamai mikorize
sureaguoja i karbamida, antroje vietoje i amoni
ir veliausiai i nitratus. Taip pat buvo
nustatytas ir neigiamas karbamido poveikis
mikorizes grybu gausumui. Del karbamido poveikio
formavosi daugiau ektendomikorizes, sumažejo
ektomikoriziu skaicius.
Neigiamai mikorizes formavimasi veikia ir
fungicidai, jie stipriausiai stabdo ektomikorizes
vystymasi.
18
Mikorizes tyrimu istorija
Arbuskulines mikorizes tyrimai yra labai
sudetingi. Kad galima butu tirti endomikorize,
pastaruosius tris dešimtmecius buvo siekiama
gauti tokia simbioze in vitro. Šaknu audiniu
kulturos tam pasirode labai veiksmingas budas.
Šaknu audiniu kulturos pirma karta buvo gautos
1943 metais White ir bendradarbiu. Šie
mokslininkai nupjautas šaknis augino ant
sintetines mineralines terpes, praturtintos
vitaminais ir angliavandeniais.
Pionieriniai in vitro mikorizes darbai buvo
atlikti 1975 metais Mosse ir Hepper. Šie
mokslininkai pademonstravo, kad endomikorizinio
grybo sporos gali buti sekmingai panaudotos
kolonizuoti nupjautas šaknis auginamas ant
sintetines terpes.
19
Mikorizes tyrimu istorija
Vienas iš svarbiausiu Agrobacterium rhizogenes
transformuotu augalu šaknu pritaikymu buvo tokiu
šaknu panaudojimas mikorizes tyrimams. A.
rhizogenes transformuoti augalai suformuoja
darinius žinomus kaip plaukuotos šaknys. Šio
tipo transformacija užtikrina stabilu audiniu
vystymasi i šaknu audini. Tokiu audiniu hormonu
balansas padaro juos labai gyvybingus ir gausiai
augancius sintetinese terpese.
Pirmoji plaukuotu šaknu kultura kolonizuota
mikoriziniu grybu buvo gauta Mugnier ir Mosse
1987metais.
1996 metai St-Arnaud ir kt. sukure dar viena
efektyvu mikorizes tyrimo buda dvieju ar
daugelio skyriu sistemas.
20
Mikorizacija in vitro
Naudojamos terpes

• mažos koncentracijos mineraline (M) terpe
• modifikuota Strullu-Romand (MSR) terpe

Naudojamos šaknys

• nupjautos augalu šaknys
• Agrobacterium rhizogenes transformuotos šaknys

Mikorizes in vitro susidarymas labai priklauso
nuo augalo-šeimininko šaknu fiziologines bukles.
To pacio kloninio augalo šaknys augintos
tapaciomis salygomis gali elgtis skirtingai.
21
Mikorizacija in vitro
Mikorizacijos veiksniai, kurie turi buti
pritaikyti kiekvienam individui

• Subkulturos dažnis
• Eksplantu selekcija
• Petri lekšteliu orientacija inkubacijos metu
• Horizontali
• Apverstos lekšteles
• Vertikali

Yra nustatyta, kad D. carota plaukuotu šaknu 13
dienu amžiaus kultura buvo kolonizuojama
mikoriziniu grybu didesniu dažniu, nei 9 dienu
amžiaus kultura.
22
Mikorizacija in vitro
Mikorizacijai naudojamos

• Išorineje šaknu dalyje susiformavusios sporos
• Išorineje šaknu dalyje esancios grybienos
  gabaleliai

Sporos

• Dažniausiai renkamos lauke
• Atskiriamos šlapiojo sijojimo budu
• Naudojant binokuliara (maži kiekiai)
• Atskiriamos naudojant gradintini centrifugavima
  (dideli kiekiai)
• Surinktos sporos sterilizuojamos
• Sterilios sporos naudojamos apkresti šaknis ir
  suformuoti vienarušines mikorizines kulturas

23
Mikorizacija in vitro
Mikorizines in vitro kulturos gali buti gaunamos
ir naudojant vazonuose auginamu augalu
mikorizuotas šaknis
Dažniausiai naudojamos poru šaknys, nes ju
šaknyse yra lengva identifikuoti mikorizes ir jos
yra lengvai apkreciamos mikoriziniais grybais
Grybini augima atnaujine šaknu gabaliukai yra
perkeliami i Petri lekšteles su aktyviai
auganciomis šaknimis ir naudojami joms apkresti
24
Dvieju ir daugelio skyriu sistemos
Metodo esme sudaro dvieju ar keleto skyriu Petri
lekšteles, kuriose skirtinguose skyriuose
pagaminama skirtinga auginimo terpe. Auginimo
terpiu skirtumai leidžia stebeti ivairiu medžiagu
absorbcija bei kitokius fiziologinius procesus.
Dažnai augalu šaknims tokiose sistemose leidžiama
augti tik viename iš skyriu, o kituose auginama
mikorizinio grybo grybiena.
25
Dvieju ir daugelio skyriu sistemos
26
Dvieju ir daugelio skyriu sistemos
27
Mikoriziniu šaknu audiniu kulturos ir dvieju ar
daugelio skyriu sistemos yra patys efektyviausi
metodai mikorizes tyrimuose. Naudojantis šiu
metodu teikiamomis galimybemis buvo nustatyta
daugelis svarbiu mikorizes formavimosi veiksniu.
Nustatyta
Naudojantis dviem minetais metodais buvo
nustatytas signalu perdavimo kelias tarp
simbiontu ir kaip formuojasi mikorize
28
Mikorizes formavimasis

• Sporu dygimas (šiame etape augalas-šeimininkas
  nera reikalingas)

• Tolesnis mikorizinio grybo augimas ir vystymasis
  (šiame etape augalas-šeimininkas jau reikalingas,
  taciau dar nera fizinio kontakto)

Grybo augimas yra skatinamas tam tikromis augalu
šaknu išskiriamomis medžiagomis. Kol kas mažai
yra žinoma apie šias medžiagas, nustatyta tik
tai, kad šios medžiagos nera flavonoidai
29
Mikorizes formavimasis

• Apresorijaus formavimasis (šio darinio
  formavimuisi yra svarbus specifinis topografinis
  ir/arba biocheminiu komponentu esanciu šaknies
  paviršiuje jutimas)

• Grybas isiskverbia i šaknu audinius ir formuoja
  miceli su arbuskulemis.

Gali buti kad genetines programos reguliuoja
simbiotinio partnerio kaip nepatogeniško grybo
atpažinima. Šis atpažinimo mechanizmas gali buti
susijes su augalu ginybiniais mechanizmais.
Genetines programos taip pat gali reguliuoti
mitybiniu medžiagu transporta ir vesti prie
spartaus mikobionto vystymosi.
30
Nustatyta
Mikoriziniu šaknu audiniu kulturos ir dvieju ar
daugelio skyriu sistemos metodais nustatytas
grybo metabolizmas
Metabolizmas

• Gliukoze yra pagrindinis augalo suteikiamas
  anglies šaltinis grybui
• Cukru paemimas atliekamas išskirtinai augalo
  šaknies viduje esanciu grybienos hifu
• Augalo šaknies viduje esanti grybiena sintetina
  didžiaja dali grybui reikalingu riebiuju rugšciu

• Organinis bei neorganinis fosforas yra
  asimiliuojamas grybo ir pernešamas augalui
  šeimininkui, kuris ji panaudoja

• Mikoriziniai grybai turi gebejima absorbuoti
  nitratus ir amoni. Azoto sugerimas yra susijes su
  pH modifikacijomis kas leidžia speti, jog azoto
  sugerimo mechanizmas yra priklausomas nuo H jonu
  kanalo.

31
Nustatyta
Mikoriziniu šaknu audiniu kulturos ir dvieju ar
daugelio skyriu sistemos metodais taip pat
nustatyta

• Endomikoriziniu grybu taksonomija

Mikoriziniu grybu taksonomija remiasi beveik vien
sporu morfologija, o neturint grynu kulturu gauti
geros kokybes sporas yra labai sudetinga ar
neimanoma. Izoliuotos aplinkos sporos dažniausiai
gaunamos su pažeistomis sienelemis.

• Micelio vystymasis ir sporuliacijos dinamika

32
Nustatyta
Nustatyta saveika tarp rizosferos mikroorganizmu
ir mikoriziniu grybu.
Mikroorganizmu poveikis mikoriziniams grybams

• Mikroorganizmu išskiriamos lakios medžiagos
  stimuliuoja mikorizes susidaryma
• Išskiriamos medžiagos gali inhibuoti mikorizes
  susidaryma ir vystymasi

33
Mikroorganizmu poveikis mikoriziniams grybams

• Atskirais atvejais kai kurie mikroorganizmai
  stimuliuoja mikoriziniu grybu sporu brendima,
  taciau stabdo hifu augima
• Mikroorganizmai puola mikorizinius grybus ir
  sukelia mikosimbionto žuti

Mikoriziniu grybu poveikis rizosferos
mikroorganizmams

• Mikoriziniai grybai stabdo patogeniniu organizmu
  augima
• Skatina kai kuriu bakteriju augima
  (sinergistinis efektas)
• Mikoriziniai grybai mažina nematodu populiacijos
  tanki

34
Literatura
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 417419. Azcón, R. 1989. Selective
interaction between free-living rhizosphere
bacteria and vesiculararbuscular mycorrhizal
fungi. Soil Biol. Biochem. 21 639644. Bécard,
G., and Piché, Y. 1989a. Fungal growth
stimulation by CO2 and root exudates in
vesiculararbuscular mycorrhizal symbiosis. Appl.
Environ. Microbiol. 55 23202325. Bécard, G.,
and Piché, Y. 1990. Physiological factors
determining vesiculararbuscular mycorrhizal
formation in host and non-host Ri T-DNA
transformed roots. Can. J. Bot. 68
12601264. 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.
89108. 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 252258.
35
Literatura
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
958968. Bianciotto, V., Minerdi, D., Perotto,
S., and Bonfante, P. 1996b. Cellular interactions
between arbuscular mycorrhizal fungi and
rhizosphere bacteria. Protoplasma, 193
123131. Butcher, D.N., and Street, H.E. 1964.
Excised root culture. Bot.Rev. 30
513586. 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 2735. 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 4951. Furlan,
V., Bärtschi, H., and Fortin, J.A. 1980. Media
for density gradient extraction of
endomycorrhizal spores. Trans. Br. Mycol. Soc.
75 336338.
36
Literatura
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 123132. 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 587593. 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 17051708. Mayo,
K., Davis, R., and Motta, J. 1986. Stimulation of
germination of spores of Glomus versiforme by
spore-associated bacteria. Mycologia, 78
426431. Nagahashi, G., and Douds, D.D., Jr.
1997. Appressorium formation by AM fungi on
isolated cell walls of carrot roots. New Phytol.
136 299304. 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
303310. 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. 147171.
37
Literatura
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. 3540. 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 533538.