Mikoryza: ukryta sieć zapewniająca odżywianie roślin, zdrowie gleby i stabilność plonów

Termin „mikoryza” odnosi się do symbiotycznego związku między korzeniami roślin a wyspecjalizowanymi grzybami glebowymi. Relacja ta stanowi jeden z najważniejszych procesów biologicznych w ekosystemach lądowych i współczesnym rolnictwie, a mimo to pozostaje w dużej mierze niewidoczna pod powierzchnią ziemi. Dzięki sieciom mikoryzowym rośliny uzyskują dostęp do wody i składników odżywczych znajdujących się poza zasięgiem ich korzeni, podczas gdy grzyby otrzymują związki węgla wytworzone w procesie fotosyntezy.

W systemach rolniczych zrozumienie i wspieranie mikoryzy nabiera coraz większego znaczenia, ponieważ rolnicy borykają się z pogarszającym się stanem gleby, nieefektywnym wykorzystaniem składników odżywczych oraz stresem wywołanym zmianami klimatu. Grzyby mikoryzowe poprawiają pobieranie składników odżywczych, zwiększają odporność na suszę oraz przyczyniają się do utrzymania długotrwałej struktury gleby, co czyni je fundamentem zrównoważonej uprawy roślin.

Czym jest mikoryza

Termin „mikoryza” pochodzi od greckich słów „mykes” (grzyb) i „rhiza” (korzeń). Określa on wzajemnie korzystną relację, w ramach której grzyby zasiedlają korzenie roślin i rozprzestrzeniają swoje strzępki w otaczającej glebie.

Mikoryza (liczba mnoga: mikoryzy) to związek symbiotyczny – najczęściej mutualistyczny, choć czasami neutralny lub słabo patogeniczny – między grzybem a korzeniami rośliny. W ramach tego związku grzyb kolonizuje system korzeniowy rośliny żywicielskiej i staje się integralnym elementem interakcji między glebą a rośliną.

Grzyby mikoryzowe zasiedlają korzenie roślin na dwa główne sposoby:

• Kolonizacja wewnątrzkomórkowa, obserwowana w przypadku grzybów mikoryzowych typu arbuskularnego (AMF), gdzie struktury grzybowe tworzą się wewnątrz komórek kory korzeniowej.

• Kolonizacja pozakomórkowa, jak w przypadku grzybów ektomikoryzowych, gdzie strzępki grzybowe tworzą osłonę wokół korzeni i wnikają między komórki, a nie do ich wnętrza.

Mikoryzy stanowią podstawowy element życia i składu chemicznego gleby, wpływając na obieg składników odżywczych, agregację gleby oraz wydajność upraw w niemal wszystkich ekosystemach lądowych.

Dynamika relacji mutualistycznych w związkach mikoryzowych

Mikoryzy tworzą relacje mutualistyczne z korzeniami zdecydowanej większości roślin lądowych. Chociaż szczegółowo zbadano jedynie niewielką część gatunków roślin, dane wskazują, że około 95% rodzin roślinnych to głównie rośliny mikoryzowe.

W ramach tego mutualizmu:

• Roślina dostarcza grzybowi węgiel w postaci węglowodanów.

• Grzyb dostarcza roślinie wodę i składniki mineralne.

Wymiana ta nie ma charakteru biernego. Jest regulowana przez obu partnerów i dynamicznie reaguje na dostępność składników odżywczych, czynniki stresogenne środowiska oraz zapotrzebowanie roślin.

Dostarczanie węgla i wymiana składników mineralnych

W ramach symbiozy mikoryzowej grzyb uzyskuje stosunkowo stały i bezpośredni dostęp do węglowodanów, takich jak glukoza i sacharoza, wytwarzanych w procesie fotosyntezy. Węglowodany te są transportowane z tkanek źródłowych (głównie liści) do korzeni, a następnie przekazywane partnerom grzybowym.

W zamian roślina czerpie korzyści z znacznie większej zdolności grzybni do wchłaniania wody i składników mineralnych. Ta zaleta wynika z dużego stosunku powierzchni do objętości strzępek grzybowych w porównaniu z korzeniami roślin.

Same korzenie roślin mogą nie być w stanie skutecznie pobierać niektórych składników odżywczych – zwłaszcza fosforu, który często występuje w glebie w postaciach słabo mobilnych lub związanych chemicznie, szczególnie w glebach zasadowych lub silnie zwietrzałych. Grzybnia mikoryzowa ma dostęp do tych zasobów fosforu i może je przekazywać roślinie, co znacznie poprawia pobieranie składników odżywczych.

Mechanizmy zwiększonego wchłaniania składników odżywczych

Mechanizmy, dzięki którym mikoryza poprawia przyswajanie składników odżywczych, mają charakter zarówno fizyczny, jak i chemiczny.

Mechanizmy fizyczne

Strzępki mikoryzowe mają znacznie mniejszą średnicę niż nawet najcieńsze korzenie roślin. Dzięki temu mogą:

• Odkryj mikroporowatość gleby niedostępną dla korzeni

• Rozciągać się na odległość od kilku centymetrów do kilku metrów poza strefę wyczerpania korzeni

• Wielokrotnie zwiększyć efektywną powierzchnię strefy korzeniowej

Mechanizmy chemiczne

Błony komórkowe grzybów różnią się zasadniczo od błon roślinnych. Grzyby mikoryzowe mogą wydzielać kwasy organiczne i enzymy, które:

• Uwolnienie związanych składników odżywczych

• Wypłukiwanie jonów z cząstek gleby

• Zwiększenie rozpuszczalności składników odżywczych w ryzosferze

Dzięki tym mechanizmom mikoryza jest szczególnie korzystna w glebach ubogich w składniki odżywcze, zbitych lub trudnych pod względem chemicznym.

Odporność na choroby i tolerancja na stres

Rośliny, w których żyją grzyby mikoryzowe, są często bardziej odporne na:

• Patogeny glebowe

• Stres spowodowany suszą

• Zasolenie

• Zatrucie metalami ciężkimi

Korzyści te wynikają z wielu wzajemnie oddziałujących na siebie czynników, w tym z lepszego pobierania wody i składników mineralnych, zmienionych wzorców wydzielania substancji przez korzenie, fizycznego zajmowania miejsc infekcji oraz wzmożonej aktywacji szlaków obronnych rośliny.

Rola w rekultywacji gleb jałowych i zdegradowanych

Rośliny uprawiane na glebach sterylnych lub sztucznych podłożach często osiągają słabe wyniki, o ile nie wprowadzi się do nich grzybów mikoryzowych. Bez kolonizacji grzybowej pobieranie składników odżywczych – zwłaszcza fosforu i mikroelementów – jest często znacznie ograniczone.

W środowiskach wczesnej sukcesji oraz na terenach zdegradowanych brak grzybów mikoryzowych może znacznie spowolnić osiedlanie się i wzrost roślin. Mikoryza odgrywa kluczową rolę w rekultywacji gleby, ułatwiając osiedlanie się roślinności i uruchamiając procesy obiegu składników odżywczych.

Główne zalety i znaczenie agronomiczne mikoryzy

Mikoryzy są powszechnie uznawane za jeden z najskuteczniejszych systemów biologicznych występujących w naturze, który pozwala zwiększyć wydajność przy jednoczesnym zachowaniu zrównoważonego rozwoju. W ciągu dziesięcioleci badań ich zalety były konsekwentnie dokumentowane w odniesieniu do różnych upraw i ekosystemów.

Do głównych zalet należą:

• Rozszerzenie obszarów pobierania składników odżywczych znacznie poza obszar systemu korzeniowego

• Zwiększone pobieranie fosforu oraz trudno przyswajalnych mikroelementów, takich jak cynk, miedź, żelazo, molibden, kobalt i magnez

• Zwiększona intensywność fotosyntezy i produkcja biomasy

• Zwiększona odporność na suszę, zasolenie, upały i stres wywołany obecnością metali ciężkich

• Zwiększona odporność na patogeny przenoszone przez glebę i korzenie

• Lepsza agregacja gleby i stabilność strukturalna

• Wkład w długoterminową żyzność gleby i rekultywację gruntów

Grzyby mikoryzowe charakteryzują się również wyjątkową odpornością. Tworzą one struktury spoczynkowe, takie jak zarodniki, które pozwalają im przetrwać niekorzystne warunki środowiskowe i wznowić aktywność, gdy warunki ulegną poprawie.

Zakres ekologiczny i zdolność adaptacyjna

Mikoryzy charakteryzują się niezwykłą zdolnością adaptacji ekologicznej. Występują w środowiskach tak różnorodnych, jak pustynie i lasy tropikalne, a także w umiarkowanych systemach rolniczych i ekosystemach arktycznych. Pojedynczy gatunek mikoryzy może wchodzić w symbiozę z szeroką gamą roślin-żywicieli, przyczyniając się do stabilności i produktywności ekosystemów w najróżniejszych warunkach.

Mikoryza a zrównoważone rolnictwo

Mikoryzy są jedynym systemem grzybowym powszechnie uznawanym za biopłodnik ze względu na ich stałą i bezpośrednią rolę w pobieraniu składników odżywczych. Poprawiając efektywność wykorzystania składników odżywczych, mikoryzy mogą zmniejszyć zależność od nawozów chemicznych – niekiedy nawet w znacznym stopniu – przy jednoczesnym utrzymaniu lub poprawie plonów.

Przyczyniają się one również do ochrony gleby poprzez stabilizację agregatów glebowych, ograniczenie erozji oraz przywrócenie żyzności terenów zdegradowanych.

Wnioski

Mikoryza nie jest jedynie dodatkowym elementem wzrostu roślin – stanowi podstawowy system biologiczny, który ma zasadnicze znaczenie dla pobierania składników odżywczych, struktury gleby, odporności roślin oraz stabilności ekosystemu. Rozszerzając funkcjonalny system korzeniowy i włączając rośliny w złożone sieci glebowe, mikoryza umożliwia zrównoważoną produktywność zarówno w systemach naturalnych, jak i rolniczych.

Wspieranie funkcji mikoryzowej nie jest zatem kwestią wyboru, jeśli chodzi o długoterminowe zdrowie gleby i odporność upraw – jest to po prostu niezbędne.

Bibliografia i źródła

Smith, S. E. i Read, D. J. (2008). Symbioza mikoryzowa (wydanie trzecie). Academic Press.
https://www.sciencedirect.com/book/9780123705266/mycorrhizal-symbiosis

Brundrett, M. C. i Tedersoo, L. (2018). Historia ewolucyjna symbiozy mikoryzowej a globalna różnorodność roślin żywicielskich. „New Phytologist”, 220(4), 1108–1115.
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.14976

van der Heijden, M. G. A., Martin, F. M., Selosse, M. A. i Sanders, I. R. (2015). Ekologia i ewolucja mikoryz. „New Phytologist”, 205(4), 1406–1423.
https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/nph.13288

Organizacja Narodów Zjednoczonych ds. Wyżywienia i Rolnictwa (FAO). Różnorodność biologiczna gleby i usługi ekosystemowe.
https://www.fao.org/soils-portal/soil-biodiversity/en/

Źródło zdjęć i prawa autorskie: Premier Tech, https://www.pthorticulture.com/en-us/training-center/mycorrhizae-and-plants-make-great-allies oraz Wikimedia Commons.

Mykoriza w Wikipedii:https://en.wikipedia.org/wiki/Mycorrhiza