Vliv minerální výživy na růst, přežívání a mykorhizní symbiózu vybraných druhů evropských hlíznatých orchidejí a jitrocele kopinatého

Bc. Romana Sedmíková

Master's thesis

The effect of mineral nutrition on the growth, survival, and mycorrhizal symbiosis of some European tuberous orchids and narrowleaf plantain

Abstract:

Čeleď Orchidaceae je s 25 000 druhy mezi rostlinami největší. Je známa pro svůj symbiotický vztah nazývaný orchideoidní mykorhiza (OM). Mnozí zástupci této čeledi ovšem v současné době vymírají, mimo jiné z důvodu eutrofizace jejich lokalit. Ta může orchideje teoreticky negativně ovlivnit několika způsoby. Může narušovat fyziologické fungování orchidejí toxicitou minerálních živin pokud jsou tyto dostupné ve vysokých koncentracích, může omezovat rozvoj a narušovat fungování OM. Dále může docházet vlivem eutrofizace ke změně mikrobiálních společenstev v půdě a v neposlední řadě mohou být změněny kompetiční vztahy orchidejí k okolní vegetaci. Cílem mého experimentu bylo zjistit, která z výše uvedených možností (s výjimkou kompetičních vztahů, které nebyly do uspořádání pokusu zahrnuty) se při eutrofizaci skutečně uplatňuje. Vliv eutrofizace na druhy Ophrys bombyliflora, O. speculum, O. lutea a Serapias lingua a jejich OM symbiózu byl po dobu tří let simulován zálivkou pěti různě koncentrovanými živnými roztoky. Překvapivě, se zvyšující se koncentrací živin se postupně zvyšovala biomasa orchidejí, byl tedy prokázán nikoli negativní, ale pozitivní efekt eutrofizace. Později ovšem podstatně vzrostla mortalita u rostlin zalévaných nejkoncentrovanějším živným roztokem, avšak rostliny, které přežily, měly v průměru i nadále vysokou biomasu. Izolací hub z kořenů orchidejí byl u čtyř rostlin ze šesti zalévaných nejkoncentrovanějším živným roztokem (22,5 mM N, 4,5 mM P, 18 mM K) zjištěn výskyt patogenních hub rodu Fusarium. Pro ověření míry eutrofizace byl za identických podmínek pěstován jitrocel kopinatý asociovaný s arbuskulární mykorhizní (AM) houbou Funneliformis mosseae. AM symbióza byla u rostlin zalévaných nejkoncentrovanějším živným roztokem výrazně potlačena, zatímco u orchidejí nebyl žádný vliv simulované eutrofizace na kolonizaci kořenů ani denzitu mimokořenového mycelia OM hub zaznamenán. Eutrofizace tedy neomezuje tvorbu OM symbiózy ani přímo nepoškozuje orchideje samotné. Jediným pozorovaným negativním efektem eutrofizace tak byla zvýšená mortalita spjatá pravděpodobně se změnou mikrobiálního společenstva v půdě. Otevřená zůstává i možnost změněné kompetice s rostlinami doprovázející růst orchidejí, která nebyla v mé práci testována.

Abstract:

The family Orchidaceae with 25 thousands species is the largest among plants. It is known for its symbiotic association called orchid mycorrhiza (OM). Many members of this family recently diminish, among other reasons due to the eutrophication of their habitats. The eutrophication may theoretically harm orchids by several ways: mineral nutrients in high concentrations may be toxic for orchids, may restrict development and functioning of OM, may change the microbial community within the soil and, last but not least, may alter competition of orchids with surrounding vegetation. The aim of my experiment was to evaluate these possibilities except the competition, which was not addressed due to experimental setup. The effect of eutrophication on four orchid species, Ophrys bombyliflora, O. speculum, O. lutea, and Serapias lingua was simulated over three-year period by application of five gradually concentrated nutrient solutions. Surprisingly, the higher nutrient concentration, the higher orchid biomass, thus positive instead of negative effect of eutrophication was recorded. However, later a conspicuous increase of mortality was recorded upon most eutrophicated treatment (22.5 mM N, 4.5 mM P, 18 mM K), but the surviving plants were still on average the largest. Isolation of fungi from roots in four of six plants from the most eutrophicated treatment yielded pathogenic fungus Fusarium. In order to assess eutrophication strength plantains (Plantago lanceolata) associated with arbuscular mycorrhizal (AM) fungus Funneliformis mosseae were cultivated upon identical conditions like orchids. Unlike AM, which was substantially depressed upon most concentrated treatment, any effect on OM was observed. I conclude that eutrophication does not affect either development of OM symbiosis nor harm orchids themselves. The only negative effect of eutrophication observed was the higher mortality of orchids associated probably with alteration of microbial community in their rhizosphere. The possible changes of competition with co-occurring vegetation remain still vague.

Keywords

Minerální výživa, Ophrys, Serapias, Plantago lanceolata, Orchideoidní mykorhizní symbióza, Arbuskulární mykorhizní symbióza, Stabilní izotopy, Mineral nutrition, Orchid mycorrhiza, Arbuscular mycorrhiza, Stable isotope

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 9. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 27. 6. 2016
• Supervisor: RNDr. Milan Baláž, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Experimental Biology / Special Biology