Obr. 2 - Kořen s gelovou vrstvou mucilagu, tedy jakéhosi lepivého slizu (za kořenovou čepičkou), proniká mezi půdní agregáty a je kolonizován podpůrnými mikroorganismy. Mucilag je vylučován rostlinou pro ochranu citlivých, čerstvě vznikajících pokožkových buněk na povrchu tloustnoucí části kořene. Z vrcholové části kořene jsou ale také v podobě nízkomolekulárních sloučenin uvolňovány informace o pronikání kořene konkrétní rostliny, o konci „hladového období“ v půdě. Mucilag představuje totiž mimo jiné stimulační organické hnojení podporující aktivitu podpůrných půdních mikroorganismů, také ale bariéru proti infekci patogenními mikroorganismy.

Obr. 3 - Výměna informací jednak mezi bakteriemi navzájem a také mezi bakteriemi a rostlinou je velmi složitá. Půdní bakterie mají nejreaktivnější části svých buněk, povrchové biomembrány, vystaveny účinkům nepřeberného množství půdních látek. Aby byly úspěšné, musí reagovat okamžitě nebo vůbec. Proto neustále sledují okolí a prostřednictvím vnitrodruhových (světle zabarvených) a mezidruhových (tmavě zabarvených) signálních látek vylučovaných bílkovinnými kanálky a přijímaných příslušnými receptory koordinují své chování. Vzory chování, zda budou dále využívat individuální, úsporné strategie, anebo přejdou na spontánní kolektivní strategie (pevné šipky), nastávají při zjištění změny početnosti buněk. K regulaci chování bakterií dochází také na základě příjmu napodobenin signálních látek, které jsou vylučovány rostlinou (světlá barva signálních látek vylučovaných kořenem vpravo nahoře).

Obr. 4 - Stimulace kolonizujících mikroorganismů kořenovými výměšky (exsudáty) vede automaticky ke zvýšeným nárokům na výživu rychle se množících mikrobních společenstev. Zásoby dostupných živin v okolním půdním roztoku jsou velmi rychle vyčerpány zabudováním do buněk mikroorganismů. Zvyšuje se druhová pestrost, biodiverzita mikroorganismů. Mikroorganismy dlouho nestrádají. Signální kaskády mikroorganismů spouští vylučování vhodných mimobuněčných – extracelulárních enzymů (označené hvězdičkami [ECE]), které jsou schopny uvolnit nedostatkové živiny z alternativních zdrojů, z půdních agregátů. Živiny se zde nacházejí v tmelech nebo povlacích na minerálních částicích půdy. Jsou navázané ve formě částečně rozložených látek, které zůstaly zachovány z předcházejících vegetačních sezon po interakcích mezi rostlinami a půdními organismy a půdou. Před pokračujícím mikrobiálním rozkladem byly dosud chráněny různými mechanismy. V podmínkách nadbytku energetických zdrojů a nedostatku živin se ale situace mění, jsou vytvořeny příznivé podmínky pro další rozklad, pro uvolnění živin v redukovaných nebo oxidovaných minerálních formách (Nred, Nox, Pox, Sox), které jsou horlivě přijímány (kontrolovány) mikroorganismy. Nároky rostlin na živiny nejsou v tomto stadiu ještě vyslyšeny. Kořeny „ovládají“ rhizosféru dodáváním uhlíkatých látek bohatých na energii, mikrobní společenstva „ovládají“ rhizosféru biochemicky produkcí klíčových enzymů pro zpřístupnění živin.

Obr. 5 - Velké množství mikrobiální biomasy láká půdní predátory, v našem případě půdního prvoka, pro kterého jsou buňky bakterií svým prvkovým a látkovým složením velmi blízké a snadno stravitelné. V mikrobní biomase ale konzumenti nedostávají dostatečné množství energeticky bohatých látek, např. sacharidů, což vyvažují zvýšením množství přijímané mikrobiální biomasy. Nadbytečně přijímané živiny, např. dusík a fosfor, vylučují predátoři v exkrementech. Konzumace bakterií paradoxně obnovuje následnou vysokou aktivitu přežívajících mikroorganismů. Není-li amonný dusík odebírán rostlinou či mikroorganismy, je dále transformován nitrifikačními bakteriemi na dusík nitrátový, který se v půdě snadno pohybuje. Malý koloběh dusíku se uzavírá. Za „uhlíkaté investice“ do půdy získává rostlina odpovídající množství cenných živin včetně biologicky aktivních stimulačních látek, rostlinných hormonů (IAA). A ani půda nestrádá, má pro své „děti“ více energie uložené do chemických vazeb, než měla na začátku.

Obr. 6 - Výrazné limitování živinami v okolí kořenů ve srovnání s okolní půdou vede k intenzivnímu soutěžení o živiny mezi kořeny a mikroorganismy. Navzdory této soutěži jsou mikroorganismy a kořeny na sobě závislé a vyvinuly různé formy symbióz. Jednou z nich je infikování rostlinného kořene spolupracující mykorhizní houbou, jejíž houbová vlákna umožňují transport živin ze vzdálenějších míst v půdě (část půdy ovlivněná mykorhizní houbou – na obrázku je vyznačena nalevo od kořene ohraničenou průhlednou zónou). Další výhodou je schopnost houbových vláken pronikat i do menších pórů, do jakých by nepronikly ani ty nejjemnější kořeny. Rostlinám je umožněno přenést přes houbová vlákna vlastní investice atraktivních uhlíkatých látek do podstatně většího objemu půdy. V těchto místech potom dochází ke stejným reakcím mezi kořenem, mikroorganismy a půdou, jaké již známe z nejbližšího okolí kořene (viz obr. 4). Signální kaskády mikroorganismů a mykorhizních hub spouští vylučování extracelulárních enzymů (označené hvězdičkami [ECE]), které jsou schopny uvolnit nedostatkové živiny ze vzdálenějších půdních agregátů. Výsledkem je uvolnění živin v minerálních formách (Nred, Nox, Pox, Sox), které jsou horlivě přijímány houbami a mikroorganismy. Mykorhizní symbióza umožňuje pokrýt až 90 % rostlinných nároků na fosfor a 80 % nároků na dusík. Kromě toho získává rostlina soužitím s houbou také výhodu indukované ochrany před určitými skupinami houbových patogenů. Explozivní nárůst počtu mikroorganismů ale netrvá dlouho, pouze v měřítku hodin až dnů. Rychle narůstající mikrobiální biomasa láká konzumenty mikrobů, zástupce půdní fauny, predátory, zejména z řad půdních prvoků a hlístic, pro které jsou mikrobní buňky s obdobným látkovým složením velmi atraktivním zdrojem výživy. Modelový prvok je znázorněn vpravo nahoře na povrchu kořene, zřetelně je vidět příjem potravy buněčnými ústy, dále bakterie v potravních vakuolách a vylučování buněčnou řití. Vylučované látky jsou bohaté na jednoduché sloučeniny životodárných prvků, dusíku, fosforu, síry apod. Koloběh se uzavírá, takto uvolněné živiny [ME] již rostlinný kořen přijímá.

 

Doporučujeme ke čtení

Městská divočina v zajetí romantismu

Barbora Bakošová, č. 2/2018, s. 2-4

Cestičky evoluce v betonové džungli

Jaroslav Petr, č. 2/2018, s. 5-6, pro předplatitele

Chvála zpustlé zahrádky potřetí

Jan Lacina, č. 2/2018, s. 20

„Nepotřebuji nic vědět, potřebuji něco cítit“ – S Matějem Lipavským rozmlouvá Petr Čermáček

Matěj Lipavský, Petr Čermáček, č. 2/2018, s. 40-41, pro předplatitele

Je hospodaření s půdou udržitelné?

Milan Sáňka, č. 1/2018, s. 2-5, pro předplatitele

Obrazy vonící hlínou

Jan Lacina, č. 1/2018, s. 31-33, pro předplatitele

Několik životů Jana Čeřovského

Jan Plesník, č. 1/2018, s. 42-43

Chvála bláznovství Antonína Bučka

Miroslav Kundrata, č. 1/2018, s. 44-46

Interakce rostlin, mikroorganismů a půdy


Jaroslav Záhora, č. 1/2018, s. 6-9, pro předplatitele
Obr. 1 - Menší půdní částice půdotvorného materiálu, pojmenované podle velikosti jíl, prach a písek, se shlukují do různě velkých hrudek, do půdních agregátů. Jsou spojené organickými či organominerálními tmely. Podle velikosti je lze rozdělit na mikroagregáty (menší než 250 μm) a makroagregáty (větší než 250 μm). Schopnost půdy shlukovat se určuje půdní strukturu. Relativní zastoupení jílu, prachu, písku a skeletu určuje texturu půdy, kterou charakterizujeme půdní druhy; půdy jílovité, hlinité, písčité, příp. kamenité (více než 20 % skeletu). Pro zemědělství jsou nejvhodnější půdy hlinité (středně těžké), ve kterých převažují částice o velikosti 0,01–0,1 mm a které jsou dobře propustné pro vodu i vzduch.
Obr. 1 - Menší půdní částice půdotvorného materiálu, pojmenované podle velikosti jíl, prach a písek, se shlukují do různě velkých hrudek, do půdních agregátů. Jsou spojené organickými či organominerálními tmely. Podle velikosti je lze rozdělit na mikroagregáty (menší než 250 μm) a makroagregáty (větší než 250 μm). Schopnost půdy shlukovat se určuje půdní strukturu. Relativní zastoupení jílu, prachu, písku a skeletu určuje texturu půdy, kterou charakterizujeme půdní druhy; půdy jílovité, hlinité, písčité, příp. kamenité (více než 20 % skeletu). Pro zemědělství jsou nejvhodnější půdy hlinité (středně těžké), ve kterých převažují částice o velikosti 0,01–0,1 mm a které jsou dobře propustné pro vodu i vzduch.
Je nám líto, ale celé znění tohoto článku je dostupné pouze registrovaným předplatitelům.
Pokud máte zájem o přístup do celého archivu časopisu Veronica, podpořte nás a objednejte si předplatné.
csop veronica
facebook
Naším posláním je podpora šetrného vztahu k přírodě, krajině a jejím přírodním i kulturním hodnotám.
ISSN 1213-0699 | ZO ČSOP Veronica | Panská 9, 602 00 Brno | mapa stránek časopisu