Gyökérkapcsolatok

Szimbiózis és környezetvédelem

A növények gyökereihez kapcsolódó mikroszkopikus gombák segítik gazdájukat a tápanyagok és
a víz fölvételében. E kapcsolatot erősítve olyan újabb biológiai lehetőség kerül a kezünkbe, amely
a jövő környezetkímélő mezőgazdasági technológiáinak egyike lehet.

1. ábra. A mikorrhiza-kapcsolatok két fő típusa: a külső (ekto) és a belső (endo) mikorrhiza

Szinte hihetetlen, hogy a zöld növények 80-90 százaléka gombákkal él együtt. A szimbiózisban mindkét fél kölcsönös előnyökhöz jut. A mikorrhiza szó szerint gombás gyökeret jelent: a gomba fonalai, a hifák behálózzák a gazdanövény gyökereit. A gomba segíti a növény víz- és tápanyagfelvételét, míg a növény „kész” szerves anyagokhoz és vitaminokhoz juttatja a gombát.

Külső és belső
A mikorrhiza-kapcsolatoknak két fő típusát ismerjük: a külső (ekto-) és a belső (endo-) mikorrhizát (1. ábra). Az előbbi főleg a fás szárú növények körében terjedt el, az utóbbi inkább a lágyszárúaknál, de néhány fás növény, például az akác, bizonyos gyümölcsfák és a szőlő esetében is előfordul. Vannak fafajok (például az akác), amelyek mindkettővel együtt élnek.

Az ektomikorrhiza gomba sűrű gombafonalakból álló köpenyt hoz létre a gyökerek körül, míg a gyökér kéregrészének sejt közötti járataiban csupán laza hálózatot fejleszt. A kalapos gombák nagy része és az igen értékes szarvasgomba ilyen ektomikorrhiza kapcsolatokat alakít ki. Az endomikorrhiza gombák a gyökerek felületén laza gombafonal-szövedéket képeznek, és a hifák nemcsak a kéregszövet sejt közötti járataiba, hanem a sejtjeibe is behatolnak. A belső mikorrhizát alkotó gombák mikroszkopikus méretűek. Igen fontos szerepük van a természetes növénytársulásokban és termesztett növényeink nagy részének, például a gabonaféléknek, a kukoricának, a pillangósvirágúaknak és a zöldségfélék többségének életében. Alig néhány olyan növénycsaládot ismerünk, amelyben nem vagy csak elvétve találunk szimbiózist. Ilyenek például a keresztesvirágúak és a libatopfélék.

Az arbuszkuláris infekció jellegzetes képződményei E – extracelluláris hifa Ap – apresszorium V – vezikulum A – arbuszkulum

Fácska és hólyagocska
Az endomikorrhizát alkotó gombák fonalai a gyökér sejt közötti járataiban és sejtjeiben különféle képleteket, arbuszkulumokat és vezikulumokat hoznak létre (2. ábra). Az arbuszkulum fácskát jelent, s arra utal, hogy e képletek faágszerűen elágazó képződmények, a növényi sejtek belsejében fejlődnek, de a sejt plazmájába nem hatolnak be. Jelenlegi feltételezések szerint a növény és a gomba közötti anyagcsere az ágacskák felületén megy végbe. A vezikulumokat (hólyagocskákat) szintén a gombafonalak hozzák létre lipidcseppekkel és keményítőszemcsékkel, ezek nagy, hólyagszerű képződmények, s valószínűleg a tápanyagok raktározásában van szerepük.
Arbuszkulumot minden endomikorrhiza gombafaj képez, vezikulumokat azonban két nemzetségük nem képes előállítani, ezért arbuszkuláris mikorrhiza (AM) gombának nevezik őket.
Az arbuszkuláris mikorrhiza gombák kizárólagos szimbionták, azaz csak élő növény gyökerével együtt élve képesek szaporodni. Táptalajon nem maradnak meg, ez nehezíti a velük való kutatómunkát is. Sokmagvú hifáikban nincsenek válaszfalak. Szaporítóképleteik a vegetatív úton keletkező spórák, ezek a gyökerekből a talajba ágazó hifákon képződnek egyesével vagy csoportosan.

	Vezikulumok a zöldborsó gyökerében	A Scutellospora calospora spórája
	Hármas szimbiózisról készült mikroszkópos felvétel	Scutellospora heterogama A fedôlemez nyomása alatt felreped a spóra fala

A felszívófelület
A legidősebb arbuszkuláris mikorrhiza fosszíliák a korai devonból kerültek elő, koruk mintegy 400 millió évre tehető, azaz egyidősek az első szárazföldi növényekkel. Az arbuszkuláris mikorrhiza gombáknak feltehetőleg fontos szerepük volt abban, hogy a növények meghódították a szárazföldet. Az utóbbi négy évtizedben felgyorsultak az Európai Unió ezzel kapcsolatos kiemelt programjának kutatásai. Ezek azért ilyen fontosak, mert a szimbiózis révén a növények több vizet és tápanyagot képesek felvenni a talajból, mint a gombakapcsolat nélkül. A hifák a gyökérszőrökhöz hasonló feladatokat látnak el, akár nyolcvan-százszorosára is növelhetik a gyökér felszívófelületét. En-nek köszönhetően a mikorrhizás növény nagyobb talajtérfogat tápanyagkészletét képes hasznosítani, tehát nagyobbra nő, fejlettebb és ellenállóbb lesz.
A tápanyagok közül leginkább a foszfor felvételét növeli a mikorrhiza, ezt követi a cink, a réz, a nitrogén és a kálium. A mangán a talaj mikroorganizmusai révén redoxi- reakciókon* megy keresztül, s ezeket a folyamatokat a mikorrhizás gyökér befolyásolja. A gyökerekkel összeszövődő gombafonalak, arbuszkulumok és vezikulumok a gyökér megfestésével láthatóvá tehetők, és mikroszkóp segítségével megvizsgálhatók. A pillangós virágú növényeknek van egy gazdasági szempontból nagyon fontos szimbiontája: ez a Rhizobium baktérium, amely gümőket hoz létre a növény gyökerein, és megköti a levegő nitrogénjét. E növényekkel a két szimbionta mikroorganizmus egyszerre is társulhat.
Voltaképpen hármas szimbiózisról van szó, a mikroszkópos felvételen láthatók az együtt élő partnerek: egy pillangós virágú növény, a Rhizobium baktérium és egy arbuszkuláris mikorrhiza gomba. A pillangós virágú növények nagy előnyre tettek szert azzal, hogy gombapartnerük jóvoltából silányabb környezeti feltételek között is fel tudnak venni elegendő foszfort, mikroelemeket és vizet, a nitrogént pedig a baktérium szállítja nekik közvetlenül a levegőből.

A mikorrhiza gombával oltott kukorica (jobbra) magasabbra nô és nagyobb a foszfortartalma, mint a kontroll kukoricáé (balra)

A fertőzés haszna
Az arbuszkuláris mikorrhiza gombák spórái a gyökerekből kinyúló hifákon képződnek, majd újabb gazdanövényt fertőznek meg, vagy áttelelnek, és csak tavasszal lépnek újra működésbe. A gomba meghatározásának alapja a spórák szerkezetének összehasonlítása. A tárgylemez alatt felreped a spóra fala, és szabaddá válik a tartalma.
A mikorrhiza gombával beoltott növények általában fejlettebbek, és több foszfort tartalmaznak, mint az azonos ökológiai körülmények között élő, de szimbionta gombával nem kapcsolódó társaik.
A pillangós virágú növények növekedését a Rhizobium baktériummal alkotott szimbiózis és a mikorrhiza gombás együttélés külön-külön is serkenti, de ha együtt vannak, szinergizmus jön létre. A mikorrhizás szimbiózisban élő növények a környezeti stresszhatásokkal szemben – a növényi „fittség” növekedésének köszönhetően – ellenállóbbak, mint a gombával nem társult növények. Nehézfémekkel szennyezett talajoknál a mikorrhizás növények egészségesebbek és fejlettebbek, mint a gombát nem tartalmazó társaik. Vizsgálataink azt igazolták, hogy a gomba jelenlétében kevesebb nehézfém jut a hajtásrészbe, a gyökerekben pedig viszonylag több halmozódik föl. A mikorrhizás növények jobb stressztűrő képessége a szárazságtűrésben és a sótűrésben is megnyilvánul, s jobban ellenállnak a növényi kórokozóknak is.
Az arbuszkuláris mikorrhiza gombákkal kapcsolatban Magyarországon többféle kutatás folyik. Az egyik cél az, hogy javítsuk termesztett növényeink hozamát. Ide tartoznak azok a vizsgálatok is, amelyeket azzal a céllal végeznek, hogy növeljék a mikroszaporítással előállított gyümölcsfacsemeték túlélési esélyét, és ellenállóbbá tegyék őket. A másik cél az, hogy megoldják a műtrágyák és a növényvédőszerek biológiai úton történő helyettesítését, illetőleg a környezeti károk által érintett területek javításának, a természetes növénytársulások védelmének új módjait. A mikorrhiza gombáknak fontos szerepe lehet a nagy vízgyűjtő rendszerek és a tavak, közöttük a Balaton foszforterhelésének csökkentésében is.

Dr. Vörös Ibolya
(MTA Talajtani és Agrokémiai
Kutató Intézete)