Aktuální číslo:

2017/12

Téma měsíce:

Kontakty

Houby v zimním lese

Kdo spí a kdo žije pod sněhovou peřinou?
 |  5. 4. 2012
 |  Vesmír 91, 216, 2012/4

Při vstupu do lesa často zvedáme zrak ke korunám stromů. Ale nejen tam. Zástupy houbařů obracejí oči spíše k zemi, a když mají štěstí, vytahují po chvíli z půdy první úlovky. Málokoho při tom napadne, jak neuvěřitelně pestrý a rozmanitý svět se v půdě ukrývá – je to svět bakterií a hub, o nichž jsme donedávna mnoho nevěděli. V jediném gramu půdy se vyskytuje až několik desítek tisíc druhů bakterií a několik set až tisíců druhů hub. Ty sehrávají v půdě velmi důležitou roli. Podílejí se například na rozkladu organické hmoty, která se do půdy dostává mnoha cestami a která by se bez jejich přičinění hromadila a zůstala pro rostliny a živočichy z velké části nevyužita.

Stromy a další rostliny v lese vytvářejí organické sloučeniny při fotosyntéze a do půdy je transportují svými kořeny. Vedle toho přichází značné množství organické hmoty do lesních půd i z odumřelých částí rostlin ve formě tzv. opadu – tedy například opadaného listí a jehličí. Lesní půdy proto představují celosvětově obrovskou zásobárnu uhlíku, jež poskytuje obživu půdním mikroorganismům. Zvláště zdatné jsou v čerpání organických látek z půdy houby. Předurčuje je k tomu vláknitá struktura, díky které dosáhnou i na velmi nerovnoměrně rozmístěné zdroje živin.

Aktivita půdních mikroorganismů významně rozhoduje o tom, zda se organická hmota v lesních půdách hromadí nebo rozkládá za vzniku oxidu uhličitého, metanu a dalších plynů, jež pak unikají z půdy do ovzduší. Vzhledem k tomu, že jak oxid uhličitý, tak i metan patří k důležitým skleníkovým plynům, je otázka aktivity půdních mikroorganismů velmi závažná s ohledem na důsledky předpokládaných budoucích změn klimatu. Při nízké úrovni rozkladu organické hmoty se bude uhlík v půdě akumulovat a lesní půdy tak zmírní nárůst koncentrace skleníkových plynů v atmosféře. Pokud nabude aktivita půdních enzymů na intenzitě, uvolní se CO2, metan a další skleníkové plyny z půdy se všemi negativními důsledky. Abychom poznali, co nás čeká, nastanou- -li předpokládané změny globálního klimatu, potřebujeme vědět, jak na ně půdní houby a bakterie zareagují. To je důvod, proč je nutné půdní mikroorganismy poznat a zjistit, které z nich jsou pro přeměnu organických látek v půdě rozhodující.

Výzkum, který probíhal v Mikrobiologickém ústavu Akademie věd ČR, se soustředil na půdy horských smrčin. Tyto porosty jsou velmi blízké severským jehličnatým lesům (tajze), které pokrývají rozsáhlé oblasti a mají na pozemské klima dalekosáhlý vliv.

Každý, kdo chce postihnout aktivitu půdních mikroorganismů, se musí vypořádat s několika problémy. Prvním je inventarizace mikroorganismů, které se v půdě nacházejí. Druhým je odlišení těch aktivních od neaktivních, tedy těch, které v půdě například jen přežívají ve formě spór a půdních procesů se neúčastní. Další významný faktor představuje střídání ročních dob. V létě stromy fotosyntetizují, produkty jejich fotosyntézy jsou vedeny do kořenů a jsou vylučovány do půdy (obr. 1). Mikroorganismy v půdě – zejména mykorhizní houby, žijící v symbióze s kořeny – tak mají zajištěn stálý přísun organických látek. Odhaduje se, že v jehličnatých lesích je půdními mikroorganismy spotřebováno více než 20 % fotosyntetické produkce stromů. Za nízkých zimních teplot však fotosyntéza neprobíhá a tok uhlíkatých látek do půdy se zastaví. Jediným zdrojem pro metabolismus půdních mikroorganismů tak zůstává rozklad organických látek v opadu a půdě. Přesto mnohé mikroorganismy ani v teplotách těsně nad bodem mrazu, jaké pod sněhovou pokrývkou panují, nepolevují ve své aktivitě.

Druhové spektrum půdních mikroorganismů je možné stanovit analýzami DNA, zatímco aktivní mikroorganismy lze poznat při sekvenaci ribonukleové kyseliny – RNA (viz rámeček). Abychom zjistili, které skupiny hub jsou aktivní v zimním období s převažujícím rozkladem organické hmoty, porovnávali jsme sekvence DNA a RNA v půdách pod čerstvou sněhovou pokrývkou. Analyzovali jsme jednak vrstvu opadu bohatou na živiny a organické látky, jednak půdu, kde je vyšší obsah minerálů a méně dostupných živin (obr. 2). Při analýze bylo celkem „přečteno“ více než 400 000 sekvencí DNA či RNA. Naše výsledky ukázaly, že v půdách horských smrčin lze identifikovat více než 1500 druhů hub. Kupodivu druhové bohatství aktivních hub není o mnoho nižší než celková diverzita všech druhů, což svědčí o tom, že většina druhů je metabolicky aktivních. Míra této aktivity se však výrazně liší: řada druhů s vysokou početností je v zimním období velmi málo aktivní a naopak mnoho druhů, jejichž genetická informace je vzácná, je vysoce aktivní. Pokud rozdělíme druhy do skupin podle typu výživy (obr. 3), zjistíme, že v horských smrčinách převládají houby symbiotické s kořeny smrku a dalších rostlin – mykorhizní. V zimním období, kdy se mykorhizní houby musí vyrovnat s výpadkem zdrojů živin z fotosyntézy, jsou však v aktivní části společenstva více zastoupeny ty druhy, které se živí jako rozkladači organické hmoty (saprotrofové), popřípadě parazité. Společenstvo hub je navíc výrazně specifické pro jednotlivé půdní horizonty: pouze 40 % druhů má srovnatelnou početnost v opadovém horizontu i v půdě, zatímco 60 % druhů se vyskytuje pouze anebo převážně v jednom z obou horizontů. Pravděpodobnou příčinou těchto rozdílů je obsah a chemická forma živin v jednotlivých horizontech.

Ty druhy mikroorganismů, které jsou silně aktivní v půdě během zimního období, jsou pravděpodobně klíčové pro rozklad organické hmoty v půdě, a tedy i pro vývoj půdy pod vlivem globálních změn klimatu. Jejich dalším studiem bude možné zjistit, jak v budoucnu zareagují na globální klimatické změny – ať už se to bude týkat zvýšení či snížení teplot, srážek nebo koncentrace CO2 ve vzduchu. A to nám napoví, jestli nás houby z horských lesů budou před důsledky klimatických změn chránit, nebo nám „zatopí“.

Tato práce byla podpořena Grantovou agenturou České republiky (526/08/0751).

Jak poznat aktivní mikroorganismy v půdě?

Tradiční metody studia půdních mikroorganismů jsou založeny na izolaci čistých kultur jednotlivých druhů. Bohužel se ukazuje, že tato metoda je nejen pracná, ale převážnou většinu mikroorganismů – více než 90 % druhů – nelze za laboratorních podmínek kultivovat, nebo to dosud přes veškerou snahu neumíme. Mikroorganismy se proto v současnosti identifikují sekvenací úseku DNA, z něhož lze vyčíst příslušnost daného mikroorganismu k příslušnému druhu. Jak ale odlišit aktivní mikroorganismy od neaktivních? Odpověď na tuto otázku může dát srovnání sekvencí dvou různých nukleových kyselin – DNA a RNA. Pro identifikaci mikroorganismu lze využít sekvenaci ribozomální DNA, obsažené v genomu mikroorganismu (obr. 3). Fakt, že se DNA daného druhu v prostředí vyskytuje, svědčí o tom, že organismus je přítomen, i když nemusí být aktivní. Úsek ribozomální DNA je přepisován jako jeden dlouhý transkript – molekula RNA, ze kterého jsou po krátké době několika minut vyštěpovány molekuly, kódující molekuly ribozomální RNA. Ty slouží jako „lešení“ pro sestavení ribozomů, útvarů, na nichž jsou syntetizovány proteiny. Transkripce ribozomální DNA svědčí o tom, že daný mikroorganismus ribozomy vytváří, chystá se tedy syntetizovat proteiny, a je tudíž v dané chvíli metabolicky aktivní. Pokud se tedy podaří sekvenovat vznikající RNA, můžeme zjistit, které druhy mikroorganismů jsou v daném okamžiku metabolicky aktivní.

Pozn.: Podrobnější informace jsou k dispozici v článku Baldrian a kol.: Active and total microbial communities in forest soil are largely different and highly stratified during decomposition. ISME Journal 6, 248–258, 2012, nebo na webových stránkách Laboratoře environmentální mikrobiologie MBÚ: http://www.biomed.cas.cz/mbu/lbwrf/.

Ke stažení

OBORY A KLÍČOVÁ SLOVA: Pedologie

O autorovi

Petr Baldrian

RNDr. Petr Baldrian, Ph.D., (* 1972) vystudoval mikrobiologii na Přírodovědecké fakultě UK v Praze. V Mikrobiologickém ústavu AV ČR v Praze se zabývá ekologií a fyziologií půdních hub a bakterií.

Doporučujeme

Přemýšlej, než začneš kreslit

Přemýšlej, než začneš kreslit

Ondřej Vrtiška  |  4. 12. 2017
Nástup počítačů, geografických informačních systémů a velkých dat proměnil tvorbu map k nepoznání. Přesto stále platí, že bez znalosti základů...
Tajemná „Boží země“ Punt

Tajemná „Boží země“ Punt uzamčeno

Břetislav Vachala  |  4. 12. 2017
Mnoho vzácného zboží starověkého Egypta pocházelo z tajemného Puntu, kam Egypťané pořádali časté obchodní výpravy. Odkud jejich expedice...
Hmyz jako dokonalý létací stroj

Hmyz jako dokonalý létací stroj

Rudolf Dvořák  |  4. 12. 2017
Hmyz patří k nejdokonalejším a nejstarším letcům naší planety. Jeho letové schopnosti se vyvíjely přes 300 milionů let a předčí dovednosti všech...

Předplatným pomůžete zajistit budoucnost Vesmíru

Tištěná i elektronická
verze časopisu
Digitální archiv
od roku 1994
Speciální nabídka
pro školy a studenty

 

Objednat předplatné