Arbuscular mycorrhiza, resource availability and belowground interactions between plants and soil microbes

Abstract

Anne Pietikäinen tutki väitöskirjassaan arbuskelimykorritsasymbioosia ja maanalaisten vuorovaikutusten merkitystä kasvien välisissä suhteissa. Tutkimus valottaa mekanismeja, jotka määräävät kasvillisuuden uusiutumista, erityisesti arktisessa ympäristössä. Lisäksi tutkimustulosten perusteella voidaan ymmärtää kasvillisuuden muuttumista tai säilymistä muuttuvien ympäristötekijöiden paineen alla. Tutkimukset koostuivat ala-arktisilla niityillä Kilpisjärvellä tehdyistä maastokokeista sekä yksinkertaistetuissa systeemeissä toteutetuista kasvihuone- ja kasvukammiokokeista.Maanalainen kilpailu aikuisten kasvien kanssa on yksi tärkeimmistä taimien kasvua heikentävistä tekijöistä. Pietikäinen havaitsi, että taimet muodostavat luonnossa jo hyvin varhain symbioottisen suhteen mykorritsasienten kanssa ja tämä symbioosi voi merkittävästi vaikuttaa kasvien väliseen kilpailuun. Mykorritsasienet ovat symbioottisia sieniä, jotka elävät kasvien juurissa tarjoten ravinteita kasvi-isännälleen ja saaden kasvilta vastapalvelukseksi hiilihydraatteja. Tämän suhteen katsotaankin yleensä olevan molempia osapuolia, sekä kasveja että sieniä, hyödyttävä. Taimet eivät kuitenkaan hyötyneet mykorritsasienestä, kun lähistöllä kasvoi aikuinen kasvi.- Maanalaista kilpailua voidaan kuitenkin vähentää ja taimien mykorritsasieneltä saamaa hyötyä lisätä aikuisten kasvien niitolla, Pietikäinen huomasi.Ala-arktisilla niityillä tehdyissä kasvillisuuden poistokokeissa Pietikäinen osoitti, että symbioottinen mykorritsasieniyhteisö sekä ravinteiden kierrosta vastaava hajottajamikrobiyhteisö voivat säilyä useita vuosia taimien kasvun ja uuden kasvipeitteen muodostumisen kannalta riittävänä. Mykorritsasienten diversiteetti eli monimuotoisuus ei laskenut vaikka sienten hiilensaannista huolehtivat kasvit poistettiin koealoilta kahdeksi vuodeksi. Tulokset myös osoittivat, että mykorritsasymbioosi arktisilla niityillä ei ole erityisen herkkä lyhytaikaisille muutoksille ympäristössä.

Most vascular plants house the Glomeromycotan fungi that form arbuscular mycorrhizal (AM) symbioses in their roots. This symbiosis is usually considered mutualistic. The AM fungus relies on the carbon provided by its plant host and in return the AM fungus can improve plant nutrients and water acquisition and provide protection from pathogens. By affecting the plant growth and resource allocation AM fungi may affect the interactions between plants, the plant community composition and the soil microbial community dependent on the plant derived carbon.I studied the interactions between plants and soil microbial community focusing on the symbiotic relationship between plants and arbuscular mycorrhizal fungi in low arctic meadow ecosystem. I found that changes in resource availability caused by defoliation and fertilization did not have significant effect on functioning of AM symbiosis on the basis of the AM fungal colonization rate in plant roots in low arctic meadow. It seems that other factors than resource availability are more important determining the AM fungal colonization rate in natural conditions.I found no evidence of mycorrhiza mediated facilitative interactions between seedlings and adult plants and the results of this thesis emphasize the importance of below-ground competition in seedling establishment. Furthermore, I showed that defoliation of the neighboring adult plant may improve seedling establishment by decreasing the competition for mycorrhiza mediated resources. In the low arcticmeadow, the AM fungal diversity was not affected by short term changes in plant community composition. Functional AM fungal and saprophytic microbial community necessary for successful seedling establishment persisted in the soil for two years without vegetation cover. In general, the functioning AM symbiosis in low arctic meadow seems not to be markedly different from what is known about AM symbiosis in other ecosystems.