Sienijuuren vaikutus maahumalan (Glechoma hederacea) itsensätunnistamiseen ja kuivuusstressiin

Abstract

Kasvit kilpailevat naapurikasviensa kanssa ravinteista ja tilasta, mikä voi aiheuttaa resurssien allokoimisen biomassaan lisääntymisen asemasta. Klonaalisilla kasveilla kilpailua kloonin osien eli saman genotyypin kasvien kesken voidaan välttää tunnistamalla oma genotyyppi vieraiden genotyyppien joukosta. Tällöin resursseja voidaan käyttää kilpailun asemasta lisääntymiseen. Sienijuuri on kasvin ja sienen välinen vuorovaikutussuhde, jossa kasvi saa sieneltä ravinteita ja sieni saa kasvilta hiiliyhdisteitä. Sienijuuri voi myös auttaa kasvia selviytymään esimerkiksi kuivuudesta. Lisäksi sienijuuriverkosto yhdistää kasveja toisiinsa siirtämällä yhdisteitä eri yksilöiden välillä. Oman genotyypin eli itsensätunnistamiseen liittyvät signaalit siirtyvät usein juurien välityksellä kasvista toiseen. Sienijuuren voidaan siis ajatella tehostavan myös kasvien itsensätunnistamista. Tässä pro gradu -tutkielmassa selvitin sienijuuren vaikutusta maahumalan (Glechoma hederacea) itsensätunnistamiseen ja kuivuusstressin sietokykyyn. Tutkimuksessa maahumalan eri genotyyppejä istutettiin kasvamaan joko yksin, oman genotyypin tai vieraan genotyypin kanssa. Puolelle kasveista suoritettiin kuivuuskoe, ja loput toimivat kuivuuskäsittelyn kontrolleina. Puolelle kuivuuskäsitellyistä ja kuivuuskäsittelyn kontrollikasveista annettiin sienijuuri. Kasveista mitattiin biomassa, verso–juuri-suhde, suhteellinen kasvunopeus, lehtiparien lukumäärä, rameettien lukumäärä, pisimmän rönsyn pituus, yhteyttämisnopeus ja ilmarakojen johtavuus. Tutkimuksessa kasvien välillä havaittiin kilpailutilanne, mutta maahumalalla ei havaittu kykyä tunnistaa oma genotyyppi vieraiden genotyyppien joukosta missään tutkitussa tilanteessa. Sienijuurella oli negatiivinen vaikutus kasvien kokonaisbiomassaan, verson biomassaan, verson suhteelliseen kasvunopeuteen ja lehtiparien lukumäärään. Kuivuuskäsittely ei vaikuttanut mitattuihin muuttujiin. Maahumalan itsensätunnistamiskyvyn puute voidaan selittää sen tiheällä kasvutavalla ja kilpailunvälttämisstrategialla. Sienijuurella voi tässä tutkimuksessa olla negatiivinen vaikutus kasvin biomassaan, koska se mahdollisesti toimi hiiliyhdistenieluna. Negatiivinen vaikutus voi johtua myös kasvualustan liiallisesta fosforipitoisuudesta, suuresta kolonisaatioasteesta tai käytetystä sienikannasta. Kuivuuskäsittelyllä ei ollut vaikutusta eri käsittelyissä, koska mahdollisesti myös kontrollikasvit kokivat kuivuusstressiä kuumana kesänä. Itsensätunnistamiskyky ei näytä olevan kaikkien klonaalisten kasvilajien ominaisuus, vaan vaihtoehtoisia tapoja välttää kilpailua kloonien kesken on olemassa. Tutkimuksessa havaittu sienijuuren negatiivinen vaikutus maahumalan biomassaan vaatii lisätutkimuksia.

Plants compete with neighbouring plants for resources and space, which can cause the allocation of resources into the biomass instead of reproduction of the plant. Clonal plants can avoid the competition between the parts of the same clone and genotype by distinguishing their own genotypes of alien genotypes. Thus, the resources can be used for reproduction instead of competition. Mycorrhiza is an interaction between a fungus and a plant in which plant receives nutrients from the fungus and gives carbon compounds to the fungus. Mycorrhiza can also assist the plant to manage with drought, among other things. The network of mycorrhizae connects different plants by transferring compounds between them. The signals involved in self-recognition of plants are often transferred through roots between different clones. Thus, mycorrhizae can be considered of enhancing the self-recognition in plants. In this master’s thesis I studied the effect of mycorrhiza on self-recognition and drought tolerance of Glechoma hederacea. The different genotypes of G. hederacea were planted to grow either alone, with the same genotype, or with different genotype. Half of the plants received drought treatment, and the other half were treated as controls. In addition, half of the plants from both drought treatment and control plants were inoculated with mycorrhiza. Variables measured were biomass of the plants, shoot–root ratio, relative growth rate, number of the leaf pairs, number of the ramets, the length of the longest runner, the rate of photosynthesis, and stomatal conductivity. Competition between plants was observed but no self-recognition ability in G. hederacea was found in any treatments studied. Mycorrhizae had negative effect on plant biomass, shoot biomass, the relative growth rate of the shoot, and the number of the leaf pairs. Drought treatment had no effect on any variables measured. The lack of self-recognition in G.hederacea can be explained by its dense growth habit and the tendency to avoid competition. Mycorrhiza can also function as a carbon sink which can cause the negative effects on plant biomass in this study. The negative effect can also be caused by a high concentration of phosphorus in soil, high mycorrhizal colonization density, or the fungal strain used. The lack of effect of drought treatment can also be due to the possible drought stress experienced by control plants during the hot summer. Self-recognition ability does not appear to be a characteristic in all clonal plant species, however, alternative ways to avoid competition between clones exists. The negative effect of mycorrhiza on biomass of G.hederacea observed in this study requires further investigation.