ΑΠΟΙΚΙΣΜΟΣ ΘΥΣΑΝΟΕΙΔΩΝ ΜΥΚΟΡΡΙΖΩΝ ΣΕ ΦΥΤΑ ΟΡΕΙΝΟΥ ΠΟΟΛΙΒΑΔΟΥ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ ΑΖΩΤΟΥ ΚΑΙ ΦΩΣΦΟΡΟΥ

Transcript

1 ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΣΧΟΛΗ ΓΕΩΠΟΝΙΑΣ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ Εξειδίκευση: Οικολογία και Αειφορική Διαχείριση Οικοσυστημάτων ΟΛΓΑΣ Κ. ΒΟΥΛΓΑΡΗ Πτυχιούχου Δασολογίας ΑΠΟΙΚΙΣΜΟΣ ΘΥΣΑΝΟΕΙΔΩΝ ΜΥΚΟΡΡΙΖΩΝ ΣΕ ΦΥΤΑ ΟΡΕΙΝΟΥ ΠΟΟΛΙΒΑΔΟΥ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ ΑΖΩΤΟΥ ΚΑΙ ΦΩΣΦΟΡΟΥ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ 2007

2 ΟΛΓΑΣ Κ. ΒΟΥΛΓΑΡΗ ΑΠΟΙΚΙΣΜΟΣ ΘΥΣΑΝΟΕΙΔΩΝ ΜΥΚΟΡΡΙΖΩΝ ΣΕ ΦΥΤΑ ΟΡΕΙΝΟΥ ΠΟΟΛΙΒΑΔΟΥ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ ΑΖΩΤΟΥ ΚΑΙ ΦΩΣΦΟΡΟΥ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΗ ΔΙΑΤΡΙΒΗ Υποβλήθηκε στην Σχολή Γεωπονίας Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών Εξειδίκευση: Οικολογία και Αειφορική Διαχείριση Οικοσυστημάτων Ημερομηνία Προφορικής Εξέτασης: 20 Δεκεμβρίου 2007 Εξεταστική Επιτροπή Καθηγητής: Δ. Σ. Βερεσόγλου, Επιβλέπων Αν. Καθηγητής: Δ. Αλιφραγκης, εξεταστής Λέκτορας: Α. Π. Μαμώλος, εξεταστής

3 Όλγα Κ. Βούλγαρη Α.Π.Θ. ΑΠΟΙΚΙΣΜΟΣ ΘΥΣΑΝΟΕΙΔΩΝ ΜΥΚΟΡΡΙΖΩΝ ΣΕ ΦΥΤΑ ΟΡΕΙΝΟΥ ΠΟΟΛΙΒΑΔΟΥ ΣΕ ΔΙΑΦΟΡΕΤΙΚΑ ΕΠΙΠΕΔΑ ΠΡΟΣΘΗΚΗΣ ΑΖΩΤΟΥ ΚΑΙ ΦΩΣΦΟΡΟΥ ISBN Η έγκριση της παρούσης Μεταπτυχιακής Διατριβής από τη Σχολή Γεωπονίας του Αριστοτελείου Πανεπιστημίου Θεσσαλονίκης, δεν υποδηλώνει αποδοχή των γνωμών του συγγραφέως (Ν. 5343/1932, άρθρο 202, παρ.2).

4 Στους γονείς μου, Κώστα και Νίκη και στην αδερφή μου Σοφία

5 ΠΡΟΛΟΓΟΣ Θεωρώ υποχρέωση να εκφράσω τις θερμότατες ευχαριστίες μου σε όλους όσους με οποιονδήποτε τρόπο συνέβαλαν στην ολοκλήρωση αυτής της μεταπτυχιακής διατριβής και ειδικότερα: στον επιβλέποντα της μεταπτυχιακής μου διατριβής καθηγητή Οικολογίας και δάσκαλό μου κ. Δημήτριο Βερεσόγλου, για τηυ υπόδειξη του θέματος, την αμέριστη επιστημονική και ηθική υποστήριξη του κατά τη διεξαγωγή, συγγραφή και παρουσίαση της εργασίας αυτής, καθώς και για τον πολύτιμο προσωπικό του χρόνο που διέθεσε. στα άλλα δύο μέλη της Εξεταστικής Επιτροπής, τον Αναπληρωτή Καθηγητή Εδαφολογίας κ. Δημήτριο Αλιφραγκή και τον Λέκτορα Οικολογίας κ. Ανδρέα Μαμώλο για τις χρήσιμες υποδείξεις τους, παρατηρήσεις και διορθώσεις τους. στους διδάσκοντες των μαθημάτων που παρακολούθησα στον μεταπτυχιακό κύκλο σπουδών μου για τις γνώσεις που με προσέφεραν. στη διδάκτορα Οικολογίας κ. Ευφροσύνη Καρανίκα, η οποία υπήρξε πολύτιμη φίλη και συνεργάτης κατά τη διάρκεια όλων των φάσεων διεξαγωγής του πειράματος, των εργαστηριακών αναλύσεων και συνέβαλε τα μέγιστα στην διεκπεραίωση της μεταπτυχιακής μου διατριβής. στους μεταπτυχιακούς συμφοιτητές μου Ελένη Κούφαλη, Βασίλειο Λίτσκα και Άννα Τουμπέλη, οι οποίοι συνέβαλαν στην δημιουργία ενός πολύ ευχάριστου κλίματος παρέας και συνεργασίας καθόλη την διάρκεια των μεταπτυχιακών μου σπουδών. στον καλό μου φίλο και συνάδερφο Γεώργιο Ντόγα για την βοήθεια του και τις υποδείξεις του στο στάδιο συγγραφής του κειμένου στους κ.κ. Κωνσταντίνο Αθανασιάδη, Ε.Τ.Ε.Π. και Παναγιώτη Σκεντερίδη, φυτοκόμο, για την πολύτιμη, πρακτικής φύσεως, βοήθεια που προσέφεραν κατά τη φάση της διεξαγωγής του πειράματος. Τέλος, θα ήθελα να εκφράσω την ευγνωμοσύνη μου στους γονείς μου και στην αδερφή μου για την ουσιαστική και ηθική συμπαράστασή τους, καθ όλη τη διάρκεια των σπουδών μου. Με στήριξαν και με στηρίζουν σε κάθε μου επιλογή. i

6 ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ Σελίδα ΠΡΟΛΟΓΟΣ I ΠΕΡΙΕΧΟΜΕΝΑ II ΠΕΡΙΛΗΨΗ 1 ABSTRACT 2 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Μυκόρριζες Τύποι μυκορριζών Θυσανοειδείς μυκόρριζες Συνεισφορά θυσανοειδών μυκορριζών στην πρόσληψη P και στην αύξηση 7 των φυτών 1.4 Άλλες ωφέλειες θυσανοειδών μυκορριζών Πρόσληψη N και άλλων θρεπτικών στοιχείων Βελτίωση υδατικών σχέσεων Προστασία από τοξικά μέταλλα Βελτίωση της συσσωμάτωσης εδαφικών τεμαχιδίων Προστασία από παθογόνα Επίδραση στην ποικιλότητα των φυτικών ειδών και των μικροοργανισμών 11 στη ριζόσφαιρα 1.5 Διαφορές μεταξύ φυτικών ειδών σε σχέση με τον αποικισμό και 12 την εξάρτησή τους από τις θυσανοειδείς μυκόρριζες 1.6 Επιδράσεις Ν και Ρ στην αφθονία των μυκορριζών Σκοπός της εργασίας ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ Η περιοχή των πειραματικών εφαρμογών Πειραματικό σχέδιο Δειγματοληψίες ριζών Στατιστική επεξεργασία ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Επίδραση των λιπάνσεων στην αφθονία των μυκορριζών Επίδραση των λιπάνσεων και του βάθους εδάφους στην αφθονία των μυκορριζών του είδους Agrostis capillaris ΣΥΖΗΤΗΣΗ ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ 24 ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 25 ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ: ΕΡΓΑΣΙΑ ΠΟΥ ΕΓΙΝΕ ΔΕΚΤΗ ΓΙΑ ΔΗΜΟΣΙΕΥΣΗ 36 ii

7 ΠΕΡΙΛΗΨΗ Οι μύκητες που σχηματίζουν τις θυσανοειδείς μυκόρριζες ανήκουν στο φύλο Glomeromycota. Οι μύκητες αυτοί συμβιώνουν υποχρεωτικά με αυτότροφους οργανισμούς, κυρίως στις ρίζες φυτών. Τα δύο τρίτα τουλάχιστον των χερσαίων φυτών σχηματίζουν θυσανοειδείς μυκόρριζες και φαίνεται ότι αυτή η συμβίωση είναι η πλέον άφθονη και διαδεδομένη σε χερσαία οικοσυστήματα. Η κύρια συνεισφορά των θυσανοειδών μυκορριζών στα φυτά-ξενιστές είναι η αποτελεσματικότερη πρόσληψη του φωσφόρου (P). Οι θυσανοειδείς μυκόρριζες συμβάλλουν επίσης, στην αποτελεσματικότερη πρόσληψη και άλλων θρεπτικών στοιχείων όπως του χαλκού, του ψευδάργυρου και του αζώτου (N), στην αποτελεσματικότερη χρησιμοποίηση του νερού από τα φυτά και στην προστασία τους από παθογόνα, και τέλος παρεμποδίζουν την απορρόφηση τοξικών στοιχείων από τα φυτά Μολονότι η συνεισφορά των θυσανοειδών μυκορριζών στα φυτά-ξενιστές είναι πολυποίκιλη, οι έρευνες έχουν κυρίως επικεντρωθεί στην συμβολή των μυκορριζών για την αποτελεσματικότερη πρόσληψη του P. Τα τελευταία 20 χρόνια ολοένα και περισσότερες μελέτες πραγματοποιήθηκαν προκειμένου να μελετηθεί ο ρόλος των θυσανοειδών μυκορριζών στα φυσικά οικοσυστήματα, καθώς οι τελευταίες μέσω των εξειδικευμένων σχέσεων που αναπτύσσουν με τα φυτά-ξενιστές τους, μπορούν και επηρεάζουν τις ανταγωνιστικές σχέσεις και κατ επέκταση την σύνθεση ειδών των φυτοκοινοτήτων. Προκειμένου να εκτιμηθεί ο αποικισμός με θυσανοειδείς μυκόρριζες σε ένα εύρος φυτικών ειδών, χρησιμοποιήθηκε ως πειραματική θέση ένα ορεινό ποολίβαδο της Βόρειας Ελλάδας, στο οποίο το Ν και ο Ρ βρέθηκαν να είναι περιοριστικά για την παραγωγικότητα της φοιτοκοινότητας. Στο ποολίβαδο αυτό εγκαταστάθηκε από το 2004 μέχρι το 2007 ένα παραγοντικό πείραμα λίπανσης με δύο επίπεδα Ν και δύο επίπεδα Ρ, προκειμένου να ερευνηθούν και οι επιδράσεις των προσθηκών Ν και Ρ στον αποικισμό με θυσανοειδείς μυκόρριζες. Η μέτρηση του αποικισμού των ριζών με μυκόρριζες, έγινε σύμφωνα με τη μέθοδο των McGonigle κ.ά. (1990). Ο αποικισμός με θυσανοειδείς μυκόρριζες βρέθηκε να είναι υψηλότερος στα ψυχανθή, ενδιάμεσος στα πλατύφυλλα (μη ψυχανθή είδη) και χαμηλότερος στα αγρωστώδη είδη. Η προσθήκη Ν και P επηρέασε με διαφορετικό τρόπο τον αποικισμό των φυτικών ειδών που μελετήθηκαν. Η προσθήκη P αύξησε τον αποικισμό στο πολύ απαιτητικό σε P μονοετές, πλατύφύλλο Galium lucidum, μείωσε τον αποικισμό του αγρωστώδους Agrostis capillaries, ενώ το πλατύφυλλο είδος Prunella vulgaris και τα ψυχανθή Doryncium herbaceum και Trifolium 1

8 heldreichianum φάνηκε να μην επηρεάσθηκαν ως προς τον αποικισμό τους από την προσθήκη Ρ. Η επίδραση της προσθήκης του Ν ήταν αμελητέα σε λιπανθέντα με P τεμάχια, αύξανε όμως τον αποικισμό στα τεμάχια που δεν λιπάνθηκαν με P. ABSTRACT Arbuscular Mycorrhizal Fungi (AMF) are a common group of fungi that belong to the phylum Glomeromycota. They are obligate symbionts of plants. Approximately two-thirds of modern plants form arbuscular mycorrhizal associations, making the arbuscular mycorrhizal association the most ubiquitous and abundant form of terrestrial symbiosis. AMF are known to benefit plants mainly by improving plant phosphorus (P) uptake. Uptake of copper, zinc and of nitrogen (N) in various forms is also assisted. Non nutritional AMF benefits include the sequestration of heavy metals improved water relations of plants and increased resistance to pathogens. Despite the multifunctionality of the symbiosis, research has been mainly focused on the AMF intervention in P uptake. Research over the last 20 years was extended to investigate the role of AMF in natural plant populations and complex plant communities, where AMF were found to regulate plant competitive relationships and the composition of plant communities through their specialised associations with plants and the subsequent fungal species specific plant responses. Abundance of AMF in the roots of plant species was accessed in a field experiment which was conducted in a mountainous herbaceous grassland in Greece in which both N and P were limiting for plant community productivity. A factorial design of two levels of N with two levels of P had been established over a four year period ( ) to test the responses of plant species, in respect of AMF colonization levels, to the nutrient additions. Measurements included the estimation of plant species specific hyphal colonization level of roots according to the McGonicle et al. (1990) method. AMF colonization was the highest in the legume species, intermediate in the forbs (nonlegume dicots) and lowest in the grasses. AMF responses to N and P additions were not uniform. P addition in the field experiment increased colonization level of the highly P demanding annual forb Galium lucidum, decreased hyphal abundance of the grass Agrostis capillaris and appeared to had a negligible effect on the forb Prunella vulgaris and to legume species Doryncium herbaceum and Trifolium heldreichianum. Effects of N addition were influenced by P addition and were only significant in the non-enriched with P plots by increasing the AMF colonization in accordance to earlier studies. 2

9 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Το περιβάλλον ενός οργανισμού διακρίνεται σε αβιοτικό και βιοτικό. Οι τιμές των αβιοτικών παραγόντων καθορίζουν κατά κύριο λόγο εάν ο οργανισμός μπορεί να επιβιώσει σ έναν συγκεκριμένο βιότοπο. Οι βιοτικές όμως αλληλεπιδράσεις του οργανισμού με τους άλλους οργανισμούς της βιοκοινότητας είναι αυτές που τελικώς θα καθορίσουν τη δυνατότητα ύπαρξης και την αφθονία του σε ένα βιότοπο. Οι βιοτικές αλληλεπιδράσεις, οι οποίες θεωρείται πως επηρεάζουν τη δομή των βιοκοινοτήτων, είναι η αρπακτικότητα ή θήρευση (+-) (Paine 1966, Menge & Suttherl 1976, Whittaker 1982, Begon κ.ά. 1996), ο ανταγωνισμός (--) (Grime 1979, Connell 1980, Tilman 1982, 1988, Schoener 1983, Begon κ.ά. 1996), η αμοιβαιότητα συνεργασία (++) (Boucher κ.ά. 1984) και η αλληλοπάθεια (0-) (Putnam & Tang 1986), και ταξινομούνται με βάση την επίδραση που έχει η παρουσία ενός πληθυσμού σε έναν άλλο, με + αν η επίδραση είναι θετική, με αν η επίδραση είναι αρνητική και με 0 αν δεν υπάρχει επίδραση (Begon κ.ά. 1996). Στις ++ αλληλεπιδράσεις ωφελούνται αμφότεροι οι οργανισμοί. Μάλιστα, σε ορισμένες περιπτώσεις τα αλληλεπιδρώντα άτομα έχουν πολύ στενή φυσική σύνδεση, η οποία συνοδεύεται πολλές φορές με αντίστοιχες φυσιολογικές προσαρμογές. Χαρακτηριστικά παραδείγματα ++ αλληλεπιδράσεων είναι η σχέση ριζών ψυχανθών με αζωτοβακτήρια του γένους Rhizobium, οι λειχήνες (συμβίωση με σχέση αμοιβαιότητας φύκους και μύκητα) και οι μυκόρριζες (συμβίωση φυτού και μύκητα). Από τις μυκόρριζες, η συμβολή των εκτομυκορριζών στην εγκατάσταση και ευδοκίμηση δασικών δένδρων έχει αναγνωρισθεί εδώ και πολλές δεκαετίες. Από την δεκαετία του 1970 (π.χ. Nicolson 1967, Mosse & Hayman 1971), άρχισε να αναγνωρίζεται η συμβολή ενός τύπου ενδομυκορριζών, των θυσανοειδών μυκορριζών, στην αύξηση των φυτών. 1.1 Μυκόρριζες Ο όρος μυκόρριζα διατυπώθηκε για πρώτη φορά από τον Γερμανό Βοτανικό Frank το 1885 και χαρακτηρίζει μια ιδιόρρυθμη συμβίωση από ρίζες και μύκητες. Η συμβίωση αυτή αποβαίνει ωφέλιμη και για τα δύο μέρη, μύκητα και φυτό. Ο μύκητας προσπορίζεται από το φυτό έτοιμους υδατάνθρακες, το δε φυτό αντλεί από το μύκητα ή με την μεσολάβηση του, θρεπτικά στοιχεία και νερό, καθώς ο τελευταίος λόγω του ανεπτυγμένου μυκηλίου του εντός του εδάφους μπορεί και τα προσλαμβάνει με μεγαλύτερη ευκολία. Αποτελεί δηλαδή ο μύκητας ένα είδος μεσάζοντα μεταξύ του φυτού και του εδάφους. Αν και ο όρος μυκόρριζα αναφέρεται στο σύστημα μύκητα και ρίζα αυτότροφου οργανισμού, συνήθως χρησιμοποιείται για τον μύκητα αυτόν καθεαυτόν. 3

10 Ο σχηματισμός μυκορριζών είναι φαινόμενο πολύ διαδεδομένο σε όλες τις φυτοκοινότητες της Γης και δημιουργείται στις ρίζες πάνω από τα δύο τρίτα των φυτικών ειδών (Fitter & Moyersoen 1996). Παλαιοντολογικά ευρήματα δείχνουν ότι μυκόρριζες σχημάτιζαν και τα πρώτα φυτικά είδη τα οποία εμφανίστηκαν στην Γη. Πολλά είδη αυτότροφων οργανισμών, που δεν σχηματίζουν ριζικά τριχίδια ή και ρίζες, μπορούν να υπάρχουν σε ορισμένες περιοχές γιατί σχηματίζουν μυκόρριζες (Fitter 2005). 1.2 Τύποι μυκορριζών Σύμφωνα με τον Read (1998), οι μυκόρριζες διακρίνονται σε εκτομυκόρριζες και ενδομυκόρριζες. Οι εκτομυκόρριζες απαντούν σε μικρό σχετικά αριθμό φυτών, κύρια δασικών και σχηματίζονται στις ρίζες δέντρων από έναν βασιδιομύκητα ή ασκομύκητα. Η ύπαρξή τους είναι απαραίτητη για την εγκατάσταση και την επιβίωση δασικών δενδρυλλίων, και ιδιαίτερα των κωνοφόρων. Αρχικά, ο μύκητας που υποβοηθείται από τις εκκρίσεις των ριζών, σχηματίζει ένα είδος μανδύα ο οποίος περιβάλλει τα λεπτά ριζίδια. Στη συνέχεια ενζυματικά οι υφές εισέρχονται μέσα στους μεσοκυττάριους χώρους και σχηματίζουν γύρω από τα κύτταρα της επιδερμίδας και του φλοιού ένα είδος πλέγματος, που είναι γνωστό ως πλέγμα του Hartig. Το πλέγμα αυτό είναι και το κύριο γνώρισμα αυτού του είδους της μυκόρριζας (Σχήμα 1). Οι αυξίνες που παράγονται από τις ρίζες και το μύκητα προκαλούν αύξηση του μεγέθους των κυττάρων των ριζιδίων. Σχήμα 1 Σχηματική απεικόνιση της δομής (α) της εκτομυκόρριζας και (β) της ενδομυκόρριζας (Από biology.uwsp.edu/.../symbioses/endomyco.htm). 4

11 Η ενδομυκόρριζα είναι ο πιο διαδεδομένος τύπος μυκόρριζας, αφού απαντά στα δύο τρίτα τουλάχιστον των χερσαίων φυτών και φαίνεται ότι αυτή η συμβίωση είναι η πλέον άφθονη και διαδεδομένη σε χερσαία οικοσυστήματα. Σε αντιδιαστολή με την εκτομυκόρριζα, η ενδομυκόρριζα δεν σχηματίζει τον τυπικό μανδύα γύρω από τα ριζίδια, αλλά οι υφές της εισέρχονται όχι μόνο μεταξύ των κυττάρων των ριζιδίων αλλά και μέσα σε αυτά (Σχήμα 1). Αντίθετα από ό,τι συμβαίνει με την εκτομυκόρριζα, η ενδομυκόρριζα δεν προκαλεί σημαντική διόγκωση των κυττάρων των ριζικών τριχιδίων ή χαρακτηριστικές ανατομικές μεταβολές στις ρίζες. Οι ενδομυκόρριζες περιλαμβάνουν τρεις κύριους τύπους. Οι δύο είναι πολύ εξειδικευμένοι: ο ένας τύπος απαντά στα φυτικά είδη της τάξης Ericales και είναι ασκομύκητας, ο δε άλλος είναι βασιδιομύκητας και απαντά σε φυτά της οικογενείας Orchidaceae. Και στους δύο αυτούς εξειδικευμένους τύπους μυκορριζών, ο μύκητας εφοδιάζει το φυτό με άζωτο (Ν) και φώσφορο (Ρ) και ενδεχομένως και με κάποια ιχνοστοιχεία. Ο τρίτος, και ο πλέον διαδεδομένος τύπος ενδομυκορριζών είναι ο θυσανοειδής (arbuscular) και στη διεθνή βιβλιογραφία αναφέρεται ως AMF (από τα αρχικά των λέξεων Arbuscular Mycorrhizas Fungi) Θυσανοειδείς μυκόρριζες O θυσανοειδής τύπος ενδομυκόρριζας απαντά στις περισσότερες οικογένειες των σπερμοφύτων (η οικογένεια Cruciferae είναι μια από τις ελάχιστες εξαιρέσεις), όπως επίσης σε πτέριδες και σε βρυόφυτα. Πάνω από 150 είδη ζυγομύκητων που ανήκουν στην τάξη Glomales σχηματίζουν θυσάνους (arbuscules) εντός των ριζών (Morton & Benny 1990). Οι ειδικοί αυτοί σχηματισμοί, από τους οποίους προέκυψε και η ονομασία του μύκητα, αποτελούν τα σημεία όπου μεταφέρονται τα θρεπτικά στοιχεία και ανταλλάσσονται με υδατάνθρακες μεταξύ μύκητα και φυτού (Smith & Cianinazzi-Pearson 1988). Τα θρεπτικά στοιχεία προσλαμβάνονται από τις μυκηλιακές υφές που αναπτύσσονται στο έδαφος. Ενίοτε στις θυσανοειδείς ενδομυκόρριζες σχηματίζονται και κύστεις (vesicles), συνήθως στους μεσοκυττάριους χώρους της ρίζας, οι οποίες πρέπει να λειτουργούν ως αποθηκευτικοί χώροι, αλλά και ως αναπαραγωγικά όργανα για τους μύκητες (Σχήμα 2). Παλαιότερα, εθεωρείτο ότι όλες οι θυσανοειδείς μυκόρριζες σχηματίζουν και κύστεις. Τελευταία, ωστόσο έχει διαπιστωθεί ότι η πλειοψηφία (περίπου το 80%) των ειδών σχηματίζουν τόσο θυσάνους, όσο και κύστες ενώ τα υπόλοιπα είδη δεν σχηματίζουν κύστες (Smith & Read 1997). Η συμβίωση θυσανοειδών μυκορριζών με φυτά πιθανολογείται ότι λαμβάνει χώρα εδώ και 400 εκατομμύρια έτη. Αυτό δείχνουν τα απολιθώματα αρχέγονων χερσαίων φυτών, από την γεωλογική περίοδο του Δεβονίου, τα οποία βρέθηκαν να έχουν θυσάνους στα ριζώματά τους. Αυτή η μαρτυρία, σε συνδυασμό με αποτελέσματα μοριακών αναλύσεων, δείχνει ότι η γένεση 5

12 των Glomeromycota προσδιορίζεται σε 400 με 500 εκατομμύρια έτη πριν (Simon κ.ά. 1993, Redecker κ.ά. 2002). Το γεγονός, ότι τα φυτά που συμβιώνουν με θυσανοειδείς μυκόρριζες βρίσκονται σε κάθε έναν από τους βραχίονες του εξελικτικού δένδρου των φυτών, δείχνει ότι η συμβίωση αυτή ήταν αναγκαία προκειμένου να αποικίσουν τα φυτά χερσαίες περιοχές (Nicolson 1967, Pirozynski & Malloch 1975). Σχήμα 2 Σχηματική απεικόνιση (α) της δομής της θυσανοειδούς μυκόρριζας (Από Lambers κ.ά. 1998) και (β) των μορφολογικών οργάνων της θυσανοειδούς μυκόρριζας που επιτελούν τις διεργασίες στη ριζόσφαιρα και στη ρίζα, οι οποίες είναι ωφέλιμες για το φυτό (Από Fitter 2005). Τα Glomeromycota θεωρούνται ως μια ταξινομική κατηγορία μυκήτων με λίγα είδη, περίπου 150, όπως έχουν αναγνωρισθεί και ταξινομηθεί με βάση τη μορφολογία των σπορίων τους (Morton & Benny 1990). Επειδή αυτά τα είδη μυκήτων μπορούν να αποικίζουν σε περίπου είδη φυτών, θεωρείται ότι δεν είναι εξειδικευμένα, κάθε είδος μύκητα δηλαδή θεωρείται ότι μπορεί να αποικίζει οποιοδήποτε ευεπηρέαστο είδος φυτού. Μια τέτοια άποψη, ωστόσο φαίνεται να αναθεωρείται τα τελευταία έτη (Fitter 2005). Μοριακές τεχνικές (Helgason κ.ά. 2002, Husband κ.ά. 2002, Vandenkoornhuyse κ.ά. 2002, 2003, Öpik κ.ά. 2003, Johnson κ.ά. 2004, Rosendahl & Stukenbrock 2004) έδειξαν ότι (α) η γενετική ποικιλότητα των Glomeromycota φαίνεται να είναι πολύ ευρύτερη από αυτή που βρέθηκε με βάση τη μορφολογία των σπορίων, (β) σε κάθε φυτό μπορούν να αποικίζουν μέχρι κι 20 είδη μυκήτων και (γ) συνυπάρχοντα είδη φυτών αποικίζονται από διαφορετικές κοινότητες θυσανοειδών μυκορριζών. Υπάρχει πιθανότητα ένας μύκητας που σχηματίζει θυσανοειδείς μυκόρριζες να επηρεάζει θετικότερα ένα φυτό από ότι άλλοι μύκητες. Κάτι τέτοιο μπορεί να συμβαίνει εξ αιτίας γενετικής ή φυσιολογικής συμβατότητας και μη μεταξύ του μύκητα και του φυτού-ξενιστή (van der Heijden κ.ά. 1998, Bever 1999, Klironomos κ.ά. 2000). 6

13 1.3 Συνεισφορά θυσανοειδών μυκορριζών στην πρόσληψη P και στην αύξηση των φυτών Η κυριότερη ίσως συνεισφορά των θυσανοειδών μυκορριζών στα φυτά-ξενιστές είναι η αποτελεσματικότερη πρόσληψη του Ρ. Τα μυκορριζικά φυτά βρέθηκε να περιέχουν υψηλότερες συγκεντρώσεις Ρ στους ιστούς τους σε σχέση με τα φυτά μάρτυρες (χωρίς μυκόρριζες) (Sanders & Tinker 1971). Κάτι τέτοιο συμβαίνει επειδή οι μυκηλιακές υφές καταφέρνουν να διεισδύουν και να επεκτείνονται σε μεγαλύτερα βάθη εδάφους από αυτά που μπορούν να φτάσουν οι ίδιες οι ρίζες του φυτού (Sanders & Tinker 1971, Jakobsen κ.ά. 1992α) και έτσι έχουν την ικανότητα να προσλαμβάνουν τα δυσκίνητα φωσφορικά ιόντα και να μεταφέρουν στο φυτό-ξενιστή (Jakobsen κ.ά. 1992β) πολύ πιο γρήγορα από ότι η διάχυση μέσω του εδάφους. Επιπρόσθετα, οι θυσανοειδείς μυκόρριζες έχουν μικρότερη διάμετρο (Smith & Read 1997), γεγονός που τις επιτρέπει να διαπερνούν εδαφικούς πόρους μικρότερης διαμέτρου από ότι οι ρίζες και τα ριζικά τριχίδια (O Keefe & Sylvia 1992), αυξάνοντας έτσι αποτελεσματικά τον όγκο του χρησιμοποιήσιμου εδάφους. Επίσης, η αυξημένη ικανότητα πρόσληψης Ρ αποδίδεται στο γεγονός ότι οι μύκητες που συμβιώνουν στις ρίζες των φυτών έχουν το πλεονέκτημα ότι προμηθεύονται άνθρακα (C) από το φυτό-ξενιστή τους. Αυτό το γεγονός τους καθιστά πιο ισχυρούς ανταγωνιστές έναντι των άλλων μικροοργανισμών του εδάφους, ιδιαίτερα σε εδάφη που ο C είναι περιοριστικό στοιχείο (Smith & Read 1997). Έτσι έχουν την δυνατότητα να απορροφούν μεγαλύτερη από την ήδη περιορισμένη- ποσότητα Ρ από το εδαφικό διάλυμα και να την αποδίδουν στα φυτά που συμβιώνουν μαζί τους. Κάτι που πρέπει να σημειωθεί ωστόσο είναι ότι αυτή η μορφή συμβίωσης μεταξύ μύκητα και φυτού δεν συναντάται και δεν συνεισφέρει στον ίδιο βαθμό, σε όλα τα συστήματα και σε όλα τα περιβάλλοντα. Υπολογίζεται ότι οι θυσανοειδείς μυκόρριζες λαμβάνουν ένα ποσοστό της τάξεως του 3 20% από τα προϊόντα της φωτοσύνθεσης από το φυτό-ξενιστή (Kucey & Paul 1982, Finlay & Soderstrom 1992, Johnson κ.ά. 2002α,β). Για αυτό και τα φυτά επενδύουν σε αυτόν τον μηχανισμό όταν τα οφέλη που προσπορίζονται είναι μεγαλύτερα του κόστους. Συγκεκριμένα, αναφέρεται ότι στα εύκρατα κλίματα της Βόρειας Ευρώπης και Αμερικής, οι μυκόρριζες ίσως να μη συνεισφέρουν στην πρόσληψη του Ρ από τα φυτά, γιατί τα εδάφη των εύκρατων περιοχών περιέχουν κατά κανόνα αρκετή οργανική ουσία και φαίνεται να είναι, επομένως, ο Ρ επαρκής (Fitter 1990, Sanders & Fitter 1992). Αυτό προφανώς συμβαίνει γιατί σε επάρκεια Ρ περιορίζεται η ανάπτυξη των θυσανοειδών μυκορριζών (Jakobsen 1986, Bobbink 1998, Thingstrup κ.ά. 1998). Από την άλλη πλευρά, οι θυσανοειδείς μυκόρριζες φαίνεται να 7

14 συνεισφέρουν έντονα στην πρόσληψη του Ρ από τα φυτά στις τροπικές περιοχές και κατ επέκταση στην αύξησή τους (Howeler κ.ά. 1983, 1987, Janos 1988), επειδή τα εδάφη σε αυτές είναι κατά κανόνα ανόργανα και με ανεπάρκεια Ρ. Επιπρόσθετα, όπως αποδείχτηκε δεν είναι μόνο η επάρκεια ή μη του εδάφους σε Ρ που καθορίζει τον αποικισμό, αλλά και η περιεχόμενη ποσότητα Ρ στους ιστούς των φυτών (De Miranda κ.ά. 1989, Thomson κ.ά. 1991). Ανεξάρτητα από το ποσοστό αποικισμού, η συμβολή των μυκορριζών στην πρόσληψη του Ρ διαφοροποιείται ανάμεσα στα φυτικά είδη. Συγκεκριμένα, είναι πολύ μεγαλύτερης εμβέλειας στα είδη με αραιές και χωρίς πολλές διακλαδώσεις ρίζες (Newsham κ.ά. 1995), όπως στα πλατύφυλλα. Αντίθετα, τα C 3 αγρωστώδη φαίνεται να εξαρτώνται λιγότερο από τις μυκόρριζες στην πρόσληψη του Ρ, γιατί έχουν πλουσιότερο δίκτυο με πιο λεπτές ρίζες και έτσι καταφέρνουν από μόνα τους να αξιοποιούν πιο αποτελεσματικά τον Ρ του εδάφους. Βέβαια, κάτι που μπορεί να σημειωθεί είναι ότι η συμβίωση με θυσανοειδείς μυκόρριζες μπορεί να επηρεάσει και να αλλάξει την μορφολογία των ριζών. Συγκεκριμένα, ανάλογα με την διαθέσιμη ποσότητα του εδάφους σε Ρ, οι μυκόρρριζες μπορούν να αυξήσουν ή να μειώσουν το μήκος των ριζών διαφόρων φυτικών ειδών (Gnekow & Marschner 1989, Price κ.ά. 1989). Σε πειράματα σε βοσκοτόπους βρέθηκε ότι οι μυκόρριζες μείωσαν το μήκος των ριζικών τριχιδίων σε αγρωστώδη είδη (Allen 1982). Έρευνες που έγιναν στην μορφολογία των ριζών μη μυκορριζικών φυτών έδειξαν ότι σε μεγαλύτερη προμήθεια Ρ τα φυτά αυτά σχηματίζουν περισσότερες νέες ρίζες και πιο εκτεταμένο σύστημα πλευρικών ριζών (Price κ.ά. 1989). 1.4 Άλλες ωφέλειες θυσανοειδών μυκορριζών Η συνεισφορά των θυσανοειδών μυκορριζών στα φυτά-ξενιστές είναι πολυποίκιλη (Newsham κ.ά. 1995) και δεν περιορίζεται στην αποτελεσματικότερη πρόσληψη του Ρ από το σύστημα φυτού θυσανοειδούς μυκόρριζας, και ως συνέπεια αυτού, στη μεγαλύτερη αύξηση των φυτών σε εδάφη με ανεπάρκεια διαθέσιμου Ρ (Howeler κ.ά. 1983, 1987, Janos 1988). Οι ωφέλειες που παρέχουν οι θυσανοειδείς μυκόρριζες εντοπίζονται τόσο σε επίπεδο ατομικού φυτού, όσο και σε επίπεδο φυτοκοινότητας και αναπτύσσονται παρακάτω Πρόσληψη N και άλλων θρεπτικών στοιχείων Μολονότι έχει βρεθεί ότι οι θυσανοειδείς μυκόρριζες μπορούν να προσλαμβάνουν και να μεταφέρουν το N στο φυτό (Raven κ.ά. 1978, Smith 1980, Ames κ.ά. 1983, Bago κ.ά. 1996, Mader κ.ά. 2000), η συνεισφορά τους αυτή για την θρέψη του φυτού δεν εκτιμήθηκε αρκετά μέχρι και σήμερα (Read & Perez-Moreno 2003) και για μεγάλο χρονικό διάστημα θεωρούνταν ήσσονος σημασίας (Hayman 1982, Read κ.ά. 1988). 8

15 . Αυτό μπορεί εν μέρει να αποδοθεί στην υπόθεση ότι οι θυσανοειδείς μυκόρριζες έχουν μικρή ικανότητα να προμηθεύουν το φυτό με ευκίνητα ιόντα, όπως για παράδειγμα τα νιτρικά, επειδή αυτά τα ιόντα διαχέονται έντονα μέσα στο έδαφος (Tinker & Nye 2000). Αντίθετα, τα αμμωνιακά, και τα κατιόντα καλίου (K), ασβεστίου (Ca), ψευδαργύρου (Zn) και μαγνησίου (Mg) διαχέονται δύσκολα γιατί σχηματίζουν δυσδιάλυτες μορφές και οι θυσανοειδείς μυκόρριζες φαίνεται ότι συνεισφέρουν στην αποτελεσματικότερη πρόσληψή τους από τα φυτά (Clark & Zeto 2000). Ο μηχανισμός που εμφανίζεται είναι ο ίδιος με αυτόν που εκδηλώνεται κατά την πρόσληψη του Ρ και σχετίζεται με την μεταφορά των στοιχείων από το έδαφος στο φυτό, μέσω των υφών του μύκητα. Σήμερα υπάρχουν όλο και περισσότερες μαρτυρίες ότι οι μυκορριζικοί μύκητες εμπλέκονται στην πρόσληψη και μεταφορά ανόργανου N. Έχει αποδειχτεί ότι οι υφές των θυσανοειδών μυκορριζών προσλαμβάνουν και μεταφέρουν αμμωνιακά ιόντα (Ames κ.ά. 1983, Johansen κ.ά. 1992, Frey & Schüepp 1993, Johansen κ.ά. 1993), νιτρικά (Johansen κ.ά. 1993, Tobar κ.ά. 1994, Bago κ.ά. 1996), αλλά και οργανικές ενώσεις N (Ames κ.ά. 1983, Hawkins κ.ά. 2000, Hodge κ.ά. 2001) Βελτίωση υδατικών σχέσεων Από πολύ νωρίς είχε αναγνωριστεί η συνεισφορά των θυσανοειδών μυκορριζών στις υδατικές σχέσεις του φυτού. Στις πρώτες μελέτες η επίδραση τους αυτή θεωρούνταν έμμεση, μέσω της βελτίωσης της θρέψης με Ρ (Safir κ.ά. 1971, 1972, Fitter 1988). Ωστόσο, από μετέπειτα έρευνες διαπιστώθηκε ότι αυτή η συμβίωση μπορεί να επηρεάσει και άμεσα τις υδατικές σχέσεις του φυτού-ξενιστή, τουλάχιστον σε κάποιες περιπτώσεις και μέχρι ενός ορίου (π.χ. Levy & Krikun 1980, Allen & Boosalis 1983, Hardie 1985, Augé κ.ά. 1986α,β, 1987, Bethlenfalvay κ.ά. 1988α,β). Συγκεκριμένα, η συμβίωση φυτών με μυκόρριζες βρέθηκε να συμβάλλει στην πρόσληψη εδαφικού νερού -μέσω των υφών που αναπτύσσει ο μύκητας (Hardie & Leyton 1981, Allen 1982, Augé 2001)- και στο πιο αποτελεσματικό φιλτράρισμα του (Hardie & Leyton 1981, Sieverding 1981). Επίσης, υπάρχουν ενδείξεις ότι η μεταφορά νερού που πραγματοποιείται μέσω των υφών των μυκορρριζών καθιστά τα φυτά πιο ανθεκτικά στην ξηρασία και καθυστερεί τον μαρασμό σε περίπτωση υδατικής καταπόνησης (Allen κ.ά. 1981, Augé & Duan 1991) Προστασία από τοξικά μέταλλα Οι θυσανοειδείς μυκόρριζες προστατεύουν τα φυτά από την τοξικότητα που μπορεί να προκαλέσει η συγκέντρωση βαρέων μετάλλων στο έδαφος, όπως είναι για παράδειγμα ο ψευδάργυρος και το κάδμιο (Wilkins 1991). Αυτό μπορεί να συμβεί είτε δεσμεύοντας τα 9

16 μέταλλα μέσα στις υφές τους (Denny & Wilkins 1987, Marschner κ.ά. 1998, Brunner & Frey 2000), είτε μειώνοντας την μεταφορά των μετάλλων στα ανώτερα σημεία του φυτού (Burke κ.ά. 2000). Ο Gonzalez-Chavez κ.ά. (2004) έδειξαν ότι η γλομαλίνη (glomalin), μια γλυκοπρωτείνη που παράγεται από τις υφές των θυσανοειδών μυκορριζών (Wright & Upadhyaya 1998) και ελευθερώνεται από αυτές στο έδαφος (Driver κ.ά. 2005), μπορεί να απομονώσει τα διάφορα τοξικά στοιχεία. Πιθανολογείται ότι η πρωτεΐνη αυτή παίζει ρόλο στην ακινητοποίηση ( φιλτράρισμα ) των βαρέων μετάλλων, προτού αυτά διεισδύσουν στο φυτό. Με αυτό τον τρόπο οι θυσανοειδείς μυκόρριζες παίζουν σπουδαίο ρόλο στο να καταφέρουν τα φυτά-ξενιστές να επιβιώσουν σε ρυπασμένα με βαρέα μέταλλα εδάφη, γεγονός που χρίζει όλο και μεγαλύτερης προσοχής και ενδιαφέροντος Βελτίωση της συσσωμάτωσης εδαφικών τεμαχιδίων Οι μυκορριζικοί μύκητες έχουν την ιδιότητα να βελτιώνουν τη συσσωμάτωση των εδαφικών τεμαχιδίων, βελτιώνοντας έτσι τη δομή του εδάφους (Miller & Jastrow 2000). Οι υφές των μυκορριζών παράγουν χημικές ουσίες και ένα είδος οργανικής κόλλας (Jastrow κ.ά. 1998) η οποία ενώνει τα συσσωματώματα του εδάφους (Graham κ.ά. 1982) και βελτιώνει το πορώδες του. Έτσι βελτιώνεται η δομή του εδάφους και επιτυγχάνεται η ευκολότερη κίνηση του νερού μέσα στο έδαφος, ο καλύτερος αερισμός των ριζών και η αποτελεσματικότερη στερεοποίηση τους στο έδαφος (Fitter 2005), η μεγαλύτερη ανάπτυξη της ρίζας και κατ επέκταση του ίδιου του φυτού Προστασία από παθογόνα Η ύπαρξη θυσανοειδών μυκορριζών αυξάνει την αντίσταση των φυτών στα παθογόνα και ιδιαίτερα στους μύκητες που προσβάλλουν το ριζικό σύστημα (Davis & Menge 1980, Bartschi κ.ά. 1981, Mark & Cassels 1996, Murphy κ.ά. 2000, Norman & Hooker 2000). Ελάχιστα είναι γνωστός ο μηχανισμός που εμπλέκεται στην προστασία των φυτών από τα παθογόνα. Έχει διατυπωθεί ωστόσο η άποψη ότι η αυξημένη αντίσταση στα παθογόνα ίσως σχετίζεται με την ενίσχυση των κυτταρικών τοιχωμάτων που επιτυγχάνεται με την απόθεση λιγνίνης στο εσωτερικό των κυττάρων (Dehne & Schinjhbeck 1979), με την παραγωγή φυτοαλεξινών από τον ξενιστή σε αντίδραση στην παρουσία του μύκητα (Wyss κ.ά. 1991) αλλά και από την συσσώρευση πρωτεϊνών με πιθανή αντιμικροβιακή δραστηριότητα (Somssich & Hahlbrock 1998). Επίσης, πιθανότατα να εμπλέκονται και κάποιοι έμμεσοι μηχανισμοί. Η βελτίωση της θρεπτικής κατάστασης του φυτού, η αλλαγή στην ανατομία και στην αρχιτεκτονική του ριζικού του συστήματος σε συνεργασία με την ενεργοποίηση των μηχανισμών άμυνας του ίδιου του 10

17 φυτού φαίνεται να είναι οι παράγοντες που συντελούν στον έλεγχο των παθογόνων από τις μυκόρριζες (Azcón-Aguilar κ.ά. 2002, Pozo κ.ά. 2002). Η συνεισφορά αυτή των θυσανοειδών μυκορριζών είναι ιδιαίτερης σημασίας για τα φυτά που αναπτύσσουν πλούσιο διακλαδισμένο ριζικό σύστημα, καθώς ο κίνδυνος προσβολής τους από παθογόνους οργανισμούς είναι αυξημένος. Οι Newsham κ.ά. (1995) πιστεύουν ότι σε φυτά με ριζικό σύστημα ελάχιστα διακλαδιζόμενο η συνεισφορά των μυκορριζών συνίσταται στην αποτελεσματική πρόσληψη του Ρ (Σχήμα 3). Αντίθετα, σε φυτά με πυκνές, λεπτές και έντονα διακλαδιζόμενες ρίζες η κύρια συνεισφορά των μυκορριζών είναι η προστασία από παθογόνους οργανισμούς. Σχήμα 3 Σε φυτά με ελάχιστες διακλαδώσεις ριζών η κυριότερη συνεισφορά των μυκορριζών είναι η πιο αποτελεσματική πρόσληψη φώσφορου, ενώ σε φυτά με πλούσιες διακλαδώσεις ριζών η κυριότερη συνεισφορά τους είναι η προστασία των φυτών από παθογόνους μύκητες. (Από Newsham κ.ά. 1995) Επίδραση στην ποικιλότητα των φυτικών ειδών και των μικροοργανισμών στη ριζόσφαιρα Η παρουσία των θυσανοειδών μυκορριζών στο έδαφος είναι δυνατό να έχει σημαντική επίδραση στην ποικιλότητα των ειδών και στη σύνθεση των φυτοκοινοτήτων (Grime κ.ά. 1987, Hartnett & Wilson 1999). Κάτι τέτοιο μπορεί να αποδοθεί εν μέρει στο γεγονός ότι οι μύκητες αναπτύσσουν πολύ εξειδικευμένες σχέσεις με τα φυτά-ξενιστές τους (van der Heijden κ.ά. 1998, 2003, Vandenkoornhuyse κ.ά. 2002, 2003), και έτσι τα επηρεάζουν σε διαφορετικό βαθμό, προσφέροντάς τους και διαφορετικές ωφέλειες. Έτσι λοιπόν από την μια μεριά αυτή η μορφή συμβίωσης μπορεί να οδηγήσει σε αύξηση της αφθονίας των υποδεέστερων ειδών σε σχέση με τα κυρίαρχα και κατά συνέπεια σε αύξηση της ποικιλότητας των ειδών (Grime κ.ά. 1987, Newman & Reddle 1988). Αυτό συμβαίνει στην περίπτωση που τα λιγότερο ανταγωνιστικά είδη εξαρτώνται σε μεγαλύτερο βαθμό από τις θυσανοειδείς μυκόρριζες σε σχέση με τα κυρίαρχα πιο ανταγωνιστικά είδη. Έτσι, τα πρώτα, χάρη στην παρουσία μυκορριζών έχουν την ικανότητα αποτελεσματικότερης αξιοποίησης των εδαφικών πόρων και μπορούν να συνυπάρχουν με τα κυρίαρχα είδη (Zobel & Moora 1995, Moora & Zobel 1996). Από την άλλη μεριά εάν τα κυρίαρχα είδη είναι αυτά που εξαρτώνται σε μεγαλύτερο βαθμό από τις θυσανοειδείς μυκόρριζες θα εντείνουν την κυριαρχία τους έναντι των 11

18 υποδεέστερων, και έτσι θα μειωθεί η ποικιλότητα των φυτικών ειδών (West 1996, Hartnett & Wilson 2002). Επιπρόσθετα, ο Walkins κ.ά. (1996) και ο Fitter κ.ά. (1998) βρήκαν ότι οι ρίζες των φυτών σε φυσικές κοινότητες συχνά ενώνονται με ένα κοινό δίκτυο ενδομυκορριζών, μέσω του οποίου μεταφέρονται από φυτό σε φυτό θρεπτικά στοιχεία (Grime κ.ά. 1987, Walter κ.ά. 1996, Malcova κ.ά. 1999) ή C (Graves κ.ά. 1997, Robinson & Fitter 1999). Είναι λοιπόν φυσικό όταν η μεταφορά των στοιχείων γίνεται από τα κυρίαρχα φυτικά είδη στα υποδεέστερα, να αυξάνεται η ποικιλότητα των φυτικών ειδών της φυτοκοινότητας. Επίσης, ο αποικισμός με θυσανοειδείς μυκόρριζες μπορεί να επηρεάσει την αφθονία και την ποικιλότητα των μικροοργανισμών στη ριζόσφαιρα. Κάτι τέτοιο μπορεί να γίνει είτε μέσω των εκκρίσεων των ίδιων των μυκορριζών (Marschner κ.ά. 2001, Mansfeld-Giese κ.ά. 2002, Marschner & Baumann 2003, Marschner & Timonen 2005), είτε μέσω των επιδράσεων που προκαλούνται στην μορφολογία (Berta κ.ά. 1990, 1993, Hetrick 1991) και στις εκκρίσεις των ριζών (Bansal & Mukerji 1994), στο ph του εδάφους (Bago & Azcon-Aguillar 1997), στην περιεχόμενη ποσότητα θρεπτικών στοιχείων (Li κ.ά. 1991) και στην δραστηριότητα των ενζύμων (Tarafdar & Marschner 1994). Η εγκατάσταση των μυκορριζών και η ανάπτυξη του μυκηλίου δημιουργεί ένα διαφορετικό περιβάλλον για τους μικροοργανισμούς του εδάφους, το οποίο διαφοροποιείται από αυτό που προσφέρουν τα φυτά που δεν συμβιώνουν με μυκόρριζες. Κάτω από όλες αυτές τις αλλαγές οι διάφοροι μικροοργανισμοί του εδάφους μπορούν να αντιδράσουν με διαφορετικό τρόπο, άλλες φορές διεγείροντας και άλλες φορές αναστέλλοντας την αύξηση τους (Barea 1997). Επίσης, έχει αποδειχθεί από μια πληθώρα πειραμάτων (Krishnaraj & Sreenivasa 1992, Marschner κ.ά. 2001, Marschner & Baumann 2003) ότι, όπως συμβαίνει με τα φυτά-ξενιστές τους, έτσι και στην περίπτωση των μικροοργανισμών της ριζόσφαιρας, οι μύκητες που σχηματίζουν θυσανοειδείς μυκόρριζες αναπτύσσουν εξειδικευμένες σχέσεις μαζί τους, γεγονός που επηρεάζει την ποικιλότητα και την αφθονία τους. 1.5 Διαφορές μεταξύ φυτικών ειδών σε σχέση με τον αποικισμό και την εξάρτησή τους από τις θυσανοειδείς μυκόρριζες Η συμβίωση φυτών με θυσανοειδείς μυκόρριζες είναι διαδεδομένη σε χερσαία οικοσυστήματα (Miller 1987) και μπορεί να επηρεάσει σημαντικά την δομή των φυτοκοινοτήτων, τις ανταγωνιστικές σχέσεις μεταξύ φυτικών ειδών και την διαδοχή (Read 1991, Gange κ.ά. 1993, Zobel & Moora 1995, 1997, Wilson & Hartnett 1997). Ωστόσο, μεταξύ των φυτικών ειδών παρουσιάζονται διαφορές σε σχέση με τον αποικισμό και την εξάρτησή τους από τις μυκόρριζες, γεγονός που επιδρά και επηρεάζει όλες τις παραπάνω διεργασίες. 12

19 Τα φυτικά είδη, ανάλογα με τον χρόνο που απαιτούν για να ολοκληρώσουν τον βιολογικό τους κύκλο, ανταποκρίνονται λιγότερο ή περισσότερο θετικά στο σχηματισμό μυκορριζών. Έχει εκτιμηθεί ότι μόλις το 15% από τα ετήσια μονοκοτυλήδονα είδη σχηματίζει μυκόρριζες, ενώ το αντίστοιχο ποσοστό των πολυετών ειδών ανέρχεται στο 85% (Trappe 1987). Όμοια, και σε νεότερη έρευνα των Wilson και Hartnett (1998) βρέθηκε ότι η ανταπόκριση των μονοετών ειδών που εξετάστηκαν στην αποίκιση τους με μυκόρριζες ήταν χαμηλή. Αυτή βέβαια η διαφοροποίηση που παρουσιάζουν τα ετήσια με τα πολυετή είδη μπορεί να αποδοθεί στις διαφορετικές στρατηγικές που ακολουθούν. Τα μεν πρώτα, λόγω της βραχείας διάρκειας ζωής τους χρησιμοποιούν το σύνολο σχεδόν των προϊόντων αφομοίωσής τους για την αναπαραγωγή τους. Τα πολυετή είδη από την άλλη μεριά χρησιμοποιούν το μεγαλύτερο ποσοστό από τα προϊόντα αφομοίωσης για την συντήρηση και την αύξηση τους. Πιθανότατα η ανάπτυξη συμβιώσεων των πολυετών ειδών με μυκόρριζες, είναι μια στρατηγική που χρησιμοποιούν τα τελευταία προκειμένου να εξασφαλίσουν την μακρά διάρκεια ζωής τους, ιδιαίτερα κάτω από συνθήκες έντονου ανταγωνισμού και ανεπάρκειας εδαφικών πόρων. Ο αποικισμός φαίνεται να διαφέρει και ανάμεσα στις διάφορες λειτουργικές ομάδες. Ο αποικισμός των μυκορριζών βρέθηκε να είναι υψηλότερος στα πλατύφυλλα είδη απ ό, τι στα αγρωστώδη, ίσως επειδή η συμβίωση αυτή ευνοείται από την ιδιαίτερη, χωρίς πολλές διακλαδώσεις, αρχιτεκτονική των ριζών των πλατύφυλλων (Newsham κ.ά. 1995) και από τις κατά μέσο όρο υψηλότερες απαιτήσεις των πλατύφυλλων σε Ρ (Mamolos κ.ά. 2005). Φαίνεται ότι το αραιότερο δίκτυο ριζών των πλατύφυλλων σε συνδυασμό με τις υψηλότερες απαιτήσεις τους σε Ρ ευνοεί τον σχηματισμό μυκορριζών. Τα ψυχανθή είδη φαινεται να είναι αυτά που ανταποκρίνονται έντονα στην αποίκισή τους με μυκόρριζες. Ο υψηλός αποικισμός των ψυχανθών ιδιαίτερα σε φτωχά σε Ρ εδάφη πρέπει να οφείλεται στην δυνατότητά τους να αζωτοδεσμεύουν, η οποία καθιστά τον Ρ ακόμη περισσότερο περιοριστικό. Για αυτόν τον λόγο τα ψυχανθή κατευθύνουν την εξέλιξή τους προς τη κατεύθυνση της αποτελεσματικότερης αξιοποίησης του Ρ, πράγμα που ικανοποιείται μέσα από την ανάπτυξη συμβιώσεων με μυκόρριζες. Εκτός από τον Ρ, οι μυκόρριζες προμηθεύουν τα ψυχανθή φυτά και με άλλα στοιχεία που επιδρούν στο σύστημα της αζωτοδέσμευσης, επηρεάζοντας την συμβιωτική αποτελεσματικότητα των Rhizobium, όπως είναι ο ψευδάργυρος, ο χαλκός, το μολυβδαίνιο και τα ασβέστιο (Munns & Mosse 1980, Hayman 1986, O Hara κ.ά. 1988). Ανάμεσα στα αγρωστώδη υπάρχουν διαφορές ως προς την αρχιτεκτονική των ριζών, με πιο έκδηλη τη διαφορά μεταξύ C 3 και C 4 ειδών. Ο Hetrick κ.ά. (1991) υποστήριξαν ότι ακριβώς αυτή η διαφορά είναι ο κυριότερος παράγοντας που διαφοροποιεί τον βαθμό που αποικίζονται με μυκόρριζες οι δύο αυτές ομάδες φυτών. Τα C 3 είδη αναπτύσσουν πλούσιο ριζικό σύστημα με 13

20 λεπτές και πολυκλαδισμένες ρίζες και με αφθονία ριζικών τριχιδίων. Αυτός ο τύπος ριζικού συστήματος επιφέρει μεγάλο μεταβολικό κόστος στο φυτό (Wilson & Hartnett 1998), με αποτέλεσμα ολοένα και μικρότερη ποσότητα C να διοχετεύεται για να αναπτυχθούν οι συμβιώσεις με μυκόρριζες. Εντούτοις, το πλούσιο ριζικό σύστημα είναι πιο αποτελεσματικό στην πρόσληψη του Ρ, γιατί οι ρίζες του προσεγγίζουν τις δυσδιάλυτες μορφές Ρ και με την έκκριση οξέων μικρού μοριακού βάρους μπορούν να προσλαμβάνουν πιο αποτελεσματικά τον Ρ (Newsham κ.ά. 1995). Από την άλλη μεριά, τα C 4 είδη έχουν αραιότερο δίκτυο ριζών με σχετικώς χονδρές ρίζες και ελάχιστες διακλαδώσεις. Αυτή η αρχιτεκτονική των ριζών καθιστά τα C 4 είδη περισσότερο εξαρτημένα από τις μυκόρριζες (Hetrick κ.ά. 1990, Hartnett & Wilson 1999), καθώς μέσω αυτής της συμβίωσης αποκτούν μεγαλύτερη προσβασιμότητα στα θρεπτικά στοιχεία του εδάφους και στο νερό. Οι Fitter και Merryweather (1992) υποστήριξαν ότι το ποσοστό αποικισμού των ριζών με μυκόρριζες είναι ένα χαρακτηριστικό γνώρισμα που τα φυτά μπορούν να ρυθμίσουν, ανάλογα με τα οφέλη που προσπορίζονται. Τα φυτά τα οποία δεν ευνοούνται ιδιαίτερα από αυτή την μορφή συμβίωσης μπορούν κατά κάποιο τρόπο να ρυθμίσουν τον αποικισμό τους με μυκόρριζες, προκειμένου να περιορίσουν τις απώλειες του ενεργειακού τους περιεχόμενου προς τον μύκητα. Πιθανολογείται ότι αυτή η διαφορετική ανταπόκριση των φυτών στον αποικισμό τους με θυσανοειδείς μυκόρριζες μπορεί να οφείλεται και σε γενετικά ελεγχόμενες ουσίες (Gianinazzi-Pearson κ.ά. 1991). 1.6 Επιδράσεις Ν και Ρ στην αφθονία των μυκορριζών Οι μύκητες που σχηματίζουν μυκόρριζες απαιτούν, όπως όλοι οι οργανισμοί, N, P, και C, γι αυτό και η διαθεσιμότητα καθενός από αυτά τα θρεπτικά στοιχεία θα μπορούσε να ελέγξει την αφθονία των μυκορριζών. Τα φυτά παρέχουν τον C διοχετεύοντας υδατάνθρακες στις ρίζες και στους μύκητες, ενώ μέσω των ριζών και των μυκήτων προσλαμβάνουν τα θρεπτικά στοιχεία από το έδαφος. Μια διαδεδομένη υπόθεση που φαίνεται να επικρατεί στον χώρο της οικολογίας των μυκορριζών είναι η ακόλουθη. Τα φυτά αποθέτουν το μεγαλύτερο μέρος των προϊόντων της φωτοσύνθεσής τους στις ρίζες και στους μύκητες που σχηματίζουν μυκόρριζες, όταν το N ή ο P είναι περιοριστικό στοιχείο για την αύξησή τους, δεδομένου ότι οι μυκόρριζες συμβάλλουν στη θρέψη των φυτών (Mosse & Phillips 1971). Αντίθετα, εάν η διαθεσιμότητα του N ή του P του εδάφους είναι επαρκής ή αυξηθεί με την προσθήκη λιπασμάτων, τότε αναμένεται να μειωθεί η αφθονία των μυκορριζών, καθώς τα φυτά διαθέτουν το μεγαλύτερο μέρος των υδατανθράκων σε άλλες δεξαμενές, κυρίως στους βλαστούς και τα φύλλα τους (Chapin 1980, Tilman 1988, Tilman & Cowan 1989, Read 1991, Marschner κ.ά. 1996) (Σχήμα 4). Μολονότι η παραπάνω 14

21 υπόθεση τείνει να επιβεβαιωθεί από μια πληθώρα πειραμάτων που πραγματοποιήθηκαν, πρέπει ωστόσο να σημειωθεί ότι χρίζει περαιτέρω μελέτης. Έχει αποδειχθεί ότι η προσθήκη φωσφορικών λιπασμάτων μειώνει τόσο τον αποικισμό των φυτών με θυσανοειδείς μυκόρριζες, όσο και την συνεισφορά των τελευταίων στην αύξηση των φυτών ξενιστών τους (Sanders & Tinker 1973, Abbott κ.ά. 1984, Bååth & Spokes 1989). Μολονότι αυτή είναι η επικρατούσα άποψη, τα αποτελέσματα από ορισμένα πειράματα πεδίου δείχνουν να μην την επιβεβαιώνουν (Treseder & Allen 2002). Κάποιες αρχικές μελέτες είχαν δείξει ότι την αποίκιση με μυκόρριζες καθόριζε η συγκέντρωση P στους ιστούς των φυτών και όχι η περιεκτικότητα του P στο έδαφος (Menge κ.ά. 1978, Ratnayake κ.ά. 1978). Αργότερα, ωστόσο, οι De Miranda κ.ά. (1989) και οι Thomson κ.ά. (1991) έδειξαν ότι τόσο η συγκέντρωση P στους ιστούς των φυτών, όσο και η περιεκτικότητα του P στο έδαφος, μπορούν να έχουν επιπτώσεις στον αποικισμό. Σχήμα 4 Το ομοίωμα λειτουργικής ισορροπίας προβλέπει ότι τα προϊόντα φωτοσύνθεσης του φυτού διοχετεύονται προς τα όργανα τα οποία απαιτούν τους πλέον περιοριστικούς πόρους. Η προσθήκη θρεπτικών στοιχείων θα καταστήσει τα στοιχεία αυτά επαρκή για την αύξηση του φυτού, και έτσι το φυτό αναμένεται να διοχετεύει αναλογικά περισσότερα προϊόντα φωτοσύνθεσης στο υπέργειο τμήμα και λιγότερα στις ρίζες και στις μυκόρριζες. (Από Johnson κ.ά 2003). 15

22 Η προσθήκη N έδωσε αντικρουόμενα αποτελέσματα στον αποικισμό μυκορριζών (Treseder 2006). Κάποια πειράματα που πραγματοποιήθηκαν έδειξαν ότι η προσθήκη αζωτούχου λίπανσης επηρεάζει αρνητικά τις θυσανοειδείς μυκόρριζες, περιορίζοντας την αφθονία τους (Buwalda & Goh 1982, Egerton-Warburton & Allen 2000, Corkidi κ.ά. 2002). Μια πρόσφατη ανάλυση από 17 παλιότερες μελέτες (Treseder 2006) έδειξε ότι οι προσθήκες N μείωσαν την αφθονία των μυκορριζών κατά ένα ποσοστό της τάξεως του 15%. Ωστόσο, κάποια άλλα πειράματα έδειξαν ότι ο εμπλουτισμός του εδάφους με N αύξησε τον αποικισμό των ριζών με θυσανοειδείς μυκόρριζες. Για παράδειγμα οι Dhillion και Ampornpan (1992) βρήκαν τον αποικισμό με θυσανοειδείς μυκόρριζες να είναι ιδιαίτερα αυξημένος σε εδάφη που εμπλουτίστηκαν με N. Επιπρόσθετα, η προσθήκη NH4NO3 αύξησε τον αποικισμό του Leucaena leucocephala από τον μύκητα Glomus aggregatum (Aziz & Habte 1989). Τέλος, να σημειωθεί ότι έχουν παρατηρηθεί και περιπτώσεις στις οποίες η αζωτούχα λίπανση δεν επηρέασε καθόλου τον αποικισμό των μυκορριζών (Treseder & Vitousek 2001). Προκύπτει λοιπόν ότι οι επιδράσεις του N και του P στην ανάπτυξη των θυσανοειδών μυκορριζών δεν είναι ξεκάθαρες και ότι οι προσθήκες αυτών των θρεπτικών δημιουργεί αντικρουόμενα αποτελέσματα (Treseder & Allen 2002), τα οποία είναι δυνατόν να οφείλονται σε κλιματικούς παράγοντες, στο καθεστώς διαχείρισης του εδάφους, καθώς και στην σύνθεση των ειδών. Ιδιαίτερα όμως, όπως έδειξαν πολλές μελέτες, η ανταπόκριση των θυσανοειδών μυκορριζών στις προσθήκες N και P επηρεάζεται από την διαθεσιμότητα του N και του P στο έδαφος (λόγος N:P στο έδαφος) ( Treseder & Allen 2002). Το N και ο P είναι τα συνηθέστερα περιοριστικά θρεπτικά στοιχεία τόσο για την αύξηση των φυτών σε φυσικές συνθήκες (Vitousek & Howarth 1991, Koerselman & Meuleman 1996, Güsewell & Koerselman 2002, Tessier & Reynal 2003), όσο και για την αύξηση των θυσανοειδών μυκορριζών (Treseder & Allen 2002). Εάν η διαθεσιμότητα κάποιου θρεπτικού πέσει κάτω από μια κρίσιμη τιμή οι θυσανοειδείς μυκόρριζες δεν μπορούν να αυξηθούν (Σχήμα 5). Το ίδιο συμβαίνει και για τα φυτά. Ωστόσο, η κρίσιμη αυτή τιμή είναι χαμηλότερη για τις θυσανοειδείς μυκόρριζες. Στο εύρος διαθεσιμότητας του θρεπτικού στοιχείου μεταξύ των δύο κρίσιμων τιμών, οι θυσανοειδείς μυκόρριζες θα αυξάνονται. Εάν η διαθεσιμότητα του θρεπτικού στοιχείου είναι υψηλότερη από την κρίσιμη τιμή του φυτού-ξενιστή, το φυτό δεν έχει ανάγκη τις μυκόρριζες για την πρόσληψη του θρεπτικού στοιχείου. Αντίθετα επενδύει στο υπέργειο τμήμα και διοχετεύει λιγότερο C στις ρίζες και στους μύκητες με αποτέλεσμα οι θυσανοειδείς μυκόρριζες να μειώνονται. Τα διάφορα φυτικά είδη έχουν διαφορετικές κρίσιμες τιμές διαθεσιμότητας για κάποιο θρεπτικό στοιχείο του εδάφους (Tilman 1982). Για τον λόγο αυτόν το εύρος στη διαθεσιμότητα κάπου θρεπτικού στοιχείου στο οποίο θα αυξάνεται η αφθονία των μυκορριζών θα διαφέρει 16

23 ανάμεσα στα είδη. Το εύρος αυτό αναμένεται να είναι μεγαλύτερο σε είδη που απαιτούν σε αναλογικά μεγάλες ποσότητες το θρεπτικό στοιχείο σε σύγκριση προς λιγότερο απαιτητικά είδη (Σχήμα 6). Απόρροια του παραπάνω ομοιώματος είναι ότι οι επιδράσεις που θα επιφέρει η προσθήκη Ν ή Ρ στην ανάπτυξη των θυσανοειδών μυκορριζών, θα εξαρτηθούν από την διαθεσιμότητα του Ρ ή του Ν, αντίστοιχα, στο έδαφος και ότι οι επιδράσεις αυτές είναι δυνατόν να εξαρτώνται από τα φυτά ξενιστές. Πράγματι, πολλά πειράματα στο θερμοκήπιο έδειξαν ότι ο εμπλουτισμός με N αύξησε τον αποικισμό με μυκόρριζες όταν ο P ήταν περιοριστικός στο έδαφος, και μείωσε τον αποικισμό όταν ο P ήταν επαρκής (Smith κ.ά. 1986, Bååth & Spokes 1989, Sylvia & Neal 1990, Liu κ.ά. 2000). Σχήμα 5 Απεικόνιση των μεταβολών στον αποικισμό θυσανοειδών μυκορριζών σε σχέση προς τη διαθεσιμότητα ενός θρεπτικού στοιχείου, π.χ. Ρ. Ο αποικισμός θα μειώνεται όταν η διαθεσιμότητα του Ρ είναι χαμηλότερη από την κρίσιμη τιμή διαθεσιμότητας για τις μυκόρριζες και όταν η διαθεσιμότητα του Ρ είναι υψηλότερη από την κρίσιμη τιμή διαθεσιμότητας για το φυτό. Ο αποικισμός θα αυξάνεται σε τιμές διαθεσιμότητας του Ρ μεταξύ των κρίσιμων τιμών των μυκορριζών και του φυτού. Σχήμα 6 Μεταβολές στον ρυθμό αποικισμού των AMF σε σχέση προς τη διαθεσιμότητα Ρ σε δύο φυτά με διαφορετικές κρίσιμες τιμές. Στο φυτό Α, με κρίσιμη τιμή διαθεσιμότητας Ρ χαμηλότερη από την αντίστοιχη του φυτού Β, το εύρος της διαθεσιμότητας Ρ, στο οποίο αυξάνεται ο αποικισμός των θυσανοειδών μυκορριζών είναι μικρότερο. 17

24 Πρέπει να σημειωθεί ότι τα φυτά μπορούν να διαλυτοποιήσουν ιόντα Ρ εκκρίνοντας από τις ρίζες ειδικά ένζυμα, τις φωσφατάσες (Duff κ.ά. 1994, Marschner 1995). Η εκκριση των φωσφατασών υποκινείται από την περιοριστικότητα του Ρ (Goldstein κ.ά. 1988α, β). Επειδή τα ένζυμα αυτά περιέχουν σχετικώς υψηλές συγκεντρώσεις Ν, η παραγωγή τους διευκολύνεται όταν το Ν του εδάφους είναι επαρκές (Clarholm & Rosengren-Brinck 1995, Johnson κ.ά. 1999, Phoenix κ.ά. 2003). Κάτι τέτοιο πιθανότατα θα σήμαινε και μείωση της αφθονίας των θυσανοειδών μυκορριζών, καθώς το φυτό "προτιμά" να επενδύσει το ενεργειακό του περιεχόμενο στις φωσφατάσες και όχι στις μυκόρριζες προκειμένου να προμηθευτεί τον P. 1.7 Σκοπός της εργασίας Οι ορεινές ποώδεις και ημιφυσικές φυτοκοινότητες της Βόρειας Ελλάδας κυριαρχούνται από C 3 αγρωστώδη. Η παραγωγικότητά τους περιορίζεται από εδαφικούς πόρους, δηλαδή από τις μικρές περιεκτικότητες σε Ν και Ρ και την έλλειψη νερού (Elisseou κ.ά. 1995, Mamolos κ.ά. 1995, 2005, Tsialtas κ.ά. 2001). Ο πρώτος σκοπός της εργασίας επιλέχθηκε προκειμένου να εκτιμηθεί ο αποικισμός με θυσανοειδείς μυκόρριζες σε ένα τέτοιο ποολίβαδο και σε ένα εύρος φυτικών ειδών που ανήκουν σε τρεις ευρείες ταξινομικές κατηγορίες φυτών, αγρωστώδη, ψυχανθή και μη ψυχανθή πλατύφυλλα. Στο ποολίβαδο αυτό έχει εγκατασταθεί από το 2004 ένα παραγοντικό πείραμα λίπανσης με δύο επίπεδα Ν και δύο επίπεδα Ρ (Karanika κ.ά. 2007). Ένας δεύτερος σκοπός ήταν να ερευνηθούν οι επιδράσεις των προσθηκών Ν και Ρ στον αποικισμό με θυσανοειδείς μυκόρριζες σε αγρωστώδη, ψυχανθή και μη ψυχανθή πλατύφυλλα είδη. Ένας τρίτος σκοπός της εργασίας ήταν να εκτιμηθεί ο αποικισμός σε δύο βάθη 0-5 cm και cm σε κηλίδες της φυτοκοινότητας που φαίνονται να είναι μονοκαλλιέργειες του κυρίαρχου είδους, του αγρωστώδους Agrostis capillaris. Τα ερωτήματα που τέθηκαν είναι: διαφέρει ο αποικισμός μεταξύ των ταξινομικών κατηγοριών φυτών; Επηρεάζεται από τις προσθήκες Ν και Ρ; Επηρεάζεται από το βάθος του εδάφους; 2. ΥΛΙΚΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ 2.1 Η περιοχή των πειραματικών εφαρμογών Η περιοχή του πειραματισμού είναι ένα ορεινό ποολίβαδο του οικισμού Πολυπόταμος στη βορειοδυτική Ελλάδα, 30 km περίπου νοτιοδυτικά της Φλώρινας, με γεωγραφικές συσντεταγμένες βόρεια και ανατολικά και σε υψόμετρο m. Το ποολίβαδο, επιφάνειας περίπου 50 στρεμμάτων, είναι σε ένα άνοιγμα δάσους οξιάς. Το κλίμα είναι ηπειρωτικό με ετήσια βροχόπτωση, για την περίοδο , 805 ± 37 mm (μέσος όρος ± 18

25 τυπικό σφάλμα, Elisseou κ.ά. 1995). Το ποολίβαδο έχει υποστεί ελάχιστες διαταραχές από τον άνθρωπο και ελάχιστα έχει βοσκηθεί από οικόσιτα ή κοπαδιάρικα ζώα τα τελευταία 30 τουλάχιστον έτη. Τα κύρια φυσικοχημικά γνωρίσματα του εδάφους (Πίνακας 1), όπως και τα φυτικά είδη που απαντούν σε αυτό αναφέρονται από τους Mamolos κ.ά. (2005). Η θέση στην οποία έγινε ο πειραματισμός αναφέρεται ως ξηρή θέση από τους ερευνητές αυτούς, οι οποίοι βρήκαν ότι το N και ο P είναι περιοριστικά για την αύξηση των φυτών. Πίνακας 1. Φυσικοχημικά γνωρίσματα της πειραματικής θέσης στο ποολίβαδο του Πολυποτάμου Φλώρινας (βάθος 0-15 cm) Τύπος εδάφους α Άμμος Ιλύς Άργιλλος ph β Οργανική ουσία γ Ολικό Ν CEC δ (%) (%) (%) (g kg -1 ) (g kg -1 ) (cmol (+) kg -1 ) SL ,8 20,35 10,78 26,4 α Μέθοδοςτου υδρομέτρου β Με 0,01Μ CaCl 2 1:2:5 (w/v) γ Υγρή οξείδωση δ Η εκχύλιση των εδαφών έγινε με 0,5 Μ BaCl 2 -TEA, ph 8,2 2.2 Πειραματικό σχέδιο Τον Απρίλιο του 2004 εγκαταστάθηκαν στην θέση πειραματισμού οκτώ πειραματικά τεμάχια διαστάσεων 4,5 4,5 m. Σε κάθε ένα από αυτά οριοθετήθηκαν τέσσερα υποτεμάχια διαστάσεων 1,5 1,5 m, στα οποία εφαρμόσθηκαν οι τέσσερις συνδυασμοί δύο επιπέδων N (0 και 15 g N ανά m 2 ετησίως, υπό μορφή νιτρικής αμμωνίας (NH 4 NO 3 ) ) επί δύο επίπεδα P (0 και 10 g P ανά m 2 ετησίως υπό μορφή υπερφωσφορικού). Το πειραματικό σχέδιο ήταν πλήρες τυχαιοποιημένες ομάδες με οκτώ επαναλήψεις. Η προσθήκη των θρεπτικών στοιχείων γίνονταν στα τέλη Απριλίου για τα έτη 2004 έως Δειγματοληψίες ριζών Για τη μέτρηση του αποικισμού επιλέχθηκαν στα τέλη Ιουνίου 2007 πέντε είδη φυτών, το πολυετές αγρωστώδες Agrostis capillaris, το ετήσιο μη ψυχανθές πλατύφυλλο Galium lucidum, το πολυετές πλατύφυλλο Prunella vulgaris και τα πολυετή ψυχανθή Doryncium herbaceum και Trifolium heldreichianum. Τα είδη αυτά ήταν από τα αφθονότερα στο ποολίβαδο και είχαν μια σχετικώς ομοιόμορφη χωροδιάταξη. Στη συνέχεια της εργασίας τα είδη αυτά θα αναφέρονται με το όνομα του γένους μόνο. Για όλα τα είδη πάρθηκαν δείγματα εδάφους μέχρι βάθους 5 cm μαζί με την υπερκείμενη βλάστηση, από όλες τις μεταχειρίσεις και επαναλήψεις. Για τα δύο ψυχανθή υπήρχαν σε όλες τις μεταχειρίσεις αρκετές ελλείπουσες παρατηρήσεις, γιατί δεν βρέθηκαν σε κάποιες επαναλήψεις. Το Agrostis απαντά συχνά σε κηλίδες ως μονοκαλλιέργεια αρκετών τετραγωνικών εκατοστομέτρων. Από το κέντρο των κηλίδων αυτών πάρθηκαν ρίζες από βάθος cm με τη βοήθεια σιδερένιων κυλίνδρων διαμέτρου 3,8 cm. 19

26 Τα δείγματα τοποθετήθηκαν σε μικρά φορητά ψυγειάκια, μεταφερόταν στο εργαστήριο, όπου διαχωρίζονταν, με πλύσιμο οι ρίζες. Προκειμένου να μετρηθεί ο αποικισμός των ριζών με μυκόρριζες, γινόταν προηγουμένως χρώση των υφών των μυκήτων σύμφωνα με τη μέθοδος των Phillips και Hayman (1970), όπως αυτή τροποποιήθηκε από τους Μerryweather και Fitter (1991). Tα επιλεγμένα τεμαχίδια ριζών τοποθετούνταν σε διάλυμα KOH 2% και σε θερμοκρασία 60 C για 20 λεπτά. Ακολουθούσε καλό ξέπλυμα αυτών με απιονισμένο νερό και τοποθέτηση τους σε διάλυμα HCl 2% πάλι στους 60 C για 20 λεπτά. Η διαδικασία της χρώσης ολοκληρώνονταν με τοποθέτηση των ριζών σε διάλυμα χρωστικής 0,05% Trypan blue (1:1:1, HCl 2%, γλυκερόλη και νερό) και πάλι στους 60 0 C για 20 λεπτά. Οι ρίζες διατηρούνταν σε δοχεία με πώματα σε διάλυμα νερού και γλυκερόλης 1:1 έως ότου μετρηθεί ο αποικισμός σύμφωνα με τη μέθοδο των McGonigle κ.ά. (1990). 2.4 Στατιστική επεξεργασία Στα δεδομένα αποικισμού των ριζών έγιναν δύο Αναλύσεις Παραλλακτικότητας. Στην πρώτη χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα των τριών ειδών (Agrostis, Prunella και Galium) για το βάθος 0-5 cm. Χρησιμοποιήθηκε το σχέδιο των πλήρως τυχαιοποιημένων ομάδων και, εκτός από τα είδη, οι άλλες δύο κύριες μεταχειρίσεις ήταν οι προσθήκες Ν και P. Για τα δύο ψυχανθή είδη Doryncium και Trifolium υπολογίσθηκαν οι μέσοι όροι και οι τυπικές αποκλίσεις. Στη δεύτερη Ανάλυση Παραλλακτικότητας χρησιμοποιήθηκαν τα δεδομένα αποικισμού του Agrostis. Το σχέδιο ήταν και πάλι οι πλήρως τυχαιοποιημένες ομάδες και οι τρεις κύριες μεταχειρίσεις ήταν το βάθος και οι προσθήκες Ν και P. Σε όλες τις στατιστικές αναλύσεις έγινε μετατροπή των δεδομένων του αποικισμού των ριζών από μυκόρριζες σε τόξο ημιτόνου της τετραγωνικής ρίζας (Steel & Torrie 1960), προκειμένου τα δεδομένα να ακολουθούν κανονική κατανομή. Οι συγκρίσεις μέσων όρων έγιναν με το κριτήριο Ελάχιστης Σημαντικής Διαφοράς σε επίπεδο σημαντικοτητας p=0,05. 3 ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ 3.1 Επίδραση των λιπάνσεων στην αφθονία των μυκορριζών Η στατιστική επεξεργασία που έγινε για να εξακριβωθεί η επίδραση των προσθηκών Ν και P στον αποικισμό μυκορριζών στα τρία είδη Agrostis, Prunella και Galium για το βάθος 0-5 cm έδειξε ότι τόσο οι κύριες μεταχειρίσεις Είδη και Προσθήκη Ν, όσο και οι αλληλεπιδράσεις Είδη Ρ και N P ήταν σημαντικές (Πίνακας 2). Σε όλες τις μεταχειρίσεις λίπανσης τα ψυχανθή είδη Doryncium και Trifolium φαίνεται να είχαν τον υψηλότερο αποικισμό, ο οποίος ευνοήθηκε από την προσθήκη Ν. Από τα υπόλοιπα 20

27 τρία είδη τα οποία περιλήφθηκαν στην Ανάλυση Παραλλακτικότητας, το Galium εκδήλωσε το υψηλότερο ποσοστό αποικισμού μυκορριζών και το Agrostis το χαμηλότερο (Σχήμα 7). Ο αποικισμός του Prunella δεν φάνηκε να επηρεάζεται από τις προσθήκες των θρεπτκών στοιχείων. Η προσθήκη του P ευνόησε σημαντικά μόνο τον αποικισμό του Galium, ενώ μείωσε τον αποικισμό του Agrostis. Η επίδραση της προσθήκης του Ν ήταν αμελητέα σε λιπανθέντα με P τεμάχια, αύξανε όμως τον αποικισμό στα τεμάχια που δεν λιπάνθηκαν με P. Σημαντική ήταν η αύξηση για τα είδη Agrostis και Galium. Πίνακας 2: Ανάλυση Παραλλακτικότητας (Μέσα τετράγωνα και F τιμές) για τις επιδράσεις των προσθηκών αζώτου (Ν) και φωσφόρου (P) στον αποικισμό μυκορριζών στα τρία είδη Agrostis capillaris, Prunella vulgaris και Galium lucidum για το βάθος 0-5 cm. Πηγή παραλλακτικότητας ΒΕ Άθροισμα τετραγώνων Μέσα τετράγωνα F Ομάδες ,5 Μεταχειρίσεις ,0 Είδη ,3 3557,2 27,6*** N 1 912,8 912,8 7,1** P 1 0,9 0,9 0,0 Είδη N 2 21,2 10,6 0,1 Είδη P ,5 520,7 4,0* N P 1 530,3 530,3 4,1* Είδη N P 2 474,0 237,0 1,8 Σφάλμα ,3 128,7 Σύνολο ,8 *, ** και *** δηλώνουν σημαντικές επιδράσεις για p=0,05, p=0,01 και p=0,001 αντίστοιχα Σχήμα 7 Ποσοστό αποικισμού θυσανοειδών μυκορριζών (μέσες τιμές ± τυπικές αποκλίσεις) των πέντε είδών Agrostis capillaris (A), Prunella vulgaris (P), Galium lucidum (G), Doryncium herbaceum (D) και Trifolium heldreichianum (T), για το βάθος 0-5 cm, στις τέσσερις μεταχειρίσης προσθήκης N και P (O: μάρτυρας, N: προσθήκη αζώτου, P: προσθήκη φωσφόρου και NP: προσθήκη αμφότερων των θρεπτικών στοιχείων). Για κάθε είδος σε κάθε μεταχείριση λίπανσης, στήλες με διαφορετικά γράμματα διαφέρουν σημαντικά, σύμφωνα με το κριτήριο της Ελάχιστης Σημαντικής Διαφοράς (LSD). Οι αριθμοί πάνω από τις πράσινες και κίτρινες στήλες προσδίδουν τον αριθμό των παρατηρήσεων που βρέθηκαν σε όλες τις επαναλείψεις και για όλες τις μεταχειρίσεις λίπανσης, για τα δύο ψυχανθή είδη. Για τη στατιστική 21