Kdyby nebylo osvíceného zahradníka, přišla by botanička Zuzana Münzbergová o svůj experimentální záhon. Díky němu ukázala, že rozmanitá půdní mikrobiální společenstva zvyšují odolnost rostlin proti narušení a invazím. Zjistila také, že úspěšnost invazních druhů nespočívá v unikátním složení látek vylučovaných kořeny, ale v jejich specifické kombinaci.
Zahrádkáři i zemědělci vědí, že aby plodiny v záhonu nebo na poli dobře rostly, je potřeba je střídat. Dlouhodobé pěstování jednoho druhu na stejném místě totiž vede k nahromadění druhově specifických škůdců, a navíc rostliny téhož druhu využívají identické spektrum půdních živin, které v zemi později chybějí. Rostliny ovlivňují půdu a půda následně ovlivňuje růst rostlin.
Studiem toho, jak spolu mohou jednotlivé druhy rostlin (nebo jejich specifické varianty, tzv. genotypy) společně růst a jaké vlastnosti rostlinných druhů ovlivňují jejich interakce, se zabývá tým botaničky Zuzany Münzbergové z Botanického ústav AV ČR a Přírodovědecké fakulty Univerzity Karlovy.
Zahradník, který neuposlechl
Ve svém výzkumu studuje rostliny v přirozených podmínkách, zahradních pokusech i ve skleníku. V roce 2007 založila velkoplošný zahradní pokus, který původně sloužil ke studiu vlivu intenzity semenného deště na diverzitu rostlin. „Deset let po založení záhonu, když už jsem měla výsledky studie publikované, jsem na konferenci mluvila s odborníkem na interakce rostlin a půdy a bavili jsem se o dalším možném využití výzkumné plochy. Nijak ho to nezaujalo, takže jsem naše zahradníky požádala o zrušení pokusu. Nechtěla jsem zabírat experimentální zahradu něčím, co již ztratilo smysl,“ popisuje Münzbergová.
Zahradníci ji ale neuposlechli, protože na pokusné ploše byla vysoká diverzita rostlin. Záhon tak nabízel květy, které hojně navštěvovaly různé druhy opylovačů. „Čistě ze zvyku jsem tedy pokračovala ve sběru dat. Brzy jsem ale našla způsob, jak výzkum posunout dál, a po detailní analýze půdního společenstva v záhonu vznikl článek, který je jedním z klíčových výstupů projektu,“ vysvětluje botanička a dodává, že výzkumný záhon stále existuje a jeho výzkumu se nyní věnuje doktorand.
prof. RNDr. Zuzana Münzbergová, Ph.D. – záznam druhového složení vegetace v dlouhodobém zahradním pokusu
Jak orba a hnojení mění půdní život
Tým botaniků v čele s Münzbergovou v rámci velkoplošného pokusu studoval, jak může narušení půdních mikrobiálních společenstev, například orbou nebo hnojením, ovlivnit fungování rostlinných společenstev v delším časovém horizontu.
Ukázali, že rostlinná společenstva, která se vyvinou v půdě suchého trávníku a nejsou ovlivněná člověkem, jsou stabilnější a méně náchylná k invazím. Půdní mikrobiální společenstva v těchto půdách jsou druhově bohatší, jednotlivé druhy mikroorganismů zde zastávají velmi odlišné role a jejich chování je nesynchronizované. Naopak v půdách ovlivněných orbou a hnojením jsou půdní mikrobiální společenstva chudší a jejich chování je synchronizované. To vede k tomu, že jakýkoliv výkyv aktuálních podmínek způsobí destabilizaci a rostlinná společenstva jsou náchylnější k invazím.
Kde začíná a končí vliv rostliny
Klíčovým faktorem určujícím, jak rostliny ovlivňují půdu ve svém okolí, je i vzdálenost od rostliny. Většina výzkumů se ovšem soustředí na půdu těsně pod rostlinou a o vlivu rostlin na půdu v jejich okolí se tak stále ví velmi málo.
Výzkumníci zjistili, že mykorhizní houby, bakterie i hlísti se častěji vyskytují v blízkosti rostlin a jejich početnost výrazně klesá až do vzdálenosti 70 cm. „To jsme nečekali, protože hlísti se vyznačují poměrně vysokou mobilitou. Mykorhizní houby jsou zase známé svou schopností získávat živiny z míst kořenům nedostupných, takže jsme předpokládali, že výrazně přesáhnou kořenový systém rostlin,“ komentuje závěry botanička.
„Překvapilo nás i to, že výsledky pokusu jsou poměrně přesvědčivé – jsou konsistentní mezi dvěma poměrně odlišnými studovanými systémy a čtyřmi rostlinnými druhy. Taková robustnost je to, v co při pokusech často doufáme, ale jen zcela výjimečně se tak skutečně stane.“ Strach z nutnosti vysvětlovat mezidruhové rozdíly vede většinu výzkumníků k tomu, že podobné experimenty provádí pouze s jedním rostlinným druhem.
Kořenové exudáty: řeč rostlin a mikroorganismů
Důležitým závěrem projektu je popis složení látek, které do půdy vylučují kořenové systémy různých rostlinných druhů. Rostliny tyto tzv. exudáty využívají pro komunikaci s půdními mikroorganismy. Na rozdíl od jiných studií se výzkumný tým zaměřil na analýzu kompletního spektra exudátů a morfologických kořenových vlastností celkem 65 druhů invazních rostlin.
Výzkum ukázal, že složení kořenových exudátů je z velké části dané evoluční příbuzností druhů. Naopak ekologické nároky druhů, které jsou poměrně významnými prediktory morfologických charakteristik kořenů, složení kořenových exudátů neovlivňují. „Navazující studie ukázala, že se spektrum složení kořenových exudátů invazních a neinvazních rostlin neliší, ale invazní rostliny je vylučují ve specifické kombinaci. To je v souladu i s naším předchozím zjištěním, které naznačuje, že invazní druhy dokážou, na rozdíl od těch neinvazních, podporovat vlastní růst prostřednictvím interakcí rostlin a půdy,“ komentuje vědkyně závěry.
Ve výzkumu interakce rostlin a půdy bude Zuzana Münzbergová pokračovat. Navíc by téma chtěla propojit s dalším směrem svého výzkumu, kterým je studium adaptace na klimatické podmínky. „Chceme pochopit, jak měnící se klimatické podmínky ovlivňují interakce rostlin a půdy a tím i dynamiku rostlinných populací. Současně bychom chtěli podrobněji identifikovat, které konkrétní mikroorganismy či rostlinné exudáty hrají v interakcích klíčovou roli. Tyto poznatky bychom chtěli využít při ochraně vzácných a ohrožených druhů, což je další oblastí mého zájmu,“ uzavírá Zuzana Münzbergová.
Úvodní obrázek: Studie kořenových exudátů a morfologie kořenů zavlečených druhů – rostlina s kořenovým systémem, naskenované kořeny a profil kořenových exudátů
Kresebná rekonstrukce lokality Pohansko u Břeclavi, kterou od roku 1959 systematicky zkoumají archeologové Filozofické fakulty Masarykovy univerzity v Brně.