Kořenové exudáty a rhizodepozice

Podzemní opad

Pojmy listový opad a opadanka není díky malebnosti podzimních barev třeba nikomu zvlášť představovat. Ovšem sebereme-li odvahu a ponoříme se do podzemí, do světa půdního prostředí, kam světlo nezavítá, budeme možná překvapeni, že i kořeny rostlin opadávají, respektive odlučují buňky, a deponují tak svou matérii do půdy. Tato rhizodepozice sice vůbec není barevná a malebná, ale stejně jako ta nadzemní je okamžitě transformována půdními mikroorganismy a stane se buď stavebním kamenem jejich těl, nebo jejich metabolity, které dohromady tvoří půdní organickou hmotu.

Kromě toho, že kořeny odlučují celé své části a buňky, mohou pasivně i aktivně vylučovat tekutiny a těkavé látky. Tyto kořenové exudáty pomáhají kořenům prostupovat půdou, vyvazovat z půdy potřebné živiny, sytit své spřátelené půdní symbionty a bojovat proti škůdcům či konkurentům. Chemické složení kořenových exudátů představuje výrazový prostředek rostlinné komunikace, kterou rostliny ovlivňují vztahy mezi sebou navzájem a s celým svým ekosystémem.

Sféra plná života

Rhizodepozice, souhrnný pojem používaný nejčastěji pro uvolňování rozpuštěných i nerozpuštěných látek, je tedy hybatelem mnoha ekologických interakcí a ekosystémových procesů. Oblast, v níž rhizodepozice nejvíce působí a tvoří životní podmínky edafonu (souboru všech živých organismů v půdě), se natolik liší od zbylého půdního prostředí, že dostala samostatné jméno rhizosféra. Jestliže dnes už víme, že půda představuje zásobník suchozemské biodiverzity a každá její čajová lžička obsahuje přes miliardu mikroorganismů, rhizosféra představuje ještě násobně živelnější metabolický inkubátor.

Kořenové exudáty také představují významný biogeochemický tok, kterým rostlina skrze fotosyntetickou asimilaci vzdušného oxidu uhličitého a následnou exudaci přemísťuje uhlík z atmosféry do půdy. Doba zdržení uhlíku v půdě závisí na abiotických vlastnostech prostředí, jako jsou teplota, půdní vlhkost a minerální složení půdy, jež zajišťuje mikroskopické povrchy, na kterých se mohou organické látky sorbovat. Neméně důležitým parametrem zdržení uhlíku v půdě je chemické složení kořenových exudátů, které bude určovat ochotu k sorpci a využitelnost pro mikroorganismy.

Výzkumy užitečné…

Protože jako lidstvo čelíme důsledkům klimatické změny způsobené narůstajícími koncentracemi oxidu uhličitého v atmosféře, je pro nás důležité porozumět planetárnímu cyklu uhlíku v co největším detailu. Takové precizní porozumění nám umožní lépe předpovídat očekávané ekosystémové změny a také navrhovat možná řešení, založená na ukládání oxidu uhličitého do půdní organické hmoty. Vědci se proto snaží experimentálně zjišťovat, zda a za jakých podmínek vede rostoucí koncentrace oxidu uhličitého v atmosféře ke zvýšení primární produkce rostlin a tím i k vyšší exudaci uhlíku do půdy. Sledují rovněž, za jakých podmínek dojde v případě tohoto zesíleného toku uhlíku do půdy k jeho setrvání v ní (sekvestraci) a za jakých dojde k jeho využití mikroorganismy, kterým dodá energii a ony pak budou schopné štěpit složitější a hůře rozložitelné složky stávající půdní organické hmoty, čímž by naopak docházelo k nárůstu mikrobiální respirace a toku oxidu uhličitého zpět do atmosféry.

Zkoumat něco tak efemérního jako kořenové exudáty vyžaduje nejen pověstný fištrón, ale také neskonalou trpělivost a odolnost vůči nezdarům. Chtějí-li mít vědci jistotu, že se ke kořenovým exudátům dostanou a že exudáty nebudou zaměněny za produkty mikroorganismů či rozpuštěnou půdní organickou hmotu, musí kultivovat experimentální rostliny bez půdního substrátu a ve sterilních podmínkách, například v hydroponickém roztoku. S takovým přístupem se ovšem kultivuje i hluboká pochybnost, zda ony umělé podmínky mohou vůbec relevantně promlouvat o ekologických procesech, které probíhají ve skutečné půdě.

… ale komplikované

Odebírat kořenové exudáty přímo z půdy je ovšem nemožné, protože hned po uvolnění z kořenů jsou vždy buď sorbovány na minerálních površích půdního substrátu, nebo přeměněny mikroorganismy. Nejčastěji se tedy volí přístup pěstování rostlin v lehkém substrátu tvořeném z velkého podílu pískem, z něhož se kořeny snadno uvolní a následně se nechají exudovat do vody, která se chladí na nízkou teplotu, aby se redukoval metabolický rozklad látek. Takto získaný roztok se rychle zamrazí, sublimací zkoncentruje a může se analyzovat jeho chemické složení a obsah živin, případně se použije v dalších experimentech, v jejichž rámci se bude sledovat vliv exudátů na klíčení a růst jiných rostlin či aktivitu mikroorganismů.

Velkou výhodou při zkoumání kořenových exudátů je využití značení izotopem uhlíku 13C. Pokud necháme rostlinu asimilovat uměle připravený oxid uhličitý, který má jiný poměr izotopů 13C/12C než je v běžné atmosféře, bude produkovat izotopově značené exudáty a vědci pak mohou pomocí této izotopové značky sledovat jejich biogeochemické přeměny v prostředí.