Štúdie o osídlení a rozklade dreva
Výskumné centrum Karlsruhe Technology and Environment Scientific Reports FZKA 6068 štúdií o osídlení a rozklade dreva. vybrané listnaté a ihličnaté stromy prostredníctvom koreňových húb J. Engelsov inštitút pre výskum materiálov marec 1998
Výskumné centrum Karlsruhe Technology and Environment Scientific Reports FZKA6068 Štúdie o kolonizácii a rozklade dreva na listnatých a ihličnatých stromoch koreňovými hubami * Julia Engels 1 Ústav materiálového výskumu 1 Ústav lesnej botaniky a fyziológie stromov, Univerzita Alberta-Ludwiga vo Freiburgu * Z lesníckej fakulty Albert-Ludwigs Univerzita vo Freiburgu schválila dizertačnú prácu Forschungszentrum Karlsruhe GmbH, Karlsruhe 1998
Vytlačené ako rukopis. Vyhradzujeme si všetky práva na túto správu. Forschungszentrum Karlsruhe GmbH Postfach 3640, 76021 Karlsruhe člen Asociácie nemeckých výskumných centier (HGF) Hermanna von Helmholtza ISSN 0947-8620
4. Diskusia. 75 4.1 Diskusia o kvantitatívnych výsledkoch. 75 4.2 Diskusia o výsledkoch svetelnej mikroskopie a poľných emisiách rastrovacej elektrónovej mikroskopie a pozorovania vybraných terénnych štúdií. 86 5. Zhrnutie. 102 6. Bibliografia. 105 7. Príloha. 118
16 Namiesto toho materiál a metódy. Bloky jednotlivých hostiteľov vyžadovali zvlhčenie medzi 2 - 20 minútami, aby sa dosiahol požadovaný obsah vlhkosti 50 - 70% suchej hmotnosti. Potom sa umiestnili do 500 ml nádoby (medovej nádoby), ktorá stála na ich prierezových plochách. Ten bol predtým naplnený 10 g vermikulitu so zrnitosťou 3 až 6 mm (firma Isola-Mineralwolle-Werke, W. Zimmermann GmbH, Sprockhövel-Haßlinghausen) a navlhčený 50 ml destilovanej vody. Tieto nádoby boli voľne uzavreté hliníkovými viečkami a boli sterilizované v autokláve 20 minút pri teplote 120 ° C. Každý testovací blok bol potom naočkovaný za sterilných podmienok v súlade s plánovanými kombináciami huba - hostiteľ (tabuľka 1) s príslušným vypestovaným inokulom. Toto sa umiestnilo do stredu plochy prierezu každého testovacieho bloku, pričom v kontrolných variantoch sa použilo fungálne inokulum. Nádoba s medom sa potom voľne uzavrela vekom a parafilmom a skladovala sa v tme pri príslušnej inkubačnej dobe pri 25 ° C. %/i. 4 [Jif
lcd a E.O WLIZElh: Jz 0 0 10 2J 3) 4J E.O Úbytok hmotnosti v (%) Obr. 4: Priemerný úbytok hmotnosti lipového dreva inkubovaného s G. applanatum vo vzťahu ku koncentrácii vlhkosti (n = 20). Ukazuje sa, že s rastúcim úbytkom hmotnosti sa zvyšuje koncentrácia vlhkosti v blokoch z lipového dreva. Koeficient stanovenia lineárnej regresnej priamky pre koreňové drevo (r 2 = 0,81) aj pre kmeňové drevo (r 2 = 0,89) je veľmi vysoký. Ten o tom
Výsledky 35 200 180 160 a ! 140.E. Koreňové drevo - "B.r; 120 r = 2 0,60 Q)". Cl
Výsledky 37 Koreňové drevo má lipu a buk, v kmeňovom dreve už má asi 80% dusíka z koreňového dreva. Posledný uvedený prístup je veľmi dôležitý, pokiaľ ide o objasnenie otázky rozdielnych rýchlostí ťažby koreňového a kmeňového dreva, aby bolo možné odhadnúť, aké veľké rozdiely sú v obsahu dusíka v koreňovom dreve vo vzťahu k kmeňovému drevu. Rozdiely sú najväčšie u duba, nasledovaného javorom, smrekom, potom lipou a bukom. 3.1.5 Obsah lignínu a celulózy Ako je popísané v kapitole 2.2.5, obsah lignínu a celulózy bol stanovený dvoma spôsobmi. Na jednej strane sa relatívne množstvo lignínu a celulózy stanovilo na predtým odváženom množstve materiálu. Na druhej strane bola náhodná vzorka použitá na stanovenie toho, ako sú reprezentované absolútne zmeny v ligníne a celulóze. V prípade posledne menovaného bol do analýzy okrem špecifickej vstupnej hmotnosti zahrnutý aj špecifický objem bloku. Pri analýzach sa použili iba drevené bloky z druhej inkubačnej doby koreňového dreva.
38 Výsledky Relatívne podiely lignínu a celulózy Obrázok 6 zobrazuje údaje určené pre bukové drevo, na ktorom boli štyri huby, /. dryadeus, P. squarrosa, G. applanatum a A. ostoyae boli inkubované v porovnaní s kontrolou. Kontrola I. dryadeus P. squarrosa G. applanatum A. ostoyae 0 20 40 Hmotnostné percento 60 80
Lignín Obr. 6: Lignínové a celulózové frakcie v rozloženom bukovom koreňovom dreve v porovnaní s kontrolou. Je zrejmé, že podiel roztoku ADF je v rozloženom dreve znížený v porovnaní s kontrolou. Napríklad, G. applanatum má iba asi 70% roztoku ADF so stratou hmotnosti asi 37%. Na druhej strane má kontrola obsah roztoku ADF asi 82%. Výsledky na buku ukazujú, že huby s najvyšším úbytkom hmotnosti majú tiež najnižší podiel roztoku ADF. Okrem toho je zrejmé, že obsah celulózy bol znížený tu zobrazenými hubami. Kontrola obsahuje 69,55% celulózy a 10,55% lignínu. O /. dryadeus, obsah celulózy je 64,57% a u A. ostoyae klesá na 58,27%. Hodnoty lignínu pre kontrolu sú 10,55% a zvyšujú sa na 14,16% pre A. ostoyae. Možno konštatovať, že degradácia celulózy bola dominantná u uvedených húb, a preto pri týchto údajoch týkajúcich sa hmotnosti dochádza k relatívnemu zvýšeniu hodnôt lignínu.
Výsledky 39 Pri smreku sa naskytne iný obraz. Podiely roztoku ADF v rôznych hubách sú veľmi podobné medzi rozloženým a zdravým drevom (obrázok 7). Kontrola P. squarrosa A. gallica A. ostoyae A. mellea 0 20 40 hmotnostných percent 60 80
Lignín Obr. 7: Podiel lignínu a celulózy v rozloženom smrekovom koreňovom dreve v porovnaní s kontrolou. Hodnoty stanovené pre celulózu pre smrekové koreňové drevo sú 53,67% a pre lignín 23,86%. Z tohto grafu je zrejmé, že P. squarrosa prednostne degraduje lignín, jeho podiel je 19,73%. Degradáciu lignínu je možné určiť aj pre A. gallica; hodnoty sú len mierne nižšie ako hodnoty pre kontrolu. Na rozdiel od vyššie uvedeného vykazujú A. mellea a A. ostoyae väčší rozklad celulózy. Ak sa porovná percento nerozpustných zložiek v roztoku ADF s úbytkom hmotnosti, je možné vidieť opačný obraz ako hodnoty buka. Tu bol najväčší úbytok hmotnosti (A. mellea) spojený aj s najväčším podielom roztoku ADF, najnižší úbytok hmotnosti A. gallica s najmenším podielom roztoku ADF.
40 Výsledky Najnižšie koncentrácie lignínu sa stanovujú na lipovom dreve v porovnaní s ostatnými druhmi drevín. Boli 8,79%, celulóza 71,12% (obrázok 8). Kontrola G. frondosa G. applanatum F. velutipes 0 20 60 percent hmotnosti mb! celulóza
Lignin Obr. 8: Podiel lignínu a celulózy v rozloženom lipovom dreve v porovnaní s kontrolou. S výnimkou G. frondosa má podiel roztoku ADF tendenciu znižovať sa a rovnako ako u buka, aj tu je najväčšia strata hmotnosti spojená s najnižšími podielmi roztoku ADF. Upozorňujeme však, že G. frondosa spôsobil úbytok hmotnosti 24,91%, ale tu nemal žiadny vplyv na riešenie ADF. U G. applanatum a F. velutipes možno pozorovať zreteľnú degradáciu lignínu na 5,45% a 6,11%, v druhom prípade však k ďalšej degradácii celulózy o viac ako 10%. G. frondosa má dokonca približne o 4% viac roztoku ADF, má o niečo vyšší obsah celulózy ako kontrola asi o 3% a približne rovnaký obsah lignínu a F. velutipes s kontrolou, vyplýva nasledujúci obrázok. Kontrola má obsah lignínu 0,048 g/cm2 a obsah celulózy 0,343 g/cm2. G. frondosa naproti tomu 0,038 g/cm 2 a 0,361 g/cm 2 a F. velutipes 0,032 g/cm 2 a 0,297 g/cm 2. Inými slovami, G. frondosa zjavne degraduje lignín a F. velutipes lignín aj celulózu.
Výsledky 41 Podiel roztoku ADF v dubi je znížený iba u I. dryadeus a G. frondosa (obrázok 9). Kontrolné percentá A. mellea I. dryadeus G. frondosa podľa hmotnosti
Lignin Obr. 9: Podiel lignínu a celulózy v hnilobe dubového koreňového dreva v porovnaní s kontrolou. V prípade A. mellea možno určiť veľmi zreteľnú degradáciu lignínu. Zodpovedajúca hodnota kontroly je 16,63%, drevo degradované A. mellea obsahuje iba 9,36%. O /. dryadeus je táto degradácia ešte silnejšia. V prípade G. frondosa sa rozkladal lignín aj celulóza. Javorové koreňové drevo infikované F. velutipes a A. gallica tiež vykazovalo iba nepatrne nižší podiel roztoku ADF. V týchto hubách sa celulóza štiepila prednostne v porovnaní s kontrolou, približne 5%. Je potrebné poznamenať, že najmä v prípade pomerov húb a hostiteľov tvrdého dreva sa pri týchto skúškach často vyskytujú výrazne znížené roztoky ADF, zatiaľ čo výsledky pre mäkké drevo sa medzi rozloženým a zdravým drevom líšia menej. Ďalej sa preukázalo, že huba G. frondosa na duboch a lipách ovplyvňuje v rôznej miere hladinu obsahu roztoku ADF a tiež rôzne degraduje zložky celulóza a lignín. Nasledujúca tabuľka 6 zobrazuje príslušné
42 výsledkov uprednostňovalo degradáciu lignínu a/alebo celulózy klasifikovanej podľa rôznych húb a po dvoch hostiteľoch. Druh stromu I Druh stromu II Tab. 6: Jedna huba na dvoch hostiteľoch. Písmená v zátvorkách označujú výhodnú degradáciu drevnej hmoty ((L): výhodná degradácia lignínu; (Z): výhodná degradácia celulózy). Z tabuľky vidno, že existujú iba dve huby, a to A. ostoyae a G. frondosa, ktoré prednostne rozkladajú rovnaké zložky na oboch hostiteľoch. Na druhej strane pri všetkých ostatných hubách dochádza predovšetkým k druhovo špecifickému odbúravaniu drevnej hmoty. Výhodne sa lignín štiepi na dub, ako aj na lipu, pričom tu rozkladá celulózu aj F. velutipes. Naproti tomu buk a javor majú tendenciu štiepiť celulózu. V smreku sa objaví rozdelený obraz, P. squarrosa a A. gallica prednostne štiepia lignín, A. ostoyae a A. mellea uprednostňujú celulózu. Je však potrebné vziať do úvahy, že sa tu nehovorí o úrovni mier degradácie, v popredí je iba všeobecný trend.
44 Výsledky Obr. 9: Skoré štádiá rozkladu dreva F. velutipes na javorových guľatinách. Šípky: Rozpustenie vrstvy S 3 spôsobené perforačnou hýfou s následnou tvorbou dutiny vo vrstve S 2. Šípová hlava: Hyfa rastie vo vrstve S 2 v pozdĺžnom smere (x 1 000). Obr. 10: Ďalšie stupne rozkladu F. velutipes na javorovom kmeni. Vľavo; Šípka: Dve oválne dutiny ležiace nad sebou vo vrstve S2, ktoré sú navzájom spojené radiálne prebiehajúcim kanálom. Správny; Šípka: Významné splývanie mnohých dutín v sekundárnej stene, ktoré sú výhodne sústredné s bunkovou urnou alebo rovnobežné s centrálnou lamelou (x 1 000).
46 Výsledky Pri pohľade na hýfy v tangenciálnej rovine polarizované svetlo ukazuje, že sledujú celulózové fibrily pri svojom raste vo vrstve Sr v strmom uhle asi 60 stupňov (obr. 11). Jednotlivé kaverny sú navzájom spojené tenkými kanálmi hýf a rast hýf vedie k mnohým L-vetvám (obr. 12). Ak si človek pri pohľade na tento obrázok priestorovo predstavuje bunkovú stenu a mentálne sa posúva v priereze, pozostatkami bunkovej steny v križovatke L by mohli byť tangenciálne pásy, ktoré obmedzujú rozklad dreva v smere k obvodu bunky, zatiaľ čo kaverny, ktoré sa zobrazujú na obrázku 11, sú blízko pri pohľade v priereze sekundárnej steny jasné dutiny. Obrázok 11: Flammulina velutipes na javorovom koreňovom dreve. Šípka: Tvorba jaskýň, čiastočne kónicky špičatých a navzájom prepojených kanálmi hýf v dôsledku rastu hýf vo vrstve Sr libriformných vlákien (tangenciálna časť pri pohľade pod polarizovaným svetlom; x 1 000). V priečnom reze sa tieto jaskyne javia ako otvory vo vrstve Sz.
Výsledky 49 Obr. 13: Flammulina velutipes na lipe. Šípka: Rozpad strednej lamely vedie k významným deformáciám celých bunkových komplexov. Hlava šípky: Vývoj radiálne orientovaných štruktúr vo vrstve Sr. H: Hyfa, ktorá rastie z urny bunky do strednej lamely (prierez; x 1 000). Obrázok 14: Expozícia radiálnych štruktúr vo vrstve vlákien S 2. Šípka: Hyfa leží v lúmene na vrstve S 3 a jasne z toho vizuálne vyniká. Hlava šípky: Zatiaľ čo je vrstva S3 zachovaná, existujú zreteľné štrukturálne zmeny vo vrstve Sz (prierez; x 1 000).
Výsledky 57 Obr. 18: Šípka: Lokalizovaný rozklad A. ostoyae na buku, čo vedie k zosvetleniu a rozstrapkaniu dreva. Je možné zreteľne sledovať preferenčné šírenie hniloby v pozdĺžnom smere. Okrem toho je radiálne šírenie najväčšie v okolí aplikovaného inokula. Obrázok 19: Pseudosklerotická vrstva tvorená A. ostoyae na kmeňoch smreka, ktorá je zložená zo série pľuzgierovaných a susedných bunkových tkanív huby hnedastej farby. A: Prierezový pohľad. B: pohľad v tangenciálnom reze (x 200).
Výsledky 67 Armillaria mellca (Os) x lsolatnr.: 220197. 3
Výsledky 69 c Obr. 23: A: V priereze javorových kmeňov prirodzene infikovaných A. mellea, zreteľné sfarbenie okolo dutín vo vrstve S 2 (biela šípka). B: Prierez drevom koreňa ahron umelo infikovaným F. velutipes. Žiadne zreteľné zmeny farieb okolo dutín, ktoré treba vidieť (šípka). C: Grifola frondosa na dube spôsobuje dutiny v sekundárnej stene, ktoré sú navzájom oddelené radiálne prebiehajúcimi štruktúrami (šípka). Zmeny farby sa nevyskytujú v koncentrovanej forme, ale sú rozsiahlejšie v sekundárnej stene vo forme červenohnedého sfarbenia. H: Hyfa. (x 1 000).
74 Výsledky Obr. 27: Pohľad na rez javorovými kmeňmi infikovanými F. velutipes. Biela šípka: Väčšie komplexy prebiehajúce radiálnym smerom vo vnútri bunkovej steny. Hlava šípky: Zvyšky bunkovej steny prebiehajúce v obvodovom smere bunky sú zreteľne viditeľné. (A x 5 000; B x 10 000).