Orkidéplanter plejer deres frøplanter via fælles underjordisk svampenetværk, viser undersøgelse

Den almindelige plettede orkidé (Dactylorhiza fuchsii) findes over hele Storbritannien. Disse orkideer producerer bittesmå frø, der kan bæres overalt med vinden, men alligevel optræder de ofte i klumper med små frøplanter, der vokser nær modne planter. Dette fænomen har undret økologer siden Darwins tid, og den nøjagtige årsag er fortsat et mysterium.

En ny undersøgelse, ledet af forskere fra University of Sheffield i samarbejde med The University of Manchester, giver det første bevis på, at orkidéfrøplanter på et tidligt stadium spirer og trives tæt på voksne planter på grund af en slags forældrepleje ved hjælp af underjordiske svampenetværk.

Forskere undersøgte ideen om, at svampenetværk, kendt som mykorrhiza-netværk, fungerer som en direkte vej for etablerede orkidéplanter til at dele nyligt producerede sukkerarter med frøplanter under udvikling.

Professor Katie Field, medforfatter til undersøgelsen og professor i plante-jord-processer ved University of Sheffield's School of Biosciences, sagde:"Vores resultater understøtter ideen om, at nogle orkideer engagerer sig i en form for 'forældrepleje' med deres frøplanter.

"Ved at forsyne frøplanter i tidlige stadier med essentielle næringsstoffer via fælles svampeforbindelser giver forældreorkideerne frøplanterne en fordel i forhold til naboplanter, der konkurrerer om de samme ressourcer.

"Dette fund er spændende, fordi hvorfor disse orkideer ofte findes i klumper, på trods af at deres frø er spredt i vinden, har været et puslespil i hundreder af år."

Undersøgelsen fokuserede på den almindelige plettede orkidé og dens svampepartner, Ceratobasidium cornigerum. Forskere skabte et system, hvor modne, grønne orkideer blev forbundet med udviklende, klorofylfrie frøplanter gennem et svampenetværk dyrket på agar.

De modne planter blev derefter udsat for en særlig form for kuldioxid, som kunne spores i systemet.

Sådan fungerede det:

• Grønne orkidéplanter blev forbundet med udvikling af frøplanter gennem svampenetværket.
• De grønne planter blev derefter udsat for en særlig form for kuldioxid, som kunne spores i systemet.
• Efter en periode analyserede forskerne både frøplanterne og svampenetværket for at se, hvor det mærkede kulstof endte.

Resultaterne var klare, frøplanterne akkumulerede det mærkede kulstof, hvilket indikerede, at de blev understøttet af de voksne planter. Ved at spore kulstofbevægelsen viste undersøgelsen, at de modne orkideer faktisk delte deres nyligt producerede sukkerarter med frøplanterne gennem svampenetværket.

Sir David Read, emeritus professor i plantevidenskab fra University of Sheffield og hovedforfatter af undersøgelsen, sagde:"Mens frøene fra de fleste planter, for eksempel bælgfrugter (ærter, bønner) og græsser (ris, majs, hvede) er fuldt ud forsynet med fødereserver af deres forældreplanter, modtager de såkaldte støvfrø af orkideer utilstrækkelige reserver fra forældrene til at udvikle sig selv.

"De produceres i stedet i deres millioner af hver enkelt forældreorkidéplante, hvorfra de spredes, med vinden, til det omgivende miljø. Selv Charles Darwin var forundret over denne strategi, og antydede, at mens den skulle muliggøre frøene af en individuel orkidéplante at være så udbredt, at det inden for få år kunne kolonisere hele verden. Han observerede, at deres manglende evne til at gøre det 'ikke kunne forstås på dette tidspunkt'.

"Det, der nu er afsløret, er, at den underjordiske udvikling af disse i det væsentlige reservefrie frø kan understøttes af fotosyntetisk producerede sukkerarter, der transporteres til dem fra modne planter, der vokser over jorden gennem et fælles mycelium af symbiotiske svampe."

Resultaterne af undersøgelsen, offentliggjort i New Phytologist , viser mængden af ​​overført kulstof syntes at afhænge af miljøet. Når svampen havde adgang til en rigere fødekilde (havregrynsagar), blev der overført mindre kulstof til frøplanten. Dette tyder på, at styrken af ​​efterspørgslen fra frøplanterne kan påvirke strømmen af ​​næringsstoffer gennem netværket.

Denne forskning har vigtige implikationer for forståelsen af ​​orkidéens økologi og bevaringsindsats. Ved at erkende vigtigheden af ​​svampeforbindelser kan videnskabsmænd udvikle bedre strategier til at beskytte disse unikke og ofte truede planter.

Næste skridt er at forske i denne teori i det naturlige habitat, som orkideerne findes i, og at se på, om dette gælder for andre arter.

Flere oplysninger: David J. Read et al., Fotosynthatoverførsel fra en autotrof orkidé til konspecifikke heterotrofe protokormer gennem et fælles mykorrhizalt netværk, New Phytologist (2024). DOI:10.1111/nph.19810

Journaloplysninger: Ny fytolog

Leveret af University of Sheffield