Bagaimanakah Kulat Membantu Akar Tumbuhan Menyerap Fosforus?

Apabila melihat pokok yang subur, kita mungkin menganggap semua nutriennya diserap terus oleh akar. Namun, di dalam tanah terdapat organisma lain yang turut membantu tumbuhan mendapatkan bahan yang diperlukan untuk hidup. Antaranya ialah kulat yang membentuk hubungan rapat dengan akar banyak spesies tumbuhan.

Melalui hubungan tersebut, tumbuhan boleh memperoleh mineral daripada kawasan tanah yang sukar dicapai oleh akarnya sendiri. Sebagai balasan, kulat menerima bahan organik yang dihasilkan oleh tumbuhan. Hubungan simbiosis antara kulat dengan akar tumbuhan ini dikenali sebagai mikoriza.

Mengapakah tumbuhan memerlukan fosforus?

Fosforus ialah unsur mineral penting untuk pertumbuhan tumbuhan. Unsur ini merupakan sebahagian daripada DNA, RNA, fosfolipid pada membran sel dan ATP, iaitu molekul yang terlibat dalam pemindahan tenaga bagi pelbagai proses sel. Tumbuhan biasanya menyerap fosforus daripada tanah dalam bentuk ion fosfat.

Namun, fosfat tidak semestinya mudah diperoleh walaupun tanah mengandungi fosforus. Sebahagian fosfat terikat pada mineral tanah atau berada dalam bentuk yang tidak dapat diserap secara langsung oleh tumbuhan, dan pergerakan fosfat melalui tanah juga agak terhad berbanding sesetengah nutrien lain. Apabila akar menyerap fosfat daripada kawasan berhampirannya, kepekatan fosfat yang tersedia di kawasan itu boleh berkurang. Oleh itu, tumbuhan mendapat manfaat jika ada cara untuk memperoleh fosfat daripada kawasan tanah yang lebih luas.

Apakah yang dilakukan oleh kulat mikoriza?

Kulat mikoriza menghasilkan filamen halus yang dikenali sebagai hifa. Hifa membentuk rangkaian yang boleh berkembang ke dalam tanah, melampaui kawasan yang dicapai oleh permukaan akar. Oleh sebab hifa sangat halus, rangkaian ini dapat meneroka ruang tanah yang tidak semestinya dapat dimasuki oleh akar. Kulat menyerap nutrien daripada tanah, termasuk fosfat, lalu mengangkut sebahagian nutrien tersebut ke arah akar tumbuhan.

Namun, tidak semua kulat yang hidup berhampiran akar membentuk mikoriza. Hubungan mikoriza melibatkan interaksi biologi khusus antara kulat dengan tumbuhan perumah. Terdapat beberapa jenis mikoriza, dan salah satu yang paling meluas ialah mikoriza arbuskul.

Apakah itu arbuskul?

Dalam mikoriza arbuskul, sebahagian hifa kulat memasuki tisu akar dan membentuk struktur bercabang halus di dalam sel korteks akar. Struktur ini dikenali sebagai arbuskul, dan apabila dilihat melalui mikroskop, ia menyerupai pokok kecil yang mempunyai banyak cabang.

Walaupun struktur kulat berada di dalam sel tumbuhan, ia tidak berada secara bebas dalam sitoplasma tumbuhan. Membran sel tumbuhan membentuk lapisan khusus yang mengelilingi arbuskul, dan lapisan ini dikenali sebagai membran periarbuskul. Ruang antara permukaan kulat dengan membran tumbuhan menjadi kawasan penting untuk pertukaran bahan, dengan permukaan yang luas bagi pemindahan nutrien antara dua organisma. Arbuskul bukan akar kecil yang dihasilkan oleh tumbuhan, tetapi struktur kulat yang terbentuk dalam hubungan simbiosis dengan sel akar.

Bagaimanakah fosfat dipindahkan kepada tumbuhan?

Kulat mikoriza arbuskul menyerap fosfat melalui hifa yang berada di dalam tanah. Fosfat kemudian diangkut melalui rangkaian hifa menuju bahagian kulat yang berada di dalam akar. Di kawasan arbuskul, fosfat dilepaskan ke ruang antara membran kulat dengan membran tumbuhan.

Tumbuhan mempunyai protein pengangkut khusus pada membran periarbuskul yang membantu membawa fosfat masuk ke dalam sel akar. Protein pengangkut ini penting kerana membran sel tidak membenarkan semua bahan terlarut melaluinya secara bebas. Salah satu protein yang telah dikaji ialah MtPT4 pada tumbuhan Medicago truncatula. Kajian menunjukkan bahawa protein ini diperlukan untuk pemerolehan fosfat melalui hubungan mikoriza arbuskul pada tumbuhan berkenaan. Penemuan ini menunjukkan bahawa peranan kulat bukan sekadar berada berhampiran akar. Kedua-dua organisma mempunyai mekanisme khusus yang membolehkan pertukaran nutrien berlaku.

Apakah yang diterima oleh kulat?

Kulat mikoriza memerlukan sumber karbon untuk pertumbuhan dan aktiviti metabolismenya. Tumbuhan menghasilkan bahan organik melalui fotosintesis, kemudian membekalkan sebahagiannya kepada kulat. Gula telah lama diketahui sebagai sumber karbon penting yang dipindahkan daripada tumbuhan kepada kulat.

Penyelidikan pada 2017 menunjukkan bahawa lipid, iaitu kumpulan bahan organik yang merangkumi lemak, juga dipindahkan daripada tumbuhan kepada kulat mikoriza arbuskul dan penting untuk pertumbuhannya. Kajian yang menggunakan tumbuhan mutan dan bahan berlabel isotop mendapati bahawa kulat yang dikaji bergantung pada tumbuhan perumah untuk mendapatkan asid lemak tertentu. Oleh itu, hubungan mikoriza bukan sekadar pertukaran fosfat dengan gula, kerana ia melibatkan rangkaian pengangkutan dan metabolisme yang lebih kompleks.

Adakah hubungan mikoriza sentiasa menguntungkan tumbuhan?

Hubungan mikoriza sering diterangkan sebagai mutualisme, iaitu hubungan antara dua organisma yang memberikan manfaat kepada kedua-duanya. Namun, manfaat sebenar bergantung pada keadaan. Jika fosfat sukar diperoleh, bantuan kulat boleh meningkatkan pemerolehan nutrien oleh tumbuhan. Sebaliknya, apabila fosfat tersedia dengan banyak, manfaat tambahan daripada kulat mungkin menjadi lebih kecil.

Tumbuhan juga menggunakan sebahagian hasil fotosintesisnya untuk membekalkan karbon kepada kulat. Pembekalan ini melibatkan kos kepada tumbuhan kerana sumber tersebut juga boleh digunakan untuk pertumbuhannya sendiri. Kesan akhirnya dipengaruhi oleh spesies tumbuhan, spesies kulat, bekalan nutrien dan keadaan tanah. Selain itu, tidak semua tumbuhan membentuk mikoriza, kerana sesetengah kumpulan tumbuhan mempunyai strategi pemerolehan nutrien yang berbeza.