Mycorrhizal Fungi: Highways for Water and Nutrients in Arid Soils

Resumo

Os fungos micorrízicos são bem conhecidos por aumentar a absorção de nutrientes, mas seus efeitos sobre a estrutura física do solo e o fluxo de água são menos conhecidos. Aqui, exploro o que sabemos sobre a estrutura física dos micélios externos micorrízicos e examino como essa estrutura física afeta a absorção de água pelas plantas e a condutividade hidráulica em solos não saturados. Os fungos micorrízicos são estruturados de tal forma que há unidades citoplasmáticas lineares que podem se estender por um metro ou mais. As membranas celulares podem estar localizadas apenas nas pontas das hifas dentro da planta e externamente a vários centímetros ou metros de distância da raiz da planta. As hifas individuais formam uma superfície linear que atravessa os poros do solo, aumentando o fator de tortuosidade (Γ) do caminho para o fluxo de água, aumentando assim a condutividade. Mas as hifas têm diâmetro pequeno, proporcionando apenas uma pequena área de superfície para esse transporte. Pouco se sabe sobre os fluxos reversos (redistribuição hidráulica da planta para o fungo) além do fato de que eles ocorrem e podem desempenhar um papel fundamental na manutenção das hifas durante a seca. A importância final das micorrizas nas relações planta-água depende dos padrões de secagem, da estrutura dos poros do solo e do número de conexões hifais que se estendem da raiz para o solo. São necessárias novas tecnologias para parametrizar adequadamente os modelos de padrões de fluxo horizontal de água para: (i) observar e monitorar o crescimento de raízes e fungos micorrízicos in situ; e (ii) descrever o ambiente localizado em alta resolução temporal e espacial.

Abstract

Mycorrhizal fungi are well known for increasing nutrient uptake but their effects on soil physical structure and water flow are less well understood. Here I explore what we know about the physical structure of mycorrhizal external mycelia and examine how that physical structure affects plant water uptake and reverse hydraulic lift in unsaturated soils. Mycorrhizal fungi are structured such that there are linear cytoplasmic units that can extend for a meter or more. Cell membranes may be only located in hyphal tips within the plant and externally several centimeters to meters distant from the plant root. Individual hyphae form a linear surface that goes across soil pores increasing the tortuosity factor (Γ) of the pathway for water flow, thereby increasing conductivity. But hyphae are small in diameter, providing only a small surface area for that transport. Little about the reverse flows (hydraulic redistribution from plant to fungus) is known other than that they occur and could play a critical role in sustaining hyphae through drought. The ultimate importance of mycorrhizae in plant–water relations depends on the drying patterns, the soil pore structure, and the number of hyphal connections extending from the root into the soil. New technologies are needed to adequately parameterize models of water horizontal flow patterns to: (i) observe and monitor the growth of roots and mycorrhizal fungi in situ; and (ii) describe the localized environment at high temporal and spatial resolution.