Stable isotope analysis indicates partial mycoheterotrophy in arbuscular mycorrhizal woody seedlings in tropical forests

Titelangaben

Zahn, Franziska E. ; Contreras, Blexein ; Engelbrecht, Bettina ; Gebauer, Gerhard:
Stable isotope analysis indicates partial mycoheterotrophy in arbuscular mycorrhizal woody seedlings in tropical forests.
In: Functional Ecology. Bd. 38 (2024) Heft 12 . - S. 2720-2733.
ISSN 1365-2435
DOI: https://doi.org/10.1111/1365-2435.14689

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Abstract

Chlorophyllous plants exhibiting partial mycoheterotrophy obtain carbon through mycorrhizal interactions in addition to photosynthesis. In arbuscular mycorrhizal (AM) plants, the Paris-morphotype (i.e. hyphal coils) is considered essential for mycoheterotrophic carbon gains. Numerous tree species in tropical lowland forests form this morphotype, and under light- and nutrient-limitation, additional carbon gain would be beneficial. However, if seedlings of woody species in the understory of tropical lowland forests exhibit partial mycoheterotrophy remains unexplored.
Here we (a) examined the AM morphotype (Paris- or Arum-type) in seedlings of 41 tropical woody species, and (b) to determine if any of the target Paris-type species are partially mycoheterotrophic, we compared their multi-element stable isotope natural abundance (13C, 2H, 18O, 15N) with neighbouring autotrophic non-Paris-type reference seedlings.
About 50% of the investigated species (and 80% of the genera) exhibited the Paris-type, expanding the number of tropical plant genera with Paris-type AM. Enrichment in 13C, but not in 18O in target compared with neighbouring reference plants indicated partial mycoheterotrophy in seedlings of 6 of the 21 investigated Paris-type AM species.
Our results indicate for the first time that carbon gain through mycoheterotrophy occurs in seedlings of AM tropical tree species. In tropical forests, partial mycoheterotrophy during seedling establishment may confer so far unrecognised ecological advantages influencing seedling recruitment and ecosystem dynamics.

Abstract in weiterer Sprache

Las plantas clorofílicas que presentan micoheterotrofia parcial obtienen carbono mediante fotosíntesis e adicionalmente a travez de interacciones con hongos micorrizos. En las plantas con micorriza arbuscular (MA), el morfotipo Paris (es decir, con espirales hifales) se considera esencial para micoheterotrofia. Numerosas especies arbóreas en bosques tropicales forman este morfotipo y, en condiciones de limitación de luz y nutrientes, la ganancia adicional de carbono sería beneficiosa. Sin embargo, si plántulas de especies leñosas en el sotobosque de bosques tropicales de tierras bajas exhiben micoheterotrofia parcial, permanece inexplorada.
En este studio (a) examinamos el morfotipo MA (tipo Paris o Arum) en plántulas de 41 especies leñosas tropicales, y (b) para determinar si algunas de las especies con MA tipo Paris presentan micoheterotrofia parcial, comparamos su abundancia natural de isótopos estables multielementos (13C, 2H, 18O, 15N) con plántulas de referencia vecinas autótrofas (sin MA tipo Paris).
El 50 % de las especies investigadas (y el 80 % de los géneros) presentaban el tipo Paris. El enriquecimiento en 13C, pero no en 18O indicó micoheterotrofia parcial en plántulas de 6 de las 21 especies investigadas de MA de tipo Paris.
Nuestros resultados sugieren por primera vez que la ganancia de carbono a través de la micoheterotrofia ocurre en plántulas de especies de árboles tropicales con MA. En bosques tropicales, la micoheterotrofia parcial en las plántulas puede conferir ventajas ecológicas hasta ahora no reconocidas que influyen el establecimiento de plántulas y la dinámica del ecosistema.