Stable isotopes physiology of plant-host relationships - Tuber aestivum mycorrhiza in mixed stands of Pinus spp. and broadleaves

Stable isotopes physiology of plant-host relationships - Tuber aestivum mycorrhiza in mixed stands of Pinus spp. and broadleaves Fisiologia degli isotopi stabili nelle relazioni pianta-ospite - La micorriza del Tuber aestivum in formazioni miste di Pinus spp. e latifoglie Olga Gravichkova, Marco Lauteri, Pierluigi Paris, Andrea Pisanelli, Francesca Chiocchini, Michele Baliva, Silvia Portarena, Enrico Brugnoli CNR - Istituto di Biologia Agroambientale e Forestale, Via G. Marconi 2, 05010, Porano, Italy Abstract Under natural conditions many plant species establish mycorrhiza mutualism with fungi. Both nutrients and water are taken up by and pass through the mycorrhiza hyphae. The fungus, in turn, benefits from the carbohydrates supplied by the host plants (up to 20% of assimilates). Some mycorrhiza fruit bodies, like Tuber aestivum, have also a particular gastronomic value. Agro-techniques for truffle cultivation have been well developed. However, conditions that favour the fruit body formation, plants which are potential hosts and plant-host relations are still poorly understood. In this study we apply stable isotopes measurements to identify tree species in semi-natural environments, which really host the mycorrhiza of Tuber aestivum. Furthermore we attempt to characterize host-mycorrhizal nutrient, water and carbohydrate exchange, considering contrasting in situ stand densities. For these purposes, sampling of the fruit bodies of Tuber aestivum was performed during the growing season 2010 in a mixed broadleaved-evergreen forest in central Italy (Umbria). ?13C, ?15N and ?18O were analysed in the fungi material, in the soil where the fungi bodies were collected and in the plant material of the potential host species (xylem water in the trunk, branches and leaves, recently assimilated carbohydrates in phloem and leaves). The influence of contrasting stand densities was also assessed on the productivity of Tuber aestivum. The result showed the possibility to identify the mycorrhiza host species by applying isotope analyses. The impact of the contrasting stand densities on truffle's production was assessed. Fractionation points during the 15N and H218O uptake and upward transport are discussed. Finally, ?13C of photoassimilates and downward supply were also identified. Riassunto In condizioni naturali molte specie vegetali stabiliscono mutualismi micorrizici con specie fungine. Le ife contribuiscono all'assorbimento di nutrienti e di acqua. Il fungo beneficia di foto-assimilati fino al 20% del totale. Vari gastromiceti del genere Tuber hanno valore gastronomico ed economico. A lato di agrotecniche evolute, la produzione e raccolta spontanea hanno un rilievo economico di primo piano. Tuttavia, le condizioni che influenzano produttività e longevità delle tartufaie sono poco comprese e studiate. I cambiamenti climatici e di uso del suolo, insieme al deperimento ed alla alterazione di complessi paesaggi agroforestali, stanno causando una preoccupante diminuzione della produzione tartuficola a livello regionale. In questo studio tecniche isotopiche sono applicate per svelare le relazioni pianta-ospite in vecchi impianti a Pinus pinaster e P. nigra, micorrizati spontaneamente con Tuber aestivum e localizzati in Umbria. Sulla base di diverse densità e composizioni specifiche delle tartufaie, si tenta di individuare la probabile specie ospite della micorriza. Attraverso determinazioni IRMS di composizione isotopica ?13C, ?15N e ?18O si esplorano i presunti scambi di carbonio, azoto ed acqua, a partire da analisi di corpi fruttiferi, suolo e campioni di piante. Carboidrati di recente assimilazione sono analizzati su foglie e floema. L'azoto del suolo è comparato a quello dei tartufi. L'acqua nel profilo del suolo, quella xilem