分子生物學(xué)課件-微生物與植物的共生關(guān)系

1、第九章 微生物與植物的共生關(guān)系,本章內(nèi)容 第一節(jié) 根瘤菌與豆科植物的共生 第二節(jié) 弗蘭克氏菌和非豆科木本植物共生 第三節(jié) 真菌和植物共生,第一節(jié) 根瘤菌與豆科植物共生,一 根瘤菌（nodule bacteria),二 根瘤菌的特性,三 根瘤(root nodules),四 結(jié)瘤過程,五 應(yīng)用,根瘤菌與豆科植物共生形成根瘤。,根瘤菌－能侵染豆科植物根部形成根瘤和固

2、定大氣中的氮氣的細(xì)菌。人工培養(yǎng)桿狀。類菌體－根瘤菌在根瘤中呈棒狀、“T”、 “Y”形，這種形態(tài)叫類菌體。無細(xì)胞壁。固氮。難培養(yǎng)。,一 根瘤菌（nodule bacteria),根瘤中的類菌體圖,二 根瘤菌的特性,§ 好氧§ 化能有機營養(yǎng)型§ 無芽孢、革蘭氏染色陰性。,2 根瘤菌的固氮特性,§ 侵染性§ 寄生專一性（由菌體和植物兩者的遺傳性決定）§ 有效性,互接種

3、族（cross inoculation group) :相互利用同一根瘤菌菌株形成共生固氮的豆科植物。豇豆族包括豇豆、花生、綠豆、赤豆等。,1 根瘤菌的生理特性,三 根瘤(root nodules),1 概念固氮微生物在植物根內(nèi)形成的共生組織。圓形、棗狀、瘤狀等。,2 分布 § 集中在根莖部位； § 分散。,3 根瘤分類,有效根瘤：個大、有固氮能力、粉紅色、含較多 豆血紅蛋

4、白。 無效根瘤：個小，無固氮能力、淺白色或綠色， 不含或少含豆血紅蛋白。,,根瘤有效性標(biāo)志： §含類菌體； §呈紅色。,豆血紅蛋白（Leghaemoglobin,Lb）作用§調(diào)節(jié)氧濃度和氧壓，達(dá)到低濃度和高流量的氧氣。§吸收滲入根瘤內(nèi)的氧然后緩慢放出。與固氮正相關(guān)。,四 結(jié)瘤過程,根瘤菌,根毛,根內(nèi),顯瘤,侵入線,內(nèi)皮層,根分

5、裂,,,,,,,,侵入線,,幾點說明,豆科植物根系分泌物刺激鄰近土壤內(nèi)的根瘤 菌生長，發(fā)展成高密度的群體侵染豆科植物。 根瘤潰散后，有許多存留在侵入線內(nèi)未轉(zhuǎn)化 成類菌體，呈休眠狀態(tài)的細(xì)菌大量繁殖進(jìn)入 土壤。 類菌體一般不再生長繁殖，它代表根瘤菌細(xì) 胞的最后階段。類菌體不利用固氮產(chǎn)物。 固氮能源來自葉部的光合產(chǎn)物。 畝豆科植物年均固氮13～30公斤。,田間接種根瘤菌的效果受環(huán)境的影響。◆

6、 不含根瘤菌土壤內(nèi)好于含有 根瘤菌的土壤?！?缺氮的貧瘠土壤內(nèi)好于有氮 素的肥沃土。◆ 大量施用氮肥抑制豆科植物 的根瘤形成和固氮作用。,五 應(yīng)用---- 根瘤菌肥,第二節(jié) 弗蘭克氏菌和非豆科木本植物共生,1 放線菌結(jié)瘤植物 7目，8科，24屬——放線菌結(jié)瘤植物。見243頁如 楊梅屬、沙棘屬、木麻黃屬、野麻屬等。,2 弗蘭克氏菌 內(nèi)生放線菌。1978年從香蕨木根瘤中分

7、離出，獲得純培養(yǎng)并回收成功。,3 結(jié)瘤過程,（三）真菌和植物共生－－菌根（mycorrhiza),更為普遍。1881年俄國學(xué)者卡門斯基研究水晶蘭根的解剖接結(jié)構(gòu)后，首次指出真菌和水晶蘭根之間存在共生關(guān)系。,1 菌根和菌根菌,2 形成菌根的植物,3 菌根的分類,4 外生菌根,5 叢枝菌根（又叫泡囊－叢枝菌根V-A菌根）,菌 根：真菌和植物根的共生聯(lián)合體菌根菌： 能形成菌根的真菌擔(dān)子菌亞門,1 菌根和菌根菌,2 形成菌

8、根的植物,木本、草本。野生、農(nóng)作物。自然界大部分植物都能形成。,3 菌根的分類,根據(jù)菌根的形態(tài)和結(jié)構(gòu)分,叢枝菌根內(nèi)外生菌根水晶蘭菌根杜鵑菌根蘭科菌根漿果鵑菌根,,,4 外生菌根,（1）菌根植物裸子植物和被子植物的喬木和灌木。以森林樹木為主。,（2）真菌類型擔(dān)子菌中的牛肝菌、鵝膏菌。子囊菌和藻狀菌,（3）外生菌根的結(jié)構(gòu)特征,菌根菌交織成菌套（mantle）包在根系外。20～100um厚，占菌根干重20～40％。

9、光滑菌套、網(wǎng)狀菌套、絨毛狀菌套、棉絮狀菌套等。,形成哈蒂氏網(wǎng)（Hartig net）包在根外。構(gòu)成了巨大的接觸面。,哈蒂氏網(wǎng)：菌套內(nèi)層有許多菌絲透過根的皮層進(jìn)入皮層組織，在外皮層細(xì)胞間蔓延，將細(xì)胞整個包裹起來，形成的一種特殊結(jié)構(gòu)。,內(nèi)層菌絲伸入根的皮層，充滿細(xì)胞間隙，不進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)。 形成外延菌絲,（4） 外生菌根的作用,擴大寄主植物的吸收面。菌套和外延菌絲。 產(chǎn)生生長刺激素。吲哚乙酸（松樹、落葉松、云杉、樺樹、山毛櫸等。,1）對植

10、物營養(yǎng)和生長的作用,2）對防御林木根部病害的作用,外生菌根根圈微生物防御病菌侵染。外生菌根根圈真菌數(shù)量較非菌根根圈大10倍左右。菌套和哈蒂氏網(wǎng)的機械屏障作用。病原菌只能侵染非木質(zhì)化的小根。病原菌不能通過這兩處屏障。植物產(chǎn)生抑制病菌的物質(zhì)。萜烯和半萜烯類化合物是制霉物質(zhì)。牛肝菌科真菌能形成。產(chǎn)生抗生素。云杉白樁菇能產(chǎn)生穿孔蕈炔素。,（5）應(yīng)用,在木材生產(chǎn)中用客土法和人工接種法使幼苗形成菌根。有重要經(jīng)濟價值。,5 泡囊－叢枝菌根（V

11、-A菌根）,是內(nèi)生菌根中最重要的類型。泡囊不普遍。故稱叢枝菌根（Arbuscular Mycorrhiza,AM),（1）菌根植物裸子植物、被子植物中的喬木、灌木和草本植物。苔蘚植物和蕨類植物。農(nóng)作物（小麥、玉米、豌豆、棉花、洋蔥）,（2）菌根真菌 6屬，57種。球孢霉目、內(nèi)囊霉目。,（3）V-A菌根的結(jié)構(gòu)特征,菌絲。外生菌絲和內(nèi)生菌絲。外生菌絲不形成菌套。伸到土壤中。外生菌絲進(jìn)入皮層細(xì)胞間和細(xì)胞內(nèi)即成內(nèi)生菌絲。 叢枝。進(jìn)入

12、細(xì)胞內(nèi)的菌絲連續(xù)分叉分枝形成的灌木結(jié)構(gòu)。,細(xì)胞活性明顯增強。形成新的細(xì)胞器。核增大。淀粉粒消失呼吸作用核酶活性增強。,植物細(xì)胞形成叢枝時，細(xì)胞發(fā)生的現(xiàn)象：,泡囊。侵入細(xì)胞內(nèi)或細(xì)胞間的菌絲的末端膨大形成。圓形或橢圓形。泡囊的形成遲于叢枝。有繁殖功能。 孢子和孢子果。外生菌絲的頂端形成厚垣孢子，內(nèi)含油滴。土壤中存活數(shù)年。,（4） V-A菌根影響植物生長,叢枝菌根增加了根圈的范圍。外生菌絲向外延伸的距離達(dá)8 cm。1 cm無菌根的

13、根段能控制的土壤體積是1～2 cm3；形成菌根后，1 cm根段控制土壤體積增加5～200倍。 增加了根圈微生物的數(shù)量。加強植物吸收磷素和其它元素（Zn、Mo、Fe、Mn)。,可以減輕植物病害,減輕病害的假說結(jié)構(gòu)上的變化帶來的影響。 根細(xì)胞壁增厚；加強微管束系統(tǒng)。生理上的變化帶來的影響。 氨基酸、兒茶酚、還原糖和酶含量增高。生態(tài)上的變化帶來的影響。 抗生菌使根部的拮抗作用增強菌根真菌同葉部病原菌致

14、病有關(guān)的基因表達(dá)有關(guān),（5）應(yīng)用,豆科植物進(jìn)行根瘤菌和V-A菌根的雙接種育苗苗圃、營養(yǎng)缽育種用宿主繁殖方式接種可行。廣泛的V-A菌根菌人工接種目前作不到。,四 微生物在植物上的寄生,真菌、細(xì)菌、病毒都能在植物上寄生。從選育抗病品種、阻止病原微生物傳播途徑、改進(jìn)栽培技術(shù)和環(huán)境條件上防治。,1 植物病原真菌（主要病原）多數(shù)作物、果蔬、花卉。白粉菌－－大麥、蘋果、葡萄。銹菌－－禾谷類作物粉菌－－玉米,（2）植物細(xì)菌性病害 解淀粉歐

15、文氏菌－－果樹火疫病（在樹干、枝的組織中越冬，次年借昆蟲降雨傳播。水稻黃單胞菌－－水稻白葉枯病。根瘤土壤桿菌－－番茄、甜菜、果樹的根、莖部形成腫瘤。,（3） 病毒性病害煙草花葉病毒－－煙草（最早發(fā)現(xiàn)）黃瓜花葉病毒－－黃瓜花葉。斑駁病毒－－草莓。,,,1 微生物生態(tài)系統(tǒng)的特點2 為什么說土壤是微生物生活的良好環(huán)境？空氣是微生物生活的環(huán)境嗎？3 土壤中有哪些微生物種類？微生物在土壤中的分布特點？4 微生物之間有哪些相