分子生物学课件-微生物与植物的共生关系.ppt

第九章 微生物与植物的共生关系,本章内容 第一节 根瘤菌与豆科植物的共生 第二节 弗兰克氏菌和非豆科木本植物共生 第三节 真菌和植物共生,第一节 根瘤菌与豆科植物共生,一 根瘤菌（nodule bacteria),二 根瘤菌的特性,三 根瘤(root nodules),四 结瘤过程,五 应用,根瘤菌与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定大气中的氮气的细菌。人工培养杆状。 类菌体－根瘤菌在根瘤中呈棒状、“T”、 “Y”形，这种形态叫类菌体。无细胞壁。固氮。难培养。,一 根瘤菌（nodule bacteria),根瘤中的类菌体图,二 根瘤菌的特性,§ 好氧 § 化能有机营养型 § 无芽孢、革兰氏染色阴性。,2 根瘤菌的固氮特性,§ 侵染性 § 寄生专一性（由菌体和植物两者的遗传性决定） § 有效性,互接种族（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、绿豆、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内形成的共生组织。圆形、枣状、瘤状等。,2 分布 § 集中在根茎部位； § 分散。,3 根瘤分类,有效根瘤：个大、有固氮能力、粉红色、含较多 豆血红蛋白。 无效根瘤：个小，无固氮能力、浅白色或绿色， 不含或少含豆血红蛋白。,,根瘤有效性标志： §含类菌体； §呈红色。,豆血红蛋白（Leghaemoglobin,Lb）作用 §调节氧浓度和氧压，达到低浓度和高流量的氧气。 §吸收渗入根瘤内的氧然后缓慢放出。与固氮正相关。,四 结瘤过程,根瘤菌,根毛,根内,显瘤,侵入线,内皮层,根分裂,,,,,,,,侵入线,,几点说明,豆科植物根系分泌物刺激邻近土壤内的根瘤 菌生长，发展成高密度的群体侵染豆科植物。 根瘤溃散后，有许多存留在侵入线内未转化 成类菌体，呈休眠状态的细菌大量繁殖进入 土壤。 类菌体一般不再生长繁殖，它代表根瘤菌细 胞的最后阶段。类菌体不利用固氮产物。 固氮能源来自叶部的光合产物。 亩豆科植物年均固氮13～30公斤。,田间接种根瘤菌的效果受环境的影响。 ◆ 不含根瘤菌土壤内好于含有 根瘤菌的土壤。 ◆ 缺氮的贫瘠土壤内好于有氮 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 应用---- 根瘤菌肥,第二节 弗兰克氏菌和非豆科木本植物共生,1 放线菌结瘤植物 7目，8科，24属——放线菌结瘤植物。见243页 如 杨梅属、沙棘属、木麻黄属、野麻属等。,2 弗兰克氏菌 内生放线菌。1978年从香蕨木根瘤中分离出，获得纯培养并回收成功。,3 结瘤过程,（三）真菌和植物共生－－菌根（mycorrhiza),更为普遍。1881年俄国学者卡门斯基研究水晶兰根的解剖接结构后，首次指出真菌和水晶兰根之间存在共生关系。,1 菌根和菌根菌,2 形成菌根的植物,3 菌根的分类,4 外生菌根,5 丛枝菌根（又叫泡囊－丛枝菌根V-A菌根）,菌 根：真菌和植物根的共生联合体 菌根菌： 能形成菌根的真菌担子菌亚门,1 菌根和菌根菌,2 形成菌根的植物,木本、草本。野生、农作物。 自然界大部分植物都能形成。,3 菌根的分类,根据菌根的形态和结构分,丛枝菌根 内外生菌根 水晶兰菌根 杜鹃菌根 兰科菌根 浆果鹃菌根,,,4 外生菌根,（1）菌根植物 裸子植物和被子植物的乔木和灌木。 以森林树木为主。,（2）真菌类型 担子菌中的牛肝菌、鹅膏菌。 子囊菌和藻状菌,（3）外生菌根的结构特征,菌根菌交织成菌套（mantle）包在根系外。20～100um厚，占菌根干重20～40％。 光滑菌套、网状菌套、绒毛状菌套、棉絮状菌套等。,形成哈蒂氏网（Hartig net）包在根外。构成了巨大的接触面。,哈蒂氏网：菌套内层有许多菌丝透过根的皮层进入皮层组织，在外皮层细胞间蔓延，将细胞整个包裹起来，形成的一种特殊结构。,内层菌丝伸入根的皮层，充满细胞间隙，不进入细胞内。 形成外延菌丝,（4） 外生菌根的作用,扩大寄主植物的吸收面。菌套和外延菌丝。 产生生长刺激素。吲哚乙酸（松树、落叶松、云杉、桦树、山毛榉等。,1）对植物营养和生长的作用,2）对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。外生菌根根圈真菌数量较非菌根根圈大10倍左右。 菌套和哈蒂氏网的机械屏障作用。病原菌只能侵染非木质化的小根。病原菌不能通过这两处屏障。 植物产生抑制病菌的物质。萜烯和半萜烯类化合物是制霉物质。牛肝菌科真菌能形成。 产生抗生素。云杉白桩菇能产生穿孔蕈炔素。,（5）应用,在木材生产中用客土法和人工接种法使幼苗形成菌根。有重要经济价值。,5 泡囊－丛枝菌根（V-A菌根）,是内生菌根中最重要的类型。泡囊不普遍。故称丛枝菌根（Arbuscular Mycorrhiza,AM),（1）菌根植物 裸子植物、被子植物中的乔木、灌木和草本植物。苔藓植物和蕨类植物。农作物（小麦、玉米、豌豆、棉花、洋葱）,（2）菌根真菌 6属，57种。球孢霉目、内囊霉目。,（3）V-A菌根的结构特征,菌丝。外生菌丝和内生菌丝。 外生菌丝不形成菌套。伸到土壤中。 外生菌丝进入皮层细胞间和细胞内即成内生菌丝。 丛枝。进入细胞内的菌丝连续分叉分枝形成的灌木结构。,细胞活性明显增强。 形成新的细胞器。 核增大。 淀粉粒消失 呼吸作用核酶活性增强。,植物细胞形成丛枝时，细胞发生的现象：,泡囊。侵入细胞内或细胞间的菌丝的末端膨大形成。圆形或椭圆形。泡囊的形成迟于丛枝。有繁殖功能。 孢子和孢子果。外生菌丝的顶端形成厚垣孢子，内含油滴。土壤中存活数年。,（4） V-A菌根影响植物生长,丛枝菌根增加了根圈的范围。 外生菌丝向外延伸的距离达8 cm。1 cm无菌根的根段能控制的土壤体积是1～2 cm3；形成菌根后，1 cm根段控制土壤体积增加5～200倍。 增加了根圈微生物的数量。 加强植物吸收磷素和其它元素（Zn、Mo、Fe、Mn)。,可以减轻植物病害,减轻病害的假说 结构上的变化带来的影响。 根细胞壁增厚；加强微管束系统。 生理上的变化带来的影响。 氨基酸、儿茶酚、还原糖和酶含量增高。 生态上的变化带来的影响。 抗生菌使根部的拮抗作用增强 菌根真菌同叶部病原菌致病有关的基因表达有关,（5）应用,豆科植物进行根瘤菌和V-A菌根的双接种 育苗苗圃、营养钵育种用宿主繁殖方式接种可行。广泛的V-A菌根菌人工接种目前作不到。,四 微生物在植物上的寄生,真菌、细菌、病毒都能在植物上寄生。从选育抗病品种、阻止病原微生物传播途径、改进栽培技术和环境条件上防治。,1 植物病原真菌（主要病原） 多数作物、果蔬、花卉。 白粉菌－－大麦、苹果、葡萄。 锈菌－－禾谷类作物 粉菌－－玉米,（2）植物细菌性病害 解淀粉欧文氏菌－－果树火疫病（在树干、枝的组织中越冬，次年借昆虫降雨传播。 水稻黄单胞菌－－水稻白叶枯病。 根瘤土壤杆菌－－番茄、甜菜、果树的根、茎部形成肿瘤。,（3） 病毒性病害 烟草花叶病毒－－烟草（最早发现） 黄瓜花叶病毒－－黄瓜花叶。 斑驳病毒－－草莓。,,,1 微生物生态系统的特点 2 为什么说土壤是微生物生活的良好环境？空气是微生物生活的环境吗？ 3 土壤中有哪些微生物种类？微生物在土壤中的分布特点？ 4 微生物之间有哪些相互关系？ 5 附生微生物、根圈、根圈效应、根瘤、根瘤菌、类菌体、菌根、菌根菌、外生菌根、泡囊－丛枝菌根、哈蒂氏网的概念 6 根瘤菌的生理特性和根瘤菌的固氮特性分别是什么？,,7 如何区分有效根瘤和无效根瘤？根瘤固氮的标志是什么？ 8 豆血红蛋白的作用是什么？ 9 外生菌根对植物生长的作有哪些？如何应用外甥菌根？ 10 丛枝菌根如何影响植物生长？如何应用丛枝菌根？,