微生物学ppt课件第十章微生物同植物和动物.ppt

第十章（补充）微生物同植物和动物的共生关系,微生物和植物共生关系的类型,一 细菌和植物的共生（一）根瘤菌与豆科植物的共生体系 豆科:蝶形花亚科，含羞草亚科，苏木亚科 根瘤菌：G-无芽孢杆菌，生鞭毛，运动。生理特征：（1）化能异氧微生物：快生型、慢生型（2）细胞外形成荚膜和粘液物质。菌落为圆形，边缘整齐、无色、白色或乳脂色，有光泽。（3）好气性微生物，在深层培养时需通气；（4）适合中性或微碱性条件（）专一性，有效性，互接种族，根瘤，茎瘤,（二）根瘤菌和榆科植物的共生体系 木本植物，一般为慢生型根瘤菌（三）弗兰克氏放线菌和植物的共生体系 非豆科植物（四）蓝细菌和其它生物的共生体系 多固氮种类，可与别的生物共生的主要为：鱼腥藻属（Anabaena）和念珠藻属（Nostoc）对应的其它生物则很多：真菌、苔藓植物、蕨类植物、裸子植物、被子植物1 蓝细菌与真菌共生地衣；2 蓝细菌与蕨类植物共生满江红（红萍）,固氮根瘤,根瘤（Root nodule）的形状,圆形,梨形,杆状,有效根瘤一般比较大，能够固定足够的氮化合物为植物所利用；无效根瘤不能固氮或固氮量太少，植物得不到益处；无效根瘤的结瘤能力往往高于有效根瘤。,有限生长型和无限生长型（分生组织的有无）；类菌体（固氮功能区域）/共生体（周膜）；豆血红蛋白：豆科植物根瘤中的血红蛋白，亦称为根瘤血红蛋白。这是1939年久保秀雄发现的。根瘤血红蛋白的分子量为1517万。根瘤中的血红蛋白的含量与根瘤氮素固氮 活性呈平行关系。血红蛋白中血红素（hemo）的部分由根瘤菌合成，而球蛋白（globin）的部分则是由寄主（豆料植物）所合成。调节根瘤中的氧,根瘤（Root nodule）的结构,根瘤接收信号受信号诱导，根瘤菌进入根毛细胞，形成侵入线侵入线增长，伸入根皮层皮层细胞进行有丝分裂，产生根瘤原基侵入线继续增长和分枝，伸入各原基细胞，根瘤菌从侵入线中释放出来；根瘤原基发育为根瘤，其中根瘤菌分化为类菌体由植物形成的周膜将类菌体包裹成为共生体，类菌体将分子态氮还原为氨态氮，转送到植物其它部位进行同化,根瘤的形成：,接触和识别,根毛卷曲、开始侵入,侵入线的发展,根瘤的出现和根瘤菌的释放,根瘤菌的侵染和根瘤（Nodule)形成,寄主植物对根瘤形成的调节作用,根瘤菌的基因、固氮基因和植物的有关基因相互诱导使根瘤有序的发生，表现为共生伙伴的互补和协调。寄主植物的共生基因编码形成一系列根瘤素(nodulins)早期根瘤素：在相互识别阶段、感染和根瘤形成阶段起作用后期根瘤素（包括豆血红蛋白）：在固氮功能开始时起作用。寄主植物具有控制根瘤数量的能力。能结瘤的豆科植物具备形成根瘤的全部遗传因子，但需要根瘤菌共生基因产物的诱发才能依次表达。,根瘤的固氮能力,固氮率。固氮率受能量供应限制环境中化合态氮严重影响结瘤和固氮作用有效根瘤和无效根瘤,根瘤数每个根瘤中含菌组织体积根瘤的寿命和含菌组织的持续时间。有效根瘤 无效根瘤根瘤寿命长 根瘤寿命短含菌组织体积大 体积小,结瘤植物的固氮量决定于下列诸因素:,固定+释放氨的同化和转运根瘤生长 根瘤“保养”,碳素在固氮中的作用,根瘤中固氮作用的能量由类菌体利用碳源进行氧化磷酸化而产生，因此保证氧气供应是获得能量的必要条件。另一方面，固氮酶对分子态氧敏感，它的催化作用是在无氧情况下进行的，所以两者有尖锐矛盾。,氧气对固氮作用的调节,木栓层：包在根瘤外皮层上，能阻碍气体扩散，只能通过皮孔进入。扩散障碍：在内皮层中O2浓度显著降低，是由于细胞排列紧密和细胞之间的空隙减少，对氧的扩散造成障碍。豆血红蛋白：其功能是从感染细胞的周质层向类菌体区运输O2并促进其扩散，一般该部位O2浓度约达10nmol。,根瘤中氧气供应的调节：,二 真菌和植物的共生,菌根的形态和功能,土壤中的菌根真菌菌丝与高等植物营养根系形成的一种联合体。共生真菌从植物体内获取必要的碳水化合物及其他营养物质，而植物也从真菌那里得到所需的营养及水分等，从而达到一种互利互助,互通有无的高度统一的联合体。它既具有一般植物根系所具有的特征，又具有专性真菌所具有的特征。,Left:nonmycorrhizalRight:mycorrhizal,外生菌根（Ectomycorrhiza）,菌根真菌菌丝体包围宿主植物尚未木栓化的营养根形成的，其菌丝体不穿透细胞组织内部，而仅在细胞壁之间延伸而形成。特征：（1）菌套（mantle）；（2）“哈蒂氏网”（Hartig net）；（3）植物根部形态通常可变短、变粗、变脆，也没有根毛，可见许多外延菌丝。,Hartig net,Mantle,外生菌根形态,对植物营养和生长的作用扩大寄主植物的吸收面。菌根真菌能产生生长刺激素。能产生吲哚乙酸，促进植物生长。对防御林木根部病害的作用。外生菌根能保护寄主植物免受病菌危害的原因如下：外生菌根根圈的微生物群落起着防御病菌侵袭的作用。外生菌根的菌套和哈蒂氏网的机械屏障作用。寄主细胞产生抑制病菌的物质。外生菌根真菌产生抗生素。,外生菌根的作用,土壤含有丰富的有机质，为菌根真菌的生长繁殖提供基质。土壤通气状况良好土壤有效养分的供应要适度，一般以中等偏下的肥力状况较合适。,有利于菌根形成和发展的土壤条件,菌丝：外生菌丝（菌丝网）和内生菌丝丛枝泡囊孢子和孢子果,菌丝体可侵入细胞内部，而宿主植物的根一般无形态及颜色变化。在植物根的表面不产生菌套，仅有稀疏的外生菌丝，根毛可保留，不产生哈蒂氏网。,丛枝菌根,胞内菌丝体呈泡囊状（Vesicular）和丛枝状（Arbuscular），称为泡囊丛枝状菌根（Vesicular-Arbuscular mycorrhiza），简称VA菌根,感染前 菌根真菌的孢子和菌丝都是繁殖体。接触和感染 形成扁平和鼓胀的附着胞，固着在根上附着胞产生粗的和钉钩状感染菌丝感染菌丝经由表皮细胞间隙穿过表 皮层进入皮层细胞。丛枝和泡囊的形成 感染扩展和根表菌丝形成 菌根真菌进入根内后，在根中的扩展分为3个时期：真菌扩展开始发生真菌快速生长和扩散根和真菌的生长以相同的速率进行。,丛枝菌根的形成过程,土壤中菌根繁殖体的数量和萌发速度 菌根侵染能力的强弱根系发育的好坏环境因素的影响：营养、光照、温度、水分和pH等。,影响丛枝菌根形成的因素：,丛枝菌根对碳水化合物的需求 丛枝菌根增加了根圈的范围 丛枝菌根在植物吸收养料中的作用 磷素营养 丛枝菌根最显著的作用是在低磷土壤中提高植物吸磷能力，原因：能够利用较大土壤范围内的磷素；促进磷素向根内的转运；提高了土壤磷素的可溶性。,丛枝菌根同植物的代谢和生长的关系,对其它营养元素的吸收,通过吸收NH4+和NO3-而获得氮素营养。丛枝菌根真菌可运送钾、镁给植物能吸收Zn、Cu、B、Mo等微量元素并输送给寄主植物，对吸收Zn和Cu的作用和对P的作用一样，效果是很显著的。在菌根植物中其它必需元素如Fe、Mn和Cl的浓度也比非菌根植物高。丛枝菌根真菌也能吸收一些有毒的重金属（Cd、Ni、Sr、Cs）和非营养元素的阴离子(Br-、I-)，从而对植物造成毒害。,共生固氮微生物。根瘤菌-豆科植物-丛枝菌根真菌三者之间存在着密切的共同协作关系。真菌的共生细菌。人们早已观察到了丛枝菌根真菌的细胞质中存在细菌状生物，采用分子生物学技术证明在G.margarta等真菌细胞中的BLOs为洋葱伯克氏菌。根圈微生物。据报道丛枝菌根真菌能促进固氮菌和所谓的“溶磷微生物”的生长和繁殖。,丛枝菌根与其它微生物之间的关系：,结构上的变化带来的影响；生理上的变化带来的影响生态上的变化带来的影响。,丛枝菌根菌减轻植物病害的一些假说:,内生真菌：多属子囊菌。内生细菌土壤杆菌与植物肿瘤,植物内生和寄生微生物,许多对植物生长有利，如能使寄主更耐干旱，更有效地利用土壤氮素，干物质积累多。共生还能使植物具有防护能力，阻止昆虫侵袭，而且对牲畜有毒，避免食草动物食用。,内生真菌的功能,细菌的土壤杆菌属能够导致植物根的畸形生长根癌土壤杆菌使根形成冠瘿根发土壤杆菌形成毛发状根,土壤杆菌与植物肿瘤,