Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов и растений

Министерство сельского хозяйства РФ

Федеральное агентство по сельскому хозяйству

 

 

 

 

 

(ФГОУ ВО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева)

Факультет почвоведения, агрохимии и экологии

 

Кафедра микробиологии и иммунологии

 

 

Курсовая работа

По дисциплине почвенная микробиология

На тему:

«Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов и растений»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила: студентка 2 курса,

группы 202,

факультета ПАЭ,

Одинцова Ирина

Проверила: Доц Волобуева О.Г.

Оценка:______________

 

 

 

 

Москва, 2014

Содержание:

 

 

• Аннотация
• Введение

1.        Теоретическая часть

1. Симбиотические взаимоотношения. Типы симбиоза
2. Симбиоз актиномицетов и растений
3. Везикулярно-арбускулярная микориза
4. Другие формы взаимовыгодных микробно-растительных взаимодействий
5. Азотфиксирующие симбиотические биосистемы

2. Практическая часть.

2.1.1.Объект исследования. Характеристика взятого образца почвы

2.1.2.Определние влажности почвы

              2.1.3.Питательные среды

2.1.4.Методы исследования почвы

2.1.5. Приготовление почвенной суспензии и посев на питательные среды

3. Результаты исследования

              3.1.Учет количества микроорганизмов на плотных средах

              3.2.Количественная характеристика микрофлоры исследуемого образца почвы

              3.3.Культурные и морфологические признаки доминирующих микроорганизмов

              3.4. Количественная характеристика микрофлоры исследуемого образца почвы

              3.5. Культурные и морфологические признаки доминирующих микроорганизмов

              3.6.Результаты и анализы сравнения  всех трех видов почв

• Заключение
• Библиографический список

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аннотация

В теоретической части курсовой работы, были рассмотрены биологические особенности и характеристика различных микроорганизмов вступающих в симбиотические взаимоотношения с растениями. А так же представлены научные работы и исследования, проводимые в целях изучения симбиотических взаимоотношений и применение их на практике.

В практической части курсовой представлены результаты по учету численности микроорганизмов в трех разных почвах.

Курсовая работа содержит 30 страниц, 6 таблиц

 
 
 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Развитие современной науки привело к тому, что в основе естественнонаучной картины мира лежит живой организм и его взаимодействия. Одним из центральных вопросов современной биологической науки является вопрос о взаимодействии микроорганизмов с высшими растениями, обеспечивающее регуляцию жизненных процессов. Именно взаимодействие микроорганизмов с высшими растениями регулирует слаженность физиологических процессов, упорядоченность.          Взаимодействие микроорганизмов с высшими растениями создает базу для развития отраслей растениеводства, обеспечивая человечество экологически чистыми продуктами питания, поэтому теоретические и практические знания и умения, формируемые при изучении курса биологии, могут применяться в практической деятельности. 
    Поэтому возникает необходимость анализа особенностей симбиотического взаимодействия микроорганизмов с высшими растениями, а так же выяснить влияние микроорганизмов на жизнедеятельность высших растений. Тема данной курсовой работы: «Симбиотические взаимодействия микроорганизмов и растений», я считаю актуальной, так как дальнейшее изучение этой темы позволит наиболее эффективно и широко использовать микроорганизмы на благо человечества.

 
      

 
  
  
  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Теоретическая часть
1. Симбиотические взаимоотношения. Типы симбиоза

По мнению К.А. Лукумской (1987), влияние микробов на высшие растения может быть полезным или вредным для последних (см. Рис. 1).

 

Влияние микроорганизмов

 

Полезное                                                     Вредное

минерализации органических веществ, тем самым, переводя их в усвояемую для растений форму; микроорганизмы выделяют ряд биотических веществ (витамины, гормоны); защищают от некоторых фитопатогенных микроорганизмов;

микробы вызывать заболевания растений; образуют токсические вещества; выступают как конкуренты высших растений, поглощая усвояемые питательные вещества

Рис. 1 Влияние микроорганизмов на высшие растения.

 

Взаимодействие микроорганизмов с высшими растениями носит разносторонний характер. Исключительный случай взаимодействия микробов с высшими растениями представляют многочисленные примеры симбиоза. Иногда, даже трудно определить, является высший организм субстратом, и микроорганизмы размножаются на нём, либо наоборот, высшее растение паразитирует на микробах. Например, клубеньковые бактерии образуют на корнях (чаще бобовых) растений наросты, заселённые бактериями. С течением времени бактерии разрушаются в клубеньках, и растение использует вещества, запасённые микробами (паразитизм растения на бактериях) (16, 315).

Из разносторонних влияний микроорганизмов на высшие растения вытекают различные виды взаимодействия (см. Рис 2).

 

Виды взаимодействия

 

 

Симбиотические                         паразитические (фитопатогенные)

 

Рис. 2 Виды взаимодействия микроорганизмов с высшими растениями.

 

Биолог Ф.Ю. Гельцер разработала теорию симбиотрофности растений, утверждающую, что растения питаются только при посредничестве микроорганизмов-симбионтов, на примере микоризы (42, 45).

Растения вступают в тесные взаимоотношения с содержащейся в почве микрофлорой. Некоторые бактерии и грибы, обитающие в почве и на корнях, постепенно переходят в наземную часть развивающегося растения и расселяются на ней. Отсюда неизбежно взаимодействие высших растений и микроорганизмов (см. Рис 3)

 

Рис 3 «Биологические взаимоотношения»

Но в данной работе мы будем рассматривать симбиоз и его виды.

Симбиозом (от греческого "symbiosis" - "совместная жизнь") в биологии принято называть такое взаимодействие двух и более разных организмов, от которого все партнеры получают пользу, все что-то выигрывают.  

Различают три типа симбиоза:

1

 

2. Симбиоз актиномицетов и растений

 У многих небобовых растений, как древесных и кустарниковых, так и травянистых, также существуют корневые клубеньки, способные связывать молекулярный азот. Фиксация азота в таких условиях, как и у бобовых, основана на симбиозе с прокариотами. У древесной и кустарниковой растительности клубеньки чаще всего образуются азотфиксирующими актиномицетами, у травянистой – бактериями. В большинстве случаев симбионтами деревьев и кустарников служат актиномицеты рода Frankia (рис. 2). Это аэробные организмы с септированным мицелием, образующими спорангии.

 

Рис. 4. Влияние заражения актиномицетами рода Frankia на рост ольхи. Слева - растения, инфицированные Frankia; справа - незараженное растение.

 

Известно 17 родов древесных и кустарниковых покрытосеменных растений, образующих с Frankia клубеньки. Они относятся к порядкам Casuarinales, Coriariales, Fegales, Cucurbitales, Myricales, Rhamnales и Rosales. Среди растений, которые весьма эффективно связывают азот, казуарина (Casuarina), ольха (Alnus), облепиха (Hippophae), менее эффективны в этом отношении восковница (Myrica), куропаточья трава (Dryas) и т.д.

Корневые клубеньки древесных растений довольно крупные, обычно они формируются на боковых корнях. Клубеньки бывают двух типов – коралловые ( густые сплетения корней, разветвленных наподобие кораллов) и с прорастающими через дольки клубенька корнями (рыхлый пучок утолщенных корней), направленными вверх. Первый тип клубеньков наблюдается у ольхи и облепихи, второй -  у казуарины. Установлено, что азотфиксирующие актиномицеты обладают определенной специфичностью к растениям. Например,  одна группа Frankia заражает ольху, восковник и «сладкий» папоротник ( компония), другая -  лох, облепиху и шефердию.

Актиномицеты -  симбионты способны инифицировать только паренхимные клетки коры корня. Как и при заражении бобовых, микроорганизм проникает в корни из почвы через корневые волоски, которые в результате скручиваются. В месте инфицирования стенки корневого волоска утолщаются и гифы, проникшие внутрь клетки, покрываются толстым чехлом. По мере продвижения гиф по корневым волоскам чехол утоньшается, и вокруг гифа формируется капсула, которая, как считают, образуется растением, так и актиномицетом.

Из корневого волоска гифы проникают в эпидермис и кору корня, вызывая деление и гипертрофию инфицированных клеток. Как правило, клубки гиф заполняют центр клеток растения, у клеточных стенок происходит расширение и деление концов гиф, в последнем случае формируются специфичные структуры, так называемые везикулы. В клубеньках образуется вещество, подобное леггемоглобину бобовых растений. В конце вегетации везикулы деградируют, но в клетках растениях сохраняются гифы, заражающие весной новые ткани. Обычно при симбиозе с небобовыми растениями энергия азотфиксации  актиномицетами рода Frankia больше, чем у клубеньковых бактерий бобовых растений.

Клубеньки обнаружены у большой группы травянистых растений – злаковых, осоковых, лютиковых и др. В клубеньках этих растений выявлены микробные ассоциации, состоящие из двух- трех видом микроорганизмов, которые представлены грамположительными и грамотрицательными бактериями. Установлено, что в клубеньках осуществляется азотфиксация, однако роль отдельных бактерий в нем пока не определена.

В последнее время из клубеньков на растениях, не относящихся к бобовым, - тропическом кустарнике Trema arientalis ( семейство крапивных) и близком к нему Parasponia parviflora – выделены бктерии, близкие к клубеньковым бактериям бобовых. Указанные бактерии способны заражать бобовые растения и образовывать клубеньки. Их относят к роду Rhizobium. Из клубеньков на листьях тропических кустарников Pavetta и Psychotria выделены азотфиксирующие бактерии, отнесенные к роду Klebsiella (Klebsiella  rubacearum). Листовые клубеньки также обогащают растения азотом. Поэтому в Индии, Шри- Ланке и других странах листья Pavetta используют как зеленое удобрение.

Азотфиксируюшие симбионты обогащают почву азотом в следующей степени: однолетник бобовые (фасоль, соя, вика, бобы, горох, чечевица) накапливают 40-110 кг/га азота в год), многолетние (клевер,люцерна) -150-220, тропические бобовые – Sebania rostrata – от 324 (сухой сезон) до 458 (влажный сезон), небобовые растения – 150-300 кг/га азота в год.2

 

3.Везикулярно-арбускулярная микориза

Наиболее древней формой симбиоза растений с микроорганизмами является микориза (возникла 400-450 млн. лет назад, а бобово-ризобиальный симбиоз – 60-70 млн. лет назад), которая образуется при колонизации грибами корней растений. Микоризы образуются у 90 % видов наземных растений. При этом грибы являются посредниками между растениями и почвой, обеспечивая хозяев питательными веществами. Выделяют эндомикоризу (гифы гриба проникают внутрь клеток растений) и эктомикоризу (факультативна для обоих симбионтов).

 

Эндотрофная микориза.

Особенно заметен описанный процесс в клетках, расположенных глубоко в паренхиме, он напоминает явление фагоцитоза. Под влиянием содержимого клетки внутриклеточный мицелий иногда образует клубки (пелотоны), а нередко — древовидные разветвления арбускулы) или вздутые окончания (спорангиолы и везикулы). Не исключено, что спорангиолы в некоторых случаях представляют собой лизирующиеся арбускулы.У корней с эндотрофной микоризой часть мицелиальных окончаний выходит в почву. Такие гифы называют эмиссионными. Они не так густы и не образуют грибного чехла, как при эктотрофной микоризе. Поэтому корневые волоски у растений с эндотрофной микоризой обычно сохраняются.

Большое распространение имеет неспецифичная форма эндомикоризы – везикулярно-арбускулярная микориза (ВАМ), образуемая большинством наземных растений. ВАМ образуется под действием грибов-зигомицетов из порядка Glomales ( см. Рис 5 Glomus строение), для которых симбиоз является облигатной стадией.

Рис 5. Glomus строение. 1 – споры на поверхности корня растения; 2 – аппрессории (а) и арбускулы ( б) в корне; 3 - споры

Для растений же ВАМ может быть как облигатным (многолетние формы и растения со слабо развитой корневой системой), так и факультативным. ВАМ растения в основном образуют при недостатке фосфора.

Развитие ВАМ можно разделить на три этапа:

А) преинфекционные взаимодействия

Б) формирование межклеточного мицелия

В) развитие внутриклеточной симбиотической структуры.

На первом этапе споры гриба прорастают в почве под действием растительных выделений и образуют специальные структуры прикрепления – апрессории.

Во втором этапе из апрессорий во внутрь корня начинает расти инфекционная гифа, проникая через эпидермис в ткани кортекса, ветвится и образует мицелий.