微生物與植物之間的關(guān)系研究

1、貴陽(yáng)中醫(yī)學(xué)院生藥教研室：嚴(yán)福林2015年10月p微生物與植物根之間的相互關(guān)系微生物與植物根之間的相互關(guān)系p微生物與植物其他部分之間的相互關(guān)系微生物與植物其他部分之間的相互關(guān)系p病原微生物與植物之間的關(guān)系病原微生物與植物之間的關(guān)系根際根際一、微生物與植物根之間的相互關(guān)系一、微生物與植物根之間的相互關(guān)系根際效應(yīng)根際效應(yīng)分泌物分泌物氨基酸：各種氨基酸；氨基酸：各種氨基酸；有機(jī)酸：乙酸，丁酸，乳酸，檸檬酸，蘋(píng)果酸等；有機(jī)酸：乙酸，丁酸，乳酸，檸檬酸，蘋(píng)果酸等；碳水化合物：葡萄糖，果糖，核糖，半乳糖等；碳水化合物：葡萄糖，果糖，核糖，半乳糖等；維生素類物質(zhì)：生物素，硫胺素等維生素類物質(zhì)：生物素，硫胺素等

2、死亡根系和脫落的根毛、根冠、根表皮細(xì)胞等。死亡根系和脫落的根毛、根冠、根表皮細(xì)胞等。脫落物脫落物離根越近，離根越近，CO2的含量越高，的含量越高，O2的含量越低；的含量越低；O2含量少影響根際范圍的含量少影響根際范圍的Eh，一般偏低；，一般偏低；由于根系分泌有機(jī)酸影響根際的由于根系分泌有機(jī)酸影響根際的pH值，一般偏酸。值，一般偏酸。根系吸收作用強(qiáng)，分泌物也就多，根際效應(yīng)也就大。根系吸收作用強(qiáng)，分泌物也就多，根際效應(yīng)也就大。根系吸收作用強(qiáng)，根際水分充足，根際微生物發(fā)育根系吸收作用強(qiáng)，根際水分充足，根際微生物發(fā)育量也就大。量也就大。豆科植物根系分泌物多為含氮物質(zhì)，禾本科植豆科植物根系分泌物多為含氮

3、物質(zhì)，禾本科植物多為含碳物質(zhì)；物多為含碳物質(zhì)；同一科植物不同生長(zhǎng)階段其分泌物也不相同；同一科植物不同生長(zhǎng)階段其分泌物也不相同；大豆：大豆：u開(kāi)花前分泌谷氨酸開(kāi)花前分泌谷氨酸 、色氨酸；、色氨酸；u開(kāi)花后分泌色氨酸開(kāi)花后分泌色氨酸I 土壤有機(jī)質(zhì)含量的多少；土壤有機(jī)質(zhì)含量的多少；II 植物生長(zhǎng)情況；植物生長(zhǎng)情況；III 根際微生態(tài)：水分、根際微生態(tài)：水分、pH、Ehq根際細(xì)菌：以根際細(xì)菌：以G-的細(xì)菌為主，假單胞菌、黃桿菌、產(chǎn)堿的細(xì)菌為主，假單胞菌、黃桿菌、產(chǎn)堿桿菌、無(wú)色桿菌、色桿菌等桿菌、無(wú)色桿菌、色桿菌等q根際放線菌：以鏈霉菌屬中的種為主根際放線菌：以鏈霉菌屬中的種為主q根際真菌：鐮刀菌、曲霉

4、屬、絲核菌、木霉、腐霉等根際真菌：鐮刀菌、曲霉屬、絲核菌、木霉、腐霉等q根際原生動(dòng)物：根際線蟲(chóng)根際原生動(dòng)物：根際線蟲(chóng)（a）有效化營(yíng)養(yǎng)元素）有效化營(yíng)養(yǎng)元素微生物的代謝作用加微生物的代謝作用加強(qiáng)了有機(jī)質(zhì)的分解，促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)元素的礦化，強(qiáng)了有機(jī)質(zhì)的分解，促進(jìn)植物營(yíng)養(yǎng)元素的礦化，增強(qiáng)了對(duì)作物的養(yǎng)分供應(yīng)。增強(qiáng)了對(duì)作物的養(yǎng)分供應(yīng)。根際微生物通過(guò)溶解礦物中的磷酸鹽，給植物提供可根際微生物通過(guò)溶解礦物中的磷酸鹽，給植物提供可溶性的磷酸鹽，加快植物對(duì)磷酸鹽的吸收。溶性的磷酸鹽，加快植物對(duì)磷酸鹽的吸收。（b）促進(jìn)植物生長(zhǎng)）促進(jìn)植物生長(zhǎng)根際微生物能合根際微生物能合成多種成多種生長(zhǎng)素生長(zhǎng)素、植物生長(zhǎng)激素植物生長(zhǎng)激素，

5、加速種子，加速種子萌發(fā)和根毛發(fā)育。萌發(fā)和根毛發(fā)育。硫胺素硫胺素生物素生物素維生素維生素B12B12泛酸泛酸核黃素核黃素吲哚乙酸（吲哚乙酸（IAAIAA）赤霉素類赤霉素類節(jié)桿菌、假單胞菌和農(nóng)桿菌能產(chǎn)生一些有機(jī)節(jié)桿菌、假單胞菌和農(nóng)桿菌能產(chǎn)生一些有機(jī)物，刺激植物生長(zhǎng)。物，刺激植物生長(zhǎng)。（c）根際微生物分泌的抗生素類物質(zhì)，）根際微生物分泌的抗生素類物質(zhì)，有助于作物避免土著性病原菌的侵染或殺有助于作物避免土著性病原菌的侵染或殺死植物病原菌，卻與其它根際微生物建立死植物病原菌，卻與其它根際微生物建立協(xié)作關(guān)系。協(xié)作關(guān)系。（d）產(chǎn)生鐵載體（）產(chǎn)生鐵載體（Siderophore），改善），改善植物的生長(zhǎng)條件，促

6、進(jìn)植物生長(zhǎng)。植物的生長(zhǎng)條件，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。（e）根際中的菌絲體可以轉(zhuǎn)移植物中的放）根際中的菌絲體可以轉(zhuǎn)移植物中的放射線物質(zhì)和重金屬等有害物質(zhì)。射線物質(zhì)和重金屬等有害物質(zhì)。（f）根際微生物產(chǎn)生二氧化碳，使鈣增加）根際微生物產(chǎn)生二氧化碳，使鈣增加可溶性，有利于植物吸收。可溶性，有利于植物吸收。（g）根際中自生固氮菌可以固定大量的）根際中自生固氮菌可以固定大量的N2，給植物提供有機(jī)和無(wú)機(jī)氮。，給植物提供有機(jī)和無(wú)機(jī)氮。（a）微生物與植物競(jìng)爭(zhēng)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，在一定時(shí)間內(nèi)）微生物與植物競(jìng)爭(zhēng)礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)，在一定時(shí)間內(nèi)減少了對(duì)植物養(yǎng)分的供應(yīng)，造成對(duì)植物生長(zhǎng)的不利。減少了對(duì)植物養(yǎng)分的供應(yīng)，造成對(duì)植物生長(zhǎng)的不利。反消化細(xì)菌

7、使含氮物質(zhì)變成反消化細(xì)菌使含氮物質(zhì)變成N2，養(yǎng)分損失。，養(yǎng)分損失。細(xì)菌對(duì)某些重要元素的固定可嚴(yán)重影響植物的發(fā)育。細(xì)菌對(duì)某些重要元素的固定可嚴(yán)重影響植物的發(fā)育。（b）由于不同植物根際條件的選擇性，某些病原菌）由于不同植物根際條件的選擇性，某些病原菌在相應(yīng)植物的根際得到加富，更助長(zhǎng)了病害的發(fā)生。在相應(yīng)植物的根際得到加富，更助長(zhǎng)了病害的發(fā)生。長(zhǎng)期種植同一作物造成根際有毒物質(zhì)積累，雖長(zhǎng)期種植同一作物造成根際有毒物質(zhì)積累，雖然每年施肥充足和采用相同的栽培措施，但作然每年施肥充足和采用相同的栽培措施，但作物產(chǎn)量仍每年下降的現(xiàn)象。物產(chǎn)量仍每年下降的現(xiàn)象。（c）某些微生物產(chǎn)生的有毒物質(zhì)能抑制種子的）某些微生物

8、產(chǎn)生的有毒物質(zhì)能抑制種子的發(fā)芽、幼苗的生長(zhǎng)和根系的伸長(zhǎng)。發(fā)芽、幼苗的生長(zhǎng)和根系的伸長(zhǎng)。（d）根際微生物產(chǎn)生生長(zhǎng)激素過(guò)高，可抑制植）根際微生物產(chǎn)生生長(zhǎng)激素過(guò)高，可抑制植物生長(zhǎng)。物生長(zhǎng)。菌根是某些真菌和植物根系的互惠共生聯(lián)合體。菌根是某些真菌和植物根系的互惠共生聯(lián)合體。真菌叫做真菌叫做菌根菌菌根菌，包括子囊菌和擔(dān)子菌。，包括子囊菌和擔(dān)子菌。2.菌根（菌根（Mycorrhizae）（1 1）菌根類型）菌根類型外生菌根外生菌根內(nèi)生菌根內(nèi)生菌根l外生菌根外生菌根-真菌菌絲在植物真菌菌絲在植物幼根表面生長(zhǎng)并交織成鞘套幼根表面生長(zhǎng)并交織成鞘套狀結(jié)構(gòu)包在根外，其厚度在狀結(jié)構(gòu)包在根外，其厚度在20-100m之間

9、，大多數(shù)為之間，大多數(shù)為30-40 m ，使根呈臃腫狀態(tài)。，使根呈臃腫狀態(tài)。l菌根菌菌根菌絕大部分屬于擔(dān)子菌亞門(mén)傘菌目中的一些屬種：絕大部分屬于擔(dān)子菌亞門(mén)傘菌目中的一些屬種：l外生菌根多形成于木本植物，大多數(shù)為森林喬木。外生菌根多形成于木本植物，大多數(shù)為森林喬木。鵝膏菌屬、牛肝菌屬、口蘑菌屬，它們都是食用菌，鵝膏菌屬、牛肝菌屬、口蘑菌屬，它們都是食用菌，但大部分不能人工培養(yǎng)。但大部分不能人工培養(yǎng)。對(duì)植物的有益作用對(duì)植物的有益作用l增加宿主根的壽命；增加宿主根的壽命；l增加從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的速率；增加從土壤中吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的速率；l選擇性吸收磷酸根，含氮化合物，鉀離子和鈣選擇性吸收磷酸根，含氮

10、化合物，鉀離子和鈣離子，再傳給植物；離子，再傳給植物；l增加對(duì)植物致病微生物、毒素的抗性；增加對(duì)植物致病微生物、毒素的抗性；l增加植物抗高溫、干旱和增加植物抗高溫、干旱和pHpH等不良環(huán)境；等不良環(huán)境；v外生菌根菌的研究應(yīng)用，對(duì)于發(fā)展林業(yè)育苗，促外生菌根菌的研究應(yīng)用，對(duì)于發(fā)展林業(yè)育苗，促進(jìn)林木生長(zhǎng)發(fā)育以及綠化荒山、礦廠廢地有重要意進(jìn)林木生長(zhǎng)發(fā)育以及綠化荒山、礦廠廢地有重要意義。試驗(yàn)表明：義。試驗(yàn)表明：利用外生菌根可使樹(shù)木提前利用外生菌根可使樹(shù)木提前4 45 5年年成材成材。v對(duì)外生菌根菌及其菌根關(guān)系的研究對(duì)進(jìn)一步馴化對(duì)外生菌根菌及其菌根關(guān)系的研究對(duì)進(jìn)一步馴化野生食用菌，擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)食用菌栽培生產(chǎn)也

11、具有實(shí)際野生食用菌，擴(kuò)大優(yōu)質(zhì)食用菌栽培生產(chǎn)也具有實(shí)際意義。意義。 l菌絲直接入侵根表皮細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外，不形成哈氏網(wǎng)；在菌絲直接入侵根表皮細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外，不形成哈氏網(wǎng)；在皮層細(xì)胞內(nèi)的菌絲，其頂端膨大且分枝，形成泡囊（皮層細(xì)胞內(nèi)的菌絲，其頂端膨大且分枝，形成泡囊（Vesicule）叢枝（叢枝（Arbuscule）菌根，故又稱）菌根，故又稱VA菌根菌根；l根外側(cè)的菌絲形成粗菌絲，其上可分化形成大型厚垣孢子根外側(cè)的菌絲形成粗菌絲，其上可分化形成大型厚垣孢子或配子，也可形成細(xì)小菌絲直接吸收土壤中水分和營(yíng)養(yǎng)或配子，也可形成細(xì)小菌絲直接吸收土壤中水分和營(yíng)養(yǎng).l內(nèi)生菌根菌屬于接合菌亞門(mén)內(nèi)囊霉科中的內(nèi)生菌根菌屬

12、于接合菌亞門(mén)內(nèi)囊霉科中的一些屬種：無(wú)柄孢囊霉屬、硬內(nèi)囊霉屬一些屬種：無(wú)柄孢囊霉屬、硬內(nèi)囊霉屬lVAVA菌根多形成于禾本科和豆科植物。菌根多形成于禾本科和豆科植物。l蘭花植物特異地與密環(huán)菌和枯絲核菌形成蘭花植物特異地與密環(huán)菌和枯絲核菌形成內(nèi)生菌根，蘭花種子萌發(fā)能力增大。內(nèi)生菌根，蘭花種子萌發(fā)能力增大。叢枝菌根同植物的關(guān)系：叢枝菌根同植物的關(guān)系：植物光合作用為真菌的生長(zhǎng)發(fā)育提供碳源和能源。植物光合作用為真菌的生長(zhǎng)發(fā)育提供碳源和能源。叢枝菌根增加了根圈的范圍，增加了根系對(duì)水分的吸叢枝菌根增加了根圈的范圍，增加了根系對(duì)水分的吸收，提高植物的抗旱能力，改善植物營(yíng)養(yǎng)條件。收，提高植物的抗旱能力，改善植物營(yíng)

13、養(yǎng)條件。叢枝菌根在植物吸收養(yǎng)料中的作用：擴(kuò)大根系吸收范叢枝菌根在植物吸收養(yǎng)料中的作用：擴(kuò)大根系吸收范圍，提高了從土壤溶液中吸收養(yǎng)料的吸收率。圍，提高了從土壤溶液中吸收養(yǎng)料的吸收率。促進(jìn)根圈微生物的固氮菌、磷細(xì)菌生長(zhǎng)，并對(duì)共生固促進(jìn)根圈微生物的固氮菌、磷細(xì)菌生長(zhǎng)，并對(duì)共生固氮微生物的結(jié)瘤有良好的影響。氮微生物的結(jié)瘤有良好的影響。與植物病害關(guān)系：有好有壞，不清楚。與植物病害關(guān)系：有好有壞，不清楚。增加植物根系對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收；增加植物根系對(duì)水分和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收；增加植物根系對(duì)磷素的吸收：增加植物根系對(duì)磷素的吸收：菌根真菌分泌生長(zhǎng)激素刺激根系生長(zhǎng)。菌根真菌分泌生長(zhǎng)激素刺激根系生長(zhǎng)。（2 2）菌

14、根對(duì)植物的作用）菌根對(duì)植物的作用分泌植素酶、磷酸酶，增加對(duì)有機(jī)磷化物的分解；分泌植素酶、磷酸酶，增加對(duì)有機(jī)磷化物的分解；菌根菌可打破根系的抑磷圈，增加磷的吸收。菌根菌可打破根系的抑磷圈，增加磷的吸收。菌根菌不能純培養(yǎng)，必須通過(guò)含有內(nèi)生菌根的根塊進(jìn)行接菌根菌不能純培養(yǎng)，必須通過(guò)含有內(nèi)生菌根的根塊進(jìn)行接種。種。植物為菌根菌提供定居場(chǎng)所，供給光合產(chǎn)物；植物為菌根菌提供定居場(chǎng)所，供給光合產(chǎn)物；菌根菌的菌絲纖細(xì)，表面大，可擴(kuò)大根系吸收面積，菌根菌的菌絲纖細(xì)，表面大，可擴(kuò)大根系吸收面積，如如1mg1mg直徑為直徑為10m10m的菌絲的吸收功能，相當(dāng)于的菌絲的吸收功能，相當(dāng)于1600mg1600mg直徑為直

15、徑為400m400m的根；的根；菌根菌能活化土壤養(yǎng)分特別是有機(jī)、無(wú)機(jī)磷化物，供菌根菌能活化土壤養(yǎng)分特別是有機(jī)、無(wú)機(jī)磷化物，供植物利用；植物利用；菌根菌合成某些維生素類物質(zhì)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。菌根菌合成某些維生素類物質(zhì)，促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育。小結(jié)小結(jié)3. 3. 根瘤根瘤微生物與植物建立共生關(guān)系的一個(gè)最有實(shí)際意義的微生物與植物建立共生關(guān)系的一個(gè)最有實(shí)際意義的例子例子植物根瘤和其中的根瘤菌之間的互惠共生植物根瘤和其中的根瘤菌之間的互惠共生關(guān)系，因?yàn)橛辛诉@種關(guān)系對(duì)于保持土壤肥力，增加關(guān)系，因?yàn)橛辛诉@種關(guān)系對(duì)于保持土壤肥力，增加農(nóng)作物產(chǎn)量起著重要的作用。農(nóng)作物產(chǎn)量起著重要的作用。（1 1）根瘤菌與豆科植物共

16、生固氮）根瘤菌與豆科植物共生固氮二、微生物與植物其他部分之間的相互作用二、微生物與植物其他部分之間的相互作用由于植物表面的環(huán)境暴露在空氣中，并受直射光、由于植物表面的環(huán)境暴露在空氣中，并受直射光、周期性干燥和較大幅度溫度變化的影響，因此多數(shù)周期性干燥和較大幅度溫度變化的影響，因此多數(shù)附生微生物具有附生微生物具有色素、保護(hù)性厚壁色素、保護(hù)性厚壁及及適當(dāng)?shù)膫鞑C(jī)適當(dāng)?shù)膫鞑C(jī)制制，以利于它們?cè)谶@一特殊生境中的生存和發(fā)展。以利于它們?cè)谶@一特殊生境中的生存和發(fā)展。大多數(shù)附生微生物存在于植物的葉背和葉鞘內(nèi)。大多數(shù)附生微生物存在于植物的葉背和葉鞘內(nèi)。細(xì)菌：假單胞菌屬、乳酸細(xì)菌屬、黃單胞菌細(xì)菌：假單胞菌屬、乳

17、酸細(xì)菌屬、黃單胞菌屬和葡萄球菌屬等。屬和葡萄球菌屬等。真菌：最常見(jiàn)的有酵母中的擲孢酵母屬真菌：最常見(jiàn)的有酵母中的擲孢酵母屬（Sporobolomyces）、紅酵母屬和球擬酵母屬等，）、紅酵母屬和球擬酵母屬等，其中擲孢酵母能產(chǎn)生擲孢子向外放射，是葉際最其中擲孢酵母能產(chǎn)生擲孢子向外放射，是葉際最常見(jiàn)的類群。常見(jiàn)的類群。其它屬于子囊菌、擔(dān)子菌或半知菌的真菌也可在其它屬于子囊菌、擔(dān)子菌或半知菌的真菌也可在葉面或葉際分離到。葉面或葉際分離到。 1 1、葉面和葉際、葉面和葉際花是附生微生物生活的短暫生態(tài)環(huán)境。花是附生微生物生活的短暫生態(tài)環(huán)境。花蕊中的高糖分有利于許多酵母菌在花中定居，花蕊中的高糖分有利于許

18、多酵母菌在花中定居，因而從花蜜中易分離獲得耐高糖度的微生物。因而從花蜜中易分離獲得耐高糖度的微生物。常見(jiàn)的類群有假絲酵母屬、球擬酵母屬和紅酵常見(jiàn)的類群有假絲酵母屬、球擬酵母屬和紅酵母屬等。母屬等。2 2、花、花地衣、多孔菌和層孔菌經(jīng)常長(zhǎng)滿木本植物的樹(shù)干，地衣、多孔菌和層孔菌經(jīng)常長(zhǎng)滿木本植物的樹(shù)干，常見(jiàn)的種類有刺盤(pán)孢屬和外囊菌屬等。常見(jiàn)的種類有刺盤(pán)孢屬和外囊菌屬等。地衣中的一些類群常具有固氮能力而改善了莖表面地衣中的一些類群常具有固氮能力而改善了莖表面的氮素營(yíng)養(yǎng)條件，利于其它微生物的生長(zhǎng)。的氮素營(yíng)養(yǎng)條件，利于其它微生物的生長(zhǎng)。 3 3、莖干、莖干1 1、植物病原微生物：引起植物產(chǎn)生疾病的某些微生

19、物。、植物病原微生物：引起植物產(chǎn)生疾病的某些微生物。2. 2. 植物病原微生物的種類：植物病原微生物的種類：病毒病毒細(xì)菌細(xì)菌真菌真菌原生動(dòng)物原生動(dòng)物真菌真菌是主要的植物病原微生物。是主要的植物病原微生物。還有一類呈裸露狀態(tài)的還有一類呈裸露狀態(tài)的RNA分子分子類病毒類病毒三、病原微生物與植物之間的關(guān)系三、病原微生物與植物之間的關(guān)系3 3、 病原微生物侵染植物的方式：病原微生物侵染植物的方式： 空氣傳播空氣傳播真菌孢子；真菌孢子； 由昆蟲(chóng)傳播由昆蟲(chóng)傳播病毒；病毒； 通過(guò)植物創(chuàng)傷部位或天然入口處進(jìn)入植物體（氣通過(guò)植物創(chuàng)傷部位或天然入口處進(jìn)入植物體（氣孔）；孔）； 由病原微生物分泌的酶（果膠酶、纖維素

20、酶）分由病原微生物分泌的酶（果膠酶、纖維素酶）分解植物表面結(jié)構(gòu)，利于微生物侵入。解植物表面結(jié)構(gòu)，利于微生物侵入。4 4、 病原微生物對(duì)植物的影響病原微生物對(duì)植物的影響侵入的病原微生物從植物體內(nèi)獲得所必需的營(yíng)養(yǎng)侵入的病原微生物從植物體內(nèi)獲得所必需的營(yíng)養(yǎng)物和生長(zhǎng)條件，并進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。物和生長(zhǎng)條件，并進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖。影響：病原微生物分泌水解酶、毒素和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)影響：病原微生物分泌水解酶、毒素和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)物質(zhì)，破壞植物正常的結(jié)構(gòu)和功能。物質(zhì)，破壞植物正常的結(jié)構(gòu)和功能。u果膠酶果膠酶分解果膠，使植物組織崩潰；分解果膠，使植物組織崩潰；u纖維素酶纖維素酶破壞細(xì)胞壁，使細(xì)胞分解；破壞細(xì)胞壁，使細(xì)胞分解；u某些微生物產(chǎn)生的生長(zhǎng)素吲哚乙酸某些微生物產(chǎn)生的生長(zhǎng)素吲哚乙酸使植物產(chǎn)生疾?。皇怪参锂a(chǎn)生疾??；u某些病原真菌產(chǎn)生的赤霉素和細(xì)胞激動(dòng)素某些病原真菌產(chǎn)生的赤霉素和細(xì)胞激動(dòng)素使植物瘋長(zhǎng)；使植物瘋長(zhǎng)；u乙烯乙烯引起植物代謝發(fā)生變化；引起植物代謝發(fā)生變化；u毒素毒素干擾植物的正常代謝。干擾植物的正常代謝。植物對(duì)病原微生物的侵入不是被動(dòng)的，植物對(duì)病原微生物的侵入不是被動(dòng)的，而是可以通過(guò)許多方式抵抗病原微生物而是可以通過(guò)許多方式抵抗病原微生物侵入，這種抵抗力稱為植物的免疫性。侵入，這種抵抗力稱為植物的免疫性。 植物體表面存在許多物理屏障可以阻止病原微生物侵入；植物