Растительно-микробные взаимодействия как основа устойчивого растениеводства

Июль 29, 2022

Главная
Биология
Растительно-микробные взаимодействия как основа устойчивого растениеводства

Содержание

2. Сегодня все больше внимания уделяется развитию экологически устойчивых систем сельскохозяйственного производства , в которых продуктивность растений
3. Изучение взаимодействий между растения и микроорганизмами – одно из увлекательных и бурно развивающихся направлений современной биологии
4. Основные типы микробно-растительных симбиозов (по Тихонович И.А., Проворов Н.А., 2009)
5. Использование микробно-растительных взаимодействий для улучшения питания растений Симбиозы растений с азотфиксирующими микроорганизмами Усвоение молекулярного азота атмосферы
6. Симбиозы азотфиксирующих микроорганизмов и растений (по Тихонович И.А., Проворов Н.А., 2009 с изм.)
7. Генетика азотфиксации Гены, вовлеченные в процесс азотфиксации, обозначаются индексами nif и fix. Комплекс nif-генов, которые кодируют
8. Структура нитрогеназы Нитрогеназа состоит из белков трех типов и двух кофакторов : MoFe-кофактор и Fe-кофактор. Эти
9. Участие нитрогеназы в трансформации различных соединений
10. Синтез нитрогеназного комплекса у микроорганизмов непосредственно кодируется nif-генами, которые либо входят в состав бактериальной хромосомы (Klebsiella,
11. Бобово-ризобиальный симбиоз Симбиоз бобовых растений и клубеньковых бактерий - одна из наиболее эффективных систем биологической азотфиксации,
12. Онтогенез клубеньков А – корень гороха с клубеньками Б – клубеньки в разрезе В – растительная
13. Видовая специфичность клубеньковых бактерий Клубеньковые бактерии формируют симбиотические ассоциации с бобовыми растениями семейства Leguminosae. Клубеньковые бактерии
14. Узнавание партнеров («лектиновая» гипотеза определения симбиотической специфичности)
15. Цитодифференцировка ризобий при симбиозе с бобовым растением
16. Клубеньки бобовых
17. Ассоциативная азотфиксация В ризосфере небобовых растений достаточно широко распространены ассоциативные азотфиксирующие бактерии родов Azospirillum (А.lipoferum, A.
18. Микориза Микориза – сложный симбиоз грибов с корнями высших растений. Различают три типа микориз: эндотрофную, эктотрофную
19. Эндотрофная микориза Мицелий гриба распространяется преимущественно внутри тканей корня и относительно мало выходит наружу. При этом
20. Эктотрофная микориза На корнях формируется чехол из гиф. Собственных корневых волосков корень при этом не образует.
21. Экто-эндотрофная микориза При таком типе микоризы гифы гриба густо оплетают корень снаружи и в тоже время
22. Экологическое значение микоризы Роль в питании растений. Микоризные грибы не только являются поставщиками питательных веществ из
23. Защита от фитопатогенов Ингибирование патогенов Триходерма как агент биоконтроля
24. Суммарное количество органических кислот и сахаров (мкг/раст.) в корневых выделениях при выращивании на среде PNS (M+m)
25. Качественные состав корневых выделений некоторых растений при выращивании на среде PNS (M+m) (по Кравченко Л.В. и
26. Повышение доли сахаров в корневых выделениях может ослабить конкуренцию ризобактерий и фитопатогенных грибов за источники питания.
27. Продуктивность овсяницы красной сорта Юлишка и синтетических популяций Ю1-Ю5 Syn1 на четвертый год жизни, данные 2008
28. Посевы овсяницы красной сорта Юлишка и гибрида Ю5 Syn1 на четвертый год жизни Слева - исходный
29. Интенсивные технологии сельского хозяйства – максимальное приближение к промышленному производству; основа – управление развитием культурных растений,
30. Адаптивные технологии сельскохозяйственного производства получение продукции путем использования биологических возможностей культивируемых организмов при минимальной антропогенной нагрузке
31. Пути решения этой задачи: воссоздание в условиях агропроизводства естественных биоценотических (симбиотических) связей между растениями и полезной
33. Скачать презентацию

Слайд 2

Сегодня все больше внимания уделяется развитию экологически устойчивых систем сельскохозяйственного производства

, в которых продуктивность растений и животных обеспечивается использованием их биологических возможностей, при минимальном использовании минеральных удобрений, пестицидов и регуляторов роста.
Один из основных способов достижения этой цели – частичное или полное замещение агрохимикатов препаратами симбиотических микроорганизмов, которые природе успешно обеспечивают своих хозяев питательными веществами и защищают их от биотических и абиотических стрессов.

Слайд 3

Изучение взаимодействий между растения и микроорганизмами – одно из увлекательных и

бурно развивающихся направлений современной биологии

Исследование растительно-микробных взаимодействий восходит к трудам Антона де Бари, который сформулировал концепцию симбиоза.
Симбиоз он определил как «сожительство разноименных организмов» (1879).

Слайд 4

Основные типы микробно-растительных симбиозов (по Тихонович И.А., Проворов Н.А., 2009)

Слайд 5

Использование микробно-растительных взаимодействий для улучшения питания растений
Симбиозы растений с азотфиксирующими микроорганизмами
Усвоение

молекулярного азота атмосферы бактериями носит название биологической азотфиксации.
Азотфиксирующие микробно-растительные симбиозы могут быть разделены на три группы: внутриклеточные, эндофитные и ассоциативные.
К группе внутриклетоных (симбиотических) азотфиксаторов относят бактерий, развивающиеся внутри клеток в образованных на корнях, листьях или стеблях клубеньках.
Эндофитные бактерии развиваются в межклетниках, сосудах или внутренних полостях растения.
Ассоциативные бактерии локализуются на поверхности корней и надземной части растений. К ним относятся

Слайд 6

Симбиозы азотфиксирующих микроорганизмов и растений (по Тихонович И.А., Проворов Н.А., 2009

с изм.)

Слайд 7

Генетика азотфиксации
Гены, вовлеченные в процесс азотфиксации, обозначаются индексами nif и fix.

Комплекс nif-генов, которые кодируют синтез и регуляцию фермента, восстанавливающего азот (нитрогеназа), имеются лишь у некоторых прокариот. У эукариот nif-гены пока не обнаружены.
У некоторых азотфиксирующих микроорганизмов nif-гены активизируются при отсутствии других источников азота кроме N2 (диазотрофы). У некоторых (Rhizobium, Frankia) nif-гены активизируются только в симбиозе с растениями. Некоторые бактерии совмещают способность к диазотрофии и симбиотической азотфиксации.

Слайд 8

Структура нитрогеназы
Нитрогеназа состоит из белков трех типов и двух кофакторов :

MoFe-кофактор и Fe-кофактор.
Эти компоненты организованы в две субъединицы: большую дегидрогеназу и малую –редуктазу дегидроеназы.
Восстановление азота происходит при взаимодействии с дегидрогеназой, которая получает активированые электроны от редуктазы дегидрогеназы.

Слайд 9

Участие нитрогеназы в трансформации различных соединений

Слайд 10

Синтез нитрогеназного комплекса у микроорганизмов непосредственно кодируется nif-генами, которые либо входят

в состав бактериальной хромосомы (Klebsiella, Bradyrhizobium), либо существуют в форме огромной мегаплазмиды (Rhizobium). Остальные гены, участвующие в азотфиксации (кроме nif-генов), относятся к fix-генам.
Гены nif высококонсервативны, поэтому при переносе в другие виды бактерий продукты указанных генов легко «вписываются» в метаболизм нового хозяина. Следовательно, способность к связыванию азота может передаваться от одной бактерии к другой при прямом межклеточном контакте.

Слайд 11

Бобово-ризобиальный симбиоз
Симбиоз бобовых растений и клубеньковых бактерий - одна из

наиболее эффективных систем биологической азотфиксации, имеющая огромное экологическое и практическое значение.

Слайд 12

Онтогенез клубеньков
А – корень гороха с
клубеньками
Б – клубеньки в

разрезе
В – растительная
клетка, заполнен-
ная бактериями
Г – бактероиды
Д – внедрение бак
терий через кор-
невые волоски

Слайд 13

Видовая специфичность клубеньковых бактерий
Клубеньковые бактерии формируют симбиотические ассоциации с бобовыми

растениями семейства Leguminosae.
Клубеньковые бактерии характеризуются видовой специфичностью (избирательностью) по отношению к растению-хозяину. Определенный вид бактерий обычно образует клубеньки только на одном или нескольких видах бобовых растений. Так, Rhizobium leguminosarum инфицирует горох, вику, кормовые бобы и чечевицу; Rhizobium phaseoli – фасоль; Bradyrhizobium japonicum –сою; Bradyrhizobium lupini – люпин; Bradyrhizobium vigna – вигну, маш и арахис и т.д.

Слайд 14

Узнавание партнеров («лектиновая» гипотеза определения симбиотической специфичности)

Слайд 15

Цитодифференцировка ризобий при симбиозе с бобовым растением

Слайд 16

Клубеньки бобовых

Слайд 17

Ассоциативная азотфиксация
В ризосфере небобовых растений достаточно широко распространены ассоциативные азотфиксирующие

бактерии родов Azospirillum (А.lipoferum, A. brasilense, A. amazonense, A. halopraeferans),Enterobacter, Klebsiella, Esherichia, Erwinia, Citrobacter, Bacillus (B. polymyxa, B. macerans, B. azotofixans) и др.
Рост и развитие ассоциативных бактерий связаны с поступлением к ним от растений легкодоступных источников углерода и энергии в виде корневых выделений (сахаров, органических кислот и других органических веществ), а также корневого отпада и опада.
За счет ассоциативной азотфиксации фиксируется от 10-20 до 45-80 кг/га азота в год.

Слайд 18

Микориза
Микориза – сложный симбиоз грибов с корнями высших растений.
Различают три типа

микориз: эндотрофную, эктотрофную и экто-эндотрофную.

Слайд 19

Эндотрофная микориза
Мицелий гриба распространяется преимущественно внутри тканей корня и относительно мало

выходит наружу.
При этом часто образуются клубки гиф – везикулы и внутриклеточные разветвления в виде гаусторий – арбускулы.
Такой тип микоризы называют арбускулярной.
Она образуется микроскопическими грибами из отделов Zygomycota, Ascomycota или анаморфными грибами.
Эндотрофная микориза встречается у многих травянистых растений.

Слайд 20

Эктотрофная микориза
На корнях формируется чехол из гиф. Собственных корневых волосков корень

при этом не образует.
Такая микориза характерна для древесных растений и редко встречается у травянистых.

Слайд 21

Экто-эндотрофная микориза
При таком типе микоризы гифы гриба густо оплетают корень снаружи

и в тоже время проникают в коровую паренхиму.
Мицелий идет по межклетникам, отчасти внутриклеточно, образуя в клетках везикулы и арбускулы.
Наружные свободные гифы гриба широко расходятся в почве от корня, заменяя ему корневые волоски.
Такая микориза характерна для древесных пород, Ее образуют микромицеты из отдела Basidiomycota ( это преимущественно шляпочные грибы)

Слайд 22

Экологическое значение микоризы
Роль в питании растений. Микоризные грибы не только являются

поставщиками питательных веществ из почвы, но и осуществляют их перераспределение между растениями . Можно рассматривать растительно-грибное сообщество как «социальный комплекс» , в котором микоризные грибы выполняют функцию интеграции членов экосистемы. Микоризы более эффективно выполняют функции осмотрофного питания растений, чем корневые волоски.
Защита растений от широкого спектра биотических и абиотических стрессов, в том числе и от корневых патогенов. Наиболее этот эффект выражен у эктомикориз.

Слайд 23

Защита от фитопатогенов
Ингибирование патогенов
Триходерма как агент биоконтроля

Слайд 24

Суммарное количество органических кислот и сахаров (мкг/раст.) в корневых выделениях при

выращивании на среде PNS (M+m) (по Кравченко Л.В. и др., 2011)

Слайд 25

Качественные состав корневых выделений некоторых растений при выращивании на среде PNS

(M+m) (по Кравченко Л.В. и др., 2011)

Слайд 26

Повышение доли сахаров в корневых выделениях может ослабить конкуренцию ризобактерий и

фитопатогенных грибов за источники питания. Что приведет к снижению фитопатогенной нагрузки как за счет повышения активности ризобактерий, таки за счет уменьшения агрессивности фитопатогена.

Слайд 27

Продуктивность овсяницы красной сорта Юлишка и синтетических популяций Ю1-Ю5 Syn1 на

четвертый год жизни, данные 2008 г.

Слайд 28

Посевы овсяницы красной сорта Юлишка и гибрида Ю5 Syn1 на четвертый

год жизни

Слева - исходный сорт Юлишка
Справа – гибрид Ю5 Syn1 с повышенной симбиотрофностью

Слайд 29

Интенсивные технологии сельского хозяйства – максимальное приближение к промышленному производству; основа

– управление развитием культурных растений, посредством искусственных приемов (применение агрохимикатов, агротехнические приемы). Селекция растений, направленная, например, на повышение эффективности использования удобрений.

Слайд 30

Адаптивные технологии сельскохозяйственного производства получение продукции путем использования биологических возможностей культивируемых

организмов при минимальной антропогенной нагрузке на агроценозы.
Для таких технологий не подходят сорта интенсивного типа, которые в силу своих генетических особенностей утратили способность полноценного взаимодействия с полезной микрофлорой.
Необходима перестройка селекции и генной инженерии растений – создание «адаптивных» сортов, обладающих высокой продуктивностью за счет потенциала симбиотических связей, сформировавшихся в ходе длительной коэволюции растений с окружающими организмами.

Слайд 31

Пути решения этой задачи:
воссоздание в условиях агропроизводства естественных биоценотических (симбиотических) связей

между растениями и полезной микрофлорой;
качественное улучшение природных растительно-микробных систем, придание им дополнительных адаптивных функций;
Конструирование принципиально новых симбиотических комплексов.

Растительно-микробные взаимодействия как основа устойчивого растениеводства

Содержание

Сегодня все больше внимания уделяется развитию экологически устойчивых систем сельскохозяйственного производства

Изучение взаимодействий между растения и микроорганизмами – одно из увлекательных и

Основные типы микробно-растительных симбиозов (по Тихонович И.А., Проворов Н.А., 2009)

Использование микробно-растительных взаимодействий для улучшения питания растенийСимбиозы растений с азотфиксирующими микроорганизмамиУсвоение

Симбиозы азотфиксирующих микроорганизмов и растений (по Тихонович И.А., Проворов Н.А., 2009

Генетика азотфиксацииГены, вовлеченные в процесс азотфиксации, обозначаются индексами nif и fix.

Структура нитрогеназыНитрогеназа состоит из белков трех типов и двух кофакторов :

Участие нитрогеназы в трансформации различных соединений

Синтез нитрогеназного комплекса у микроорганизмов непосредственно кодируется nif-генами, которые либо входят

Бобово-ризобиальный симбиоз Симбиоз бобовых растений и клубеньковых бактерий - одна из

Онтогенез клубеньковА – корень гороха с клубенькамиБ – клубеньки в

Видовая специфичность клубеньковых бактерий Клубеньковые бактерии формируют симбиотические ассоциации с бобовыми