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浅谈微生物与植物的共生关系
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浅谈微生物与植物的共生关系 达尔文指出：“生物之间的相互关系是一切关系中最重要。”生物之间的共生是一种极为普遍的生命活动和生态现象，也是生物之间最基本、最重要的相互关系。 微生物与植物之间的共生关系，有几个方面： 其一，植物根系与土壤中微生物形成互惠共生体称做菌根，它有ECM、EM、EEM、AM等，从进化角度看，生命起源于水，水生植物向陆生进化过程中，没有根系的植物对“岩石”土壤是不适应的。但是，有了真菌与其共生后，菌丝就充当了根系，使植物逐渐适应了新的环境。随着植物的不断演化和进化，从原核到真核、从单细胞到多细胞，从异养到自养、从低级到高级等，尤其是植物分化出根系并且与真菌建立共生体后，大大加速了植物在整个岩石圈生态系统的分布。AM真菌有助于水生低等植物向陆生高等植物进化；在一些不利的生态环境中，非菌根植物几乎不存在。这表明，植物与AM真菌的共生关系增强了植物对环境的适应能力；在长期世代演替的自然生态系统中，AM真菌可能是其发生变化的一个重要调节因子。另外环境因子也影响菌根的动态变化。 其二，除植物根系以外的其它植物内生菌大部分都是植物物种进化的结果。即是在特定时期和特定环境下，内生微生物与宿主植物相互作用，为使植物适应那特定环境，而生长、繁殖。这些内生微生物定植于植物组织细胞内，内生微生物与宿主植物形成互惠共生关系，宿主植物向内生微生物提供了其生长所需的养分，反过来，内生微生物参与了整个植物生理活动，有的向宿主植物提供生长激素，促进植物生长、繁殖；有的向宿主植物提供次生代谢物，提高宿主植物的抗病虫害能力和抗逆性，或修复宿主植物的生物功能。总之，提高了宿主植物的对环境的适应性。另外，在遗传上，内生菌与宿主植物有一定的基因交换，在生态动态下，植物群落的各个种群逐渐发生变异，有些个体发生突变。 其三，在植物的进化过程中，生态环境极不稳定，有时会突发的恶劣的环境变化，使整个地球都天昏地暗，大部分地区缺氧，长时期（6~12个月）的持续低温，使许多生物物种都灭绝了。在地球的某地，有一些不同域的水生微生物（它们有：水生真菌、古生菌和植物性原生动物等）为了求生存，也在寻找宿主植物，经过不断实践，找到了合适的宿主植物，并侵染到宿主植物中，当时宿主植物也缺氧，几乎所有需氧的代谢都停止了，怎么办？是等待灭绝？不！不！这些不同域的物种组成了一个群落，发挥群落的生态型效应，改变代谢方式，在缺氧环境下，利用宿主植物原来的次生代谢物作为能源和碳源等；且利用群落中各个种群的不同代谢性和不同营养性，互惠互利，充分利用有限的资源；而且在群落的生态下，建立新的生物超分子体系，因此，维持了内生微生物和宿主植物的细胞的生命活动，使宿主植物存活，并进化至今，更重要的是使那一植物内生微生物群落存活至今。今天我发现了这一植物内生微生物群落， 即我从一种单子叶植物的细胞组织中分离出一种水生真菌、一种古生菌以及一种植物性原生动物，它们都与宿主植物形成共生关系。它们是生物界中不同域的物种。它们之间以及与宿主植物之间的微生态关系和微生物生态关系，使它们在微生物生态系统中具有群落意义。在这个群落中，每种种群个体对微生态环境各有一定的需求和反应，使它们在群落中各处于不同的地位和起着不同的作用。一方面宿主植物影响这一群落。群落的基本特征是它的动态，当这一群落侵染不同的宿主植物时，也就是从一个生境到另一个生境的移住。群落会协调各种种群的结构适应、生理适应、繁殖适应、传播适应和行为适应等。其中在生理适应中，表现出代谢的多样性和营养的多样性。而在结构适应上，有：水生真菌表现出二形结构适应，当水生真菌侵染宿主植物细胞内，就转变为像酵母菌的单细胞那样等。另一方面这一群落也影响宿主植物，宿主植物也受群落的作用，群落的生态型效应是通过群落的代谢多样性和营养的多样性，以及生物超分子体系影响宿主植物的生长和发育，并且提高了宿主植物对环境变化的适应性，其中包括有基因的转导、外源基因（包括起始的单子叶宿主植物的基因)的转化、表达。在微生物生态系统下，促使宿主植物的性状发生变异。 另外，其一， 在特定环境下（如缺氧环境下），用这一群落对其他植物组织进行侵染，同样也表现出群落的生态型效应。即这一群落在与单子叶宿主植物的长期协同进化过程中，建立了与植物细胞间的相互识别分子信息，为侵染建立了某种机制。其二，我通过实验从上述古生菌中获得了转化子，无论它是空载的还是含有外源基因的，都是我们所期待获得东西。通过这一转化子较方便的获得重组水生真菌。 特别是这一群落应用于某生物工程（即进化工程和发酵工程的综合工程）中时，这一群落又表现出生态型效应，在工程中这一群落中的内生菌在宿主细胞内充分利用超分子体系。建立起一些新的超分子体系。例如，运用这一群落，在缺氧环境下，对新鲜芳香植物组织细胞，进行进化工程和发酵工程的综合工程，产生了天然的水溶性的香精。该工程使来自芳香植物组织中的许多原来不溶于水或难溶于水的芳香组分转化为水溶性。这在有机化学结构理论上是解释不通的，这间接反映了其中的超分子体系。 在生物组织细胞内原有的功能单位基础上，还有一个功能组织形式，即超分子体系。这个生物超分子体系与细胞内各种物质的协同作用，高效而且可控地完成细胞内的生命活动和进化。例如，生物超分子体系有：（1）DNA复制的超分子体系；（2）转录起始阶段的超分子体系；（3）核糖体超分子体系；（4）蛋白质分解超分子体系；（5）端粒酶超分子体系等。 因此，那一植物内生微生物群落是具有巨大的生物科研价值和意义的。这一群落还可在农作物育种上发挥巨大的作用，群落的生态型效应和群落在不同宿主植物内可建立不同的超分子体系，它们能促使植物向某种良好性状变异，培育出高产、优质的粮食品种。 [search]植物的内生菌、群落[/search] |
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