根瘤和菌根 优秀公开课教案

种子植物的根和土壤内的微生物有着密切的关系。微生物不但存在于土壤内，影响着生存的植物，而且有些微生物甚至进入植物根内，与植物共同生活。这些微生物从根的组织内取得可供它们生活的营养物质，而植物也由于微生物的作用，而获得它所需要的物质。这种植物和微生物双方间互利的关系，称为共生（symbiosis）。共生关系是两个生物间相互有利的共居关系，彼此间有直接的营养物质交流，一种生物对另一种生物的生长有促进作用。在种子植物和微生物间的共生关系现象，一般有两种类型，即根瘤（rootnodule）和菌根（mycorrhiza）。（一）根瘤的形成及意义豆科植物的根上，常常生有各种形状的瘤状突起，称为根瘤（图3-23）。根瘤的产生是由于土壤内的一种细菌，即根瘤菌，由根毛侵入根的皮层内，一方面根瘤菌在皮层细胞内迅速分裂繁殖；另一方面，受根瘤菌侵入的皮层细胞，因根瘤菌分泌物的刺激也迅速分裂，产生大量新细胞，使皮层部分的体积膨大和凸出，形成根瘤。根瘤菌最大的特点，就是具有固氮作用，它能把大气中的游离氮（N2）转变为氨（NH3）。这些氨除满足根瘤菌本身的需要外，还可为宿主（豆科等植物）提供生长发育可以利用的含氮化合物。根瘤菌有固氮的能力，是由于它的体内存在着生物固氮所必需的基本条件，其中最主要的是固氮酶。固氮酶一般由两种蛋白质组成，一种蛋白质含铁，称为铁蛋白；另一种蛋白质除含有铁外，还含有钼，称为钼-铁蛋白。根瘤细胞中还有一种特征性的物质，称为豆血红蛋白（leghemoglobin），它使根瘤呈现红色。由于钼是形成固氮酶所不可缺少的元素，所以豆科植物对钼的需要量比其他植物高10O多倍，因此，必须满足豆科植物对钼肥的需要。农业上应用1—2%的钼酸铵给豆科植物喷雾拌种，可增产10%左右。一般植物的生活中，需要大量的氮，这是因为氮是组成蛋白质的重要元素，缺乏氮，植物就生活不好，而土壤中通常总是缺氮的。尽管大气中含氮量高达79%，但它是游离氮，植物不能直接利用。所以根瘤菌的存在，就使植物得到充分的氮素供应。同时，根瘤菌能从植物根内摄取它生活上所需要的大量水分和养料。根瘤菌不仅使和它共生的豆科植物得到氮素而获高产，同时由于根瘤的脱落，具有根瘤的根系或残株遗留在土壤内，也能提高土壤的肥力，所以利用豆科植物，如紫云英、田菁、苕子、苜蓿、三叶草等，作为绿肥，或将豆科植物与农作物间作轮栽，可以增加土壤肥力和提高作物产量。早在公元前1世纪的《氾胜之书》中就谈到瓜与豆的间作，公元6世纪的《齐民要术》就提出豆科作物与禾本科作物套作轮栽的优点。可见利用豆科的根瘤菌，在我国已有悠久的历史，它不论在理论上或实践上，都已证明是农业上增产的有效措施。除豆科植物外，桤木、杨梅、罗汉松和铁树（苏铁）等植物的根上，也具有根瘤。近年来，我国农业生产上开始对根瘤菌菌肥进行研究和推广。大豆、落花生的生产上施用根瘤菌菌肥，不仅能提高蛋白质含量，而且增产效果显著。（二）菌根的形成、类型及意义除根瘤菌外，种子植物的根也和真菌有共生的关系。这些和真菌共生的根，称为菌根。菌根主要有两种类型，即外生菌根（ectotrophicmycorrhiza）和内生菌根（endotrophicmycorr－hiza）外生菌根是真菌的菌丝包被在植物幼根的外面，有时也侵入根的皮层细胞间隙中，但不侵入细胞内。在这样的情况下，根的根毛不发达，甚至完全消失，菌丝就代替了根毛，增加了根系的吸收面积。松、云杉、榛、山毛榉、鹅耳枥等树的根上，都有外生菌根。内生菌根是真菌的菌丝通过细胞壁侵入到细胞内，在显微镜下，可以看到表皮细胞和皮层细胞内，散布着菌丝，例如，胡桃、桑、葡萄、李、杜鹃及兰科植物等的根内，都有内生菌根。此外，除这两种外，还有一种内外生菌根（ectendotrophicmycorrhiza），即在根表面、细胞间隙和细胞内都有菌丝，如草莓的根。菌根和种子植物的共生关系是：真菌将所吸收的水分、无机盐类和转化的有机物质，供给种子植物，而种子植物把它所制造和储藏的有机养料，包括氨基酸供给真菌。此外，菌根还可以促进根细胞内储藏物质的分解，增进植物根部的输导和吸收作用，产生植物激素，尤其是维生素B1，促进根系的生长。很多具菌根的植物，在没有相应的真菌存在时，就不能正常地生长或种子不能萌发，如松树在没有与它共生的真菌的土壤里，就吸收养分很少，以致生长缓慢，甚至死亡。同