Symbiozy mutualistyczne roślin i mikroorganizmów

SZKOŁA GŁÓWNA GOSPODARSTWA WIEJSKIEGO
Międzywydziałowe Studium Ochrony Środowiska
SGGW
tlx 816 238 sggw pl
fax 847-24-53
02-776 Warszawa, ul. Nowoursynowska 159, tel/fax: +48 22 847 12 33, 843 90 41 w. 11245
e-mail: [email protected]; http://www.sggw.waw.pl/
Karta ramowego programu przedmiotu fakultatywnego
1.
Nazwa
przedmiotu:
Symbiozy
mutualistyczne
roślin
i
mikroorganizmów
.......................................................................................................................
Kierunek: Ochrona środowiska
Rodzaj studiów: dzienne studia magisterskie
Ilość godz. ...15...
ECTS ...2...
Semestr …………..
2.
Nr przedmiotu ......................
Data opracowania programu:
lipiec 2008
Cel zajęć:
Organizmy eukariotyczne powstały w wyniku powtarzającego się kilkakrotnie procesu
endosymbiozy. Także już po ukształtowaniu się, ewoluujące eukariota wchodziły w
różnorodne ścisłe oddziaływania z innymi organizmami. W świecie ożywionym znanym nam
współcześnie symbiozy są, z jednej strony - stanem powszechnym, z drugiej – stanem,
którego świadomość nawet wśród biologów jest niewspółmiernie mała w stosunku do
rozpowszechnienia zjawiska. Symbiozy mutualistyczne roślin i mikroorganizmów, które są
przedmiotem proponowanego fakultetu, w wielu przypadkach są niezbędne dla prawidłowego
funkcjonowania rośliny gospodarza w naturalnym środowisku, a niekiedy wręcz do jego
przetrwania.
Celem fakultetu jest umożliwienie studentom zdobycia wiedzy na temat:
 definicji pojęcia symbioza i zakresu symbioz mutualistycznych z udziałem roślin i
mikroorganizmów
 charakterystycznych cech mutualistycznych symbioz roślin i mikroorganizmów
(bakterii z grupy Plant Growth Promoting Rhizobacteria, cyjanobakterii, Frankia sp.,
ryzobiów i grzybów), w tym zwłaszcza na temat wyspecjalizowanych struktur
komórkowych i organów symbiotycznych
 biologii molekularnej najlepiej poznanych symbioz (korzenie brodawkowe,
aktynoryza i mikoryza)
 znaczenia symbioz z udziałem roślin i mikroorganizmów
1
3.
Tematy wykładów:
1.
Symbiozy – definicje i zakres zjawiska. Hipoteza SET - roślina jako organizm
symbiotyczny. Symbiozy – mutualizmy - będące przedmiotem fakultetu. Symbioza a
pasożytnictwo. „Altruizm” w symbiozach roślin i mikroorganizmów. Środowiska
symbioz: ryzosfera, fyllosfera, spermosfera, fikosfera. Endofity jako potencjalne
symbionty mutualistyczne. (1 h)
Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR). Co oznacza termin “Plant Growth
Promoting Rhizobacteria”. Mechanizmy bezpośredniego i pośredniego działania
PGPR na rośliny. PGPR jako bionawozy i biopestycydy. (1 h)
Diazotroficzne symbiozy cyjanobakterii. Symbiozy mszaków i Nostoc. Symbiozy
roślin paprociowych i cyjanobakterii. Symbiozy sagowców i cyjanobakterii
(Anabaena, Nostoc). Symbioza Gunnera/Nostoc. (1 h)
Aktynoryza. Charakterystyka Frankia jako mikrosymbionta. Zakres gospodarza.
Proces infekcji. Rozwój brodawek aktynoryzowych. Brodawka aktynoryzowa jako
zmodyfikowany korzeń. Zakres zmienności anatomii i ultrastruktury brodawek
aktynoryzowych. Molekularne cechy aktynoryzy. Wydajność wiązania azotu w
aktynoryzie. (2 h)
Symbioza roślin motylkowatych i ryzobiów. Charakterystyka mikrosymbionta –
systematyka i wytwarzane przez ryzobia związki chemiczne niezbędne do symbiozy.
Charakterystyka rośliny gospodarza – systematyka i wytwarzane przez Fabaceae
związki chemiczne niezbędne do symbiozy. Zakres gospodarza i molekularna
regulacja specyficzności. Faza symbiozy poprzedzająca infekcję gospodarza. Typy
infekcji. Rola nici infekcyjnych. Przekształcenie bakterii w bakteroidy. Symbiosom
jako „organellum” wyspecjalizowane w redukcji azotu cząsteczkowego. Rola
bakteryjnych egzopolisacharydów i lipopolisacharydów w nawiązaniu i utrzymaniu
symbiozy. Rozwój brodawki korzeniowej typu niezdeterminowanego i
zdeterminowanego. Brodawki pędowe. Endoreduplikacja w różnicowaniu tkanek
brodawki i bakteroidów. Starzenie się tkanki bakteroidalnej i brodawki, rola strefy
saprofitowej brodawki. Noduliny wczesne i późne. Optymalne warunki tlenowe dla
wiązania azotu i typy barier dla dyfuzji tlenu w brodawkach. Bilans energetyczny
wiązania azotu i powiązanie z bieżącą fotosyntezą. Czynniki powodujące
nieefektywność brodawek. (3 h)
Symbioza ryzobiów i Parasponia. Charakterystyka gospodarza roślinnego i
mikrosymbionta. Proces infekcji. Rozwój brodawek korzeniowych Parasponia.
Porównanie budowy brodawek Parasponia, brodawek korzeniowych Fabaceae i
brodawek aktynoryzowych. Fizjologiczne aspekty tej symbiozy (zaopatrzenie
mikrosymbionta w energię, bariera dyfuzyjna, formy transportu związanego azotu). (1
h)
Mikoryza. Definicja i typy. Ektomikoryza. Zakres ekologiczny. Struktura i rozwój
ektomikoryzy. Metabolizm. Ekt-endomikoryza. Mikoryza arbuskularna (typ Paris i
Arum) i jej zakres ekologiczny. Infekcja i rozwój struktur mikoryzy VA. Metabolizm.
Mikoryza erikoidalna, arbutoidalna, monotropoidalna, orchidalna. Ekologiczne i
praktyczne aspekty mikoryz. (2 h)
Molekularne podobieństwa i różnice pomiędzy aktynoryzą, symbiozą
motylkowate/ryzobia i mikoryzą. Rola apoplastu rośliny w oddziaływaniach
symbiotycznych. Rola regulatorów wzrostu rośliny i mikrosymbionta w morfogenezie
organów symbiotycznych. (1 h)
Rola symbioz roślin i mikroorganizmów w ekosystemach i fitocenozach naturalnych,
w siedliskach zaburzonych ingerencją człowieka i w agrocenozach. (1 h)
Symbioza a koewolucja. (1 h)
Zaliczenie (1 h)
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
2
12.
Warunki zaliczenia przedmiotu:
zaliczenie ustne
13.
Efekty kształcenia – nabyte umiejętności i kompetencje:
Zakłada się, że student, który zaliczył fakultet będzie posiadał teoretyczną wiedzę dotyczącą
problemów wskazanych w pkt 2.
14.
Autorzy programu ramowego:
Dr inż. Barbara Łotocka
15.
Wydział/Katedra:
Wydział Rolnictwa i Biologii, Katedra Botaniki
16.
Literatura:
oryginalne i przeglądowe artykuły naukowe i strony internetowe wskazane przez wykładowcę
Informacja o przedmiocie w języku angielskim:
1.
Subject name: Mutualistic symbioses of plants and microorganisms
2.





3.
Lecture topics:
definitions of symbiosis and the range of mutualistic symbioses of plants and
microorganisms,
unique traits of mutualistic symbioses of plants and microorganisms (specifically Plant
Growth Promoting Rhizobacteria, cyanobacteria, Frankia sp., rhizobia and fungi),
specialized cell structures and symbiotic organs
molecular biology of the best-studied symbioses (root nodules, actinorhiza and
mycorhiza)
ecological and practical importance of mutualistic symbioses of plants and
microorganisms.
Pass conditions: oral
3