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淺談微生物與植物的共生關(guān)系 達(dá)爾文指出：“生物之間的相互關(guān)系是一切關(guān)系中最重要?！鄙镏g的共生是一種極為普遍的生命活動和生態(tài)現(xiàn)象，也是生物之間最基本、最重要的相互關(guān)系。 微生物與植物之間的共生關(guān)系，有幾個方面： 其一，植物根系與土壤中微生物形成互惠共生體稱做菌根，它有ECM、EM、EEM、AM等，從進(jìn)化角度看，生命起源于水，水生植物向陸生進(jìn)化過程中，沒有根系的植物對“巖石”土壤是不適應(yīng)的。但是，有了真菌與其共生后，菌絲就充當(dāng)了根系，使植物逐漸適應(yīng)了新的環(huán)境。隨著植物的不斷演化和進(jìn)化，從原核到真核、從單細(xì)胞到多細(xì)胞，從異養(yǎng)到自養(yǎng)、從低級到高級等，尤其是植物分化出根系并且與真菌建立共生體后，大大加速了植物在整個巖石圈生態(tài)系統(tǒng)的分布。AM真菌有助于水生低等植物向陸生高等植物進(jìn)化；在一些不利的生態(tài)環(huán)境中，非菌根植物幾乎不存在。這表明，植物與AM真菌的共生關(guān)系增強(qiáng)了植物對環(huán)境的適應(yīng)能力；在長期世代演替的自然生態(tài)系統(tǒng)中，AM真菌可能是其發(fā)生變化的一個重要調(diào)節(jié)因子。另外環(huán)境因子也影響菌根的動態(tài)變化。 其二，除植物根系以外的其它植物內(nèi)生菌大部分都是植物物種進(jìn)化的結(jié)果。即是在特定時期和特定環(huán)境下，內(nèi)生微生物與宿主植物相互作用，為使植物適應(yīng)那特定環(huán)境，而生長、繁殖。這些內(nèi)生微生物定植于植物組織細(xì)胞內(nèi)，內(nèi)生微生物與宿主植物形成互惠共生關(guān)系，宿主植物向內(nèi)生微生物提供了其生長所需的養(yǎng)分，反過來，內(nèi)生微生物參與了整個植物生理活動，有的向宿主植物提供生長激素，促進(jìn)植物生長、繁殖；有的向宿主植物提供次生代謝物，提高宿主植物的抗病蟲害能力和抗逆性，或修復(fù)宿主植物的生物功能。總之，提高了宿主植物的對環(huán)境的適應(yīng)性。另外，在遺傳上，內(nèi)生菌與宿主植物有一定的基因交換，在生態(tài)動態(tài)下，植物群落的各個種群逐漸發(fā)生變異，有些個體發(fā)生突變。 其三，在植物的進(jìn)化過程中，生態(tài)環(huán)境極不穩(wěn)定，有時會突發(fā)的惡劣的環(huán)境變化，使整個地球都天昏地暗，大部分地區(qū)缺氧，長時期（6~12個月）的持續(xù)低溫，使許多生物物種都滅絕了。在地球的某地，有一些不同域的水生微生物（它們有：水生真菌、古生菌和植物性原生動物等）為了求生存，也在尋找宿主植物，經(jīng)過不斷實踐，找到了合適的宿主植物，并侵染到宿主植物中，當(dāng)時宿主植物也缺氧，幾乎所有需氧的代謝都停止了，怎么辦？是等待滅絕？不！不！這些不同域的物種組成了一個群落，發(fā)揮群落的生態(tài)型效應(yīng)，改變代謝方式，在缺氧環(huán)境下，利用宿主植物原來的次生代謝物作為能源和碳源等；且利用群落中各個種群的不同代謝性和不同營養(yǎng)性，互惠互利，充分利用有限的資源；而且在群落的生態(tài)下，建立新的生物超分子體系，因此，維持了內(nèi)生微生物和宿主植物的細(xì)胞的生命活動，使宿主植物存活，并進(jìn)化至今，更重要的是使那一植物內(nèi)生微生物群落存活至今。今天我發(fā)現(xiàn)了這一植物內(nèi)生微生物群落， 即我從一種單子葉植物的細(xì)胞組織中分離出一種水生真菌、一種古生菌以及一種植物性原生動物，它們都與宿主植物形成共生關(guān)系。它們是生物界中不同域的物種。它們之間以及與宿主植物之間的微生態(tài)關(guān)系和微生物生態(tài)關(guān)系，使它們在微生物生態(tài)系統(tǒng)中具有群落意義。在這個群落中，每種種群個體對微生態(tài)環(huán)境各有一定的需求和反應(yīng)，使它們在群落中各處于不同的地位和起著不同的作用。一方面宿主植物影響這一群落。群落的基本特征是它的動態(tài)，當(dāng)這一群落侵染不同的宿主植物時，也就是從一個生境到另一個生境的移住。群落會協(xié)調(diào)各種種群的結(jié)構(gòu)適應(yīng)、生理適應(yīng)、繁殖適應(yīng)、傳播適應(yīng)和行為適應(yīng)等。其中在生理適應(yīng)中，表現(xiàn)出代謝的多樣性和營養(yǎng)的多樣性。而在結(jié)構(gòu)適應(yīng)上，有：水生真菌表現(xiàn)出二形結(jié)構(gòu)適應(yīng)，當(dāng)水生真菌侵染宿主植物細(xì)胞內(nèi)，就轉(zhuǎn)變?yōu)橄窠湍妇膯渭?xì)胞那樣等。另一方面這一群落也影響宿主植物，宿主植物也受群落的作用，群落的生態(tài)型效應(yīng)是通過群落的代謝多樣性和營養(yǎng)的多樣性，以及生物超分子體系影響宿主植物的生長和發(fā)育，并且提高了宿主植物對環(huán)境變化的適應(yīng)性，其中包括有基因的轉(zhuǎn)導(dǎo)、外源基因（包括起始的單子葉宿主植物的基因)的轉(zhuǎn)化、表達(dá)。在微生物生態(tài)系統(tǒng)下，促使宿主植物的性狀發(fā)生變異。 另外，其一， 在特定環(huán)境下（如缺氧環(huán)境下），用這一群落對其他植物組織進(jìn)行侵染，同樣也表現(xiàn)出群落的生態(tài)型效應(yīng)。即這一群落在與單子葉宿主植物的長期協(xié)同進(jìn)化過程中，建立了與植物細(xì)胞間的相互識別分子信息，為侵染建立了某種機(jī)制。其二，我通過實驗從上述古生菌中獲得了轉(zhuǎn)化子，無論它是空載的還是含有外源基因的，都是我們所期待獲得東西。通過這一轉(zhuǎn)化子較方便的獲得重組水生真菌。 特別是這一群落應(yīng)用于某生物工程（即進(jìn)化工程和發(fā)酵工程的綜合工程）中時，這一群落又表現(xiàn)出生態(tài)型效應(yīng)，在工程中這一群落中的內(nèi)生菌在宿主細(xì)胞內(nèi)充分利用超分子體系。建立起一些新的超分子體系。例如，運(yùn)用這一群落，在缺氧環(huán)境下，對新鮮芳香植物組織細(xì)胞，進(jìn)行進(jìn)化工程和發(fā)酵工程的綜合工程，產(chǎn)生了天然的水溶性的香精。該工程使來自芳香植物組織中的許多原來不溶于水或難溶于水的芳香組分轉(zhuǎn)化為水溶性。這在有機(jī)化學(xué)結(jié)構(gòu)理論上是解釋不通的，這間接反映了其中的超分子體系。 在生物組織細(xì)胞內(nèi)原有的功能單位基礎(chǔ)上，還有一個功能組織形式，即超分子體系。這個生物超分子體系與細(xì)胞內(nèi)各種物質(zhì)的協(xié)同作用，高效而且可控地完成細(xì)胞內(nèi)的生命活動和進(jìn)化。例如，生物超分子體系有：（1）DNA復(fù)制的超分子體系；（2）轉(zhuǎn)錄起始階段的超分子體系；（3）核糖體超分子體系；（4）蛋白質(zhì)分解超分子體系；（5）端粒酶超分子體系等。 因此，那一植物內(nèi)生微生物群落是具有巨大的生物科研價值和意義的。這一群落還可在農(nóng)作物育種上發(fā)揮巨大的作用，群落的生態(tài)型效應(yīng)和群落在不同宿主植物內(nèi)可建立不同的超分子體系，它們能促使植物向某種良好性狀變異，培育出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的糧食品種。 植物的內(nèi)生菌、群落 |
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