Взаимодействие микроорганизмов с высшими растениями

Паразит, проникший в растительный организм, вызывает у него ответную реакцию. Больное растение отличается от здорового целым рядом свойств. В работе А.Л. Курсанова было показано значительное усиление дыхания и транспирации под влиянием головневого гриба, поражающего злаки. Несколько повышался фотосинтез, но это повышение было неустойчиво и не компенсировало траты вещества за счет усиленного дыхания. Таким образом, внедрение паразита в ткани высшего растения вызывает физиологические изменения. Увеличивается проницаемость цитоплазмы и нарушается водный обмен, приводящий к повышению транспирации, возрастает активность гидролитических ферментов, что влечёт за собой распад ряда сложных соединений клетки (белков, крахмала) и их превращение в доступные паразиту более простые формы, разрушающие хлорофилл и частично пластиды, нарушающие весь обмен веществ (дыхание, фотосинтез, ферментативная деятельность).

Л.И. Курсанов (1933) наблюдал отрицательное влияние гриба Chrysomyxa piola на грушанку Piola rotundifolia в первый год заражения. На второй год, когда у гриба наступало спороношение, и он нуждался в значительном количестве питательных веществ, наблюдалось резкое нарушение функций пораженного грибом растения (10, 220).

В литературе отмечают деструктивных паразитов и сбалансированных. Первые вызывают полную гибель растения, а вторые могут жить годами в симбиозе с растением-хозяином. Факультативные паразиты, грибы из рода Botrytis, представляют собой деструктивных паразитов, а вышеприведённый пример с грибом Chrysomyxa – сбалансированных. Однако сбалансированный паразитизм у Chrysomyxa на второй год жизни переходит в деструктивный.

Помимо чисто анатомо-морфологических и физиологических изменений, растения обладают химическими средствами защиты, связанными с накоплением в клетках тканей различных химических веществ – гликозидов, алкалоидов, фенольных соединений, губительно действующих на фитопатогенных микроорганизмов. Такими веществами являются фитонциды и фитоалексины (10, 220).

В иммунитете большую роль играют фитонциды (от греч. «фитон» – растение и лат. «цидере» – убивать), открытые Б.П. Токиным в 1928г. Учёный установил их наличие у многих высших растений. Фитонциды могут выделяться растением в газообразном, а также в растворенном в воде виде. Особенно богаты фитонцидами чеснок, лук, тысячелистник, подорожник, берёза и некоторые другие растения.

Химическая природа фитонцидов неодинакова. У одних растений это органические кислоты, у других – эфирные масла, алкалоиды или аминокислоты. Они останавливают рост микроорганизмов, повреждают и убивают их (11, 144). Фитонциды черёмухи и лука быстро убивают картофельный гриб (Phitophtora infestans) (10, 221).

Многие фитонциды действуют обычно только в течение небольшого промежутка времени после их выделения из растений. По-видимому, открытые цепи соединений, обладающих фитонцидным действием, замыкаются в кольца и теряют свою активность.

Фитоалексины (от слов «фитон» - растение и «алексо» – отражение атаки) были открыты в 1940г. Они относятся к своеобразным антибиотикам и образуются только высшими растениями в ответ на заражение их фитопатогенными микроорганизмами.

Фитоалексины отличаются от фитонцидов и других антибиотиков тем, что являются производными двух систем – растения-хозяина и паразита. Метаболиты паразита являются индукторами, вызывающими отклонения в обмене веществ у растения-хозяина. Последнее образует специфические для данного вида фитоалексины. Образование фитоалексинов идёт в живых клетках растения, но максимальные их количества находятся в некротической ткани. В этом проявляется реакция сверхчувствительности растения, при которой за счёт гибели части клеток организм как единое целое сохраняется. В некоторых случаях растение образует два фитоалексина, что затрудняет проникновение в него паразита. Так, например, у картофеля на инфекцию картофельного гриба (Phytoptora infestans) образуются токсичные фитоалексины решитин и любимин.

Все фитоалексины представляют собой низкомолекулярные соединения, а вещества, выделяемые паразитом, являются соединениями белковой природы. Многие стороны учения о фитоалексинах разработаны Л.В. Метлицким и О.Л. Озерецковской (1973 г.) (10, 223).

Таким образом, большинство фитопатогенных микроорганизмов активно синтезируют гидролитические ферменты (пектиназы, целлюлазы, протеазы и др.), вызывающие разрушение растительных тканей и клеточных оболочек, что проводит к проникновению возбудителя болезни внутрь клетки. Проникнув в клетку, фитопатогенные микробы нарушают нормальный ход физиологических процессов, прежде всего фотосинтеза и дыхания. Токсины, выделяемые возбудителем болезни, инактивируют ферменты растительной клетки, что в конечном счете приводит её к гибели. Растения защищаются различными способами от фитопатогенных микроорганизмов.

Выводы по главе I

Обобщив выше сказанное, сделаем следующие выводы:

1) Взаимодействие микроорганизмов с высшими растениями – это взаимная связь организмов величиной от 50 до 500 мкм с автотрофными формами, имеющими расчленение на листья, стебли и корни.

2) Между высшими растениями и микроорганизмами существуют различные симбиотические взаимоотношения, приносящие пользу взаимодействующим организмам. К симбионтам высших растений относятся ризосферные и эпифитные микроорганизмы, клубеньковые бактерии, грибы-микоризообразователи.

3) Практически во всех группах микроорганизмов имеются возбудители заболеваний растений. Различают 4 фазы поражения растения паразитом. Проникнув в клетку, фитопатогенные микробы нарушают нормальный ход физиологических процессов в растении.

4) Устойчивость растений против инфекционных заболеваний называется иммунитетом. Существуют анатомо-морфологические и физиологические особенности растений, способствующие их невосприимчивости к инфекциям. Особое место занимают фитонциды и фитоалексины.

Глава II. Место и роль знаний о взаимодействии микроорганизмов с высшими растениями в школьном курсе биологии

2.1 Изучение взаимодействия микроорганизмов с высшими растениями на уроках биологии

Социальный заказ школе, учитывающей достижения биологической науки и изменения в окружающем мире, предъявляет требования к школьному биологическому образованию, к повышению биологической грамотности подрастающего поколения. В обучении мы должны исходить из того, что биологическая грамотность становится социально необходимой, поскольку основной объект биологии – жизнь, а сейчас остро стоят вопросы, как выжить, как обращаться с природой, чтобы не нанести ей вреда, проявить заботу не только о себе, но и об окружающей среде (41, 53).

Биологическое образование должно обеспечить выпускникам высокую биологическую и экологическую грамотность. Решить эту задачу можно лишь на основе преемственного развития понятий, законов, теорий, идей, являющихся фундаментом для практической деятельности учащихся, формирования их научного мировоззрения (32, 57).

При анализе «Обязательного минимума содержания основного общего образования по биологии» мы выяснили, что часть материала нашей работы является обязательной для изучения. Сюда входит: бактерии и грибы – возбудители заболеваний растений, биологические основы выращивания культурных растений (27, 29).

Следует учитывать, что в минимум включены не все вопросы содержания. Это означает, что минимум ориентирует учителя на более широкое и глубокое раскрытие содержания каждой темы.

В системе обучения биологии ведущая роль принадлежит уроку, который был и остается основной формой учебно-воспитательной работы в школе. На уроках биологии учитель дает теоретические знания, формирует у учащихся важнейшие биологические понятия. Наиболее часто встречающимся элементом урока является изучение нового материала. Учитель вооружает учащихся системой биологических знаний, переводит их в умения и навыки через организацию определенных программой лабораторных и практических работ, формирует общеучебные умения (30, 8).

При разработке поурочного планирования учитель решает, какой дополнительный материал можно использовать, чтобы заинтересовать учащихся. При этом учитывается важность и полезность информации. В дальнейшем этот материал должен быть востребован учителем.

Мы проанализировали программы и учебники по биологии с 6 по 11 классы разных авторов: В. В. Пасечника, И. Н. Пономарёвой, Т. И. Серебряковой, Д. К. Беляева. В результате выделили темы, при изучении которых на уроках можно использовать знания о взаимодействии микроорганизмов с высшими растениями как дополнительный материал (см. Табл. 1).

Таблица 1.

Применение дополнительного материала на уроках биологии.

Изучение клубеньковых бактерий, грибов-микоризообразователей, ризосферных и эпифитных микроорганизмов показывает учащимся разнобразные симбиотические взаимодействия этих организмов с высшими растениями.

Знакомство учащихся с болезнетворными бактериями и грибами позволяет сосредоточить внимание на причинной обусловленности явлений, рассматривать заболевания как результат жизнедеятельности их возбудителей, убедиться в познаваемости причин заболеваний. Учитель раскрывает вопрос о борьбе с болезнями сельскохозяйственных растений: предпосевной обработке семян, об уничтожении болезнетворных микроорганизмов в посевах. Особое внимание уделяется иммунитету растения и средствам защиты организма от фитопатогенных микробов (20, 70).

Материал можно включить в курсы зоологии и анатомии, рассказав о последствиях употребления в пищу растений и их плодов, пораженных фитопатогенными микроорганизмами, животными и человеком. Учитель при этом отмечает, что важно соблюдение гигиены и употреблять в пищу доброкачественные фрукты и овощи.

При изучении растительных сообществ учитель раскрывает вопрос о роли микроорганизмов, рассказывает о разнообразных симбиотических и паразитических взаимоотношениях микробов с высшими растениями.

Таким образом, отдельного урока по теме «Взаимодействие микроорганизмов с высшими растениями» в школьном курсе биологии нет. Данная тема используется, в основном, в 6 классе при изучении различных разделов. Также этот материал может быть полезен, интересен и познавателен при изучении биологии в других классах.

Материал о фитопатогенных микроорганизмах можно использовать для проведения лабораторной работы. Примером, может служить лабораторная работа на тему: «Изучение характерных признаков болезней полевых, овощных и плодово-ягодных культур на образцах пораженных растений».

Цель: закрепить знания учащихся об основных типах болезней растений, вызываемых патогенными бактериями и грибами; познакомить с характерными признаками, распространённых заболеваний сельскохозяйственных культур.

Материалы и оборудование: живые или гербарные образцы культурных растений, поражённых болезнями; свежие или консервированные плоды, ягоды, клубни, поражённые заболеваниями; муляжи органов растений с внешними признаками заболеваний; лупы, пинцеты, цветные карандаши, атласы болезней растений.

Методические указания: при выполнении лабораторной работы учащиеся должны познакомиться с внешними признаками заболеваний главнейших полевых, овощных и плодово-ягодных культур данной почвенно-климатической зоны.

По заданию учителя каждый ученик изучает 2-3 наиболее вредоносных заболеваний сельскохозяйственных растений в районе расположения школы.

К занятию необходимо подготовить и выдать на каждый рабочий стол образцы сельскохозяйственных культур с характерными признаками грибных и бактериальных заболеваний. Желательно использовать свежие растения, многие из которых в несезонный зимне-весенний период рекомендуется заготовить в сооружениях защищённого грунта. Например, из парников может быть получена рассада поражённых растений (огурца, томата, капусты), из зимних и весенних теплиц – листья, побеги, плоды этих и других культур с внешними признаками заболевания (фитофтороза, мучнистой росы, бактериоза и так далее).

На свежем материале из хранилищ – корнеплодах, клубнях, луковицах – целесообразно познакомить учащихся с различными гнилями овощей и картофеля (черная сухая гниль, фомоз и мокрая гниль моркови, фомоз свеклы, шейковая гниль лука и другие).

Симптомы целого ряда болезней культурных растений могут быть успешно изучены на гербарных экземплярах и консервированном материале. Так для рассмотрения характерных признаков стеблевой головни ржи, полосатой пятнистости ячменя, ржавчины льна к занятию необходимо заготовить гербарные образцы пораженных растений; формы проявления парши яблони груши, мучнистой росы и ржавчины крыжовника, гнилей земляники необходимо изучать не только по гербарию, но и на консервированных плодах и ягодах этих культур.

При проведении лабораторной работы рекомендуется использование учащимися атласов болезней сельскохозяйственных культур.

Порядок выполнения работы:

1) Рассмотреть, пользуясь лупой, образцы растений и найти признаки поражения их органов.

2) Сравнить признаки проявления болезней растений с рисунками и описанием в атласе и определить название каждого заболевания.

3) Выяснить с помощью атласа, к какой группе относятся изученные вами болезни растений – к грибковым или бактериальным.

4) Сделать цветные зарисовки поражённых органов сельскохозяйственных растений, указав название каждого заболевания и группу, к которой оно принадлежит в зависимости от возбудителя.

5) Сделать вывод (19, 14).

В ходе выполнения заданий учащиеся знакомятся с основными грибковыми и бактериальными болезнями растений, с характерными признаками заболеваний сельскохозяйственных культур. Полученные знания пригодятся при выполнении внеурочных заданий для работы на дачном участке, в теплице, на огороде, при уходе за комнатными растениями.

Необходимо обратить особое внимание на то, чтобы приобретаемые учащимися на уроках отдельные знания умения и навыки к концу биологических курсов и главным образом при проведении внеурочных работ по постановке опытов на учебно-опытном участке были объединены.

2.2 Практическое применение знаний о взаимодействии микроорганизмов с высшими растениями во внеурочной работе

Учащихся необходимо учить пользоваться научными знаниями при выполнении внеурочной работы. Учитель должен давать им задания с использованием биологических знаний при постановке опытов на учебно-опытном участке, при сборе растений для коллекций и гербариев. В этих условиях у школьников будет воспитываться не только понимание связи теории с практикой, но и умение начинать с самого простого – с формирования умения наблюдать природу, использовать свой практический опыт на уроке, во время работы на учебно-опытном участке. Если учащиеся сознательно освоили теоретический материал, то они сумеют пользоваться им в различных ситуациях, применять при решении разнообразных учебных и жизненных задач (30, 48).

Внеурочная работа по биологии обязательна для всех учащихся и выполняется по заданию учителя. Её содержание тесно связано с уроками. Результаты внеурочной работы оценивает учитель.

Внеурочная работа – это организация учащихся для выполнения после уроков обязательных, связанных с изучением курса практических работ по индивидуальным и групповым заданиям учителя (6, 281).

В процессе изучения биологии преподаватель учит школьников самостоятельно работать, ставить опыты с растениями, вести наблюдения за их ростом и развитием.

Организация внеурочных работ учащихся диктуется в первую очередь необходимостью длительных наблюдений за объектами природы, которые не укладываются в расписание учебных занятий. Такие работы носят предварительный характер. Это значит, что учитель своевременно организует учащихся, чтобы получить результаты к конкретному уроку, основываясь на продолжительности выполнения задания (35, 223). Например, учитель просит учащихся принести овощи или фрукты, пораженные фитопатогенными микроорганизмами (яблоко, клубень картофеля, томат и другие). Внеурочная работа предварительного характера обогащает уроки и развивает интерес у учащихся.

Страницы: 1, 2, 3, 4