Interakcije med mikrobi in rastlinami
Interakcije med mikrobi in rastlinami
Interakcije med mikrobi in rastlinami
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Osnovni ekološki pr<strong>in</strong>cipi<br />
•SOODVISNOST<br />
• RECIKLIRANJE<br />
• KOMPLEKSNOST<br />
• PERZISTENCA<br />
<strong>in</strong>terakcije <strong>med</strong> <strong>mikrobi</strong><br />
<strong>in</strong>terakcije mikrob višji organizmi<br />
biofilmi<br />
mikrobna zanka<br />
1
<strong>Interakcije</strong> <strong>med</strong> mikroorganizmi <strong>in</strong> rastl<strong>in</strong>ami<br />
Pomembnejši sklopi <strong>in</strong>terakcij so:<br />
• <strong>in</strong>terakcije s koren<strong>in</strong>ami rastl<strong>in</strong> (rizosfera, mikorize)<br />
• simbiontska fiksacija dušika<br />
• <strong>in</strong>terakcije s površ<strong>in</strong>skimi deli rastl<strong>in</strong>e (lišaji, glive)<br />
• mikrobno povzročene rastl<strong>in</strong>ske bolezni (bakterijske, glivne <strong>in</strong> virusne)<br />
2
Kompetenca za kolonizacijo na rastl<strong>in</strong>i<br />
• Rizosferna kompetenca: tisti organizmi, ki lahko kolonizirajo<br />
površ<strong>in</strong>o koren<strong>in</strong>, če jih apliciramo na semena ali <strong>med</strong> časom<br />
sajenja rastl<strong>in</strong>.<br />
• Filosferna kompetenca: tisti organizmi, ki so sposobni kolonizacije<br />
mikro niš na površ<strong>in</strong>skih delih rastl<strong>in</strong>e.<br />
3
Rizosfera<br />
• rizosfera je def<strong>in</strong>irana kot tanka plast zemlje,<br />
ki je v kontaktu z rastl<strong>in</strong>skimi koren<strong>in</strong>ami<br />
• rastl<strong>in</strong>ske koren<strong>in</strong>e so zaradi obilice rastl<strong>in</strong>skih eksudatov,<br />
aktivno izločenih ogljikovih hidratov, encimov, mukusa <strong>in</strong> pl<strong>in</strong>ov,<br />
zelo primerno okolje za rast mikroorganizmov<br />
4
Rizosfera<br />
Distribution of micro-organisms <strong>in</strong> the rhizosphere<br />
5
Rizosfera<br />
• okrog 10 % površ<strong>in</strong>e rastlj<strong>in</strong>skih koren<strong>in</strong><br />
je direktno pokrite z mikroorganizmi<br />
• površ<strong>in</strong>a rizosfere je zelo velika (npr. dolž<strong>in</strong>a ene rastl<strong>in</strong>e pšenice ima<br />
dolž<strong>in</strong>o koren<strong>in</strong> ~ 200 m, površ<strong>in</strong>a rizosfere je ~ 6 m 2)<br />
6
Vpliv rastl<strong>in</strong>skih koren<strong>in</strong> na mikrobno populacijo<br />
• mikrobna populacija je do 100 krat bolj gosta v rizosferi,<br />
kot zunaj nje, predvsem zato,<br />
ker rasl<strong>in</strong>a izloči od 20 do 50 % fotos<strong>in</strong>tetatov<br />
• v rizosferi zasledimo veliko aerobnih <strong>in</strong> anaerobnih fiksatorjev dušika<br />
• mikrobna populacija v rizosferi se z razvojem rastl<strong>in</strong>e sprem<strong>in</strong>ja<br />
<strong>in</strong> je v veliki meri odvisna od trenutno razpoložljivih eksudatov<br />
7
Snovi, ki jih izločajo koren<strong>in</strong>e pšenice<br />
hlapne snovi nizko molekularne visko komolekularne<br />
snovi snovi<br />
CO 2 sladkorji polisaharidi<br />
etanol am<strong>in</strong>o kisl<strong>in</strong>e encimi<br />
izobutanol vitam<strong>in</strong>i<br />
aceto<strong>in</strong> organske kisl<strong>in</strong>e<br />
izobutirična kisl<strong>in</strong>a nukleotidi<br />
etilen<br />
8
Vpliv mikrobne populacije na rastl<strong>in</strong>o<br />
• mikrobna populacija poveča recikliranje <strong>in</strong> topnost nutrientov, s<strong>in</strong>tezo<br />
vitam<strong>in</strong>ov, am<strong>in</strong>o kisl<strong>in</strong>, auks<strong>in</strong>ov <strong>in</strong> giberil<strong>in</strong>ov<br />
• z antagonizmom prepreči rast rastl<strong>in</strong>skim patogenom<br />
• mikrobna populacija lahko škodi s produkcijo toks<strong>in</strong>ov (npr. riž <strong>in</strong><br />
nekatere druge rastl<strong>in</strong>e so razvile asociacije z npr. Beggiato, ki porablja H 2 S)<br />
• zaradi <strong>in</strong>tenzivne mikrobne aktivnosti lahko pride do pomankanja hranil,<br />
saj je rastl<strong>in</strong>a običajno slab konkurent za raztopljene snovi<br />
9
Rizosfera je glavna cona, kjer prihaja do<br />
razgradnje organskega materiala v m<strong>in</strong>eralnih tleh<br />
Veliko lahko dostopnega organskega materiala.<br />
10
Mikroriza<br />
• neposreden specifičen odnos<br />
<strong>med</strong> glivo <strong>in</strong> rastl<strong>in</strong>skimi koren<strong>in</strong>ami<br />
imenujemo mikoriza<br />
• gliva pri tem parazitsko<br />
ne napade rastl<strong>in</strong>e<br />
• mikrorize so v rastl<strong>in</strong>skem svetu<br />
zelo razširjene<br />
11
Endo <strong>in</strong> ekto mikroriza<br />
13
Endomikroriza<br />
• <strong>in</strong>tracelularni arbuskuli<br />
• Zygomycota, Zygomycetes<br />
• ima jo več<strong>in</strong>a rastl<strong>in</strong> (npr. pšenica, krompir, paradižnik, jagode,<br />
jablane, v<strong>in</strong>ska trta)<br />
• nekatere rastl<strong>in</strong>e so obligatni endomikorizi (npr. orhideje)<br />
• zelo pomembna v siromašnih tleh (npr. v tropskem deževnem gozdu)<br />
14
Ektomikoriza<br />
Infekcija sekundarnih<br />
koren<strong>in</strong> s sporami, hifami<br />
ali neposrednim kontaktom<br />
<strong>med</strong> koren<strong>in</strong>ami.<br />
Naredi se do 40 mikronov<br />
debel ovoj iz hif, hife so na<br />
zunanji strani koren<strong>in</strong><br />
oziroma v Hartigovi mreži<br />
Poveča razvejanje koren<strong>in</strong><br />
<strong>in</strong> absorbcijo hranil do 40 x.<br />
15
Korist mikrorize za udeležena partnerja<br />
Gliva dobi: ogljikove hidrate, vitam<strong>in</strong>e, spore so stimulirane s<br />
koren<strong>in</strong>skimi eksudati<br />
Rastl<strong>in</strong>a dobi: fosfor, dušik <strong>in</strong> druge m<strong>in</strong>erale, povečan vnos vode,<br />
zaščita pred koren<strong>in</strong>skimi patogeni, poveča rast rasl<strong>in</strong> v prehransko<br />
siromašnih tleh<br />
16
Biološka fiksacija dušika<br />
• ekološko gledano je fiksacija dušika za fiksacijo CO 2<br />
drugi najpomembnejši biološki proces na zemlji<br />
• fiksacija dušika je izključno vezana na bakterije<br />
(npr. Azotobacter, Rhizobium, cianobakterije, akt<strong>in</strong>omicete)<br />
• bakterije lahko opravijo fiksacijo v simbiozi<br />
ali prostoživeče<br />
• za fiksacijo je potreben encimski kompleks<br />
nitrogenaza<br />
17
Biološka fiksacija dušika<br />
• zaradi visoke porabe energije je biološka fiksacija reguliran proces,<br />
npr. prisotnost amonija ali nitrata prepreči s<strong>in</strong>tezo nitrogenaze<br />
• potreben je zunanji vir energije<br />
• razen fototrofnih bakterij <strong>in</strong> cianobakterij, ki imajo lastni vir energije,<br />
potrebujejo vsi ostali fiksatorji veliko lahko dostopne organske energije,<br />
zato jih največ najdemo v rizosferi ali v simbiozi z rastl<strong>in</strong>ami<br />
18
Biološka fiksacija dušika<br />
• za fiksacijo dušika je potrebno od 16-20 mol ATP na mol N 2<br />
• <strong>in</strong>dustrijska produkcija amonija s Haber-Boschovim procesom<br />
zahteva 500 o C, 200 atm <strong>in</strong> nikelj kot katalizator<br />
• nitrogenaza dala pri okoljskih temperaturah <strong>in</strong> pritiskih<br />
19
Nitrogenaza<br />
• nitrogenazni encimski kompleks prek<strong>in</strong>e trojno vez v N 2 molekulah,<br />
kar omogoča nastanek atomarnega dušika <strong>in</strong> pozneje NH 3<br />
• v kompleksu sta dva prote<strong>in</strong>a z več podenotami<br />
- d<strong>in</strong>itrogenaza je Mo-Fe prote<strong>in</strong> (2Mo/22Fe)<br />
- d<strong>in</strong>itrogen reduktaza je Fe-S prote<strong>in</strong> (4Fe/4S)<br />
• celice, ki fiksirajo dušik,<br />
imajo do 40% celičnega prote<strong>in</strong>a iz nitrogenaze<br />
20
Nitrogenaza<br />
• temperatura (aktivna <strong>med</strong> 10 <strong>in</strong> 40 o C)<br />
• proces fiksacije je počasen, za dve molekuli NH 3 je potrebno 1.25 sek<br />
• nitrogenaza je substratno nespecifična <strong>in</strong> lahko reducira acetilen,<br />
kar uporabljamo pri testu za fiksacijo dušika(ARA)<br />
•občutljiva na kisik (že v zelo nizkih koncentracijah toksičen)<br />
21
Fiksacija dušika - zaščita nitrogenaze pred kisikom<br />
Cijanobakterije imajo modificirane celice heterociste.<br />
ATP<br />
PS I<br />
N 2<br />
nitrogenaza<br />
NH 3<br />
(CH 2 O) n<br />
glutam<strong>in</strong><br />
fotosistem I <strong>in</strong> II<br />
(CH2O) n ATP NADPH O2 glutam<strong>in</strong><br />
vegetativna celica vegetativna celica<br />
heterocista<br />
e -<br />
22
Kako aerobni <strong>mikrobi</strong> odstranijo kisik za<br />
delovanje nitrogenaze<br />
• s<strong>in</strong>teza leghemoglob<strong>in</strong>a, ki veže O 2<br />
• mikroaerofilija (fiksacija le pri nizkih koncentracijah kisika)<br />
• respiratorna zaščita (visoka respiracija odstranjuje kisik, ciste, Azotobacter)<br />
• produkcija specializiranih celic (cianobakterije imajo heterociste z<br />
odebeljeno steno v katerih poteka fiksacija, akt<strong>in</strong>omicete imajo vezikle)<br />
23
Kako aerobni <strong>mikrobi</strong> odstranijo kisik za<br />
delovanje nitrogenaze<br />
• konformacijska zaščita (zaščitni prote<strong>in</strong> se veže na nitrogenazo)<br />
• časovni razklop fiksacije <strong>in</strong> fotos<strong>in</strong>teze (nekatere cianobakterije fiksirajo<br />
dušik ponoči, ko je respiracija večja, podnevi pa vršijo fotos<strong>in</strong>tezo)<br />
• fiksacija samo v anaerobnih razmerah (npr. Klebsiella, Clostridium)<br />
24
Nodul<br />
25
Infekcija z Rhizobijem<br />
vezava bakterije na<br />
koren<strong>in</strong>o<br />
razvoj <strong>in</strong>fekcijske niti<br />
zvijanje koren<strong>in</strong>skega laska<br />
26
azvoj <strong>in</strong>fekcijske niti<br />
razvoj nodula <strong>in</strong><br />
sprostitev bakterij iz<br />
<strong>in</strong>fekcijske niti<br />
27
Nastanek nodula<br />
1. rastl<strong>in</strong>a izloča flavonoide ali izoflavonoide v rizosfero<br />
2. te spoj<strong>in</strong>e <strong>in</strong>ducirajo ekspresijo nod genov v bakteriji<br />
3. nod geni producirajo encime, ki s<strong>in</strong>tetizirajo Nod faktorje<br />
(lipooligosaharide)<br />
4. Nod faktorji so sproščeni v rizosfero, kjer sprožijo zvijanje<br />
koren<strong>in</strong>skega laska <strong>in</strong> delitev meristemskih celic rastl<strong>in</strong>e<br />
5. rizobiji se premaknejo proti koren<strong>in</strong>i zaradi atraktantov (am<strong>in</strong>o kisl<strong>in</strong>e,<br />
dikarboksilne kisl<strong>in</strong>e, falvonoidi)<br />
6. bakterije se vežejo na lect<strong>in</strong>e (rastl<strong>in</strong>ski prote<strong>in</strong>i z visoko af<strong>in</strong>iteto za<br />
ogljikovehidrate)<br />
28
začetek zvijanja korenisnkega laska<br />
celice fiksatorja<br />
Rhizobium<br />
29
Nastanek nodula<br />
7. koren<strong>in</strong>e izločajo triptofan<br />
8. bakterije konvertirajo triptofan v <strong>in</strong>dol ocetno kisl<strong>in</strong>o (IAA- rastl<strong>in</strong>ski<br />
rastni hormon)<br />
9. IAA poveča zvijanje koren<strong>in</strong>skega laska, kar omogoči nastanek<br />
rastl<strong>in</strong>skega oklep okrog bakterije<br />
10. produkcija poligalakturonske kisl<strong>in</strong>e omehča rastl<strong>in</strong>sko tkivo, kar<br />
omogoča bakteriji penetracijo<br />
11. bakterija naredi <strong>in</strong>fekcijsko nit v kateri so celice urejene tako, da se<br />
dotikajo konec s koncem v dolgo nit, ki je obložena s polisaharidi<br />
12. <strong>in</strong>fekcijska nit doseže koren<strong>in</strong>ski korteks, kjer tetraploidne rastl<strong>in</strong>ske<br />
celice začno ustvarjati tkivo za fiksacijo, okoliško tkivo z normalnimi<br />
diploidnimi celicami poveže nodul z vaskularnim tkivom<br />
30
Nastanek nodula<br />
13. rizobiji se množijo v <strong>in</strong>ficiranem tkivu ter delajo celice neregularnih<br />
oblik <strong>in</strong> zelo velike celice imenovane bakteroidi<br />
14. bakteroidi nimajo kromosoma <strong>in</strong> postanejo celice, ki imajo<br />
nitrogenazni kompleks<br />
15. bakterija producira hem, <strong>med</strong>tem ko rastl<strong>in</strong>a producira glob<strong>in</strong><br />
16. hem <strong>in</strong> glob<strong>in</strong> se združita <strong>in</strong> nastane leghemoglob<strong>in</strong>, kooperativna<br />
molekula za vezavo kisika, ki dovaja bakteroidom kisik za ATP<br />
produkcijo, leghemoglob<strong>in</strong> je rdeče obarvan<br />
31
D<strong>in</strong>amika nastanka nodula<br />
• adhezija rizobijev na koren<strong>in</strong>o (~ 1 m<strong>in</strong> po <strong>in</strong>okulaciji)<br />
• rizobiji se namnožijo (~ nekaj ur)<br />
• zvijanje koren<strong>in</strong>skega laska (~ 5 ur po <strong>in</strong>okulaciji)<br />
• <strong>in</strong>fekcijska nit postane vidna (~ 3 dni po <strong>in</strong>okulaciji)<br />
• noduli postanejo vidni (~ 5-12 dni po <strong>in</strong>okulaciji)<br />
• fiksacija dušika (~ 15 po <strong>in</strong>okulaciji)<br />
32
Faktorji, ki vplivajo na simbiontsko fiksacijo<br />
dušika<br />
•specifičnost rastl<strong>in</strong>e <strong>in</strong> rizobija (vsi rizobiji ne tvorijo nodul, kljub temu<br />
da lahko <strong>in</strong>ficirajo rastl<strong>in</strong>o)<br />
• rizobiji, ki jih dodajamo tlem,<br />
so običajno slabi konkurenti že obstoječim v tleh<br />
•pH (pH nižji od 6 močno zmanjša fiksacijo)<br />
• dostopnost fosforja, molibdena, žvepla, kobalta, niklja <strong>in</strong> železa<br />
poveča fiksacijo<br />
• gnojenje z m<strong>in</strong>eralnimi dušikovimi gnojili <strong>in</strong>hibira<br />
simbiontske <strong>in</strong> prostoživeče fiksatorje<br />
33
Simbioze <strong>med</strong> nelegum<strong>in</strong>ozno rastl<strong>in</strong>o <strong>in</strong><br />
fiksatorjem dušika<br />
•več<strong>in</strong>a simbiontskih asociacij fiksatorjev dušika je na legum<strong>in</strong>ozah<br />
• poleg tega obstajajo tudi asociacije, ki omogočajo nastanek nodulov<br />
<strong>med</strong> akt<strong>in</strong>omicetami, rizobiji, cianobakterijami <strong>in</strong> rastl<strong>in</strong>skimi vrstami<br />
kot so Alnus, Myrica, Hippophae, Comptonia, Causar<strong>in</strong>a, Dryas,<br />
Cycas, Gunnera <strong>in</strong> mahovi<br />
34
Primer simbioze <strong>med</strong> rastl<strong>in</strong>o (Gunnera) <strong>in</strong><br />
cijanobakterijo (Nostoc)<br />
Cijanobakterija se nahaja v <strong>med</strong>celičnem prostoru. Po <strong>in</strong>fekciji pride do<br />
morfoloških sprememb cijanobakterije.<br />
prosta oblika zunaj<br />
rastl<strong>in</strong>e<br />
gibljiva oblika <strong>in</strong>ducirna<br />
z rastl<strong>in</strong>skimi eksudati<br />
heterociste<br />
oblika vrastl<strong>in</strong>i<br />
35
Supersimbiont: cianobakterija Nostoc<br />
Nostok lahko naredi simbiozo z:<br />
• rastl<strong>in</strong>ami<br />
•algami<br />
• d<strong>in</strong>oflagelatami<br />
• koralami<br />
36
Fiksacija dušika <strong>in</strong> gojenje riža<br />
Riž predstavlja za ~ 2/3 človeštva osnovno hrano,<br />
za soliden pridelek ni nujno potrebno gnojenje z dragimi dušikovimi gnojili.<br />
Od 30-50 kg N/ha prispevajo anaerobni heterotrofni fiksatorji,<br />
cianobakterije, anoksigeni fototrofi <strong>in</strong> simbiontske cianobakterije.<br />
Takšno okolje je primerno za fiksatorje dušika, zato ker:<br />
• je vodno okolje v splošnem ugodno za fototrofe<br />
•je več<strong>in</strong>oma anoksigeno, kar omogoča boljše delovanje nitrogenaze<br />
37
Gojenje riža, fiksacija dušika ter metanogeneza<br />
38
<strong>Interakcije</strong> <strong>med</strong> <strong>mikrobi</strong> <strong>in</strong> nadzemnimi deli<br />
rastl<strong>in</strong>e<br />
Stebla, listi, cvetovi <strong>in</strong> sadeži (filosfera) nudijo ugodno okolje za rast:<br />
• heterotrofov<br />
• fotos<strong>in</strong>tetskih bakterij<br />
• kvasovk<br />
•lišajev<br />
•alg<br />
•gliv<br />
• fiksatorjev dušika.<br />
39
Vpliv filosferne mikrobne populacije na rastl<strong>in</strong>o<br />
• nekatere glive lahko rastejo na površ<strong>in</strong>i brez vidnih simptomov bolezni<br />
pri tem producirajo alkaloide, ki ščitijo rastl<strong>in</strong>o<br />
• pri <strong>in</strong>duciranen sistematskem odgovoru gliva stimulira rastl<strong>in</strong>o<br />
tako, da producira jasmonsko kisl<strong>in</strong>o ali etilen, kar poveča rast rastl<strong>in</strong>e<br />
• nekateri mikroorganizmi (npr. Pseudomonas) lahko povzrčijo zmrzal<br />
s tem, da povečajo tvorbo kristalov<br />
• mikrob povzroči bolezenske znake<br />
40
“Disease usually results from <strong>in</strong>conclusive negotiations for<br />
symbiosis, an overstepp<strong>in</strong>g of the l<strong>in</strong>e by one side or another”.<br />
Levis Thomas, Lives of a Cell<br />
41
Patogeni mikroorganizmi rastl<strong>in</strong><br />
Patogeni mikroorganizmi poslabšajo funkcioniranje rastl<strong>in</strong>e,<br />
ji zmanjšujejo sposobnost preživetja <strong>in</strong> ohranjanja ekološke niše.<br />
Patogeni mikroorganizmi:<br />
- znižajo pridelek kmetijsko pomembnih rastl<strong>in</strong><br />
-lahkopovzročijo lakoto <strong>in</strong> množična preseljevanja ljudi <strong>in</strong> živali.<br />
42
Infekcija z rastl<strong>in</strong>skimi patogeni<br />
Po kontaktu z rastl<strong>in</strong>o pride do bolezenskih znakov le, če patogen<br />
kolonizira gostitelja.<br />
•več<strong>in</strong>a bolezenskih znakov je posledica delovanja encimov patogenih<br />
mikroorganizmov (npr. pekt<strong>in</strong>aze, celulaze <strong>in</strong> hemicelulaze)<br />
• razgradnja rastnih faktorjev povzroča majhnost rastl<strong>in</strong><br />
• produkcija giberil<strong>in</strong>ov <strong>in</strong> citok<strong>in</strong>ov povzroča nastanek tumorjev<br />
43
Infekcija z rastl<strong>in</strong>skimi patogeni<br />
Toks<strong>in</strong>i, ki jih producirajo patogeni mikroorganizmi <strong>in</strong>terferirajo z<br />
normalnim metabolizmom rastl<strong>in</strong>, kar lahko povzroča spremembo:<br />
- permeabilnosti membran<br />
- sprememnjeno respiracijo<br />
-fiksacijoCO 2 <strong>in</strong> klorozo.<br />
44
Erw<strong>in</strong>ia amylovora<br />
Razširjanje:<br />
dež <strong>in</strong> <strong>in</strong>sekti<br />
45
Prenos patogenih mikroorganizmov <strong>med</strong><br />
okuženimi rastl<strong>in</strong>ami<br />
•več<strong>in</strong>a patogenih gliv se prenaša s pomočjo spor,<br />
nekatere glive prenašajo <strong>in</strong>sekti, nematode<br />
•več<strong>in</strong>a virusnih bolezni se prenaša z <strong>in</strong>sekti <strong>in</strong> nematodami<br />
• bakterijske bolezni največkrat prenašajo <strong>in</strong>sekti <strong>in</strong> nematode<br />
• <strong>mikrobi</strong> lahko vstopajo v gostitelja preko naravnih odprt<strong>in</strong><br />
(npr. listne reže ali rane),<br />
lahko pa vstopajo aktivno s pomočjo encimov<br />
46
Aktivna obramba rastl<strong>in</strong> pred patogenimi<br />
mikroorganizmi<br />
Rastl<strong>in</strong>e nimajo aktivne imunosti kot živali imajo pa veliko pasivnih<br />
imunskih mehanizmov, ki preprečijo razmnoževanje ali razširjanje<br />
mikroorganizmov po rastl<strong>in</strong>i<br />
• produkcija fitoaleks<strong>in</strong>ov (policiklične <strong>in</strong> poliaromatske spoj<strong>in</strong>e)<br />
• hipersenzitivne reakcije<br />
•nekroze<br />
• imunizacija pred <strong>in</strong>fekcijo s sorodnimi virusi (anti sense RNA).<br />
47
Zaščitni ukrepi za zmanjšanje rastl<strong>in</strong>skih bolezni<br />
• uporaba selekcije za povečanje anatomske <strong>in</strong> biokemijske odpornosti<br />
(npr. povečana kutikula)<br />
• kolobarjenje rastl<strong>in</strong><br />
• zmanjševanje stresa rastl<strong>in</strong> (povečan stres vodi do povečane količ<strong>in</strong>e<br />
rastl<strong>in</strong>skih eksudatov, hrane za mikroorganizme)<br />
• uporaba supresivnih mikroorganizmov<br />
48
Zaščitni ukrepi za zmanjšanje rastl<strong>in</strong>skih bolezni<br />
• zmanjšanje rezervoarja za patogen mikroorganizem (npr. odstranitev<br />
Berberis vulgarisa pri žitni rji, semenskega krompirja v krajih, kjer ni breskev)<br />
• dez<strong>in</strong>fekcija semen<br />
• odstranjevanje okuženih rastl<strong>in</strong><br />
•izogibanje večletnim monokulturam, sistem rotacije<br />
49
Zmanjšanje rastl<strong>in</strong>skih bolezni - supresivna tla<br />
• Splošno supresivna tla – redukcija patogenih mikroorganizmov je<br />
posledica celotne mikrobne združbe:<br />
– ne moremo prenesti zaščite s posameznim mikrobom<br />
– ne uporabljamo pri aktivni zaščiti pred boleznimi<br />
– primer: supresija Pythium sp. korelira z metabolno aktivnostjo <strong>in</strong><br />
skupnim profilom maščobnih kisl<strong>in</strong> v tleh<br />
• Specifično supresivna tla – redukcija patogenih mikrobov ja posledica<br />
<strong>in</strong>dividualne ali selektivne skup<strong>in</strong>e mikroorganizmov:<br />
– supresivnost lahko prenesemo s prenosom mikrobov<br />
– hiperparazitizem je koreliran z zmanjšanjem patogenosti<br />
– uporabljamo za kontrolo bolezni<br />
– primer: uporaba Pseudomonad za zaščito pred Gaeumannomyces<br />
gram<strong>in</strong>is var. tritici<br />
50
Primer uporabe antagonizma pri zaščiti rastl<strong>in</strong><br />
• na odžaganih panjih iglavcev se naseli Heterobasidion annosum,<br />
ki razgradi odmrele panje,<br />
obenem pa <strong>in</strong>ficira tudi koren<strong>in</strong>e zdravih dreves<br />
• če se na odžagane panje najprej naseli Peniophora gigantea<br />
le ta prepreči rast parazitski glivi<br />
51
Primer uporabe antagonizma pri zaščiti rastl<strong>in</strong><br />
•bakterija Agrobacterium tumefaciens povzroča rastl<strong>in</strong>ski rak,<br />
če je na rastl<strong>in</strong>i predhodno Agrobacterum radiobacter,<br />
ki producira agroc<strong>in</strong>e se A. tumefaciens ne more uveljaviti<br />
• če namakamo rastl<strong>in</strong>e v suspenzijo A. radiobacter,<br />
potem ne pride do rastl<strong>in</strong>skega raka<br />
52
Primer uporabe antagonizma pri zaščiti rastl<strong>in</strong><br />
• Bacillus subtilis kontrolira rast Fussarium sp.,<br />
ki povzoča gnitje stebel rastl<strong>in</strong><br />
• po rezi sadnega drevja se v rane lahko naselijo Nectria galligen ali<br />
Stereum purpureum, ki povzročajo bolezni,<br />
to preprečimo, če škropimo s sporami Trichoderma viridie<br />
• Pseudomonas fluorescens producira pseudobakt<strong>in</strong> (siderofor z visoko<br />
af<strong>in</strong>iteto za Fe), ki prepreči rast patogene glive Fusarium spp.<br />
53
Primer uporabe antagonizma pri zaščiti rastl<strong>in</strong><br />
• Pseudomonas fluorescens <strong>in</strong> P. aureofaciens omogočata zaščito pred<br />
povzročitelji bolezni žit Gaeumannomyces gram<strong>in</strong>is var. tritici<br />
• dodatek Bacillus <strong>in</strong> Streptomyce semenom za zaščito pred Rhizoctona<br />
solani<br />
• Burkholderia cepacia omogoča zaščita pred Pythium aphanomyces,<br />
ki povzroča gnitje koren<strong>in</strong> graha<br />
54
Uporaba Burkholderia cepacia v anatagonizmu<br />
• prehransko versatilna, G- bakterija<br />
• Burkholderia je genetsko verzatilna, ima 4 replikone, kar ji omogoča<br />
homologno <strong>in</strong> nehomologno rekomb<strong>in</strong>acijo<br />
• najdemo jo v tleh <strong>in</strong> vlažnih okoljih,<br />
• je oportunistični patogen na človeku,<br />
• je patogena za čebulo<br />
• lahko razgradi klor<strong>in</strong>irane aromatske spoj<strong>in</strong>e (npr. 2,4,5 chlorophenoksi<br />
ocetno kisl<strong>in</strong>o)<br />
55
Uporaba Burkholderia cepacia v anatagonizmu<br />
• je antagonist številnih talnih rastl<strong>in</strong>skih patogenov (npr. Alternaria,<br />
Aphanomyces, Botrytis, Cyl<strong>in</strong>drocarpon, Fusarium, Pythium, Rhizoctonia)<br />
• proizvaja različne protiglivne substance (npr.Cepac<strong>in</strong> A and B,<br />
Cepalic<strong>in</strong>, Pirolnitr<strong>in</strong>)<br />
• uporabna za zatiranje talnih patogenov (npr. Fusarium, Pythium),<br />
nematod, zaščito kulturnih rastl<strong>in</strong> (npr. lucerna, ječmen, fižol,<br />
detelja, bombaž, grah, sorgum, pšenica)<br />
• komercialni produkti: Blue Circle, Deny, Precept<br />
56
Produkcija antagonističnih substanc<br />
organizem produkt zatiranje<br />
Enterobacter cloacae amonijaka Pythium ultimum, Rhizoctonia solani,<br />
Verticillium dahliae<br />
Trichoderma harzianum alkil piron zatiranje R. solani<br />
Pseudomonas fluorescens cianida zatiranje Thielaviopsis basicola<br />
57
Produkcija antagonističnih substanc izoliranih iz<br />
Streptomyces vrst<br />
substanca vir uporaba<br />
Basticid<strong>in</strong> S S. grisochromogens fungicid<br />
Polioks<strong>in</strong> S. cacaoi fungicid<br />
Validamic<strong>in</strong> A S. hygoscopius fungicid<br />
Streptomic<strong>in</strong> S. griseus bakteriocid<br />
Oksitetracikl<strong>in</strong> S. rimosus baktericid<br />
Poliakt<strong>in</strong> S. aureus <strong>in</strong>sekticid<br />
Milibemekt<strong>in</strong> S. hygoscopius <strong>in</strong>sekticid<br />
Bilanafos S. hygoscopius herbicid<br />
58
Uporaba predatorskih gliv kot nač<strong>in</strong> zaščite<br />
rastl<strong>in</strong><br />
• nekatere predatorske glive (npr. Trichoderma harzianum, Trchoderma<br />
hamatum, Laetisaria arvalis) se prehranjujejo s patogenimi glivami<br />
59
Uporaba gliv kot herbicidov<br />
• patogene glive lahko uničijo rastl<strong>in</strong>e,<br />
v kolikor gre za specifično <strong>in</strong>terakcije <strong>med</strong> plevelom <strong>in</strong> patogeno glivo<br />
jih lahko uporabimo za zatiranje plevela<br />
• uporabno vrednost imajo npr. Colleotrichum xanthii, Cercospora eupatorii,<br />
Pukc<strong>in</strong>ia chondrill<strong>in</strong>a, Alternaria cuscutacidae, Uromices rumicis<br />
• komercialnih preparatov ni veliko<br />
60
Agrobacterium tumefaciens<br />
• rastl<strong>in</strong>ski parazit, ki povzroča rak rastl<strong>in</strong><br />
• formiranje tumorja (hiperplazija),<br />
je posledica porušenega ravnotežja rastl<strong>in</strong>skih hormonov,<br />
povzroči s<strong>in</strong>tezo auks<strong>in</strong>ov <strong>in</strong> citok<strong>in</strong><strong>in</strong>ov<br />
• bakterija s<strong>in</strong>tetizira oktop<strong>in</strong> ali nopal<strong>in</strong>,<br />
ki jih uporablja za pridobivanje rastl<strong>in</strong>skega ogljika <strong>in</strong> dušika<br />
• bakterija živi v <strong>in</strong>tercelularnem prostoru<br />
• razvoj tumorja se začne 10-14 po <strong>in</strong>fekciji<br />
61
Agrobacterium tumefaciens<br />
• vsebuje velik (~ 250 kbp) tumor <strong>in</strong>ducirajoči plazmid imenovan<br />
Ti plazmid<br />
• del Ti plazmida se lahko prenese <strong>med</strong> bakterijsko <strong>in</strong> rastl<strong>in</strong>sko<br />
celico <strong>in</strong> se stabilno <strong>in</strong>tegrira v rastl<strong>in</strong>ski genom<br />
• ssDNA fragment je konvertiran v dsDNA fragment s pomočjo<br />
rastl<strong>in</strong>ske celice<br />
• dsDNA je potem <strong>in</strong>tegrirana v rastl<strong>in</strong>ski genom<br />
62
Agrobacterium tumefaciens<br />
Kako je T-DNA modificirana, da lahko vnesemo željene gene?<br />
• T-DNA geni, ki povzročajo nastanek tumorja,<br />
so izrezani <strong>in</strong> zamenjani z željenimi geni z ustrezno regulacijsko kontrolo<br />
• <strong>in</strong>sercijski geni plazmida se ohranijo<br />
• dodani so selekcijski markerji (geni za rezistenco na antibiotike, genetic<strong>in</strong>,<br />
higromic<strong>in</strong>)<br />
• Ti plazmid je re<strong>in</strong>troduciran v A. tumefaciens<br />
• A. tumefaciens je ko-kultiviran z diski rastl<strong>in</strong>skih listov pri pogojih,<br />
ki stimulirajo razvoj kalusa<br />
• dodan je antibiotik (npr. kloramfenikol), da se uniči A. tumefaciens<br />
• dodan je genetic<strong>in</strong> ali higromic<strong>in</strong>, da se odstranijo vse netransgene<br />
rastl<strong>in</strong>e<br />
63
Uporaba gensko spremenjenih rastl<strong>in</strong><br />
•BT rastl<strong>in</strong>e<br />
• vgradnja kapsidnih plaščnih prote<strong>in</strong>ov virusov v rastl<strong>in</strong>e (npr. TMV za<br />
zaščito pred virusi)<br />
• uporaba genov za rezistenco iz sorodnih divjih vrst kulturnih rastl<strong>in</strong><br />
za zaščito pred bakterijami, glivami, nematodami<br />
64