《微生物與花卉的演化》課件VIP

微生物與花卉的演化課程概述課程目標(biāo)理解微生物與花卉的演化關(guān)系學(xué)習(xí)內(nèi)容共十個章節(jié)，涵蓋從起源到應(yīng)用評估方法第一部分：微生物與植物的共同起源1原始地球無氧環(huán)境下的原始湯2原核生物最早的單細胞生命3真核生物內(nèi)共生理論的核心4陸地植物生命的起源原始地球環(huán)境高溫多變富含甲烷與氨氣紫外線輻射強烈最早的生命形式RNA世界假說自我復(fù)制的分子膜泡形成的原始細胞原核生物的出現(xiàn)古細菌極端環(huán)境中生存藍細菌首次實現(xiàn)光合作用大氧化事件改變地球大氣成分生命多樣化為真核生物鋪平道路真核生物的演化內(nèi)共生理論大型細胞吞噬小型細胞1線粒體起源來源于好氧細菌2葉綠體起源來源于藍細菌3細胞復(fù)雜化膜結(jié)構(gòu)與細胞器增多4植物與微生物的分化1水生藻類植物的祖先形式2共生關(guān)系藻類與真菌的合作3登陸挑戰(zhàn)微生物輔助克服干旱4陸地定居形成早期植物群落第二部分：微生物與植物的相互作用互惠共生雙方獲益關(guān)系拮抗與防御病原與抵抗機制生態(tài)系統(tǒng)功能養(yǎng)分循環(huán)與土壤健康根際微生物定義與重要性影響根部周圍1-2毫米的土壤微環(huán)境細菌群落促進養(yǎng)分吸收與病害抑制真菌網(wǎng)絡(luò)連接不同植物的地下信息高速公路原生動物調(diào)節(jié)微生物數(shù)量與養(yǎng)分釋放菌根真菌80%陸地植物與菌根真菌形成共生關(guān)系100倍吸收面積增加植物根系吸收養(yǎng)分能力20%光合產(chǎn)物植物分配給菌根真菌的碳水化合物400M年演化歷史陸地植物與菌根的共同進化時間固氮菌豆科植物固氮根瘤菌形成特化根瘤將大氣氮轉(zhuǎn)化為銨每年可固定數(shù)百公斤氮/公頃非豆科植物固氮放線菌與榿木等共生藍細菌與蘇鐵等共生自由生活固氮菌的貢獻植物生長促進菌激素調(diào)節(jié)產(chǎn)生生長素與細胞分裂素養(yǎng)分活化溶解磷酸鹽與鐵載體抗病機制產(chǎn)生抗生素與激發(fā)免疫農(nóng)業(yè)應(yīng)用提高作物產(chǎn)量與抗逆性病原微生物病原類型典型癥狀演化影響真菌斑點、霉變、萎蔫促進植物次生代謝產(chǎn)物多樣化細菌潰瘍、腐爛、瘤驅(qū)動植物細胞壁結(jié)構(gòu)演化病毒花葉、畸形、矮化推動RNA沉默機制發(fā)展線蟲根結(jié)、生長受阻刺激根系結(jié)構(gòu)防御適應(yīng)內(nèi)生微生物定植通過自然孔隙進入植物組織生長在植物細胞間隙或細胞內(nèi)繁殖代謝產(chǎn)生有益或中性的次生代謝物傳遞通過種子垂直傳播至下代第三部分：花卉的起源與演化水生藻類10億年前苔蘚植物4.7億年前蕨類植物3.6億年前裸子植物3億年前被子植物1.4億年前陸地植物的出現(xiàn)1時間節(jié)點約4.7億年前，奧陶紀(jì)末期2水分保持發(fā)展角質(zhì)層減少蒸騰作用3結(jié)構(gòu)支撐木質(zhì)素細胞壁抵抗重力4氣體交換氣孔控制二氧化碳吸收維管植物的演化導(dǎo)管組織木質(zhì)部與韌皮部形成根系發(fā)達真正根系的形成大型葉片增加光合面積種子植物的出現(xiàn)裸子植物種子外露，無真正花朵松柏、銀杏、蘇鐵等風(fēng)媒傳粉為主適應(yīng)干旱環(huán)境被子植物起源花器官與子房保護種子白堊紀(jì)早期快速輻射與傳粉者協(xié)同進化微生物助力養(yǎng)分吸收被子植物的多樣化被子植物苔蘚植物蕨類植物裸子植物藻類花的起源花器官演化由變態(tài)葉片特化形成MADS-box基因控制花器官發(fā)育早期化石記錄約1.4億年前出現(xiàn)Archaefructus是最早的化石花演化驅(qū)動力傳粉者選擇壓力微生物協(xié)助適應(yīng)環(huán)境花的功能演化傳粉機制從風(fēng)媒到動物傳粉色素發(fā)展類胡蘿卜素與花青素多樣化香氣演化揮發(fā)性有機物吸引特定傳粉者形態(tài)專化適應(yīng)特定傳粉者的口器形狀第四部分：微生物對花卉演化的影響防御系統(tǒng)誘導(dǎo)植物產(chǎn)生抗病物質(zhì)香氣調(diào)控影響揮發(fā)性化合物產(chǎn)生色素合成參與花色素代謝通路形態(tài)影響改變花器官發(fā)育模式微生物介導(dǎo)的植物防御識別入侵感知微生物相關(guān)分子模式信號轉(zhuǎn)導(dǎo)激活防御相關(guān)基因防御蛋白產(chǎn)生PR蛋白與抗菌肽系統(tǒng)獲得性抗性全株防御能力提升微生物與花香演化1000+香氣化合物被子植物可產(chǎn)生的揮發(fā)性物質(zhì)種類20%微生物貢獻花表面微生物參與香氣產(chǎn)生的比例3倍多樣性增加微生物存在時花香化合物種類增加程度微生物與花色演化酶活性調(diào)節(jié)影響類黃酮合成關(guān)鍵酶pH值改變調(diào)節(jié)花青素顏色表現(xiàn)基因表達激活或抑制色素合成相關(guān)基因金屬離子絡(luò)合影響花色素與金屬離子結(jié)合微生物與花形態(tài)演化微生物與花期調(diào)節(jié)第五部分：花卉-微生物互作的生態(tài)學(xué)意義生態(tài)平衡維持生態(tài)系統(tǒng)多樣性2傳粉網(wǎng)絡(luò)微生物影響植物-傳粉者關(guān)系物質(zhì)循環(huán)養(yǎng)分轉(zhuǎn)化與能量流動傳粉生態(tài)學(xué)花卉信號產(chǎn)生視覺和嗅覺吸引物微生物調(diào)控改變花蜜和花粉特性傳粉者響應(yīng)對花卉-微生物復(fù)合信號作出反應(yīng)繁殖成功授粉效率與種子產(chǎn)量種子傳播共生真菌增強種子活力果實微生物吸引動物傳播者土壤微生物創(chuàng)造適宜發(fā)芽環(huán)境幼苗定植輔助根系發(fā)育與養(yǎng)分獲取植物群落動態(tài)植物-植物互作微生物介導(dǎo)的化感作用地下菌根網(wǎng)絡(luò)連接不同植物演替過程先鋒物種改變土壤微生物組促進后續(xù)物種定植多樣性維持病原菌密度依賴效應(yīng)抑制優(yōu)勢種過度繁殖入侵生態(tài)學(xué)促進入侵機制擺脫天敵假說新武器假說增強突變假說微生物介導(dǎo)改變土壤微生物組成釋放抑制本地植物的物質(zhì)形成有利于自身的反饋循環(huán)氣候變化響應(yīng)1溫度升高加速微生物活動2降水模式變化影響土壤微生物群落結(jié)構(gòu)3花期提前微生物調(diào)節(jié)花期以適應(yīng)變化4傳粉網(wǎng)絡(luò)變化微生物補償傳粉者缺失第六部分：微生物在花卉育種中的應(yīng)用傳統(tǒng)育種雜交與選擇微生物輔助共生菌篩選與應(yīng)用基因工程農(nóng)桿菌介導(dǎo)轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)育種方法回顧1雜交育種人工授粉結(jié)合親本優(yōu)良性狀2誘變育種物理或化學(xué)方法增加變異3多倍體育種秋水仙素處理改變?nèi)旧w數(shù)目4回交育種將雜種與親本反復(fù)雜交微生物介導(dǎo)的育種技術(shù)微生物誘變利用特定細菌產(chǎn)生DNA變異真菌選育篩選優(yōu)良共生真菌提高植物性能微生物輔助選擇利用微生物標(biāo)記加速育種進程共生體育種同時選育植物和微生物伙伴基因工程與微生物載體構(gòu)建將目標(biāo)基因?qū)朕r(nóng)桿菌Ti質(zhì)粒感染轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌將T-DNA整合入植物基因組抗性篩選利用抗生素或除草劑標(biāo)記篩選轉(zhuǎn)化體再生培養(yǎng)從轉(zhuǎn)化細胞再生完整植株微生物群落工程花朵數(shù)量花直徑(cm)耐逆性改良耐旱機制叢枝菌根真菌增強吸水能力內(nèi)生菌產(chǎn)生滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)調(diào)節(jié)氣孔開閉減少水分流失耐鹽機制微生物降解有毒物質(zhì)調(diào)節(jié)離子平衡防止鹽害增強抗氧化系統(tǒng)清除活性氧觀賞性狀改良花色增強微生物調(diào)節(jié)pH值影響花青素表達香氣改良特定菌株增加萜類化合物產(chǎn)量花期延長微生物調(diào)節(jié)乙烯代謝延緩衰老第七部分：花卉生產(chǎn)中的微生物應(yīng)用栽培前準(zhǔn)備接種有益微生物改良土壤生長階段定期施用生物肥料促進生長開花階段應(yīng)用特定微生物提高花質(zhì)量采后處理微生物制劑延長花卉保鮮期生物肥料微生物類型作用機制適用花卉應(yīng)用效果固氮菌固定大氣氮康乃馨、菊花增加花數(shù)，提高品質(zhì)溶磷菌活化土壤磷素玫瑰、百合改善根系，促進開花菌根真菌擴大吸收面積蘭花、風(fēng)信子提高存活率，增強抗逆性復(fù)合菌劑多重營養(yǎng)調(diào)控各類觀賞花卉全面提升生長勢和觀賞價值生物農(nóng)藥真菌制劑球孢白僵菌防治蚜蟲細菌制劑蘇云金桿菌防治鱗翅目害蟲病毒制劑核多角體病毒特異性高拮抗微生物木霉抑制灰霉病菌生長生長調(diào)節(jié)劑微生物源生長素促進根系發(fā)育1細胞分裂素促進花芽分化2赤霉素類物質(zhì)增加花莖長度3乙烯調(diào)節(jié)劑控制開花時間4土壤改良改良結(jié)構(gòu)微生物膠體改善土壤團粒2養(yǎng)分循環(huán)促進有機質(zhì)分解釋放養(yǎng)分3污染修復(fù)降解土壤中的有害物質(zhì)采后保鮮5-7天傳統(tǒng)方法僅使用化學(xué)保鮮劑10-14天微生物處理使用有益菌株抑制腐敗40%貨架期延長與傳統(tǒng)方法相比的改善比例第八部分：未來研究方向組學(xué)技術(shù)在花卉-微生物研究中的應(yīng)用基因組學(xué)揭示全基因組變異轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析基因表達模式蛋白質(zhì)組學(xué)鑒定功能蛋白網(wǎng)絡(luò)代謝組學(xué)測定小分子代謝物微生物組研究變形菌門放線菌門芽孢桿菌門子囊菌門擔(dān)子菌門其他合成生物學(xué)方法設(shè)計原理確定目標(biāo)功能與生物元件合成元件構(gòu)建功能基因線路微生物改造整合合成元件到微生物互作優(yōu)化調(diào)整微生物與植物間信號交流系統(tǒng)生物學(xué)方法網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建整合多組學(xué)數(shù)據(jù)建立互作網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型預(yù)測系統(tǒng)動態(tài)變化計算機模擬虛擬測試干預(yù)效果系統(tǒng)優(yōu)化確定關(guān)鍵節(jié)點進行精準(zhǔn)調(diào)控環(huán)境友好型花卉生產(chǎn)減少化學(xué)投入生物替代化學(xué)肥料和農(nóng)藥水資源節(jié)約微生物提高植物水分利用效率碳足跡降低促進土壤碳固定生物多樣性維持生態(tài)系統(tǒng)健康4第九部分：倫理和安全考慮生物安全防止有害微生物擴散評估生態(tài)風(fēng)險遵循安全規(guī)程倫理問題尊重生物多樣性考慮長期生態(tài)影響保護傳統(tǒng)知識法規(guī)合規(guī)遵守國際生物安全法規(guī)執(zhí)行嚴(yán)格的監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)透明的研究報告生物安全問題潛在風(fēng)險非靶向生物影響基因水平轉(zhuǎn)移生態(tài)系統(tǒng)干擾安全評估風(fēng)險分析框架分級管理系統(tǒng)實驗室安全措施管理措施物理隔離生物學(xué)控制監(jiān)測追蹤系統(tǒng)生態(tài)影響評估實驗室測試受控條件下評估微生物特性2溫室試驗半封閉環(huán)境中觀察植物-微生物互作小規(guī)模田間試驗評估生態(tài)系統(tǒng)短期影響長期監(jiān)測追蹤微生物擴散與生態(tài)變化知識產(chǎn)權(quán)保護1微生物資源權(quán)益遵循《生物多樣性公約》原則2專利保護微生物菌株與應(yīng)用方法專利3品種權(quán)保護植物新品種與相關(guān)微生物組合4利益共享公平合理分配資源利用收益消費者接受度第十部分：總結(jié)與展望協(xié)同演化