К анатомо-морфологическимособенностям относится наличие кутикулы и пробки, покрывающей часто органы растения, а также состоящих из целлюлозы оболочек, окружающих каждую клетку. Всё это препятствует быстрому распространению болезни по растению. Поэтому многие паразиты проникают в растение сквозь устьичные щели, как это, например, отмечено для картофельного гриба (Phitophtorainfestans).
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 Chrysomyxapiola на грушанку Piolarotundifolia 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 (Phitophtorainfestans) (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 (Phytoptorainfestans) 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.
| Класс | Раздел | Дополнительный материал | Материалы и оборудование |
| 6 | Царства Бактерии и грибы. Корень. Побег. Семя. Плод. Природные сообщества | Бактерии-симбионты (клубеньковые бактерии). Клубеньки бобового растения. Бактерии-паразиты (фитопатогенные). Бактериальные болезни, источники заражения. Иммунитет растений. Фитонциды. Фитоалексины. Грибы-паразиты и поражённые ими растения. Болезни, источники заражения. Грибы-микоризообразователи (примеры). Проникновение гиф гриба в корень растения. Микориза, виды, значение. Ризосферные микроорганизмы, их влияние на высшие растения. Эпифитная микрофлора, её влияние на высшее растение. Примеры микроорганизмов. Инфицированные семена, средства их защиты. Влияние микроорганизмов на плодоношение растений. Признаки поражения плодов микроорганизмами. Взаимодействие микроор-ганизмов с сообществами высших растений. | Влажный препарат корень бобового растения с клубеньками. Коллекция растений, поражённые бактериями. Лук, чеснок. Коллекция растений, пораженных грибами. Корни растений с микоризой. Микропрепараты ризосферных микроорганизмов. Микропрепараты эпифитных микроорганизмов. Бактериальные удобрения. Плоды, поражённые микроорганизмом. |
| 7 | Органы пищеваре-ния животных. Биогеоце-нозы. | Последствия поедания рас-тений, поражённых фитопато-генными микроорганизмами. Влияние микроорганизмов на урожайность растений | Растения, поражённые мик-роорганизмами. |
| 8 | Органы пищеваре-ния человека. | Последствия употребления в пищу растений и их плодов, поражённых фитопатогенными микроорганизмами. | Плоды, поражённые мик-роорганизмами. |
| 9 | Вирусы. Основы экологии. | Вирусы, вызывающие заболе-вания высших растений. Примеры вирусных болезней, их признаки. Симбиотические взаимо-действия микроорганизмов с высшими растениями. Фитопатогенные микробы. | Растения, поражённые вирусами. Корни растений с микоризой, расте-ния, поражённые микроорганиз-мами, корень бобового растения с клубеньками. |
| 10 | Биогео-ценоз. | Влияние взаимодействия микроорганизмов с высшими растениями на продуктивность биогеоценоза. | |
| 11 | Вирусы. | Вирусы, вызывающие заболе-вания высших растений. Примеры болезней, их признаки. | Растения, поражённые вирусами. |
Изучение клубеньковых бактерий, грибов-микоризообразователей, ризосферных и эпифитных микроорганизмов показывает учащимся разнобразные симбиотические взаимодействия этих организмов с высшими растениями.