Какие способы (осуществленные и перспективные) предлагает современная наука для решения проблемы «биологического азота»? (10 баллов)
«Биологический азот» - это азот, который связали (зафиксировали) прокариоты, благодаря чему азот атмосферы, недоступный эукариотам, переходит в формы, которые могут использовать все растительные, а через них и животные организмы. Биологическая фиксация азота атмосферы имеет важное значение. Об этом свидетельствуют масштабы процесса — до 200 млн т N/год. Схематично азотфиксацию можно изобразить так:
N2 нитрогеназа, АТФ NH3 аминокислоты белок.
Прокариоты (бактерии и археи) могут фиксировать азот, поскольку имеют уникальный ферментативный комплекс - нитрогеназу. 17 генов, ответственные за связывание азота, обозначают как nif — гены (от английского «nitrogen fixation », что означает «фиксация азота»). Эти гены (речь идет о структурных генах и генах- регуляторах) и контролируют образование нитрогеназы. . Все эти гены сцеплены друг с другом и расположены в хромосоме между генами ферментов биосинтеза гистидина и генами, определяющими усвоение шикимовой кислоты. У быстрорастущей ризобии nif-гены существуют в форме мегаплазмиды, содержащей 200—300 тысяч пар нуклеотидов.
Прокариот, способных к усвоению азота воздуха, обычно разделяют на симбиотических и несимбиотических. Симбиотические азотфиксаторы — бактерии, которые усваивают азот атмосферы, только находясь в симбиозе с высшим растением. Они живут на поверхности или тканях растений и получают от своих "хозяев" органическое вещество практически в неограниченном количестве, окисляют его в процессе кислородного дыхания, имеют много АТФ и очень активно связывают азот. Часть органических азотсодержащих веществ бактерии используют для построения своего тела, а часть "отдают" растению-симбионту в виде аминокислот и амидов. Количество ассимилированного с помощью симбиотической азотфиксации азота весьма велико и достигает 100-300 кг азота на гектар за год, при этом значительную его часть сразу получают возделываемые растения. Наиболее изучена азотфиксация у клубеньковых бактерий рода Rhizobium, которые живут внутри клубеньков бобовых растений, и актиномицета Frankia - симбионта ольхи, облепихи.
|
|
|
Злаки: пшеница, кукуруза, сорго, ячмень - и овощные культуры не образуют клубеньков, но на их корнях поселяются ассоциативные азотфиксирующие бактерии, которые питаются корневыми выделениями растения и улучшают его азотное питание. Ассоциативные азотфиксаторы не полностью удовлетворяют потребности растения в азоте, но они продуцируют фитогормоны роста и обладают другими свойствами, положительно влияющими на рост и развитие растений (защита от фитопатогенов, разрушение токсических веществ). Симбиотическая азотфиксация - важнейший процесс при выращивании культурных растений, его необходимо всемерно усиливать. Для этого прежде всего вносят бактериальные землеудобрительные препараты: ризоторфин (нитрагин) - смесь клубеньковых бактерий Rhizobium с торфом - под бобовые; препарат Frankia - под облепиху; препараты ассоциативных азотфиксирующих бактерий - под зерновые, кормовые травы, картофель и овощи; Внесение препаратов проводится в виде предпосевной инокуляции (обработки) семян.
|
|
|
Несимбиотические (свободноживущие) азотфиксирующие бактерии получают энергию с помощью фотосинтеза, хемосинтеза или окисления органических веществ), поступивших из окружающей среды. Весь ассимилированный (усвоенный) азот они используют на построение своего тела. "Производительность" такой азотфиксации невелика, так как поступление энергии зависит от случая, от того, как сложатся условия существования микроорганизмов. В целом за год свободноживущие азотфиксирующие бактерии фиксируют в умеренном климате от 25 до 94 кг азота на гектар.
Таким образом, азотфиксация – процесс, необходимый для биосферы в целом, и для сельского хозяйства. Современная наука для решения проблемы «биологического азота» предлагает следующие пути:
|
|
|
1) повышение способности ризобии колонизировать бобовые растения. Колонизация бобовых растений ризобиями протекает очень медленно, лишь единичные из них дают начало клубенькам. В ряде случаев сформировавшиеся клубеньки оказываются неспособными фиксировать азот. Традиционными методами генетики и селекции удалось получить лабораторные штаммы ризобий с более высокой колонизирующей способностью. Но они в полевых условиях испытывают конкуренцию со стороны местных штаммов. Повышение их конкурентоспособности Rhizobium,, видимо, можно осуществить генноинженерными методами (1 балл).
2) Повышение эффективности процесса азотфиксации (активности ризобии) с применением генноинженерных приемов, основанных на увеличении копий гена, усилении транскрипции тех генов, продукты которых образуют «узкое» место в каскадном механизме азотфиксации, путем введения более сильных промоторов и т. п. (1 балл).
3) Создание новых азотфиксирующих микроорганизмов путем введения в них nif-генов, передача способности к симбиозу от бобовых растений к другим (1 балл).
4) Подбор ассоциативных азотфиксаторов для большинства культурных растений (поиск в природе, генная инженерия). Препараты таких отселектированных бактерий используются весьма широко на зерновых и овощных культурах: микрокорневит, азотовит, Байкал –М, агрофил, мизорин, флавобактерин и т.д. (2 балла).
|
|
|
5) совместное использование двух видов микробных землеудобрительных препаратов: ассоциативных азотфиксирующих бактерий и микоризных грибов. В этом тройном взаимовыгодном симбиозе бактерия снабжает всех партнеров азотом, гриб-санитар убивает болезнетворные микроорганизмы на корнях и «помогает» растению всасывать воду и минеральные вещества, а растение «кормит» микроорганизмы органическим веществом. Примером подобного сожительства может служить искусственно создаваемый симбиоз: сорго, флавобактерии и гриб Glomus fascioatum, при этом урожай биомассы сорго увеличивается более, чем наполовину (2 балла).
6) Перенос nif-генов с помощью Ti-плазмид в хлоропласты растений, поскольку механизмы экспрессии генов в хлоропластах и в клетках прокариот близки. Перенос генов фиксации атмосферного азота в геном сельскохозяйственных растений — задача очень трудная. Система фиксации азота потребует от растения больших энергетических затрат, что может повлечь за собой вместо повышения даже снижение продуктивности. Возможно, в перспективе удастся соединить у растений молекулярные механизмы азотфиксации и фотосинтеза в единую сопряженную систему, способную использовать для восстановительных реакций непосредственно лучистую энергию. Фундаментальные исследования по переносу генов азотфиксации в высшие растения, по-видимому, приведут к многообещающим открытиям и коренному перевороту практики азотного питания растений. (2 балла).7) Перенос nif-генов в микоризные грибы. то удалось для дрожжей, хотя добиться экспрессии nif-генов пока не сумели, хотя они и сохранялись в течение 50 генераций (1 балл).
10. Диаманта – это стихотворная форма из семи строк, первая и последняя из которых – понятия с противоположным значением. Этот вид стиха составляется по следующей схеме:
| строчка 1: тема (существительное) строчка 2: определение (2 прилагательных) строчка 3: действие (3 причастия) строчка 4: ассоциации (4 существительных) строчка 5: действие (3 причастия) строчка 6: определение (2 прилагательных) строчка 7: тема (существительное) | ЛИСТ ДЕРЕВА рождение зеленый, яркий светящийся, растущий, цветущий жара, движение, солнце, пища увядающий, замедленный, туманный коричневый, старый смерть |
Написание диаманты полезно для понимания сути различий и взаимосвязи понятий, противоположных по значению.
Напишите диаманты на понятия:
«донор - акцептор»; «анаболизм- катаболизм»; «прогресс- регресс» (биологические)
(10 баллов)
Принимаются любые диаманты, если они верно отражают суть рассматриваемых биологических понятий и составлены без нарушения формы. Рассмотрение пары «донор-акцептор» как «донор-реципиент» считается нарушением условий задания. За каждую диаманту участник может получит от 1 до 3 баллов, 1 балл может быть добавлен за отличное качество.
Дата добавления: 2018-11-24; просмотров: 221; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!