RHIZOBIUM: ĪPAŠĪBAS, MORFOLOĢIJA, BIOTOPS UN IEGUVUMI - BIOLOĢIJA - 2025

Rhizobium ir baktēriju ģints, kas spēj fiksēt slāpekli no atmosfēras. Kopumā baktērijas ar spēju fiksēt slāpekli ir zināmas kā rizobi. Šīs attiecības starp augiem un mikroorganismiem ir plaši pētītas.

Šie prokarioti dzīvo simbiotiskās attiecībās ar dažādiem augiem: cita starpā pākšaugiem, piemēram, pupiņām, lucernu, lēcām, sojas pupiņām.

Avots: Autors Stdout, izmantojot Wikimedia Commons

Tie ir īpaši saistīti ar tā saknēm un nodrošina augu ar nepieciešamo slāpekli. Augs savukārt piedāvā baktērijām patvēruma vietu. Šīs ciešās simbiotiskās attiecības izraisa molekulas, ko sauc par leghemoglobīnu, sekrēciju. Šī simbioze biosfērā rada ievērojamu N ₂ daļu.

Šajās attiecībās baktērija izraisa mezglu veidošanos saknēs, kurus diferencē tā sauktie "bakteroīdi".

Lielākajā daļā pētījumu, kas veikti šajā baktēriju ģintī, ir ņemts vērā tikai tā simbiotiskais stāvoklis un saistība ar augu. Šī iemesla dēļ ir ļoti maz informācijas, kas saistīta ar baktērijas individuālo dzīvesveidu un tās funkcijām kā augsnes mikrobioma sastāvdaļu.

raksturojums

Rhizobium ģints baktērijas galvenokārt ir pazīstamas ar spēju fiksēt slāpekli un nodibināt simbiotiskas attiecības ar augiem. Faktiski tas tiek uzskatīts par vienu no dramatiskākajām attiecībām, kas pastāv dabā.

Tie ir heterotrofiski, kas norāda, ka viņiem enerģijas avots jāiegūst no organiskām vielām. Rhizobium parasti aug aerobos apstākļos, un mezgliņi veidojas 25-30 ° C temperatūrā un optimālā pH ir 6 vai 7.

Tomēr slāpekļa fiksācijas procesam ir vajadzīgas zemas skābekļa koncentrācijas, lai aizsargātu nitroāzi (fermentu, kas katalizē procesu).

Lai tiktu galā ar lielu skābekļa daudzumu, ir olbaltumvielas, kas līdzīgas hemoglobīnam, un tas ir atbildīgs par skābekļa atdalīšanu, kas varētu iejaukties šajā procesā.

Simbiotiskajām attiecībām, ko šie prokarioti nodibina ar pākšaugiem, ir liela ekoloģiskā un ekonomiskā ietekme, tāpēc ir plaša literatūra par šīm ļoti īpašajām attiecībām.

Infekcijas process nav vienkāršs, tas ietver virkni darbību, kurās baktērijas un augs savstarpēji ietekmē šūnu dalīšanās aktivitātes, gēnu ekspresiju, vielmaiņas funkcijas un morfoģenēzi.

Infekcijas process

Šīs baktērijas ir lieliski bioloģiskie modeļi, lai izprastu mijiedarbību, kas notiek starp mikroorganismiem un augiem.

Rhizobia ir atrodami augsnē, kur tie kolonizē saknes un nonāk augā. Parasti kolonizācija sākas sakņu matiņos, lai arī infekcija ir iespējama arī ar nelielu epizodē esošo liziju palīdzību.

Kad baktērijai izdodas iekļūt auga iekšienē, tā parasti kādu laiku uzturas auga intracelulārajās telpās. Tā kā mezgliņi attīstās, rizobija nonāk šo struktūru citoplazmā.

Mezgliņu attīstība un tips

Mezgliņu attīstība ir saistīta ar sinhrono notikumu virkni abos organismos. Mezgliņi tiek klasificēti kā nenoteikti un nenoteikti.

Pirmie rodas no šūnu dalīšanās iekšējā garozā, un tiem ir pastāvīga apikālā meristema. Tiem raksturīga cilindriska forma un divas atšķirīgas zonas.

No otras puses, noteiktie mezgliņi rodas no šūnu dalīšanās saknes garozas vidējā vai ārējā daļā. Šajos gadījumos nepastāv pastāvīga meristema un tās forma ir sfēriskāka. Nobriedis mezgliņš var attīstīties, augot šūnām.

Bakteroīdu veidošanās

In mezgliņa, diferenciācija uz Bacteroides notiek: N _2- nosaka formu . Bakteroīdi kopā ar augu membrānām veido simbiosomu.

Šajos mikrobu - augu kompleksos augs ir atbildīgs par oglekļa un enerģijas piegādi, bet baktērijas ražo amonjaku.

Salīdzinot ar brīvi dzīvojošām baktērijām, baktērija piedzīvo virkni izmaiņu tās transkriptā, visā tās šūnu struktūrā un vielmaiņas aktivitātēs. Visas šīs izmaiņas notiek, lai pielāgotos intracelulārai videi, kur to vienīgais mērķis ir slāpekļa fiksācija.

Augs var uzņemt šo baktēriju izdalīto slāpekļa savienojumu un izmantot to būtisku molekulu, piemēram, aminoskābju, sintēzei.

Lielākā daļa Rhizobium sugu ir diezgan selektīvas to saimnieku skaitā, kurus tās var inficēt. Dažām sugām ir tikai viena saimniece. Turpretim nelielam baktēriju skaitam ir raksturīgas lētticības un plašs potenciālo saimnieku spektrs.

Piesaiste starp rizobi ​​un saknēm

Piesaisti starp baktērijām un pākšaugu saknēm nodrošina ķīmiski līdzekļi, kurus izspiež saknes. Kad baktērijas un sakne ir tuvu, molekulu līmenī notiek virkne notikumu.

Sakņu flavonoīdi baktērijās inducē nod gēnus. Tas noved pie oligosaharīdu, kas pazīstami kā LCO, vai nod faktoru veidošanās. LCO saistās ar receptoriem, ko veido lizīna motīvi, sakņu matiņos, tādējādi ierosinot signālnotikumus.

Simbiozes procesā ir iesaistīti arī citi gēni - izņemot nod -, piemēram, ekso, nif un fix.

Leghemoglobīns

Leghemoglobīns ir olbaltumvielu molekula, kas raksturīga simbiozes attiecībām starp rizobi ​​un pākšaugiem. Kā norāda nosaukums, tas ir diezgan līdzīgs plašāk pazīstamam proteīnam: hemoglobīnam.

Tāpat kā tā analogs asinīs, leghemoglobīnam ir atšķirība ar augstu afinitāti pret skābekli. Tā kā saistīšanās procesu, kas notiek mezgliņos, nelabvēlīgi ietekmē augsta skābekļa koncentrācija, olbaltumviela ir atbildīga par tā saglabāšanu, lai sistēma darbotos pareizi.

Taksonomija

Ir zināmas apmēram 30 Rhizobium sugas, no kurām pazīstamākās ir Rhizobium cellulosilyticum un Rhizobium leguminosarum. Tie pieder Rhizobiaceae ģimenei, kurā dzīvo arī citas ģintis: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella un Sinorhizobium.

Pasūtījums ir Rhizobiales, klase ir Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria un valstības baktērijas.

Morfoloģija

Rhizobia ir baktērijas, kas selektīvi inficē pākšaugu saknes. Viņiem ir raksturīgs gramnegatīvs raksturs, tiem ir spēja pārvietoties, un to forma atgādina spieķi. Tās izmēri ir no 0,5 līdz 0,9 mikrometriem platumā un 1,2 līdz 3,0 mikrometriem garumā.

No pārējām baktērijām, kas apdzīvo augsni, tā atšķiras ar divām formām: brīvo morfoloģiju, kas atrodama augsnēs, un simbiotisko formu tās saimniekorganismā.

Papildus kolonijas morfoloģijai un gramu krāsošanai ir arī citas metodes, ar kuru palīdzību var identificēt Rhizobium ģints baktērijas, kas ietver barības vielu izmantošanas testus, piemēram, katalāzes, oksidāzes, un oglekļa un slāpekļa lietojumi.

Tāpat identifikācijai ir izmantoti molekulārie testi, piemēram, molekulāro marķieru pielietošana.

Biotops

Rhizobia, kas pieder Rhizobiaceae ģimenei, raksturo īpatnību, kas saistīta galvenokārt ar Fabaceae dzimtas augiem.

Fabaceae ģimenē ir pākšaugi - graudi, lēcas, lucerna, tikai jāpiemin dažas sugas, kas pazīstamas ar savu gastronomisko vērtību. Ģimene pieder pie Angiosperms, tā ir trešā lielākā ģimene. Tie ir plaši izplatīti pasaulē, sākot no tropiem un beidzot arktiskajiem apgabaliem.

Ir zināma tikai viena pākšaugu augu suga, kas veido simbiotiskas attiecības ar Rhizobium: Parasponea, kas ir Cannabaceae dzimtas augu ģints.

Turklāt asociāciju skaits, ko var izveidot starp mikroorganismu un augu, ir atkarīgs no daudziem faktoriem. Dažreiz asociāciju ierobežo baktēriju raksturs un sugas, savukārt citos gadījumos tas ir atkarīgs no auga.

No otras puses, baktērijas brīvā formā ir daļa no augsnes dabiskās floras - līdz notiek mezglošanās process. Ņemiet vērā: lai arī pākšaugi un rizobi ​​atrodas augsnē, mezgliņu veidošanās nav nodrošināta, jo simbiozes locekļu celmiem un sugām jābūt saderīgām.

Pabalsti un pieteikumi

Slāpekļa fiksācija ir būtisks bioloģiskais process. Tas ietver pārņemšanu slāpekļa atmosfērā, kā N ₂ un tas ir samazināts līdz NH ₄ ⁺ . Tādējādi slāpeklis var iekļūt un tikt izmantots ekosistēmā. Procesam ir liela nozīme dažāda veida vidē, neatkarīgi no tā, vai tā ir sauszemes, saldūdens, jūras vai Arktika.

Šķiet, ka slāpeklis ir elements, kas vairumā gadījumu ierobežo kultūraugu augšanu un darbojas kā ierobežojošs komponents.

No komerciālā viedokļa rizobi ​​var izmantot kā pastiprinātājus lauksaimniecībā, pateicoties to spējai fiksēt slāpekli. Šī iemesla dēļ notiek tirdzniecība ar šo baktēriju inokulācijas procesu.

Rhizobium inokulācija ļoti pozitīvi ietekmē auga augšanu, svaru un no tā iegūto sēklu skaitu. Šīs priekšrocības ir eksperimentāli pierādītas desmitiem pētījumu ar pākšaugiem.

Atsauces

1. Allens, EK, un Allens, ON (1950). Rizobijas bioķīmiskās un simbiotiskās īpašības. Bakterioloģiskie pārskati, 14 (4), 273.
2. Jiao, YS, Liu, YH, Yan, H., Wang, ET, Tian, ​​CF, Chen, WX,… & Chen, WF (2015). Īpaši perspektīvo pākšaugu Sophora flavescens sakneņu daudzveidība un mezglojuma īpašības. Molekulāro augu un mikrobu mijiedarbība, 28 (12), 1338-1352.
3. Jordānija, DC (1962). Rhizobium ģints bakteroīdi. Bakterioloģiskie pārskati, 26 (2 Pt 1-2), 119. lpp.
4. Leung, K., Wanjage, FN, & Bottomley, PJ (1994). Rhizobium leguminosarum bv. trifolii izolāti, kas pārstāv lielākos un mazākos mezglus aizņemošos hromosomu veidus laukā audzētā subclover (Trifolium subterraneum L.). Lietišķā un vides mikrobioloģija, 60 (2), 427-433.
5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: no saprofītiem līdz endosimbiontiem. Daba apskats Mikrobioloģija, 16 (5), 291.
6. Somasegarans, P., un Hoben, HJ (2012). Rhizobijas rokasgrāmata: pākšaugu-Rhizobium tehnoloģijas metodes. Springer Science & Business Media.
7. Vangs, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Ģenētiskie un molekulārie mehānismi, kas ir simbiozes specifiskuma pamatā pākšaugu un Rhizobium mijiedarbībās. Robežas augu zinātnē, 9, 313.