Charakteristiky Rhizobia, taxonómia, morfológia, biotop a prínosy



Rhizobium je rod baktérií, ktoré majú schopnosť fixovať dusík z atmosféry. Všeobecne, baktérie so schopnosťou fixovať dusík sú známe ako rhizobia. Tieto vzťahy medzi rastlinami a mikroorganizmami boli rozsiahle študované.

Tieto prokaryoty žijú v symbiotických vzťahoch s rôznymi rastlinami: strukovinami, ako sú fazuľa, lucerna, šošovica, sójové bôby, okrem iných..

Sú špecificky spojené so svojimi koreňmi a poskytujú rastlinám dusík, ktorý potrebujú. Rastlina zase ponúka baktérii miesto útočišťa. Tento úzky symbiotický vzťah spôsobuje vylučovanie molekuly nazývanej leghemoglobín. Táto symbióza produkuje významný podiel N2 v biosfére.

V tomto vzťahu baktérie spôsobujú tvorbu uzlíkov v koreňoch, ktoré odlišujú tzv..

Väčšina štúdií, ktoré boli vykonané v tomto bakteriálnom rode, vzali do úvahy len ich symbiotický stav a jeho vzťah s rastlinou. Z tohto dôvodu je veľmi málo informácií týkajúcich sa individuálneho životného štýlu baktérií a ich funkcie ako zložky pôdneho mikrobiomu..

index

  • 1 Charakteristiky
  • 2 Infekčný proces
    • 2.1 Vývoj a typ uzlín
    • 2.2 Tvorba baktérií
    • 2.3 Príťažlivosť medzi rizómom a koreňmi
    • 2.4 Legemoglobín
  • 3 Taxonómia
  • 4 Morfológia
  • 5 Habitat
  • 6 Výhody a aplikácie
  • 7 Referencie

rysy

Baktérie rodu Rhizobium Sú známe najmä svojou schopnosťou fixovať dusík a vytvárať symbiotické vzťahy s rastlinami. V skutočnosti je považovaný za jeden z najdramatickejších vzťahov, ktoré existujú v prírode.

Sú heterotrofné, čo znamená, že musia získať svoj zdroj energie organickej hmoty. Rhizobium rastie normálne za aeróbnych podmienok a uzliny sa tvoria pri teplote 25 až 30 ° C a optimálnom pH 6 alebo 7.

Proces fixácie dusíka však vyžaduje nízke koncentrácie kyslíka na ochranu dusíkatej kyseliny (enzým, ktorý katalyzuje proces)..

Aby sme sa vysporiadali s vysokým množstvom kyslíka, existuje proteín podobný hemoglobínu, ktorý je zodpovedný za sekvestráciu kyslíka, ktorý by mohol zasahovať do procesu..

Symbiotické vzťahy, ktoré tieto prokaryoty vytvárajú s strukovinami, majú veľký ekologický a ekonomický dopad, preto existuje rozsiahla literatúra o tomto veľmi špecifickom vzťahu.

Infekčný proces nie je jednoduchý, zahŕňa sériu krokov, kde sa baktérie a rastlina navzájom ovplyvňujú v činnostiach bunkového delenia, génovej expresie, metabolických funkcií a morfogenézy..

Infekčný proces

Tieto baktérie sú vynikajúce biologické modely na pochopenie interakcií, ktoré sa vyskytujú medzi mikroorganizmami a rastlinami.

Rhizobia sa nachádzajú v pôde, kde kolonizujú korene a do nej sa dostanú. Vo všeobecnosti začína kolonizácia v koreňových chĺpkoch, hoci infekcia je možná aj prostredníctvom malých lézií v epiderme.

Keď baktérie dokážu preniknúť do vnútra rastliny, zvyčajne sa udržujú na chvíľu v intracelulárnych priestoroch rastliny. Ako prebieha vývoj uzlín, rhizobia vstupuje do cytoplazmy týchto štruktúr.

Vývoj a typ uzlín

Vývoj uzlín zahŕňa sériu synchronických príhod v oboch organizmoch. Uzliny sú klasifikované v určitých a neurčitých.

Prvý pochádza z bunkového delenia vo vnútornej kôre a má trvalý apikálny meristém. Vyznačujú sa valcovým tvarom a dvoma diferencovanými zónami.

Na druhej strane, zistené uzliny vyplývajú z delenia buniek v strednej alebo vonkajšej časti koreňového kortexu. V týchto prípadoch nemáte trvalý meristém a jeho tvar je guľovitý. Dospelý uzlík sa môže vyvinúť bunkovým rastom.

Tvorba bakteroidu

Diferenciácia bakteroidov sa vyskytuje v uzlinách: N-fixačná forma2. Bakteroidy spolu s membránami rastlín vytvárajú symbiosóm.

V týchto komplexných rastlinných mikróboch je rastlina zodpovedná za poskytovanie uhlíka a energie, zatiaľ čo baktérie produkujú amoniak.

V porovnaní s voľne žijúcimi baktériami, bakteriode podlieha sérii zmien v jeho transkriptome, v celej bunkovej štruktúre av metabolických aktivitách. Všetky tieto zmeny sa uskutočňujú tak, aby sa prispôsobili vnútrobunkovému prostrediu, kde jediným cieľom je fixácia dusíka.

Rastlina môže túto dusíkatú zlúčeninu vylučovať baktériami a použiť ju na syntézu základných molekúl, ako sú aminokyseliny.

Väčšina druhov Rhizobium Sú pomerne selektívne, pokiaľ ide o počet hostí, ktoré môžu infikovať. Niektoré druhy majú iba jedného hostiteľa. Naopak, malý počet baktérií je charakterizovaný tým, že sú promiskuitné a majú široké spektrum potenciálnych hostiteľov.

Príťažlivosť medzi rhizobiou a koreňmi

Príťažlivosť medzi baktériami a koreňmi strukovín je sprostredkovaná chemickými látkami, ktoré vyžarujú korene. Keď sú baktérie a koreň blízko, vyskytne sa na molekulárnej úrovni rad udalostí.

Koreňové flavonoidy indukujú gény v baktériách NOD. To vedie k produkcii oligosacharidov známych ako LCO alebo uzlové faktory. LCO sa viažu na receptory tvorené lyzínovými motívmi v koreňových chĺpkoch, čím iniciujú signalizačné udalosti.

Existujú aj iné gény NOD - zapojený do procesu symbiózy, ako napr exo, nif a opraviť.

leghaemoglobin

Leghemoglobin je molekula proteínovej povahy, typická pre symbiotický vzťah medzi rhizobiou a strukovinami. Ako už názov napovedá, je celkom podobný známemu proteínu: hemoglobínu.

Podobne ako jeho krvný analóg, aj legemoglobín sa vyznačuje vysokou afinitou k kyslíku. Keďže proces fixácie, ktorý sa vyskytuje v uzlinách, je negatívne ovplyvnený vysokými koncentráciami kyslíka, proteín je zodpovedný za udržanie správneho fungovania systému..

taxonómie

Približne 30 druhov Rhizobium, najznámejšie Rhizobium cellulosilyticum a Rhizobium leguminosarum. Patria do čeľade Rhizobiaceae, kde sa nachádzajú aj iné rody: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, a sinorhizobium.

Poradie je Rhizobiales, trieda je Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria a Bacteria Kingdom..

morfológia

Rhizobia sú baktérie, ktoré selektívne infikujú korene strukovín. Sú charakteristické tým, že sú gram-negatívne, majú kapacitu posunu a ich tvar pripomína trstinu. Jeho rozmery sú medzi 0,5 a 0,9 mikrometrov široké a 1,2 a 3,0 mikrometre dlhé.

Líšia sa od zvyšku baktérií, ktoré obývajú pôdu tým, že majú dve formy: voľnú morfológiu nachádzajúcu sa v pôdach a symbiotickú formu v ich rastlinnom hostiteľovi..

Okrem morfológie kolónie a farbenia gramov existujú aj iné metódy, pomocou ktorých môžete identifikovať baktérie rodu Rhizobium, Patria sem testy využitia živín, ako je katalázový test, oxidáza a použitie uhlíka a dusíka.

Podobne sa na identifikáciu použili molekulárne testy, napríklad aplikácia molekulárnych markerov.

habitat

Všeobecne platí, že rhizobia patriaca do čeľade Rhizobiaceae vykazuje zvláštnosť spojenú hlavne s rastlinami rodu Fabaceae..

Rodina Fabaceae zahŕňa strukoviny - zrná, šošovicu, lucernu, len na označenie niekoľkých druhov známych pre ich gastronomickú hodnotu. Rodina patrí do Angiosperms, tretia najväčšia rodina. Sú široko rozšírené vo svete, od tropických oblastí po arktické oblasti.

Je známa len jedna ne-strukovinová rastlina, ktorá vytvára symbiotické vzťahy Rhizobium: Parasponea, rod rastlín čeľade Cannabáceas.

Okrem toho, počet asociácií, ktoré môžu vzniknúť medzi mikroorganizmom a rastlinou, závisí od mnohých faktorov. Niekedy je asociácia obmedzená povahou a druhmi baktérií, zatiaľ čo v iných prípadoch závisí od rastliny.

Okrem toho vo voľnej forme, baktérie sú súčasťou prirodzenej flóry pôdy - kým nedôjde k nodulace dochádza. Všimnite si, že hoci tam strukovín a Rhizobia v pôde, je zaistená nie je tvorba uzlíkov, pretože kmene a druhy členov symbiózy musia byť kompatibilné.

Výhody a aplikácie

Fixácia dusíka je rozhodujúcim biologickým procesom. Zahŕňa príjem dusíka v atmosfére vo forme N2 a redukuje sa na NH4+. Dusík teda môže vstúpiť do ekosystému a byť v ňom použitý. Tento proces má veľký význam v rôznych typoch prostredí, či už pozemných, sladkovodných, morských alebo arktických.

Zdá sa, že dusík je prvok, ktorý vo väčšine prípadov obmedzuje rast plodín a pôsobí ako obmedzujúca zložka.

Z komerčného hľadiska možno rhizobiu použiť ako zosilňovače v poľnohospodárstve vďaka svojej schopnosti fixovať dusík. Preto existuje obchod týkajúci sa procesu inokulácie uvedených baktérií.

Očkovanie rizobia má veľmi pozitívne účinky vo vzťahu k rastu rastliny, hmotnosti a počtu semien, ktoré produkuje. Tieto výhody boli experimentálne preukázané desiatkami štúdií s strukovinami.

referencie

  1. Allen, E. K., & Allen, O. N. (1950). Biochemické a symbiotické vlastnosti rhizobie. Bakteriologické prehľady, 14(4), 273.
  2. Jiao, Y. S., Liu, Y. H., Yan, H., Wang, E. T., Tian, ​​C. F., Chen, W. X., ... & Chen, W. F. (2015). Rhizobiálna diverzita a nodulačné charakteristiky extrémne promiskuitnej strukoviny Sophora flavescens. Molekulové interakcie medzi rastlinami a mikróbmi, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D.C. (1962). Bakteroidy rodu Rhizobium. Bakteriologické prehľady, 26(2 Pt 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F. N., & Bottomley, P. J. (1994). Symbiotické charakteristiky Rhizobium leguminosarum bv. trifolii ktoré predstavujú hlavné a vedľajšie chromozómové typy, ktoré obsadzujú uzliny (Trifolium subterraneum L.). Aplikovaná a environmentálna mikrobiológia, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: od saprofytov po endosymbióny. Príroda Recenzie Mikrobiológia, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (2012). Príručka pre rhizobiu: metódy v technológii strukovín-Rhizobium. Springer Science & Business Media.
  7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Genetické a molekulárne mechanizmy, ktoré sú základom pre symbiotickú špecificitu v interakciách medzi strukovinami a Rhizobiom. Hranice v rastlinnej vede, 9, 313.