Karakteristike Rhizobiuma, taksonomija, morfologija, stanište i pogodnosti



Rhizobium je rod bakterija koje posjeduju sposobnost da fiksiraju dušik iz atmosfere. Općenito, bakterije koje imaju sposobnost fiksiranja dušika poznate su kao rizobija. Ovi odnosi između biljaka i mikroorganizama opsežno su proučavani.

Ovi prokarioti žive u simbiotičkim odnosima s različitim biljkama: mahunarkama, kao što su grah, lucerna, leća, soja, među ostalima.

Oni su posebno povezani s njihovim korijenima i osiguravaju biljci dušik koji im je potreban. Biljka, pak, bakteriji nudi mjesto utočišta. Taj bliski simbiotski odnos uzrokuje izlučivanje molekule nazvane legemoglobin. Ova simbioza proizvodi značajan udio N2 u biosferi.

U tom odnosu bakterije uzrokuju nastanak kvržica u korijenu, koje razlikuju takozvane "bacteroide"..

Većina studija koje su provedene u ovom bakterijskom rodu, uzele su u obzir samo njihovo simbiotičko stanje i njegov odnos s biljkom. Iz tog razloga postoji vrlo malo informacija o individualnom načinu života bakterija i njegovoj funkciji kao sastojku mikrobioma tla..

indeks

  • 1 Značajke
  • 2 Postupak infekcije
    • 2.1 Razvoj i vrsta čvorića
    • 2.2 Formiranje Bacteroida
    • 2.3. Privlačenje rizobije i korijena
    • 2.4 Leghemoglobin
  • 3 Taksonomija
  • 4 Morfologija
  • 5 Stanište
  • 6 Prednosti i aplikacije
  • 7 Reference

značajke

Bakterije roda Rhizobium Poznati su uglavnom zbog svoje sposobnosti da fiksiraju dušik i uspostave simbiotičke odnose s biljkama. Zapravo, smatra se jednim od najdramatičnijih odnosa koji postoje u prirodi.

Oni su heterotrofni, što znači da moraju dobiti svoj izvor energije organske tvari. Rhizobium normalno raste u aerobnim uvjetima i noduli se formiraju na temperaturi od 25 do 30 ° C i optimalnom pH od 6 ili 7.

Međutim, proces fiksacije dušika zahtijeva niske koncentracije kisika kako bi se zaštitio dušikaza (enzim koji katalizira proces).

Da bi se nosili s velikim količinama kisika, postoji protein sličan hemoglobinu koji je odgovoran za sekvestriranje kisika koji bi mogao intervenirati u procesu.

Simbiotski odnosi koje ti prokarioti uspostavljaju s mahunarkama imaju visok ekološki i ekonomski utjecaj, tako da postoji opsežna literatura o ovom vrlo specifičnom odnosu..

Proces infekcije nije jednostavan, on obuhvaća niz koraka gdje bakterije i biljka utječu jedna na drugu u aktivnostima stanične diobe, ekspresije gena, metaboličkih funkcija i morfogeneze.

Proces infekcije

Ove bakterije su izvrsni biološki modeli za razumijevanje interakcija koje se javljaju između mikroorganizama i biljaka.

Rizobije se nalaze u tlu, gdje koloniziraju korijene i uspijevaju ući u biljku. Općenito, kolonizacija počinje u korijenskim dlakama, iako je infekcija moguća i kroz male lezije epidermisa.

Kada bakterija može prodrijeti u unutrašnjost biljke, obično se zadržava neko vrijeme u unutarstaničnim prostorima biljke. Kako se razvijaju noduli, rizobija ulazi u citoplazmu tih struktura.

Razvoj i vrsta nodula

Razvoj čvorova uključuje niz sinkronijskih događaja u oba organizma. Noduli su klasificirani u određene i neodređene.

Prvi potječu iz stanične podjele u unutarnjem korteksu i imaju uporni apikalni meristem. Karakteriziraju ih cilindrični oblik i dvije diferencirane zone.

S druge strane, određeni čvorići su rezultat dijeljenja stanica u srednjem ili vanjskom dijelu korijena kore. U tim slučajevima nemate postojani meristem i njegov je oblik sferičniji. Zreli čvor može se razviti rastom stanica.

Stvaranje bakteriroida

Diferencijacija u bakterioidima javlja se u nodulu: oblik fiksiranja N2. Bakterioidi, zajedno s membranama biljaka, tvore simbiome.

U tim složenim biljnim mikroorganizmima, biljka je odgovorna za dobivanje ugljika i energije, dok bakterije proizvode amonijak.

U usporedbi sa slobodno živim bakterijama, bakterioda prolazi kroz niz promjena u svom transkriptomu, u cijeloj staničnoj strukturi i u metaboličkim aktivnostima. Sve te promjene odvijaju se kako bi se prilagodile unutarstaničnoj okolini, gdje je njezin jedini cilj fiksacija dušika.

Biljka može uzeti ovaj dušikov spoj koji luče bakterije i koristiti ga za sintezu esencijalnih molekula, kao što su aminokiseline.

Većina vrsta Rhizobium Oni su vrlo selektivni u smislu broja gostiju koje mogu zaraziti. Neke vrste imaju samo jednog domaćina. Nasuprot tome, mali broj bakterija karakterizira promiskuitetnost i širok spektar potencijalnih domaćina.

Privlačnost rizobije i korijena

Privlačnost između bakterija i korijena mahunarki je posredovana kemijskim agensima, izlučenim korijenima. Kada su bakterije i korijen blizu, niz događaja događa se na molekularnoj razini.

Korijen flavonoida inducira gene u bakterijama NOD. To dovodi do proizvodnje oligosaharida poznatih kao LCO ili faktori kvrgavosti. LCO se vežu za receptore, formirane od lizinskih motiva, u korijenskim dlakama, čime se započinju signalni događaji.

Postoje i drugi geni - osim toga NOD - uključeni u proces simbioze, kao exo, nif i popraviti.

leghaemoglobin

Legemoglobin je molekula proteinske prirode, tipična za simbiotički odnos između rizobije i mahunarki. Kao što naziv implicira, vrlo je sličan poznatom proteinu: hemoglobinu.

Kao i njegov krvni analog, leghemoglobin se razlikuje po tome što ima visok afinitet za kisik. Budući da proces fiksacije koji se javlja u čvorovima negativno utječe na visoke koncentracije kisika, protein je odgovoran za njegovo zadržavanje kako bi sustav ispravno funkcionirao..

taksonomija

Otprilike 30 vrsta Rhizobium, biti najpoznatiji Rhizobium cellulosilyticum i Rhizobium leguminosarum. Oni pripadaju obitelji Rhizobiaceae, u kojoj se nalaze i drugi rodovi: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, i sinorhizobium.

Red je Rhizobiales, u razredu su Alphaproteobacteria, proteina bakterija i kraljevstvo bakterija.

morfologija

Rizobije su bakterije koje selektivno zaraze korijen mahunarki. Karakteriziraju ih gram negativni, imaju sposobnost premještanja i njihov oblik podsjeća na štap. Njegove dimenzije su u rasponu od 0,5 do 0,9 mikrometara i 1,2 i 3,0 mikrometra.

Oni se razlikuju od ostalih bakterija koje obitavaju u tlu s dva oblika: slobodnom morfologijom koja se nalazi u tlima i simbiotskim oblikom u njihovom biljnom domaćinu..

Osim morfologije kolonije i bojanja gramima, postoje i druge metode pomoću kojih možete identificirati bakterije iz roda Rhizobium, To uključuje ispitivanja upotrebe hranjivih tvari, kao što su test katalaze, oksidaza i uporaba ugljika i dušika.

Slično tome, molekularni testovi su korišteni za identifikaciju, kao što je primjena molekularnih markera.

stanište

Općenito, rizobije koje pripadaju obitelji Rhizobiaceae pokazuju osobitost povezanosti uglavnom s biljkama obitelji Fabaceae.

Obitelj Fabaceae uključuje mahunarke - žitarice, leću, lucernu, samo da bismo naveli nekoliko vrsta koje su poznate po svojoj gastronomskoj vrijednosti. Obitelj pripada Angiospermima, kao treća najveća obitelj. Oni su široko rasprostranjeni u svijetu, od tropskih područja do arktičkih područja.

Poznata je samo jedna biljna vrsta bez leguminoza koja uspostavlja simbiotičke odnose Rhizobium: Parasponea, rod biljaka iz obitelji Cannáceas.

Osim toga, broj asocijacija koje se mogu uspostaviti između mikroorganizma i biljke ovisi o mnogim čimbenicima. Ponekad je povezanost ograničena prirodom i vrstama bakterija, dok u drugim slučajevima ovisi o biljci.

S druge strane, bakterije su u slobodnom obliku dio prirodne flore tla - sve dok se ne pojavi proces nodulacije. Imajte na umu da, iako u tlu postoje mahunarke i rizobije, formiranje kvržica nije osigurano, jer sojevi i vrste članova simbioze moraju biti kompatibilni.

Prednosti i aplikacije

Fiksiranje dušika je ključni biološki proces. Uključuje unos dušika u atmosferu, u obliku N2 i reducira se na NH4+. Dakle, dušik može ući i koristiti se u ekosustavu. Proces je od velike važnosti u različitim tipovima okruženja, bilo da se radi o kopnenom, slatkovodnom, morskom ili arktičkom.

Čini se da je dušik element koji u većini slučajeva ograničava rast usjeva i djeluje kao ograničavajuća komponenta.

S komercijalnog stajališta, rizobija se može koristiti kao pojačivač u poljoprivredi zahvaljujući svojoj sposobnosti da fiksira dušik. Prema tome, postoji trgovina koja se odnosi na postupak inokulacije navedenih bakterija.

Inokulacija rhizobiuma ima vrlo pozitivne učinke u odnosu na rast biljke, težinu i broj sjemenki koje proizvodi. Te su prednosti eksperimentalno dokazale desetke studija s mahunarkama.

reference

  1. Allen, E.K., & Allen, O.N. (1950). Biokemijska i simbiotička svojstva rizobije. Bakteriološki pregledi, 14(4), 273.
  2. Jiao, Y.S., Liu, Y.H., Yan, H., Wang, E.T., Tian, ​​C.F., Chen, W.X., ... i Chen, W.F. (2015). Rizobijalna raznolikost i karakteristike nodulacije ekstremno promiskuitetnog leguminoza Sophora flavescens. Molekularne interakcije biljnih mikroba, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D.C. (1962). Bacteroids iz roda Rhizobium. Bakteriološki pregledi, 26(2 Pt 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F.N., & Bottomley, P.J. (1994). Simbiotičke karakteristike Rhizobium leguminosarum bv. trifolii izolati koji predstavljaju glavne i manje kromosomske tipove kukavica uzgojenih na poljuTrifolium subterraneum L.). Primijenjena i ekološka mikrobiologija, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., i Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: od saprofita do endosimbionta. Nature Reviews Mikrobiologija, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H.J. (2012). Priručnik za rizobiju: metode u leguminozi - tehnologiji Rhizobium. Springer znanost i poslovni mediji.
  7. Wang, Q., Liu, J., i Zhu, H. (2018). Genetski i molekularni mehanizmi na kojima se temelji simbiotička specifičnost u interakcijama legume-rhizobium. Granice u biljnoj znanosti, 9, 313.