Rhizobium egenskaber, morfologi, habitat og fordele

1012
Basil Manning

Rhizobium Det er en slægt af bakterier, der har evnen til at fiksere kvælstof fra atmosfæren. Generelt er bakterier med evnen til at fiksere kvælstof kendt som rhizobia. Disse forhold mellem planter og mikroorganismer er blevet undersøgt grundigt.

Disse prokaryoter lever i symbiotiske forhold med forskellige planter: bælgfrugter, såsom bønner, lucerne, linser, sojabønner, blandt andre..

Kilde: Af Stdout [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html) eller CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)], via Wikimedia Commons

De er specifikt forbundet med dets rødder og giver planten det kvælstof, de har brug for. Planten tilbyder på sin side bakterierne et tilflugtssted. Dette tætte symbiotiske forhold forårsager udskillelsen af ​​et molekyle kaldet leghemoglobin. Denne symbiose producerer en betydelig andel af Nto i biosfæren.

I dette forhold forårsager bakterierne dannelsen af ​​knuder i rødderne, som adskiller sig fra de såkaldte "bacteroides".

De fleste af de undersøgelser, der er udført i denne bakterieslægt, har kun taget hensyn til dens symbiotiske tilstand og dets forhold til planten. Af denne grund er der meget lidt information relateret til bakteriens individuelle livsstil og dens funktion som en komponent i jordmikrobiomet..

Artikelindeks

  • 1 Funktioner
  • 2 Infektionsproces
    • 2.1 Udvikling og type knuder
    • 2.2 Dannelse af bakteroid
    • 2.3 Tiltrækning mellem rhizobia og rødder
    • 2.4 Leghemoglobin
  • 3 Taxonomi
  • 4 Morfologi
  • 5 Habitat
  • 6 fordele og applikationer
  • 7 Referencer

Egenskaber

Bakterier af slægten Rhizobium De er primært kendt for deres evne til at fiksere kvælstof og etablere symbiotiske forhold til planter. Faktisk betragtes det som et af de mest dramatiske forhold, der findes i naturen..

De er heterotrofe, hvilket indikerer, at de skal få deres energikilde fra organisk materiale.. Rhizobium vokser normalt under aerobe forhold, og knuder dannes ved en temperatur på 25 til 30 ° C og en optimal pH på 6 eller 7.

Imidlertid kræver nitrogenfikseringsprocessen lave koncentrationer af ilt for at beskytte nitrogenase (det enzym, der katalyserer processen)..

For at håndtere de store iltmængder er der et protein, der ligner hæmoglobin, der er ansvarlig for sekvestrering af det ilt, der kan gribe ind i processen.

De symbiotiske forhold, som disse prokaryoter etablerer med bælgfrugter, har en høj økologisk og økonomisk indvirkning, hvorfor der findes omfattende litteratur om dette meget specifikke forhold..

Infektionsprocessen er ikke enkel, den involverer en række trin, hvor bakterierne og planten gensidigt påvirker celledelingsaktiviteter, genekspression, metaboliske funktioner og morfogenese..

Infektionsproces

Disse bakterier er fremragende biologiske modeller til forståelse af interaktioner, der opstår mellem mikroorganismer og planter..

Rhizobia findes i jorden, hvor de koloniserer rødderne og kommer ind i planten. Generelt begynder kolonisering i rodhårene, selvom infektion gennem små lysioner i epidermis også er mulig..

Når bakterien formår at trænge ind i det indre af planten, forbliver den normalt et stykke tid i de intracellulære rum på planten. Når knuder udvikler sig, kommer rhizobia ind i cytoplasmaet af disse strukturer.

Udvikling og type knuder

Udviklingen af ​​knuder involverer en række synkrone begivenheder i begge organismer. Knuder klassificeres i bestemt og ubestemt.

Den førstnævnte stammer fra celledelinger i den indre cortex og har en vedvarende apikal meristem. De er kendetegnet ved at have en cylindrisk form og to differentierede områder.

På den anden side er de bestemte knuder resultatet af celledelinger i den midterste eller ydre del af rodbarken. I disse tilfælde er der ingen vedvarende meristem, og dens form er mere sfærisk. Den modne knude kan udvikle sig ved cellevækst.

Bakteroidannelse

Differentiering i bakterier forekommer i knuden: N-fiksering formto. Bacteroides danner sammen med plantemembraner symbiosomet.

I disse mikrobeplantekomplekser er planten ansvarlig for at levere kulstof og energi, mens bakterierne producerer ammoniak.

Sammenlignet med de fritlevende bakterier gennemgår bakterien en række ændringer i dens transkriptom, i hele dets cellulære struktur og i metaboliske aktiviteter. Alle disse ændringer finder sted for at tilpasse sig et intracellulært miljø, hvor deres eneste mål er nitrogenfiksering..

Planten kan tage denne nitrogenforbindelse udskilt af bakterierne og bruge den til syntese af essentielle molekyler, såsom aminosyrer..

De fleste arter af Rhizobium de er ret selektive med hensyn til antallet af værter, de kan inficere. Nogle arter har kun én vært. I modsætning hertil er et lille antal bakterier karakteriseret ved at være promiskuøse og have et bredt spektrum af potentielle værter..

Tiltrækning mellem rhizobia og rødder

Tiltrækningen mellem bakterier og rødderne af bælgfrugter medieres af kemiske agenser, der udstråles af rødderne. Når bakterierne og roden er tæt, opstår en række begivenheder på molekylært niveau.

Rotflavonoider inducerer gener i bakterier nikke. Dette fører til produktion af oligosaccharider kendt som LCO eller nodfaktorer. LCO'er binder til receptorer, dannet af lysinmotiver, i rodhår og initierer således signalhændelser..

Der er andre gener - udover nikke - involveret i processen med symbiose, såsom exo, nif Y rette op.

Leghemoglobin

Leghemoglobin er et proteinmolekyle, der er typisk for det symbiotiske forhold mellem rhizobia og bælgfrugter. Som navnet antyder, er det meget lig et mere kendt protein: hæmoglobin..

Ligesom sin blodanalog har leghemoglobin sondringen mellem at have en høj affinitet for ilt. Da fikseringsprocessen, der forekommer i knuderne, er negativt påvirket af høje iltkoncentrationer, er proteinet ansvarlig for at fastholde det for at holde systemet i orden..

Taxonomi

Ca. 30 arter af Rhizobium, at være den mest kendte Rhizobium cellulosilyticum Y Rhizobium leguminosarum. Disse tilhører familien Rhizobiaceae, som også er hjemsted for andre slægter: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, Y Sinorhizobium.

Rækkefølgen er Rhizobiales, klassen er Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria og riget Bacteria.

Morfologi

Rhizobia er bakterier, der selektivt inficerer bælgplanterne. De er karakteriseret ved at være gramnegative, har evnen til at bevæge sig og deres form minder om en stok. Dens dimensioner er mellem 0,5 og 0,9 mikrometer i bredden og 1,2 og 3,0 mikrometer i længden..

Det adskiller sig fra resten af ​​de bakterier, der lever i jorden ved at præsentere to former: den frie morfologi, der findes i jord, og den symbiotiske form inden for dets plantevært..

Ud over kolonimorfologi og gramfarvning er der andre metoder, hvorved bakterier af slægten kan identificeres. Rhizobium, Disse inkluderer test af næringsstofudnyttelse, såsom katalase-, oxidase-, og kulstof- og nitrogenanvendelser..

Tilsvarende er molekylære tests blevet anvendt til identifikation, såsom anvendelse af molekylære markører.

Habitat

Generelt udviser rhizobia, der tilhører Rhizobiaceae-familien, den ejendommelighed, der hovedsageligt er forbundet med planter af Fabaceae-familien..

Fabaceae-familien består af bælgfrugter - korn, linser, lucerne, for blot at nævne nogle få arter, der er kendt for deres gastronomiske værdi. Familien tilhører angiospermerne og er den tredje mest talrige familie. De er bredt fordelt i verden, lige fra troperne til de arktiske områder.

Kun en enkelt ikke-bælgplanter er kendt for at etablere symbiotiske forhold til Rhizobium: Parasponea, en slægt af planter af Cannabaceae-familien.

Desuden afhænger antallet af foreninger, der kan etableres mellem mikroorganismen og planten, af mange faktorer. Undertiden er foreningen begrænset af bakteriens art og art, mens det i andre tilfælde afhænger af planten..

På den anden side er bakterier i deres frie form en del af jordens naturlige flora - indtil noduleringsprocessen opstår. Bemærk, at selvom bælgfrugter og rhizobia findes i jorden, er dannelsen af ​​knuder ikke sikret, da stammerne og arterne af medlemmerne af symbiosen skal være kompatible.

Fordele og applikationer

Nitrogenfiksering er en vigtig biologisk proces. Involverer optagelse af kvælstof fra atmosfæren i form af Nto og reduceres til NH4+. Således kan kvælstof komme ind og bruges i økosystemet. Processen er af stor betydning i forskellige typer miljøer, det være sig jordbaserede, ferskvand, marine eller arktiske..

Kvælstof ser ud til at være et element, der i de fleste tilfælde begrænser væksten af ​​afgrøder og fungerer som en begrænsende komponent..

Fra et kommercielt synspunkt kan rhizobia bruges som forstærkere i landbruget takket være deres evne til at fiksere kvælstof. Derfor er der en handel relateret til podningsprocessen af ​​disse bakterier.

Inokuleringen af ​​rhizobium har meget positive virkninger på plantens vækst, vægten og antallet af frø, den producerer. Disse fordele er eksperimentelt bevist ved snesevis af undersøgelser med bælgfrugter.

Referencer

  1. Allen, E. K., & Allen, O. N. (1950). Biokemiske og symbiotiske egenskaber ved rhizobia. Bakteriologiske anmeldelser, 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). Rhizobial mangfoldighed og noduleringsegenskaber ved den ekstremt promiskue bælgfrugt Sophora flavescens. Molekylære plante-mikrob-interaktioner, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D.C. (1962). Bakteroiderne fra slægten Rhizobium. Bakteriologiske anmeldelser, 26(2 Pt 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F. N., & Bottomley, P. J. (1994). Symbiotiske egenskaber ved Rhizobium leguminosarum bv. trifolii isolater, der repræsenterer store og mindre knuder, der besætter kromosomale typer feltdyrket underkløver (Trifolium subterraneum L.). Anvendt og miljømæssig mikrobiologi, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: fra saprofytter til endosymbionter. Naturanmeldelser Mikrobiologi, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (2012). Håndbog til rhizobia: metoder inden for bælgfrugter-Rhizobium-teknologi. Springer Science & Business Media.
  7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Genetiske og molekylære mekanismer, der ligger til grund for symbiotisk specificitet i bælgfrugter-Rhizobium-interaktioner. Grænser inden for plantevidenskab, 9, 313.

Endnu ingen kommentarer