Характеристики Rhizobium, таксономія, морфологія, середовище проживання та переваги



Rhizobium являє собою рід бактерій, які володіють здатністю фіксувати азот з атмосфери. Загалом, бактерії з здатністю фіксувати азот відомі як ризобії. Ці зв'язки між рослинами і мікроорганізмами широко вивчені.

Ці прокаріоти живуть у симбіотичних відносинах з різними рослинами: бобові, такі як боби, люцерна, сочевиця, соя, серед інших.

Вони специфічно пов'язані з їх корінням і забезпечують рослину необхідним азотом. Рослина, у свою чергу, надає бактерії притулок. Це близьке симбіотичне відношення викликає секрецію молекули, яка називається легогемоглобіном. Цей симбіоз виробляє значну частку N2 в біосфері.

У цьому взаємозв'язку бактерії викликають утворення вузликів в коренях, які диференціюють так звані "бактероїди" \ t.

Більшість досліджень, проведених у цьому бактеріальному роді, враховували тільки їх симбіотичний стан та його зв'язок з рослиною. З цієї причини існує дуже мало інформації, що стосується індивідуального способу життя бактерій та її функції як компонента мікробіоми грунту..

Індекс

  • 1 Характеристики
  • 2 Процес інфекції
    • 2.1 Розробка і тип вузликів
    • 2.2 Формування бактероида
    • 2.3 Залучення між ризобіями і корінням
    • 2.4 Леггемоглобін
  • 3 Таксономія
  • 4 Морфологія
  • 5 Хабітат
  • 6 Переваги та застосування
  • 7 Посилання

Особливості

Бактерії роду Rhizobium Вони відомі головним чином за їх здатність фіксувати азот і встановлювати симбіотичні відносини з рослинами. Насправді, це вважається одним з найбільш драматичних відносин, що існують в природі.

Вони є гетеротрофними, що вказує на те, що вони повинні отримати своє енергетичне джерело органічної речовини. Rhizobium він нормально росте в аеробних умовах і вузлики утворюються при температурі від 25 до 30 ° С і оптимальному рН 6 або 7.

Однак процес фіксації азоту вимагає низьких концентрацій кисню для захисту нітрогенази (фермент, який каталізує процес)..

Для боротьби з великою кількістю кисню існує білок, подібний до гемоглобіну, який відповідає за виділення кисню, який може втрутитися в процес.

Симбіотичні відносини, які ці прокаріоти встановлюють з бобовими культурами, мають високий екологічний та економічний вплив, тому існує велика література з цього дуже специфічного зв'язку.

Процес інфекції не є простим, він включає ряд етапів, де бактерії і рослина впливають один на одного в діяльності клітинного поділу, експресії генів, метаболічних функцій і морфогенезу.

Процес інфекції

Ці бактерії є відмінними біологічними моделями для розуміння взаємодій, що відбуваються між мікроорганізмами та рослинами.

Ризобії знаходяться в грунті, де вони колонізують коріння і встигають потрапити в рослину. Як правило, колонізація починається в кореневих волосках, хоча інфекція також можлива через невеликі ураження епідермісу.

Коли бактерія здатна проникати всередину рослини, вона зазвичай зберігається деякий час у внутрішньоклітинних просторах рослини. По мірі розвитку вузликів ризобії надходять у цитоплазму цих структур.

Розробка і тип вузликів

Розробка вузликів включає низку синхронних подій в обох організмах. Вузли класифікуються в певних і невизначених.

Перші походять з клітинних поділів у внутрішній корі і мають стійку апікальну меристему. Вони характеризуються наявністю циліндричної форми і двох диференційованих зон.

З іншого боку, визначені вузли виникають в результаті ділення клітин в середній або зовнішній частині кори кореня. У цих випадках у вас немає стійкої меристеми і її форма більш сферична. Зрілий вузлик може розвиватися за рахунок росту клітин.

Формування бактероїда

Диференціювання в бактероїдах відбувається в вузлі: N-фіксуюча форма2. Бактероїди разом з мембранами рослин утворюють симбіоми.

У цих складних рослинних мікробах рослина відповідає за отримання вуглецю і енергії, а бактерії виробляють аміак.

У порівнянні з вільноживучими бактеріями, бактеріода зазнає низку змін у своєму транскриптомі, у всій її клітинній структурі та в метаболічній діяльності. Всі ці зміни відбуваються з метою адаптації до внутрішньоклітинного середовища, де єдиною метою є фіксація азоту.

Рослина може приймати це азотисте з'єднання, що виділяється бактеріями, і використовувати його для синтезу незамінних молекул, таких як амінокислоти.

Більшість видів Росії Rhizobium Вони досить вибіркові з точки зору кількості гостей, які вони можуть заразити. Деякі види мають тільки одного господаря. Навпаки, невелика кількість бактерій характеризується тим, що вони є нерозбірливими і мають широкий спектр потенційних господарів.

Залучення між ризобіями і корінням

Залучення між бактеріями і корінням бобових культур опосередковується хімічними агентами, що виділяються корінням. Коли бактерії і корінь близькі, серія подій відбувається на молекулярному рівні.

Кореневі флавоноїди індукують гени у бактерій кивають. Це призводить до отримання олігосахаридів, відомих як LCO або вузлових факторів. LCO зв'язуються з рецепторами, утвореними мотивами лізину, в кореневих волосках, таким чином, ініціюючи сигнальні події.

Є й інші гени - крім того кивають - бере участь у процесі симбіозу, як exo, nif і виправити.

Леггемоглобін

Леггемоглобін є молекулою білкової природи, характерною для симбіотичної залежності між ризобією і бобовими культурами. Як випливає з назви, вона дуже схожа на більш звичний білок: гемоглобін.

Як і його аналог крові, легегемоглобін відрізняється високою спорідненістю до кисню. Оскільки процес фіксації, що відбувається в вузлах, негативно впливає на високі концентрації кисню, білок відповідає за збереження його для належного функціонування системи.

Таксономія

Близько 30 видів Rhizobium, будучи найбільш відомим Rhizobium cellulosilyticum і Rhizobium leguminosarum. Вони належать до сімейства Rhizobiaceae, де також розташовуються інші роди: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, і Sinorhizobium.

Порядок є Rhizobiales, клас Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria і королівство бактерій.

Морфологія

Ризобії - це бактерії, які вибірково заражають коріння бобових. Вони характеризуються бути грамнегативними, мають зміщувальну здатність і їх форму нагадує очерет. Його розміри становлять від 0,5 до 0,9 мікрометрів завширшки і 1,2 і 3,0 мікрометра.

Вони відрізняються від інших бактерій, що населяють грунт, подаючи дві форми: вільну морфологію, знайдену в ґрунтах, і симбіотичну форму в межах їх рослин-господарів..

Крім морфології колонії та фарбування за допомогою граму, існують інші методи, за допомогою яких можна виявити бактерії роду Rhizobium, До них відносяться випробування на утилізацію поживних речовин, такі як тест каталази, оксидаза і застосування вуглецю та азоту.

Аналогічно, для ідентифікації були використані молекулярні тести, такі як застосування молекулярних маркерів.

Хабітат

Взагалі, ризобії, що належать до сімейства Rhizobiaceae, мають особливість, пов'язану з рослинами сімейства Fabaceae.

Сім'я Fabaceae включає бобові - зернові, сочевиця, люцерна, щоб назвати лише кілька видів, відомих своєю гастрономічною цінністю. Сім'я належить до покритонасінних, будучи третьою за величиною сім'єю. Вони широко поширені в світі, починаючи від тропічних регіонів до арктичних районів.

Відомо лише один вид рослин не бобових, з якими встановлюються симбіотичні відносини Rhizobium: Parasponea, роду рослин сім'ї Каннабасе.

Крім того, кількість асоціацій, які можуть бути встановлені між мікроорганізмом і рослиною, залежить від багатьох факторів. Іноді асоціація обмежена природою і видами бактерій, в інших випадках вона залежить від рослини.

З іншого боку, у вільній формі бактерії входять до складу природної флори ґрунту - аж поки не відбувається процес вузлика. Зауважимо, що хоча в ґрунті є бобові та ризобії, формування вузликів не гарантоване, оскільки штами і види членів симбіозу повинні бути сумісними..

Переваги та застосування

Фіксація азоту є важливим біологічним процесом. Включає прийом азоту в атмосферу, у вигляді N2 і він зводиться до NH4+. Таким чином, азот може входити і використовуватись в екосистемі. Процес має велике значення в різних типах середовищ, будь то наземний, прісноводний, морський або арктичний.

Схоже, що азот є елементом, який обмежує, в більшості випадків, зростання культур і виступає як обмежувальний компонент.

З комерційної точки зору ризобія може бути використана в якості підсилювачів у сільському господарстві завдяки її здатності фіксувати азот. Тому існує торгівля, пов'язана з процесом інокуляції зазначених бактерій.

Інокуляція rhizobium має дуже позитивні ефекти по відношенню до росту рослини, ваги і кількості насіння, які вона виробляє. Ці переваги експериментально доведено десятками досліджень бобових культур.

Список літератури

  1. Allen, E.K., & Allen, O.N. (1950). Біохімічні та симбіотичні властивості ризобії. Бактеріологічні огляди, 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). Різобіальна різноманітність і вузлові характеристики надзвичайно нерозбірливих бобових культур Sophora flavescens. Молекулярні взаємодії рослин-мікробів, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D. C. (1962). Бактероїди роду Rhizobium. Бактеріологічні огляди, 26(2 Pt 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F.N., & Bottomley, P.J. (1994). Симбіотичні характеристики Rhizobium leguminosarum bv. trifolii ізоляти, які представляють великі і малі хромосомні типи підросту, що займають вузлиTrifolium subterraneum L.). Прикладна та екологічна мікробіологія, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Кореневище: від сапрофітів до ендосимбіонтів. Відгуки про природу Мікробіологія, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (2012). Довідник по ризобії: методи в бобових-технологіях Rhizobium. Springer Science & Business Media.
  7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Генетичні та молекулярні механізми, що лежать в основі симбіотичної специфіки в взаємодіях бобових і ризобій. Межі в науці рослин, 9, 313.