RHIZOBIUM: JELLEMZŐK, MORFOLÓGIA, ÉLŐHELY ÉS ELŐNYÖK - BIOLÓGIA - 2025

A Rhizobium olyan baktériumok nemzetsége, amelyek képesek rögzíteni a nitrogént a légkörből. Általában a nitrogént rögzítő képességgel rendelkező baktériumokat rizóbiának hívják. A növények és a mikroorganizmusok közötti ezeket a kapcsolatokat széles körben vizsgálták.

Ezek a prokarióták szimbiotikus kapcsolatokban élnek különféle növényekkel: hüvelyesek, például bab, lucerna, lencse, szójabab.

Forrás: Stdout, a Wikimedia Commons-on keresztül

Ezek kifejezetten a gyökereihez kapcsolódnak, és biztosítják a növénynek a szükséges nitrogént. A növény a maga részéről menedéket kínál a baktériumok számára. Ez a szoros szimbiotikus kapcsolat a leghemoglobin nevű molekula kiválasztódását okozza. Ez a szimbiózis az N ₂ jelentős részét termeli a bioszférában.

Ebben a kapcsolatban a baktérium olyan csomók kialakulását okozza a gyökerekben, amelyeket "bakteroidok" -nak különböznek.

Az ezen a baktérium nemzeten végzett vizsgálatok többsége csak a szimbiotikus állapotát és a növényhez fűződő kapcsolatát veszi figyelembe. Ezért nagyon kevés információ áll rendelkezésre a baktérium egyéni életmódjáról és annak a talaj mikrobiómának alkotóelemként betöltött funkciójáról.

jellemzők

A Rhizobium nemzetség baktériumai elsősorban azért ismertek, hogy képesek rögzíteni a nitrogént és szimbiotikus kapcsolatot létesíteni a növényekkel. Valójában azt tekintik az egyik legdrámaibb kapcsolatnak, amely a természetben létezik.

Heterotrófok, ami azt jelzi, hogy az energiaforrást szerves anyagból kell megszerezniük. A Rhizobium normál körülmények között növekszik aerob körülmények között, és csomók képződnek 25-30 ° C hőmérsékleten és optimális pH-értékük 6 vagy 7.

A nitrogén-rögzítési eljáráshoz azonban alacsony oxigénkoncentrációra van szükség a nitroáz (a folyamatot katalizáló enzim) védelmére.

A magas oxigénmennyiség kezelése érdekében a hemoglobinhoz hasonló fehérje felelős az oxigén elkülönítéséért, amely beavatkozhat a folyamatba.

Azoknak a szimbiotikus kapcsolatoknak, amelyeket ezek a prokarióták létrehoznak a hüvelyesekkel, nagy ökológiai és gazdasági hatásuk van, ezért erről a nagyon specifikus kapcsolatról bőven van irodalom.

A fertőzés folyamata nem egyszerű, olyan lépések sorozatát foglalja magában, ahol a baktériumok és a növény kölcsönösen befolyásolják a sejtosztódási tevékenységeket, a gén expressziót, az anyagcserét és a morfogenezist.

Fertőzés folyamata

Ezek a baktériumok kiváló biológiai modellek a mikroorganizmusok és növények közötti kölcsönhatások megértésére.

A rizóbiákat a talajban találják meg, ahol gyökerezik a gyökerekbe és belépnek a növénybe. A gyarmatosítás általában a gyökérszőrben kezdődik, bár a fertőzés az epidermiszben lévő kis lizációk révén is lehetséges.

Amikor a baktériumnak sikerül behatolnia a növény belsejébe, általában egy ideig a növény intracelluláris tereiben marad. A csomók fejlődésével a rhizobia belép ezen citoplazmába.

A csomók kialakulása és típusa

A csomók kialakulása szinkron események sorozatát foglalja magában mindkét szervezetben. A csomókat meghatározónak és meghatározhatatlannak kell besorolni.

Az előbbi a belső kéregben lévő sejtosztódásokból származik, és tartósan apikális merisztémájuk van. Jellemzőik henger alakúak és két differenciált területük.

Másrészt a meghatározott csomók a gyökérkéreg középső vagy külső részében lévő sejtosztódásokból származnak. Ezekben az esetekben nincs fennmaradó merisztéma és alakja gömbölyűbb. Az érett csomó sejtnövekedéssel fejlődik ki.

Bakteroid képződés

A göb, differenciálódását Bacteroides történik: az N _2- rögzítő formában. A bakteroidok a növényi membránokkal együtt képezik a szimbiozómát.

Ezekben a mikrobás növénykomplexekben a növény felelős a szén és az energia biztosításáért, míg a baktériumok ammóniát termelnek.

A szabadon élő baktériumokkal összehasonlítva a baktérium változásokon megy keresztül transzkriptómájában, teljes sejtszerkezetében és anyagcseréjében. Mindezen változások az intracelluláris környezethez való alkalmazkodáson mennek keresztül, ahol egyetlen céljuk a nitrogén rögzítése.

A növény el tudja venni ezt a baktérium által kiválasztott nitrogénvegyületet, és alapvető molekulák, például aminosavak szintéziséhez felhasználhatja.

A legtöbb Rhizobium-faj meglehetősen szelektív a megtámadható gazdaszervezetek számában. Egyes fajoknak csak egy gazda van. Ezzel szemben néhány baktériumra jellemző, hogy udvarias és széles skálájú potenciális gazdaszervezettel rendelkezik.

Vonzerő a rhizobia és a gyökerek között

A baktériumok és a hüvelyesek gyökerei közötti vonzást kémiai ágensek közvetítik, amelyeket a gyökér kiolt. Amikor a baktériumok és a gyökér közel vannak, molekuláris szinten számos esemény fordul elő.

A gyökér-flavonoidok indukáló géneket indukálnak baktériumokban. Ez oligoszacharidok képződéséhez vezet, amelyeket LCO vagy nod faktoroknak hívnak. Az LCO-k kötődnek a lizin motívumok által alkotott receptorokhoz a gyökérszőrben, ezáltal jelző eseményeket indítanak.

A szimbiózis folyamatában más gének is részt vesznek - mint például a nod -, például az exo, nif és fix.

leghemoglobin

A leghemoglobin egy olyan fehérjemolekulája, amely jellemző a rhizobia és a hüvelyesek közötti szimbiotikus viszonyra. Ahogy a neve is sugallja, meglehetősen hasonló egy közismert fehérjéhez: a hemoglobinhoz.

A vér analógjához hasonlóan a leghemoglobin megkülönböztetése is, hogy magas affinitással rendelkezik az oxigén iránt. Mivel a csomókban zajló kötődési folyamatot hátrányosan befolyásolja a magas oxigénkoncentráció, a fehérje felelős annak megtartásáért, hogy a rendszer megfelelően működjön.

taxonómia

Körülbelül 30 Rhizobium faj ismert, a legismertebb a Rhizobium cellulosilyticum és a Rhizobium leguminosarum. Ezek a Rhizobiaceae családhoz tartoznak, amely más nemzetségeknek is otthont ad: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella és Sinorhizobium.

A rend Rhizobiales, az osztály Alphaproteobaktériumok, a Phylum Proteobacteria és a királyság baktériumok.

Morfológia

A rizóbiák baktériumok, amelyek szelektíven megfertőzik a hüvelyesek gyökereit. Jellemzőik, hogy gram-negatívak, mozgásképesek és alakjuk a nádra emlékeztet. Méretei 0,5–0,9 mikrométer szélesség és 1,2–3,0 mikrométer hosszúak.

A talajban élő baktériumok többi részétől különbözik két formát mutatva: a talajban található szabad morfológiát és a növényi gazdaszervezetben található szimbiotikus formát.

A kolónia morfológiáján és a grammfestésen kívül vannak más módszerek is a Rhizobium nemzetségbe tartozó baktériumok azonosítására, amelyek magukban foglalják a tápanyag-felhasználási teszteket, például a kataláz, az oxidáz, valamint a szén és a nitrogén felhasználása.

Hasonlóképpen, a molekuláris teszteket is használták az azonosításhoz, például a molekuláris markerek alkalmazásához.

Habitat

A Rhizobiaceae családhoz tartozó rizóbiák általában azt a sajátosságot mutatják, hogy elsősorban a Fabaceae család növényeihez kapcsolódnak.

A Fabaceae család hüvelyesekből áll - gabonafélékből, lencékből, lucernából, csak néhány olyan faj említésére, amelyek gasztronómiai értékükről ismertek. A család az Angiosperms családjába tartozik, és a harmadik számú család. Ezek széles körben elterjedtek a világon, a trópusoktól az sarkvidéki területekig terjedve.

A hüvelyes növényeknek csak egy fajáról ismert, hogy szimbiotikus kapcsolatot létesít a Rhizobiummal: a Parasponea, a Cannabaceae család növényeinek nemzetsége.

Ezenkívül a mikroorganizmus és a növény között létrejövő asszociációk száma sok tényezőtől függ. Időnként az asszociációt a baktériumok jellege és fajai korlátozzák, más esetekben a növénytől függ.

Másrészről, szabad formájában a baktériumok a talaj természetes növényzetének részét képezik - mindaddig, amíg a nodulation folyamat meg nem történik. Vegye figyelembe, hogy bár hüvelyesek és rizóbiák vannak a talajban, a csomók képződése nem biztosított, mivel a szimbiózis tagjainak törzseinek és fajainak kompatibilisnek kell lenniük.

Előnyök és alkalmazások

A nitrogén rögzítése kritikus biológiai folyamat. Ez magában foglalja a felvételét nitrogén atmoszférában, a formája az N ₂, és ez csökken a NH ₄ ⁺. Így a nitrogén bejuthat és felhasználható az ökoszisztémában. A folyamat különféle környezetekben nagy jelentőséggel bír, legyen szó szárazföldi, édesvízi, tengeri vagy sarkvidéki környezetekről.

Úgy tűnik, hogy a nitrogén olyan elem, amely korlátozza a legtöbb esetben a növények növekedését, és korlátozó összetevőként működik.

Kereskedelmi szempontból a rizóbiát fokozhatják a mezőgazdaságban, köszönhetően a nitrogén rögzítésének. Ezért kereskedelem kapcsolódik ezeknek a baktériumoknak a beoltási folyamatához.

A rizóbium oltása nagyon pozitív hatással van a növény növekedésére, a tömegére és a termelt vetőmagok számára. Ezeket az előnyöket a hüvelyesekkel végzett tucatnyi kutatás kísérletileg bizonyította.

Irodalom

1. Allen, EK és Allen, ON (1950). A rhizobia biokémiai és szimbiotikus tulajdonságai. Bakteriológiai áttekintés, 14 (4), 273.
2. Jiao, YS, Liu, YH, Yan, H., Wang, ET, Tian, ​​CF, Chen, WX,… és Chen, WF (2015). A rendkívül ígéretes hüvelyes Sophora flavescens rizobiális diverzitása és csomózási tulajdonságai. Molecular Plant-Microbe Interactions, 28 (12), 1338-1352.
3. Jordan, DC (1962). A Rhizobium nemzetség bakteroidjai. Bakteriológiai áttekintés, 26 (2 Pt 1-2), 119.
4. Leung, K., Wanjage, FN, és Bottomley, PJ (1994). A Rhizobium leguminosarum bv. Szimbiotikus tulajdonságai trifolii izolátumok, amelyek a mezőben termesztett subclover (Trifolium subterraneum L.) fő és kisebb gócok elfoglaló kromoszómális típusait képviselik. Alkalmazott és környezeti mikrobiológia, 60 (2), 427-433.
5. Poole, P., Ramachandran, V., és Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: a szaprofitoktól az endosymbiontáig. Nature Reviews Microbiology, 16. (5), 291.
6. Somasegaran, P. és Hoben, HJ (2012). Kézikönyv rizóbiára: módszerek a hüvelyesek-Rhizobium technológiában. Springer Tudományos és Üzleti Média.
7. Wang, Q., Liu, J., és Zhu, H. (2018). A hüvelyesek és a rizóbium kölcsönhatásában a szimbiotikus specifitás alapjául szolgáló genetikai és molekuláris mechanizmusok. Határok a növénytudományban, 9, 313.