Характеристики ризобия, таксономия, морфология, среда обитания и преимущества



Rhizobium это род бактерий, которые обладают способностью удалять азот из атмосферы. В целом, бактерии со способностью связывать азот известны как ризобия. Эти отношения между растениями и микроорганизмами были тщательно изучены.

Эти прокариоты живут в симбиотических отношениях с различными растениями: бобовыми, такими как бобы, люцерна, чечевица, соя и другие..

Они специально связаны со своими корнями и снабжают растение необходимым азотом. Завод, в свою очередь, предлагает бактерии место убежища. Это тесное симбиотическое отношение вызывает секрецию молекулы, называемой леггемоглобином. Этот симбиоз производит значительную долю N2 в биосфере.

В этой связи бактерии вызывают образование узелков в корнях, которые дифференцируют так называемые «бактериоиды».

Большинство исследований, которые проводились в этом бактериальном роду, учитывали только их симбиотическое состояние и его связь с растением. По этой причине очень мало информации, связанной с индивидуальным образом жизни бактерий и их функцией в качестве компонента микробиома почвы..

индекс

  • 1 Характеристики
  • 2 Процесс заражения
    • 2.1 Разработка и тип клубеньков
    • 2.2 Бактероидное образование
    • 2.3 Притяжение между ризобией и корнями
    • 2.4 Леггемоглобин
  • 3 Таксономия
  • 4 Морфология
  • 5 Хабитат
  • 6 Преимущества и приложения
  • 7 ссылок

черты

Бактерии рода Rhizobium Они известны в основном своей способностью связывать азот и устанавливать симбиотические отношения с растениями. На самом деле, это считается одним из самых драматических отношений, которые существуют в природе.

Они гетеротрофны, что указывает на то, что они должны получить свой источник энергии органического вещества. Rhizobium он растет нормально в аэробных условиях, и узелки образуются при температуре от 25 до 30 ° C и оптимальном pH 6 или 7.

Однако процесс фиксации азота требует низких концентраций кислорода для защиты нитрогеназы (фермента, который катализирует процесс)..

Чтобы справиться с большим количеством кислорода, существует белок, похожий на гемоглобин, который отвечает за секвестрацию кислорода, который может вмешиваться в процесс..

Симбиотические отношения, которые эти прокариоты устанавливают с бобовыми, имеют большое экологическое и экономическое влияние, поэтому существует обширная литература по этим специфическим отношениям..

Процесс инфекции не прост, он включает в себя ряд этапов, где бактерии и растения влияют друг на друга в процессах деления клеток, экспрессии генов, метаболических функций и морфогенеза..

Процесс заражения

Эти бактерии являются отличными биологическими моделями для понимания взаимодействия между микроорганизмами и растениями..

Ризобии находятся в почве, где они колонизируют корни и могут проникнуть в растение. Как правило, колонизация начинается в корневых волосках, хотя инфекция также возможна через небольшие повреждения в эпидермисе.

Когда бактерия способна проникать внутрь растения, она обычно сохраняется некоторое время во внутриклеточных пространствах растения. По мере развития узелков ризобия проникает в цитоплазму этих структур..

Развитие и тип клубеньков

Развитие клубеньков включает ряд синхронных событий у обоих организмов. Узелки подразделяются на определенные и неопределенные.

Первые происходят из клеточных делений во внутренней коре и имеют постоянную апикальную меристему. Они характеризуются наличием цилиндрической формы и двух дифференцированных зон.

С другой стороны, определенные узелки возникают в результате деления клеток в средней или внешней части коры корня. В этих случаях у вас нет постоянной меристемы, а ее форма более сферическая. Зрелый узелок может развиваться путем роста клеток.

Формирование бактериоида

Дифференцировка в бактериоидах происходит в узелке: N-фиксирующая форма2. Бактероиды вместе с мембранами растений образуют симбиосому.

В этих сложных растительных микробах растение отвечает за выработку углерода и энергии, а бактерии производят аммиак..

По сравнению со свободноживущими бактериями бактерия претерпевает ряд изменений в своем транскриптоме, всей клеточной структуре и метаболической активности. Все эти изменения происходят, чтобы приспособиться к внутриклеточной среде, где его единственная цель - фиксация азота.

Растение может взять это азотистое соединение, выделяемое бактериями, и использовать его для синтеза незаменимых молекул, таких как аминокислоты..

Большинство видов Rhizobium Они довольно избирательны с точки зрения количества гостей, которых они могут заразить. У некоторых видов есть только один хозяин. Напротив, небольшое количество бактерий характеризуется беспорядочным и широким спектром потенциальных хозяев.

Притяжение между ризобией и корнями

Притяжение между бактериями и корнями бобовых культур опосредовано химическими агентами, источаемыми корнями. Когда бактерии и корень близки, на молекулярном уровне происходит ряд событий.

Корневые флавоноиды индуцируют гены в бактериях NOD. Это приводит к выработке олигосахаридов, известных как LCO или узловые факторы. LCOs связываются с рецепторами, образованными лизиновыми мотивами, в корневых волосках, таким образом инициируя сигнальные события.

Есть и другие гены - кроме NOD - участвует в процессе симбиоза, а экзо, ниф и фиксировать.

легоглобин

Леггемоглобин представляет собой молекулу белковой природы, характерную для симбиотических отношений между ризобией и бобовыми. Как следует из названия, он очень похож на более знакомый белок: гемоглобин.

Как и его аналог крови, леггемоглобин отличается тем, что имеет высокое сродство к кислороду. Поскольку на процесс фиксации, происходящий в узлах, негативно влияют высокие концентрации кислорода, белок отвечает за его сохранение для правильного функционирования системы..

таксономия

Примерно 30 видов Rhizobium, быть самым известным Rhizobium cellulosilyticum и Rhizobium leguminosarum. Они принадлежат к семейству Rhizobiaceae, в котором также находятся другие роды: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, и Sinorhizobium.

Порядок - Rhizobiales, класс Alphaproteobacteria, тип протеобактерий и королевство бактерий..

морфология

Ризобия - это бактерии, которые избирательно поражают корни бобовых. Они характеризуются грамотрицательностью, имеют объем смещения, а их форма напоминает трость. Его размеры составляют от 0,5 до 0,9 микрометра в ширину и от 1,2 до 3,0 микрометра в длину..

Они отличаются от остальных бактерий, которые населяют почву, представляя две формы: свободную морфологию, обнаруженную в почвах, и симбиотическую форму в их растении-хозяине..

Помимо морфологии окрашивания колонии и грамма, существуют и другие методы, с помощью которых можно идентифицировать бактерии рода. Rhizobium, К ним относятся тесты на использование питательных веществ, такие как тест на каталазу, оксидазу и использование углерода и азота.

Точно так же молекулярные тесты использовались для идентификации, такой как применение молекулярных маркеров.

среда обитания

В целом, ризобии, принадлежащие к семейству Rhizobiaceae, обнаруживают особенность, связанную в основном с растениями семейства Fabaceae..

Семейство Fabaceae включает бобовые - зерновые, чечевицу, люцерну, и это лишь несколько видов, известных своей гастрономической ценностью. Семья принадлежит покрытосеменным, являясь третьей по величине семьей. Они широко распространены в мире, от тропических регионов до арктических районов..

Известен только один не бобовый вид растений, который устанавливает симбиотические отношения с Rhizobium: Parasponea, род растений семейства каннабасовых.

Кроме того, количество ассоциаций, которые могут быть установлены между микроорганизмом и растением, зависит от многих факторов. Иногда связь ограничена природой и видами бактерий, в то время как в других случаях это зависит от растения.

С другой стороны, в свободном виде бактерии являются частью естественной флоры почвы - пока не происходит процесс нодуляции. Обратите внимание, что хотя в почве есть бобовые и ризобии, образование клубеньков не гарантировано, поскольку штаммы и виды членов симбиоза должны быть совместимы.

Преимущества и приложения

Фиксация азота является важнейшим биологическим процессом. Включает поступление азота в атмосферу, в форме N2 и это сводится к NH4+. Таким образом, азот может поступать и использоваться в экосистеме. Процесс имеет большое значение в различных типах окружающей среды, будь то наземная, пресноводная, морская или арктическая.

Кажется, что азот является элементом, который в большинстве случаев ограничивает рост сельскохозяйственных культур и действует как ограничивающий компонент.

С коммерческой точки зрения ризобию можно использовать в качестве усилителей в сельском хозяйстве благодаря ее способности связывать азот. Следовательно, существует торговля, связанная с процессом инокуляции указанных бактерий..

Прививка ризобия оказывает очень положительное влияние на рост растения, его массу и количество семян, которые оно производит. Эти преимущества были подтверждены экспериментально десятками исследований с бобовыми.

ссылки

  1. Аллен Э. К. и Аллен О. Н. (1950). Биохимические и симбиотические свойства ризобии. Бактериологические обзоры, 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). Разнообразие ризобий и нодуляционные характеристики чрезвычайно разнородных бобовых Софора желтоватая. Молекулярные взаимодействия растений и микробов, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D.C. (1962). Бактероиды рода Rhizobium. Бактериологические обзоры, 26(2 Пт 1-2), 119.
  4. Leung K., Wanjage F.N. & Bottomley P.J. (1994). Симбиотические характеристики Rhizobium leguminosarum б.в.. trifolii изоляты, которые представляют основные и второстепенные, занимающие клубеньки хромосомные типы выращенного в полевых условиях субклевера (Trifolium subterraneum Л.). Прикладная и экологическая микробиология, 60(2), 427-433.
  5. Poole P., Ramachandran V. & Terpolilli J. (2018). Ризобия: от сапрофитов до эндосимбионтов. Природа Обзоры Микробиология, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P. & Hoben, H. J. (2012). Пособие по ризобии: методы в бобово-ризобиальной технологии. Springer Science & Business Media.
  7. Wang Q., Liu J., & Zhu, H. (2018). Генетические и молекулярные механизмы, лежащие в основе символической специфичности бобовых и ризобиевых взаимодействий. Границы в науке о растениях, 9, 313.