ŠAKNIASTIEBIS: SAVYBĖS, MORFOLOGIJA, BUVEINĖ IR NAUDA - BIOLOGIJA - 2025

Šakniastiebis yra bakterijų gentis, kurios sugeba pritvirtinti azotą iš atmosferos. Apskritai bakterijos, turinčios galimybę pritvirtinti azotą, yra žinomos kaip rizobijos. Šie augalų ir mikroorganizmų santykiai buvo išsamiai ištirti.

Šie prokariotai gyvena simbiotiškai su įvairiais augalais: ankštiniais augalais, tokiais kaip pupelės, liucerna, lęšiai, sojos pupelės.

Šaltinis: „Stdout“, per „Wikimedia Commons“

Jie yra specialiai susieti su jo šaknimis ir aprūpina augalą reikiamu azotu. Augalas savo ruožtu siūlo bakterijoms prieglobsčio vietą. Šis glaudus simbiotinis ryšys sukelia molekulės, vadinamos leghemoglobinu, sekreciją. Ši simbiozė biosferoje sukuria didelę dalį N ₂ .

Tokiuose santykiuose bakterija sukelia mazgelių susidarymą šaknyse, kurie yra diferencijuojami kaip „bakteroidai“.

Daugelio tyrimų, kurie buvo atlikti su šia bakterijų genais, metu buvo atsižvelgiama tik į jo simbiotinę būseną ir santykį su augalu. Dėl šios priežasties informacijos apie individualų bakterijos gyvenimo būdą ir jos, kaip dirvožemio mikrobiomo komponento, funkciją yra labai mažai.

charakteristikos

Rhizobium genties bakterijos pirmiausia žinomos dėl savo sugebėjimo pritvirtinti azotą ir užmegzti simbiotinius ryšius su augalais. Tiesą sakant, jis laikomas vienu dramatiškiausių santykių, egzistuojančių gamtoje.

Jie yra heterotrofiniai, o tai rodo, kad savo energijos šaltinį jie turi gauti iš organinių medžiagų. Šakniastiebis paprastai auga aerobinėmis sąlygomis ir susidaro mazgeliai, kurių temperatūra yra 25–30 ° C, o optimalus pH yra 6 arba 7.

Tačiau azoto fiksavimo procesui reikalingos mažos deguonies koncentracijos, kad būtų apsaugota azotazė (fermentas, kuris katalizuoja procesą).

Norėdami susidoroti su dideliu deguonies kiekiu, yra baltymas, panašus į hemoglobiną, kuris yra atsakingas už deguonies, kuris galėtų įsiterpti į procesą, sekvestraciją.

Simbiotiniai ryšiai, kuriuos šie prokariotai užmezga su ankštiniais augalais, daro didelį ekologinį ir ekonominį poveikį, todėl yra labai daug literatūros apie šį labai specifinį ryšį.

Infekcijos procesas nėra paprastas, jis apima keletą etapų, kai bakterija ir augalas daro abipusę įtaką ląstelių dalijimosi veiklai, genų ekspresijai, metabolinėms funkcijoms ir morfogenezei.

Infekcijos procesas

Šios bakterijos yra puikūs biologiniai modeliai, padedantys suprasti mikroorganizmų ir augalų sąveiką.

Šakniastiebiai randami dirvožemyje, kur jie kolonizuoja šaknis ir patenka į augalą. Paprastai kolonizacija prasideda šaknies plaukuose, nors infekcija taip pat įmanoma per mažas epizodų lizes.

Kai bakterijai pavyksta įsiskverbti į augalo vidų, ji paprastai kurį laiką būna augalo tarpląstelinėse erdvėse. Vystantis mazgeliams, šakniastiebiai patenka į šių struktūrų citoplazmą.

Mazgelių išsivystymas ir tipas

Mazgelių vystymasis apima sinchroninių įvykių, vykstančių abiejuose organizmuose, seką. Mazgai klasifikuojami kaip neapibrėžti ir neapibrėžti.

Pirmieji kilę iš ląstelių dalijimosi vidinėje žievėje ir turi nuolatinę viršūninę meristemą. Jie pasižymi cilindro formos ir dviejų skirtingų zonų išsidėstymu.

Kita vertus, nustatyti mazgeliai atsiranda dėl ląstelių dalijimosi vidurinėje arba išorinėje šaknies žievės dalyje. Tokiais atvejais nėra nuolatinio meristemo, o jo forma yra sferingesnė. Subrendęs mazgelis gali vystytis augdamas ląsteles.

Bakteroidų susidarymas

Į mazgo, diferenciacija į bakteroidų įvyksta: N _2- nustatantis formą . Bakteroidai kartu su augalų membranomis sudaro simbiozomą.

Šiuose mikrobų - augalų kompleksuose augalas yra atsakingas už anglies ir energijos tiekimą, o bakterijos gamina amoniaką.

Palyginti su laisvai gyvenančiomis bakterijomis, bakterija patiria daugybę pokyčių jos transkriptomoje, visoje ląstelės struktūroje ir metaboliniame aktyvume. Visi šie pokyčiai vyksta pritaikant tarpląstelinę aplinką, kur vienintelis jų tikslas yra azoto fiksacija.

Augalas gali pasiimti šį azoto junginį, kurį išskiria bakterijos, ir panaudoti jį būtinų molekulių, pavyzdžiui, aminorūgščių, sintezei.

Daugelis šakniastiebių rūšių yra gana selektyvios pagal šeimininkų skaičių, kurį jie gali užkrėsti. Kai kurios rūšys turi tik vieną šeimininką. Priešingai, nedideliam skaičiui bakterijų būdinga, kad jos yra paslankios ir turi platų potencialių šeimininkų spektrą.

Patrauklumas tarp šakniastiebių ir šaknų

Trauką tarp bakterijų ir ankštinių augalų šaknų skatina cheminės medžiagos, kurias pašalina šaknys. Kai bakterijos ir šaknis yra arti, molekuliniame lygmenyje įvyksta daugybė įvykių.

Šakniniai flavonoidai sukelia bakterijų mazgus. Tai lemia oligosacharidų, vadinamų LCO, susidarymą. LCO jungiasi prie receptorių, formuojamų lizino motyvų, šaknų plaukuose, tokiu būdu inicijuodami signalinius įvykius.

Simbiozės procese yra ir kitų genų, be nod, tokių kaip exo, nif ir fix.

Leghemoglobinas

Leghemoglobinas yra baltymo molekulė, būdinga simbioziniam ryšiui tarp rizobijos ir ankštinių augalų. Kaip rodo pavadinimas, jis yra gana panašus į labiau žinomą baltymą: hemoglobiną.

Kaip ir jo kraujo analogas, leghemoglobinas pasižymi tuo, kad turi didelį afinitetą deguoniui. Kadangi jungimosi procesą, vykstantį mazgeliuose, neigiamai veikia didelė deguonies koncentracija, baltymai yra atsakingi už jo išlaikymą, kad sistema tinkamai veiktų.

Taksonomija

Yra žinoma apie 30 Rhizobium rūšių, iš kurių geriausi yra Rhizobium cellulosilyticum ir Rhizobium leguminosarum. Jie priklauso Rhizobiaceae šeimai, kurioje gyvena ir kitos gentys: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella ir Sinorhizobium.

Tvarka yra Rhizobiales, klasė - alfaproteobakterijos, prieglobsčio proteobakterijos ir karalystės bakterijos.

Morfologija

Šakniastiebiai yra bakterijos, kurios selektyviai užkrečia ankštinių augalų šaknis. Jie pasižymi gramneigiamumu, geba judėti, o jų forma primena cukranendrę. Jos matmenys yra nuo 0,5 iki 0,9 mikrometrų pločio ir 1,2 - 3,0 mikrometrų ilgio.

Nuo likusių dirvožemyje gyvenančių bakterijų jis skiriasi dviem pavidalais: dirvožemyje esančia laisva morfologija ir augalų šeimininko simbiotine forma.

Be kolonijų morfologijos ir dažymo gramais, yra ir kitų metodų, kuriais galima nustatyti Rhizobium genties bakterijas. Tai apima maistinių medžiagų panaudojimo testus, tokius kaip katalazė, oksidazė, anglies ir azoto naudojimo būdai.

Panašiai, molekuliniai testai buvo naudojami identifikavimui, pavyzdžiui, pritaikant molekulinius žymenis.

Buveinė

Apskritai, šakniastiebiai, priklausantys Rhizobiaceae šeimai, pasižymi tuo, kad yra daugiausia susiję su Fabaceae šeimos augalais.

Fabaceae šeimą sudaro ankštiniai augalai - grūdai, lęšiai, liucerna, tik reikia paminėti keletą rūšių, žinomų dėl jų gastronominės vertės. Šeima priklauso Angiosperms, yra trečia pagal gausumą šeima. Jie yra plačiai paplitę pasaulyje, pradedant nuo tropikų ir baigiant arktinėmis zonomis.

Yra žinoma tik viena ankštinių augalų rūšis, užmezganti simbiotinius ryšius su Rhizobium: Parasponea, augalų gentis Cannabaceae šeimoje.

Be to, asociacijų, kurias galima nustatyti tarp mikroorganizmo ir augalo, skaičius priklauso nuo daugelio veiksnių. Kartais asociaciją riboja bakterijų pobūdis ir rūšys, o kitais atvejais tai priklauso nuo augalo.

Kita vertus, laisvoje formoje bakterijos yra natūralios dirvos floros dalis - kol įvyks mazgelių procesas. Atkreipkite dėmesį, kad nors ankštiniai augalai ir šakniastiebiai yra dirvožemyje, mazgelių susidarymas nėra užtikrintas, nes simbiozės narių kamienai ir rūšys turi būti suderinami.

Privalumai ir paraiškos

Azoto fiksacija yra labai svarbus biologinis procesas. Ji apima azoto įsisavinimą atmosferoje, dalyvaujant N forma ₂ ir jis yra sumažintas iki NH ₄ ⁺ . Taigi azotas gali patekti ir būti naudojamas ekosistemoje. Procesas turi didelę reikšmę įvairių tipų aplinkoje, nesvarbu, ar tai būtų sausumos, gėlo vandens, jūrinis ar Arkties.

Atrodo, kad azotas yra elementas, kuris daugeliu atvejų riboja pasėlių augimą ir yra ribojantis komponentas.

Komerciniu požiūriu šakniastiebiai gali būti naudojami kaip stiprikliai žemės ūkyje dėl jų sugebėjimo pritvirtinti azotą. Dėl šios priežasties vyksta prekyba, susijusi su šių bakterijų inokuliacijos procesu.

Rizobiumo užkrėtimas daro labai teigiamą poveikį augalo augimui, jo išaugintų sėklų skaičiui ir skaičiui. Šiuos privalumus eksperimentiškai įrodė dešimtys tyrimų su ankštiniais augalais.

Nuorodos

1. Allenas, EK, ir Allenas, ON (1950 m.). Biocheminės ir simbiotinės šakniastiebio savybės. Bakteriologiniai atsiliepimai, 14 (4), 273.
2. Jiao, YS, Liu, YH, Yan, H., Wang, ET, Tian, ​​CF, Chen, WX,… ir Chen, WF (2015). Itin perspektyvių ankštinių augalų „Sophora flavescens“ šakniastiebių įvairovė ir mazgelių ypatybės. Molecular Plant-Microbe Interactions, 28 (12), 1338-1352.
3. Jordanija, DC (1962). Rhizobium genties bakterijos. Bakteriologinės apžvalgos, 26 (2 Pt 1-2), 119.
4. Leung, K., Wanjage, FN, ir Bottomley, PJ (1994). Rhizobium leguminosarum bv. trifolii izoliatai, reprezentuojantys pagrindinius ir mažuosius mazgelius užimančius chromosomų tipus lauke išaugintame subcloveryje (Trifolium subterraneum L.). Taikomoji ir aplinkos mikrobiologija, 60 (2), 427-433.
5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Šakniastiebis: nuo saprofitų iki endosimbiontų. „Nature Reviews Microbiology“, 16 (5), 291.
6. P. Somasegaranas ir Hobenas, HJ (2012). Rizobijos vadovas: ankštinių augalų - Rhizobium technologijos metodai. „Springer“ mokslo ir verslo žiniasklaida.
7. Wang, Q., Liu, J., ir Zhu, H. (2018). Genetiniai ir molekuliniai mechanizmai, pagrindžiantys simbiozės specifiškumą ankštinių augalų ir šakniastiebių sąveikoje. Augalų mokslo ribos, 9, 313.