Rhizobium egenskaber, taksonomi, morfologi, habitat og fordele



Rhizobium er en genus af bakterier, der har evnen til at fikse nitrogen fra atmosfæren. Generelt er bakterier med evnen til at fastsætte nitrogen kendt som rhizobia. Disse forhold mellem planter og mikroorganismer er blevet undersøgt udførligt.

Disse prokaryot lever i et symbiotisk forhold med forskellige planter: bælgfrugter, såsom bønner, lucerne, linser, sojabønner, blandt andet.

De er specifikt forbundet med deres rødder og giver planten det nitrogen, de har brug for. Planten giver igen bakteriet et tilflugtssted. Dette tætte symbiotiske forhold forårsager udskillelsen af ​​et molekyle kaldet leghemoglobin. Denne symbiose producerer en betydelig del af N2 i biosfæren.

I dette forhold forårsager bakterier dannelsen af ​​knuder i rødderne, som adskiller de såkaldte "bakteroider".

De fleste af de undersøgelser, der er blevet gennemført i dette bakterielle slægt, har kun taget hensyn til deres 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..

indeks

  • 1 kendetegn
  • 2 infektionsproces
    • 2.1 Udvikling og type knuder
    • 2.2 Bakteriedannelse
    • 2.3 Attraktion mellem rhizobia og rødder
    • 2.4 Leghemoglobin
  • 3 Taksonomi
  • 4 Morfologi
  • 5 habitat
  • 6 Fordele og applikationer
  • 7 referencer

funktioner

Bakterierne i slægten Rhizobium De er især kendt for deres evne til at fastsætte nitrogen og etablere symbiotiske forhold med planter. Faktisk betragtes det som et af de mest dramatiske forhold, der eksisterer i naturen.

De er heterotrofiske, hvilket indikerer at de skal opnå deres energikilde for organisk materiale. Rhizobium den vokser normalt under aerobe forhold, og knuderne dannes ved en temperatur på 25 til 30 ° C og en optimal pH på 6 eller 7.

Imidlertid kræver processen med kvælstoffiksering lave iltkoncentrationer for at beskytte nitrogenase (enzymet, som katalyserer processen).

For at håndtere høje mængder ilt er der et protein, der ligner hæmoglobin, der er ansvarlig for at sekvestere ilt, som kunne gribe ind i processen.

Symbiotiske forhold, der er etableret med disse prokaryoter bælgfrugter har en høj økologisk og økonomisk betydning, så der er en omfattende litteratur om dette forhold så specifik.

Infektionsprocessen er ikke enkel, involverer en række trin, hvor bakterier og plante aktiviteter påvirker hver celledeling, genekspression, metaboliske funktioner og morfogenese.

Infektionsproces

Disse bakterier er fremragende biologiske modeller for at forstå interaktionerne mellem mikroorganismer og planter.

Rhizobien findes i jorden, hvor de koloniserer rødderne og formår at komme ind i planten. Generelt begynder kolonisering i rodhårene, selvom en infektion også er mulig gennem små læsioner i epidermis.

Når bakterierne er i stand til at trænge ind i plantens indre, opretholdes det et stykke tid i plantens intracellulære rum. Efterhånden som udviklingen af ​​knuderne fortsætter, kommer rhizobien ind i cytoplasmaet af disse strukturer.

Udvikling og type knuder

Udviklingen af ​​knudepunkter indebærer en række synkroniske hændelser i begge organismer. Knuderne er klassificeret i visse og ubestemte.

Den første kommer fra celledivisioner i den indre cortex og har en vedvarende apikal meristem. De er karakteriseret ved at have en cylindrisk form og to differentierede zoner.

På den anden side resulterer de fastlagte knudepunkter fra celledele i den midterste eller ydre del af rodkortexen. I disse tilfælde har du ikke en vedvarende meristem, og dens form er mere sfærisk. Den modne knude kan udvikle sig ved cellevækst.

Dannelse af bakteroid

Differentieringen i bakterier forekommer i knudepunktet: N-fikseringsformen2. Bakterierne, sammen med planternes membraner, danner symbiosomet.

I disse komplekse plantemikrober er planten ansvarlig for at give kulstof og energi, mens bakterierne producerer ammoniak.

Sammenlignet med frie levende bakterier gennemgår bakterioden 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 dets eneste mål er kvælstoffiksering.

Planten kan tage denne kvælstofforbindelse 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 gæster, de kan inficere. Nogle arter har kun en vært. I modsætning hertil er et lille antal bakterier kendetegnet ved at være promiskuøse og have et bredt spektrum af potentielle værter.

Attraktion mellem rhizobia og rødder

Tiltrækningen mellem bakterierne og rødderne af bælgplanterne medieres af kemiske agenser udstødt af rødderne. Når bakterierne og rod er tæt på, forekommer der en række hændelser på molekyliveau.

Root flavonoider inducerer gener i bakterier NOD. Dette fører til produktion af oligosaccharider kendt som LCO eller nøglefaktorer. LCO'erne binder til receptorerne, der er dannet af lysinmotiver, i rodhårene og således initierer signaleringshændelserne.

Der er andre gener - foruden NOD - involveret i symbiose processen, som exo, nif og fix.

leghæmoglobin

Leghemoglobin er et molekyle af protein natur, typisk for det symbiotiske forhold mellem rhizobia og bælgfrugter. Som navnet antyder, ligner det et mere velkendt protein: hæmoglobin.

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

taksonomi

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

Ordren er Rhizobiales, klassen er Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria og Bacteria Kingdom.

morfologi

Rhizobien er bakterier, der selektivt inficerer rødderne af bælgfrugter. De er karakteriseret ved at være gram negative, har forskydningskapacitet og deres form minder om en stok. Dens dimensioner er mellem 0,5 og 0,9 mikrometer brede og 1,2 og 3,0 mikrometer lange.

Er forskelle i andre bakterier, der lever i jorden til at præsentere to former: fri morfologi fundet i jord og symbiotisk form, inden for deres anlæg vært.

Udover morfologi af koloni og gramfarvning er der andre metoder, som du kan få til at identificere bakterierne i slægten Rhizobium, Disse omfatter næringsudnyttelsesforsøg, såsom katalastest, oxidase og anvendelser af kulstof og nitrogen.

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

levested

I almindelighed udviser rhizobia tilhørende familien Rhizobiaceae den ejendommelighed at være forbundet hovedsagelig med planter af familien Fabaceae.

Fabaceae-familien omfatter bælgfrugter - korn, linser, lucerne, for blot at nævne nogle få arter kendt for deres gastronomiske værdi. Familien tilhører Angiospermerne, som er den tredje største familie. De er bredt fordelt i verden, lige fra tropiske områder til arktiske områder.

Kun en ikke-legume planteart er kendt for at etablere symbiotiske forhold med Rhizobium: Parasponea, en genus af planter af familien Cannabáceas.

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

På den anden side er bakterier i sin frie form en del af jordens naturlige flora - indtil knuderingsprocessen opstår. Bemærk, at selv om der bælgfrugter og rhizobia i jorden, er ikke dannelsen af ​​knuder sikret, da stammer og arter af medlemmerne af symbiosen skal være forenelige.

Fordele og applikationer

Kvælstoffiksering er en afgørende biologisk proces. Involver nitrogenindtaget i atmosfæren, i form af N2 og det er reduceret til NH4+. Således kan nitrogen komme ind og anvendes i økosystemet. Processen har stor betydning i forskellige typer miljøer, det være sig jordbaserede, ferskvand, marine eller arktiske.

Det lader til, at nitrogen er et element, der i de fleste tilfælde begrænser væksten af ​​afgrøder og fungerer som en begrænsende komponent.

Fra det kommercielle synspunkt kan rhizobia bruges som forstærkere inden for landbruget takket være dets evne til at fikse kvælstof. Derfor er der en handel relateret til inokuleringsprocessen af ​​bakterierne.

Inokuleringen af ​​rhizobiet har meget positive virkninger i forhold til plantens vækst, vægten og antallet af frø, der produceres. Disse fordele er bevist eksperimenterende med snesevis af undersøgelser med bælgplanter.

referencer

  1. Allen, E. K., og Allen, O. N. (1950). Rhizobias biokemiske og symbiotiske egenskaber. 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 nodulationsegenskaber af det ekstremt promiskuøse legume Sophora flavescens. Molekylære plante-mikrobe interaktioner, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D.C. (1962). Bakterierne af slægten Rhizobium. Bakteriologiske anmeldelser, 26(2 Pt 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F. N., & Bottomley, P.J. (1994). Symbiotiske egenskaber hos Rhizobium leguminosarum bv. trifolii isolater, som repræsenterer store og mindre knude-optagende kromosomale typer markdyrket subkløver (Trifolium subterraneum L.). Anvendt og miljømæssig mikrobiologi, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: fra saprophytter til endosymbioner. Natur Anmeldelser Mikrobiologi, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H.J. (2012). Håndbog for rhizobi: metoder i bælgfrugter-Rhizobium-teknologi. Springer Science & Business Media.
  7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Genetiske og molekylære mekanismer underliggende symbiotisk specificitet i legume-rhizobiuminteraktioner. Grænser i plantevidenskab, 9, 313.