Rhizobium egenskaper, taksonomi, morfologi, habitat og fordeler



Rhizobium er et slag av bakterier som har evnen til å fikse nitrogen fra atmosfæren. Generelt er bakterier med evne til å fikse nitrogen kjent som rhizobia. Disse forholdene mellom planter og mikroorganismer er studert i stor utstrekning.

Disse prokaryotene lever i symbiotiske forhold med forskjellige planter: belgfrukter, som bønner, alfalfa, linser, soyabønner, blant andre.

De er spesielt knyttet til sine røtter og gir anlegget nitrogenet de trenger. Planten gir igjen bakterien et tilfluktssted. Dette tette symbiotiske forholdet forårsaker sekresjon av et molekyl som kalles leghemoglobin. Denne symbiosen produserer en betydelig andel av N2 i biosfæren.

I dette forholdet forårsaker bakteriene dannelsen av knuter i røttene, noe som skiller de såkalte "bakteroidene".

De fleste av studiene som har blitt utført i dette bakterielle slekt, har bare tatt hensyn til deres symbiotiske tilstand og forholdet til planten. Av denne grunn er det svært liten informasjon knyttet til bakteriens individuelle livsstil og dens funksjon som en del av jordmikrobiomet..

index

  • 1 Egenskaper
  • 2 Infeksjonsprosess
    • 2.1 Utvikling og type knuter
    • 2.2 Bakteriedannelse
    • 2.3 Attraksjon mellom rhizobia og røtter
    • 2.4 Leghemoglobin
  • 3 Taksonomi
  • 4 Morfologi
  • 5 habitat
  • 6 Fordeler og applikasjoner
  • 7 referanser

funksjoner

Bakteriene i slekten Rhizobium De er kjent hovedsakelig for deres evne til å fikse nitrogen og etablere symbiotiske forhold til planter. Faktisk betraktes det som et av de mest dramatiske forhold som eksisterer i naturen.

De er heterotrofiske, noe som indikerer at de må skaffe seg energikilden til organisk materiale. Rhizobium den vokser normalt under aerobiske forhold og nodulene dannes ved en temperatur på 25 til 30 ° C og en optimal pH på 6 eller 7.

Imidlertid krever prosessen med nitrogenfiksering lave oksygenkonsentrasjoner for å beskytte nitrogenase (enzymet som katalyserer prosessen).

For å håndtere høye mengder oksygen, er det et protein som ligner på hemoglobin som er ansvarlig for sekvestrerende oksygen som kunne gripe inn i prosessen.

De symbiotiske forholdene som disse prokaryotene etablerer med belgfrukter har stor økologisk og økonomisk betydning, så det er en omfattende litteratur om dette spesifikke forholdet.

Infeksjonsprosessen er ikke enkel, det innebærer en rekke trinn der bakteriene og planten påvirker hverandre i aktiviteter av cellefordeling, genuttrykk, metabolske funksjoner og morfogenese.

Infeksjonsprosess

Disse bakteriene er gode biologiske modeller for å forstå samspillet mellom mikroorganismer og planter.

Rizobia finnes i jorda, hvor de koloniserer røttene og klarer å gå inn i planten. Vanligvis begynner kolonisering i rothårene, selv om en infeksjon også er mulig gjennom små lesjoner i epidermisene.

Når bakteriene er i stand til å trenge inn i plantens indre, opprettholdes det vanligvis en stund i plantens intracellulære rom. Etter hvert som utviklingen av nodulene fortløper, kommer rhizobia inn i cytoplasmaet til disse strukturene.

Utvikling og type knuter

Utviklingen av nodulene innebærer en rekke synkroniske hendelser i begge organismer. Knutene er klassifisert i visse og ubestemte.

Den første kommer fra celledivisjoner i den interne cortex og har en vedvarende apikal meristem. De er preget av å ha en sylindrisk form og to differensierte soner.

På den annen side resulterer de bestemte nodulatene fra celleavdelinger i midten eller ytre delen av rotcortexen. I disse tilfellene har du ikke en vedvarende meristem og dens form er mer sfærisk. Den modne knuten kan utvikle seg ved cellevekst.

Dannelse av bakteroid

Differensieringen i bakterier forekommer i knutepunktet: N-fikseringsformen2. Bakteriene, sammen med plantens membraner, danner symbiosomet.

I disse komplekse plantemikrober er anlegget ansvarlig for å gi karbon og energi, mens bakteriene produserer ammoniakk.

Sammenlignet med frie levende bakterier, gjennomgår bakterioden en serie forandringer i transkriptomet, i hele sin cellulære struktur og i metabolske aktiviteter. Alle disse endringene foregår for å tilpasse seg et intracellulært miljø, hvor det eneste målet er nitrogenfiksering.

Anlegget kan ta denne nitrogenforbindelsen utsatt av bakteriene og bruke den til syntese av essensielle molekyler, som aminosyrer.

De fleste arter av Rhizobium De er ganske selektive når det gjelder antall gjester de kan infisere. Noen arter har bare en vert. I motsetning til dette er et lite antall bakterier preget av å være promiskuøse og ha et bredt spekter av potensielle verter.

Attraksjon mellom rhizobia og røtter

Tiltrengningen mellom bakteriene og røtter av belgfrukter er formidlet av kjemiske midler, utstrålet av røttene. Når bakteriene og roten er nær, skjer en rekke hendelser på molekylivå.

Root flavonoider induserer gener i bakterier NOD. Dette fører til produksjon av oligosakkarider kjent som LCO eller nakkfaktorer. LCO'ene binder til reseptorene, dannet av lysinmotiver, i rothårene, og initierer dermed signaleringshendelsene.

Det er andre gener - dessuten NOD - involvert i symbiose prosessen, som exo, nif og ordne.

leghaemoglobin

Leghemoglobin er et molekyl av protein natur, typisk for det symbiotiske forholdet mellom rhizobia og belgfrukter. Som navnet antyder, er det ganske lik et mer kjent protein: hemoglobin.

Som blodanalog har leghemoglobin forskjellen på å ha en høy affinitet for oksygen. Ettersom fikseringsprosessen som oppstår i nodulene, er negativt påvirket av høye oksygenkonsentrasjoner, er proteinet ansvarlig for å beholde det for å holde systemet i orden.

taksonomi

Omtrent 30 arter av Rhizobium, være den mest kjente Rhizobium cellulosilyticum og Rhizobium leguminosarum. Disse tilhører familien Rhizobiaceae, som også huser andre slektninger: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, og sinorhizobium.

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

morfologi

Den rhizobia er bakterier som selektivt infiserer røttene av belgfrukter. De er preget av å være gramnegative, har forskyvningskapasitet og deres form minner om en stokk. Dens dimensjoner er mellom 0,5 og 0,9 mikrometer brede og 1,2 og 3,0 mikrometer lange.

De adskiller seg fra resten av bakteriene som bor i jorda ved å presentere to former: Den frie morfologi som finnes i jordene og den symbiotiske formen i deres planteverten.

Utover morfologien til kolonien og gramfargingen er det andre metoder som du kan få til å identifisere bakteriene i slekten Rhizobium, Disse inkluderer næringsutnyttelsestester, som katalasetest, oksidase og bruk av karbon og nitrogen.

Tilsvarende har molekylære tester vært brukt for identifikasjon, slik som anvendelse av molekylære markører.

habitat

Generelt sett viser rhizobia som tilhører familien Rhizobiaceae den særegne å være knyttet hovedsakelig til planter av familien Fabaceae.

Fabaceae-familien inneholder belgfrukter - korn, linser, lucerne, for bare å nevne noen arter kjent for deres gastronomiske verdi. Familien tilhører Angiosperms, som er den tredje største familien. De er utbredt i verden, alt fra tropiske regioner til arktiske områder.

Kun en ikke-legume planteart er kjent som etablerer symbiotiske forhold med Rhizobium: Parasponea, et genus av planter av familien Cannabáceas.

I tillegg er antall foreninger som kan etableres mellom mikroorganismen og anlegget avhengig av mange faktorer. Noen ganger er foreningen begrenset av bakteriens natur og art, mens det i andre tilfeller avhenger av planten.

På den annen side er bakterier i sin frie form en del av jordens naturlige flora - til knuteprosessen oppstår. Vær oppmerksom på at selv om det er belgfrukter og rhizobia i jorda, er ikke dannelsen av knuter sikret, siden stammene og artene til medlemmene i symbiosen må være kompatible.

Fordeler og applikasjoner

Nitrogenfiksering er en avgjørende biologisk prosess. Involver inntak av nitrogen i atmosfæren, i form av N2 og det er redusert til NH4+. Dermed kan nitrogen komme inn og brukes i økosystemet. Prosessen er av stor betydning i ulike typer miljøer, det være seg jordbasert, ferskvann, marine eller arktisk.

Det virker som at nitrogen er et element som i de fleste tilfeller begrenser veksten av avlinger og fungerer som en begrensende komponent.

Fra kommersielt synspunkt kan rhizobia brukes som forsterkere i landbruket takket være sin evne til å fikse nitrogen. Derfor er det en handel knyttet til prosessen med inokulering av bakteriene.

Inokuleringen av rhizobet har svært positive effekter i forhold til veksten av planten, vekten og antallet frø som produserer. Disse fordelene har blitt bevist eksperimentelt av dusinvis av studier med belgfrukter.

referanser

  1. Allen, E. K., og Allen, O. N. (1950). Biokjemiske og symbiotiske egenskaper av rhizobia. Bakteriologiske vurderinger, 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 mangfold og nodulasjonskarakteristikker av ekstremt promiskuøs legume Sophora flavescens. Molekylære plante-mikrobe-interaksjoner, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D.C. (1962). Bakteriene av slekten Rhizobium. Bakteriologiske vurderinger, 26(2 Pt 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F. N., & Bottomley, P.J. (1994). Symbiotiske egenskaper av Rhizobium leguminosarum bv. trifolii isolater som representerer store og mindre nodulje-okkuperende kromosomale typer markdyrket subkløver (Trifolium subterraneum L.). Anvendt og miljømikrobiologi, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: fra saprofytter til endosymbionter. Naturomtaler Mikrobiologi, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H.J. (2012). Håndbok for rhizobia: metoder i legume-Rhizobium-teknologi. Springer Science & Business Media.
  7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Genetiske og molekylære mekanismer underliggende symbiotisk spesifisitet i legume-rhizobium-interaksjoner. Grenser i plantevitenskap, 9, 313.