Симбионтом бобовых растений является

Особенности симбиоза клубеньковых бактерий и растений и его значение

Особенности симбиоза клубеньковых бактерий и растений

В земной атмосфере азот представлен в довольно большом объеме — это 72%. При этом, он является нейтральным для растений, они не могут его усвоить.

Около 10% растений из семейства Бобовые способны вступать в симбиоз с бактериями. Также бактерии были найдены на корнях ольхи, которая относится к семейству Березовые.

Клубеньковые бактерии относят к роду Rhizodium. Они отличаются тем, что имеют способность фиксировать молекулярный азот, взятый из атмосферного воздуха, с последующим синтезом органических азотсодержащих соединений. Вступая в симбиоз с бобовыми растениями, клубеньковые бактерии могут образовывать на их корнях клубеньки. Они переводят газообразный азот в легко доступные для усвоения растениями соединения. Цветковые растения — поставщики питательных веществ для бактерий.

Клубеньковые бактерии крайне важны в процессе обогащения грунта азотом.

Размер клубеньковых бактерий варьируется от 0,3 до 3 мкм. Для них характерна округлая форма, слизистая консистенция и прозрачность. От других бактерий они отличаются тем, что не образуют спор, могу двигаться и используют кислород для нормальной жизнедеятельности.

Когда бактерии проникают в корневой волосок растения, они стимулируют интенсивное деление клеток корня. Так происходит образования клубенька. Бактерии развиваются непосредственно в этих клубеньках, а также принимают участие в процессе ассимиляции азота. В клубеньках же происходит их трансформация: они приобретают разветвленную форму бактероида, который, в частности, поглощает молекулярный азот, нитраты, аминокислоты, а также аммонийные соли. Моно- и дисахариды, спирты и органические кислоты — источник углерода для клубеньковых растений.

Растения являются для бактерий поставщиками жизненно необходимых питательных органических веществ. Эта форма симбиоза положительно сказывается на обоих организмах-симбионтах. Плюсы:

• у бактерий есть возможность нормально пройти собственный цикл развития;
• растения обеспечиваются нормальным развитием, они получают достаточное количество наиболее необходимого питательного элемента — азота.

Согласно К. А. Тимирязеву, этот источник питания растений называется биологическим, а бобовые, соответственно, культурой, которая обогащает почву.

Благодаря симбиозу клубеньковых бактерий и бобовых растений почва обогащается содержанием азота, а не обедняется. Это и отличает бобовые от других растений. Обогащение происходит как просто путем выращивания бобовых растений (горох, вика, донник, соя, клевер, люпин, люцерна), так и в результате последующего разложения их корней и листьев.

Когда корни бобовых растений отмирают, клубеньковые бактерии не погибают, а продолжают существование, придерживаясь сапрофитного образа жизни.

У клубеньковых растений есть способность к поглощению из атмосферы до 300 кг. азота на 1 гектаре посевов. В таком случае почва будет содержать свыше 50 кг. азотсодержащих соединений.

У разных форм бактерий отмечается специфическая предрасположенность к развитию на корнях определенных бобовых. На корнях гороха, кормовых бобов и вики развивается Rhizodium Leguminosarum, у люцерны и донника — Rh. Melitoti, у сои — Rh. Japonicum, а у клевера — Rh. Trifolium.

Значение симбиоза бобовых растений и клубеньковых бактерий

Такой симбиоз представляет высокую степень важности, особенно в процессе выращивания растений. Благодаря ему растения получают повышенную питательность, что приводит к высокой урожайности. Вместе с этим происходит обновление почвы и повышение ее плодородности.

Бобовые — база современного альтернативного земледелия, позволяющая избегать использования удобрений или вносить их в меньшем количестве.

Еще К. А. Тимирязев отмечал, что бобовые растения появились везде, где речь идет о здравых сельскохозяйственных понятиях. Нет сомнений, что в истории мало настолько полезных открытий, как использование клевера и бобовых растений в целом в севообороте, благодаря которым существенно увеличивается продуктивность сельского хозяйства.

Сегодня бобовые растения повсеместно культивируются. Их значение уже велико, но в последующем будет только расти. Все потому, что бобовые — источник экологического и экономического азота.

Несмотря на наличие высокоразвитых технологий производства минеральных удобрений (наиболее важные — азотные), 2/3 используемого в мировом хозяйстве азота получают из биологических источников. В основном — за счет бобовых и их симбионтов: клубеньковых бактерий-азотфиксаторов.

Непосредственно в клубеньках осуществляется важная для симбиоза биохимическая реакция: молекулярный азот воздуха обновляется до нитратов, а затем — до аммония.

На основе результатов исследований взаимоотношений бактерий-симбионтов и растений, микробиологи установили одну из задач для решения: определить пути создания сообществ для улучшения минерального питания растений биологическим азотом.

Симбиоз представляет собой системы с разными взаимодействиями, большая часть из которых основана на повышении генетической пластичности организмов. Это, в том числе, может стать причиной возникновения новых форм жизни. Эту возможность природе дает симбиоз. Все это — существенная составляющая современного учения о симбиозе.

Чтобы увеличить количество клубеньковых бактерий и урожайность бобовых, в ходе посева в почву вносят специальное бактериальное средство — нитрагин. Так осуществляется искусственное заражение семян клубеньковыми бактериями.

Источник

Симбиоз клубеньковых бактерий и бобовых растений: особенности и видовая специфика клубеньковых бактерий и их взаимодействие с растениями-хозяевами

Клубеньковые бактерии впервые были обнаружены в 1888 году ученым М. Бейеринком. Он выделил азотфиксирующие симбиотические микроорганизмы из корневых клубеньков бобовых растений. Особенность этих бактерий в том, что они благоприятствуют формированию клубеньков, в которых фиксируется атмосферный азот.

Это взаимовыгодный союз, так как бактерии потребляют органические соединения в клубеньках, а растению доступны связанные соединения азота. Эти взаимоотношения называются симбиотическими.

Все клубеньковые бактерии, которые поражают корневую систему бобовых различаются. При этом, они рассматриваются как родственные.

Клубеньковые бактерии характеризуются:

• подвижностью;
• наличием монотрихий или перитрихий;
• размерами палочки — от короткой до средней. В цифрах это 0,5-0,9 мкм ширины и 1-3 мкм длины;
• такие бактерии являются грамотрицательными, аэробами и не спорообразующими организмами.

Клубеньковые бактерии питаются:

• различными углеводами;
• полисахаридами (гликоген, декстрин);
• многоатомными спиртами;
• органическими кислотами;
• фосфором;
• кальцием;
• калием;
• соединениями железа и др.

Отдельные виды бактерий при усвоении углеводов могут образовывать кислоты.

Микроорганизмы часто сами синтезируют некоторые витамины, такие как тиамин, рибофлавин и цианокобаламин, а также вещества роста — гетероауксин, гиббереллины, цитокинины.

Видовая специфика клубеньковых бактерий

Клубеньковые бактерии формируют симбиотические связи с растениями, принадлежащими семейству Leguminosae.

Клубеньковые бактерии отличаются видовой спецификой в зависимости от того, кто является их растением-хозяином. Отдельный вид бактерий образует клубеньки на одном или нескольких видах бобовых растений:

• Rhizobium phaseoli — фасоль;
• Rhizobium leguminosarum — вика, горох, чечевица, кормовые бобы;
• Bradyrhizobium lupine — люпин;
• Bradyrhizobium — маш, арахис, вигна и т. д.

Специфичность клубеньковых бактерий — явление не до конца изученное. Многие считают, что бактерии начинают взаимодействовать с корневой системой растения в результате привлечения клеток микроорганизмов при помощи корневых выделений.

Подвижные бактерии, характеризующиеся хемотаксисом, заражают растения быстрее.

Растения преимущественно заражаются через молодые корневые волоски.

В бобовых растениях содержатся белки или гликопротеины (лектины), которые специфичным образом связывают полисахариды. Последние выполняют функцию распознавания.

С помощью взаимодействия поверхностных полисахаридов бактерий и лектинов корней бобового растения можно определить, может ли произойти инфицирование корневого волоска этим видом клубеньковых бактерий.

Как взаимодействуют бактерии и растения-хозяева

Клубеньковые бактерии проникают в корневые волоски бобовых растений разными способами:

• через верхушку корневого волоска;
• в месте около его конца;
• через щели, которое расположены в основаниях боковых ответвлений корня.

Понять, что растение инфицировано, можно по специфическим изменениям формы корневых волосков: их изгиб похож на форму ручки зонтика.

То, насколько корневой волосок искривляется, зависит от:

• вида бобового растения;
• места проникновения бактерий;
• активности штамма клубеньковых бактерий.

Место проникновения бактерий характеризуется разрыхлением клеточной стенки волоска, которое происходит под действием гидролитических ферментов бактерий.

Бактерии формируют инфекционную нить: это гифообразная слизистая масса. Движение нити происходит в направлении клеток эпидермиса и основания волоска, а далее — в паренхиму через клетки коры.

Внедрившись в клетки растений, инфекционная нить покрывается целлюлозной оболочкой.

Бактерии могут размножаться исключительно в тетраплоидных клетках коры. За редким исключением — в клетках эпидермиса корня.

Происходит интенсивное деление инфицированной клетки и незараженных клеток. Как результат — образуется клубенек.

Источник