Симбиоз растений семейства бобовых

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

Симбиоз растений семейства бобовых

Задания Д10 № 3002

Какую роль играют растения семейства бобовых в природе

Корни многих бобовых несут небольшие клубеньки, образованные разрастающейся тканью при внедрении в корень азотфиксирующих бактерий. Эти бактерии способны фиксировать атмосферный азот, которым они не только снабжают растение, но и обогащают им почву.

Бактерии формируют на корнях бобовых растений клубеньки, в которых образуют азот и превращают его в азотистые соединения, пригодные для усвоения растениями. Таким образом, почва с помощью этих растений обогащается азотом.

Собственно растения не обогащают почву. Их заслуга в том, что с ними вступают в симбиоз клубеньковые бактерии. Так что верный ответ 4.

. Ежегодно бобовые, живущие в симбиозе с бактериями, возвращают в почву не менее 100 — 140 кг/га азота.

Следовательно, это роль клубеньковых бактерий. а не совсем бобовых растений.Двойственный ответ.

Сидераты — это растения, которые выращиваются не для потребления в пищу, а исключительно для повышения плодородия земли. Их зеленую массу заделывают в почву для обогащения ее органическими веществами. Такой прием окультуривания почвы называется сидерацией, применяется он с давних времен и входит в систему органического земледелия.

Зеленые растения обогащают почву не только органикой, но и азотом, микроэлементами и по эффективности приравниваются к навозу. Корни рыхлят землю, улучшают структуру, водный и воздушный режим, оздоравливают ее.

К сидератам относятся в основном бобовые культуры: люпин, чина, донник, лядвенец, вика, сераделла, люцерна, клевер и др. Бактерии формируют на корнях бобовых растений клубеньки, в которых образуют азот и превращают его в азотистые соединения, пригодные для усвоения растениями. Таким образом почва с помощью этих растений обогащается азотом.

4 — это морфо-физиологическая характеристика, а не роль в природе

Сами бобовые ведь не обогащают почву азотными солями, это делают бактерии. А бобовые просто дают им «место жительства». Разве не будет правильным сказать, что роль бобовых именно в том, что на их корнях обитают клубеньковые бактерии?

Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая. Если растения «изъять», т.е. выдернуть с корнями. то почва не будет обогащена.

Источник

Симбиоз бобовых растений и клубеньковых бактерий

В $1888$ г М. Бейеринком из корневых клубеньков бобовых растений были выделены азотфиксирующие симбиотические микроорганизмы, названные клубеньковыми бактериями. Эти бактерии способствуют образованию клубеньков, в которых происходит фиксация атмосферного азота.

Бактерии питаются в клубеньках органическими соединениями, а растение, в свою очередь, получает связанные соединения азота. Так между растением и бактериями обозначаются симбиотические взаимоотношения.

Клубеньковые бактерии, поражающие корни различных бобовых растений, немного отличаются, но их рассматривают как родственные организмы.

Для клубеньковых бактерий является характерным:

• это грамотрицательные бактерии;
• они подвижные;
• имеют монотрихи или перитрихи;
• размер палочки колеблется от коротких до средних (0,5-0,9 мкм шириной и 1-3 мкм длиной);
• являются аэробами;
• не спорообразующие организмы.

Клубеньковые бактерии потребляют разные углеводы, полисахариды (гликоген, декстрин), многоатомные спирты, органические кислоты, фосфор, кальций, калий, соединения железа и др. При усвоении углеводов некоторые виды способны образовывать кислоты. Микроорганизмы могут сами синтезировать некоторые витамины (рибофлавин, тиамин, цианокобаламин), ростовые вещества (цитокинины, гиббереллины, гетероауксин).

Видовая специфичность клубеньковых бактерий

Клубеньковые бактерии могут формировать симбиотические ассоциации с растениями семейства Leguminosae.

Для клубеньковых бактерий характерна видовая специфичность по отношению к растениям-хозяевам. Конкретный вид бактерий способен образовывать клубеньки на одном или нескольких видах бобовых растений.

Rhizobium phaseoli инфицирует фасоль, Rhizobium leguminosarum заражает вику, горох, чечевицу и кормовые бобы, Bradyrhizobium lupine – люпин, а Bradyrhizobium – маш, вигну, арахис и т.д.

В настоящее время вопрос специфичности клубеньковых бактерий изучен недостаточно полно. Считается, что взаимодействие бактерий с корневой системой растения начинается с привлечения клеток микроорганизмов корневыми выделениями. Быстрее заражать растение будут подвижные бактерии, для которых характерен хемотаксис.

Заражение растения обычно происходит через молодые корневые волоски. Бобовые растения содержат белки или гликопротеины – лектины, способные к специфическому связыванию полисахаридов, выполняющие функцию распознавания.

При взаимодействии поверхностных полисахаридов бактерий с лектинами корней бобового растения определяется, возможно ли инфицирование корневого волоска данным видом клубеньковых бактерий.

Взаимодействие бактерий с растением-хозяином

Проникновение в корневые волоски бобового растения клубеньковых бактерий может происходить несколькими путями: через верхушку корневого волоска, около его конца, через «расщелины», расположенные в основаниях боковых ответвлений корня.

Об инфицировании растения можно судить по своеобразным изменениям формы корневых волосков, способных изгибаться в виде формы ручки зонтика.

При этом степень искривления корневого волоска определяется:

• видом бобового растения;
• местом проникновения;
• активностью штамма клубеньковых бактерий.

В месте проникновения бактерий в результате действия их гидролитических ферментов происходит разрыхление клеточной стенки волоска. Бактерии образуют инфекционную нить, представляющую собой гифообразную слизистую массу. Нить движется по направлению к клеткам эпидермиса и основанию волоска и, далее, через клетки коры – в паренхиму.

После внедрение в клетки растений инфекционная нить покрывается целлюлозной оболочкой. Бактерии способны размножаться только в тетраплоидных клетках коры и иногда в клетках эпидермиса корня.

Инфицированная клетка и соседние незараженные клетки интенсивно делятся, что приводит к образованию клубенька.

Источник