Rhizobium egenskaper, taxonomi, morfologi, livsmiljöer och fördelar



Rhizobium är ett slag av bakterier som har förmågan att fixa kväve från atmosfären. I allmänhet är bakterier med förmåga att fixera kväve känt som rhizobia. Dessa relationer mellan växter och mikroorganismer har studerats i stor utsträckning.

Dessa prokaryoter lever i symbiotiska förhållanden med olika växter: baljväxter, såsom bönor, alfalfa, linser, sojabönor, bland andra.

De är specifikt förknippade med sina rötter och ger växten kväve som de behöver. Växten erbjuder i sin tur bakterien en tillflyktsort. Detta nära symbiotiska förhållande medför utsöndring av en molekyl som kallas leghemoglobin. Denna symbios producerar en betydande del av N2 i biosfären.

I detta förhållande orsakar bakterierna bildandet av knölar i rötterna, vilket skiljer de så kallade bakterierna.

De flesta av de studier som har utförts i detta bakteriegenus har endast tagit hänsyn till deras symbiotiska tillstånd och dess förhållande till växten. Av denna anledning finns mycket liten information relaterad till bakteriens individuella livsstil och dess funktion som en del av jordmikrobiomen..

index

  • 1 Egenskaper
  • 2 infektionsprocessen
    • 2.1 Utveckling och typ av noduler
    • 2.2 Bakteroidbildning
    • 2.3 Attraktion mellan rhizobia och rötter
    • 2.4 Leghemoglobin
  • 3 Taxonomy
  • 4 Morfologi
  • 5 Habitat
  • 6 Fördelar och applikationer
  • 7 referenser

särdrag

Genusens bakterier Rhizobium De är främst kända för sin förmåga att fixa kväve och upprätta symbiotiska förhållanden med växter. Faktum är att det anses vara ett av de mest dramatiska relationerna som finns i naturen.

De är heterotrofa, vilket indikerar att de måste få sin energikälla för organiskt material. Rhizobium den växer normalt under aeroba förhållanden och nodulerna bildas vid en temperatur av 25 till 30 ° C och ett optimalt pH av 6 eller 7.

Emellertid kräver processen med kvävefixering låga syrekoncentrationer för att skydda kväveas (det enzym som katalyserar processen).

För att hantera höga mängder syre finns det ett protein som liknar hemoglobin som är ansvarigt för sekvestrerande syre som kan ingripa i processen.

De symbiotiska relationerna som dessa prokaryoter etablerar med baljväxter har en hög ekologisk och ekonomisk inverkan, så det finns en omfattande litteratur om detta mycket specifika förhållande.

Infektionsprocessen är inte enkel, det innebär en rad steg där bakterierna och växten påverkar varandra i aktiviteter av celldelning, genuttryck, metaboliska funktioner och morfogenes.

Infektionsprocess

Dessa bakterier är utmärkta biologiska modeller för att förstå växelverkan mellan mikroorganismer och växter.

Rizobien finns i marken, där de koloniserar rötterna och lyckas komma in i växten. I allmänhet börjar kolonisering i rothåren, även om en infektion också är möjlig genom små lesioner i epidermis.

När bakterierna kan tränga in i plantans inre, är det vanligtvis bibehållet ett tag i plantens intracellulära utrymmen. När utvecklingen av knölarna fortskrider, kommer rhizobia in i cytoplasman av dessa strukturer.

Utveckling och typ av knölar

Utvecklingen av knölarna innebär en rad synkroniska händelser i båda organismerna. Noderna klassificeras i viss och obestämd form.

Den första härstammar från cellavdelningar i den inre cortexen och har en vidhängande apikal meristem. De kännetecknas av att de har en cylindrisk form och två differentierade zoner.

Å andra sidan resulterar de bestämda knutarna från cellavdelningar i mitten eller yttre delen av rotkortexen. I dessa fall har du inte en beständig meristem och dess form är mer sfärisk. Den mogna nodulen kan utvecklas genom celltillväxt.

Bildandet av bakteroid

Differentieringen av bakterier sker i nodulen: N-fixeringsformen2. Bakterierna, tillsammans med plantans membraner, bildar symbiosomen.

I dessa komplexa plantmikrober är växten ansvarig för att ge kol och energi, medan bakterierna producerar ammoniak.

Jämfört med fritt levande bakterier genomgår bakterioden en serie förändringar i dess transkriptom, i hela dess cellulära struktur och i metaboliska aktiviteter. Alla dessa förändringar sker för att anpassa sig till en intracellulär miljö, där dess enda syfte är kvävefixering.

Växten kan ta denna kväveförening som utsöndras av bakterierna och använda den för syntes av väsentliga molekyler, såsom aminosyror.

De flesta arter av Rhizobium De är ganska selektiva när det gäller antalet gäster som de kan infektera. Vissa arter har bara en värd. Däremot kännetecknas ett litet antal bakterier av att vara promiskuösa och ha ett brett spektrum av potentiella värdar.

Attraktion mellan rhizobia och rötter

Attraktionen mellan bakterierna och rötterna av baljväxterna förmedlas av kemiska agens som utsöndras av rötterna. När bakterierna och roten är nära, inträffar en serie händelser på molekylär nivå.

Röda flavonoider inducerar gener i bakterier NICKA. Detta leder till produktion av oligosackarider kända som LCO eller nodfaktorer. LCO: erna binder till receptorerna, som bildas av lysinmotiv, i rothåren och på så sätt initierar signaleringshändelserna.

Det finns andra gener - förutom NICKA - involverad i symbiosprocessen, som exo, nif och laga.

leghaemoglobin

Leghemoglobin är en molekyl av protein natur, typisk för det symbiotiska förhållandet mellan rhizobia och baljväxter. Som namnet antyder är det ganska lik ett mer välkänt protein: hemoglobin.

Liksom dess blodanalog har leghemoglobin distinktionen att ha en hög affinitet för syre. Eftersom fixeringsprocessen som inträffar i knölarna påverkas negativt av höga syrekoncentrationer, är proteinet ansvarigt för att behålla det för att systemet ska fungera ordentligt.

taxonomi

Cirka 30 arter av Rhizobium, vara den mest kända Rhizobiumcellulosilyticum och Rhizobium leguminosarum. Dessa tillhör familjen Rhizobiaceae, som också rymmer andra släktingar: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, och sinorhizobium.

Orden är Rhizobiales, klassen är Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria och Bacteria Kingdom.

morfologi

Rizobien är bakterier som selektivt smittar rötterna av baljväxter. De kännetecknas av att vara gramnegativa, har förskjutningskapacitet och deras form påminner om en sockerrör. Dess dimensioner är mellan 0,5 och 0,9 mikrometer breda och 1,2 och 3,0 mikrometer långa.

De skiljer sig från de övriga bakterierna som bor i jorden genom att presentera två former: den fria morfologin som finns i marken och den symbiotiska formen inom deras växtvärde.

Utöver morfologin för kolonin och gramfärgningen finns det andra metoder som du kan få för att identifiera bakterierna i släktet Rhizobium, Dessa innefattar näringsutnyttjande tester, såsom katalast test, oxidas och användningar av kol och kväve.

På liknande sätt har molekylära tester använts för identifiering, såsom applicering av molekylära markörer.

livsmiljö

I allmänhet uppvisar rhizobia som tillhör familjen Rhizobiaceae den särdrag att de huvudsakligen är associerade med växter av familjen Fabaceae.

Familjen Fabaceae innehåller baljväxter - korn, linser, alfalfa, för att bara nämna några arter som är kända för deras gastronomiska värde. Familjen tillhör Angiospermerna, som är den tredje största familjen. De är utbredda i världen, allt från tropiska områden till arktiska områden.

Endast en non-legume växtarter är känd som etablerar symbiotiska relationer med Rhizobium: Parasponea, en genus av växter från familjen Cannabáceas.

Dessutom är antalet föreningar som kan etableras mellan mikroorganismen och växten beroende av många faktorer. Ibland är associeringen begränsad av bakteriernas art och art, medan det i andra fall beror på växten.

Å andra sidan är bakterier i sin fria form en del av jordens naturliga flora - tills noduleringsprocessen inträffar. Observera att även om det finns baljväxter och rhizobia i jorden, är bildandet av knölar inte säkerställt, eftersom stammarna och arten av symbiosens medlemmar måste vara kompatibla.

Fördelar och applikationer

Kvävefixering är en avgörande biologisk process. Innebär kväveintag i atmosfären, i form av N2 och det är reducerat till NH4+. Således kan kväve komma in och användas i ekosystemet. Processen är av stor betydelse i olika typer av miljöer, oavsett om det är markbundet, sötvatten, marin eller arktisk.

Det verkar som att kväve är ett element som i de flesta fall begränsar tillväxten av grödor och fungerar som en begränsande komponent.

Från kommersiell synvinkel kan rhizobia användas som förstärkare inom jordbruket tack vare dess förmåga att fixa kväve. Därför finns en handel relaterad till processen för ympning av nämnda bakterier.

Inokuleringen av rhizobium har mycket positiva effekter i förhållande till växtens tillväxt, vikten och antalet frön som produceras. Dessa fördelar har bevisats experimentellt med dussintals studier med baljväxter.

referenser

  1. Allen, E. K., och Allen, O. N. (1950). Rhizobias biokemiska och symbiotiska egenskaper. Bakteriologiska recensioner, 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 mångfald och nodulationsegenskaper hos den extremt promiskuösa benen Sophora flavescens. Molekylära växt-mikrobe-interaktioner, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordanien, D.C. (1962). Bakterierna av släktet Rhizobium. Bakteriologiska recensioner, 26(2 Pt 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F. N., & Bottomley, P.J. (1994). Symbiotiska egenskaper hos Rhizobium leguminosarum bv. trifolii isolat som representerar större och mindre noduler-upptagande kromosomala typer av markvuxna subklöver (Trifolium subterraneum L.). Tillämpad och miljömikrobiologi, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: från saprofyter till endosymbioner. Naturrecensioner Mikrobiologi, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H.J. (2012). Handbok för rhizobia: Metoder i köttfärs-Rhizobium-teknik. Springer Science & Business Media.
  7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Genetiska och molekylära mekanismer som ligger bakom symbiotisk specificitet i legume-Rhizobium-interaktioner. Gränser i växtvetenskap, 9, 313.