Ciri-ciri Rhizobium, taksonomi, morfologi, habitat dan faedah



Rhizobium adalah genus bakteria yang mempunyai keupayaan untuk membetulkan nitrogen dari atmosfera. Secara umum, bakteria dengan keupayaan untuk membaiki nitrogen dikenali sebagai rhizobia. Hubungan ini antara tumbuhan dan mikroorganisma telah dikaji secara meluas.

Prokariot ini hidup dalam hubungan simbiotik dengan tumbuhan yang berbeza: kekacang, seperti kacang, alfalfa, kacang merah, kacang soya, antara lain.

Mereka secara khusus dikaitkan dengan akar mereka dan menyediakan tanaman dengan nitrogen yang mereka perlukan. Kilang itu, pada gilirannya, menawarkan bakteria sebagai tempat perlindungan. Hubungan simbiotik yang rapat ini menyebabkan rembesan molekul dipanggil leghemoglobin. Simbiosis ini menghasilkan sebahagian besar N2 dalam biosfera.

Dalam hubungan ini, bakteria menyebabkan pembentukan nodul dalam akar, yang membezakan "bakterida".

Kebanyakan kajian yang telah dijalankan dalam genus bakteria ini, hanya mengambil kira keadaan simbiotik dan hubungannya dengan tumbuhan. Atas sebab ini, terdapat sedikit maklumat yang berkaitan dengan gaya hidup individu bakteria dan fungsinya sebagai komponen mikrobaom tanah..

Indeks

  • 1 Ciri-ciri
  • 2 Proses jangkitan
    • 2.1 Pembangunan dan jenis nodul
    • 2.2 Pembentukan bakteroid
    • 2.3 Tarikan antara rhizobia dan akar
    • 2.4 Leghemoglobin
  • 3 Taksonomi
  • 4 Morfologi
  • 5 Habitat
  • 6 Faedah dan aplikasi
  • 7 Rujukan

Ciri-ciri

Bakteria genus Rhizobium Mereka dikenali terutamanya untuk keupayaan mereka untuk membetulkan nitrogen dan mewujudkan hubungan simbiotik dengan tumbuh-tumbuhan. Malah, ia dianggap sebagai salah satu hubungan yang paling dramatik yang wujud dalam alam semula jadi.

Mereka adalah heterotrofik, yang menunjukkan bahawa mereka mesti mendapatkan sumber tenaga mereka dari bahan organik. Rhizobium ia tumbuh secara normal di bawah keadaan aerobik dan nodul dibentuk pada suhu 25 hingga 30 ° C dan pH optimum 6 atau 7.

Walau bagaimanapun, proses penetapan nitrogen memerlukan kepekatan oksigen yang rendah untuk melindungi nitrogenase (enzim yang mempelbagaikan proses).

Untuk berurusan dengan jumlah oksigen yang tinggi, terdapat protein yang serupa dengan hemoglobin yang bertanggungjawab untuk mengumpul oksigen yang boleh campur tangan dalam proses.

Hubungan simbiotik yang prokariota ini menegaskan dengan kekacang mempunyai kesan ekologi dan ekonomi yang tinggi, jadi terdapat kesusastraan yang luas tentang hubungan yang sangat spesifik ini.

Proses jangkitan tidak mudah, ia melibatkan satu siri langkah di mana bakteria dan tumbuhan mempengaruhi antara satu sama lain dalam aktiviti pembahagian sel, ekspresi gen, fungsi metabolik dan morphogenesis.

Proses jangkitan

Bakteria ini adalah model biologi yang sangat baik untuk memahami interaksi yang berlaku antara mikroorganisma dan tumbuhan.

Rhizobia ditemui di dalam tanah, di mana mereka menjajah akar dan berjaya memasuki kilang. Secara umum, penjajahan bermula di rambut akar, walaupun jangkitan juga mungkin melalui luka-luka kecil di epidermis.

Apabila bakteria dapat menembusi bahagian dalam tumbuhan, ia biasanya dikekalkan untuk sementara waktu di ruang intraselular tumbuhan. Apabila perkembangan nodul diteruskan, rhizobia memasuki sitoplasma struktur ini.

Pembangunan dan jenis nodul

Perkembangan nodul melibatkan satu siri peristiwa sinkronik dalam kedua-dua organisma. Nodul diklasifikasikan dalam keadaan tertentu dan tidak pasti.

Yang pertama berasal dari bahagian-bahagian selular dalam korteks dalaman dan mempunyai meristem apikal berterusan. Mereka dicirikan dengan mempunyai bentuk silinder dan dua zon dibezakan.

Sebaliknya, nodul yang ditentukan berpunca daripada bahagian sel di bahagian tengah atau bahagian luar korteks akar. Dalam kes ini, anda tidak mempunyai meristem yang berterusan dan bentuknya lebih sfera. Nodul dewasa boleh berkembang dengan pertumbuhan sel.

Pembentukan bakteroid

Pembezaan dalam bacteroids berlaku di nodul: bentuk N-fixing2. Bakteria, bersama dengan membran tumbuhan, membentuk simbiosom.

Dalam mikrob tumbuhan kompleks ini, kilang itu bertanggungjawab menyediakan karbon dan tenaga, manakala bakteria menghasilkan ammonia.

Berbanding dengan bakteria hidup bebas, bakteria menjalani satu siri perubahan dalam transkripnya, dalam keseluruhan struktur sel dan dalam aktiviti metabolik. Semua perubahan ini berlaku untuk menyesuaikan diri dengan persekitaran intraselular, di mana objektifnya hanya penentuan nitrogen.

Kilang ini boleh mengambil sebatian nitrogen yang dirembes oleh bakteria dan menggunakannya untuk sintesis molekul penting, seperti asid amino.

Kebanyakan spesies Rhizobium Mereka agak selektif dari segi bilangan tetamu yang boleh dijangkiti. Sesetengah spesies mempunyai hanya satu tuan rumah. Sebaliknya, sebilangan kecil bakteria dicirikan dengan bersifat rambang dan mempunyai spektrum luas tuan rumah yang berpotensi.

Tarikan antara rhizobia dan akar

Daya tarikan di antara bakteria dan akar kekacang dikawal oleh agen-agen kimia, dipancarkan oleh akar. Apabila bakteria dan akarnya rapat, satu siri peristiwa berlaku di peringkat molekul.

Flavonoid akar mendorong gen dalam bakteria mengangguk. Ini membawa kepada pengeluaran oligosakarida yang dikenali sebagai faktor LCO atau nod. LCOs mengikat kepada reseptor, dibentuk oleh motif lysine, di rambut akar, dengan itu memulakan peristiwa-peristiwa isyarat.

Ada gen lain - selain itu mengangguk - terlibat dalam proses simbiosis, sebagai exo, nif dan menetapkan.

Leghemoglobin

Leghemoglobin adalah molekul sifat protein, tipikal hubungan simbiotik antara rhizobia dan kekacang. Seperti namanya, ia agak serupa dengan protein yang lebih biasa: hemoglobin.

Seperti analog darahnya, leghemoglobin mempunyai perbezaan mempunyai pertalian yang tinggi untuk oksigen. Oleh kerana proses penetapan yang berlaku di dalam nodul dipengaruhi secara negatif oleh kepekatan oksigen yang tinggi, protein bertanggungjawab untuk mengekalkannya supaya sistem berfungsi dengan betul.

Taksonomi

Kira-kira 30 spesies Rhizobium, menjadi yang paling terkenal Rhizobium cellulosilyticum dan Rhizobium leguminosarum. Ini termasuk kepada keluarga Rhizobiaceae, yang juga menempatkan genera lain: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, dan Sinorhizobium.

Pesanannya adalah Rhizobiales, kelasnya adalah Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria dan kerajaan bakteria.

Morfologi

Rhizobia adalah bakteria yang secara selektif menjangkiti akar kekacang. Mereka dicirikan dengan gram negatif, mempunyai kapasiti anjakan dan bentuknya mengingatkan tebu. Dimensinya adalah antara 0.5 hingga 0.9 mikrometer lebar dan 1.2 dan 3.0 mikrometer panjang.

Mereka berbeza dari bakteria lain yang mendiami tanah dengan membentangkan dua bentuk: morfologi bebas yang terdapat dalam tanah dan bentuk simbiotik dalam hos tanaman mereka.

Di luar morfologi tanah jajahan dan pewarnaan gram, terdapat kaedah-kaedah lain yang anda dapat mengenali bakteria genus Rhizobium, Ini termasuk ujian pemakanan nutrien, seperti ujian katalase, oksidase, dan penggunaan karbon dan nitrogen.

Begitu juga, ujian molekul telah digunakan untuk pengenalpastian, seperti penggunaan penanda molekul.

Habitat

Secara umum, rhizobia kepunyaan keluarga Rhizobiaceae mempamerkan keanehan yang dikaitkan terutamanya dengan tumbuhan keluarga Fabaceae.

Keluarga Fabaceae termasuk kacang-kacangan - bijirin, lentil, alfalfa, hanya untuk menamakan beberapa spesies yang dikenali dengan nilai gastronomi mereka. Keluarga itu tergolong dalam Angiosperms, yang merupakan keluarga ketiga terbesar. Mereka diagihkan secara meluas di dunia, dari kawasan tropika ke daerah arktik.

Hanya satu spesies tumbuhan bukan legum diketahui yang mewujudkan hubungan simbiotik dengan Rhizobium: Parasponea, satu genus tumbuhan daripada keluarga Cannabáceas.

Di samping itu, bilangan persatuan yang boleh ditubuhkan antara mikroorganisma dan tumbuhan bergantung kepada banyak faktor. Kadang-kadang persatuan itu dibatasi oleh sifat dan spesies bakteria, sedangkan dalam keadaan lain ia bergantung pada tumbuhan.

Sebaliknya, dalam bentuk bebas, bakteria merupakan sebahagian daripada flora semulajadi tanah - sehingga proses nodulasi berlaku. Perhatikan bahawa walaupun ada kekacang dan rhizobia di dalam tanah, pembentukan nodul tidak terjamin, kerana strain dan spesies anggota simbiosis mestilah bersesuaian.

Faedah dan aplikasi

Fiksasi nitrogen adalah proses biologi yang penting. Melibatkan pengambilan nitrogen di atmosfera, dalam bentuk N2 dan ia dikurangkan ke NH4+. Oleh itu, nitrogen boleh masuk dan digunakan dalam ekosistem. Proses ini amat penting dalam pelbagai jenis persekitaran, sama ada daratan, air tawar, laut atau Artik.

Nampaknya nitrogen adalah unsur yang membatasi, dalam kebanyakan kes, pertumbuhan tanaman dan bertindak sebagai komponen yang membatasi.

Dari sudut pandangan komersial, rhizobia boleh digunakan sebagai peningkat dalam pertanian berkat keupayaannya untuk memperbaiki nitrogen. Oleh itu, terdapat perdagangan yang berkaitan dengan proses inokulasi bakteria tersebut.

Inokulasi rhizobium mempunyai kesan yang sangat positif berhubung dengan pertumbuhan tumbuhan, berat dan bilangan benih yang dihasilkannya. Manfaat ini telah terbukti secara percubaan oleh berpuluh-puluh kajian dengan kacang-kacangan.

Rujukan

  1. Allen, E. K., & Allen, O. N. (1950). Sifat biokimia dan simbiotik dari rhizobia. Ulasan bakteria, 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). Kepelbagaian Rhizobial dan ciri-ciri nodulasi dari legum yang sangat lemah Sophora flavescens. Interaksi Molekul Molekul-Mikroba, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D. C. (1962). Bakteria daripada genus Rhizobium. Ulasan bakteria, 26(2 Pt 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F. N., & Bottomley, P. J. (1994). Ciri-ciri Symbiotik Rhizobium leguminosarum bv. trifolii mengasingkan yang mewakili jenis kromosom yang utama dan kecil nodule subclover yang ditanam di medan (Trifolium subterraneum L.). Mikrobiologi yang digunakan dan alam sekitar, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: dari saprophytes hingga endosymbionts. Ulasan Alam Mikrobiologi, 16(5), 291.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (2012). Buku panduan untuk rhizobia: kaedah dalam teknologi kekurangan Rhizobium. Sains & Media Perniagaan Springer.
  7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Mekanisme Genetik dan Molekul Mendasari Spesifik Symbiotik dalam Interaksi Legume-Rhizobium. Hadapan dalam sains tumbuhan, 9, 313.