Симбиоз клубеньковых бактерий и бобовых растений полезен только для

Из 13 000 видов (550 родов) бобовых растений клубеньки выявлены пока только у 1300 видов (243 рода). Из этих растений более 200 видов — сельскохозяйственные растения. Благодаря клубенькам бобовые растения приобретают способность усваивать атмосферный азот.

Бактерии, вызывающие образование клубеньков у бобовых (клубеньковые бактерии), принадлежат к роду ризобиум. Эти бактерии свободно живут в почве, но фиксацию молекулярного азота способны осуществлять лишь в симбиозе с растением. Комплекс растение — ризобиум является примером настоящего симбиоза.

Растение обеспечивает бактерии питательными веществами и создает для них оптимальные условия существования, а бактерии снабжают растение азотом. Растение реагирует на бактерии уродливым разрастанием ткани, а в случае недостатка некоторых элементов питания (например, бора) бактерия может стать настоящим паразитом растение. В условиях обильного снабжения углеводами клубеньковая бактерия интенсивно фиксирует азот атмосферы.

Для клубеньковых бактерий характерно поразительное разнообразие форм — полиморфность. Они могут быть палочковидными, овальными, в форме кокков (подвижных и неподвижных). Клубеньковые бактерии — микроаэрофилы (развиваются при незначительном количестве кислорода в среде), однако предпочитают аэробные условия. В качестве источников углерода в питательных средах используют углеводы и органические кислоты, источников азота— разнообразные минеральные и органические азотосодержащие соединения. Клубеньковые бактерии обладают строгой специфичностью.

Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня: 1) через повреждения эпидермальной и коровой ткани; 2) через корневые волоски; 3) только через молодую клеточную оболочку; 4) благодаря стимуляции синтеза β-индолилуксусной кислоты из триптофана, всегда имеющегося в корневых выделениях растений; 5) благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты.

Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз: 1) инфицирование корневых волосков; 2) процесс образования клубеньков.

В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножаясь, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина. Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные; К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.

Факторы, определяющие симбиотические взаимоотношения клубеньковых бактерий с бобовыми растениями:

1. Влажность — оптимальная влажность 60—70 % полной влагоемкости почвы.

2. Температура — температурные характеристики разных видов бобовых растений различны; предел — от 10 до 25—30 °С. Максимальная азотфиксация у ряда бобовых растений наблюдается при 20—25 °С.

3. Реакция почвы — нейтральные значения рН.

4. Степень обеспеченности бобовых растений доступными формами минеральных соединений азота, фосфора, калия, кальция, магния, серы, железа, микроэлементов.

5. Биологические факторы — ризосферная микрофлора, насекомые.

Корневые клубеньки распространены не только у бобовых растений. Имеется около 200 видов различных растений, связывающих азот в симбиозе с микроорганизмами, образующими клубеньки на их корнях (или листьях). Изучены клубеньки на корнях ольхи, якорцев (из семейства парнолистниковых), вейника лесного. Обнаружены клубеньки на корнях капусты, редьки (семейство крестоцветных). Клубеньки на листьях образуют бактерии филлосферы, которые также участвуют в азотном питании растений.

Нитрагин — бактериальное удобрение, состоящее из нескольких штаммов клубеньковых бактерий.

—Источник—

Богданова, Т.Л. Справочник по биологии/ Т.Л. Богданова [и д.р.]. – К.: Наукова думка, 1985.- 585 с.

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

Post Views:
2 260

Характеристика 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).

Готовые работы на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту
Узнать стоимость

Видовая специфичность клубеньковых бактерий

Клубеньковые бактерии могут формировать симбиотические ассоциации с растениями семейства Leguminosae.

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.

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

Изучение взаимодействия бактерий с другими организмами – один из основных разделов микробиологии. Благодаря получению и освоению знаний об этом взаимодействии человек может определить границы влияния бактерий на окружающую среду, соответственно, и на безопасность человеческого сообщества. Симбиоз, характерный для клубеньковых бактерий, разнообразные бактериальные эндосимбиозы и экзосимбиозы – все эти процессы являются неотъемлемой частью окружающего человека органического мира и принципиально влияют на состояние объектов неорганической природы.

Виды взаимодействий

Микробиология дает несколько классификаций бактериальных симбиозов:

1. По входящим компонентам (макро- и микросимбиоз).
2. По расположению компонентов друг относительно друга: эндосимбиоз (внутриорганизменный) и экзосимбиоз (внешнее расположение взаимодействующих организмов).
3. По характеру взаимоотношений, в которые вступают организмы (взаимовыгодный муталистический, подавляющий паразитизм, безразличный нейтрализм).
4. По зависимости друг от друга (облигатный – партнеры не могут существовать вне симбиоза, факультативный – каждый симбионт может жить отдельной жизнью).

Отдельным порядком стоит комменсализм. Это такая связь между бактерией и другим организмом, при которой один из участников получает выгоду, а другой безразличен к установленной связи и к ее продуктам.

Указанные свойства симбиозов нельзя назвать стабильной характеристикой, поскольку при определенных условиях вид совместного сожительства может меняться. Так, муталистическое сожительство может перейти в паразитизм или в нейтрализм и наоборот.

Растения и бактерии

Совместное существование растений и бактерий представлено практически всеми видами симбиозов. Один из самых распространенных – факультативное сожительство азотфиксирующих микроорганизмов и бобовых растений.

Представители семейства азотфиксирующих бактерий Rhizobiaceae образуют на корнях бобовых растений так называемые корневые клубеньки, в которых атмосферный азот преобразуется в органические азотсодержащие соединения. Благодаря деятельности азотфиксирующих микроорганизмов ризосфера (почва вокруг корней бобовых растений) насыщается азотсодержащей органикой. Кроме того, сами бобовые растения (например, горох) потребляют продукты жизнедеятельности азотфиксирующих бактерий.

Вследствие высокого содержания органического азота в бобовых, горох, фасоль и другие продукты этой группы рекомендуются для употребления при заболеваниях кишечника и для профилактики онкологических заболеваний системы пищеварения.

Горох, богатый растительным белком, является незаменимым диетическим продуктом в тех случаях, когда пациентам не рекомендуется употреблять в пищу продукты, содержащие белок животного происхождения.Также горох улучшает обмен веществ, нормализует уровень сахара в крови, улучшает работу почек и печени.

Изучив механизм взаимодействия клубеньковых бактерий, человек определил природу полезных свойств гороха и других бобовых, и сегодня все полезные продукты данного симбиоза могут быть произведены синтетическим путем в фармацевтических и промышленных лабораториях.

Взаимодействие с человеком

Человек постоянно живет в содружестве с многочисленным бактериальным сообществом, представленным нескольким десятком основных семейств. Отсутствуют микробы только в крови и лимфе. Все остальные органы и ткани, так или иначе, вступают в контакт либо с самими бактериями, либо с продуктами их жизнедеятельности.

Желудочно-кишечный тракт

ЖКТ населен симбионтами семейства Энтеробактерии (Enterobacteriaceae). Это самое многочисленное сообщество, которое включает в себя роды кишечных патогенных и условно патогенных микроорганизмов. Также в ЖКТ имеется большое количество представителей семейства Лактобацилл (Lactobacillus) – эти микроорганизмы создают кислотную среду, которая подавляет деятельность бактериальных и вирусных патогенов; также лактобактерии очищают кишечник от гнили.

Кожные покровы

Кожа человека населена микроорганизмами в не меньшей степени, нежели ЖКТ. На коже присутствуют стафилококки эпидермидис, коринеформные бактерии, протеи, пропионибактерии, псевдомонады, кишечные микробы и другие.

Активность микробов, которые населяют кожу, зависит от наличия многих подавляющих факторов, а также факторов, которые стимулируют развитие благоприятной среды для роста определенного вида бактерий. Как только такая среда создается, сразу в этом бактериальном сообществе начинает преобладать определенная бактериальная форма, что чаще всего сопровождается инфицированием кожных покровов. При нормальных условиях, когда одна группа сдерживает другую, подобное взаимодействие является естественным биологическим щитом.

Ротовая полость

Во рту также установлено наличие бактериального симбиоза, который регулирует внутреннюю среду ротовой полости и не дает возможности активизироваться патогенной микрофлоре, тем самым защищая ткани самой ротовой полости и верхних дыхательных путей от инфекционных заражений.

Такое взаимодействие и фактическая работа бактериального сообщества по защите человека от патогенов являются универсальным саморегулирующим природным механизмом, который очень аккуратно и оперативно реагирует на все изменения внутри самого организма и в окружающей среде. Поддержание этой естественной защиты является одним из основных аспектов охраны здоровья.

Симбиоз грибов и синезеленых водорослей

Одними из самых ярких симбиозов бактерий и грибов являются примеры сожительства синезеленых водорослей (цианобактерий) и грибов. Такой симбиоз имеет форму хорошо известного лишайника.

Тело гриба является защитным корпусом для бактериального сообщества синезеленых водорослей. Оно обеспечивает защиту от высыхания и осуществляет регулярную поставку воды к бактериальным клеткам, а сами водоросли, которые являются фотосинтезирующими организмами, обеспечивают гриб органическими веществами, необходимыми ему для питания.

Такое взаимовыгодное сотрудничество синезеленых водорослей и грибов позволило лишайникам распространиться в самых сложных климатических условиях и стать одним из обязательных структурных элементов экосистем суровых районов Крайнего Севера.