Что такое клубеньковые бактерии в биологии

Введение

Симбиоз – это взаимовыгодное сосуществование двух или более организмов, при котором каждый из них получает определенные преимущества. Один из примеров симбиоза – взаимодействие клубеньковых бактерий и бобовых растений. Клубеньковые бактерии обитают в корнях бобовых растений и способны фиксировать атмосферный азот, превращая его в доступную форму для растений. В свою очередь, бобовые растения предоставляют бактериям питательные вещества и защиту. Давайте рассмотрим подробнее этот вид симбиоза и его значение для экосистемы.

Нужна помощь в написании работы?

Написание учебной работы за 1 день от 100 рублей. Посмотрите отзывы наших клиентов и узнайте стоимость вашей работы.

Функции клубеньковых бактерий

Учеными установлен целый список функций, которые выполняются этими микроорганизмами:

• ассимиляция различных углеводных соединений;
• ассимиляция органических кислот;
• ассимиляция многоатомных спиртов;
• ассимиляция молекулярного азота в симбиозе с растениями;
• повышение урожайности бобовых;
• выделение веществ, способствующих активизации разрастания корневой системы;
• повышение показателя плодородия почвы.

В этом видео рассказано о клубеньковых бактериях.

Активность выполнения перечисленных функций зависит от ряда причин, среди которых выделяют:

• температурные показатели окружающей среды – при повышенных температурах они прекращают свою активную жизнедеятельность;
• освещения;
• кислотно-щелочного баланса почвы;
• наличия достаточного количества кислорода;
• наличия в земле большого количества питательных микроэлементов.

Фиксация прокариотами атмосферного азота зависит от влияния внешних условий. Например, при большом содержании в почве азотнокислых и аммиачных солей, скорость азотной фиксации угасает, а при их дефиците, наоборот, увеличивается. Это обусловлено тем, что находящиеся в растении и почве азотистые соединения блокируют притяжение их новых «порций» из атмосферы. Также на эту способность оказывает влияние и молибден: при его добавлении в почву процесс азотного притяжения активизируется. Это объясняется тем, что молибден является составляющей ферментов, которые осуществляют фиксацию атмосферного азота.

Условия жизнедеятельности

Клубеньковые микроорганизмы проявляют различную активность в зависимости от условий, в которых обитают.

Специфичность

Клубеньковые симбиозы встречаются только у некоторых растений. При этом микроорганизмы обладают специфичностью, т. е. каждый конкретный подвид бактерий поселяется только у определенной группы или одного растения.

Типичными представителями семейства клубеньковых бактерий являются ризодии Risodium. Данный вид поселяется на клубнях растений семейства бобовых (Fabales).

Температура окружающей среды

Для большинства клубеньковых бактерий оптимальной является диапазон +24… +26°С. При пониженных и повышенных температурах они приостанавливают активную жизнедеятельность. Если высокая температура устанавливается на ранних стадиях симбиоза, то нарушается проникновение бактерий в корни.

Влажность

Без влаги останавливается рост численности бактерий. Но при этом микроорганизмы засушливого климата более приспособлены к засухе, чем бактерии растений влажного климата.

В условиях пониженной влажности клубеньки начинают отмирать. Это связано с уменьшением поступления питательных веществ от растения. После возобновления водного обмена в растении старые, отмершие клубеньки больше не восстанавливают свои функции. На других корневых волосках смогут образовываться новые клубеньки. Но они будут более мелкие, чем прежние, потерявшие жизнеспособность. Уровень фиксации азота также будет ниже.

Наличие в почве азотных соединений

При большом содержании в почве азотнокислых и аммонийных соединений скорость фиксации азота из атмосферы снижается. Это связано с тем, что уже имеющиеся соединения азота блокируют поступление нового из воздуха.

Кислотно-щелочной баланс почвы

Благоприятной средой является почва с рН 6,5-7,5, со слабокислой или нейтральной реакцией. Низкие рН почвы, определяющие почву как кислую, уменьшают проницаемость мембран клеток. В результате этого бактерии не могут проникнуть внутрь них. При рН=8 рост микроорганизмов останавливается.

Содержание в почве молибдена

В присутствии молибдена азотная фиксация значительно усиливается. Это обусловлено участием вещества в работе ферментов, усваивающих и связывающих азот.

Клубеньковые бактерии живут на корнях

Эти микроорганизмы имеют возможность вступать в симбиотические отношения только с некоторыми видами флоры, поселяясь у них в корневищах. Существует несколько гипотез об их проникновении в корни.

Согласно одной из них, они проникают в корневую структуру через механические повреждения.
А другая теория гласит, что они проникают через корневые волоски.
Согласно третьей – ауксинной гипотезы, они оснащены клетками-спутниками, которые оказывают помощь во время их внедрения в корневую систему. 

Внедряются бактериальные формы в корни растения в две фазы. Сначала происходит инфицирование волосков корневой системы, а только потом формируются клубеньки. Длительность фаз может отличаться в зависимости от качества почвы и вида посадки. Также они могут удлиняться из-за формирования неблагоприятных окружающих условий среды. 

При отсутствии хозяев эти симбионты способны длительный период времени просто жить в почве. Однако в такой ситуации, микроорганизмы теряют свою способность, заключающуюся в фиксации азота. При посадке подходящих видов флоры они активно начинают проникать в ее корни, а потом и создавать клубеньки. 

Влияние клубеньковых бактерий на круговорот химического элемента

Клубеньковые бактерии играют важную роль в круговороте химического элемента в природе. Они способны фиксировать атмосферный азот и превращать его в простые соединения, доступные для растений.

Клубеньковые бактерии обладают специальными органами — клубеньками, которые образуются на корнях некоторых растений, таких как бобовые. Взаимодействуя с растением, клубеньковые бактерии создают симбиотическую связь, в результате которой бактерии получают питательные вещества, а растение — доступ к атмосферному азоту. Этот процесс называется фиксацией азота и играет ключевую роль в круговороте азота в природе.

Фиксированный азот, полученный от клубеньковых бактерий, становится доступным для других организмов, включая животных и другие растения. Растения, потребляющие фиксированный азот, используют его для синтеза белков и других жизненно важных органических соединений.

Таким образом, клубеньковые бактерии не только обогащают почву азотом, но и поддерживают естественный круговорот этого химического элемента в природе. Они содействуют увеличению плодородия почвы и позволяют растениям эффективнее поглощать питательные вещества. Без них, круговорот азота в природе был бы нарушен, что привело бы к снижению роста и развития растений, а также снижению плодородия почвы.

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Батраков В.В., (рецензент), составители: Васильев Д.А. , Феоктистова Н.А., Золотохин С.Н. История микробиологии: Курс лекций. – Ульяновск, 2007. – 74с.

2.

Госманов Р.Г., Галиуллин А.К., Волков А.Х., Ибрагимова А.И. Микробиология: Учебное пособие. — 2-е изд., стер. — СПб.: Издательство «Лань», 2017. — 496 с.

3.

Лысак В.В. Микробиология : учеб. пособие / В. В. Лысак. – Минск: БГУ, 2007 – 430 с

4.

Химическая энциклопедия:  в пяти томах: т.1: А-Дарзана/Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. – М.: Советская энциклопедия, 1988. – 623.: ил

Изображения (переработаны):
5.

nitrogen fixing bacteria (Frankia alni) (Woronin, 1866) Von Tubeuf, 1895 by Whitney Cranshaw

6.

Rhizobium bacteria (Rhizobium sp.) by Gerald Holmes

Свернуть
Список всех источников

Вездесущие прокариоты

В начале прошлого века были открыты первые клубеньковые микроорганизмы, которые могут усваивать атмосферный азот. Интересно, что почти одновременно были обнаружены анаэробный Клостридиум пастерианум (С.Н.Виноградский) и аэробный Азотобактер (М. Бейеринк). Со временем были выявлены и другие азотфиксирующие бактерии, как свободноживущие, так и симбионты, которые живут и размножаются на корнях злаковых, бобовых, сложноцветных (наиболее известны тимофеевка, сорго, картофель). Выращивая клубеньковые бактерии на питательных средах, ученые обнаружили, что кроме фиксации азота, они живут и размножаются, выполняя синтез стимуляторов роста и корнеобразования, некоторых витаминов, а также антибиотиков.

Клубеньковые бактерии отличаются высокой специфичностью по отношению к растениям-симбионтам. Исследование их специфичности позволило найти ответ на вопрос о том, почему бактериальные препараты имеют варьирующую эффективность в зависимости от культур, которые ими обрабатываются. Первый бактериальный препарат Нитрагин, предназначенный для обработки семян бобовых растений, был предложен в 1897 году Ф. Ноббе и Л. Гильтнером. Это положило начало промышленному производству бактериальных удобрений, исследованиям по специфичности азотфиксаторов, а также поиску наиболее удобных для транспортировки и хранения форм бактериальных препаратов, которые способны в дальнейшем жить и размножаться.

Клубеньковые бактерии: примеры пользы

Этот вид бактериальных форм способен скапливать азот, что очень важно не только для самого растения, но и для сельского хозяйства в целом. Симбиоз посадки и прокариот значительно увеличивает урожайность

Также многие фермеры и дачники дополнительно подкармливают посадки, изготавливая из бактериальных форм, формирующих клубеньки, удобрения. Оно используется для обрабатывания семян бобовых культур. Такая обработка позволяет активизировать процесс дальнейшего инфицирования корневищ.

Еще один пример пользы таких прокариот – участие в круговороте азотистых соединений в природе. Такой вывод обуславливается тем, что по статистике, на 1 гектар высаженных бобовых, достигших плодоносящего периода и вступивших в симбиоз с прокариотами такого типа, связывает в среднем 100-400 килограмм азота.

В процессе своего размножения они синтезирую витамины, антибиотические вещества природного происхождения, что способствует ускоренному развитию корневой системы. Также они ускоряют рост посадки, синтезируя фитогормоны.

Какие выгоды получают бобовые растения от симбиоза?

Бобовые растения, такие как горох, фасоль и соя, получают ряд выгод от симбиоза с клубеньковыми бактериями:

Фиксация азота:

Клубеньковые бактерии способны фиксировать атмосферный азот и превращать его в доступную форму для растений. Азот является одним из основных питательных веществ для растений, необходимых для их роста и развития. Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, бобовые растения получают доступ к дополнительному источнику азота, что способствует их более активному росту и развитию.

Улучшение плодородия почвы:

Фиксация азота клубеньковыми бактериями приводит к образованию азотсодержащих соединений, которые остаются в почве после смерти и разложения бобовых растений. Это улучшает плодородие почвы, делая ее более подходящей для роста других растений.

Защита от патогенов:

Клубеньковые бактерии также помогают бобовым растениям защититься от патогенных микроорганизмов. Они конкурируют с патогенами за доступ к питательным веществам и производят антимикробные вещества, которые могут уничтожать или замедлять рост патогенов. Это помогает бобовым растениям более эффективно бороться с инфекциями и сохранять свою здоровье.

Таким образом, симбиоз с клубеньковыми бактериями обеспечивает бобовым растениям доступ к дополнительному источнику азота, улучшает плодородие почвы и помогает им защититься от патогенов, что способствует их росту, развитию и выживанию в экосистеме.

Примеры симбиоза между клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями:

Симбиоз между клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями является одним из наиболее известных и важных примеров симбиоза в растительном мире. Клубеньковые бактерии, такие как род Rhizobium, образуют специальные структуры, называемые клубеньками, на корнях бобовых растений.

Одним из примеров симбиоза является симбиоз между клубеньковыми бактериями и горохом. Клубеньковые бактерии колонизируют корни гороха и образуют клубеньки, которые выглядят как маленькие шарики на корнях растения. Внутри клубеньков бактерии фиксируют атмосферный азот и превращают его в доступную форму для растения.

Другим примером симбиоза является симбиоз между клубеньковыми бактериями и соевыми бобами. Клубеньковые бактерии также образуют клубеньки на корнях соевых растений и фиксируют атмосферный азот, который затем используется растением для своего роста и развития.

Эти примеры симбиоза между клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями демонстрируют важность этого взаимодействия для обоих партнеров. Бобовые растения получают доступ к дополнительному источнику азота, который помогает им расти и развиваться, а клубеньковые бактерии получают питательные вещества и защиту от патогенов, что способствует их выживанию и размножению

Благоприятные условия и жизнь бактерий внутри клубенька

Клубеньковые бактерии демонстрируют различную эффективность фиксации азота в зависимости от условий, в которых живут и размножаются. Это кислотность почвы, ее влажность, а также наличие органических веществ (углеводов), калия, фосфора. Сравнительно недавно было обнаружено положительное влияние на клубеньковые бактерии молибдена. Его препараты вместе с известкованием приводят к существенному повышению количества белка в зернах бобовых растений. Действие бора и молибдена связано с тем, что они принимают участие в работе ферментов-дегидрогеназ.

Оптимальной температурой для этих микроорганизмов является 24-26°С. Их препараты способны храниться в неактивном состоянии при температуре от –2 до –4°С.

Их появление в клетках корней начинается с проникновения сквозь корневые волоски. Сначала образуется тяж внутри волоска, затем бактерии проникают внутрь корней растений, стимулируя их разрастание и образование клубеньков. Согласно современным данным, клубеньковые бактерии способны жить только в полиплоидных (несущих увеличенное количество хромосомных наборов) клетках корней растений.

Интересно, что клубеньковые бактерии демонстрируют высокую степень полиморфизма. Ответ на вопрос о причинах такого многообразия форм был найден не скоро. Свободноживущие клубеньковые микроорганизмы или молодые клетки, обнаруживаемые в культурах, чаще всего имеют вид палочек (бацилл). Иногда это кокки, L-формы с различной степенью подвижности. Они делятся при помощи перешнуровывания, а с возрастом приобретают характерные пояски. Все азотфиксирующие бактерии являются грамотрицательными. В их клетках со временем скапливаются жировые отложения – именно это и является причиной образования опоясанных форм.

Внутри корней растений бактерии меняют свою форму, заполняясь различными включениями. Такие образования получили название бактероидов. Внешний вид и форма бактероидов не зависят от того, выделены ли они из корней растений или же выращены на питательной среде. В старых культурах внутри клеток выявлены округлые артроспоры.

Азотфиксирующие симбионты растений считаются микроаэрофилами и способны существовать в присутствии малых доз кислорода. При высоком содержании азотистых соединений в почве они теряют способность проникать в корни растений. Это и есть ответ на вопрос о том, почему применение азотных удобрений способно существенно снизить продуктивность бобовых.

Роль клубеньковых бактерий в природе

Помимо фиксации атмосферного азота роль клубеньковых бактерий в природе очень велика. В процессе размножения они «занимаются» синтезом витаминов, природных антибиотиков, способствуют развитию сначала корня, а затем и ботвы. Польза заключается в том, что почвенные бактерии азотфиксирующего типа за счет симбиоза с растениями:

• являются частью круговорота вещества – азота;
• синтезируют фитогормоны, стимулируя рост растений;
• могут использоваться как способ самоочищения загрязненных тяжелыми металлами почв при минерализующих факторах (природных/предприятиях);
• разлагают некоторые хлорсодержащие соединения.

Что такое клубеньковые бактерии

Больше 2 тыс. лет назад земледельцы заметили, что бедные, выработавшие ресурс почвы дают урожаи после возделывания на них бобовых культур. Следующие попытки раскрыть секрет были в 1838 г.: Ж.-Б. Буссенго решил, что листья бобовых фиксируют азот, однако опыты с неблагоприятной водной средой не подтвердили это. В 1901 г. была открыта Azotobacter chroococcum (6 видов из рода азотобактер). Первый препарат на основе «земляных» бактерий Нитрагин был создан в 1897-м.

Все клубеньковые бактерии – это микроаэрофилы. Им свойственна палочковидная/овальная форма. Относятся Rhizobium (Rhizobiales) к способным переводить газообразную форму азота в усвояемую растениями – растворимую. Факты:

1. По тому, насколько влияют микроорганизмы на урожай, их разделяют на активные (эффективно обогащают почву), малоактивные и неактивные (неэффективные).
2. Когда нет влаги, они не размножаются, поэтому при засушливом климате специально зараженные растения вводят в почву глубже.
3. Оптимальная температура для размножения всех представителей азотфиксирующих – 20-30°С, но рост продолжается и при 0-35°С. Лучшая среда (pH) – нейтральная, порядка 6,5-7,1, а вот кислая вызывает гибель колоний.
4. Благодаря опытам Московской сельхозакадемии выяснилось, что даже при условии отсутствия «доноров» бактериальный материал не покидает почву до 50 лет.
5. Микроорганизмы способны пережить даже условия после атомного взрыва, выдержать гамма-излучение и ультрафиолет, солнечную радиацию, но не могут обитать при высокой температуре.
6. Максимальное значение микроорганизмы имеют для развития корня.

Значение симбиоза клубеньковых бактерий и бобовых растений для экосистемы?

Симбиоз между клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями имеет огромное значение для экосистемы. Он способствует улучшению плодородия почвы, повышению урожайности и устойчивости растений к стрессовым условиям.

Клубеньковые бактерии способны фиксировать атмосферный азот и превращать его в доступную форму для растений. Это позволяет бобовым растениям получать дополнительный источник азота, который является одним из основных питательных веществ для роста и развития растений. Благодаря этому, бобовые растения могут обеспечить более высокую урожайность и качество плодов.

Кроме того, симбиоз с клубеньковыми бактериями помогает бобовым растениям более эффективно использовать другие питательные вещества, такие как фосфор и калий. Это способствует оптимальному росту и развитию растений, а также повышает их устойчивость к стрессовым условиям, таким как засуха или недостаток питательных веществ в почве.

Симбиоз клубеньковых бактерий и бобовых растений также имеет положительное влияние на плодородие почвы. Бактерии, фиксируя азот, улучшают его содержание в почве, что способствует росту других растений в экосистеме. Более плодородная почва, в свою очередь, обеспечивает более высокую урожайность и разнообразие растений, что является важным фактором для поддержания биологического разнообразия и устойчивости экосистемы.

Таким образом, симбиоз клубеньковых бактерий и бобовых растений играет важную роль в поддержании здоровья и устойчивости экосистемы. Он способствует повышению плодородия почвы, увеличению урожайности и устойчивости растений к стрессовым условиям, а также поддержанию биологического разнообразия.

Клубеньковые бактерии

Клубеньковые бактерии – одна из самых изученных групп азотофиксирующих бактерийБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More. В настоящее время их относят к роду Rhizobium, а видовые названия обычно соответствуют названию того растения, из клубеньков на корнях которого, выделены бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More. В частности, Rhizobium trifolii – растение-хозяин клевер, Rhizobium phaseoli – растение-хозяин фасоль, Rhizobium leguminosarum – растение-хозяин горох. Это объясняется видоспецифичностью клубеньковых бактерийБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More.

Симбиоз азотфиксирующих бактерий и корневой системы растения

Существование клубеньковых бактерий является примером мутуалистических (взаимовыгодных) симбиотических взаимоотношений, относящихся к типу эндосимбиозов, при котором клетки микроорганизмов находятся в клетках и тканях макроорганизма.

Клубеньковые бактерии – грамотрицательныеГрамотрицательные бактерии – это бактерии которые не окрашиваются кристаллич… More подвижные палочки в свободном состоянии и в молодых клубеньках. При дальнейшем развитии они приобретают неправильную форму и превращаются в разветвленные, булавовидные или сферические бактероиды. На этой стадии происходит фиксация молекулярного азота.

Клубеньковые бактерии являются микроаэрофильными микроорганизмами, способными развиваться при низком парционном давлении кислорода в среде. Они хемотрофы, гетеротрофы (хемогетеротрофы), часто нуждаются в факторах роста (витаминах): тиамине, пантотеновой кислоте, биотине. Оптимальная температура роста – +24°C–+26 °C.

Обычно клубеньковые бактерии существуют в почве свободно, их количеств зависит от типа и характера почвы, предшествующей сельскохозяйственной обработки. Характерно, что в свободном состоянии, то есть, находясь в почве, данная группа бактерий не способна фиксировать азот из атмосферы, а использует связанный азот.

В корневой волосок проникает сразу несколько бактерийБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More. Процесс проникновения сопровождается инвагинацией мембраны корневого волоска. Это приводит к образованию трубки (инфекционной нити), выстланной целлюлозой, вырабатываемой клетками растения-хозяина. В ней располагаются интенсивно размножающиеся бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More. Инфекционная нить проникает в кору корня, проходит через ее клетки. Клубенек развивается при достижении инфекционной нитью тетраплоидной клетки ткани коры. Одновременно наблюдается полиферация тетраплоидной клетки и соседних диплоидных клеток коры. Индуцирует пролиферацию индолилуксусная кислота – растительный гормон, синтезируемый клубеньковыми бактериямиБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More.В конце периода роста растения-хозяина часто наблюдается полное исчезновение бактерий из клубеньков в связи с их отмиранием. Вещества отмерших клеток поглощает растение-хозяин.

Для обогощения почвы клубеньковыми бактериями в промышленных масштабах производятся специализированные препараты, содержащие клубеньковые бактерииБактерии объединены в царство Eubacteria или Bacteria. Царство делят на несколько типов: Гр… More. Они используются для предпосевной обработки семян бобовых.

Процессы, осуществляемые клубеньковыми бактериями

Образование клубеньков: Клубеньки на корнях растений являются своеобразным домом для клубеньковых бактерий. Данные бактерии способны образовывать эти структуры в результате симбиотического взаимодействия с растениями, такими как бобовые и люцерна. В клубеньках клубеньковые бактерии находят идеальные условия для своего существования и размножения.

Использование азота растениями: Клубеньковые бактерии, фиксирующие азот, помогают растениям эффективно использовать полученный азот. Взаимодействие клубеньковых бактерий с растениями позволяет растениям получать дополнительный источник азота, что способствует их росту и развитию.

Восстановление почвенного азота: Клубеньковые бактерии выполняют важную функцию в цикле азота в почве. Благодаря фиксации азота и образованию клубеньков, они способствуют восстановлению почвенного азота и улучшению его доступности для других растений и организмов.

Улучшение почвы: Клубеньковые бактерии не только обеспечивают растения азотом, но и способствуют улучшению почвенной структуры и плодородности. Они способствуют образованию агрегатов почвы, улучшению ее водоудерживающей способности и увеличению почвенной фертильности.

Биологический контроль: Некоторые клубеньковые бактерии проявляют свойства биологического контроля над вредителями растений. Они способны выделять биологически активные вещества, подавляющие рост и развитие вредных микроорганизмов и насекомых.

Оксидация аммонийного азота: Некоторые виды клубеньковых бактерий способны окислять аммиак для получения энергии. Этот процесс приводит к образованию нитритов и нитратов, которые могут быть использованы растениями в процессе образования органических соединений.

Роль клубеньковых бактерий в экосистеме

Это возможно благодаря особому симбиозу, который формируется между корнями некоторых видов растений (например, бобовые) и клубеньковыми бактериями. Растения выделяют вещества, привлекающие бактерии, в ответ на что бактерии обеспечивают растения азотом в доступной форме.

Таким образом, клубеньковые бактерии способствуют более эффективному обеспечению растений питательными веществами и улучшению роста и развития растений. Кроме того, они также могут улучшать фертильность почвы благодаря образованию биологического инфраструктурного материала — гумуса.

Кроме роли в цикле азота, клубеньковые бактерии также способны участвовать в циклах других химических элементов, таких как фосфор. Они могут мобилизовать фосфаты из почвы и делать их доступными для растений.

Таким образом, клубеньковые бактерии являются важными игроками в экосистеме, обеспечивая улучшение питательного состава почвы и помогая растениям более эффективно использовать ресурсы. Изучение и сохранение этого симбиоза представляет интерес для агрономии и охраны окружающей среды.

Роль клубеньковых бактерий в природе

Помимо фиксации атмосферного азота роль клубеньковых бактерий в природе очень велика. В процессе размножения они «занимаются» синтезом витаминов, природных антибиотиков, способствуют развитию сначала корня, а затем и ботвы. Польза заключается в том, что почвенные бактерии азотфиксирующего типа за счет симбиоза с растениями:

• являются частью круговорота вещества – азота;
• синтезируют фитогормоны, стимулируя рост растений;
• могут использоваться как способ самоочищения загрязненных тяжелыми металлами почв при минерализующих факторах (природных/предприятиях);
• разлагают некоторые хлорсодержащие соединения.

Роль клубеньковых бактерий в процессах азотфиксации

Клубеньковые бактерии являются важными участниками процесса азотфиксации, который является ключевым для биологического круговорота азота.

Клубеньковые бактерии обладают способностью симбиотического взаимодействия с некоторыми растениями, в особенности с бобовыми, такими как горох и соя. Они образуют особые структуры — клубеньки на корнях этих растений.

Внутри клубеньковых бактерий находятся гранулы, содержащие фермент азотфиксации — нитрогеназу. Этот фермент обеспечивает превращение атмосферного азота в аммиачный азот, который может быть использован растениями в составе питательных веществ.

Роль клубеньковых бактерий заключается в том, что они способны преобразовывать атмосферный азот в доступную форму, которую растения могут использовать для своего роста и развития. Таким образом, клубеньковые бактерии являются важными агентами азотной фиксации и обеспечивают стабильный поступление азота в экосистему.

Кроме того, клубеньковые бактерии также способны снижать необходимость использования синтетических удобрений, что делает их важным элементом устойчивого сельского хозяйства. Благодаря взаимодействию с клубеньковыми бактериями, растения получают не только азот, но и другие полезные вещества, такие как фикобины, фитохормоны и витамины.

Выводя все вместе, клубеньковые бактерии играют значимую роль в процессах азотфиксации, обеспечивая рост и развитие растений, а также способствуют поддержанию устойчивой экосистемы и устойчивого сельского хозяйства.

Клубеньковые бактерии

Клубеньковые бактерии – одна из самых изученных групп азотофиксирующих бактерий. В настоящее время их относят к роду Rhizobium, а видовые названия обычно соответствуют названию того растения, из клубеньков на корнях которого, выделены бактерии. В частности, Rhizobium trifolii – растение-хозяин клевер, Rhizobium phaseoli – растение-хозяин фасоль, Rhizobium leguminosarum – растение-хозяин горох. Это объясняется видоспецифичностью клубеньковых бактерий.

Существование клубеньковых бактерий является примером мутуалистических (взаимовыгодных) симбиотических взаимоотношений, относящихся к типу эндосимбиозов, при котором клетки микроорганизмов находятся в клетках и тканях макроорганизма.

Клубеньковые бактерии – грамотрицательные подвижные палочки в свободном состоянии и в молодых клубеньках. При дальнейшем развитии они приобретают неправильную форму и превращаются в разветвленные, булавовидные или сферические бактероиды. На этой стадии происходит фиксация молекулярного азота.

Клубеньковые бактерии являются микроаэрофильными микроорганизмами, способными развиваться при низком парционном давлении кислорода в среде. Они хемотрофы, гетеротрофы (хемогетеротрофы), часто нуждаются в факторах роста (витаминах): тиамине, пантотеновой кислоте, биотине. Оптимальная температура роста – +24°C–+26 °C.

Обычно клубеньковые бактерии существуют в почве свободно, их количеств зависит от типа и характера почвы, предшествующей сельскохозяйственной обработки. Характерно, что в свободном состоянии, то есть, находясь в почве, данная группа бактерий не способна фиксировать азот из атмосферы, а использует связанный азот.

Симбиотическая связь растения и клубеньковых бактерий устанавливается в фазе прорастания семян. При их развитии корни выделяют органические питательные вещества, стимулирующие размножение ризосферных микроорганизмов, в том числе клубеньковых бактерий. Их почвы клубеньковые бактерии проникают в корень через корневые волоски.

В корневой волосок проникает сразу несколько бактерий. Процесс проникновения сопровождается инвагинацией мембраны корневого волоска. Это приводит к образованию трубки (инфекционной нити), выстланной целлюлозой, вырабатываемой клетками растения-хозяина. В ней располагаются интенсивно размножающиеся бактерии. Инфекционная нить проникает в кору корня, проходит через ее клетки. Клубенек развивается при достижении инфекционной нитью тетраплоидной клетки ткани коры. Одновременно наблюдается полиферация тетраплоидной клетки и соседних диплоидных клеток коры. Индуцирует пролиферацию индолилуксусная кислота – растительный гормон, синтезируемый клубеньковыми бактериями.В конце периода роста растения-хозяина часто наблюдается полное исчезновение бактерий из клубеньков в связи с их отмиранием. Вещества отмерших клеток поглощает растение-хозяин.

Разнообразие клубеньковых бактерий

Клубеньковые бактерии представляют собой группу микроорганизмов, способных к азотфиксации – процессу превращения атмосферного азота в форму, доступную для других организмов. Они образуют специальные структуры, называемые клубеньками, на корнях различных растений. Клубеньковые бактерии устанавливают симбиотическое взаимодействие с растениями, взаимодействуя с ними на корне.

Существует огромное разнообразие клубеньковых бактерий, принадлежащих к разным родам и семействам. Некоторые из наиболее известных родов клубеньковых бактерий включают Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium и Azorhizobium. Каждый из этих родов содержит множество видов с уникальными свойствами и способностями.

Клубеньковые бактерии особенно разнообразны в своих способностях адаптироваться к различным условиям. Они могут существовать в разных типах почвы, они могут приспосабливаться к различным растениям и они обладают различными механизмами азотфиксации. Эта разнообразность позволяет клубеньковым бактериям занимать разные экологические ниши и обеспечивать азотом большое количество растений.

Кроме того, клубеньковые бактерии имеют различные биохимические свойства, которые могут быть полезными в промышленности и сельском хозяйстве. Они могут использоваться для биологического удобрения почвы, что позволяет снизить использование химических удобрений и уменьшить негативное воздействие на окружающую среду.

В заключение, клубеньковые бактерии представляют собой разнообразную группу микроорганизмов, которые играют важную роль в процессе азотфиксации и способны адаптироваться к различным условиям. Изучение и понимание их разнообразия и свойств может помочь нам использовать их потенциал в сельском хозяйстве и промышленности для достижения более устойчивого и экологически дружественного развития.