Paleontološki podaci ukazuju da je najstariji mahunarke koje su imale čvoriće bile su neke biljke koje pripadaju grupi Eucaesalpinioideae.

U modernim vrstama mahunarki čvorovi se nalaze na korijenima mnogih članova porodice Papilionaceae.

Filogenetski primitivniji predstavnici porodica kao što su Caesalpiniaceae i Mimosaceae u većini slučajeva ne čine čvoriće.

Od 13.000 vrsta (550 rodova) mahunastih biljaka, prisustvo čvorova do sada je otkriveno samo u približno 1.300 vrsta (243 roda). Ovo prvenstveno uključuje biljne vrste koje se koriste u poljoprivredi (više od 200).

Stvorivši čvoriće, mahunarke stiču sposobnost asimilacije atmosferskog azota. Međutim, oni se mogu hraniti vezanim oblicima dušika - solima amonijuma i azotne kiseline. Samo jedna biljka, Hedysarum coronarium, asimilira samo molekularni azot. Stoga se ova biljka u prirodi ne pojavljuje bez čvorova.

Nodule bakterije opskrbljuju mahunarke dušikom, koji se fiksira iz zraka. Biljke, pak, opskrbljuju bakterije proizvodima metabolizma ugljenih hidrata i mineralnim solima potrebnim za rast i razvoj.

1866. godine poznati botaničar i naučnik za tlo MS Voronin vidio je sićušna "mala tijela" u čvorićima na korijenima mahunastih biljaka. Voronin je za to vrijeme iznio hrabre pretpostavke: stvaranje čvorova povezao je s aktivnošću bakterija, a povećanu podjelu ćelija korijenskog tkiva s reakcijom biljke na bakterije koje su prodrle u korijen.

20 godina kasnije, holandski naučnik Beijerin K izolirao je bakterije iz čvorova graška, graševine, brade, graha, seradele i lilija i proučavao njihova svojstva testirajući njihovu sposobnost zaraze biljaka i izazivanja nodulacije. Ove mikroorganizme nazvao je Bacillus radicicola. Budući da bakterije koje tvore spore pripadaju rodu Bacillus, a kvržaste bakterije su lišene te sposobnosti, A. Prazhmovsky ih je preimenovao u Bacterium radicicola. B. Frank je predložio uspješnije generičko ime za bakterije kvržica - Rhizobium (od grčkog rhizo - korijen, bio - život; život na korijenima). Ovo je ime zaživjelo i još uvijek se koristi u literaturi.

Da bi se označile vrste kvržnih bakterija, uobičajeno je dodavati pojam koji odgovara generičkom nazivu Rhizobium Latinsko ime vrste biljke, od kojih su izdvojeni čvorići i na kojima mogu formirati čvoriće. Na primjer, Rhizobium trifolii - bakterija čvorića djeteline, Rhizobium lupini - bakterija čvorova lupine itd. U slučajevima kada su nodule bakterije sposobne da formiraju čvorove na korijenima različitih vrsta mahunarki, tj. Uzrokuju takozvanu unakrsnu infekciju, specifično ime je kao da je kolektivno - odražava upravo tu sposobnost "unakrsnog zagađenja". Na primjer, Rhizobium leguminosarum - kvržaste bakterije graška (Pisum), leće (Lens), rangova (Lathyrus).

Morfologija i fiziologija bakterija kvržica. Nodule bakterije karakterišu nevjerovatne raznolikosti oblika - polimorfizam. Mnogi istraživači obraćali su pažnju na to proučavajući nodule bakterije u čistoj kulturi u laboratorijskim uslovima i u tlu. Bakterije čvorova mogu biti u obliku štapića i ovalne. Među ovim bakterijama postoje i oblici koji se mogu filtrirati, L-oblici, kokoidni nepokretni i pokretni organizmi.

Mlade bakterije kvržica u čistoj kulturi na hranjivim podlogama obično imaju oblik štapića (slike 143, 2, 3), veličina štapića je oko 0,5-0,9 X 1,2-3,0 mikrona, pokretne, množe se dijeljenjem. U staničnim ćelijama bakterija kvržica djeteline uočava se dijeljenje vezanjem. S godinama, štapiće mogu početi pupati. Prema Gramu, stanice se negativno mrlje, njihova ultrafina struktura tipična je za gram negativne bakterije (sl. 143, 4).

Starenjem, kvržaste bakterije gube svoju pokretljivost i prelaze u stanje takozvanih pojasnih šipki. Ovo su ime dobili zbog izmjene gustih i rastresitih dijelova protoplazme u ćelijama. Vezivanje stanica dobro se otkriva kada se gleda pod svjetlosnim mikroskopom nakon obrade ćelija anilinskim bojama. Gusta područja protoplazme (pojasevi) obojena su gore od praznina između njih. U luminiscentnom mikroskopu trake su svijetlo zelene, razmaci između njih ne svijetle i izgledaju tamno (slika 143, 1). Pojasevi se mogu nalaziti u sredini kaveza ili na krajevima. Pojas ćelija vidljiv je i na elektronogramima, ako uzorak nije tretiran kontrastnim sredstvima prije gledanja (slika 143, 3). Vjerovatno se s godinama bakterijska ćelija puni masnim inkluzijama koje ne percipiraju boju i, kao rezultat toga, uzrokuju prorezivanje stanice. Faza „pojasa sa pojasevima“ prethodi fazi formiranja bakteroida - ćelija nepravilnog oblika: zadebljalih, razgranatih, sfernih, kruškolikih i tikvica (slika 144). Izraz "bakteroidi" uveo je u literaturu J. Brunhorst 1885. godine, primjenjujući ga na formacije neobičnog oblika, mnogo veće od štapičastih ćelija bakterija koje se nalaze u tkivima čvorova.

,

Bakteroidi sadrže više granula volutina i odlikuju se većim sadržajem glikogena i masti nego štapiće. Bakteroidi uzgajani u umjetnim hranjivim podlogama i nastali u tkivima kvržica su fiziološki isti tip. Smatra se da su bakteroidi oblici bakterija s nepotpunim procesom diobe. S nepotpunom diobom ćelija kvržica bakterija nastaju dihotomno granati oblici bakteroida. Broj bakteroida raste sa starenjem kulture; njihov izgled olakšava iscrpljivanje hranjivog medija, nakupljanje metaboličkih proizvoda, uvođenje alkaloida u medij.

U starim (dvomjesečnim) kulturama kvržastih bakterija, pomoću elektronskog mikroskopa, moguće je u mnogim ćelijama otkriti jasno ocrtane formacije sfernog oblika (slika 145) - artrospore. Njihov broj u ćelijama varira od 1 do 5.

Na hranjivim podlogama nodularne bakterije različitih vrsta mahunarki rastu različitom brzinom. U brzorastuće bakterije spadaju grašak, djetelina, lucerna, grah, graška, leća, rang, slatka djetelina, piskavica, grah, slanutak i liadvenets; do sporo rastućih - nodularne bakterije lupina, soje, kikirikija, seradele, mung graha, krastavog zrna, esparteine, mahune. Potpuno formirane kolonije brzorastućih kultura mogu se dobiti 3. - 4. dana inkubacije, kolonije spororastućih kultura - 7. - 8..

Za brzo rastuće nodularne bakterije karakterističan je peritrihijski raspored bičeva, za spororastuće bakterije je monotrihijalni (Tabela 42, 1-5).

Uz bičeve, u ćelijama kvržastih bakterija kada se uzgajaju na tečnim podlogama stvaraju se nitasti i zrnčasti izdanci (tablice 42, 43). Njihova dužina doseže 8-10 mikrona. Obično se nalaze na površini peritrihijalne stanice, ima ih od 4 do 10 ili više po ćeliji.

,

Kolonije brzih bakterija kvržica imaju boju pečenog mlijeka, često prozirnog, ljigavog, glatkih rubova, umjereno konveksnog, s vremenom rastu na površini agarnog medija. Kolonije sporo rastućih bakterija su konveksnije, manje, suhe, guste i u pravilu ne rastu na površini medija. Sluz koju proizvode kvržice bakterija je složeni spoj polisaharida, koji uključuje heksoze, pentoze i uronske kiseline.

Bakterije kvržice su mikroaerofili (razvijaju se s neznatnim količinama kisika u okolini), međutim, preferiraju aerobne uvjete.

Kao izvor ugljenika u hranjivim medijima, kvržaste bakterije koriste ugljikohidrate i organske kiseline, kao izvor dušika - raznih mineralnih i organskih jedinjenja koja sadrže dušik. Kada se uzgajaju na podlogama sa visokim sadržajem supstanci koje sadrže azot, nodule bakterije mogu izgubiti sposobnost prodiranja u biljku i stvaranja čvorova. Stoga se nodule bakterije obično uzgajaju na biljnim ekstraktima (grah, juha od graška) ili na ekstraktima tla. Bakterije kvržice neophodne za razvoj fosfora mogu se dobiti iz mineralnih i organskih spojeva koji sadrže fosfor; izvor kalcijuma, kalijuma i drugih mineralni elementi mineralna jedinjenja mogu poslužiti.

Da bi se suzbila sustrana saprofitna mikroflora pri izolaciji kvržnih bakterija iz čvorova ili direktno iz tla, preporučuju se podloga za kulturu sa dodatkom kristalno ljubičice, tanina ili antibiotika.

Većina kultura nodularnih bakterija zahtijeva optimalna temperatura unutar 24-26 °. Na 0 ° i 37 ° C, rast se zaustavlja. Obično se kulture bakterija kvržica u laboratoriju čuvaju na niskim temperaturama (2-4 ° C).

Mnoge vrste nodularnih bakterija sposobne su sintetizirati vitamine B, kao i tvari za rast kao što je heteroauxin (α-indoleoctena kiselina).

Sve kvržaste bakterije približno su jednako otporne na alkalnu reakciju medija (pH = 8,0), ali su nejednako osjetljive na kisele.

Specifičnost, virulencija, konkurentnost i aktivnost nodularnih bakterija.

Koncept specifičnost kvržične bakterije - kolektivne. Karakterizira sposobnost bakterija da stvaraju čvorove u biljkama. Ako uopće govorimo o bakterijama kvržica, tada je za njih stvaranje čvorova samo u grupi mahunarki već samo po sebi specifično - oni su selektivni za mahunarke.

Međutim, ako uzmemo u obzir pojedinačne kulture nodularnih bakterija, ispada da među njima postoje one koje su sposobne zaraziti samo određenu, ponekad veću, ponekad manju skupinu mahunarki, i u tom smislu je specifičnost nodularnih bakterija selektivna sposobnost u odnosu na biljku domaćina. Specifičnost nodularnih bakterija može biti uska (kvržaste bakterije djeteline inficiraju samo skupinu djeteline - specifičnost vrsta, a kvrgave bakterije lupine mogu se karakterizirati i sortnom specifičnošću - zaraze samo alkaloidne ili nealkaloidne sorte lupina). Sa širokom specifičnošću, kvrgave bakterije graška mogu zaraziti biljke graška, činove, grah, a kvržaste bakterije vrsta i graha mogu zaraziti biljke graška, tj. Sve ih karakterizira sposobnost "unakrsne infekcije". Specifičnost kvržastih bakterija leži u osnovi njihove klasifikacije.

Specifičnost nodularnih bakterija nastala je kao rezultat njihove dugotrajne adaptacije na jednu biljku ili na grupu od njih i genetskog prenosa ovog svojstva. S tim u vezi, različita prilagodljivost kvržastih bakterija na biljke uočava se i unutar grupe s unakrsnom infekcijom. Na primjer, bakterije čvorića lucerke mogu stvoriti čvoriće u slatkoj djetelini. Ali bez obzira na to, oni su više prilagođeni lucerni, a bakterije slatke djeteline - melotu.

U procesu zaraze korijenskog sistema leguminoznih biljaka nodularnim bakterijama to je od velike važnosti virulencija mikroorganizmi. Ako specifičnost određuje spektar djelovanja bakterija, tada virulencija nodularnih bakterija karakterizira aktivnost njihovog djelovanja unutar ovog spektra. Virulencija se odnosi na sposobnost nodulnih bakterija da prodru u tkivo korijena, razmnože se tamo i izazovu nodulaciju.

Važnu ulogu igra ne samo sposobnost prodiranja u korijenje biljke, već i brzina tog prodiranja.

Da bi se utvrdila virulencija soja bakterija čvorova, potrebno je utvrditi njegovu sposobnost da indukuje stvaranje čvorova. Kriterij za virulenciju bilo kojeg soja može biti minimalni broj bakterija koje pružaju snažniju infekciju korijena u usporedbi s drugim sojevima, što rezultira stvaranjem čvorića.

U tlu, u prisustvu drugih sojeva, virulentniji soj neće uvijek prvo zaraziti biljku. U ovom slučaju, trebali biste to uzeti u obzir. konkurentnost, koji često prikriva svojstvo virulencije u prirodnim uvjetima.

Neophodno je da virulentni sojevi imaju i konkurentnost, odnosno mogu se uspješno natjecati ne samo s predstavnicima lokalne saprofitne mikroflore, već i s ostalim sojevima nodularnih bakterija. Pokazatelj konkurentnosti soja je broj kvržica koje on stvara, kao procenat od ukupnog broja čvorova na korijenju biljaka.

Važno svojstvo nodularnih bakterija je njihovo aktivnost(efikasnost), tj. sposobnost, u simbiozi s mahunarkama, da asimilira molekularni azot i zadovolji potrebe biljke domaćina. Ovisno o tome u kojoj mjeri nodularne bakterije doprinose povećanju prinosa mahunarki (slika 146), obično se dijele na aktivne (djelotvorne), neaktivne (neefikasne) i neaktivne (neefikasne).

Soj bakterija neaktivan za jednu biljku domaćina u simbiozi s drugom vrstom biljka graha može biti prilično efikasan. Stoga, kada karakteriziramo soj u smislu njegove efikasnosti, uvijek treba navesti u odnosu na to na koju vrstu biljke domaćina se ispoljava njegovo djelovanje.

Aktivnost nodularnih bakterija nije trajno svojstvo. Često u laboratorijskoj praksi dolazi do gubitka aktivnosti u kulturama nodularnih bakterija. U ovom slučaju, ili se aktivnost gubi u čitavoj kulturi, ili se pojavljuju pojedinačne ćelije sa niskom aktivnošću. Smanjenje stepena aktivnosti nodularnih bakterija javlja se u prisustvu određenih antibiotika i aminokiselina. Jedan od razloga gubitka aktivnosti nodularnih bakterija može biti utjecaj faga. Prolazeći, odnosno ponovljeni prolazak bakterija kroz biljku domaćina (prilagođavanje određenoj vrsti biljke), od neefikasnih možete dobiti efikasne sojeve.

Izloženost y-zrakama omogućava postizanje sojeva s povećanom efikasnošću. Poznati su slučajevi pojave visokoaktivnih radiomutanata bakterija kvržica lucerke iz neaktivnog soja. Upotreba jonizujućeg zračenja, koje izravno utječe na promjenu genetskih karakteristika stanice, po svoj prilici može biti obećavajuća metoda za odabir visokoaktivnih sojeva nodularnih bakterija.

Infekcija biljke mahunarke bakterijama nodula.

Da bi se osigurao normalan proces zaraze korijenskog sustava kvrgastim bakterijama, potrebno je imati prilično velik broj održivih bakterijskih ćelija u zoni korijena. Istraživači se razilaze u broju ćelija potrebnih za podržavanje procesa inokulacije. Prema američkom naučniku O. Allenu (1966), za inokulaciju sitnosemenskih biljaka potrebno je 500-1000 ćelija, a za inokulaciju krupnosemenskih biljaka najmanje 70 000 ćelija po 1 semenu. Prema australijskom istraživaču J. Vincentu (1966), u trenutku cijepljenja svako sjeme trebalo bi imati najmanje nekoliko stotina održivih i aktivnih ćelija kvržastih bakterija. Postoje dokazi da se pojedinačne ćelije mogu uvesti i u tkivo korijena.

Razvojem korijenskog sistema biljke mahunarke, razmnožavanje bakterija nodula na površini korijena stimulira se izlučivanjem korijena. Proizvodi uništavanja korijenovih kapica i dlačica također igraju važnu ulogu u pružanju bakterija nodula odgovarajućim supstratom.

U rizosferi biljaka mahunarki razvoj bakterija kvržica je naglo stimuliran; za žitarice se ovaj fenomen ne primjećuje.

Na površini korijena nalazi se sloj sluzave supstance (matrice) koja nastaje bez obzira na prisustvo bakterija u rizosferi. Ovaj sloj je jasno vidljiv kada se ispituje u svjetlosno-optičkom mikroskopu (slika 147). Nakon inokulacije, kvržaste bakterije obično navale na ovaj sloj i nakupljaju se u njemu (slika 148) zbog stimulativnog učinka korijena, koji se očituje čak i na udaljenosti do 30 mm.

,

U tom periodu, koji prethodi uvođenju nodularnih bakterija u tkivo korijena, bakterije u rizosferi su izuzetno pokretne. U ranim radovima, u kojima je korišten svjetlosni mikroskop, bakterije kvržica smještene u rizosferi nazvane su rojačima (gonidijama ili zoosporama) - "rojenje". Pomoću metode Fareus (1957) moguće je uočiti stvaranje izuzetno brzih kolonija svermera u području vrha korijena i dlačica korijena. Kolonije Schwermer postoje vrlo kratko - manje od jednog dana.

O mehanizmu prodiranja Postoji niz hipoteza o bakterijama nodula u korijenu biljke. Najzanimljiviji od njih su sljedeći. Autori jedne od hipoteza tvrde da bakterija kvržica korijena prodire u korijen oštećenjem epidermalnog i kore tkiva (posebno u granama bočnih korijena). Ova hipoteza postavljena je na osnovu istraživanja Brill-a (1888), koji je prouzrokovao stvaranje čvorića u mahunastim biljkama probijanjem korijena iglom uronjenom u suspenziju nodularnih bakterija. Kao poseban slučaj, takav način provedbe je sasvim stvaran. Na primjer, u kikirikiju su čvorići pretežno smješteni u pazušcima grana korijena, što sugerira da bakterije kvržica prodiru u korijen kroz pauze tijekom klijanja bočnih korijena.

Zanimljiva je i ne bez osnova hipoteza o prodiranju bakterija kvržica korijena u tkivo korijena. Većina istraživača prepoznaje put prolaska bakterija kvržica korijena kroz dlake korijena.

Pretpostavka P. Dart-a i F. Mercera (1965) da su nodularne bakterije uvedene u korijen u obliku malih (0,1-0,4 μm) kokoidnih ćelija kroz intervale (0,3-0,4 μm) celuloze vrlo je uvjerljiva. primarne membrane korijenskih dlaka. Elektronski mikroskopske fotografije (slika 149) površine korijena dobijene metodom replike i činjenica da ćelije kvržastih bakterija u rizosferi mahunastih biljaka postaju sve manje potvrđuju ovaj položaj.

Moguće je da bakterija kvržica korijena može prodrijeti u korijen kroz epidermalne ćelije mladih vrhova korijena. Prema Prazhmovsky (1889), bakterije mogu prodrijeti u korijen samo kroz mladu ćelijsku membranu (dlake korijena ili epidermalne stanice) i potpuno su u nemogućnosti da prevladaju kemijski promijenjeni ili plutasti sloj korteksa. To može objasniti da se čvorovi obično razvijaju na mladim područjima glavnog korijena i bočnim korijenima u nastajanju.

Nedavno je hipoteza o auksinu postala veoma popularna. Autori ove hipoteze vjeruju da bakterija kvržica korijena prodire u korijen stimulirajući sintezu (β-indoleoctene kiseline (heteroauksin) iz triptofana, koji je uvijek prisutan u biljnim korijenskim izlučevinama. Prisustvo heteroauksina povezano je sa zakrivljenjem dlačica korijena , što se obično uočava kada je korijenski sistem zaražen bakterijama čvorova korijena (slika 150).

Očito je da izvor β-indoleoctene kiseline u vrijeme zaraze biljkama nisu samo biljke koje oslobađaju triptofan kroz korijenski sistem, a koje mnoge vrste bakterija, uključujući čvorove, mogu pretvoriti u β-indoleoctenu kiselinu. Sami bakterije kvržica, a možda i druge vrste mikroorganizama u tlu koji žive u zoni korijena, također mogu sudjelovati u sintezi heteroauksina.

Međutim, hipoteza o auksinu ne može se bezuvjetno prihvatiti. Učinak heteroauksina je nespecifičan i uzrokuje zakrivljenost korijenskih dlaka kod različitih biljnih vrsta, ne samo kod mahunarki. Istovremeno, bakterije kvržica korijena uzrokuju zakrivljenost korijenskih dlaka samo u mahunarkama, dok pokazuju prilično značajnu selektivnost. Kada bi se učinak koji se razmatra određivao samo β-indoleoctenom kiselinom, tada ne bi postojala takva specifičnost. Pored toga, priroda promjena na dlakama korijena pod utjecajem kvržastih bakterija nešto je drugačija nego pod utjecajem heteroauksina.

Također treba napomenuti da su u nekim slučajevima nekrivljene korijenove dlake izložene infekciji. Promatranja pokazuju da je kod lucerke i graška 60-70% dlaka korijena savijeno i uvijeno, a kod djeteline oko 50%. Kod nekih vrsta djeteline ova reakcija je zabilježena u ne više od 1/4 zaražene dlake. U reakciji zakrivljenosti stanje korijenske dlake očito je od velike važnosti. Koreni u rastu su najosjetljiviji na djelovanje supstanci koje proizvode bakterije.

Poznato je da bakterije kvržica uzrokuju omekšavanje zidova dlačica korijena. Međutim, oni ne stvaraju ni celulazne ni pektinolitičke enzime. S tim u vezi, predloženo je da bakterije kvržica prodru u korijen zbog lučenja sluzi polisaharidne prirode, što biljkama uzrokuje sintezu enzima poligalakturonaze. Ovaj enzim, uništavajući pektinske supstance, utječe na membranu korijenskih dlačica, čineći je plastičnijom i propusnijom. U ne velike količine poligalakturonaza je uvijek prisutna u dlakama korijena i, očigledno, uzrokujući djelomično otapanje odgovarajućih komponenata membrane, omogućava ćeliji da se istegne.

Neki istraživači vjeruju da nodule bakterije ulaze u korijen putem satelitskih bakterija koje proizvode pektinolitičke enzime. Ova hipoteza postavljena je na osnovu sljedećih činjenica. Tokom mikroskopije korijenskih dlaka, mnogi istraživači primijetili su prisustvo svjetlosne mrlje oko koje se nakupljaju kvrgave bakterije. Ovo mjesto može biti znak početka maceracije (uništavanja) tkiva protopektinazom, analogno istoj osobini uočenoj u biljaka sa mnogim bakterijskim bolestima. Pored toga, utvrđeno je da avirulentne kulture nodularnih bakterija u prisustvu bakterija koje proizvode pektinolitičke enzime postaju sposobne da prodru u korijen.

Treba napomenuti još jednu hipotezu prema kojoj nodularne bakterije ulaze u korijen tijekom stvaranja invaginacije površine korijenske dlake nalik prstu. Uzorak elektronske difrakcije ošišane korijenske dlake, što potvrđuje ovu hipotezu (sl. 150, 3), pokazuje korijenovu dlaku savijenu u obliku drške kišobrana, u čijem se zavoju nakupljaju kvržaste bakterije. Kvržaste bakterije se kao da usisavaju (progutaju) u korijenskoj kosi (poput pinocitoze).

Hipoteza o intususceptaciji u osnovi se ne može odvojiti od auksinske ili enzimske hipoteze, jer se invazija javlja kao rezultat izloženosti auksinu ili enzimskom faktoru.

Proces unošenja nodularnih bakterija u tkivo korijena jednak je za sve vrste mahunarki i sastoji se od dvije faze. U prvoj fazi zaraze se dlake korijena. U drugoj fazi proces stvaranja čvorića je intenzivan. Trajanje faza je različito za različite biljne vrste: u Trifolium fragiferum prva faza traje 6 dana, u Trifolium nigrescens - 3 dana.

U nekim je slučajevima vrlo teško otkriti granice između faza. Najintenzivnije unošenje nodularnih bakterija u dlake korijena događa se u ranim fazama razvoja biljaka. Druga faza završava u periodu stvaranja kvržica mase. Često se uvođenje bakterija nodula u dlake korijena nastavlja i nakon stvaranja kvržica na korijenima. Do takozvane suvišne ili dodatne infekcije dolazi zato što infekcija dlačica ne prestaje. dugo vrijeme... Kasnijeg datuma infekcije, čvorići se obično postavljaju niže uz korijen.

Tip razvoja, struktura i gustina dlaka korijena ne utječu na brzinu prodiranja nodularnih bakterija. Mjesta stvaranja čvorića nisu uvijek povezana sa mjestima zaraženih dlačica.

Prodirući u korijen (kroz korijensku dlaku, ćeliju epiderme, mjesta oštećenja korijena), bakterija korijenovih kvržica kreće se dalje u tkivo korijena biljke. Bakterije najlakše prolaze kroz međustanične prostore.

Ili jedna ćelija ili grupa bakterijskih ćelija mogu prodrijeti u tkivo korijena. Ako se uvede zasebna ćelija, ona se može nastaviti kretati kroz tkivo kao samotnjak. Put infekcije korijena pojedinačnim stanicama karakterističan je za biljke lupine.

Međutim, u većini slučajeva, invazijska ćelija, aktivno se množeći, tvori takozvane zarazne niti (ili zarazne niti) i već se u obliku takvih niti kreće u biljno tkivo.

Pojam "zarazna nit" potekao je iz proučavanja procesa zaraze na svjetlosnom mikroskopu. Počevši od Beijerinckova rada, infektivna nit se smatrala sluzavom hifalnom masom u kojoj su zatvorene umnožavajuće bakterije.

U osnovi, nit infekcije je kolonija bakterija koje se množe. Njegovo porijeklo je mjesto prodiranja jedne ćelije ili grupe ćelija. Moguće je da se kolonija bakterija (i, shodno tome, buduća zarazna nit) počne stvarati na površini korijena prije unošenja bakterija u korijen.

Broj zaraženih dlaka korijena znatno se razlikuje od biljke do biljke. Infektivne niti se obično pojavljuju u deformiranim, uvijenim dlakama korijena. Međutim, postoje naznake da se slične niti ponekad mogu naći u ravnim dlačicama. Češće se u korijenskim dlačicama primijeti jedna nit koja se grana, rjeđe dvije. U nekim slučajevima jedna korijenska dlaka ima nekoliko filamenata ili nekoliko ima zajedničke filamente infekcije, što daje jedan čvor (slika 151).

Procenat zaraženih dlaka korijena u ukupnom broju deformiranih dlaka je neobjašnjivo nizak. Obično se kreće od 0,6 do 3,2, povremeno dostižući 8,0. Udio uspješnih infekcija još je niži, jer među infektivnim nitima postoji mnogo (do 80%) takozvanih abortivnih niti koje su se prestale razvijati. Brzina napredovanja zaraznih niti koje se normalno razvijaju u biljci je 5 - 8 mikrona na sat. Tom brzinom zarazna nit može proći kroz korijen dlake dužine 100-200 mikrona u roku od jednog dana.

Morfološke i anatomske karakteristike čvorova u njihovoj ontogenezi.

Prema načinu formiranja, kvržice mahunarki dijelimo u dvije vrste:

1. tip - čvorovi nastaju tijekom diobe ćelija pericikla (kutni sloj), obično smješteni nasuprot protoksilemu (prvi u vrijeme vaskularne formacije) - endogeni tip formiranja čvorova;

Tip 2 - čvorovi potječu iz korijena korijena kao rezultat unošenja patogena u parenhimske ćelije korteksa i endoderma (unutarnji sloj primarne kore) - egzogeni tip stvaranja čvorova.

Ovaj drugi tip prevladava u prirodi. Tkiva središnjeg cilindra korijena sudjeluju samo u stvaranju vaskularni sistemčvorovi i endogenih i egzogenih tipova.

Uprkos različitim pogledima na prirodu nastanka kvržica egzo- i endotipova, njihov razvojni proces je u osnovi isti. Međutim, ni jedan ni drugi tip formiranja kvržica ni na koji način se ne bi trebali poistovjećivati ​​s procesom bočnog formiranja korijena, uprkos činjenici da postoje neke sličnosti u njihovom porijeklu. Dakle, formiranje čvorića i bočnih korijena događa se istovremeno i, štoviše, u istoj zoni korijena.

Istovremeno, brojne osobine razvoja bočnih korijena i čvorića ističu duboke razlike u tipu njihovog formiranja. Bočni korijeni nastaju u periciklu. Od prvih trenutaka razvoja povezani su sa središnjim cilindrom glavnog korijena, od kojeg se granaju središnji cilindri bočnih korijena, i uvijek nastaju prema zraku primarnog drveta. Formiranje čvora, za razliku od bočnog korijena, moguće je bilo gdje. Na samom početku stvaranja nodularnog tkiva ne postoji vaskularna veza sa središnjim cilindrom korijena, već nastaje kasnije. Posude se obično formiraju duž periferije kvržice. Oni su povezani sa sudovima korijena kroz traheidnu zonu i imaju vlastiti endoderm (slika 152).

Razlika u prirodi čvorova i bočnih korijena posebno se jasno uočava kod seradele, budući da se jezgro jezgra glavnog korijena ove biljke - mjesta nastanka prvih čvorova - sastoji od relativno malog sloja ćelija i čvorići postaju vidljiv vrlo brzo nakon zaraze korijena bakterijama. Oni čine prve spljoštene izbočine u korijenu, što ih omogućava razlikovati od konusnih izbočina bočnih korijena. Čvorovi se od bočnih korijena razlikuju po brojnim anatomskim karakteristikama: odsustvu središnjeg cilindra, korijenskih kapa i epidermisa i prisustvu značajnog sloja kore koji pokriva čvor.

Stvaranje kvržica (sl. 153, 1, 2) mahunastih biljaka događa se u periodu kada korijen još ima primarnu strukturu. Počinje dijeljenjem jezgri jezgara smještenih na udaljenosti od 2-3 sloja od krajeva infektivnih filamenata. Slojevi kore probodeni zaraznim nitima ostaju nepromijenjeni. Istodobno, kod seradele dijeljenje jezgri ćelija događa se direktno ispod zaražene dlake korijena, a kod graška dijeljenje stanica bilježi se samo u pretposljednjem sloju korteksa.

Podjela formiranjem radijalne strukture tkiva nastavlja se do ćelija unutarnjeg jezgra. Javlja se bez određenog pravca, nasumično, i kao rezultat toga nastaje meristem (sistem obrazovnih tkiva) čvora koji se sastoji od malih zrnastih ćelija.

Podijeljene ćelije korteksa se mijenjaju: jezgre su zaobljene i povećane, posebno jezgre uvećane. Nakon mitoze, jezgre se razilaze i, ne uzimajući svoj izvorni oblik, počinju ponovo dijeliti.

Nastaje sekundarni meristem. Uskoro se u endodermu i periciklu pojavljuju znakovi početne diobe, koja se u bivšim vanjskim ćelijama uglavnom javlja tangencijalnim pregradama. Ova se podjela konačno proširuje na opći meristemski kompleks, čije se male ćelije protežu, vakuole nestaju, a jezgra ispunjava veći dio ćelije. Stvara se takozvani primarni čvor u čijoj plazmi ćelija nema nodusnih bakterija, budući da su u ovoj fazi još uvijek u infektivnim nitima. Dok se formira primarni čvor, infektivni filamenti se više puta granaju i mogu proći ili međustanično između ćelija (slika 154), ili kroz ćelije - unutarćelijski - i unijeti bakterije (slika 155).

,

Zbog aktivnog razmnožavanja nodularnih bakterija u njima, međustanične infektivne niti često poprimaju bizaran oblik - formiraju se u obliku džepova (divertikula) ili baklji (vidi sliku 154).

Proces kretanja zaraznih filamenata iz ćelije u ćeliju nije potpuno jasan. Očigledno, zarazne niti, prema kanadskom mikrobiologu D. Jordanu (1963), lutaju u obliku golih sluzavih užeta u međućelijskim prostorima biljnog tkiva sve dok iz nekih još neobjašnjivih razloga ne počnu invaginirati u citoplazmu susjedne ćelije.

U nekim se slučajevima invaginacija infektivne niti događa u jednoj, u nekim slučajevima - u svakoj susjednoj ćeliji. Kroz ove invaginirane cjevaste šupljine (divertikuli) teče sadržaj niti, zatvoren u sluzi. Većina aktivni rast infektivni filamenti se obično javljaju u blizini jezgre biljne ćelije. Prodiranje filamenta praćeno je kretanjem jezgre koje se kreće do mjesta infekcije, povećava se, mijenja oblik i degenerira. Slična slika uočava se kod gljivične infekcije, kada je jezgra često brkova

0

Razvoj simbiotske asocijacije između mahunarki i nodularnih bakterija je od velikog interesa za agronomiju. Te simbioze daju većinu biološki vezanog azota dostupnog usjevima.

Nodule bakterije su prilično česti gram-negativni mikroorganizmi, udruženi u jednu porodicu sa poznatim fitopatogenim bakterijama Agrobacterium. Iako se o bakterijama nodula u ovom članku govori isključivo sa stanovišta njihove uloge u simbiotskim odnosima s biljkama, uvijek se mora imati na umu da su one vrlo dobro prilagođene dugotrajnom preživljavanju u tlu, čak i u odsustvu određenih biljaka domaćina. Isto tako, domaćini ovih bakterija - mahunarki, poput soje i djeteline, mogu dobro rasti bez svojih simbiona. Dakle, simbioza leguminoznih biljaka i nodularnih bakterija prije je neobvezna, a ne obavezna asocijacija. Obično je korisno za oba organizma, ali nije neophodno za njihov razvoj. Svaki partner ovog udruženja može voditi vlastiti život i dobro je za to opremljen. Stoga se može očekivati ​​da bi se u procesu infekcije i uspostavljanja simbioze razvoj kvržastih bakterija trebao brzo mijenjati, tj. Došlo bi do adaptacije koja im omogućava da se iz složenog staništa u tlu presele u dinamično okruženje na korijenu površinu, a zatim u vrlo posebno okruženje unutar ćelija. Biljka domaćin također mora brzo reagirati na prisustvo simbiotskih bakterija na površini svojih korijena, a reakcije domaćina moraju se znatno razlikovati od njihovih reakcija na druge mikroorganizme tla. Biljka domaćin mora pretrpjeti značajne interne promjene, uslijed čega može prihvatiti svog bakterijskog partnera i prijeći sa konzumiranja vezanog dušika iz egzogenih izvora na asimilaciju simbiotski formiranog NH 3. Sasvim je jasno da se proces zaraze i razvoj simbiotskih odnosa sastoji od čitavog niza uzajamnih prilagodbi. Ovaj proces na mnogo načina podsjeća na infekciju osjetljivog domaćina patogenim organizmom, a istovremeno su potpuno različiti.

Infekcija soje Rhizobium japonicum očigledno započinje reakcijom bakterije na pojavu signalizacije i hranjivih sastojaka koje luče korijeni domaćina. Rhizobium ćelije se vrlo brzo prianjaju na površinu korijena i mogu se otkriti u roku od nekoliko sekundi ili minuta nakon inokulacije korijena. Vezanost bakterija je najčešće polarna. Sljedeća faza uočena u infektivnom procesu je uvijanje korijenskih dlačica. Uvijanje i deformaciju potonjeg posebno izazivaju kvržaste bakterije. Uvijanje započinje nekoliko sati nakon inokulacije i postaje uočljivo nakon otprilike 12 sati. Bakterije kvržica napadaju uvijene korijenove dlake na mjestu najvećeg savijanja i napadaju ih kao cjevastu strukturu koja se naziva zarazna nit. Ovi filamenti nose ćelije rizobije, obično u obliku jednog lanca, do baze korijenske dlake (do bazalne ćelije). Čini se da se vrh rastuće infekcijske niti kreće putem jezgre ćelijske stanice domaćina. Dok infektivna nit ne napusti bazalnu ćeliju dlake, podjela i punjenje citoplazme stimuliraju se u obližnjim kortikalnim ćelijama. Infektivne niti prodiru u ćelijski zid smješten između korijenske ćelije dlake i susjednih kortikalnih ćelija i granaju se, hvatajući mnoge neprekidno dijeleće kortikalne stanice. Zatim se stanice kvržica bakterija oslobađaju od vrhova filamenata infekcije u citoplazmu ćelija domaćina. Neposredno nakon oslobađanja, bakterije se inkapsuliraju u citoplazmatskim membranama ćelija domaćina i tako nikada ne dolaze u direktan kontakt s citoplazmom domaćina. Stanice bakterija nodula i biljke domaćina se razmnožavaju, tvoreći strukture nazvane kvržice, koje se sastoje od približno jednakih masenih odnosa bakterija i biljnih tkiva. Domaćin osigurava rizobiju proizvodima fotosinteze, dok bakterije atmosferski N 2 pretvaraju u NH 3, opskrbljujući biljke raspoloživim dušikom.

Ovo je nevjerovatan proces, izvanredan u svojoj specifičnosti, mehanizmima djelovanja, razvoju i sofisticiranosti propisa. Pravo je zadovoljstvo to promatrati i proučavati.

Započeli smo sistematsko i višestrano proučavanje infekcije con Rhizobium japonicum. Moje kolege u ovom radu bili su fiziolozi Arvind Bhag-wat, Margaret Pierce i T.V. Buvaneswari, citolozi Gillian Turgen, Mark Pence i Harry Calvert, biokemičar Andrew Mort i stručnjaci za mutagenezu Yang Lo i Poko Yamamoto. Istraživanje bakterija čvorova započelo je proučavanjem mehanizama prepoznavanja i specifičnosti domaćina. Barem za većinu mahunarki koje naseljavaju umjereni pojas postoje jasno izražene specifičnosti za rizobije. Na primjer, Rhizobium meli-loti tvori čvoriće samo s lucerkom i ne zaražava djetelinu ili druge mahunarke. Sojevi R. japonicum formiraju čvorove samo na soji, ali ne i na lucerni, djetelini itd.

Molekularna osnova specifičnosti domaćina i nodularnih bakterija

Specifičnost domaćina i mehanizmi prepoznavanja opsežno su područje istraživanja fitopatologa već dugi niz godina, uključujući one koji proučavaju simbioze rizobija. 1975. godine Albersheim i Anderson-Prouty iznijeli su teoretsku pretpostavku da reakcija prepoznavanja u biljno-patogenim sustavima uključuje proteine ​​koji se vežu za ugljikohidrate (tj. Lektine) domaćina, koji reagiraju s ugljikohidratima na površini staničnih stijenki mikroorganizama. Gotovo istovremeno, Bolul i Schmidt iznijeli su eksperimentalne dokaze o bliskoj korelaciji između sposobnosti različitih bakterija kvržica da zaraze soju i njihove sposobnosti da vežu obilježeni lektin u sjemenkama ove biljke. S najvećom pažnjom provjerili smo eksperimente Bolula i Schmidta i potvrdili korelaciju između stvaranja čvorova i vezivanja lektina rizobijom. Međutim, u naučnoj literaturi zabilježena su neka odstupanja od ovog obrasca:

Brethauer i Paxton, Chen i Phillips, Law i Striidom pružili su dokaze da nije postojala korelacija između vezivanja lektina i nodulacije u soji;

Neki sojevi R. japonicum vrlo su aktivno stvarali čvorove, ali nisu vezali sojin lektin;

U određenom broju sojeva rizobije u kulturi, samo je mali broj ćelija (1-5%) vezan za sojin lektin.

Na osnovu naših zapažanja ustanovili smo jednu važnu pravilnost, naime, sposobnost ćelija Rhi-zobium japonicum da vežu sojin lektin dramatično se mijenja sa godinama kulture. Ovo otkriće sugerira da je pojava ili nestanak spojeva lektinskih receptora na površini ćelija rizobija na neki način reguliran. Proučivši mogućnost sinteze receptora lektina u zavisnosti od supstanci prisutnih u korijenima domaćina, otkrili smo da svi testirani sojevi R. japonicum vezuju sojin lektin kada se uzgajaju u prisustvu korijena domaćina, dok na laboratorijskim medijima od sojeva nisu imali stanice sposobne da vežu lektin ... Učinak korijena na stvaranje lektinskih receptora omogućava objašnjenje nedosljednosti u rezultatima eksperimenata s onim bakterijskim sojevima koji su formirali čvorove, ali nisu vezali lektin, kao i razumjeti nedostatak korelacije između ovih procesa u eksperimentima drugih istraživača. Međutim, još uvijek ne znamo koja je od supstanci u korijenju biljke domaćina odgovorna za promjene u sintezi receptora.

Slika 1. Uticaj starosti kulture soja Rhizobium japo nicum 110 ARS na broj ćelija sposobnih za vezivanje sojinog lektina i na stvaranje čvorova na primarnim korijenima iznad oznake početna pozicija vrh korijena (vidi tekst) u vrijeme cijepljenja:

1 - broj ćelija / ml; 2 - procenat ćelija koje vezuju lektin; 3 - broj čvorića iznad oznake, izračunat po biljci; 4 - procenat biljaka sa čvorićima iznad oznake.

Također je vrijedno napomenuti da su Dazzo i Hubbell pronašli sličnu jasnu korelaciju između vezivanja lektina i nodulacije u simbiotskoj asocijaciji djetelina / Rhizobium trifolii.

Stabilnost korelacija sa vezivanjem lektina u sistemu soja / R, japonicum omogućava nam da razmotrimo još dva pitanja:

Može li se tvrditi da pravi lektin, koji se nalazi na površini soje u pravo vrijeme i na mjestu, zaista igra ulogu u odgovoru na prepoznavanje?

Kakva je priroda receptora za sojin lektin na staničnoj površini Rhizobium japonicum?

Trenutno nema definitivnog odgovora na prvo pitanje. Najbolji dokazi u njegovu korist potječu iz podataka Stacey i suradnika, koji su pokazali da se obilježena antitijela, specifična za sojin lektin, vežu za korijene soje, za razliku od obilježenih antitela nespecifičnog seruma. Niska gustina vezivanja obilježenih antitijela može objasniti zašto je teško otkriti lektin u korijenima drugim, izravnijim biokemijskim metodama.

Potpuniji i tačniji podaci dobijeni su o drugom pitanju. Prema uvjerljivim citološkim i biokemijskim eksperimentima, sojin lektin se veže za materijal kapsule koji okružuje stanice Rhizobium japonicum. Sojin lektin obilježen feritinom veže se na kapsularni materijal bakterija, ali ne i na vanjsku ćelijsku membranu. Ova veza je biohemijski specifična, kao što pokazuje inhibicija haptena šećerom, i bez utjecaja artefakata fiksacije, kao što pokazuje cryosharp.

Izolirali smo kapsularni materijal iz dva različita soja R. japonicum i utvrdili da se sastoji od polisaharida čija je struktura prikazana na slici 2. Možda najvažnija karakteristika kapsularnog polisaharida (CPS) je prisustvo galaktoze bočni lanac u svakoj ponavljajućoj jedinici polimera. Vezanje sojinog lektina na površinu bakterijskih ćelija posebno je snažno inhibirano dodavanjem galaktoze ili N-acetalgalaktozamina, što ukazuje da strukture slične galaktozi čine važan dio vezivnog materijala specifičnog za lektin. Galaktozilni ostaci CPS-a ponekad sadrže metilnu skupinu na položaju 4. Prema Hammarströmu i suradnicima, lektin u snu se ne veže za 4-O-metilgalaktozu. Stoga je otkriće promjena u sastavu šećera uključenih u CPS s godinama bakterijskih kultura bilo od posebnog interesa. U starim kulturama ostaci galaktozila u CPS-u češće su bili 4-O-metilirani.

Sl. 2. Struktura ponavljajuće jedinice pentasaharida koja formira kapsularni polisaharid / egzopolisaharid (CPS / EPS) u sojevima 110/138 R. japonicum:

GL - glukoza; Ma - manoza; GUA - galakturonska kiselina; Ha - galaktoza; Ats - acetat; Ja - metnl.

Transformacija nemetilirane galaktoze u metiliranu posebno se brzo događa u periodu kada bakterijske kulture prelaze iz eksponencijalne u stacionarnu fazu rasta. Istovremeno, dolazi do naglog smanjenja broja inkapsuliranih ćelija i bakterija sposobnih da vežu lektin za san. Promjene u sastavu SIJ i u kapsulaciji objašnjavaju nagli gubitak sposobnosti ovih sojeva da vežu lektin. Kao što će biti prikazano u nastavku, ovi sojevi, nakon dostizanja stacionarne faze rasta, naglo gube svoj infektivni kapacitet. Još uvijek nije utvrđeno postoje li uzročno-posljedične veze između promjena u kemijskom sastavu SIJ, vezivanja lektina i zaraznosti rizobija.

Treba uzeti u obzir da sojevi R. japonicum sintetišu i kapsularni polisaharid (CPS) koji se veže za domaćina i egzopolisaharid (EPS) koji se ne veže za domaćina. Prema Dudmanovim podacima, neki sojevi R. japonicum tvore EPS, čija je struktura prikazana na slici 3. Ovaj EPS, izoliran iz filtrata iz kulture, pouzdano ne sadrži ostatke slične galaktozi koji mogu vezati sojin lektin. Ako potonja djeluje kao vrsta specifična odrednica u reakcijama prepoznavanja svih bakterija koje čine čvoriće na soji, stoga bi ovi sojevi R. japonicum, zauzvrat, također trebali formirati, barem u malim količinama, neku vrstu CPS ili EPS sa mestom vezivanja lektina po tipu galaktoze. Prema nekim preliminarnim podacima, dva soja bakterija kvržica koje tvore EPS tipa ramnoze također su sposobna sintetizirati male količine CPS / EPS koji sadrže galaktozu (Mort, neobjavljeni podaci).

Sposobnost ćelija R. japonicum da se vežu za san strogo ovisi o prisustvu kapsularnog materijala na bakterijama. Međutim, stvaranje čvorova ne ovisi o tome. Mutanti R. japonicum, koji nisu stvorili zamjetne kapsule ni u jednoj fazi rasta, kako na laboratorijskim hranjivim podlogama, tako i kada su se uzgajali s korijenima domaćina, ipak su prilično lako formirali čvoriće na korijenima sna. Važna odrednica sposobnosti stvaranja čvorova je sposobnost sinteze odgovarajućih količina polisaharida koji sadrže galaktozu. Postoji linearna veza između količine EPS-a koju formiraju različiti mutanti rizobije i njihove relativne sposobnosti stvaranja čvorova. Pojavom određene količine polisaharida koji sadrži galaktozu, nije važno je li povezan s bakterijskim ćelijama ili je u slobodnom stanju.

Sl. 3. Struktura ponavljajućeg monomera u tetrasaharidu uključenom u EPS soja Rhizobium japonicum 61A76; oznake su iste kao na slici 2 (Rha - rafinoza).

1. Odnos između sinteze EPS-a i stvaranja čvorića na korijenima soje od različitih mutanata Rhizobium japonicum koji ne daju normalne kapsule

Ideja da su lektini domaćini i polisaharidi na površini ćelija rizobija jedine odrednice specifičnosti i prepoznavanja u simbiontskim interakcijama može se smatrati previše pojednostavljenom. Ako su Dazzo i Stacy i sur. S obzirom na to da su lektini domaćini odgovorni za specifično vezivanje homolognih kvržastih bakterija na površinu domaćina, drugi istraživači naglašavaju indukciju specifičnih reakcija domaćina stvaranjem lektin-polisaharidnih veza. Ipak, čini se vjerovatnijim da su ove interakcije samo dio složenog niza razmjena signala i odgovora između dva simbionta. Prema ovom gledištu, svaka faza u takvom sekvencijalnom lancu na svoj način određuje opću biološku specifičnost simbioze. Nijedna od faza postupka prepoznavanja ne može se isključiti samo zato što nije prva ili najselektivnija, a istovremeno se ne može pretpostaviti da će prva ili najselektivnija faza u potpunosti odrediti specifičnost simbiotske veze.

Rani procesi u infekcijama uzrokovanim RIZOBIJOM

Iznenađujuće je malo poznato o pokretanju ili ranom razvoju infekcija uzrokovanih kvrgavim bakterijama u njihovim simbiontima, iako neki noviji radovi pružaju dragocjene informacije o tim pitanjima. Kao što je ranije prikazano, prva vanjska manifestacija zaraznog procesa je vezivanje bakterija za površinu korijena domaćina. Ćelije rizobija imaju tendenciju da se polako prikače. Prema Daz-zo, takvo vezivanje određuje lektin domaćin i specifično je za sistem djeteline / R, trifolii. Stacy i dr. dao slične podatke za R. japonicum o korijenima soje. Međutim, otkrili smo da se i R. trifolii i R. japonicum mogu polarno prikačiti na korijene soje, s prilično usporedivim brojevima i gustinama (Tergen i Bauer, neobjavljeni podaci). Priroda vezivanja obje vrste praktično se nije razlikovala u uvjetima naših eksperimenata. Bez obzira na to je li vezanje specifično ili nespecifično, a ponekad i srednje, mora se priznati da se do sada ništa ne zna ni o staničnim i molekularnim komponentama koje određuju vezanost, niti o mehanizmima djelovanja tih komponenata.

Druga manifestacija zaraznog procesa je indukcija uvijanja korijenskih dlačica. Funkcija ovog fenomena je, očigledno, u stezanju ćelija rizobija u prostoru između dvije površine ćelijskih zidova zakrivljene korijenove dlake. Do sada niko nije uspio identificirati supstance koje izazivaju uvijanje ili grananje korijenskih dlačica, a mehanizmi pomoću kojih dolazi do uvijanja nisu proučavani.

Treća manifestacija zaraznog procesa je stvaranje zarazne niti. Callahamova nedavna istraživanja dala su vrlo mnogo važna informacija o ovom procesu. Predložio je tri mogući modeli prodiranje rizobija u ćeliju domaćina:

Lokalna invaginacija ćelijskog zida korenove dlake;

Lokalno uništavanje stijenke dlake pomoću induciranih enzima samog domaćina i sinteza zarazne niti;

Lokalno uništavanje ćelijskog zida korijenske dlake enzimima Rhizobium i sinteza zarazne niti.

Rezultati Callahamovih studija uvjerljivo su pokazali da proces zaraze djetelinom R. trifolii uključuje lokalno uništavanje ćelijskih stijenki korijenskih dlačica u blizini zarobljenih bakterija, povezano s lokalnim taloženjem novog sloja neidentificiranog materijala iz kojeg je zarazna nit. formirana. Ovo taloženje je vrlo slično stvaranju ovojnice (ovojnice) oko patogenih gljivica koje inficiraju hife. Callahamove citološke studije omogućile su isključenje hipoteze o invaginaciji ćelijskog zida korijenske dlake, ali nisu dale rješenje pitanja koji enzimi uzrokuju lokalno uništavanje staničnih zidova - enzimima domaćina ili bakterija? Neki postovi podržavaju i jedno i drugo, ali ne daju konačan odgovor.

Mnoga pitanja u vezi sa daljim fazama zaraznog procesa još nisu riješena. Na primjer, kako infektivna nit može prodrijeti u ćeliju domaćina protiv svog pritiska turgora? Zašto (i kako) vrh rastuće infekcijske niti prati kretanje jezgre u ćeliji korijenske dlake? Kako zarazna nit prodire u susjedne kortikalne ćelije? Kako se stimulira dioba kortikalnih ćelija tijekom razvoja zaraznog procesa uzrokovanog prodorom niti? Kako kvržaste bakterije mogu izbjeći ili potisnuti normalnu odbranu biljaka domaćina?

Nažalost, ozbiljne metodološke poteškoće sprečavaju detaljno proučavanje ranijih stadija zaraznog procesa. Poteškoće nastaju zbog činjenice da je u postupak inokulacije obično uključeno oko 100 tisuća bakterijskih ćelija i oko 10 tisuća dlaka korijena, međutim infektivni proces započinje u ne više od 100 slučajeva, a samo oko 10 slučajeva infekcije završava formiranjem čvorova. Stoga je teško razmotriti mehanizme ili nepoznate faze zaraznog procesa u 10 uspješnih ili ukupno u 100 slučajeva infekcije korijenske dlake u pozadini 10 tisuća ili čak više neuspješnih ili neodgovarajućih interakcija između domaćina i rizobija.

Sl. 4. Dijagram koji prikazuje faze procesa infekcije uzrokovanih kvrgastim bakterijama. Bakterije kvržice, zatvorene u prostoru između dvije površine zakrivljene dlake korijena, uništavaju stanični zid domaćina (a), uzrokuju sintezu novog sloja materijala iz citoplazme ćelijskog zida domaćina (b) i prodiru kroz djelomično uništenu staničnu stijenku korijenske dlake u zaraznu nit formiranu od novo nanesenog sloja (c).

Lokalizacija zaraženih ćelija na korijenima biljke domaćina

Kako bismo olakšali proučavanje biokemijskih mehanizama prepoznavanja i infekcije, nedavno smo odlučili utvrditi koje su stanice korijena domaćina osjetljive na infekciju. Sadnice biljaka uzgajane su u plastičnim kesama, što je omogućilo vizuelno posmatranje razvoja korijena. Položaj vrhova korijena (CC) i zona stvaranja korijenskih dlačica zabilježeni su na plastici u vrijeme unošenja inokuluma. Nedelju dana nakon inokulacije, položaj svakog čvorića određen je uzimajući u obzir napravljene oznake. Uzimajući u obzir kretanje epidermalnih ćelija tokom rasta korijena, može se izračunati položaj i faza razvoja onih korijenskih ćelija koje su bile osjetljive na infekciju u vrijeme inokulacije bakterijama nodula korijena. Grafikoni (slika 5. 5) jasno pokazuju da su čvorovi najčešće nastali na onim korijenskim površinama koje su se nalazile direktno ispod zone korijenskih dlačica i iznad zone brzog širenja. Relativno malo čvorova nastalo je u zoni razvijanja korijenskih dlačica, a u korijenskim područjima prekrivenim zrelim dlačicama u vrijeme cijepljenja uopće ih nije bilo. Dakle, sposobnost stvaranja čvorića ograničena je određenim fazama razvoja korijena i kratkim trajanjem postojanja ciljnih ćelija osjetljivih na bakterije. Eksperimenti s kasnijom inokulacijom spavanja pokazali su da cijelo područje korijena iznad vrha primjetno gubi osjetljivost nakon 4-6 sati, dok je kod ostalih vrsta mahunarki sposobnost stvaranja nodula takođe kratkotrajna i ograničena na određene razvojne faze.

Ovi podaci su od nesumnjivog teorijskog i praktičnog interesa. Na primjer, kapljice inokulirajuće suspenzije sa zapreminom nanolitra koja sadrži samo nekoliko ćelija nodularnih bakterija mogu se nanijeti direktno na mjesto najveće osjetljivosti korijena, a razvoj rizobija dogodit će se točno na mjestu inokulacije. Ova metoda nam je omogućila da pomoću elektronskog mikroskopa proučimo najranije procese koji se javljaju čak i prije stvaranja infektivne niti, uvijanja korijenskih dlačica ili bilo kojih drugih pokazatelja početka infekcije, vidljivih u svjetlosnom mikroskopu. Takve studije mogu se provesti samo s dovoljnim pouzdanjem da su korijenove dlake uzete za pripremu ultra tankih dijelova prikladne u tu svrhu i da će biti zaražene kvržicama.

Sl. 5. Učestalost stvaranja kvržica u različitim zonama korijena soje inokuliranih sojem R. japonicum 110. Biljke su uzgajane u plastičnim kesama, na čijoj su površini napravljeni tragovi koji prikazuju položaj korijena koichik (RT) i mjesto najmanjeg razvoja korijenskih dlačica (SERH). Koreni otprilike 120 biljaka ispitivani su nedelju dana nakon inokulacije, određujući relativnu (%) udaljenost od svakog čvora formiranog na primarnom korenu do RT. Da bi se lakše utvrdio relativni položaj nezaraženih borealnih ćelija tokom inokulacije, izračunato je kretanje epidermalnih ćelija u odnosu na RT.

Supstance koje utječu na intenzitet početnih procesa infekcije

Jednako zanimljiv aspekt proučavanja brzine razvoja osjetljivosti leguminoznih biljaka na nodularne bakterije je da je sada moguće proučavati faktore koji utječu na brzinu pokretanja uspješne infekcije. Broj čvorića koji se razvijaju iznad vrha korijena (RT) iznad oznake na plastici služi kao izvrstan kvantitativni parametar za razvoj infekcije. Na primjer, Bhagwat (lična komunikacija) nedavno je otkrio da se nodulacija neke rizobije na korijenima zrna krava javlja neposredno ispod oznake ako su bakterije uzgajane u medijumu zajedno s korijenima domaćina prije inokulacije. Ovi rezultati sugeriraju da se rizobij može prilagoditi ili na neki način reagirati na supstance koje se luče iz korijena domaćina prije nego što postanu sposobni za infekciju.

Suprotno se može primijetiti kod soje. Stvaranje čvorova na korijenima soje iznad oznake RT malo ovisi o preliminarnom uzgoju R. japonicum u eksudatima korijena domaćina. Međutim, stvaranje čvorova s ​​maksimalnom učestalošću događa se ispod zone razvoja korijenskih dlačica, iako su čak i citološke studije pokazale da se infekcija koja dovodi do stvaranja čvorova događa putem kratkih korijenskih dlačica koje se tek počinju razvijati. Razlike između lokalizacije očekivane i stvarne zone maksimalnog stvaranja čvorića dovele su nas do zaključka da postoji određeno razdoblje zaostajanja između vremena prve interakcije ćelija korijena s bakterijama i vremena početka uspješnog zaraznog procesa u njima. Očito je da se ovo razdoblje zaostajanja može skratiti prethodnom obradom korijena staničnim polisaharidom nodularnih bakterija. N-acetilgalaktoza, mogući polisaharidni hapten spavanja lektina, takođe je efikasna u tom pogledu. Takve je eksperimente teško reproducirati tačno, ali uspjeli smo pronaći načine za kontrolu većine promjenjivih metrika.

Relativna udaljenost između čvorova i oznake na vrhu korijena (RT)

Slika 6. Učinak eksudata zrna mokraće na razvoj nodularnih bakterija:

1 bakterija na eksudatima korijena; 2 - bakterije na sintetičkom hranjivom mediju.

Sl. 7. Utjecaj bezćelijskog filtrata Rhizobium tri-folii na stvaranje čvorića u zoni zrelih korijenskih dlačica djeteline. Koreni djeteline su prethodno uvedeni sa 100 μL vode (4) ili filtrata za kulturu tokom 6, 14 i 24 sata (1, 2, 3 na grafikonu) prije uvođenja inokuluma. Broj čvorova. nastali u zoni korijena sa zrelim korijenovim dlakama u vrijeme cijepljenja određivani su svakodnevno tokom tjedan dana.

Sličan fenomen zabilježen je u korijenima djeteline. Ako se kultura R. trifolii ispere, resuspendira u destiliranoj vodi sat vremena, a zatim filtrira, bezćelijski filtrat značajno smanjuje vrijeme potrebno za nodulaciju u zoni zrelih korijenskih dlačica kada se korijen tretira tim filtratom prije inokulacije. . Zanimljivo je primijetiti da isti tretman korijena djeteline nije primjetno utjecao na vrijeme stvaranja čvorića u zoni bez dlačica korijena.

Filtrat djeluje na stvaranje čvorića samo u zoni zrelih dlaka korijena, očigledno utječući na drugu vrstu infekcije, karakterističnu za djetelinu, ali koja nije zabilježena kod soje, kravljeg graška ili lucerne.

Aktivna jedinjenja prisutna u filtratima suspenzija R. trifolii ili u eksudatima korijena kravljeg graška još nisu identificirana. Ipak, otkriće njihovog djelovanja potvrđuje gledište da je međusobno prepoznavanje kvržastih bakterija i njihovih domaćina kompleks reakcija koje se javljaju između simbionata prema tipu signalnog odgovora.

Infektivni kapacitet RHIZOBIUM ćelija

Samo su određene stanice korijena mahunarki podložne infekciji rizobijom, a podložnost ovisi o vremenu i fazi razvoja biljaka. Šta je sa bakterijama nodula? Da li zaraznost rizobija ovisi o vremenu, razvojnoj fazi ili okolišu? Učinak eksudata korijena zrna vranje na stvaranje čvorića u rizobiji sugerira da barem neke bakterijske vrste moraju proći određene promjene prije nego što mogu izazvati infekciju. Naravno, čak i u jednoj kulturi, stanice rizobija mogu se međusobno razlikovati na mnogo načina. Na primjer, možda imaju različite sposobnosti do inkapsulacije, pokretljivosti, faze ćelijskih ciklusa, broja polarnih tijela. Moguće je da zaraznost ovisi o jednoj ili više ovih specifičnih karakteristika. Iz gornjih podataka proizlazi da, za razliku od sinteze EPS-a, sama inkapsulacija, očigledno, nije povezana sa zaraznošću. Prema nedavnim studijama, infektivnost kvržastih bakterija ne ovisi o njihovoj pokretljivosti.

Radovi u našem laboratoriju omogućili su da se utvrdi da infektivnost R. japonicum u velikoj mjeri ovisi o starosti kulture. Kulture sojeva 110 i 138 R. japonicum, dostigavši ​​stacionarnu fazu rasta, brzo su izgubile sposobnost indukcije stvaranja čvorova iznad RT oznake. Očito je da su u ovoj fazi bakterije manje spremne ili sposobne izazvati zarazni proces tijekom inokulacije od ćelija u eksponencijalnoj fazi. Osnova za ovu promjenu pred kraj eksponencijalne faze nije poznata. Proučavanje učinka doze inokuluma na proces stvaranja kvržica pokazalo je da kulture soja 110 R. japonicum, koje su u ranoj ili kasnoj fazi stacionarnog rasta, mogu inducirati stvaranje čvorića jednako brzo i intenzivno kao kulture u fazi eksponencijalnog rasta, međutim, za inokulaciju biljaka potrebno je više inokuluma starijih kultura.

Zbog toga su razlike u zaraznosti između kultura bakterija u eksponencijalnoj ili stacionarnoj fazi rasta kvantitativne, a ne kvalitativne. Čini se da kulture u fazi stacionarnog rasta sadrže proporcionalno manje ćelija sposobnih za brzo izazivanje infekcije.

Još jedan aspekt formiranja simbiotskih udruženja zaslužuje pažnju. Grafikoni frekvencija stvaranja čvorića pokazuju slabljenje intenziteta ovog procesa u donjim dijelovima korijena, koji su u vrijeme inokulacije bili 5-10 sati mlađi od područja s maksimalnom aktivnošću nodulacije. Očito je da biljke soje imaju regulator regulatornog mehanizma koji djeluje brzo i služi za sprečavanje razvoja prevelikog broja nodula korijena. Drugo moguće objašnjenje je da je smanjenje broja kvržica u donjim dijelovima korijena može biti povezano sa smanjenjem broja bakterija koje se obračunavaju u tim dijelovima. Međutim, ako su isti korijeni ponovno inokulirani 10-12 sati nakon prve primjene bakterija, nije došlo do promjena u formiranju čvorića, tj. Nije bilo potrebe za povećanjem broja bakterija. U isto vrijeme, ako je primarni inokulum primijenjen samo na gornji dio korijen bez korijenskih dlačica i u zonu mladih dlačica u razvoju, gdje je produljenje korijena u potpunosti ili uglavnom završeno, tada je sekundarna inokulacija uzrokovala stvaranje novih čvorića. Ovaj eksperiment pokazuje da regulator regulatornog mehanizma u biljnom snu koji djeluje brzo uključuje neke vrste interakcija između rizobija i onih ćelija domaćina koji su lokalizirani u zoni brzog produljenja korijena blizu njegovog vrha.

Prisustvo regulatornog mehanizma brzog djelovanja u biljkama soje, a možda i krapini i lucerni, stvara dodatni nivo složenosti i organizacije u dinamičnom utjecaju razvojnih faza i okoliša na rani razvoj i uspjeh infekcija nodularnim bakterijama.

Korišćena literatura: Biljne zarazne bolesti: fiziološke i biohemijske osnove / Per. sa engleskog L. L. Velikanova, L. M. Levkina,
V.P. Prokhorov, I.I.Sidorova; Ed. i s predgovorom.
Yu. T. Dyakova. - M.: VO Agropromizdat, 1985. - 367 str.

Preuzmi sažetak: Nemate pristup za preuzimanje datoteka sa našeg servera.

Kvržične bakterije bile su prva grupa mikroba koji fiksiraju azot u vremenu o kojem je čovječanstvo saznalo.

Prije oko 2000 godina poljoprivrednici su primijetili da uzgoj mahunarki vraća plodnost osiromašenog tla. Ovo posebno svojstvo mahunarki empirijski je povezano sa prisustvom posebnih čvorića ili čvorića na njihovim korijenima, ali dugo vremena nisu mogli objasniti razloge ove pojave.

Bilo je potrebno puno istraživanja da se dokaže uloga mahunarki i bakterija koje žive u svojim korijenima u fiksiranju gasova azota u atmosferi. Ali postupno, radom naučnika iz različitih zemalja, priroda je otkrivena i svojstva ovih divnih stvorenja detaljno su proučavana.

Nodule bakterije žive s mahunarkama u simbiozi, odnosno donose uzajamnu korist jedna drugoj: bakterije asimiliraju dušik iz atmosfere i pretvaraju ga u spojeve koje biljke mogu koristiti, a one pak opskrbljuju bakterije tvarima koje sadrže ugljik, koje se rane asimiliraju iz vazduha u obliku ugljen-dioksida.

Izvan čvorova na umjetnim hranjivim podlogama bakterije kvržica mogu se razviti na temperaturama od 0 do 35 °, a najpovoljnije (optimalne) temperature za njih su reda od 20-31 °. Najbolji razvoj mikroorganizama obično se opaža u neutralnom okruženju (pri pH 6,5-7,2).

U većini slučajeva kisela reakcija tla negativno utječe na vitalnu aktivnost bakterija kvržica; u takvim se tlima stvaraju neaktivne ili neučinkovite (ne fiksiraju azot u zraku) rase.

Prvi istraživači bakterija kvržica pretpostavili su da se ovi mikrobi mogu taložiti na korijenima većine vrsta mahunarki. Ali onda je utvrđeno da oni imaju određenu specifičnost, imaju svoj „ukus“ i „iznajmljuju“ buduće „stanove“ u strogom skladu sa svojim potrebama. Jedna ili druga rasa nodularnih bakterija može ući u simbiozu sa mahunarkama samo određene vrste.

Trenutno se nodularne bakterije dijele u sljedeće skupine (prema biljkama domaćinima na kojima obitavaju):

• kvržaste bakterije lucerke i slatke djeteline;
• bakterija kvržica korijena djeteline;
• nodularne bakterije graška, graševine, ranča i graha;
• bakterije kvržica soje;
• nodule bakterije lupine i seradele;
• bakterija čvorova graha;
• nodularne bakterije kikirikija, krastavog graška, kravljeg graška itd.

Mora se reći da specifičnost kvržastih bakterija u različitim skupinama nije ista. Uviđavni stanari ponekad izgube svoje skrupule. Iako su bakterije kvržica djeteline vrlo specifične, isto se ne može reći za bakterije kvržica graška.

Sposobnost stvaranja čvorića nije karakteristična za sve mahunarke, iako je općenito raširena među predstavnicima ove ogromne porodice. Od 12 hiljada vrsta mahunarki, posebno su proučene 1063. Ispostavilo se da 133 od njih nisu sposobne za stvaranje čvorića.

Izgleda da je sposobnost simbioze sa fiksatorima azota svojstvena ne samo mahunarkama, iako su u poljoprivredi jedine važne kulture za fiksiranje dušika. Utvrđeno je da atmosferski dušik vežu bakterije koje žive u čvorovima na korijenima oleaga, morske krkavine, pastirke, blistavog bora, kormorana, ježa, suptropskih biljaka roda casuarina. Sposoban je popraviti azot i bakterije koje žive u čvorovima lišća nekih tropskih grmova.

Fiksiranje azota vrše i aktinomiceti koji žive u čvorovima korijena johe i, možda, gljive koje žive u korijenima ljulja i nekih biljaka vrijeska.

Ali za poljoprivredu su, naravno, mahunarke od najvećeg praktičnog interesa. Većina zapaženih ne-leguminoznih biljaka nema poljoprivredni značaj.

Vrlo važno pitanje za praksu je: kako bakterije kvržica žive u tlu prije nego što se zaraze korijenjem?

Ispostavilo se da bakterije kvržica mogu vrlo dugo postojati u tlu u odsustvu "domaćina" - mahunarki. Dajmo primjer. Moskovska poljoprivredna akademija pod imenom K. A. Timiryazev ima polja koja je položio D. N. Pryanishnikov. Iz godine u godinu na njima se uzgajaju iste kulture i čuva trajni ugar na kojem se gotovo 50 godina ne uzgajaju biljke. Analiza tla ovog ugarka i polja trajne raži pokazala je da se u njima nalaze kvržaste bakterije u značajnim količinama. Pod trajnom ražom ima ih nekoliko više nego u paru.

Slijedom toga, nodule bakterije relativno dobro preživljavaju odsustvo leguminoznih biljaka i mogu čekati vrlo dugo da ih upoznaju. Ali pod tim uvjetima, oni gube svoju izvanrednu sposobnost da poprave bunker. Međutim, bakterije sa "užitkom" zaustavljaju svoj "slobodan način života", čim im naiđe odgovarajuća mahunarka, one odmah prodiru u korijenje i stvaraju vlastite kućice kvržica.

Tri su čimbenika uključena u složeni proces stvaranja kvržica: dva živa organizma - bakterije i biljke, između kojih se uspostavlja bliska simbiotska veza, i uvjeti vanjsko okruženje... Svaki od ovih čimbenika je aktivni sudionik u procesu stvaranja kvržica.

Jedna od važnih karakteristika nodularnih bakterija je njihova sposobnost da luče takozvane stimulanse; ove supstance uzrokuju brzi rast tkiva korijena.

Njihova druga bitna karakteristika je sposobnost prodiranja u korijenje određenih biljaka i izazivanja stvaranja kvržica, drugim riječima, njihova zarazna sposobnost koja je, kao što je već spomenuto, različita u različite rase nodula bakterija.

Uloga biljke mahunarke u stvaranju čvorića određena je sposobnošću biljaka da luče supstance koje stimuliraju ili inhibiraju razvoj bakterija.

Veliki uticaj na osjetljivost biljke mahunarke na infekciju kvrgavim bakterijama ima sadržaj ugljenih hidrata i azotnih supstanci u njenim tkivima. Obilje ugljenih hidrata u tkivima biljaka mahunarki stimulira stvaranje čvorića, dok povećanje sadržaja azota, naprotiv, inhibira ovaj proces. Dakle, što je veći odnos C / N u biljci, to je bolji razvoj kvržica.

Zanimljivo je da dušik sadržan u biljnim tkivima kao da ometa uvođenje azota - „stranog“.

Treći faktor - vanjski uslovi (osvjetljenje, baterije itd.) Također imaju značajan uticaj na proces formiranja čvorova.

No, vratimo se karakterizaciji određenih vrsta nodularnih bakterija.

Infektivna sposobnost ili sposobnost stvaranja čvorića ne ukazuje uvijek na to koliko aktivno kvržaste bakterije popravljaju atmosferski azot. "Efikasnost" kvržica bakterija u vezivanju azota često se naziva njihovom efikasnošću. Što je veća efikasnost, veća je efikasnost ovih bakterija, one su dragocjenije za biljku, a time i za poljoprivredu općenito.

U tlu su pronađene rase bakterija kvržica korijena koje su djelotvorne, neefikasne i prijelazne između ove dvije skupine. Infekcija leguminoznih biljaka efikasnom rasom kvržastih bakterija pospješuje aktivnu fiksaciju azota. Neučinkovita rasa uzrokuje stvaranje čvorića, ali u njima ne dolazi do fiksacije azota, pa se on troši građevinski materijal, biljka „besplatno“ hrani svoje „goste“.

Postoje li razlike između efikasne i neefikasne rase kvržastih bakterija? Do sada nisu pronađene takve razlike u obliku ili ponašanju na umjetnim hranjivim podlogama. Ali čvorovi formirani od efikasnih i neefikasnih rasa pokazuju neke razlike. Postoji, na primjer, mišljenje da je efikasnost povezana s količinom tkiva korijena zaraženog bakterijama (u efikasnim rasama je 4-6 puta više nego u neefikasnim) i trajanjem funkcionisanja tih tkiva. U tkivima zaraženim efikasnim bakterijama uvijek se nalaze bakteroidi i crveni pigment koji je potpuno identičan hemoglobinu u krvi. Zove se leghemoglobin. Neučinkoviti čvorići imaju manji volumen zaraženog tkiva, nedostaje im leghemoglobin, bakteroidi se ne otkrivaju uvijek i izgledaju drugačije nego u učinkovitim čvorovima.

Ove morfološke i biohemijske razlike koriste se za izoliranje efikasnih rasa kvržastih bakterija. Obično su bakterije izolirane iz velikih, dobro razvijenih čvorića ružičaste boje vrlo učinkovite.

Već je gore rečeno da "rad" bakterija kvržica i njegova "efikasnost" ovise o nizu vanjskih uvjeta: temperaturi, kiselosti medija (pH), osvjetljenju, opskrbi kiseonikom, sadržaju u tlu hranljive materije itd.

Uticaj spoljnih uslova na fiksiranje atmosferskog azota bakterijama kvržicama može se prikazati na nekoliko primera. Dakle, sadržaj azotne kiseline i amonijevih soli u tlu igra značajnu ulogu u efikasnosti fiksiranja azota. U početnim fazama razvoja biljke mahunarki i stvaranja nodula, prisustvo malih količina ovih soli u tlu povoljno djeluje na simbiotsku zajednicu; a kasnije, ista količina dušika (posebno njegov oblik nitrata) inhibira fiksaciju dušika.

Slijedom toga, što je tlo bogatije azotom koji je biljci dostupan, to slabija fiksacija azota nastavlja. Azot sadržan u tlu, kao i u tijelu biljke, sprečava privlačenje novih njegovih dijelova iz atmosfere. Između ostalih hranjivih sastojaka, molibden ima primjetan učinak na fiksaciju azota. Kada se ovaj element doda u zemlju, akumulira se više azota. To se očito objašnjava činjenicom da je molibden dio enzima koji fiksiraju atmosferski azot.

Trenutno je pouzdano utvrđeno da se mahunarke uzgajane u tlima koja sadrže nedovoljnu količinu molibdena razvijaju na zadovoljavajući način i čine čvoriće, ali uopće ne asimiliraju atmosferski dušik. Optimalna količina molibdena za efikasnu fiksaciju azota je oko 100 g natrijum molibdata po 1 ha.

Uloga mahunarki u povećanju plodnosti tla

Dakle, mahunarke su vrlo važne za povećanje plodnosti tla. Akumulirajući azot u tlu, sprečavaju iscrpljivanje njegovih rezervi. Uloga mahunarki posebno je velika u onim slučajevima kada se koriste za zeleno gnojivo.

Ali poljoprivrednike, naravno, zanima i kvantitativni aspekt. Koliko se azota može akumulirati u tlu tokom uzgoja određenih mahunarki? Koliko azota ostaje u tlu ako je usjev u potpunosti ubran sa polja ili ako se mahunarke oru kao zeleno gnojivo?

Poznato je da u slučaju zaraze mahunarki učinkovitim rasama nodularnih bakterija mogu vezati od 50 do 200 kg dušika po hektaru sjetve (ovisno o tlu, klimi, biljnim vrstama itd.).

Prema poznatim francuskim naučnicima Poschonu i De Berjacu, obično terenski uslovi mahunarke bilježe približno sljedeće količine azota (u kg / ha):

Korijenski ostaci jednogodišnjih i višegodišnjih mahunarki u različitim usjevima usjeva i na različitim tlima sadrže različite količine azota. Lucerna godišnje u tlu ostavlja oko 100 kg dušika po hektaru. Djetelina i lupin mogu akumulirati oko 80 kg vezanog azota u tlu, godišnje mahunarke ostavljaju do 10-20 kg azota u tlu po hektaru. Uzimajući u obzir površinu koju u SSSR-u zauzimaju mahunarke, sovjetski mikrobiolog E.N.Mishustin izračunao je da oni godišnje na polja naše zemlje vraćaju oko 3,5 miliona tona azota. Za usporedbu, istaknimo da je cijela naša industrija 1961. godine proizvela 0,8 miliona tona azotnih gnojiva, a 1965. godine 2,1 milion tona. Dakle, dušik ekstrahiran iz zraka mahunarkama u simbiozi s bakterijama zauzima vodeće mjesto u azotni bilans poljoprivrede u našoj zemlji.

Bakterije čvorovi su specifične - određene vrste ili su njihove rase sposobne da formiraju čvoriće na korijenima samo određenih mahunarki. Dakle, neki od njih razvijaju se samo na korijenima djeteline, ali ne mogu zaraziti korijenje graška, lucerne, lupine i drugih mahunarki. Grupe bakterija koje čine čvoriće na korijenu lupine i seradele ne zaraze korijenje djeteline i graška itd. Ponekad je specifičnost nodularnih bakterija toliko snažno izražena da različite sorte jedan osim D? a iste kulture (ili čak biljne sorte) imaju različit stav prema jednom ili drugom soju bakterija. Na primjer, korijeni žute krme lupine nisu uvijek dobro zaraženi kvrgastim bakterijama iz korijena jednogodišnjih gorkih lupina. Grupe nodularnih bakterija prema njihovoj specifičnosti naznačene su na stranici 382. [...]

Bakterije kvržice se najintenzivnije razvijaju kada je reakcija tla blizu neutralne. Zbog toga je prilikom sjetve mahunarki na kisela tla, uz cijepljenje sjemena, neophodno i vapnenje tla. Inokulacija bez vapljenja ima vrlo malo utjecaja na prinos i sadržaj proteina. Prema K. Fillersu, kod uzgoja soje na kiselom tlu bez inokulacije i bez dodavanja kreča, sadržaj proteina u sjemenkama iznosio je 32,8%, tijekom inokulacije sadržaj proteina se povećao za 1,2%, a kod neutralisanja kiselosti tla i inokulacije , sadržaj proteina u sjemenu povećan je za 11,2%. [...]

Bakterije kvržica različitih mahunastih biljaka umiru u kiselom tlu. [...]

Nodularnim bakterijama je potrebna dovoljna količina ugljikohidrata, fosfora i kalcijuma. IN poslednjih godina utvrđeno je da brojni elementi u tragovima (posebno molibden) igraju važnu ulogu u vitalnoj aktivnosti kvržastih bakterija. Vapnenje i primjena molibdena za mahunarke na kiselim tlima reguliraju reakciju tla; potrebna je odgovarajuća opskrba mahunarki fosforom na svim tlima. [...]

Prokarioti (bakterije, arhebakterije, cijanobakterije) - jednoćelijski organizmi nemaju kernel. Zahvaljujući tako raznolikom metabolizmu, bakterije mogu postojati u najrazličitijim okolinskim uvjetima: u vodi, zraku, tlu, živim organizmima. Uloga bakterija u stvaranju nafte, uglja, treseta, prirodnog plina, u formiranju tla, u ciklusima azota, fosfora, sumpora i drugih elemenata u prirodi je velika. Saprotrofne bakterije sudjeluju u razgradnji organskih ostataka biljaka i životinja i u njihovoj mineralizaciji na CO2, H20, H28, 1CHH3 i druge neorganske tvari. Zajedno s gljivama oni su razlagači. Nodule bakterije (fiksiranje azota) čine simbiozu sa mahunarkama i uključene su u fiksiranje atmosferskog dušika u mineralna jedinjenja dostupna biljkama. Biljke same nemaju tu sposobnost. [...]

U nedostatku nodulnih bakterija na korijenu mahunarki, oni postaju isti potrošači azota iz tla, poput ostalih biljaka. [...]

Važno svojstvo nodularnih bakterija je njihova aktivnost (efikasnost), tj. Sposobnost da, u simbiozi s mahunarkama, asimiliraju molekularni azot i zadovolje potrebe biljke domaćina. U zavisnosti od toga u kojoj meri nodularne bakterije doprinose povećanju prinosa mahunarki (slika 146), obično se dele na aktivne (efikasne), neaktivne (neefikasne) i neaktivne (neefikasne). [...]

Među bakterijama koje fiksiraju azot razlikuju se slobodno živeći u tlu i čvorovi koji žive na korijenima mahunastih biljaka (slika 9, h). Najvažniji predstavnici bakterija koje fiksiraju dušik slobodnim nožem su Azotobacter i Clostridium, koji vežu nekoliko desetina kilograma azota na 1 ha tla godišnje. Aktivnost nodularnih bakterija koje inficiraju ćelije korijena mahunarki je mnogo efikasnija. Kao rezultat, mikrobiološka akumulacija azota dostupnog biljkama događa se pod mahunarkama. Na površini od 1 hektara zasađenoj djetelinom, kao rezultat djelovanja ovih bakterija, može se akumulirati 100 puta više azota nego slobodni fiksatori ovog elementa. [...]

Budući da se reprodukcija nodularnih bakterija ne događa u nedostatku vlage, u slučaju suhog proljeća, inokulirano (umjetno zaraženo) sjeme mora se primijeniti dublje u zemlju. Na primjer, u Australiji je sjeme s primijenjenim kvrgavim bakterijama duboko ugrađeno u tlo. Zanimljivo je da bakterije kvržica u tlu u sušnim klimatskim uslovima podnose sušu upornije od bakterija u tlu u vlažnoj klimi. To pokazuje njihovu ekološku prilagodljivost. [...]

Pored specifičnosti, rase kvržastih bakterija razlikuju se u virulenciji i aktivnosti. Virulencija je njihova sposobnost da kroz korijenove dlake prodru u korijen biljke mahunarke i formiraju čvoriće. Aktivnost nodularnih bakterija naziva se njihova sposobnost asimilacije atmosferskog azota. Samo aktivni sojevi ovih bakterija opskrbljuju leguminozne biljke dušikom. Kada su korijeni zaraženi virulentnim, ali neaktivnim bakterijama kvržica, stvaraju se čvorići, ali ne dolazi do fiksacije azotom. Kvržične bakterije koje se koriste za pripremu nitragina moraju biti vrlo virulentne i visoko aktivne. Ako je virulencija bakterija čvorića nitragin veća od virulencije manje aktivnih bakterija koje se već nalaze u tlu, to omogućava da bakterije kvržica nitragin brže i u velikim količinama prodru u korijen.

Od svih ovih primjera, simbioza "kvržastih bakterija s mahunarkama proučena je najtemeljitije, jer su ove biljke od velike važnosti za ljude.

Reakcija tla ima veliki utjecaj na vitalnu aktivnost bakterija kvržica i stvaranje čvorova. Za različite vrste, pa čak i sojeve bakterija kvržica, pH vrijednost staništa je nešto drugačija. Na primjer, bakterije kvržica korijena djeteline otpornije su na niske pH vrijednosti od bakterija nodula korijena lucerke. Očigledno je da je ovde takođe pogođena adaptacija mikroorganizama na životnu sredinu. Djetelina raste u kiselijim tlima od lucerke. Reakcija tla kao ekološkog faktora utječe na aktivnost i virulenciju nodularnih bakterija. Najaktivnije sojeve je obično lakše izolirati iz pH neutralnih tla. U kiselom tlu češći su neaktivni i slabo virulentni sojevi. Kisela sredina (pH 4,0-4,5) ima direktan utjecaj na biljke, posebno remeti sintetičke procese biljnog metabolizma i normalan razvoj korijenskih dlačica. [...]

Postoji velik broj vrsta i rasa kvržastih bakterija, od kojih se svaka prilagodila zarazi jedne ili više vrsta mahunarki. Korijenski sistem mahunarki ima specifične korenske izlučevine. Zbog toga se bakterije korijenovih kvržica nakupljaju oko dlaka korijena, koje se kada se atom ukloni. Kroz korijensku dlaku bakterije u obliku kontinuirane vrpce, sastavljene od bezbroj bakterija povezanih sluzi, prodiru u parenhim korijena. Možda bakterije izlučuju hormon auksin upravo u atomu koji je uzrok prekomjernom razrastu tkiva, oticanju - stvaraju se čvorići. Ćelije čvorova ispunjene su bakterijama koje se brzo razmnožavaju, ali ostaju žive i zadržavaju svoje velike jezgre. Kvržične bakterije inficiraju samo poliploidne ćelije korijena. [...]

Lucerna kao leguminozna biljka sposobna je akumulirati veliku količinu azota u tlu uz pomoć bakterija kvržica korijena, koje u tom pogledu nije inferiorno od djeteline. Korijenski sistem se bolje razvija u prvoj godini upotrebe, a do treće godine akumulira azot u tlu 120 ... 200 kg / ha. Povećavajući plodnost tla, poboljšavajući njegovu strukturu, lucerna je dobar prethodnik u plodoredu. [...]

Pri uzgoju lupina, nitragin se koristi za povećanje aktivnosti bakterija čvorova lupine, korisna su i gnojiva sa bornim i molibdenovim mikrohranjivima (sjeme se tretira rastvorom amonijum-molibdata istovremeno s njihovom nitraginizacijom). [...]

Anaerobno razlaganje celuloze provode samo bakterije (na primjer, bacil Omeljanskog), a aerobno - mnoge vrste bakterija, gljivica, aktinomiceta. [...]

To ukazuje na to da fiksni označeni dušik ulazi u bakterijska tijela iz tkiva više biljke, što je izvor azotne ishrane za bakterije. Dakle, fiksacija atmosferskog dušika nije lokalizirana u tijelu nodularnih bakterija, već u čvoričnom tkivu više biljke. Važna uloga bakterija kvržica je u tome što one potiču stvaranje ovog specifičnog tkiva čvorova. Daljnja ispitivanja pokazala su da maksimalni sadržaj obilježenog dušika u pojedinačnim azotnim frakcijama ćelijskog soka kvržica uvijek pada na amidnu skupinu asparagina i glutamina. Budući da se ova skupina može smatrati transformiranim amonijakom, upravo je amonijak konačni anorganski proizvod biološke fiksacije azota. [...]

U biosferi fiksaciju dušika vrši nekoliko grupa anaerobnih bakterija i cijanobakterija pri normalnoj temperaturi i pritisku, zbog visoke efikasnosti biokatalize. Smatra se da bakterije godišnje pretvore oko milijardu tona azota u vezani oblik (svjetski obim industrijske fiksacije je oko 100 miliona tona). U kvrgastim bakterijama mahunastih biljaka fiksacija azota vrši se složenim enzimskim kompleksom, zaštićenim od viška kiseonika posebnim biljnim hemoglobinom. [...]

Jedan od razloga pozitivnog učinka molibdena na fiksiranje molekularnog azota bakterijama kvržica je i povećanje aktivnosti dehidrogenaza pod njegovim dejstvom, koje obezbeđuju kontinuirani priliv aktiviranog vodonika neophodnog za smanjenje atmosferskog azota. [ ...]

Vrijednost novog pripravka nitragina leži u trajanju očuvanja održivosti nodularnih bakterija i mogućnosti rane pripreme preparata mehanizovanom metodom. Što se tiče efikasnosti, suvi nitragin je blizu tla. Može se koristiti u obliku prašine, uklanjajući prašinu sjemena bez natapanja. [...]

Uloga simbiotskih (od grčkog symbiosis - zajednički život) bakterija nodula lokalizovanih na korijenima biljaka uglavnom iz porodice mahunarki posebno je značajna u ciklusu azota. Bakterije rodova Azotobacter ili Rhizobium sposobne su fiksirati atmosferski dušik enzimatskim cijepanjem molekula N3 i učiniti ga dostupnim biljnim korijenskim sistemima. [...]

Biološku fiksaciju molekularnog dušika atmosfere u tlu provode dvije skupine bakterija: aerobne i anaerobne i nodulne bakterije koje žive u simbiozi s mahunarkama. Najvažniji predstavnik prve grupe aeroba je Azotobacter, a od anaerobnih Clostridium pasteu-rianum. Povoljno okruženje za snažnu aktivnost kvržica bakterija su dobro prozračena tla sa slabo kiselom i neutralnom reakcijom. Aktivnost bakterija koje fiksiraju azot ima bitno u ukupnoj ravnoteži azota u poljoprivrednim zemljištima. Stoga je za aktivnost nodularnih bakterija važno obrađivati ​​tlo. Da bi se povećao broj kvržica bakterija, sadrži bakterijski pripravak koji sadrži nitragin aktivne trke nodule bakterija. [...]

Prema Istraživačkom institutu za poljoprivrednu mikrobiologiju, u određenom tlu mogu biti odsutne kvrgave bakterije koje odgovaraju određenoj kulturi mahunarki, a one koje postoje imaju neproduktivan sistem fiksiranja azota. S tim u vezi, mikrobiolozi su obavili uzgojni rad. Kao rezultat toga, svake tri godine u tvornice se prenese i do deset novih sojeva bakterija kvržica čiji je kapacitet fiksiranja azota 10-20% veći od prethodnih referentnih sojeva. Stvorio je i masovno proizvodio lijek rizotorfin - prikladan i praktičan oblik isporuke nodularnih bakterija u sjeme i rastuće korijenje mahunarki. [...]

Organska i mineralna đubriva (fosfatno-kalijumska) koja se primenjuju na zemljište značajno poboljšavaju sposobnost kvrgavih bakterija da asimiliraju atmosferski azot. Da bi se aktivirala aktivnost kvržica bakterija, kisela tla moraju biti vapnena, a tla u sušnim područjima moraju biti opskrbljena vlagom. [...]

Mutualizam je interakcija između dva organizma različitih vrsta, što je korisno za svakog od njih. Na primjer, kvržaste bakterije koje fiksiraju azot žive na korijenima leguminoznih biljaka, pretvarajući atmosferski azot u oblik dostupan za asimilaciju od strane ovih biljaka. Shodno tome, bakterije biljkama daju dušik. Zauzvrat, biljke pružaju nodularnim bakterijama sve potrebne hranjive sastojke. Interakcija između mikroorganizama koji žive u debelom crijevu neke osobe i same osobe također se može smatrati uzajamnošću. Za mikroorganizme je korist određena činjenicom da prehrambene potrebe osiguravaju iz sadržaja crijeva, a za ljude korist je u tome što mikroorganizmi provode dodatnu probavu hrane i također sintetiziraju vitamin K koji je za nju izuzetno potreban .U svijetu cvjetnica, uzajamnost je oprašivanje insekata biljkama i hranjenje insekata biljnim nektarom. Međusobnost je takođe značajna u „preradi“ organskih supstanci. Na primjer, probavu celuloze u želucu (buragu) goveda osiguravaju bakterije koje sadrži. [...]

Posebnost ishrane mahunarki je u tome što im nije potrebno prisustvo mineralnih jedinjenja azota u tlu. U simbiozi sa kvrgastim bakterijama, mahunarke koriste slobodni azot iz atmosfere. Stoga su ove kulture izvor biološkog azota za poljoprivredu. [...]

S tim u vezi, metoda inokulacije - predsetvena obrada semena mahunastih biljaka preparatom nodularnih bakterija odgovarajuće vrste - čvrsto je ušla u poljoprivrednu praksu. IN različite zemlje Tehnička priprema za inokulaciju mahunarki dobila je različita imena. U SSSR-u, Njemačkoj Demokratskoj Republici, Saveznoj Republici Njemačkoj i Poljskoj, naziva se nitragin. Stoga se metoda inokulacije odgovarajućih usjeva u tim zemljama naziva nitrationizacija. Nitragin povećava prinos mahunastih biljaka za 10-15%, a u novim obradivim površinama - za 50% ili više. [...]

Kao što je gore napomenuto, djetelina slabo raste na kiselim tlima, često se prorijedi, a ponekad i potpuno ispadne, čak i u prvoj godini upotrebe. Vitalna aktivnost bakterija kvržica na takvim tlima je potisnuta. Kiselost tla, posebno u sjeverozapadnim regijama necernozemske zone (ovdje više od polovine obradivih površina ima povećana kiselost), u prisustvu pokretnih oblika aluminijuma u njima jedan je od razloga smanjenja prinosa trava. [...]

Fiksiranje atmosferskog dušika. Nijedna zelena biljka ne može se direktno hraniti atmosferskim dušikom. Budući da se kao rezultat aktivnosti denitrificirajućih bakterija kontinuirano smanjuju rezerve vezanog dušika u prirodi i njegova konverzija u atmosferski dušik, tada bi se život na zemlji suočio s neizbježnom smrću zbog gladi dušika. Međutim, postoji grupa mikroorganizama sposobnih da vežu atmosferski azot, čineći ga dostupnim biljkama. Ti se mikroorganizmi nazivaju bakterijama koje fiksiraju azot, dijele se na bakterije kvržica koje se razvijaju na korijenu mahunarki i slobodno žive u tlu. [...]

Kao rezultat ovih studija utvrđeno je da je u početku, u velikim količinama, obilježeni atmosferski plin dušik fiksiran mahunarkama u velikim količinama sadržan samo u ćelijskom soku kvržičastog tkiva, što je hipertrofirano korijensko tkivo mahunarki, odakle postepeno prelazi u druge biljne organe. U kvrgastim bakterijama označeni dušik potpuno odsustvuje kada su biljke izložene 6 do 48 sati ili se sadrži u izuzetno beznačajnim količinama, obično ne većim od moguća greška eksperiment (Tabela 4). [...]

Pored toga, PS Kossovich odgovoran je za proučavanje ciklusa sumpora i klora u prirodi i ekonomiji, koji do sada nije izgubio svoj značaj, kao i dokaz položaja da kvrgave bakterije vezuju atmosferski azot koji se isporučuje kroz korenje, a ne kroz lišće mahunastih biljaka. Uspješno je proučavao izlučivanje korijena usjeva, posebno oslobađanje ugljičnog dioksida, povezujući ga sa asimilacijskom sposobnošću korijena. [...]

Zajednica organizama zasnovana na uzajamnoj koristi, kada dvije vrste stvaraju povoljno okruženje za razvoj, naziva se simbioza. Primjer je odnos između kvržastih bakterija i mahunarki. Kvržične bakterije primaju organske supstance bez azota i mineralne soli iz biljke mahunarki, a zauzvrat joj daju azotne supstance koje oni sintetišu iz atmosferskog azota. [...]

Aminoautotrofi uključuju mikroorganizme koji koriste azot, amonijumove soli, soli azotne kiseline i ureu. Aminoautotrofi, kada koriste azot mineralnih jedinjenja, prethodno ga pretvaraju u amonijačni azot, a zatim ga troše za izgradnju aminokiselina iz kojih se sintetišu proteini. Preliminarna konverzija azota u amonijak objašnjava se činjenicom da je azot u mikrobnoj ćeliji u smanjenom stanju u obliku amino (NH2) i imino grupa (NH). Uloga dušika u proteinskim supstancama bakterijske protoplazme je u tome što on daje reaktivnost proteinima. Dušik je teško ući u sastav spojeva zbog inertnosti, ali lako izlazi iz njih. [...]

Uticaj prethodnika utiče, prije svega, na opskrbu oplođenog usjeva dušikom. Biljke posijane nakon mahunarki, koje iz atmosfere ostavljaju određenu količinu azota asimiliranog nodularnim bakterijama, bolje reaguju na fosfor nego one koje slede kod drugih prethodnika. SP Kulzhinsky (1935) ilustrirao je ovu situaciju podacima ukrajinskih eksperimentalnih stanica (Tabela 72). [...]

U posljednje vrijeme sve se više akumulira podatak da mnoge lizogene kulture sadrže 2, 3, 4 i više umjerenih faga, odnosno polisezogene su. Na primjer, mnogi aktinomiceti, proaktinomiceti, kvržaste bakterije i neke bakterije koje nose spore sadrže 4 ili više faga. Fagi sadržani u polisogenim kulturama često se naglo razlikuju među sobom u obliku čestica, antigenim svojstvima i spektru litičkog djelovanja. Polisogene kulture mogu se eksperimentalno dobiti izlaganjem istovremeno ili uzastopno raznim umjerenim fagovima. Ovako dobijeni usjevi se ne razlikuju od usjeva izoliranih iz prirodnih izvora. [...]

Te promjene mogu biti i pozitivne za plodnost i negativne. Primjer pozitivnih promjena je uklanjanje viška kiselosti kao rezultat vapnenja, nakupljanje dušika uslijed aktivnosti kvrgavih bakterija tokom sjetve mahunarki, uklanjanje štetnih soli u navodnjavanim tlima nakon ispiranja, poboljšanje vodeno-zračnog režima otpuštanjem podzemlja, itd. [...]

Zeleno gnojivo prvenstveno obogaćuje tlo organskim tvarima i azotom. Često se, ovisno o uvjetima njegove upotrebe, na hektar obradive zemlje zaori 35-45 tona organske materije koja sadrži 150-200 kg azota fiksiranog iz zraka kvrgastim bakterijama (kod sjetve mahunastog zelenog gnojiva). [. ..]

Mutualizam (simbioza): svaka vrsta može živjeti, rasti i razmnožavati se samo u prisustvu druge. Simbioti mogu biti samo biljke, ili biljke i životinje, ili samo životinje. Tipični primjeri simbiona uslovljenih hranom su bakterije kvržica i mahunarke, mikoriza nekih gljiva i korijena drveća, lišajevi i termiti. [...]

Međutim, u prirodi i privredi postoje značajne razlike u ciklusu azota i fosfora. Kao što znate, zrak je gotovo 4D sastavljen od molekularnog azota. Iako je nepristupačan višim biljkama, asimiliraju ga neki mikroorganizmi, posebno bakterije kvržica koje žive na korijenu mahunarki. Te bakterije daju azotnu hranu za više od samo mahunarki. Kada se ostaci usjeva zaore u zemlju i korijenje se raspadne, ima dovoljno dušika za usjev zasijan nakon mahunarki, posebno nakon djeteline i lucerne. [...]

Grašak tlo obogaćuje dušikom tek kad se na njegovim korijenima razviju čvorići, a što je veće i snažnije, to je tlo bolje obogaćeno azotom. U te svrhe, sjeme graška mora se tretirati nitraginom pod krošnjom na dan sjetve, štiteći bakterije koje fiksiraju dušik od štetnih efekata. sunčeve zrake... Sadržaj jedne bočice nitragina, rastvoren u 2 litre vode, navlaži sjeme, lopatajući ih. Osušeno sjeme se sije bez odlaganja. Nitragizacija indukuje ranu nodulaciju i promoviše bolji razvoj biljke. Upotreba nitragina je efikasna u rana sjetva grašak u mokro tlo... Na neobloženim kiselim tlima bakterije kvržica se slabo razvijaju i efekt nitragina je naglo smanjen. [...]

Tipičan primjer simbioze je bliska kohabitacija između gljivica i algi, što dovodi do stvaranja složenijeg i prilagođenijeg biljnog organizma - lišaja. Još jedan upečatljiv primjer simbiotske kohabitacije u tlu je simbioza gljiva s višim biljkama, kada se gljive stvaraju na korijenju biljaka m i-k oko r i z y. Izražena simbioza uočena je između kvržastih bakterija i mahunarki. [...]

D. N. Pryanishnikov je tvrdio da za našu zemlju više ne obećavaju travnjaci, već intenzivni plodored. Oni su bili ti koji su zamijenili tip žita sa tri polja koji su prevladavali hiljadu godina u zapadnoj Evropi. Sa tri polja, jedna trećina zemljišta bila je prazna (kasno ugar), a dvije trećine zasijano je žitaricama. Mahunarke nisu obrađivane, što je isključivalo mogućnost mobilizacije azota u vazduhu uz pomoć kvrgavih bakterija i negativno uticalo na ishranu biljaka azotom i ciklus azota u poljoprivredi. U ovom plodoredu gotovo da nije bilo redovnih usjeva, uključujući krumpir i korenike, što je dovodilo do polja korova i stalnog nedostatka krme. Stoljećima se seljačka ekonomija (s izuzetkom kulačke elite) nije mogla izbiti iz začaranog kruga koji je obilježio poznati ruski agronom iz 18. vijeka. AT Bolotov, koji je napisao: „... bez stajnjaka zemljište ne daje rod, a stajnjaka je malo, jer je malo stoke, a stoke je malo, jer je malo krme, a malo krme , jer bez stajnjaka zemljište ne daje "(1779). [...]

Poteškoće u skladištenju, transportu i upotrebi agarnih i jušnih pripravaka nitragina, kao i njihov kratak rok trajanja, ozbiljni su razlozi koji doprinose istiskivanju ovog pripravka iz proizvodnje. Rahli praškasti pripravci nitragina imaju nesumnjive prednosti u odnosu na agar i čorbu. Njihova tehnologija proizvodnje je jednostavnija i ekonomičnija. Treseti traju duže i lakši su za transport. Oni štite stanice nodularnih bakterija od izravnog kontakta s gnojivima i održavaju ih održivim na sjemenu, posebno kada granuliraju sjeme krečom.

Prema shemi, viša biljka je izvor spojeva koji sadrže ugljik. Njihova transformacija daje energetski materijal za procese aktivacije i redukcije N2. Aktivirani azot je krajnji akceptor elektrona. Proizvodi nepotpune oksidacije jedinjenja koja sadrže ugljenik služe kao akceptori 1CHN3 i formiraju aminokiseline u čvorovima, koji postaju dostupni višoj biljci. Biljke djeluju kao zaliha spojeva koji sadrže ugljik (proizvodi fotosinteze) i kao dobavljač energije. Nodule bakterije u stadijumu bakteroida pokazuju sposobnost prenošenja aktiviranog vodonika u azot uz pomoć nitrogenaze. Put od N2 do T III smatra se procesom oporavka. [...]

Biljke graška imaju sposobnost asimilacije azota iz zraka, obogaćujući tlo njime, pa bi glavni smjer u sistemu gnojidbe trebala biti upotreba fosfornih i kalijumovih gnojiva. Dobro razvijeni korijenov sistem graška odlikuje se visokim asimilacijskim kapacitetom hranjivih sastojaka, međutim, za značajan porast prinosa ne može se računati na upotrebu naknadnog učinka gnojiva u plodoredu, pa je stoga neophodno direktno primjenjivati ​​mineralna gnojiva za grašak. Reagira na primjenu fosfatnih i kalijevih gnojiva. Fosfor pomaže ubrzati sazrijevanje biljaka. S nedostatkom u tlu, bakterije nodula korijena slabo se razvijaju na korijenju, a prinos se smanjuje. S nedostatkom kalija, lišće postaje žuto, a grah se slabo razvija, posebno na tlima lagane teksture. Na kiselim tlima grašak naglo smanjuje prinos, a aktivnost bakterija kvržica je oslabljena. Stoga je vapnenje kiselog tla preduvjet za povećanje prinosa graška i veću efikasnost primijenjenih mineralnih gnojiva. Doza kreča ovisi o kiselosti tla (3 ... 6 t / ha), bolje je primijeniti kreč pod prethodne kulture. [...]

Jedan od najvažnijih procesa interakcije mikroorganizama sa viša biljka je simbiotska fiksacija atmosferskog dušika - glavnog elementa koji određuje veličinu i kvalitet usjeva. Ukupna količina molekularnog azota uključenog u biološku cirkulaciju simbiotskog mahunarno-rizobijskog sistema iznosi samo 3 miliona tona godišnje samo u SSSR-u. Dugogodišnje domaće i inozemno iskustvo pokazuje da efikasna simbioza mahunarki i rizobija nije samo garancija dobijanja visok i kvalitetan prinos mahunarki, a samim tim i mogućnost rješavanja problema dijetalnih bjelančevina, ali ujedno i najekonomičniji izvor obnavljanja rezervi azota u tlu. Za upotrebu jeftinog „biološkog azota“ u poljoprivrednoj proizvodnji u mnogim zemljama povećavaju se površine pod mahunastim kulturama, a široko se koristi predsetveni tretman semena preparatima nodularnih bakterija dobijenih na bazi aktivnih sojeva rizobija. Priroda i djelotvornost simbiotskog odnosa biljke mahunarki s kvrgavim bakterijama ovise o fiziološkom i biokemijskom stanju oba partnera, pa će stoga utjecaj bilo kojih čimbenika na jednog od njih sigurno utjecati na produktivnost sustava u cjelini.

Organizme roda Rhizobium karakterizira polimorfizam, odnosno oblici bakterija su vrlo raznoliki. Ti mikroorganizmi mogu biti pokretni i nepomični, imati oblik kokusa ili štapića, nitasti, ovalni. Najčešće su mladi prokarioti u obliku štapića, koji se mijenjaju rastom i godinama uslijed nakupljanja hranjivih sastojaka i imobilizacije. U svom mikroorganizmu prolazi kroz nekoliko faza, što se može suditi po njegovom izgled... U početku je ovo oblik štapa, zatim takozvana "remenasta šipka" (ima pojaseve s masnim uključcima) i, konačno, bakterioda - velika nepokretna ćelija nepravilnog oblika.

Nodularne bakterije su specifične, odnosno u stanju su se nastaniti samo unutra

određena grupa ili vrsta biljaka. Ovo svojstvo je genetski formirano u mikroorganizmima. Efikasnost je takođe važna - sposobnost akumuliranja atmosferskog azota u dosta za biljku domaćina. Ova nekretnina nije trajna i može se promijeniti zbog uvjeta staništa.

Ne postoji konsenzus o tome kako kvrgave bakterije ulaze u korijen, ali postoji niz hipoteza o mehanizmu njihovog prodiranja. Dakle, neki naučnici vjeruju da prokarioti prodiru u korijen oštećujući njegova tkiva, dok drugi govore o prodiranju kroz korijenove dlake. Postoji i hipoteza o auksinu - pretpostavka satelitskih ćelija koje pomažu bakterijama da napadaju ćelije korijena.

Isti uvod se događa u dvije faze: prvo - infekcija dlačica korijena, zatim - stvaranje čvorića. Trajanje faza je različito i ovisi o određenoj biljnoj vrsti.

Važnost bakterija koje su sposobne popraviti dušik velika je za poljoprivredu, jer upravo ti organizmi mogu povećati produktivnost. Ovi mikroorganizmi su pripremljeni koji se koriste za tretiranje sjemena mahunarki, što doprinosi bržoj infekciji korijena. Različite vrste prilikom sadnje, čak i na siromašnim zemljištima, nisu potrebna dodatna gnojidba azotom. Dakle, 1 hektar mahunarki "u radu" sa kvrgastim bakterijama prenosi 100-400 kg azota u vezano stanje tokom godine.

Dakle, nodularne bakterije - simbiotski organizmi, koji su vrlo važni ne samo u životu biljke, već i