Bakterije čvorovažive sa mahunarkama u simbiozi, odnosno donose jedna drugoj obostranu korist: bakterije čvorića asimiliraju atmosferski dušik i pretvaraju ga u spojeve koje mogu koristiti mahunarke; biljke pak opskrbljuju čvoriće bakterijama tvarima koje sadrže ugljik.

Čini se da su nodularne bakterije obično male šipke dimenzija 1,2-3 mikrona u dužinu i 0,5-0,9 mikrona u širinu. U procesu života prolaze kroz složen i prilično dug razvojni ciklus za tako mala stvorenja, koji se sastoji od različitih faza ili faza. Ovisno o fazi razvoja, mijenja se i izgled bakterija. Oblici se pojavljuju u obliku kuglica (koka) ili štapića, pokretnih ili nepomičnih.

Izvan čvorića (na umjetnim hranjivim podlogama) čvorne bakterije mogu se razviti na temperaturama od 0 do + 37 ° C, a najpovoljnije (optimalne) temperature za njih su + 20-31 ° S. Najbolji razvoj obično se opaža u neutralnom okruženju (pri pH 6,5-7,2). Sve nodularne bakterije imaju približno istu otpornost na alkalnu reakciju okoline, ali imaju potpuno različite stavove prema kiselom tlu.

U većini slučajeva, kisela reakcija tla negativno utječe na vitalnu aktivnost čvorišnih bakterija, neaktivne ili nedjelotvorne (ne fiksirajući dušik u zraku) rase ovih bakterija nastaju u kiselim tlima. Zanimljiva fiziološka značajka čvorišnih bakterija je njihova sposobnost sinteze različitih vitamina i tvari za rast. Proučavajući mogućnost fiksacije dušika bakterijama kvržica pri uzgoju na umjetnim hranjivim podlogama, naučnici su posljednjih godina dobili pozitivne rezultate. Međutim, za poljoprivrednu praksu važna je sposobnost bakterija da fiksiraju dušik, budući da se nalaze u kvržicama mahunarki.

Prvi istraživači nodularnih bakterija sugerirali su da ove bakterije mogu uzrokovati stvaranje čvorića kod većine vrsta mahunarke... No tada je otkriveno da bakterije čvorića imaju specifičnost, naseljavaju se u biljci u strogom skladu s njihovim potrebama. Jedna ili druga rasa nodularnih bakterija može ući u simbiozu s mahunarkama samo određene vrste.

Trenutno se čvorišne bakterije dijele na sljedeće grupe (prema biljkama na kojima nastanjuju): 1) bakterije lucerke i slatke djeteline; 2) bakterije čvorova korijena djeteline; 3) kvržaste bakterije graška, grahorice, ranča i pasulja; 4) bakterije čvorova soje; 5) nodularne bakterije lupine i seradele; 6) bakterije čvorova pasulja; 7) bakterije kvržica korijena kikirikija, kravljeg graška, kravljeg graška itd.

Specifičnost nodularnih bakterija različite grupe nije isto. Dok su bakterije čvorova djeteline vrlo specifične, isto se ne može reći o bakterijama graška.

A. A. Imšenetski.

Velika sovjetska enciklopedija. - M.: Sovjetska enciklopedija. 1969-1978 .

Pogledajte šta je "Bakterija nodula" u drugim rječnicima:

- (Rhizobium), rod bakterija koje fiksiraju dušik i koje na korijenima mnogih stvaraju kvržice. mahunarke. Unutar čvorića K. b. asimilirati pristanište. dušik, pretvarajući ga u spojeve koje asimiliraju biljke, a koje zauzvrat hrane bakterije ... Biološki enciklopedijski rječnik

Rod bakterija koje učvršćuju dušik i stvaraju kvržice na korijenu mnogih mahunarki. Oni apsorbiraju atmosferski molekularni dušik i pretvaraju ga u dušikova jedinjenja, koja apsorbiraju biljke, a koje zauzvrat daju drugim biljkama ... ... Ekološki rječnik

Rod bakterija koje stvaraju čvoriće na korijenu mnogih mahunarki i fiksiraju molekularni dušik u zraku u uvjetima simbioze s biljkom. Aerobi ne stvaraju spor. Obogatite tlo dušikom. Pogledajte i Fiksiranje azotom ... Veliki enciklopedijski rječnik

Bakterije čvorova. Pogledajte rhizobia. (Izvor: "Engleski ruski rječnik objašnjenja genetski pojmovi ". Arefiev V.A., Lisovenko L.A., Moskva: Izdavačka kuća VNIRO, 1995.) ... Molekularna biologija i genetika. Objašnjavajući rječnik.

bakterija čvorića korijena- rizobija Opsežna, genetski heterogena grupa gram -negativnih mikroorganizama u tlu sposobnih ući u unutarstaničnu simbiozu s mahunarkama i ... Tehnički vodič za prevodioce

Presjek čvora korijena soje. Bakterije, lat. Bradyrhizobium japonicum, posijajte korijenje i uđite u simbiozu koja fiksira dušik. Bakterije nodula ... Wikipedia

Rod bakterija koje stvaraju čvoriće na korijenu mnogih mahunarki i fiksiraju molekularni dušik u zraku u uvjetima simbioze s biljkom. Aerobi ne stvaraju spor. Obogatite tlo dušikom. Vidi također Fiksiranje dušikom. * * * STUDIJSKE BAKTERIJE ... ... enciklopedijski rječnik

STUD BAKTERIJE- simbioti bakterija koji se razvijaju na tkivu korijena mahunarki i nekih drugih biljaka, sposobni vezati slobodni dušik u zraku i učiniti ga dostupnim višim biljkama ... Rečnik botaničkih izraza

STUD BAKTERIJE- (Rhizobium), rod aerobnih bakterija koje se talože u čvorovima na korijenu mahunarki i imaju sposobnost asimiliranja atm. dušikom i obogaćuju tlo njime. Žive u simbiozi s biljkama, opskrbljuju ih dušikom i od njih primaju ugljikove proizvode ... Poljoprivredni enciklopedijski rječnik

bakterija čvorića korijena- (Rhizobium), rod aerobnih bakterija koje se talože u čvorićima na korijenu mahunarki i imaju sposobnost asimiliranja atmosferskog dušika i obogaćivanje tla. Žive u simbiozi s biljkama, opskrbljuju ih dušikom i dobivaju ih iz biljaka ... ... Poljoprivreda. Veliki enciklopedijski rječnik

Paleontološki podaci ukazuju da su najstarije mahunarke s kvržicama bile neke biljke iz grupe Eucaesalpinioideae.

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

Filogenetski primitivniji predstavnici porodica poput Caesalpiniaceaer Mimosaceae u većini slučajeva ne stvaraju kvržice.

Od 13.000 vrsta (550 rodova) mahunarki, prisutnost čvorića do sada je otkrivena samo u "približno 1.300 vrsta (243 roda). To prvenstveno uključuje biljne vrste koje se koriste u poljoprivredi (više od 200).

Formirajući čvorove, mahunarke stječu sposobnost asimilacije atmosferskog dušika. Međutim, oni se također mogu hraniti vezanim oblicima dušika - soli amonijaka i dušične kiseline. Samo jedna biljka, Hedysarum coronarium, asimilira samo molekularni dušik. Stoga se ova biljka u prirodi ne pojavljuje bez čvorića.

Čvorišne bakterije opskrbljuju biljku mahunarki dušikom koji je fiksiran iz zraka. Biljke, pak, opskrbljuju bakterije proizvodima metabolizma ugljikohidrata i mineralnim solima koje su im potrebne za rast i razvoj.

1866. godine, poznati botaničar i naučnik o tlu MS Voronin ugledao je sitna "mala tijela" u čvorovima na korijenu mahunarki. Voronin je za to vrijeme iznio hrabre pretpostavke: povezao je stvaranje čvorića s aktivnošću bakterija, te povećanom diobom stanica korijenovog tkiva s reakcijom biljke na bakterije koje su prodrle u korijen.

20 godina kasnije, nizozemski naučnik Beijerinck izolirao je bakterije iz kvržica graška, graha, ranča, pasulja, seradele i medljike i proučio njihova svojstva, testirajući njihovu sposobnost da zaraze biljke i izazovu stvaranje čvorića. On je te mikroorganizme nazvao Bacillus radicicola. Budući da bakterije koje stvaraju spore pripadaju rodu Bacillus, a nodularne bakterije su lišene ove sposobnosti, A. Prazhmovsky ih je preimenovao u Bacterium radicicola. B. Frank je predložio uspješniji generički naziv za nodularne bakterije - Rhizobium (od grčkog rhizo - korijen, bio - život; život na korijenu). Ovo ime se ukorijenilo i još uvijek se koristi u literaturi.

Za označavanje vrste nodularnih bakterija uobičajeno je dodati izraz koji odgovara generičkom nazivu Rhizobium Latinski naziv tipa biljke od čijih su čvorića izolirani i na kojima mogu tvoriti čvoriće. Na primjer, Rhizobium trifolii - bakterija čvorova djeteline, Rhizobium lupini - bakterija čvorova lupina itd. U slučajevima kada bakterije kvržice mogu formirati kvržice na korijenu različitih vrsta mahunarki, tj. Uzrokuju tzv. Unakrsnu infekciju, specifično ime je kao da je kolektivno - odražava upravo ovu sposobnost "unakrsne kontaminacije". Na primjer, Rhizobium leguminosarum - kvržaste bakterije graška (Pisum), leće (Lens), brade (Lathyrus).

Morfologija i fiziologija nodularnih bakterija. Bakterijske čvorove odlikuje nevjerojatna raznolikost oblika - polimorfizam. Mnogi istraživači su na to obraćali pažnju prilikom proučavanja nodularnih bakterija u čistoj kulturi u laboratorijskim uslovima i u tlu. Bakterije čvorova mogu biti štapičaste i ovalne. Među tim bakterijama postoje i filtrirani oblici, L-oblici, kokoidni nepokretni i pokretni organizmi.

Mlade kvržaste bakterije u čistoj kulturi na hranjivim podlogama obično imaju oblik štapića (Sl. 143, 2, 3), veličina štapića je oko 0,5 - 0,9 X 1,2 - 3,0 µm, pokretne, množe se dijeljenjem. U staničnim stanicama bakterija čvorova djeteline uočava se podjela vezanjem. S godinama ćelije štapića mogu početi pupati. Prema Gramu, ćelije se negativno boje, njihova ultra tanka struktura tipična je za gram-negativne bakterije (slika 143, 4).

Starenjem čvorišne bakterije gube pokretljivost i prelaze u stanje takozvanih pojasenih štapića. Ovo ime su dobili zbog izmjene gustih i labavih dijelova protoplazme u stanicama. Povezivanje ćelija dobro se detektuje kada se pogleda pod svetlosnim mikroskopom nakon tretmana ćelija anilinskim bojama. Gusta područja protoplazme (pojasevi) obojena su gori od praznina između njih. U luminescentnom mikroskopu trake su svijetlozelene, praznine 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 se uzorak prije tretiranja ne tretira kontrastnim sredstvima (slika 143, 3). Vjerojatno je s godinama bakterijska ćelija ispunjena masnim inkluzijama koje ne percipiraju boju i kao rezultat toga uzrokuju ožiljke stanice. Faza "pojasenih štapova" prethodi fazi stvaranja bakteroida-ćelija nepravilnog oblika: zadebljale, razgranate, sferne, u obliku kruške i u obliku tikvice (slika 144). Izraz "bakteroidi" uveo je u literaturu J. Brunhorst 1885. godine, primjenjujući ga na formacije neobičnog oblika, mnogo veće od ćelija bakterijskih štapića u tkivima čvorova.

Bakteroidi sadrže više volutinskih granula i odlikuju se većim sadržajem glikogena i masti od stanica štapića. Bakteroidi koji se uzgajaju u umjetnim hranjivim medijima i nastaju u tkivima čvorova fiziološki su iste vrste. Vjeruje se da su bakteroidi oblici bakterija s nepotpunim dijeljenjem. Nepotpunom podjelom stanica nodularnih bakterija nastaju dihotomno razgranati oblici bakteroida. Broj bakteroida raste sa starenjem kulture; njihovu pojavu olakšava iscrpljivanje hranjivog medija, nakupljanje metaboličkih proizvoda, unošenje alkaloida u medij.

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

Na hranjivim podlogama, nodularne bakterije različite vrste biljke mahunarki rastu različitim tempom. Brzo rastuće bakterije uključuju grašak, djetelinu, lucerku, pasulj, grahoricu, grahoricu, sočivo, ranč, slatku djetelinu, piskavicu, pasulj, slanutak, medonosni pasulj; do spororastućih - kvržaste bakterije lupine, soje, kikirikija, seradele, mung, kravljeg zrna, estrave, klisure. Potpuno formirane kolonije brzorastućih kultura mogu se dobiti na 3. - 4. dan inkubacije, kolonije na spororastuće kulture - na 7. - 8. dan.

Za brzorastuće nodularne bakterije karakterističan je peritrihijalni raspored flagela, za spororastuće bakterije monotrihijalan (Tablica 42, 1-5).

Osim flagela, u ćelijama nodularnih bakterija nastaju vlaknasti i zrnasti izdanci koji se uzgajaju na tekućim podlogama (tablice 42, 43). Njihova dužina doseže 8 - 10 mikrona. Obično se nalaze na površini peritrihijalne ćelije, ima ih od 4 do 10 ili više po ćeliji.

Kolonije brzorastućih nodularnih bakterija imaju boju pečenog mlijeka, često prozirne, sluzave, s glatkim rubovima, umjereno konveksne, 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 stvaraju čvorišne bakterije kompleksno je jedinjenje polisaharidnog tipa, koje uključuje heksoze, pentoze i uronske kiseline.

Čvorišne bakterije su mikroaerofili (razvijaju se s neznatnim količinama kisika u okolišu), međutim, preferiraju aerobne uvjete.

Kao izvor ugljika u hranjivim medijima, bakterije čvorića koriste ugljikohidrate i organske kiseline, kao izvor dušika - raznih mineralnih i organskih spojeva koji sadrže dušik. Kada se uzgajaju na podlozi s visokim sadržajem tvari koje sadrže dušik, bakterije čvorića mogu izgubiti sposobnost prodiranja u biljku i stvaranja čvorića. Stoga se čvorišne bakterije obično uzgajaju na biljnim ekstraktima (grah, juha od graška) ili ekstraktima tla. Bakterije čvorića neophodne za razvoj fosfora mogu se dobiti iz mineralnih i organskih spojeva koji sadrže fosfor; mineralni spojevi mogu poslužiti kao izvor kalcija, kalija i drugih mineralnih elemenata.

Za suzbijanje vanjske saprofitske mikroflore pri izolaciji čvornih bakterija iz čvorića ili direktno iz tla, preporučuju se podloge za kulturu s dodatkom kristal ljubičice, tanina ili antibiotika.

Za razvoj većine kultura nodularnih bakterija potrebna je optimalna temperatura u rasponu od 24 - 26 °. Na 0 ° i 37 ° C rast prestaje. Obično se kulture nodularnih bakterija u laboratoriju čuvaju na niskim temperaturama (2 - 4 ° C).

Mnoge vrste nodularnih bakterija mogu sintetizirati vitamine B, kao i tvari za rast, poput heteroauksina (findolioctene kiseline).

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

Specifičnost, virulencija, konkurentnost i aktivnost nodularnih bakterija. Koncept specifičnosti nodularnih bakterija je kolektivan. Karakterizira sposobnost bakterija da stvaraju čvorove u biljkama. Ako govorimo o čvorišnim bakterijama općenito, tada je za njih stvaranje čvorića samo u skupini mahunarki već samo po sebi specifično - selektivne su za mahunarke.

Međutim, ako uzmemo u obzir pojedine kulture čvorišnih bakterija, pokazalo se da među njima ima onih koje su sposobne zaraziti samo određenu, ponekad veću, ponekad manju, skupinu mahunarki, pa u tom smislu i specifičnost čvorišnih bakterija je selektivna sposobnost u odnosu na biljku domaćina. Specifičnost nodularnih bakterija može biti uska (bakterije čvorova djeteline inficiraju samo grupu djetelina - specifičnost vrste, a bakterije čvorova lupine čak se mogu okarakterizirati i sortnom specifičnošću - inficiraju samo alkaloidne ili nealkaloidne sorte lupine). Sa širokom specifičnošću, kvržaste bakterije graška mogu zaraziti biljke graška, činove i pasulj, a kvržaste bakterije iz redova i pasulja mogu zaraziti biljke graška, odnosno sve ih karakterizira sposobnost "unakrsne infekcije". Specifičnost nodularnih bakterija temelji se na njihovoj klasifikaciji.

Specifičnost nodularnih bakterija nastala je kao rezultat njihove dugotrajne adaptacije na jednu biljku ili na njihovu grupu i genetskog prijenosa ovog svojstva. S tim u vezi, različita prilagodljivost nodularnih bakterija prisutna je i u grupi unakrsnih infekcija. Na primjer, bakterije čvorova lucerke mogu stvoriti čvorove u slatkoj djetelini. Ipak, OHPI su prilagođeniji lucerci, a bakterije slatke djeteline melilotu.

U procesu zaraze korijenovog sistema mahunarki bakterijama iz korijena, virulencija mikroorganizama je od velikog značaja. Ako specifičnost određuje spektar djelovanja bakterija, tada virulencija nodularnih bakterija karakterizira aktivnost njihovog djelovanja unutar ovog spektra. Virulencija se odnosi na sposobnost čvornih bakterija da prodru u tkivo korijena, tamo se razmnože i izazovu stvaranje čvorića.

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

Za određivanje virulencije soja čvornih bakterija potrebno je utvrditi njegovu sposobnost da izazove stvaranje čvorića. Kriterij za virulenciju bilo kojeg soja može biti minimalni broj bakterija koje osiguravaju snažniju infekciju korijena u usporedbi s drugim sojevima, što rezultira stvaranjem čvorića.

U tlu, u prisutnosti drugih sojeva, virulentniji soj neće uvijek prvi zaraziti biljku. U ovom slučaju treba uzeti u obzir njegovu konkurentnu sposobnost koja često maskira svojstvo virulencije u prirodnim uvjetima.

Potrebno je da virulentni sojevi imaju i konkurentnost, odnosno da se mogu uspješno natjecati ne samo s predstavnicima lokalne saprofitske mikroflore, već i s drugim sojevima nodularnih bakterija. Pokazatelj konkurentnosti soja je broj čvorova koji nastaju kao postotak od ukupnog broja čvorova na korijenu biljaka.

Važno svojstvo nodularnih bakterija je njihova aktivnost (efikasnost), odnosno sposobnost, u simbiozi s mahunarkama, da asimiliraju molekularni dušik i zadovolje potrebe biljke domaćina. Ovisno o tome u kojoj mjeri čvorne bakterije doprinose povećanju prinosa mahunarki (slika 146), obično se dijele na aktivne (efikasne), neaktivne (nedjelotvorne) i neaktivne (nedjelotvorne).

Soj bakterija koji je neaktivan za jednu biljku domaćina u simbiozi s drugom vrstom mahunarki može biti prilično učinkovit. Stoga, kada karakteriziramo soj u smislu njegove učinkovitosti, uvijek treba navesti u odnosu na koju vrstu biljke domaćina se očituje njegov učinak.

Aktivnost nodularnih bakterija nije trajno svojstvo. Često u laboratorijskoj praksi dolazi do gubitka aktivnosti u kulturama nodularnih bakterija. U tom slučaju ili se aktivnost gubi u cijeloj kulturi ili se pojavljuju pojedinačne ćelije s niskom aktivnošću. Smanjenje stupnja aktivnosti čvornih bakterija događa se u prisutnosti određenih antibiotika i aminokiselina. Jedan od razloga gubitka aktivnosti nodularnih bakterija može biti utjecaj faga. Prolaskom, odnosno ponovljenim prolaskom bakterija kroz biljku domaćina (prilagođavanjem na određenu vrstu biljke), možete dobiti učinkovite sojeve od nedjelotvornih.

Izloženost γ-zracima omogućava dobijanje sojeva s povećanom efikasnošću. Poznati su slučajevi pojave visoko aktivnih radiomutanata bakterija čvorova lucerke iz neaktivnog soja. Korištenje ionizirajućeg zračenja, koje ima izravan utjecaj na promjenu genetskih karakteristika ćelije, po svoj prilici može biti obećavajuća metoda za odabir visoko aktivnih sojeva nodularnih bakterija.

Infekcija biljke mahunarke nodularnom bakterijom. Da bi se osigurao normalan proces infekcije korijenovog sistema nodularnim bakterijama, potrebno je imati prilično veliki broj održivih bakterijskih stanica u zoni korijena. Istraživači se razlikuju po broju ćelija potrebnih za podržavanje procesa inokulacije. Dakle, prema američkom naučniku O. Allenu (1966.), za inokulaciju biljaka s malim sjemenjem potrebno je 500 - 1000 ćelija, za inokulaciju biljaka velikog sjemena - najmanje 70.000 ćelija po 1 sjemenu. Prema australijskom istraživaču J. Vincentu (1966.), u trenutku inokulacije, svako sjeme trebalo bi imati najmanje nekoliko stotina održivih i aktivnih stanica bakterija čvorića. Postoje dokazi da pojedinačne ćelije mogu prodrijeti i u tkivo korijena.

S razvojem korijenskog sistema biljke mahunarke, razmnožavanje čvorića na površini korijena stimulira se izlučivanjem korijena. Proizvodi uništavanja korijenskih vrhova i dlačica također igraju važnu ulogu u opskrbi nodularnih bakterija odgovarajućim supstratom.

U rizosferi biljke mahunarke razvoj čvorića bakterija je oštro stimuliran, jer žitarice nije primijećen takav fenomen.

Na površini korijena nalazi se sloj sluzave tvari (matriks) koji nastaje bez obzira na prisutnost bakterija u rizosferi. Ovaj sloj je jasno vidljiv kada se pregleda svjetlosno-optičkim mikroskopom (slika 147). Nakon inokulacije, nodularne bakterije obično hrle u 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 razdoblju, koje prethodi uvođenju čvorića u tkivo korijena, bakterije u rizosferi su izuzetno pokretne. U ranim radovima, u kojima se za istraživanje koristio svjetlosni mikroskop, bakterije čvorića locirane u rizosferi nazvane su rojevi (gonidije ili zoospore) - "rojenje". Metodom Fareus (1957) moguće je promatrati stvaranje izuzetno brzo krećućih se kolonija u području vrha korijena i dlaka korijena. Schwermerove kolonije postoje kratko vreme- manje od jednog dana.

Postoje brojne hipoteze o mehanizmu prodiranja čvorića u korijen biljke. Najzanimljiviji od njih su sljedeći. Autori jedne od hipoteza tvrde da bakterije iz korijenovih čvorova prodiru u korijen oštećenjem epidermalnog i korenog tkiva (posebno na mjestima gdje se bočni korijeni granaju). Ova hipoteza postavljena je na osnovu istraživanja Brilla (1888), koji je izazvao stvaranje čvorića u mahunarkama probadajući korijenje iglom uronjenom u suspenziju čvorića bakterija. Kao poseban slučaj, takav način implementacije je sasvim stvaran. Na primjer, u kikirikiju čvorići se pretežno nalaze u pazušcima grana korijena, što sugerira da bakterije čvorića prodiru u korijen kroz prekide tijekom klijanja bočnih korijena.

Zanimljiva je hipoteza o prodiranju bakterija čvorova korijena u tkivo korijena kroz vlasi korijena. Većina istraživača prepoznaje put prolaska čvorića kroz dlačice korijena.

Pretpostavka P. Dart -a i F. Mercer -a (1965.) da se nodularne bakterije unose u korijen u obliku malih (0,1 - 0,4 μm) kokoidnih stanica u intervalima (0,3 - 0,4 μm) vrlo je uvjerljiva. primarna membrana dlaka korijena. Elektronsko -mikroskopske fotografije (slika 149) površine korijena dobivene replikacijom i činjenica da se stanice nodularnih bakterija u rizosferi mahunarki smanjuju potvrđuju ovu poziciju.

Moguće je da bakterije korijenskih čvorova mogu prodrijeti u korijen kroz epidermalne ćelije mladih vrhova korijena. Prema Prazhmovskom (1889), bakterije mogu prodrijeti u korijen samo kroz staničnu membranu (vlasi korijena ili ćelije epiderme i potpuno su nesposobne prevladati kemijski promijenjeni ili plutasti sloj korteksa. To može objasniti da se čvorići obično razvijaju na mladima područja glavnog korijena i pojavljuju se bočni korijeni.

Nedavno je hipoksija o auksinu postala vrlo popularna. Autori ove hipoteze vjeruju da bakterije čvorića korijena prodiru u korijen stimulirajući sintezu β-indoleoctene kiseline (heteroauksin) iz triptofana, koja je uvijek prisutna u sekretu biljnog korijena. Prisustvo heteroauksina povezano je sa zakrivljenjem korijenovih dlaka, što se obično uočava kada je korijenov sistem zaražen čvorićastim bakterijama (slika 150).

Izvor β-indoliloctene kiseline u vrijeme infekcije biljaka očito nisu samo biljke koje luče korijenski sistem triptofan, koji mnoge vrste bakterija, uključujući čvorove korijena, mogu pretvoriti u 8-indoleoctenu kiselinu. Bakterije čvorića, a moguće i druge vrste zemljišnih mikroorganizama koji žive u zoni korijena, također mogu sudjelovati u sintezi heteroauksina.

Međutim, hipoksija o auksinu ne može se prihvatiti bezuvjetno. Učinak heteroauksina je nespecifičan i uzrokuje zakrivljenost korijenovih dlaka u različitim biljnim vrstama, a ne samo u mahunarkama. U isto vrijeme, bakterije iz korijenskih čvorova uzrokuju zakrivljenost korijenovih vlasi samo u mahunarkama, dok pokazuju prilično značajnu selektivnost. Da je učinak koji se razmatra odredio samo β-indoleoctena kiselina, onda ne bi postojala takva specifičnost. Osim toga, priroda promjena u korijenovim dlačicama pod utjecajem nodularnih bakterija nešto je drugačija nego pod utjecajem heteroauksina.

Također treba napomenuti da su u nekim slučajevima nezakrivljene korijenove dlake izložene infekciji. Promatranja pokazuju da je kod lucerne i graška 60-70% korijenovih dlaka savijeno i uvijeno, a kod djeteline oko 50%. Kod nekih vrsta djeteline ova je reakcija zabilježena u najviše 1/4 zaražene dlake. U reakciji zakrivljenosti, stanje korijena dlake je očito od velike važnosti. Rastuće korijenske dlake najosjetljivije su na djelovanje tvari koje proizvode bakterije.

Poznato je da nodularne bakterije uzrokuju omekšavanje stijenki dlaka korijena. Međutim, oni ne stvaraju niti celulazu niti pektinolitičke enzime. S tim u vezi, predloženo je da bakterije čvorića prodiru u korijen zbog lučenja sluzi polisaharidne prirode, što uzrokuje sintezu enzima poligalakturonaze ​​u biljkama. Ovaj enzim, uništavajući tvari pektine, utječe na membranu vlasi korijena, čineći je plastičnijom i propusnijom. U malim količinama, poligalakturonaza je uvijek prisutna u dlakama korijena i, očigledno, uzrokujući djelomično otapanje odgovarajućih komponenti membrane, omogućuje ćeliji da se rastegne.

Neki istraživači vjeruju da bakterije korijenskih čvorova prodiru u korijen putem satelitskih bakterija koje proizvode pektinolitičke enzime. Ova hipoteza postavljena je na osnovu sljedećih činjenica. Tijekom mikroskopije korijenovih dlaka, mnogi su istraživači primijetili prisutnost svjetlosne mrlje oko koje se nakupljaju čvorišne bakterije. Ovo mjesto može biti znak početka maceracije (uništenja) tkiva protopektinazom, po analogiji sa istom osobinom primijećenom kod biljaka s mnogim bakterijskim bolestima. Osim toga, otkriveno je da avirulentne kulture nodularnih bakterija u prisutnosti bakterija koje proizvode pektinolitičke enzime postaju sposobne prodrijeti u korijen.

Treba napomenuti još jednu hipotezu, prema kojoj nodularne bakterije ulaze u korijen tijekom formiranja prstaste invaginacije površine korijenske dlake. Uzorak elektronske difrakcije ošišane korijenske dlake, koji potvrđuje ovu hipotezu (sl. 150, 3), prikazuje korijensku dlaku savijenu u obliku kišobranske ručke, u čijem se zavoju nakuplja bakterija čvorića. Bakterijske čvorove usisava (guta) korijenova dlaka (poput pinocitoze).

Hipoteza intususcepcije se, u suštini, ne može odvojiti od auksinske ili enzimske hipoteze, budući da se intususcepcija javlja kao rezultat izloženosti auksinu ili enzimskom faktoru.

Proces uvođenja čvorića u tkivo korijena isti je za sve vrste mahunarki i sastoji se od dvije faze. U prvoj fazi, korijenske dlake se inficiraju. U drugoj fazi, proces stvaranja čvorova 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 čvorića u dlake korijena događa se u ranim fazama razvoja biljaka. Druga faza završava u periodu formiranja masovnih čvorova. Često se unošenje nodularnih bakterija u dlake korijena nastavlja čak i nakon formiranja čvorova na korijenu. Ova takozvana višak ili dodatna infekcija nastaje jer infekcija dlaka ne prestaje dugo. Na kasniji datum infekcije, čvorovi se obično postavljaju ispod korijena.

Vrsta razvoja, struktura i gustoća korijenovih dlačica ne utječu na brzinu prodiranja nodularnih bakterija. Mjesta stvaranja čvorova nisu uvijek povezana s mjestima zaražene dlake.

Prodirući u korijen (kroz korijensku dlaku, epidermalnu ćeliju, mjesta oštećenja korijena), bakterije korijenskih čvorova se sele dalje u tkivo korijena biljke. Bakterije najlakše prolaze kroz međustanične prostore.

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

Međutim, u većini slučajeva invazivna stanica, aktivno se množeći, stvara takozvane zarazne niti (ili zarazne tji) i već u obliku takvih niti prelazi u biljno tkivo.

Izraz "infektivna nit" nastao je proučavanjem procesa infekcije svjetlosnim mikroskopom. Počevši s Beijerinckovim radom, infekcijski konac počeo se smatrati sluzavom hifalnom masom s množenjem bakterija u njoj.

U osnovi, infekcijski konac je kolonija razmnožavanja bakterija. Njegovo porijeklo je mjesto gdje je jedna ćelija ili grupa ćelija prodrla. Moguće je da se kolonija bakterija (i posljedično, buduća zarazna nit) počne stvarati na površini korijena prije uvođenja bakterija u korijen.

Broj zaraženih korijenovih dlaka značajno se razlikuje od biljke do biljke. Infektivna vlakna obično se pojavljuju u deformiranim, uvijenim dlačicama korijena. Međutim, postoje indicije da se slične niti ponekad nalaze u ravnim dlakama. Češće se u korijenovim dlačicama opaža jedna granasta nit, rjeđe dvije. U nekim slučajevima, jedna korijenska dlaka ima nekoliko niti, ili nekoliko ima zajedničke niti infekcije, što dovodi do stvaranja jednog čvora (Sl. 151).

Postotak zaraženih korijenskih dlaka u ukupnom broju deformiranih dlaka neobjašnjivo je nizak. Obično se kreće od 0,6 do 3,2, povremeno doseže 8,0. Udio uspješnih infekcija još je manji, budući da među zaraznim nitima postoji mnogo (do 80%) takozvanih abortivnih niti koje su prestale razvijati. Brzina napredovanja normalno razvijajućih zaraznih niti u biljci je 5 - 8 mikrona na sat. Ovom brzinom zarazna nit može proći kroz korijen dlake dužine 100-200 mikrona u roku od jednog dana.

Morfologija - anatomske karakteristike čvorova u njihovoj ontogenezi. Prema načinu formiranja, čvorići mahunarki podijeljeni su u dvije vrste: 1. vrsta - čvorići nastaju tijekom diobe stanica pericikla (korijenski sloj), obično smještenih nasuprot protoksilema (prvi u stvaranju krvnih žila) - endogeni tip stvaranja čvorova; Tip 2 - čvorovi potječu iz kore korijena kao rezultat unošenja patogena u parenhimske ćelije korteksa i endoderma (unutarnji sloj primarnog korteksa) - egzogeni tip stvaranja čvorova.

Ovaj drugi tip prevladava u prirodi. Tkiva središnjeg cilindra korijena uključena su samo u formiranje vaskularnog sistema čvorova i endogenog i egzogenog tipa.

Unatoč različitim pogledima na prirodu nastanka egzo i endotipova čvorića, njihov razvojni proces je u osnovi isti. Međutim, ni jednu ni drugu vrstu stvaranja čvorova ne treba ni na koji način identificirati s procesom lateralnog formiranja korijena, unatoč činjenici da postoje neke sličnosti u njihovom podrijetlu. Stoga se stvaranje čvorića i bočnih korijena događa istovremeno i, štoviše, u istoj zoni korijena.

Istodobno, brojne značajke razvoja bočnih korijena i čvorića naglašavaju duboke razlike u vrsti njihovog formiranja. Bočni korijeni nastaju u periciklu. Od prvih trenutaka razvoja povezani su sa središnjim cilindrom glavnog korijena, iz kojeg se odvajaju središnji cilindri bočnih korijena, a uvijek nastaju nasuprot zraci primarnog drva. Formiranje čvora, za razliku od bočnog korijena, moguće je bilo gdje. Na samom početku stvaranja nodularnog tkiva nema vaskularne veze sa središnjim cilindrom korijena; nastaje kasnije. Posude se obično formiraju duž periferije čvora. Oni su povezani sa žilama korijena preko traheidne zone i imaju vlastiti endoderm (slika 152).

Razlika u prirodi čvorića i bočnih korijena posebno je jasno uočena kod seradele, budući da se tkivo kore glavnog korijena ove biljke - mjesto nastanka prvih čvorića - sastoji od relativno malog sloja ćelija i čvorići postaju vidljivo vrlo brzo nakon infekcije korijena bakterijama. Oni tvore prve spljoštene izbočine na korijenu, što ih čini mogućim za razlikovanje od konusnih izbočina bočnih korijena. Čvorovi se od bočnih korijena razlikuju po brojnim anatomskim značajkama: odsutnosti središnjeg cilindra, korijenskih vrhova i epidermisa te prisutnosti značajnog sloja kore koji prekriva čvor.

Do stvaranja čvorića (sl. 153, 1, 2) mahunarki dolazi u periodu kada korijen još uvijek ima primarnu strukturu. Počinje podjelom jezgrenih stanica koje se nalaze na udaljenosti 2 - 3 sloja od krajeva zaraznih niti. Slojevi kore, probijeni zaraznim nitima, ostaju nepromijenjeni. U isto vrijeme, kod seradella do diobe jezgrenih stanica dolazi izravno ispod zaražene korijenske dlake, dok se kod graška stanična podjela primjećuje samo u pretposljednjem sloju korteksa.

Podjela s formiranjem radijalne strukture tkiva nastavlja se na stanice unutarnjeg jezgra. Javlja se bez određenog smjera, nasumično, i kao rezultat toga nastaje meristem (sustav obrazovnih tkiva) čvora, koji se sastoji od malih zrnatih stanica.

Podijeljene ćelije korteksa se mijenjaju: jezgre su zaobljene i povećavaju se, posebno jezgre su povećane. Nakon mitoze, jezgre se razilaze i, bez preuzimanja prvobitnog oblika, ponovno se počinju dijeliti. Nastaje sekundarni meristem. Ubrzo se u endodermi i periciklu pojavljuju znakovi početne podjele, koja se u bivšim vanjskim ćelijama javlja uglavnom tangencijalnim pregradama. Ova se podjela na kraju proteže do općeg meristematskog kompleksa, čije se male stanice protežu, vakuole nestaju, a jezgra ispunjava veći dio ćelije. Formira se takozvani primarni čvor, u staničnoj plazmi čije čvorne bakterije nema, budući da su u ovoj fazi još uvijek unutar zaraznih niti. Dok se formira primarni čvor, infektivni se niti razgranavaju mnogo puta i mogu proći ili između stanica - međustanično (slika 154), ili kroz ćelije - unutarstanično - i unijeti bakterije (slika 155).

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

Proces kretanja zaraznih niti iz ćelije u ćeliju nije potpuno jasan. Očigledno, zarazne niti, prema kanadskom mikrobiologu D. Jordanu (1963.), lutaju u obliku golih sluznih žica u međustaničnim prostorima biljnog tkiva sve dok, iz još uvijek nerazjašnjenih razloga, ne počnu invagirati u citoplazmu susednih ćelija.

U nekim slučajevima, invaginacija infekcijske niti događa se u jednoj, u nekim slučajevima - u svakoj susjednoj ćeliji. Kroz ove invaginirane tubularne šupljine (divertikule) teče sadržaj niti, zatvoren u sluz. Većina aktivnog rasta Zarazni filamenti obično se pojavljuju blizu jezgre biljne ćelije. Penetracija filamenta je popraćena kretanjem jezgre koja se pomiče na mjesto infekcije, povećava, mijenja oblik i degenerira. Slična slika opaža se i kod gljivične infekcije, kada jezgra često juri prema invazijskim hifama, privlači je oštećenje kao mjesto najveće fiziološke aktivnosti, približava se niti, nabubri i ruši se. Očigledno je to karakteristično za odgovor biljke na infekciju.

U jednogodišnjim biljkama zarazne niti obično se pojavljuju u prvom razdoblju zaraze korijena, u višegodišnjim - tijekom dugog razdoblja razvoja.

Bakterija se može osloboditi iz infekcijske niti različito vrijeme i Različiti putevi... Prinos bakterija je obično vrlo visok dug proces, posebno kod višegodišnjih biljaka. Obično je oslobađanje bakterija iz zarazne niti u citoplazmu biljke domaćina povezano s unutarnjim pritiskom koji proizlazi iz intenzivnog razmnožavanja bakterija u niti i njihovog izlučivanja sluzi. Ponekad bakterije kliznu iz niti u skupinama, okružene sluzi zarazne niti, u obliku mjehurića (formacije poput žuljeva) (slika 157). Budući da vezikule nemaju membrane, bakterije mogu lako pobjeći iz njih. Čvorne bakterije također mogu ući u biljne ćelije jednu po jednu iz međućelijskog prostora (slika 156).

Čvorišne bakterije oslobođene iz infekcijske niti nastavljaju se umnožavati u tkivu domaćina. Njihova reprodukcija u tom razdoblju događa se dijeljenjem suženja (slika 158). Većina bakterija se množi u citoplazmi ćelije, a ne u niti infekcije. Zaražene ćelije stvaraju buduće bakteroidno tkivo.

Biljne ćelije ispunjene brzo razmnožavajućim stanicama nodularnih bakterija počinju se brzo dijeliti. U vrijeme mitotičke diobe zaraženih stanica, nodularne bakterije mogu se akumulirati na dva suprotna pola matične stanice i pasivno ući u ćelije kćeri. U isto vrijeme, svaka od nezaraženih stanica pod snažnim je stimulativnim djelovanjem čvorišnih bakterija i, kao rezultat toga, također se dijeli. Zahvaljujući tako snažnoj mitotičkoj podjeli meristematskih stanica, provodi se širenje čvorića u tkivu čvorova i povećanje volumena bakteroidne regije.

Inficirano tkivo, koje se sastoji od gusto ležećih i aktivno diobenih stanica, u početku ima oblik krnjeg stošca. Nakon toga, zbog postupnog rasta ovog konusa i istovremene diobe i razvoja meristematskih stanica, tkivo čvorića raste, gubeći svoj oblik konusa.

Dakle, čvor raste prvo kao rezultat radijalne i tangencijalne diobe jezgrenih stanica, a zatim zbog povećanja njihove veličine i istovremene diobe. Nakon što su biljne stanice potpuno napunjene bakterijama, mitoza prestaje. Međutim, ćelije nastavljaju rasti i često su jako izdužene. Njihova je veličina nekoliko puta veća od veličine nezaraženih biljnih stanica koje se nalaze između njih u bakteroidnoj zoni čvora.

Povezivanje mladog čvorića s korijenom biljke mahunarke ostvaruje se zahvaljujući vaskularno-vlaknastim snopovima. Po prvi put, vaskularne vlaknaste snopove primijetio je M. S. Voronin (1866). Vrijeme pojavljivanja vaskularnog sistema u čvorovima različitih vrsta mahunarki različito je. Dakle, u čvorovima soje početak razvoja vaskularnih snopova poklapa se s trenutkom prodiranja čvorišnih bakterija u dva sloja kore parenhima. S rastom čvora, provodni sistem se širi, grana i okružuje bakteroidnu regiju.

Paralelno s procesom diferencijacije vaskularnog sistema, endoderm čvora formira se iz vanjskog sloja primarnog čvora. Tada je čvor zaobljen, njegov periferni stanični sloj okružen je korom nodula.

Epiderma korijena je rastrgana, a čvor se nastavlja razvijati i rasti u veličini.

Uz pomoć svjetlosnog mikroskopa obično se jasno izdvajaju 4 karakteristične zone diferencijacije tkiva na uzdužnim presjecima zrelih čvorova: korteks, meristem, bakteroidna zona i vaskularni sistem. Sva tkiva čvorića razlikuju se u akropetalnoj sekvenci, jer se nove stanice postavljaju pomoću meristema.

Kora čvora je ljuska čvora koja obavlja zaštitnu funkciju. Kora se sastoji od nekoliko redova nezaraženih parenhimskih stanica, čija se veličina i karakteristike razlikuju u različitim mahunarkama. Najčešće su ćelije korteksa izdužene i veće u usporedbi s drugim stanicama čvora.

U kori kvržica višegodišnjih drvenastih vrsta često se nalaze ćelije sa plutastim membranama koje sadrže smole, tanin i tanine.

Meristem čvorića nalazi se ispod ćelija korteksa i zona je intenzivnog dijeljenja i nezaraženih ćelija. Meristem čvorića karakteriziraju gusto smještene, bez međućelijskih prostora, male tankozidne ćelije nepravilnog oblika. Ćelije meristema nodula slične su ćelijama drugih vrsta meristematskog tkiva (vrh korijena, vrh stabljike). Stanice meristema nodula sadrže gustu, fino granuliranu citoplazmu s ribosomima, Golgijevim tijelima, protoplastidama, mitohondrijama i drugim strukturama. Postoje male vakuole. U središtu citoplazme nalazi se veliko jezgro s nuklearnom membranom, porama i dobro izraženim jezgrom. Funkcije meristematskih ćelija su formiranje ćelija korteksa nodula, bakteroidne regije i vaskularnog sistema. Ovisno o položaju meristema, kvržice imaju različite oblike: sferne (grašak, grah, seradela, kikiriki) ili cilindrične (lucerka, grahorica, rang, bagrem, djetelina) (slika 159). Meristem, smješten u odvojenim područjima duž periferije čvora, dovodi do stvaranja čvorova sličnih muffima u lupini.

Meristem čvorova funkcionira dugo, čak i za vrijeme nekroze čvorova, kada su već ispunjeni liziranom bakteroidnom masom i uništenim biljnim stanicama.

Bakteroidna zona čvora zauzima njegov središnji dio i čini 16 do 50% ukupne suhe mase čvorova. U prvom razdoblju stvaranja čvorića to je u osnovi bakterijska zona (slika 160), budući da je ispunjena bakterijskim stanicama koje su u bakterijskoj, a ne bakteroidnoj fazi razvoja. Ipak, uobičajeno je, kada je u pitanju zona nodularnog tkiva koja sadrži bakterije, da se to naziva bakteroidom.

Bakteroidno područje čvora sastoji se uglavnom od stanica zaraženih čvorišnim bakterijama i djelomično od nezaraženih stanica uz njih, ispunjenih pigmentima, taninima, a do jeseni - škrobom.

U čvorovima nastalim efikasnim sojevima čvorića bakterija, prosječan relativni volumen bakteroidne zone je veći nego u čvorovima nastalim unosom nedjelotvornih sojeva.

U nekim slučajevima, volumen bakteroidne regije dostiže svoj maksimum u ranom periodu života čvorova, a nakon toga ostaje relativno konstantan. Bakteroidna zona prožeta je gustom mrežom zaraznih niti, a okružena je vaskularno-vlaknastim snopovima duž periferije.

Oblik bakteroida u čvorovima različitih vrsta mahunarki može se razlikovati (Tabela 44). Dakle, u grahorici, činovima i grašku oni su dvokraki ili račvasti. Kod djeteline i sainfoina prevladavajući oblik bakteroida je sferičan, u obliku kruške, otečen, jajolik, za slanutak je okrugao. Oblik bakteroida graha, seradele, lyadveneta i lupina je praktično u obliku štapa.

Bakteroidi ispunjavaju većinu biljnih ćelija, osim središnje zone jezgre i vakuola. Dakle, postotak bakteroida u zoni bakteroida čvorova ružičaste boje iznosi 94,2 u odnosu na ukupan broj nodularnih bakterija. Bakteroidne ćelije su 3-5 puta veće od bakterijskih ćelija (slika 161.1, 2).

Bakteroidi nodularnih bakterija od posebnog su interesa zbog činjenice da su oni gotovo jedini stanovnici čvorova mahunarki u razdoblju njihovog intenzivnog vezivanja atmosferskog dušika. Neki istraživači smatraju da su bakteroidi patološki degenerativni oblici i ne povezuju proces fiksacije dušika s bakteroidnim oblikom nodularnih bakterija. Većina istraživača otkriva da su bakteroidi najživlji i najaktivniji oblik čvorišnih bakterija i da se fiksiranje atmosferskog dušika mahunarkama vrši samo uz njihovo učešće (slika 162).

Vaskularni sistem čvora pruža vezu između bakterija i biljke domaćina. Hranjive tvari i proizvodi metabolizma transportiraju se duž vaskularnih snopova. Vaskularni sistem se razvija rano i funkcionira dugo.

Potpuno oblikovane posude imaju određenu strukturu: sastoje se od ksilemskih traheida, floemskih vlakana, cijevi sita i pratećih ćelija.

Ovisno o vrsti usjeva mahunarki, povezivanje čvorića provodi se kroz jedan ili više vaskularnih snopova. Na primjer, grašak ima dva različita vaskularna čvora u podnožju čvora. Svaki se od njih obično dva puta dihotomno grana, pa kao rezultat toga kroz snop prolazi 8 snopova s ​​mjesta drugog dihotomnog grananja. Mnoge biljke imaju samo jedan grozd, u isto vrijeme, u jednom čvoru Sesbania grandiflora u dobi od jedne godine, mogle su se izbrojati do 126. Vrlo često se vaskularni sistem čvorića odvoji od vanjske strane kore slojem djelomično ili potpuno začepljenih ćelija, nazvanim nodularni endoderm, povezan s endodermom korijena. Endoderm čvorića je vanjski sloj neinficiranog parenhima kore koji se nalazi između tkiva čvorova i kore korijena.

Kod većine biljnih vrsta čvorići nastaju prema opisanom tipu. Slijedom toga, stvaranje čvorova rezultat je složenih pojava koje počinju izvan korijena. Nakon početnih faza infekcije, dolazi do stvaranja čvorova, nakon čega slijedi širenje bakterija u području čvorića i fiksacija dušikom.

Prema stanicama češkog mikrobiologa V. Kasa (1928), sve faze razvoja čvorišnih bakterija mogu se pratiti na presjecima čvorića. Tako u gornjem dijelu čvorića, na primjer, lucerka sadrži uglavnom male ćelije u obliku štapića koje se dijele, u maloj količini mladih bakteroida, čiji se broj postupno povećava kako se čvor razvija. U srednjem dijelu čvora ružičaste boje nalaze se pretežno bakteroidne ćelije i rjeđe male ćelije u obliku štapića. U podnožju čvorića u ranim fazama vegetacije biljke domaćina, bakteroidi su isti kao i u njegovom srednjem dijelu, a do kraja vegetacije su više natečeni i ranije degenerirani.

Vrijeme pojavljivanja prvih vidljivih čvorića na korijenu različitih vrsta mahunarki različito je (MV Fedorov, 1952). Njihova pojava u većini mahunarki najčešće se javlja tijekom razvoja prvih pravih listova. Dakle, formiranje prvih kvržica sjetve lucerke primjećuje se između 4. i 5. dana nakon klijanja, a 7. do 8. dana dolazi do ovog procesa. sve biljke. Čvorovi polumjeseca pojavljuju se nakon 10 dana.

U razdoblju funkcioniranja čvorovi su obično gusti. Formirani čvorovi aktivne kulture bakterija u mlade dobi su beličaste boje. Oni postaju ružičasti do trenutka kada su optimalno aktivni. Čvorovi nastali infekcijom neaktivnim kulturama bakterija, zelenkastog tona. Često se njihova struktura praktički ne razlikuje od strukture čvorića nastalih uz sudjelovanje aktivnih sojeva čvornih bakterija, ali se oni prerano uništavaju.

U nekim slučajevima struktura čvorova nastalih od neaktivnih bakterija odstupa od norme. To se izražava u dezorganizaciji čvornog tkiva koje obično gubi jasno izraženu zonsku diferencijaciju.

Ružičasta boja određena je prisutnošću pigmenta u čvorovima, prema hemijski sastav blizu hemoglobina u krvi. S tim u vezi, pigment se naziva leghemoglobin (leghemoglobin) - hemoglobin Leguminosae. Leghemoglobin je sadržan samo u onim ćelijama nodula koje sadrže bakteroide. Lokaliziran je u prostoru između bakteroida i okolne membrane.

Njegova količina kreće se od 1 do 3 mg po 1 g čvorića, ovisno o vrsti biljke mahunarke.

U jednogodišnjim mahunarkama, do kraja vegetacije, kada završi proces fiksacije dušika, crveni pigment prelazi u zeleni. Promjena boje počinje pri dnu čvorića, a kasnije mu vrh postaje zelen. U višegodišnjim mahunarkama ne dolazi do ozelenjavanja čvorića ili se to opaža samo u podnožju čvorića. U različitim vrstama mahunarki dolazi do prijelaza crvenog u zeleni pigment različitog stepena intenziteta i različite brzine.

Kvržice jednogodišnjih biljaka funkcionišu relativno kratko. U većini mahunarki nekroza čvorova počinje u razdoblju cvatnje biljke domaćina i obično se nastavlja od središta do periferije čvorića. Jedan od prvih znakova uništenja je stvaranje sloja stanica s debelim stijenkama na dnu čvora. Ovaj sloj stanica, smješten okomito na glavnu posudu korijena, odvaja ga od čvorića i odgađa razmjenu hranjivih tvari između biljke domaćina i tkiva čvorića.

U ćelijama degeneriranog čvornog tkiva pojavljuju se brojne vakuole, jezgre gube sposobnost bojenja, neke ćelije čvornih bakterija se liziraju, a neke migriraju u okoliš u obliku malih kokoidnih stanica-artrospora.

Proces stvaranja artrospora u tkivu liziranog čvora prikazan je na slikama 163 - 165. Zarazne niti također prestaju funkcionirati u tom razdoblju (slika 166). Ćelije domaćina gube turgor i komprimiraju ih susjedne ćelije za koje je to još karakteristično.

Stari čvorovi su tamni, mlohavi, mekani. Prilikom rezanja iz njih izlazi vodena sluz. Proces uništavanja čvora, započinjući suberizacijom stanica vaskularnog sistema, olakšan je smanjenjem fotosintetske aktivnosti biljke, suhoćom ili prekomjernom vlažnošću okoline.

U uništenim, sluznim čvorovima, protozoama, gljivama, bacilima i malim čvorićima u obliku štapića često se nalaze bakterije.

Stanje biljke domaćina utječe na trajanje funkcioniranja čvora. Tako je, prema FF Yukhimchuku (1957), kastriranjem ili uklanjanjem cvjetova lupine moguće produžiti razdoblje njegove vegetacije i, ujedno, vrijeme snažne aktivnosti čvornatih bakterija.

Višegodišnji čvorovi, za razliku od godišnjih čvorova, mogu funkcionirati dugi niz godina. Tako, na primjer, karagana ima višegodišnje čvorove, u kojima se proces starenja stanica odvija istovremeno s stvaranjem novih. U gliciniji (kineska glicinija) funkcioniraju i višegodišnji čvorići koji tvore sferne otekline na korijenu domaćina. Do kraja vegetacijske sezone bakteroidno tkivo višegodišnjih čvorića degradira, ali cijeli čvor ne odumire. Uključeno sljedeće godine ponovo počinje da funkcioniše.

Čimbenici koji određuju simbiotski odnos nodularnih bakterija s mahunarkama. Za simbiozu, koja osigurava dobar razvoj biljaka, potreban je određeni skup okolišnih uvjeta. Ako su okolišni uvjeti nepovoljni, tada će, čak i unatoč velikoj virulenciji, konkurentnoj sposobnosti i aktivnosti mikrosimbionta, učinkovitost simbioze biti niska.

Za razvoj čvorića optimalni sadržaj vlage je 60 - 70% ukupnog kapaciteta tla u zemlji. Minimalna vlažnost tla pri kojoj je još uvijek moguć razvoj čvornih bakterija u tlu iznosi približno 16% ukupnog kapaciteta vlage. Pri vlažnosti ispod ove granice, bakterije čvorića obično se više ne razmnožavaju, ali ipak ne umiru i mogu ostati neaktivne dugo vremena. Nedostatak vlage dovodi i do smrti već formiranih čvorova.

Često se u područjima s nedostatkom vlage mnoge mahunarke razvijaju bez stvaranja čvorića.

Budući da se reprodukcija nodularnih bakterija ne događa u nedostatku vlage, u slučaju suhog proljeća, inokulirano (umjetno zaraženo) sjeme mora se unijeti dublje u tlo. Na primjer, u Australiji su sjemenke na koje su primijenjene čvoričaste bakterije duboko usađene u tlo. Zanimljivo je da nodularne bakterije u tlu u sušnoj klimi upornije podnose sušu nego bakterije u tlu u vlažnoj klimi. To je manifestacija njihove ekološke prilagodljivosti.

Prekomjerna vlaga, kao i njezin nedostatak, također je nepovoljna za simbiozu - zbog smanjenja stupnja prozračivanja u zoni korijena, opskrba korijenskog sustava biljke pogoršava se. Nedovoljno prozračivanje također negativno utječe na čvorne bakterije koje žive u tlu, a koje se, kao što znate, bolje razmnožavaju kada je kisik dostupan. Ipak, velika aeracija u zoni korijena dovodi do činjenice da je kisik vezan redukcijskim sredstvima molekularnog dušika, smanjujući stupanj fiksacije čvorova dušikom.

Faktor temperature igra važnu ulogu u odnosu između nodularnih bakterija i mahunarki. Temperaturne karakteristike različite vrste mahunarki su različite. Također, različiti sojevi nodularnih bakterija imaju svoje specifične temperaturne optimume razvoja i aktivne fiksacije dušika. Treba napomenuti da optimalne temperature razvoj mahunarki, stvaranje čvorića i fiksacija dušika ne podudaraju se. Dakle, u prirodnim uvjetima, formiranje čvorova može se primijetiti na temperaturama nešto iznad 0 ° C, fiksiranje dušika u takvim uvjetima praktički ne dolazi. Moguće je da samo arktičke simbiotske mahunarke vežu dušik na vrlo niskim temperaturama. Obično se ovaj proces događa samo na 10 ° C i više. Maksimalna fiksacija dušika kod brojnih mahunarki primjećuje se na 20 - 25 ° C. Temperature iznad 30 ° C negativno utječu na proces akumulacije dušika.

Ekološka prilagodba temperaturnom faktoru u nodularnim bakterijama mnogo je manja nego u mnogim tipičnim saprofitnim oblicima. Prema E.N.Mishustin (1970.), to je zbog činjenice da su prirodno stanište nodularnih bakterija biljna tkiva, gdje temperaturne uvjete regulira biljka domaćin.

Reakcija tla ima veliki utjecaj na vitalnu aktivnost čvornih bakterija i stvaranje čvorića. Za različite vrste, pa čak i sojeve nodularnih bakterija, pH vrijednost staništa je nešto drugačija. Na primjer, bakterije korijena djeteline su otpornije na niske pH vrijednosti od bakterija korijena lucerke. Očigledno je da je ovdje pogođena i adaptacija mikroorganizama na okoliš. Djetelina raste na kiselijim tlima od lucerke. Reakcija tla kao faktor životne sredine utječe na aktivnost i virulenciju nodularnih bakterija. Najaktivnije sojeve u pravilu je lakše izolirati iz tla s neutralnim pH vrijednostima. U kiselim tlima češći su neaktivni i slabo virulentni sojevi. Kisela sredina (pH 4,0 - 4,5) ima izravan učinak na biljke, posebno remeteći sintetske procese biljnog metabolizma i normalan razvoj korijenovih dlaka. V kisela sredina u inokuliranim biljkama razdoblje funkcioniranja bakteroidnog tkiva naglo se smanjuje, što dovodi do smanjenja stupnja fiksacije dušika.

U kiselim tlima, kako je primijetio AV Petersburgsky, soli aluminija i mangana prelaze u otopinu tla, što negativno utječe na razvoj korijenovog sistema biljaka i proces asimilacije dušika, te na sadržaj asimiliranih oblika fosfora, kalcija, molibden i ugljični dioksid također se smanjuju. Neželjene reakcije tla najbolje se uklanjaju vapnenjem.

Veličina simbiotske fiksacije dušika uvelike je određena prehrambenim uvjetima biljke domaćina, a ne bakterijama čvorića. Bakterijske nodule kao endotrofni simbioti biljaka uglavnom ovise o biljci za proizvodnju tvari koje sadrže ugljik i mineralnih hranjivih tvari.

Za nodularne bakterije, tkivo domaćina pruža hranjivi medij koji može zadovoljiti i najzahtjevnije sojeve zbog sadržaja svih vrsta hranjivih tvari u tkivu. Ipak, nakon uvođenja čvorišnih bakterija u tkivo biljke domaćina, njihov razvoj ne određuju samo unutarnji procesi, već u velikoj mjeri ovise i o djelovanju vanjskih čimbenika koji utječu na cijeli tijek zaraznog procesa. Sadržaj ili odsutnost jednog ili drugog nutrient v okruženje može biti odlučujući trenutak za manifestaciju simbiotske fiksacije dušika.

Stupanj opskrbe mahunarki raspoloživim oblicima mineralnih spojeva dušika određuje efikasnost simbioze. Na temelju brojnih laboratorijskih i vegetacijskih eksperimenata poznato je da što više spojeva koji sadrže dušik u okolišu, bakterijama je teže prodirati u korijen.

Poljoprivredna praksa zahtijeva nedvosmisleno rješenje problema - prikladnije je gnojiti mahunarke dušikom ili su u pravu oni istraživači koji tvrde da mineralni dušik potiskuje simbiotsko dušikovo fiksiranje mahunarki, pa je stoga ekonomski isplativije ne gnojiti takve biljke sa azotom. Na Katedri za agronomsku i biološku hemiju Poljoprivredne akademije u Moskvi. KA Timiryazev provela je pokuse čiji su rezultati omogućili dobivanje slike o ponašanju simbionta u uvjetima vegetacije i poljskim pokusima s opskrbom biljaka različitim dozama dušika u okolišu. Utvrđeno je da povećanje sadržaja topljivih spojeva koji sadrže dušik u mediju u terenskim uslovima at optimalni uslovi rast biljaka ne sprječava njihovu simbiozu s nodularnim bakterijama. Smanjenje udjela atmosferskog dušika koje asimiliraju biljke s povećanom opskrbom mineralnim dušikom ima samo relativan karakter. Apsolutna količina dušika koju asimiliraju bakterije iz atmosfere praktički se ne smanjuje, čak se često povećava u usporedbi s biljkama uzgojenim u prisutnosti kvržastih bakterija, ali bez dodavanja dušika u tlo.

Prehrana fosforom ima veliki značaj u aktiviranju asimilacije dušika mahunarkama. Pri niskom sadržaju fosfora u mediju, bakterije prodiru u korijen, ali se ne stvaraju čvorići. Mahunarke imaju neke posebnosti u razmjeni spojeva koji sadrže fosfor. Sjemenke mahunarki odlikuju se visokim sadržajem fosfora. Za vrijeme klijanja sjemena, rezervni fosfor se koristi drugačije od ostalih usjeva - relativno ravnomjerno za formiranje svih organa, ali je uglavnom koncentriran u korijenu. Stoga, u rani datumi razvoj mahunarki, za razliku od žitarica, u većoj mjeri zadovoljava njihove potrebe za fosforom na račun kotiledona, a ne rezervi tla. Što je veće seme, manje mahunarki zavisi od fosfora u tlu. Međutim, sa simbiotskim načinom postojanja, potreba za mahunarkama za fosforom veća je nego za autotrofnom. Stoga, s nedostatkom fosfora u mediju u inokuliranim biljkama, opskrba biljaka dušikom se pogoršava.

Poznato je da mahunarke iznose značajno više kalijuma po usjevu od ostalih usjeva. Stoga kalijeva, a posebno kalijeva fosfatna gnojiva značajno povećavaju produktivnost vezivanja dušika mahunarkama.

Pozitivan učinak kalija na stvaranje čvorića i intenzitet fiksacije dušika uvelike je posljedica fiziološke uloge kalija u metabolizmu ugljikohidrata u biljci.

Kalcij je potreban ne samo za uklanjanje viška kiselosti tla. On igra posebnu ulogu u razvoju čvorića i osiguravanju normalne simbioze bakterija s biljkom domaćinom. Potrebu kalcija za nodularnu bakteriju može djelomično nadoknaditi stroncij. Zanimljivo je da nodularnim bakterijama tropskih usjeva koje rastu na kiselim lateritnim tlima nije potreban kalcij. Ovo opet otkriva ekološku prilagodbu čvorišnih bakterija, budući da tropska tla sadrže vrlo male količine kalcija.

Za simbiotsko fiksiranje dušika također su potrebni magnezij, sumpor i željezo. S nedostatkom magnezija, reprodukcija nodularnih bakterija je inhibirana, njihova vitalna aktivnost se smanjuje, a simbiotska fiksacija dušika se suzbija. Sumpor i željezo također imaju blagotvoran učinak na stvaranje čvorića i proces fiksacije dušika, posebno igrajući nesumnjivu ulogu u sintezi leghemoglobina.

Od mikroelemenata posebno zapažamo ulogu molibdena i bora. S nedostatkom molibdena, čvorići su slabo formirani, u njima je poremećena sinteza slobodnih aminokiselina i potisnuta je sinteza leghemoglobina. Molibden zajedno s drugim elementima s promjenjivom valencijom (Fe, Co, Cu) posreduje prijenos elektrona u redoks enzimskim reakcijama. S nedostatkom bora, vaskularni snopovi se ne stvaraju u čvorovima, pa je kao rezultat toga poremećen razvoj bakteroidnog tkiva.

Na stvaranje čvorića u mahunarkama uvelike utječe metabolizam ugljikohidrata biljaka, određeno brojnim faktorima: fotosintezom, prisutnošću ugljičnog dioksida u okolišu, fiziološkim karakteristikama biljaka. Poboljšanje ishrane ugljikohidratima ima blagotvoran učinak na proces inokulacije i akumulaciju dušika. S praktičnog gledišta veliko interesovanje predstavlja upotrebu slame i slame sveže đubrivo za gnojidbu mahunarki kao izvor ugljikohidrata. No, prve godine nakon unošenja slame u tlo, otrovne tvari se nakupljaju tijekom njenog raspadanja. Treba napomenuti da nisu sve vrste mahunarki osjetljive na toksične proizvode razgradnje slame; grašak, na primjer, ne reagira na njih.

Biološki faktori igraju određenu ulogu u simbiozi kvržastih bakterija i mahunarki.

Mnogo se pažnje posvećuje utjecaju mikroflore rizosfere na čvorišne bakterije, koje mogu imati i stimulacijski i antagonistički karakter, ovisno o sastavu rizosfernih mikroorganizama.

Mnogi su radovi posvećeni proučavanju faga čvoričastih bakterija. Većina faga može lizirati različite vrste bakterija, neki su specijalizirani samo u odnosu na određene vrste ili čak sojeve nodularnih bakterija. Fagi mogu spriječiti prodor bakterija u korijen i uzrokovati lizu stanica u čvornom tkivu. Fagi izazivaju pustoš kada liziraju preparate čvorića u biljkama koje proizvode nitragin.

Među različitim vrstama insekata koji štete kvržicama, posebno se izdvaja prugasti čvornjak čiji larve uništavaju kvržice na korijenu mnogih vrsta mahunarki (uglavnom jednogodišnjih). Rasprostranjen je i čekinjasti čvornjak.

U rano proljeće, ženke čvorastog žižaka polažu 10 do 100 jaja. Nakon 10 - 15 dana iz jaja se razvijaju male (do 5,5 mm) crvolike, savijene, bijele, sa svijetlosmeđom ličinkom, hraneći se uglavnom čvorićima i korijenovim dlačicama. Tek izlegle larve prodiru u čvor i hrane se njegovim sadržajem. Starije ličinke uništavaju čvorove izvana. Jedna ličinka uništi 2 - 6 čvorova u 30 - 40 dana. Posebno veliku štetu nanose suhim i vruće vrijeme kada se usporava razvoj biljaka.

Čvorovi lucerke i neke druge vrste mahunarki takođe su oštećeni velikim lucernovim žižakom.

Ženka buba polaže do 400 jaja, iz kojih se razvijaju beznoge, lučne, žućkastobijele, sa smeđom glavom, larve prekrivene smeđim čekinjama. Njihova dužina je 10 - 14 mm. Ciklus razvoja velikog lucernovog žižaka traje dvije godine.

U stepskim regijama pronađena je stepska nematoda na korijenu lucerke, djeteline i soje. Prije polaganja jaja ženke prodiru u korijen, gdje polažu od 12 do 20 jaja. U korijenu larve prolaze tri larvalne faze razvoja, ometajući funkcije korijena i čvorića.

Distribucija čvorića u prirodi. Kao simbiotski organizmi, bakterije čvorića šire se u tlu, prateći ih određene vrste mahunarke. Nakon uništenja čvorova, stanice bakterija čvorića ulaze u tlo i prolaze u postojanje zbog različitih organskih tvari, poput drugih mikroorganizama u tlu. Gotovo sveprisutna rasprostranjenost nodularnih bakterija dokaz je visokog stupnja njihove prilagodljivosti različitim tla i klimatskim uvjetima, sposobnosti vođenja simbiotskog i saprofitskog načina života.

Shematizacijom trenutno dostupnih podataka o rasprostranjenosti čvorića u prirodi, mogu se napraviti sljedeće generalizacije.

Na djevičanskom i kultiviranom tlu obično su u velikim količinama prisutne kvržaste bakterije onih vrsta mahunarki koje su prisutne u divljoj flori ili se dugo uzgajaju na određenom području. Broj kvržicastih bakterija uvijek je najveći u rizosferi - mahunarkama, nešto manji u rizosferi drugih vrsta, a malo u tlu daleko od korijena.

U tlu se nalaze i djelotvorne i nedjelotvorne čvorišne bakterije. Postoji mnogo dokaza da dugotrajno saprofitsko postojanje čvoričastih bakterija, posebno u tlu s nepovoljnim svojstvima (kiselo, zaslanjeno), dovodi do smanjenja ili čak gubitka bakterijske aktivnosti.

Ukrštena infekcija različitih vrsta mahunarki često dovodi u prirodu i poljoprivrednu praksu do pojave čvorića na korijenu koji ne fiksiraju aktivno molekularni dušik. To obično ovisi o odsustvu odgovarajuće vrste bakterija iz korijenskih čvorova u tlu.

Ova se pojava posebno često primjećuje pri upotrebi novih vrsta mahunarki, koje su ili zaražene neefikasnim vrstama bakterija ukrštenih grupa, ili se razvijaju bez kvržica.

Čvorovi u biljkama koje nisu mahunarke.Korijenski čvorići ili su tvorbe slične čvorićima rasprostranjene na korijenu ne samo mahunarki. Nalaze se u dvosmjernim biljkama i golosjemenjačama.

Postoji do 200 vrsta različite biljke koji vežu dušik u simbiozi s mikroorganizmima koji stvaraju kvržice na korijenu (ili lišću).

Kvržice golosjemenjača (redovi Cycadales - cikada, Ginkgoales - ginko, Coniferales - četinjača) imaju razgranati koralj, sferični ili zrnasti oblik. Oni su zadebljali, modificirani bočni korijeni. Priroda uzročnika koji uzrokuje njihovo stvaranje još nije razjašnjena. Endofiti golosjemenjača klasificirani su kao gljive (phycomycetes), aktinomicete, bakterije i alge. Neki istraživači sugeriraju postojanje višestruke simbioze. Na primjer, vjeruje se da su azotobakterija, nodularne bakterije i alge uključene u simbiozu kod cikada. Također, nije riješeno pitanje funkcije čvorova u golosjemenčicama. Brojni naučnici pokušavaju, prije svega, potkrijepiti ulogu čvorova kao učvršćivača dušika. Neki istraživači podokarp čvorove smatraju rezervoarima vode, a čvorići cikada često se pripisuju funkciji zračnog korijena.

Kod brojnih predstavnika angiospermnih dvorodnih biljaka korijenski čvorovi otkriveni su prije više od 100 godina.

Prvo ćemo se zadržati na karakteristikama čvorića drveća, grmlja i patuljastog grmlja (porodice Coriariaceae, Myricaceae, Betulaceae, Casuarinaceae, Elaeagnaceae, Rhamnaceae) uključenih u ovu grupu. Kvržice većine predstavnika ove grupe su grozdovi u obliku koralja ružičasto-crvene boje, koji sa godinama poprimaju smeđu boju. Postoje dokazi o prisutnosti hemoglobina u njima. Kod vrsta iz roda Elaeagnus čvorovi su bijeli.

Čvorovi su često veliki. U casuarinima (Casuarina) dostižu dužinu od 15 cm. Funkcioniraju nekoliko godina.

Biljke s čvorićima uobičajene su u različitim klimatskim zonama ili su ograničene na određeno područje. Dakle, Shepherdia i Ceanothus nalaze se samo u Sjevernoj Americi, Casuarina - uglavnom u Australiji. Loch i bokvica su mnogo rasprostranjeniji.

Mnoge biljke ove grupe rastu na tlima siromašnim hranjivim tvarima - pijescima, dinama, stijenama, močvarama.

Kvržice johe (Alnus), posebno A. glutinosa, koje je 70 -ih godina prošlog stoljeća otkrio MS Voronin (slika 167) detaljno su proučene. Postoji pretpostavka da su čvorići karakteristični ne samo za moderne, već i za izumrle vrste johe, budući da su nađene na korijenima fosilne johe u tercijarnim sedimentima doline rijeke Aldan - u Jakutiji.

Endofit u čvorovima je polimorfan. Obično se javlja u obliku hifa, vezikula i bakteroida (slika 168). Taksonomski položaj endofita još nije utvrđen, budući da su se brojni pokušaji izoliranja u čistu kulturu pokazali besplodnim, a ako je bilo moguće izolirati kulture, pokazalo se da nisu virulentni.

Očigledno, glavni značaj cijele ove grupe biljaka leži u sposobnosti fiksiranja molekularnog dušika u simbiozi s endofitom. Uzgajajući se na područjima gdje je uzgoj poljoprivrednih usjeva ekonomski neefikasan, oni imaju pionirsku ulogu u razvoju zemljišta. Tako godišnji dodatak dušika u tlo irskih dina (Zelenortski Otoci) pod zasadima Casuarina equisetifolia doseže 140 kg / ha. Sadržaj dušika u tlu pod johom je 30 - 50% veći nego pod brezom, borom, vrbom. U osušenim listovima johe dušik je dvostruko veći nego u listovima drugih drvenastih biljaka. Prema proračunima A. Virtanena (1962), johov gaj (u prosjeku 5 biljaka na 1 m 2) daje povećanje dušika za 700 kg / ha za 7 godina.

Čvorovi su mnogo rjeđi u predstavnika porodice Zygophyllaceae (parifolia). Prvi ih je otkrio BL Isachenko (1913) na korijenskom sistemu Tribulus terrestris. Kasnije su čvorovi pronađeni i kod drugih vrsta tribulusa.

Većina članova porodice Zygophyllaceae su kserofitni grmovi ili višegodišnje trave. Uobičajeni su u pustinjama tropskih i suptropskih regija, a rastu na pješčanim dinama, pustarama i močvarama umjerenog pojasa.

Zanimljivo je napomenuti da tropske biljke, poput jarko crvene parifolije, stvaraju kvržice tek kada visoke temperature i niska vlažnost tla. Vlaženje tla do 80% njegovog punog kapaciteta vlage sprječava stvaranje čvorića. Kao što je poznato, suprotan fenomen primjećen je u mahunarkama umjerene klime. S nedostatkom vlage, ne stvaraju kvržice.

Čvorovi u biljkama porodice parifolia razlikuju se po veličini i položaju na korijenovom sistemu. Veliki čvorići obično se razvijaju na glavnom korijenu i blizu površine tla. Manji se nalaze na bočnim korijenima i dalje dublje... Ponekad se na stabljikama stvaraju čvorići ako leže na površini tla.

Kvržice kopnenog tribulusa na pijesku uz južnu Bugu imaju izgled malih bijelih, blago zašiljenih ili okruglih bradavica. Obično su prekriveni pleksusom gljivičnih hifa koje prodiru u korijen kore.

U svijetlocrvenoj parifoliji čvorovi su terminalno zadebljanje bočnih korijena biljaka. Bakteroidi se nalaze u čvorovima; bakterije su vrlo slične čvorićima.

Nodules tropske biljke Tribulus cistoides su čvrsti, okrugli, promjera oko 1 mm, povezani s korijenom širokom bazom, često uvijeni na starim korijenima. Češće se nalaze na korijenu, naizmjenično, s jedne ili s obje strane (slika 169). Kvržice karakterizira odsustvo zone meristema. Sličan fenomen uočen je pri stvaranju čvorova u četinari... Čvor stoga nastaje zbog diobe ćelija pericikla stele.

Histološka studija čvorova Tribulus cistoides u različitim fazama razvoja pokazala je da im nedostaju mikroorganizmi. Na temelju toga, kao i nakupljanja velikih količina škroba u čvorovima, smatraju se formacijama koje obavljaju funkciju opskrbe biljaka rezervnim hranjivim tvarima.

Čvorovi šumske trske su sferične ili blago izdužene formacije do 4 mm u prečniku, čvrsto sede na korenima biljaka (slika 170). Boja mladih čvorova najčešće je bijela, povremeno ružičasta, starih - žuta i smeđa. Čvor je povezan sa središnjim cilindrom korijena širokim vaskularnim snopom. Kao i kod Tribulus cistoides, čvorovi trske imaju koru, parenhim kore, endodermu, periciklički parenhim i vaskularni snop (slika 171).

Bakterije u kvržicama šumske trske vrlo podsjećaju na kvržaste bakterije mahunarki.

Čvorići se nalaze na korijenu kupusa i rotkvice, članovi porodice krstonosnih. Pretpostavlja se da ih tvore bakterije koje imaju sposobnost vezivanja molekularnog dušika.

Među biljkama iz porodice madder, čvorići se nalaze u kafi Coffea robusta i Coffea klainii. Grane se dihotomno, ponekad spljoštene i imaju izgled lepeze. Bakterije i bakteroidne ćelije nalaze se u tkivima čvora. Bakterije, prema Steyartu (1932), pripadaju Rhizobiumu, ali se zovu Bacillus coffeicola.

Čvorovi u biljkama iz porodice rozacea pronađeni su na sušici (trava jarebica). U dva druga člana ove porodice, Purshia tridentata i Cercocarpus betuloides, opisani su tipični koralni čvorovi. Međutim, u literaturi nema podataka o građi ovih čvorova i prirodi njihovog patogena.

Iz porodice vrijeska može se spomenuti samo jedna biljka - medvjeđe uho (ili medvjetka), koje ima čvorove na korijenovom sistemu. Mnogi autori vjeruju da se radi o koralnoj ektotrofnoj mikorizi.

U kritosjemenjačama, monokotiledonim biljkama, čvorovi su uobičajeni među predstavnicima porodice žitarica: livadski rep, plavuša, sibirska dlaka i slana močvara. Čvorovi se stvaraju na krajevima korijena; su duguljasti, zaobljeni, žuljavi. Kod lisičjeg repa mladi čvorovi su svijetli, prozirni ili prozirni; s godinama dobivaju smeđu ili crnu boju. Podaci o prisutnosti bakterija u stanicama čvorova kontradiktorni su.

Lisnati čvorići. Poznato je da više od 400 vrsta različitih biljaka formira kvržice na lišću. Čvorovi su najbolje proučeni u Pavetti i Psychotriji. Nalaze se na donjoj površini lišća duž glavne žile ili su razbacane između bočnih žila, imaju intenzivnu zelenu boju. Kloroplasti i tanin koncentrirani su u čvorovima. Starenjem se često pojavljuju pukotine na čvorovima.

Formirani čvor ispunjen je bakterijama koje, očigledno, u vrijeme klijanja sjemena inficiraju lišće biljke. Prilikom uzgoja sterilnog sjemena ne pojavljuju se kvržice i biljke razvijaju klorotično. Utvrđeno je da bakterije izolirane iz lisnih čvorova Psychotria bacteriophyla pripadaju rodu Klebsiella (K. rubiacearum). Bakterije fiksiraju dušik ne samo u simbiozi, već i u čistoj kulturi - do 25 mg dušika po 1 g upotrijebljenog šećera. Mora se pretpostaviti da oni igraju važnu ulogu u ishrani biljaka na rubnim tlima dušikom. Postoji razlog za vjerovanje da one opskrbljuju biljke ne samo dušikom, već i biološki aktivnim tvarima.

Ponekad na površini lišća možete vidjeti sjajne filmove ili raznobojne mrlje. Formiraju ih mikroorganizmi filosfere - posebna vrsta epifitskih mikroorganizama koji također sudjeluju u prehrani biljaka dušikom. Bakterije filosfere su pretežno oligonitrofili (žive na račun zanemarivih primjesa spojeva koji sadrže dušik u mediju i u pravilu fiksiraju male količine molekularnog dušika), koje su u bliskom kontaktu s biljkom.

Rhizobium(od Grčke reči riza- korijen i bios- život) je heterogena grupa bakterija koje fiksiraju dušik i žive u tlu, u čvorovima korijena biljaka iz porodice mahunarki u simbiozi s njima. Čvorišne bakterije ne mogu samostalno fiksirati dušik i za to im je potrebna biljka domaćin. Ove bakterije ne tvore monofiletičku skupinu, ali sve pripadaju gram-negativnim, pokretnim bakterijama u obliku štapića koje ne tvore spore.

istorija

Prva vrsta rizobije (Rhizobium leguminosarum) identificiran je 1889. godine, a sve sljedeće vrste su dodijeljene rodu Rhizobium. Međutim, kasnije metode analize natjerale su ovu klasifikaciju na reviziju i sada se mnoge od ovih bakterija pripisuju drugim rodovima. Termin Rhizobium još uvijek se ponekad koristi kao jedini iz bakterije korijeno-čvorića (rhizobia). Najveća količina istraživanja provedena je na vrstama simbiotskim s kulturnim članovima porodice mahunarki (na primjer, djetelina, pasulj i soja). Međutim, u novije vrijeme dobiveni su i neki podaci za vrste divljih mahunarki.

Taksonomija

Čvorišne bakterije pripadaju 57 vrsta u 12 rodova. Najveći broj pripada seriji Rhizobiales, koja je po svoj prilici monofiletična grupa proteobakterija. Međutim, unutar ove grupe, oni su raspoređeni u nekoliko različitih porodica:

Porodica	Porođaj
Rhizobiaceae	Rhizobium(uključujući Allorhizobium), Sinorhizobium / Ensifer
Bradyrhizobiaceae	Bradyrhizobium
Hyphomicrobiaceae	Azorhizobium, Devosia
Phyllobacteriaceae	Mesorhizobium, Phyllobacterium
Brucellaceae	Ochrobactrum
Methylobacteriaceae	Methylobacterium
Burkholderiaceae	Burkholderia, Cupriavidus
Oxalobacteraceae	Herbaspirillum

Sve ove grupe uključuju i značajan broj drugih bakterija koje ne pripadaju rizobiji. Na primjer, biljni patogen Agrobacterium- bliži rođak Rhizobium, nego nodularne bakterije koje žive u korijenu soje (vjerovatno ne pripadaju istom rodu). Geni odgovorni za simbiozu s biljkama, međutim, mogu biti bliži od samih organizama; verovatno su stečene horizontalnim prenosom gena.

Značaj za poljoprivredu

Dok mnogi fiksni dušik napuštaju zemlju radi žetve usjeva bogatih bjelančevinama, značajne količine mogu ostati u tlu za buduće usjeve. Ovo je posebno važno kada se ne koriste dušična gnojiva, kao u organskom uzgoju ili u manje industrijski razvijenim zemljama. Od svih anorganskih tvari, dušik nedostaje u mnogim tlima diljem svijeta, a dušik je glavna komponenta potrebna za osiguravanje normalnog rasta biljaka. Opskrba dušikom gnojidbom predstavlja niz ekoloških problema. Stoga je fiksacija dušika bakterijama iz roda Rhizobium vrlo korisna za okoliš.

Simbioza

Bakterije čvorova koriste jedinstveni mehanizam kako bi mogle postojati u simbiozi s mahunarkama poput graška, pasulja, djeteline i soje. Bakterijske nodule žive u tlu, gdje nailaze na korijen graha. Ako ima potreban set geni, može se ostvariti simbioza. Bakterijske nodule ulaze u vlakna korijena i ulaze u središte stanica ovog vlakna. Ovdje, razmnožavajući se, biljne ćelije tvore čvor. Bakterije se morfološki diferenciraju u bakteroide i počinju asimilirati atmosferski dušik, pretvarajući ga u oblike pogodne za upotrebu u biljkama. Kao odgovor, biljka hrani bakterije šećerom i proteinima.

Simbioza mahunarki s čvorišnim bakterijama klasičan je primjer uzajamnosti - čvorišne bakterije opskrbljuju biljke amonijakom ili aminokiselinama, a zauzvrat primaju organske kiseline (uglavnom dikarboksilne kiseline malat i sukcinat) kao izvor ugljika i energije - ali evolucijska dosljednost ovaj proces je zaista nevjerovatan. Budući da nekoliko nepovezanih linija inficira svaku pojedinačnu biljku, svaka linija može prenamijeniti resurse iz fiksacije dušika za vlastitu reprodukciju bez ubijanja. domaće biljke od kojih svi zavise. Ali ovaj oblik obmane trebao bi jednako zavesti sve redove, što je klasična tragedija zajedničkog dobra. Čini se da mahunarke mogu usmjeriti razvoj rizobije da poveća uzajamnost smanjenjem opskrbe kisikom čvorovima koji fiksiraju manje dušika, čime se smanjuje učestalost varanja u sljedećoj generaciji.

Paleontološki podaci ukazuju da su najstarije mahunarke s kvržicama bile neke biljke iz grupe Eucaesalpinioideae.

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

Filogenetski primitivniji predstavnici porodica poput Caesalpiniaceae i Mimosaceae u većini slučajeva ne stvaraju čvorove.

Od 13.000 vrsta (550 rodova) mahunarki, prisutnost čvorića do sada je otkrivena samo u približno 1.300 vrsta (243 roda). To prvenstveno uključuje biljne vrste koje se koriste u poljoprivredi (više od 200).

Formirajući čvorove, mahunarke stječu sposobnost asimilacije atmosferskog dušika. Međutim, oni se također mogu hraniti vezanim oblicima dušika - soli amonijaka i dušične kiseline. Samo jedna biljka, Hedysarum coronarium, asimilira samo molekularni dušik. Stoga se ova biljka u prirodi ne pojavljuje bez čvorića.

Čvorišne bakterije opskrbljuju biljku mahunarki dušikom koji je fiksiran iz zraka. Biljke, pak, opskrbljuju bakterije proizvodima metabolizma ugljikohidrata i mineralnim solima koje su im potrebne za rast i razvoj.

1866. poznati botaničar i naučnik o tlu MS Voronin ugledao je sićušna "mala tijela" u čvorovima na korijenu mahunarki. Voronin je za to vrijeme iznio hrabre pretpostavke: povezao je stvaranje čvorića s aktivnošću bakterija, te povećanom diobom stanica korijenovog tkiva s reakcijom biljke na bakterije koje su prodrle u korijen.

20 godina kasnije, nizozemski naučnik Beijerin K izolirao je bakterije iz kvržica graška, graha, brade, pasulja, seradele i lilija i proučavao njihova svojstva testirajući njihovu sposobnost da zaraze biljke i izazovu stvaranje čvorića. On je te mikroorganizme nazvao Bacillus radicicola. Budući da bakterije koje stvaraju spore pripadaju rodu Bacillus, a nodularne bakterije su lišene ove sposobnosti, A. Prazhmovsky ih je preimenovao u Bacterium radicicola. B. Frank je predložio uspješniji generički naziv za nodularne bakterije - Rhizobium (od grčkog rhizo - korijen, bio - život; život na korijenu). Ovo ime se ukorijenilo i još uvijek se koristi u literaturi.

Za označavanje vrste nodularnih bakterija uobičajeno je dodati naziv koji odgovara latinskom nazivu biljne vrste iz čijih je čvorova izolirana i na kojima mogu tvoriti čvorove generičkom nazivu Rhizobium. Na primjer, Rhizobium trifolii - bakterija čvorova djeteline, Rhizobium lupini - bakterija čvorova lupina itd. U slučajevima kada bakterije kvržice mogu formirati kvržice na korijenu različitih vrsta mahunarki, odnosno uzrokovati takozvanu unakrsnu infekciju, specifično ime je kao da je kolektivno - odražava upravo ovu sposobnost "unakrsne kontaminacije". Na primjer, Rhizobium leguminosarum - kvržaste bakterije graška (Pisum), leće (Lens), brade (Lathyrus).

Morfologija i fiziologija nodularnih bakterija. Bakterijske čvorove odlikuje nevjerojatna raznolikost oblika - polimorfizam. Mnogi istraživači su na to obraćali pažnju prilikom proučavanja nodularnih bakterija u čistoj kulturi u laboratorijskim uslovima i u tlu. Bakterije čvorova mogu biti štapičaste i ovalne. Među tim bakterijama postoje i filtrirani oblici, L-oblici, kokoidni nepokretni i pokretni organizmi.

Mlade nodularne bakterije u čistoj kulturi na hranjivim podlogama obično imaju oblik štapića (Sl. 143, 2, 3), veličina štapića je oko 0,5-0,9 X 1,2-3,0 mikrona, pokretne, množe se dijeljenjem. U staničnim stanicama bakterija čvorova djeteline uočava se podjela vezanjem. S godinama ćelije štapića mogu početi pupati. Prema Gramu, ćelije se negativno boje, njihova ultra tanka struktura tipična je za gram-negativne bakterije (slika 143, 4).

Starenjem čvorišne bakterije gube pokretljivost i prelaze u stanje takozvanih pojasenih štapića. Ovo ime su dobili zbog izmjene gustih i labavih dijelova protoplazme u stanicama. Povezivanje ćelija dobro se detektuje kada se pogleda pod svetlosnim mikroskopom nakon tretmana ćelija anilinskim bojama. Gusta područja protoplazme (pojasevi) obojena su gori od praznina između njih. U luminescentnom mikroskopu trake su svijetlozelene, praznine 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 se uzorak prije tretiranja ne tretira kontrastnim sredstvima (slika 143, 3). Vjerojatno je s godinama bakterijska ćelija ispunjena masnim inkluzijama koje ne percipiraju boju i kao rezultat toga uzrokuju ožiljke stanice. Faza "pojasenih štapova" prethodi fazi stvaranja bakteroida-ćelija nepravilnog oblika: zadebljale, razgranate, sferne, u obliku kruške i u obliku tikvice (slika 144). Izraz "bakteroidi" uveo je u literaturu J. Brunhorst 1885. godine, primjenjujući ga na formacije neobičnog oblika, mnogo veće od ćelija bakterijskih štapića u tkivima čvorova.

,

Bakteroidi sadrže više volutinskih granula i odlikuju se većim sadržajem glikogena i masti od stanica štapića. Bakteroidi koji se uzgajaju u umjetnim hranjivim medijima i nastaju u tkivima čvorova fiziološki su iste vrste. Vjeruje se da su bakteroidi oblici bakterija s nepotpunim dijeljenjem. Nepotpunom podjelom stanica nodularnih bakterija nastaju dihotomno razgranati oblici bakteroida. Broj bakteroida raste sa starenjem kulture; njihovu pojavu olakšava iscrpljivanje hranjivog medija, nakupljanje metaboličkih proizvoda, unošenje alkaloida u medij.

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

Na hranjivim podlogama kvržaste bakterije različitih vrsta mahunarki rastu različitom brzinom. Brzo rastuće bakterije uključuju grašak, djetelinu, lucerku, pasulj, grahoricu, grahoricu, sočivo, ranč, slatku djetelinu, piskavicu, pasulj, slanutak, medonosni pasulj; do spororastućih - kvržaste bakterije lupine, soje, kikirikija, seradele, mung, kravljeg zrna, estrave, klisure. Potpuno formirane kolonije brzorastućih kultura mogu se dobiti na 3. - 4. dan inkubacije, kolonije na spororastuće kulture - na 7. - 8. dan.

Za brzorastuće nodularne bakterije karakterističan je peritrihijalni raspored flagela, za spororastuće bakterije monotrihijalan (Tablica 42, 1-5).

Osim flagela, u ćelijama nodularnih bakterija nastaju vlaknasti i zrnasti izdanci koji se uzgajaju na tekućim podlogama (tablice 42, 43). Njihova dužina doseže 8-10 mikrona. Obično se nalaze na površini peritrihijalne ćelije, ima ih od 4 do 10 ili više po ćeliji.

,

Kolonije brzorastućih nodularnih bakterija imaju boju pečenog mlijeka, često prozirne, sluzave, s glatkim rubovima, umjereno konveksne, 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 stvaraju čvorišne bakterije kompleksno je jedinjenje polisaharidnog tipa, koje uključuje heksoze, pentoze i uronske kiseline.

Čvorišne bakterije su mikroaerofili (razvijaju se s neznatnim količinama kisika u okolišu), međutim, preferiraju aerobne uvjete.

Kao izvor ugljika u hranjivim medijima, bakterije čvorića koriste ugljikohidrate i organske kiseline, kao izvor dušika - raznih mineralnih i organskih spojeva koji sadrže dušik. Kada se uzgajaju na podlozi s visokim sadržajem tvari koje sadrže dušik, bakterije čvorića mogu izgubiti sposobnost prodiranja u biljku i stvaranja čvorića. Stoga se čvorišne bakterije obično uzgajaju na biljnim ekstraktima (grah, juha od graška) ili ekstraktima tla. Bakterije čvorića neophodne za razvoj fosfora mogu se dobiti iz mineralnih i organskih spojeva koji sadrže fosfor; mineralni spojevi mogu poslužiti kao izvor kalcija, kalija i drugih mineralnih elemenata.

Za suzbijanje vanjske saprofitske mikroflore pri izolaciji čvornih bakterija iz čvorića ili direktno iz tla, preporučuju se podloge za kulturu s dodatkom kristal ljubičice, tanina ili antibiotika.

Za razvoj većine kultura nodularnih bakterija potrebna je optimalna temperatura u rasponu od 24-26 °. Na 0 ° i 37 ° C rast prestaje. Obično se kulture nodularnih bakterija u laboratoriju čuvaju na niskim temperaturama (2-4 ° C).

Mnoge vrste nodularnih bakterija mogu sintetizirati vitamine B, kao i tvari za rast, poput heteroauksina (α-indoleoctena kiselina).

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

Specifičnost, virulencija, konkurentnost i aktivnost nodularnih bakterija.

Koncept specifičnost nodularne bakterije - kolektivne. Karakterizira sposobnost bakterija da stvaraju čvorove u biljkama. Ako govorimo o čvorišnim bakterijama općenito, tada je za njih stvaranje čvorića samo u skupini mahunarki već samo po sebi specifično - selektivne su za mahunarke.

Međutim, ako uzmemo u obzir pojedine kulture čvorišnih bakterija, pokazalo se da među njima ima onih koje su sposobne zaraziti samo određenu, ponekad veću, ponekad manju, skupinu mahunarki, pa u tom smislu i specifičnost čvorišnih bakterija je selektivna sposobnost u odnosu na biljku domaćina. Specifičnost nodularnih bakterija može biti uska (bakterije čvorova djeteline inficiraju samo grupu djetelina - specifičnost vrste, a bakterije čvorova lupine čak se mogu okarakterizirati i sortnom specifičnošću - inficiraju samo alkaloidne ili nealkaloidne sorte lupine). Sa širokom specifičnošću, kvržaste bakterije graška mogu zaraziti biljke graška, činove, pasulj, a kvržaste bakterije graška i pasulja mogu zaraziti biljke graška, odnosno sve ih karakterizira sposobnost "unakrsne infekcije". Specifičnost nodularnih bakterija temelji se na njihovoj klasifikaciji.

Specifičnost nodularnih bakterija nastala je kao rezultat njihove dugotrajne adaptacije na jednu biljku ili na njihovu grupu i genetskog prijenosa ovog svojstva. S tim u vezi, različita prilagodljivost nodularnih bakterija prisutna je i u grupi unakrsnih infekcija. Na primjer, bakterije čvorova lucerke mogu stvoriti čvorove u slatkoj djetelini. No, ipak su prilagođenije lucerci, a bakterije slatke djeteline - melilotu.

U procesu infekcije korijenovog sistema mahunarki čvorića bakterija, to je od velikog značaja virulencija mikroorganizmi. Ako specifičnost određuje spektar djelovanja bakterija, tada virulencija nodularnih bakterija karakterizira aktivnost njihovog djelovanja unutar ovog spektra. Virulencija se odnosi na sposobnost čvornih bakterija da prodru u tkivo korijena, tamo se razmnože i izazovu stvaranje čvorića.

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

Za određivanje virulencije soja čvornih bakterija potrebno je utvrditi njegovu sposobnost da izazove stvaranje čvorića. Kriterij za virulenciju bilo kojeg soja može biti minimalni broj bakterija koje osiguravaju snažniju infekciju korijena u usporedbi s drugim sojevima, što rezultira stvaranjem čvorića.

U tlu, u prisutnosti drugih sojeva, virulentniji soj neće uvijek prvi zaraziti biljku. U ovom slučaju, trebali biste to uzeti u obzir. konkurentnost, koji često maskira svojstvo virulencije u prirodnim uslovima.

Potrebno je da virulentni sojevi imaju i konkurentnost, odnosno da se mogu uspješno natjecati ne samo s predstavnicima lokalne saprofitske mikroflore, već i s drugim sojevima nodularnih bakterija. Pokazatelj konkurentnosti soja je broj čvorova koji nastaju kao postotak od ukupnog broja čvorova na korijenu biljaka.

Važno svojstvo nodularnih bakterija je njihova aktivnost(efikasnost), odnosno sposobnost asimilacije molekularnog dušika u simbiozi s mahunarkama i zadovoljavanje potreba biljke domaćina. Ovisno o tome u kojoj mjeri čvorne bakterije doprinose povećanju prinosa mahunarki (slika 146), obično se dijele na aktivne (efikasne), neaktivne (nedjelotvorne) i neaktivne (nedjelotvorne).

Soj bakterija koji je neaktivan za jednu biljku domaćina u simbiozi s drugom vrstom mahunarki može biti prilično učinkovit. Stoga, kada karakteriziramo soj u smislu njegove učinkovitosti, uvijek treba navesti u odnosu na koju vrstu biljke domaćina se očituje njegov učinak.

Aktivnost nodularnih bakterija nije trajno svojstvo. Često u laboratorijskoj praksi dolazi do gubitka aktivnosti u kulturama nodularnih bakterija. U tom slučaju ili se aktivnost gubi u cijeloj kulturi ili se pojavljuju pojedinačne ćelije s niskom aktivnošću. Smanjenje stupnja aktivnosti čvornih bakterija događa se u prisutnosti određenih antibiotika i aminokiselina. Jedan od razloga gubitka aktivnosti nodularnih bakterija može biti utjecaj faga. Prolaskom, odnosno ponovljenim prolaskom bakterija kroz biljku domaćina (prilagođavanjem na određenu vrstu biljke), možete dobiti učinkovite sojeve od nedjelotvornih.

Izloženost y-zracima omogućava dobijanje sojeva s povećanom efikasnošću. Poznati su slučajevi pojave visoko aktivnih radiomutanata bakterija čvorova lucerke iz neaktivnog soja. Korištenje ionizirajućeg zračenja, koje ima izravan utjecaj na promjenu genetskih karakteristika ćelije, po svoj prilici može biti obećavajuća metoda za odabir visoko aktivnih sojeva nodularnih bakterija.

Infekcija biljke mahunarke nodularnom bakterijom.

Da bi se osigurao normalan proces infekcije korijenovog sistema nodularnim bakterijama, potrebno je imati prilično veliki broj održivih bakterijskih stanica u zoni korijena. Istraživači se razlikuju po broju ćelija potrebnih za podržavanje procesa inokulacije. Tako je, prema američkom naučniku O. Allanu (1966.), potrebno 500-1000 ćelija za inokulaciju biljaka sa malim sjemenom, a najmanje 70.000 ćelija po sjemenu za inokulaciju biljaka velikog sjemena. Prema australijskom istraživaču J. Vincentu (1966.), u trenutku inokulacije, svako sjeme trebalo bi imati najmanje nekoliko stotina održivih i aktivnih stanica bakterija čvorića. Postoje dokazi da se pojedinačne ćelije također mogu unijeti u tkivo korijena.

S razvojem korijenskog sistema biljke mahunarke, razmnožavanje čvorića na površini korijena stimulira se izlučivanjem korijena. Proizvodi uništavanja korijenskih vrhova i dlačica također igraju važnu ulogu u opskrbi nodularnih bakterija odgovarajućim supstratom.

U rizosferi biljke mahunarke razvoj čvorića je naglo stimuliran; kod žitarica se ovaj fenomen ne primjećuje.

Na površini korijena nalazi se sloj sluzave tvari (matriks) koji nastaje bez obzira na prisutnost bakterija u rizosferi. Ovaj sloj je jasno vidljiv kada se pregleda svjetlosno-optičkim mikroskopom (slika 147). Nakon inokulacije, nodularne bakterije obično hrle u 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 razdoblju, koje prethodi uvođenju čvorića u tkivo korijena, bakterije u rizosferi su izuzetno pokretne. U ranim radovima, u kojima se za istraživanje koristio svjetlosni mikroskop, bakterije čvorića locirane u rizosferi nazvane su rojevi (gonidije ili zoospore) - "rojenje". Metodom Fareus (1957) moguće je promatrati stvaranje izuzetno brzo krećućih se kolonija u području vrha korijena i dlaka korijena. Schwermer kolonije postoje vrlo kratko - manje od jednog dana.

O mehanizmu prodiranja Postoje brojne hipoteze o bakterijama čvorića u korijenu biljke. Najzanimljiviji od njih su sljedeći. Autori jedne od hipoteza tvrde da bakterije iz korijenovih čvorova prodiru u korijen oštećenjem epidermalnog i korenog tkiva (posebno na mjestima gdje se bočni korijeni granaju). Ova hipoteza postavljena je na osnovu istraživanja Brilla (1888), koji je izazvao stvaranje čvorića u mahunarkama probadajući korijenje iglom uronjenom u suspenziju čvorića bakterija. Kao poseban slučaj, takav način implementacije je sasvim stvaran. Na primjer, u kikirikiju čvorići se pretežno nalaze u pazušcima grana korijena, što sugerira da bakterije čvorića prodiru u korijen kroz prekide tijekom klijanja bočnih korijena.

Zanimljiva je hipoteza o prodiranju bakterija čvorova korijena u tkivo korijena kroz vlasi korijena. Većina istraživača prepoznaje put prolaska čvorića kroz dlačice korijena.

Pretpostavka P. Dart-a i F. Mercer-a (1965.) da se nodularne bakterije unose u korijen u obliku malih (0,1-0,4 μm) kokoidnih ćelija kroz razmake (0,3-0,4 μm) celuloze vrlo je uvjerljiva. Fibrilarna mreža primarne membrane korijenovih dlaka. Elektronsko -mikroskopske fotografije (slika 149) površine korijena dobivene replikacijom i činjenica da se stanice nodularnih bakterija u rizosferi mahunarki smanjuju potvrđuju ovu poziciju.

Moguće je da bakterije korijenskih čvorova mogu prodrijeti u korijen kroz epidermalne ćelije mladih vrhova korijena. Prema Prazhmovskom (1889), bakterije mogu prodrijeti u korijen samo kroz staničnu membranu (vlasi korijena ili epidermalne stanice) i potpuno nisu u stanju nadvladati kemijski promijenjeni ili plutasti sloj korteksa. Ovo može objasniti da se čvorići obično razvijaju na mladim područjima glavnog korijena i bočnim korijenima u nastajanju.

Nedavno je hipoksija o auksinu postala vrlo popularna. Autori ove hipoteze vjeruju da bakterije čvorića korijena prodiru u korijen stimulirajući sintezu (β-indoleoctene kiseline (heteroauksin) iz triptofana, koja je uvijek prisutna u sekretu biljnog korijena. Slika 150).

Očigledno, izvor β-indoleoctene kiseline u vrijeme infekcije biljaka nisu samo biljke koje oslobađaju triptofan kroz korijenov sistem, koji mnoge vrste bakterija, uključujući čvoriće, mogu pretvoriti u β-indoleoctenu kiselinu. Bakterije čvorića, a moguće i druge vrste zemljišnih mikroorganizama koji žive u zoni korijena, također mogu sudjelovati u sintezi heteroauksina.

Međutim, hipoksija o auksinu ne može se prihvatiti bezuvjetno. Učinak heteroauksina je nespecifičan i uzrokuje zakrivljenost korijenovih dlaka u različitim biljnim vrstama, a ne samo u mahunarkama. U isto vrijeme, bakterije iz korijenskih čvorova uzrokuju zakrivljenost korijenovih vlasi samo u mahunarkama, dok pokazuju prilično značajnu selektivnost. Da je učinak koji se razmatra odredio samo β-indoleoctena kiselina, onda ne bi postojala takva specifičnost. Osim toga, priroda promjena u korijenovim dlačicama pod utjecajem nodularnih bakterija nešto je drugačija nego pod utjecajem heteroauksina.

Također treba napomenuti da su u nekim slučajevima nezakrivljene korijenove dlake izložene infekciji. Promatranja pokazuju da je kod lucerne i graška 60-70% korijenovih dlaka savijeno i uvijeno, a kod djeteline oko 50%. Kod nekih vrsta djeteline ova je reakcija zabilježena u najviše 1/4 zaražene dlake. U reakciji zakrivljenosti, stanje korijena dlake je očito od velike važnosti. Rastuće korijenske dlake najosjetljivije su na djelovanje tvari koje proizvode bakterije.

Poznato je da nodularne bakterije uzrokuju omekšavanje stijenki dlaka korijena. Međutim, oni ne stvaraju niti celulazu niti pektinolitičke enzime. S tim u vezi, predloženo je da bakterije čvorića prodiru u korijen zbog lučenja sluzi polisaharidne prirode, što uzrokuje sintezu enzima poligalakturonaze ​​u biljkama. Ovaj enzim, uništavajući tvari pektine, utječe na membranu vlasi korijena, čineći je plastičnijom i propusnijom. U malim količinama, poligalakturonaza je uvijek prisutna u dlakama korijena i, očigledno, uzrokujući djelomično otapanje odgovarajućih komponenti membrane, omogućuje ćeliji da se rastegne.

Neki istraživači vjeruju da bakterije korijenskih čvorova prodiru u korijen putem satelitskih bakterija koje proizvode pektinolitičke enzime. Ova hipoteza postavljena je na osnovu sljedećih činjenica. Tijekom mikroskopije korijenovih dlaka, mnogi su istraživači primijetili prisutnost svjetlosne mrlje oko koje se nakupljaju čvorišne bakterije. Ovo mjesto može biti znak početka maceracije (uništenja) tkiva protopektinazom, po analogiji sa istom osobinom primijećenom kod biljaka s mnogim bakterijskim bolestima. Osim toga, otkriveno je da avirulentne kulture nodularnih bakterija u prisutnosti bakterija koje proizvode pektinolitičke enzime postaju sposobne prodrijeti u korijen.

Treba napomenuti još jednu hipotezu, prema kojoj nodularne bakterije ulaze u korijen tijekom formiranja prstaste invaginacije površine korijenske dlake. Uzorak elektronske difrakcije ošišane korijenske dlake, koji potvrđuje ovu hipotezu (sl. 150, 3), prikazuje korijensku dlaku savijenu u obliku kišobranske ručke, u čijem se zavoju nakuplja bakterija čvorića. Bakterijske čvorove usisava (guta) korijenova dlaka (poput pinocitoze).

Hipoteza intususcepcije se, u suštini, ne može odvojiti od auksinske ili enzimske hipoteze, budući da se intususcepcija javlja kao rezultat izloženosti auksinu ili enzimskom faktoru.

Proces uvođenja čvorića u tkivo korijena isti je za sve vrste mahunarki i sastoji se od dvije faze. U prvoj fazi, korijenske dlake se inficiraju. U drugoj fazi, proces stvaranja čvorova 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 čvorića u dlake korijena događa se u ranim fazama razvoja biljaka. Druga faza završava u periodu formiranja masovnih čvorova. Često se unošenje nodularnih bakterija u dlake korijena nastavlja čak i nakon formiranja čvorova na korijenu. Ova takozvana višak ili dodatna infekcija nastaje jer infekcija dlaka ne prestaje dugo. Na kasniji datum infekcije, čvorovi se obično postavljaju ispod korijena.

Vrsta razvoja, struktura i gustoća korijenovih dlačica ne utječu na brzinu prodiranja nodularnih bakterija. Mjesta stvaranja čvorova nisu uvijek povezana s mjestima zaražene dlake.

Prodirući u korijen (kroz korijensku dlaku, epidermalnu ćeliju, mjesta oštećenja korijena), bakterije korijenskih čvorova se sele dalje u tkivo korijena biljke. Bakterije najlakše prolaze kroz međustanične prostore.

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

Međutim, u većini slučajeva invazivna stanica, aktivno se množeći, stvara takozvane zarazne niti (ili zarazne niti) i već u obliku takvih niti prelazi u biljno tkivo.

Izraz "infektivna nit" nastao je proučavanjem procesa infekcije svjetlosnim mikroskopom. Počevši s Beijerinckovim radom, infekcijski konac počeo se smatrati sluzavom hifalnom masom s množenjem bakterija u njoj.

U osnovi, infekcijski konac je kolonija razmnožavanja bakterija. Njegovo porijeklo je mjesto gdje je jedna ćelija ili grupa ćelija prodrla. Moguće je da se kolonija bakterija (i posljedično, buduća zarazna nit) počne stvarati na površini korijena prije uvođenja bakterija u korijen.

Broj zaraženih korijenovih dlaka značajno se razlikuje od biljke do biljke. Infektivna vlakna obično se pojavljuju u deformiranim, uvijenim dlačicama korijena. Međutim, postoje indicije da se slične niti ponekad nalaze u ravnim dlakama. Češće se u korijenovim dlačicama opaža jedna granasta nit, rjeđe dvije. U nekim slučajevima, jedna korijenska dlaka ima nekoliko niti, ili nekoliko ima zajedničke niti infekcije, što dovodi do stvaranja jednog čvora (Sl. 151).

Postotak zaraženih korijenskih dlaka u ukupnom broju deformiranih dlaka neobjašnjivo je nizak. Obično se kreće od 0,6 do 3,2, povremeno doseže 8,0. Udio uspješnih infekcija još je manji, budući da među zaraznim nitima postoji mnogo (do 80%) takozvanih abortivnih niti koje su prestale razvijati. Brzina napredovanja normalno razvijajućih zaraznih niti u biljci je 5 - 8 mikrona na sat. Ovom 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, čvorovi mahunarki podijeljeni su u dvije vrste:

1. tip - čvorovi nastaju tijekom diobe stanica pericikla (kutni sloj), obično smješteni nasuprot protoksilema (prvi u vrijeme nastanka krvnih žila) - endogeni tip stvaranja čvorova;

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

Ovaj drugi tip prevladava u prirodi. Tkiva središnjeg cilindra korijena uključena su samo u formiranje vaskularnog sistema čvorova i endogenog i egzogenog tipa.

Unatoč različitim pogledima na prirodu nastanka čvorova egzo- i endotipova, njihov razvojni proces je u osnovi isti. Međutim, ni jednu ni drugu vrstu stvaranja čvorova ne treba ni na koji način identificirati s procesom lateralnog formiranja korijena, unatoč činjenici da postoje neke sličnosti u njihovom podrijetlu. Stoga se stvaranje čvorića i bočnih korijena događa istovremeno i, štoviše, u istoj zoni korijena.

Istodobno, brojne značajke razvoja bočnih korijena i čvorića naglašavaju duboke razlike u vrsti njihovog formiranja. Bočni korijeni nastaju u periciklu. Od prvih trenutaka razvoja povezani su sa središnjim cilindrom glavnog korijena, iz kojeg se odvajaju središnji cilindri bočnih korijena, a uvijek nastaju nasuprot zraci primarnog drva. Formiranje čvora, za razliku od bočnog korijena, moguće je bilo gdje. Na samom početku stvaranja nodularnog tkiva nema vaskularne veze sa središnjim cilindrom korijena; nastaje kasnije. Posude se obično formiraju duž periferije čvora. Oni su povezani sa žilama korijena preko traheidne zone i imaju vlastiti endoderm (slika 152).

Razlika u prirodi čvorića i bočnih korijena posebno je jasno uočena kod seradele, budući da se tkivo kore glavnog korijena ove biljke - mjesto nastanka prvih čvorića - sastoji od relativno malog sloja ćelija i čvorići postaju vidljivo vrlo brzo nakon infekcije korijena bakterijama. Oni tvore prve spljoštene izbočine na korijenu, što ih čini mogućim za razlikovanje od konusnih izbočina bočnih korijena. Čvorovi se od bočnih korijena razlikuju po brojnim anatomskim značajkama: odsutnosti središnjeg cilindra, korijenskih vrhova i epidermisa te prisutnosti značajnog sloja kore koji prekriva čvor.

Do stvaranja čvorića (sl. 153, 1, 2) mahunarki dolazi u periodu kada korijen još uvijek ima primarnu strukturu. Počinje diobom jezgrenih stanica koje se nalaze na udaljenosti 2-3 sloja od krajeva zaraznih niti. Slojevi kore, probijeni zaraznim nitima, ostaju nepromijenjeni. U isto vrijeme, kod seradella do diobe jezgrenih stanica dolazi izravno ispod zaražene korijenske dlake, dok se kod graška stanična podjela primjećuje samo u pretposljednjem sloju korteksa.

Podjela s formiranjem radijalne strukture tkiva nastavlja se na stanice unutarnjeg jezgra. Javlja se bez određenog smjera, nasumično, i kao rezultat toga nastaje meristem (sustav obrazovnih tkiva) čvora, koji se sastoji od malih zrnatih stanica.

Podijeljene ćelije korteksa se mijenjaju: jezgre su zaobljene i povećavaju se, posebno jezgre su povećane. Nakon mitoze, jezgre se razilaze i, bez preuzimanja prvobitnog oblika, ponovno se počinju dijeliti.

Nastaje sekundarni meristem. Ubrzo se u endodermi i periciklu pojavljuju znakovi početne podjele, koja se u bivšim vanjskim ćelijama javlja uglavnom tangencijalnim pregradama. Ova se podjela na kraju proteže do općeg meristematskog kompleksa, čije se male stanice protežu, vakuole nestaju, a jezgra ispunjava veći dio ćelije. Formira se takozvani primarni čvor, u staničnoj plazmi čije čvorne bakterije nema, budući da su u ovoj fazi još uvijek unutar zaraznih niti. Dok se primarni čvor formira, infektivni se vlakni mnogo puta granaju i mogu proći ili međustanično između stanica (slika 154), ili kroz ćelije - unutarstanično - i unijeti bakterije (slika 155).

,

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

Proces kretanja zaraznih niti iz ćelije u ćeliju nije potpuno jasan. Očigledno, zarazne niti, prema kanadskom mikrobiologu D. Jordanu (1963.), lutaju u obliku golih sluznih žica u međustaničnim prostorima biljnog tkiva sve dok, iz još uvijek nerazjašnjenih razloga, ne počnu invagirati u citoplazmu susednih ćelija.

U nekim slučajevima, invaginacija infekcijske niti događa se u jednoj, u nekim slučajevima - u svakoj susjednoj ćeliji. Kroz ove invaginirane tubularne šupljine (divertikule) teče sadržaj niti, zatvoren u sluz. Najaktivniji rast zaraznih niti obično se događa u blizini jezgre biljne ćelije. Penetracija filamenta je popraćena kretanjem jezgre koja se pomiče na mjesto infekcije, povećava, mijenja oblik i degenerira. Slična slika opaža se i kod gljivične infekcije, kada jezgra često juri prema invazijskim hifama, privlači je oštećenje kao mjesto najveće fiziološke aktivnosti, približava se niti, nabubri i ruši se. Očigledno je to karakteristično za odgovor biljke na infekciju.

U jednogodišnjim biljkama zarazne niti obično se pojavljuju u prvom razdoblju zaraze korijena, u višegodišnjim - tijekom dugog razdoblja razvoja.

Bakterije se mogu otpustiti iz infekcijske niti u različito vrijeme i na različite načine. Oslobađanje bakterija u pravilu je vrlo dug proces, posebno u višegodišnjim biljkama. Obično je oslobađanje bakterija iz zarazne niti u citoplazmu biljke domaćina povezano s unutarnjim pritiskom koji proizlazi iz intenzivnog razmnožavanja bakterija u niti i njihovog izlučivanja sluzi. Ponekad bakterije kliznu iz niti u skupinama, okružene sluzi zarazne niti, u obliku mjehurića (formacije poput žuljeva) (slika 157). Budući da vezikule nemaju membrane, bakterije mogu lako pobjeći iz njih. Čvorne bakterije također mogu ući u biljne ćelije jednu po jednu iz međućelijskog prostora (slika 156).

,

Čvorišne bakterije oslobođene iz infekcijske niti nastavljaju se umnožavati u tkivu domaćina. Njihova reprodukcija u tom razdoblju događa se dijeljenjem suženja (slika 158). Većina bakterija se množi u citoplazmi ćelije, a ne u niti infekcije. Zaražene ćelije stvaraju buduće bakteroidno tkivo.

Biljne ćelije ispunjene brzo razmnožavajućim stanicama nodularnih bakterija počinju se brzo dijeliti. U vrijeme mitotičke diobe zaraženih stanica, nodularne bakterije mogu se akumulirati na dva suprotna pola matične stanice i pasivno ući u ćelije kćeri. Svaka od nenabijenih stanica je stoga pod snažnim stimulirajućim djelovanjem čvorišnih bakterija i, kao rezultat toga, također se dijeli. Zahvaljujući tako snažnoj mitotičkoj podjeli meristematskih stanica, provodi se širenje čvorića u tkivu čvorova i povećanje volumena bakteroidne regije.

Inficirano tkivo, koje se sastoji od gusto ležećih i aktivno diobenih stanica, u početku ima oblik krnjeg stošca. Nakon toga, zbog postupnog rasta ovog konusa i istovremene diobe i razvoja meristematskih stanica, tkivo čvorića raste, gubeći svoj oblik konusa.

Dakle, čvor raste prvo kao rezultat radijalne i tangencijalne diobe jezgrenih stanica, a zatim zbog povećanja njihove veličine i istovremene diobe. Nakon što su biljne stanice potpuno napunjene bakterijama, mitoza prestaje. Međutim, ćelije nastavljaju rasti i često su jako izdužene. Njihova je veličina nekoliko puta veća od veličine nezaraženih biljnih stanica koje se nalaze između njih u bakteroidnoj zoni čvora.

Povezivanje mladog čvorića s korijenom mahunarke ostvaruje se zahvaljujući vlaknastim vaskularnim snopovima. Po prvi put, vaskularne vlaknaste snopove primijetio je M. S. Voronin (1866). Vrijeme pojavljivanja vaskularnog sistema u čvorovima različitih vrsta mahunarki različito je. Dakle, u čvorovima soje početak razvoja vaskularnih snopova poklapa se s trenutkom prodiranja čvorišnih bakterija u dva sloja kore parenhima. S rastom čvora, provodni sistem se širi, grana i okružuje bakteroidnu regiju.

Paralelno s procesom diferencijacije vaskularnog sistema, endoderm čvora formira se iz vanjskog sloja primarnog čvora. Tada je čvor zaobljen, njegov periferni stanični sloj okružen je korom nodula.

Epiderma korijena je rastrgana, a čvor se nastavlja razvijati i rasti u veličini.

Uz pomoć svjetlosnog mikroskopa obično se jasno razlikuju 4 karakteristične zone diferencijacije tkiva na uzdužnim presjecima zrelih čvorova: korteks, meristem, bakteroidna zona i vaskularni sistem... Sva tkiva čvorića razlikuju se u akropetalnoj sekvenci, jer se nove stanice postavljaju pomoću meristema.

Kora nodula- ljuska čvora, koja obavlja zaštitnu funkciju. Kora se sastoji od nekoliko redova nezaraženih parenhimskih stanica, čija se veličina i karakteristike razlikuju u različitim mahunarkama. Najčešće su ćelije korteksa izdužene i veće u usporedbi s drugim stanicama čvora.

U kori kvržica višegodišnjih drvenastih vrsta često se nalaze ćelije sa plutastim membranama koje sadrže smole, tanin i tanine.

Nodule meristem nalazi se ispod stanica korteksa i zona je intenzivnog dijeljenja i nezaraženih stanica. Meristem čvorića karakteriziraju gusto smještene, bez međućelijskih prostora, male tankozidne ćelije nepravilnog oblika. Ćelije meristema nodula slične su ćelijama drugih vrsta meristematskog tkiva (vrh korijena, vrh stabljike). Stanice meristema nodula sadrže gustu, fino granuliranu citoplazmu s ribosomima, Golgijevim tijelima, protoplastidama, mitohondrijama i drugim strukturama. Postoje male vakuole. U središtu citoplazme nalazi se veliko jezgro s nuklearnom membranom, porama i dobro izraženim jezgrom. Funkcije meristematskih ćelija su formiranje ćelija korteksa nodula, bakteroidne regije i vaskularnog sistema. Ovisno o položaju meristema, kvržice imaju različite oblike: sferne (grašak, grah, seradela, kikiriki) ili cilindrične (lucerka, grahorica, rang, bagrem, djetelina) (slika 159). Meristem, smješten u odvojenim područjima duž periferije čvora, dovodi do stvaranja čvorova sličnih muffima u lupini.

Meristem čvorova funkcionira dugo, čak i za vrijeme nekroze čvorova, kada su već ispunjeni liziranom bakteroidnom masom i uništenim biljnim stanicama.

Bakteroidna zonačvor zauzima njegov središnji dio i čini od 16 do 50% ukupne suhe mase čvorova. U prvom razdoblju stvaranja čvorića to je u osnovi bakterijska zona (slika 160), budući da je ispunjena bakterijskim stanicama koje su u bakterijskoj, a ne bakteroidnoj fazi razvoja. Ipak, uobičajeno je, kada je u pitanju zona nodularnog tkiva koja sadrži bakterije, da se to naziva bakteroidom.

Bakteroidno područje čvora sastoji se uglavnom od stanica zaraženih čvorišnim bakterijama i djelomično od nezaraženih stanica uz njih, ispunjenih pigmentima, taninima, a do jeseni - škrobom.

U čvorovima nastalim efikasnim sojevima čvorića bakterija, prosječan relativni volumen bakteroidne zone je veći nego u čvorovima nastalim unosom nedjelotvornih sojeva.

U nekim slučajevima, volumen bakteroidne regije dostiže svoj maksimum u ranom periodu života čvorova, a nakon toga ostaje relativno konstantan. Bakteroidna zona prožeta je gustom mrežom zaraznih niti, a okružena je vaskularno-vlaknastim snopovima duž periferije.

Oblik bakteroida u čvorovima različitih vrsta mahunarki može se razlikovati (Tabela 44). Dakle, u grahorici, činovima i grašku oni su dvokraki ili račvasti. Kod djeteline i sainfoina prevladavajući oblik bakteroida je sferičan, u obliku kruške, otečen, jajolik, za slanutak je okrugao. Oblik bakteroida graha, seradele, lyadveneta i lupina je praktično u obliku štapa.

Bakteroidi ispunjavaju većinu biljnih ćelija, osim središnje zone jezgre i vakuola. Dakle, postotak bakteroida u zoni bakteroida čvorova ružičaste boje iznosi 94,2 u odnosu na ukupan broj nodularnih bakterija. Bakteroidne ćelije su 3-5 puta veće od bakterijskih ćelija (Sl. 161, 1, 2).

Bakteroidi nodularnih bakterija od posebnog su interesa zbog činjenice da su oni gotovo jedini stanovnici čvorova mahunarki u razdoblju njihovog intenzivnog vezivanja atmosferskog dušika. Neki istraživači smatraju da su bakteroidi patološki degenerativni oblici i ne povezuju proces fiksacije dušika s bakteroidnim oblikom nodularnih bakterija. Većina istraživača otkriva da su bakteroidi najživlji i najaktivniji oblik čvorišnih bakterija i da se fiksiranje atmosferskog dušika mahunarkama vrši samo uz njihovo učešće (slika 162).

Vaskularni sistemčvor pruža vezu između bakterije i biljke domaćina. Hranjive tvari i proizvodi metabolizma transportiraju se duž vaskularnih snopova. Vaskularni sistem se razvija rano i funkcionira dugo.

Potpuno oblikovane posude imaju određenu strukturu: sastoje se od ksilemskih traheida, floemskih vlakana, cijevi sita i pratećih ćelija.

Ovisno o vrsti usjeva mahunarki, povezivanje čvorića provodi se kroz jedan ili više vaskularnih snopova. Na primjer, grašak ima dva različita vaskularna čvora u podnožju čvora. Svaki se od njih obično dva puta dihotomno grana, pa kao rezultat toga kroz snop prolazi 8 snopova s ​​mjesta drugog dihotomnog grananja. Mnoge biljke imaju samo jedan grozd, u isto vrijeme, u jednom čvoru Sesbania grandiflora u dobi od jedne godine, mogle su se izbrojati do 126. Vrlo često se vaskularni sistem čvorića odvoji od vanjske strane kore slojem djelomično ili potpuno začepljenih ćelija, nazvanim nodularni endoderm, povezan s endodermom korijena. Endoderm čvorića je vanjski sloj neinficiranog parenhima kore koji se nalazi između tkiva čvorova i kore korijena.

Kod većine biljnih vrsta čvorići nastaju prema opisanom tipu. Slijedom toga, stvaranje čvorova rezultat je složenih pojava koje počinju izvan korijena. Nakon početnih faza infekcije, dolazi do stvaranja čvorova, nakon čega slijedi širenje bakterija u području čvorića i fiksacija dušikom.

Prema stanicama češkog mikrobiologa V. Kasa (1928), sve faze razvoja čvorišnih bakterija mogu se pratiti na presjecima čvorića. Tako u gornjem dijelu čvorića, na primjer, lucerka sadrži uglavnom male ćelije u obliku štapića koje se dijele, u maloj količini mladih bakteroida, čiji se broj postupno povećava kako se čvor razvija. U srednjem dijelu čvora ružičaste boje nalaze se pretežno bakteroidne ćelije i rjeđe male ćelije u obliku štapića. U podnožju čvorića u ranim fazama vegetacije biljke domaćina, bakteroidi su isti kao i u njegovom srednjem dijelu, a do kraja vegetacije su više natečeni i ranije degenerirani.

Vrijeme pojavljivanja prvih vidljivih čvorića na korijenu različitih vrsta mahunarki različito je (MV Fedorov, 1952). Njihova pojava u većini mahunarki najčešće se javlja tijekom razvoja prvih pravih listova. Dakle, formiranje prvih čvorića sjetve lucerke uočeno je između 4. i 5. dana nakon klijanja, a 7-8. Dana taj proces se javlja u svim biljkama. Čvorovi polumjeseca pojavljuju se nakon 10 dana.

U razdoblju funkcioniranja čvorovi su obično gusti. Čvorovi nastali aktivnim bakterijskim kulturama u mladoj su dobi bjelkaste boje. Oni postaju ružičasti do trenutka kada su optimalno aktivni. Čvorovi nastali infekcijom neaktivnim kulturama bakterija, zelenkastog tona. Često se njihova struktura praktički ne razlikuje od strukture čvorića nastalih uz sudjelovanje aktivnih sojeva čvornih bakterija, ali se oni prerano uništavaju.

U nekim slučajevima struktura čvorova nastalih od neaktivnih bakterija odstupa od norme. To se izražava u dezorganizaciji čvornog tkiva koje obično gubi jasno izraženu zonsku diferencijaciju.

Ružičasta boja određena je prisustvom pigmenta u čvorovima, koji je po hemijskom sastavu blizak hemoglobinu u krvi. S tim u vezi, pigment se naziva leghemoglobin (leghemoglobin) - hemoglobin Leguminosae. Leghemoglobin je sadržan samo u onim ćelijama nodula koje sadrže bakteroide. Lokaliziran je u prostoru između bakteroida i okolne membrane.

Njegova količina kreće se od 1 do 3 mg po 1 g čvorića, ovisno o vrsti biljke mahunarke.

U jednogodišnjim mahunarkama, do kraja vegetacije, kada završi proces fiksacije dušika, crveni pigment prelazi u zeleni. Promjena boje počinje pri dnu čvorića, a kasnije mu vrh postaje zelen. U višegodišnjim mahunarkama ne dolazi do ozelenjavanja čvorića ili se to opaža samo u podnožju čvorića. U različitim vrstama mahunarki prijelaz crvenog u zeleni pigment odvija se s različitim stupnjevima intenziteta i različitim stopama.

Kvržice jednogodišnjih biljaka funkcionišu relativno kratko. U većini mahunarki nekroza čvorova počinje u razdoblju cvatnje biljke domaćina i obično se nastavlja od središta do periferije čvorića. Jedan od prvih znakova uništenja je stvaranje sloja stanica s debelim stijenkama na dnu čvora. Ovaj sloj stanica, smješten okomito na glavnu posudu korijena, odvaja ga od čvorića i odgađa razmjenu hranjivih tvari između biljke domaćina i tkiva čvorića.

U ćelijama degeneriranog čvornog tkiva pojavljuju se brojne vakuole, jezgre gube sposobnost bojenja, neke ćelije čvornih bakterija se liziraju, a neke migriraju u okoliš u obliku malih kokoidnih stanica-artrospora.

Formiranje artrospora u tkivu liziranog čvora prikazano je na slikama 163-165. Zarazne niti također prestaju funkcionirati u tom periodu (slika 166). Ćelije domaćina gube turgor i komprimiraju ih susjedne ćelije za koje je to još karakteristično.

,
, ,

Stari čvorovi su tamni, mlohavi, mekani. Prilikom rezanja iz njih izlazi vodena sluz. Proces uništavanja čvora, započinjući suberizacijom stanica vaskularnog sistema, olakšan je smanjenjem fotosintetske aktivnosti biljke, suhoćom ili prekomjernom vlažnošću okoline.

U uništenim, sluznim čvorovima, protozoama, gljivama, bacilima i malim čvorićima u obliku štapića često se nalaze bakterije.

Stanje biljke domaćina utječe na trajanje funkcioniranja čvora. Tako je, prema FF Yukhimchuku (1957), kastriranjem ili uklanjanjem cvjetova lupine moguće produžiti razdoblje njegove vegetacije i, ujedno, vrijeme snažne aktivnosti čvornatih bakterija.

Višegodišnji čvorovi, za razliku od godišnjih čvorova, mogu funkcionirati dugi niz godina. Tako, na primjer, karagana ima višegodišnje čvorove, u kojima se proces starenja stanica odvija istovremeno s stvaranjem novih. U gliciniji (kineska glicinija) funkcioniraju i višegodišnji čvorići koji tvore sferne otekline na korijenu domaćina. Do kraja vegetacijske sezone bakteroidno tkivo višegodišnjih čvorića degradira, ali cijeli čvor ne odumire. Sljedeće godine ponovo počinje s radom.

Čimbenici koji određuju simbiotski odnos nodularnih bakterija s mahunarkama. Za simbiozu, koja osigurava dobar razvoj biljaka, potreban je određeni skup okolišnih uvjeta. Ako su okolišni uvjeti nepovoljni, tada će, čak i unatoč velikoj virulenciji, konkurentnoj sposobnosti i aktivnosti mikrosimbionta, učinkovitost simbioze biti niska.

Za razvoj čvorića optimalan sadržaj vlage je 60-70% ukupne vlažnosti tla. Minimalna vlažnost tla pri kojoj je još uvijek moguć razvoj čvornih bakterija u tlu iznosi približno 16% ukupnog kapaciteta vlage. Pri vlažnosti ispod ove granice, bakterije čvorića obično se više ne razmnožavaju, ali ipak ne umiru i mogu ostati neaktivne dugo vremena. Nedostatak vlage dovodi i do smrti već formiranih čvorova.

Često se u područjima s nedostatkom vlage mnoge mahunarke razvijaju bez stvaranja čvorića.

Budući da se reprodukcija nodularnih bakterija ne događa u nedostatku vlage, u slučaju suhog proljeća, inokulirano (umjetno zaraženo) sjeme mora se unijeti dublje u tlo. Na primjer, u Australiji su sjemenke na koje su primijenjene čvoričaste bakterije duboko usađene u tlo. Zanimljivo je da nodularne bakterije u tlu u sušnoj klimi upornije podnose sušu nego bakterije u tlu u vlažnoj klimi. To je manifestacija njihove ekološke prilagodljivosti.

Prekomjerna vlaga, kao i njezin nedostatak, također je nepovoljna za simbiozu - zbog smanjenja stupnja prozračivanja u zoni korijena, opskrba korijenskog sustava biljke pogoršava se. Nedovoljno prozračivanje također negativno utječe na čvorne bakterije koje žive u tlu, a koje se, kao što znate, bolje razmnožavaju kada je kisik dostupan. Ipak, velika aeracija u zoni korijena dovodi do činjenice da je kisik vezan redukcijskim sredstvima molekularnog dušika, smanjujući stupanj fiksacije čvorova dušikom.

Faktor temperature igra važnu ulogu u odnosu između nodularnih bakterija i mahunarki. Temperaturne karakteristike različitih vrsta mahunarki su različite. Također, različiti sojevi nodularnih bakterija imaju svoje specifične temperaturne optimume razvoja i aktivne fiksacije dušika. Valja napomenuti da se optimalne temperature za razvoj mahunarki, stvaranje čvorića i fiksaciju dušika ne podudaraju. Dakle, u prirodnim uvjetima, formiranje čvorova može se primijetiti na temperaturama nešto iznad 0 ° C, fiksiranje dušika u takvim uvjetima praktički ne dolazi. Moguće je da samo arktičke simbiotske mahunarke vežu dušik na vrlo niskim temperaturama. Obično se ovaj proces događa samo na 10 ° C i više. Maksimalna fiksacija dušika kod brojnih mahunarki primjećuje se na 20-25 ° C. Temperature iznad 30 ° C negativno utječu na proces akumulacije dušika.

Ekološka prilagodba temperaturnom faktoru u nodularnim bakterijama mnogo je manja nego u mnogim tipičnim saprofitnim oblicima. Prema E.N.Mishustin (1970.), to je zbog činjenice da su prirodno stanište nodularnih bakterija biljna tkiva, gdje temperaturne uvjete regulira biljka domaćin.

Reakcija tla ima veliki utjecaj na vitalnu aktivnost čvornih bakterija i stvaranje čvorića. Za različite vrste, pa čak i sojeve nodularnih bakterija, pH vrijednost staništa je nešto drugačija. Na primjer, bakterije korijena djeteline su otpornije na niske pH vrijednosti od bakterija korijena lucerke. Očigledno je da je ovdje pogođena i adaptacija mikroorganizama na okoliš. Djetelina raste na kiselijim tlima od lucerke. Reakcija tla kao ekološki faktor utječe na aktivnost i virulenciju nodularnih bakterija. Najaktivnije sojeve u pravilu je lakše izolirati iz tla s neutralnim pH vrijednostima. U kiselim tlima češći su neaktivni i slabo virulentni sojevi. Kisela sredina (pH 4,0-4,5) ima izravan učinak na biljke, posebno remeteći sintetske procese biljnog metabolizma i normalan razvoj korijenovih dlaka. U kiselom okruženju u inokuliranim biljkama period funkcioniranja bakteroidnog tkiva naglo se smanjuje, što dovodi do smanjenja stupnja fiksacije dušika.

U kiselim tlima, kako je primijetio AV Petersburgsky, soli aluminija i mangana prelaze u otopinu tla, što negativno utječe na razvoj korijenovog sistema biljaka i proces asimilacije dušika, te na sadržaj asimiliranih oblika fosfora, kalcija, molibden i ugljični dioksid također se smanjuju. Neželjene reakcije tla najbolje se uklanjaju vapnenjem.

Veličina simbiotske fiksacije dušika uvelike je određena prehrambenim uvjetima biljke domaćina, a ne bakterijama čvorića. Bakterijske nodule kao endotrofni simbioti biljaka uglavnom ovise o biljci za proizvodnju tvari koje sadrže ugljik i mineralnih hranjivih tvari.

Za nodularne bakterije, tkivo domaćina pruža hranjivi medij koji može zadovoljiti i najzahtjevnije sojeve zbog sadržaja svih vrsta hranjivih tvari u tkivu. Ipak, nakon uvođenja čvorišnih bakterija u tkivo biljke domaćina, njihov razvoj ne određuju samo unutarnji procesi, već u velikoj mjeri ovise i o djelovanju vanjskih čimbenika koji utječu na cijeli tijek zaraznog procesa. Sadržaj ili nedostatak jednog ili drugog nutrijenta u okolišu može biti odlučujući trenutak za manifestaciju simbiotske fiksacije dušika.

Stupanj opskrbe mahunarki raspoloživim oblicima mineralnih spojeva dušika određuje efikasnost simbioze. Na temelju brojnih laboratorijskih i vegetacijskih eksperimenata poznato je da što više spojeva koji sadrže dušik u okolišu, bakterijama je teže prodirati u korijen.

Poljoprivredna praksa zahtijeva nedvosmisleno rješenje problema - prikladnije je gnojiti mahunarke dušikom ili su u pravu oni istraživači koji tvrde da mineralni dušik potiskuje simbiotsko dušikovo fiksiranje mahunarki, pa je stoga ekonomski isplativije ne gnojiti takve biljke sa azotom. Na Katedri za agronomsku i biološku hemiju Poljoprivredne akademije u Moskvi. KA Timiryazev provela je pokuse čiji su rezultati omogućili dobivanje slike o ponašanju simbionta u uvjetima vegetacije i poljskim pokusima s opskrbom biljaka različitim dozama dušika u okolišu. Utvrđeno je da povećanje sadržaja topljivih spojeva koji sadrže dušik u okolišu u poljskim uvjetima pod optimalnim uvjetima za rast biljaka ne sprječava njihovu simbiozu s nodularnim bakterijama. Smanjenje udjela atmosferskog dušika koje asimiliraju biljke s povećanom opskrbom mineralnim dušikom ima samo relativan karakter. Apsolutna količina dušika koju asimiliraju bakterije iz atmosfere praktički se ne smanjuje, čak se često povećava u usporedbi s biljkama uzgojenim u prisutnosti kvržastih bakterija, ali bez dodavanja dušika u tlo.

Prehrana fosforom ima veliki značaj u aktiviranju asimilacije dušika mahunarkama. Pri niskom sadržaju fosfora u mediju, bakterije prodiru u korijen, ali se ne stvaraju čvorići. Mahunarke imaju neke posebnosti u razmjeni spojeva koji sadrže fosfor. Sjemenke mahunarki odlikuju se visokim sadržajem fosfora. Rezervni fosfor tokom klijanja sjemena koristi se drugačije od ostalih usjeva - relativno ravnomjerno za formiranje svih organa, ali u većoj mjeri koncentriran u korijenu. Stoga, u ranim fazama razvoja, mahunarke, za razliku od žitarica, u većoj mjeri zadovoljavaju svoje potrebe za fosforom nauštrb kotiledona, a ne rezervi tla. Što je veće seme, manje mahunarki zavisi od fosfora u tlu. Međutim, sa simbiotskim načinom postojanja, potreba za mahunarkama za fosforom veća je nego za autotrofnom. Stoga, s nedostatkom fosfora u mediju u inokuliranim biljkama, opskrba biljaka dušikom se pogoršava.

Poznato je da mahunarke iznose značajno više kalijuma po usjevu od ostalih usjeva. Stoga, kalij i posebno fosfor-kalijeva gnojiva značajno povećati produktivnost fiksiranja dušika mahunarkama.

Pozitivan učinak kalija na stvaranje čvorića i intenzitet fiksacije dušika uvelike je posljedica fiziološke uloge kalija u metabolizmu ugljikohidrata u biljci.

Kalcij je potreban ne samo za uklanjanje viška kiselosti tla. On igra posebnu ulogu u razvoju čvorića i osiguravanju normalne simbioze bakterija s biljkom domaćinom. Potrebu kalcija za nodularnu bakteriju može djelomično nadoknaditi stroncij. Zanimljivo je da nodularnim bakterijama tropskih usjeva koje rastu na kiselim lateritnim tlima nije potreban kalcij. Ovo opet otkriva ekološku prilagodbu čvorišnih bakterija, budući da tropska tla sadrže vrlo male količine kalcija.

Za simbiotsko fiksiranje dušika također su potrebni magnezij, sumpor i željezo. S nedostatkom magnezija, reprodukcija nodularnih bakterija je inhibirana, njihova vitalna aktivnost se smanjuje, a simbiotska fiksacija dušika se suzbija. Sumpor i željezo također imaju blagotvoran učinak na stvaranje čvorića i proces fiksacije dušika, posebno igrajući nesumnjivu ulogu u sintezi leghemoglobina.

Od mikroelemenata posebno treba istaknuti ulogu molibdena i bora. S nedostatkom molibdena, čvorići su slabo formirani, u njima je poremećena sinteza slobodnih aminokiselina i potisnuta je sinteza leghemoglobina. Molibden zajedno s drugim elementima s promjenjivom valencijom (Fe, Co, Cu) posreduje prijenos elektrona u redoks enzimskim reakcijama. S nedostatkom bora, vaskularni snopovi se ne stvaraju u čvorovima, pa je kao rezultat toga poremećen razvoj bakteroidnog tkiva.

Na stvaranje čvorića u mahunarkama uvelike utječe metabolizam biljnih ugljikohidrata, koji je određen brojnim faktorima: fotosintezom, prisutnošću ugljičnog dioksida u okolišu i fiziološkim karakteristikama biljaka. Poboljšanje ishrane ugljikohidratima ima blagotvoran učinak na proces inokulacije i akumulaciju dušika. S praktičnog gledišta, upotreba slame i slatkog svježeg gnojiva za gnojidbu mahunarki kao izvor ugljikohidrata od velikog je interesa. No, prve godine nakon unošenja slame u tlo, otrovne tvari se nakupljaju tijekom njenog raspadanja. Treba napomenuti da nisu sve vrste mahunarki osjetljive na toksične proizvode razgradnje slame; grašak, na primjer, ne reagira na njih.

Biološki faktori igraju određenu ulogu u simbiozi kvržastih bakterija i mahunarki.

Mnogo se pažnje posvećuje utjecaju mikroflore rizosfere na čvorišne bakterije, koje mogu imati i stimulacijski i antagonistički karakter, ovisno o sastavu rizosfernih mikroorganizama.

Mnogi su radovi posvećeni proučavanju faga čvoričastih bakterija. Većina faga može lizirati različite vrste bakterija, neki su specijalizirani samo u odnosu na određene vrste ili čak sojeve nodularnih bakterija. Fagi mogu spriječiti prodor bakterija u korijen i uzrokovati lizu stanica u čvornom tkivu. Fagi izazivaju pustoš kada liziraju preparate čvorića u biljkama koje proizvode nitragin.

Među različitim vrstama insekata koji štete kvržicama, posebno se izdvaja prugasti čvornjak čiji larve uništavaju kvržice na korijenu mnogih vrsta mahunarki (uglavnom jednogodišnjih). Rasprostranjen je i čekinjasti čvornjak.

U rano proljeće, ženke čvorastog žižaka polažu 10 do 100 jaja. Nakon 10-15 dana iz jaja se razvijaju male (do 5,5 mm) crvolike, savijene, bijele, sa svijetlosmeđom ličinkom, hraneći se uglavnom čvorićima i korijenovim dlačicama. Tek izlegle larve prodiru u čvor i hrane se njegovim sadržajem. Starije ličinke uništavaju čvorove izvana. Jedna ličinka uništi 2-6 čvorova u 30-40 dana. Posebno veliku štetu nanose po suhom i vrućem vremenu, kada se razvoj biljaka usporava.

Čvorovi lucerke i neke druge vrste mahunarki takođe su oštećeni velikim lucernovim žižakom.

Ženka buba polaže do 400 jaja, iz kojih se razvijaju beznoge, lučne, žućkastobijele, sa smeđom glavom, larve prekrivene smeđim čekinjama. Njihova dužina je 10-14 mm. Ciklus razvoja velikog lucernovog žižaka traje dvije godine.

U stepskim regijama pronađena je stepska nematoda na korijenu lucerke, djeteline i soje. Prije polaganja jaja ženke prodiru u korijen, gdje polažu od 12 do 20 jaja. U korijenu larve prolaze tri larvalne faze razvoja, ometajući funkcije korijena i čvorića.

Distribucija čvorića u prirodi. Kao simbiotski organizmi, nodularne bakterije šire se u tlu prateći određene vrste mahunarki. Nakon uništenja čvorova, stanice bakterija čvorića ulaze u tlo i prolaze u postojanje zbog različitih organskih tvari, poput drugih mikroorganizama u tlu. Gotovo sveprisutna rasprostranjenost nodularnih bakterija dokaz je visokog stupnja njihove prilagodljivosti različitim tla i klimatskim uvjetima, sposobnosti vođenja simbiotskog i saprofitskog načina života.

Shematizacijom trenutno dostupnih podataka o rasprostranjenosti čvorića u prirodi, mogu se napraviti sljedeće generalizacije.

Na djevičanskom i kultiviranom tlu obično su u velikim količinama prisutne kvržaste bakterije onih vrsta mahunarki koje su prisutne u divljoj flori ili se dugo uzgajaju na određenom području. Broj čvornih bakterija uvijek je najveći u rizosferi mahunarki, nešto manji u rizosferi drugih vrsta, a malo u tlu daleko od korijena.

U tlu se nalaze i djelotvorne i nedjelotvorne čvorišne bakterije. Postoji mnogo dokaza da dugotrajno saprofitsko postojanje čvoričastih bakterija, posebno u tlu s nepovoljnim svojstvima (kiselo, zaslanjeno), dovodi do smanjenja ili čak gubitka bakterijske aktivnosti.

Ukrštena infekcija različitih vrsta mahunarki često dovodi u prirodu i poljoprivrednu praksu do pojave čvorića na korijenu koji ne fiksiraju aktivno molekularni dušik. To obično ovisi o odsustvu odgovarajuće vrste bakterija iz korijenskih čvorova u tlu.

Ova se pojava posebno često primjećuje pri upotrebi novih vrsta mahunarki, koje su ili zaražene neefikasnim vrstama bakterija ukrštenih grupa, ili se razvijaju bez kvržica.

Čvorovi u biljkama koje nisu mahunarke.

Korijenski čvorovi ili čvorići slični formacijama rašireni su na korijenima ne samo mahunarki. Nalaze se u dvosmjernim biljkama i golosjemenjačama.

Postoji do 200 vrsta različitih biljaka koje vežu dušik u simbiozi s mikroorganizmima koji stvaraju kvržice na korijenu (ili lišću).

Kvržice golosjemenjača (redovi Cycadales - cikada, Ginkgoales - hyikgs, Coniferales - četinjača) imaju razgranati koralj, sferični ili zrnasti oblik. Oni su zadebljali, modificirani bočni korijeni. Priroda uzročnika koji uzrokuje njihovo stvaranje još nije razjašnjena. Endofiti golosjemenjača klasificirani su kao gljive (phycomycetes), aktinomicete, bakterije i alge. Neki istraživači sugeriraju postojanje višestruke simbioze. Na primjer, vjeruje se da su azotobakterija, nodularne bakterije i alge uključene u simbiozu kod cikada. Također, nije riješeno pitanje funkcije čvorova u golosjemenčicama. Brojni naučnici pokušavaju, prije svega, potkrijepiti ulogu čvorova kao učvršćivača dušika. Neki istraživači podokarp čvorove smatraju rezervoarima vode, a čvorići cikada često se pripisuju funkciji zračnog korijena.

Kod brojnih predstavnika dvokrilnih biljaka kritosjemenjača, čvorovi korijena otkriveni su prije više od 100 godina.

Prvo ćemo se zadržati na karakteristikama čvorića drveća, grmlja i polužbunova (porodice Coriariacoae, Myricaceae, Vetulaceae, Casuarinaceae, Elaeagnaceae, Rhamnaceae) koje pripadaju ovoj grupi. Kvržice većine predstavnika ove grupe su grozdovi u obliku koralja ružičasto-crvene boje, koji sa godinama poprimaju smeđu boju. Postoje dokazi o prisutnosti hemoglobina u njima. Kod vrsta iz roda Elaeagnus čvorovi su bijeli.

Čvorovi su često veliki. U casuarinima (Casuarina) dostižu dužinu od 15 cm. Funkcioniraju nekoliko godina.

Biljke s čvorićima uobičajene su u različitim klimatskim zonama ili na određenom području. Dakle, Shepherdia i Ceanothus nalaze se samo u Sjevernoj Americi, Casuarina - uglavnom u Australiji. Loch i bokvica su mnogo rasprostranjeniji.

Mnoge biljke ove grupe rastu na tlima siromašnim hranjivim tvarima - pijescima, dinama, stijenama, močvarama.

Kvržice johe (Alnus), posebno A. glutinosa, koje je 70 -ih godina prošlog stoljeća otkrio MS Voronin (slika 167) detaljno su proučene. Postoji pretpostavka da su čvorići karakteristični ne samo za moderne, već i za izumrle vrste johe, budući da su nađene na korijenima fosilne johe u tercijarnim sedimentima doline rijeke Aldan - u Jakutiji.

Endofit u čvorovima je polimorfan. Obično se javlja u obliku hifa, vezikula i bakteroida (slika 168). Taksonomski položaj endofita još nije utvrđen, budući da su se brojni pokušaji izoliranja u čistu kulturu pokazali besplodnim, a ako je bilo moguće izolirati kulture, pokazalo se da nisu virulentni.

Očigledno, glavni značaj cijele ove grupe biljaka leži u sposobnosti fiksiranja molekularnog dušika u simbiozi s endofitom. Uzgajajući se na područjima gdje je uzgoj poljoprivrednih usjeva ekonomski neefikasan, oni imaju pionirsku ulogu u razvoju zemljišta. Tako godišnji dodatak dušika u tlo irskih dina (Zelenortski Otoci) pod zasadima Casuarina equisetifolia doseže 140 kg / ha. Sadržaj dušika u tlu pod johom je 30-50% veći nego pod brezom, borom, vrbom. U osušenim listovima johe dušik je dvostruko veći nego u listovima drugih drvenastih biljaka. Prema proračunima A. Virtanena (1962.), johov nasad (u prosjeku 5 biljaka na 1 m2) daje povećanje dušika za 700 kg / ha za 7 godina.

Čvorovi su mnogo rjeđi u predstavnika porodice Zygophyllaceae (parifolia). Prvi ih je otkrio BL Isachenko (1913) na korijenskom sistemu Tribulus terrestris. Kasnije su čvorovi pronađeni i kod drugih vrsta tribulusa.

Većina članova porodice Zygophyllaceae su kserofitni grmovi ili višegodišnje trave. Uobičajeni su u pustinjama tropskih i suptropskih regija, a rastu na pješčanim dinama, pustarama i močvarama umjerenog pojasa.

Zanimljivo je napomenuti da će tropske biljke, poput svijetlocrvenog zelenog lista, stvarati kvržice samo pri visokim temperaturama i niskoj vlažnosti tla. Vlaženje tla do 80% njegovog punog kapaciteta vlage sprječava stvaranje čvorića. Kao što je poznato, suprotan fenomen primjećen je u mahunarkama umjerene klime. S nedostatkom vlage, ne stvaraju kvržice.

Čvorovi u biljkama porodice parifolia razlikuju se po veličini i položaju na korijenovom sistemu. Veliki čvorići obično se razvijaju na glavnom korijenu i blizu površine tla. Manji se nalaze na bočnim korijenima i na većoj dubini. Ponekad se na stabljikama stvaraju čvorići ako leže na površini tla.

Kvržice kopnenog tribulusa na pijesku uz južnu Bugu imaju izgled malih bijelih, blago zašiljenih ili okruglih bradavica.

Obično su prekriveni pleksusom gljivičnih hifa koje prodiru u korijen kore.

U svijetlocrvenoj parifoliji čvorovi su terminalno zadebljanje bočnih korijena biljaka. Bakteroidi se nalaze u čvorovima; bakterije su vrlo slične čvorićima.

Kvržice tropskih biljaka Tribulus cistoides su čvrste, zaobljene, promjera oko 1 mm, povezane s korijenom širokim dnom, često uvijenim na starim korijenima. Češće se nalaze na korijenu, naizmjenično, s jedne ili s obje strane (slika 169). Kvržice karakterizira odsustvo zone meristema. Sličan fenomen primjećen je pri stvaranju čvorova u četinarima. Čvor stoga nastaje zbog diobe ćelija pericikla stele.

Histološka studija čvorova Tribulus cistoides u različitim fazama razvoja pokazala je da im nedostaju mikroorganizmi. Na temelju toga, kao i nakupljanja velikih količina škroba u čvorovima, smatraju se formacijama koje obavljaju funkciju opskrbe biljaka rezervnim hranjivim tvarima.

Čvorovi šumske trske su sferične ili blago izdužene formacije do 4 mm u prečniku, čvrsto sede na korenima biljaka (slika 170). Boja mladih čvorova najčešće je bijela, povremeno ružičasta, starih - žuta i smeđa. Čvor je povezan sa središnjim cilindrom korijena širokim vaskularnim snopom. Kao i kod Tribulus cistoides, čvorovi trske imaju koru, parenhim kore, endodermu, periciklički parenhim i vaskularni snop (slika 171).

Bakterije u kvržicama šumske trske vrlo podsjećaju na kvržaste bakterije mahunarki.

Čvorići se nalaze na korijenu kupusa i rotkvice, članovi porodice krstonosnih. Pretpostavlja se da ih tvore bakterije koje imaju sposobnost vezivanja molekularnog dušika.

Među biljkama iz porodice madder, čvorići se nalaze u kafi Coffea robusta i Coffea klainii. Grane se dihotomno, ponekad spljoštene i imaju izgled lepeze. Bakterije i bakteroidne ćelije nalaze se u tkivima čvora. Bakterije, prema Steyartu (1932), pripadaju Rhizobiumu, ali se zovu Bacillus coffeicola.

Čvorovi u biljkama iz porodice rozacea pronađeni su na sušici (trava jarebica). U dva druga člana ove porodice, Purshia tridentata i Cercocarpus betuloides, opisani su tipični koralni čvorovi. Međutim, u literaturi nema podataka o građi ovih čvorova i prirodi njihovog patogena.

Iz porodice vrijeska može se spomenuti samo jedna biljka - medvjeđe uho (ili medvjetka), koje ima čvorove na korijenovom sistemu. Mnogi autori vjeruju da je to zktotrofna mikoriza poput koralja.

U kritosjemenjačama, monokotiledonim biljkama, čvorovi su uobičajeni među predstavnicima porodice žitarica: livadski rep, plavuša, sibirska dlaka i slana močvara. Čvorovi se stvaraju na krajevima korijena; su duguljasti, zaobljeni, žuljavi. Kod lisičjeg repa mladi čvorovi su svijetli, prozirni ili prozirni; s godinama dobivaju smeđu ili crnu boju. Podaci o prisutnosti bakterija u stanicama čvorova kontradiktorni su.

Lisnati čvorići.

Poznato je da više od 400 vrsta različitih biljaka formira kvržice na lišću. Čvorovi su najbolje proučeni u Pavetti i Psychotriji. Nalaze se na donjoj površini lišća duž glavne žile ili su razbacane između bočnih žila, imaju intenzivnu zelenu boju. Kloroplasti i tanin koncentrirani su u čvorovima. Starenjem se često pojavljuju pukotine na čvorovima.

Formirani čvor ispunjen je bakterijama koje, očigledno, u vrijeme klijanja sjemena inficiraju lišće biljke. Prilikom uzgoja sterilnog sjemena ne pojavljuju se kvržice i biljke razvijaju klorotično. Utvrđeno je da bakterije izolirane iz lisnih čvorova Psychotria bacteriopbyla pripadaju rodu Klebsiella (K. rubiacearum). Bakterije fiksiraju dušik ne samo u simbiozi, već i u čistoj kulturi - do 25 mg dušika po 1 g upotrijebljenog šećera. Mora se pretpostaviti da oni igraju važnu ulogu u ishrani biljaka na rubnim tlima dušikom. Postoji razlog za vjerovanje da one opskrbljuju biljke ne samo dušikom, već i biološki aktivnim tvarima.

Ponekad na površini lišća možete vidjeti sjajne filmove ili raznobojne mrlje. Formiraju ih mikroorganizmi filosfere - posebna vrsta epifitskih mikroorganizama koji također sudjeluju u prehrani biljaka dušikom. Bakterije filosfere su pretežno oligonitrofili (žive na račun zanemarivih primjesa spojeva koji sadrže dušik u mediju i u pravilu fiksiraju male količine molekularnog dušika), koje su u bliskom kontaktu s biljkom.

Biološki enciklopedijski rječnik

Rod bakterija koje učvršćuju dušik i stvaraju kvržice na korijenu mnogih mahunarki. Oni apsorbiraju atmosferski molekularni dušik i pretvaraju ga u dušikova jedinjenja, koja apsorbiraju biljke, a koje zauzvrat daju drugim biljkama ... ... Ekološki rječnik

Rod bakterija koje stvaraju čvoriće na korijenu mnogih mahunarki i fiksiraju molekularni dušik u zraku u uvjetima simbioze s biljkom. Aerobi ne stvaraju spor. Obogatite tlo dušikom. Pogledajte i Fiksiranje azotom ... Veliki enciklopedijski rječnik

Presjek čvora korijena soje. Bakterije, lat. Bradyrhizobium japonicum, posijajte korijenje i uđite u simbiozu koja fiksira dušik. Bakterije čvorova ... Wikipedia - simbiontne bakterije koje se razvijaju na tkivu korijena mahunarki i nekih drugih biljaka, sposobne vezati slobodni dušik u zraku i učiniti ga dostupnim višim biljkama ... Rečnik botaničkih izraza

Živi na korijenu mahunarki. i na njima formiraju posebne čvoriće in dutia, veličine od maka do graha i veće. K. b. su važan faktor u povećanju prinosa, jer uz njihovu pomoć mahunarke. asimilirati slobodni dušik iz atmosfere ... Poljoprivredni rječnik

STUD BAKTERIJE- (Rhizobium), rod aerobnih bakterija koje se talože u čvorovima na korijenu mahunarki i imaju sposobnost asimiliranja atm. dušikom i obogaćuju tlo njime. Žive u simbiozi s biljkama, opskrbljuju ih dušikom i od njih primaju ugljikove proizvode ... Poljoprivredni enciklopedijski rječnik

bakterija čvorića korijena- (Rhizobium), rod aerobnih bakterija koje se talože u čvorićima na korijenu mahunarki i imaju sposobnost asimiliranja atmosferskog dušika i obogaćivanje tla. Žive u simbiozi s biljkama, opskrbljuju ih dušikom i dobivaju ih iz biljaka ... ... Poljoprivreda. Veliki enciklopedijski rječnik