Paleontologiniai duomenys rodo, kad senovės ankštiniai kai kurie mazgai buvo kai kurie augalai, priklausantys Eucaesalpinioideae grupei.

Šiuolaikinėse ankštinių augalų rūšyse mazgeliai randami ant daugelio Papilionaceae šeimos narių šaknų.

Filogenetiškai primityvesni tokių šeimų kaip Caesalpiniaceae ir Mimosaceae atstovai daugeliu atvejų nesudaro mazgų.

Iš 13 000 ankštinių augalų rūšių (550 genčių) kolonėlių kol kas atskleista tik maždaug 1 300 rūšių (243 gentys). Tai visų pirma apima žemės ūkyje naudojamas augalų rūšis (daugiau nei 200).

Susiformavę mazgeliai, ankštiniai augalai įgyja galimybę pasisavinti atmosferos azotą. Tačiau jie taip pat sugeba maitintis susietomis azoto formomis - amonio ir azoto rūgšties druskomis. Tik vienas augalas - Hedysarum coronarium - pasisavina tik molekulinį azotą. Todėl šis augalas gamtoje neatsiranda be mazgelių.

Mazginės bakterijos ankštinius augalus tiekia azotu, kuris fiksuojamas iš oro. Augalai savo ruožtu aprūpina bakterijas angliavandenių apykaitos produktais ir mineralinėmis druskomis, kurių reikia augimui ir vystymuisi.

1866 m. Garsus botanikas ir dirvožemio mokslininkas MS Voroninas matė mažus „mažus kūnelius“ ankštinių augalų šaknų mazgeliuose. Voroninas tam laikui pateikė drąsių prielaidų: mazgų susidarymą susiejo su bakterijų veikla, o padidėjusį šaknies audinio ląstelių dalijimąsi - su augalo reakcija į šaknyje prasiskverbusias bakterijas.

Po 20 metų olandų mokslininkas Beijerinas K išskyrė bakterijas iš žirnių, vikių, smakro, pupelių, seradelių ir lelijų gumbų ir ištyrė jų savybes, išbandydamas jų gebėjimą užkrėsti augalus ir sukelti mazgelių susidarymą. Šiuos mikroorganizmus jis pavadino Bacillus radicicola. Kadangi sporas formuojančios bakterijos priklauso Bacillus genčiai, o mazgelinėms bakterijoms šis gebėjimas atimtas, A. Prazhmovsky jas pervadino Bacterium radicicola. B. Frankas pasiūlė sėkmingesnį bendrinį mazginių bakterijų pavadinimą - Rhizobium (iš graikų rhizo - šaknis, biologinis gyvenimas; gyvenimas ant šaknų). Šis vardas įsigalėjo ir vis dar naudojamas literatūroje.

Norint nurodyti mazgelių bakterijų rūšis, įprasta pridėti terminą, atitinkantį bendrinį pavadinimą Rhizobium Lotyniškas pavadinimas augalų tipo, iš kurių mazgelių jie yra izoliuoti ir ant kurių jie gali suformuoti mazgelius. Pavyzdžiui, Rhizobium trifolii - dobilų mazgelių bakterijos, Rhizobium lupini - lubinų mazgų bakterijos ir kt. Tais atvejais, kai mazgelių bakterijos sugeba suformuoti mazgelius ant skirtingų rūšių ankštinių augalų šaknų, tai yra, sukelia vadinamąją kryžminę infekciją, konkretus pavadinimas yra tarsi kolektyvinis - jis tiksliai atspindi šį „kryžminio užteršimo“ gebėjimą. Pavyzdžiui, Rhizobium leguminosarum - žirnių (Pisum), lęšių (Lens), gretų (Lathyrus) mazgelinės bakterijos.

Mazginių bakterijų morfologija ir fiziologija. Mazginių bakterijoms būdinga nuostabi formų įvairovė - polimorfizmas. Daugelis tyrinėtojų į tai atkreipė dėmesį tyrinėdami mazgelių bakterijas grynoje kultūroje laboratorijos sąlygomis ir dirvožemyje. Mazginės bakterijos gali būti lazdelės formos ir ovalios. Tarp šių bakterijų taip pat yra filtruojamų formų, L formų, nejudančių kokcoidinių ir judrių organizmų.

Jaunos mazgelių bakterijos grynoje kultūroje maistingose ​​terpėse paprastai turi lazdele pavidalo formą (143, 2, 3 pav.), Strypų dydis yra apie 0,5-0,9 X 1,2-3,0 mikrono, judrus, dauginasi dalijant. Dobilo mazgelių bakterijų lazdelės formos ląstelėse pastebimas dalijimasis su raištelėjimu. Su amžiumi lazdelių ląstelės gali pradėti pumpuruotis. Anot Gramo, ląstelės dažosi neigiamai, jų ultraflight struktūra būdinga gramneigiamoms bakterijoms (143, 4 pav.).

Senstant mazginės bakterijos praranda judrumą ir pereina į vadinamųjų diržinių strypų būseną. Šį pavadinimą jie gavo dėl tankių ir laisvų protoplazmos skyrių kaitaliojimo ląstelėse. Apdorojus ląsteles anilino dažais, ląstelių juostos gerai aptinkamos, žiūrint šviesos mikroskopu. Tankios protoplazmos vietos (diržai) yra nudažytos blogiau nei tarpai tarp jų. Liuminescenciniame mikroskope juostos yra šviesiai žalios, tarpai tarp jų nešviečia ir atrodo tamsūs (143 pav., 1). Diržai gali būti narvo viduryje arba galuose. Ląstelių juosta taip pat matoma elektronogramose, jei mėginys prieš žiūrėjimą nėra apdorotas kontrastinėmis medžiagomis (143, 3 pav.). Tikriausiai su amžiumi bakterinė ląstelė yra pripildyta riebalų intarpų, kurie nesuvokia spalvos ir dėl to sukelia ląstelės ruoželius. „Diržinių strypų“ stadija vyksta prieš bakteroidų - netaisyklingos formos ląstelių: sustorėjusias, šakotas, sferines, kriaušės ir kolbos formos formavimosi stadijas (144 pav.). Terminą „bakteroidai“ į literatūrą įvedė J. Brunhorstas 1885 m., Pritaikydamas jį neįprastos formos dariniams, daug didesniems nei lazdelės formos bakterijų ląstelės, randamos mazgų audiniuose.

,

Bakteroiduose yra daugiau volutino granulių ir jiems būdingas didesnis glikogeno ir riebalų kiekis nei lazdelės ląstelėse. Bakteroidai, auginami dirbtinėse maistinėse terpėse ir susiformavę mazgelių audiniuose, fiziologiškai yra to paties tipo. Manoma, kad bakteroidai yra nevisiško dalijimosi proceso bakterijos. Neišsamiai dalijant mazgelinių bakterijų ląsteles, atsiranda dichotomiškai išsišakojančios bakteroidų formos. Bakteroidų skaičius didėja senstant kultūrą; jų atsiradimą palengvina maistinės terpės išeikvojimas, medžiagų apykaitos produktų kaupimasis, alkaloidų patekimas į terpę.

Senose (dviejų mėnesių) mazgelių bakterijų kultūrose, naudojant elektroninį mikroskopą, daugelyje ląstelių galima atskleisti aiškiai apibrėžtus sferinės formos darinius (145 pav.) - artrosporas. Jų skaičius ląstelėse svyruoja nuo 1 iki 5.

Maistinėse terpėse skirtingų rūšių ankštinių augalų mazgelinės bakterijos auga skirtingu greičiu. Greitai augančios bakterijos yra žirniai, dobilai, liucernos, plačiosios pupelės, vikiai, lęšiai, ranka, saldieji dobilai, ožragės, pupelės, avinžirniai ir lyadvenetai; lėtai augančioms - lubinų, sojos pupelių, žemės riešutų, seradelių, mungų pupelių, karvių pupelių, sainfoinų, tarpūbių mazgelių bakterijoms. Visiškai susiformavusias greitai augančių kultūrų kolonijas galima gauti 3–4 inkubacijos dieną, lėtai augančių kultūrų kolonijas - 7–8.

Greitai augančioms mazgelinėms bakterijoms būdingas peritrichinis vėliavos išsidėstymas, lėtai augančioms - monotriškas (42 lentelė, 1–5).

Augant ant skystos terpės, mazgelinių bakterijų ląstelėse, be vėliavėlių, formuojasi gijiniai ir į granules panašūs ataugos (42, 43 lentelės). Jų ilgis siekia 8-10 mikronų. Paprastai jie yra ant ląstelės peritrichialo paviršiaus, jų ląstelėje yra nuo 4 iki 10 ar daugiau.

,

Greitai augančių mazgelių bakterijų kolonijos turi kepto pieno spalvą, dažnai permatomos, gleivėtos, lygiais kraštais, vidutiniškai išgaubtos, laikui bėgant jos auga ant agaro terpės paviršiaus. Lėtai augančių bakterijų kolonijos yra labiau išgaubtos, mažesnės, sausos, tankios ir paprastai neauga terpės paviršiuje. Mazgelių bakterijų gaminamos gleivės yra polisacharidų tipo kompleksinis junginys, apimantis heksozes, pentozes ir urono rūgštis.

Mazginės bakterijos yra mikroaerofilai (išsivysto esant nereikšmingam deguonies kiekiui aplinkoje), tačiau pirmenybę teikia aerobinėms sąlygoms.

Kaip anglies šaltinį maistinėse terpėse, mazgelių bakterijos naudoja angliavandenius ir organines rūgštis, kaip azoto šaltinį - įvairius mineralinius ir organinius azoto turinčius junginius. Kultivuojant terpėje, kurioje yra daug azoto turinčių medžiagų, mazgelių bakterijos gali prarasti gebėjimą prasiskverbti į augalą ir suformuoti mazgelius. Todėl mazgelinės bakterijos dažniausiai auginamos ant augalų ekstraktų (pupelių, žirnių sultinio) ar dirvožemio ekstraktų. Fosforo vystymuisi reikalingas mazgelines bakterijas galima gauti iš mineralinių ir organinių fosforo turinčių junginių; kalcio, kalio ir kt šaltinis mineraliniai elementai mineraliniai junginiai gali tarnauti.

Norint slopinti pašalinę saprofitinę mikroflorą, išskiriant mazgelių bakterijas iš mazgelių arba tiesiai iš dirvožemio, rekomenduojama naudoti kultūros terpę, pridedant kristalinės violetinės, tanino ar antibiotikų.

Norint sukurti daugumą mazginių bakterijų kultūrų, jis reikalingas optimali temperatūra per 24-26 °. Esant 0 ° ir 37 ° C temperatūrai, augimas sustoja. Paprastai mazgelių bakterijų kultūros laboratorijoje laikomos žemoje temperatūroje (2–4 ° C).

Daugelis mazginių bakterijų tipų sugeba sintetinti B grupės vitaminus, taip pat augimo medžiagas, tokias kaip heteroauxinas (α-indolacto rūgštis).

Visos mazgelinės bakterijos yra maždaug vienodai atsparios šarminei terpės reakcijai (pH = 8,0), tačiau nevienodai jautrios rūgščiai.

Mazginių bakterijų specifiškumas, virulentiškumas, konkurencingumas ir aktyvumas.

Koncepcija specifiškumas mazgelinės bakterijos - kolektyvinės. Tai apibūdina bakterijų gebėjimą formuoti mazgelius augaluose. Jei kalbėtume apie mazgelių bakterijas apskritai, tai joms mazgų susidarymas tik ankštinių augalų grupėje jau yra savaime specifinis - jie yra selektyvūs ankštiniams augalams.

Tačiau jei atsižvelgsime į atskiras mazgelinių bakterijų kultūras, paaiškėja, kad tarp jų yra tokių, kurios sugeba užkrėsti tik tam tikrą, kartais didesnę, kartais mažesnę, ankštinių augalų grupę, ir šia prasme mazginių bakterijų specifiškumas yra selektyvus augalo šeimininko gebėjimas. Mazginių bakterijų specifiškumas gali būti siauras (dobilų mazgelių bakterijos užkrėsia tik dobilų grupę - rūšinis specifiškumas, o lubinų mazgų bakterijos gali būti apibūdinamos net veislės specifiškumu - užkrėsti tik alkaloidines ar ne alkaloidines lubinų veisles). Esant dideliam specifiškumui, žirnių mazgelinės bakterijos gali užkrėsti žirnių augalus, gretas ir pupeles, o grybelių ir pupelių mazgelinės bakterijos gali užkrėsti žirnių augalus, tai yra, joms visiems būdinga „kryžminės infekcijos“ galimybė. Mazginių bakterijų specifiškumas yra jų klasifikacija.

Mazginių bakterijų specifika atsirado dėl ilgalaikio jų prisitaikymo prie vieno augalo ar jų grupės ir dėl šios savybės genetinio perdavimo. Šiuo atžvilgiu kryžminės infekcijos grupėje taip pat pastebimas skirtingas mazgelių bakterijų prisitaikymas prie augalų. Pavyzdžiui, liucernos mazgelių bakterijos gali suformuoti mazgelius saldžiuose dobiluose. Tačiau nepaisant to, jie labiau pritaikyti liucernai, o saldžiųjų dobilų bakterijos - melilotui.

Ankštinių augalų šaknų sistemos užkrėtimo mazgelinėmis bakterijomis procese tai yra labai svarbu virulentiškumas mikroorganizmai. Jei specifiškumas lemia bakterijų veikimo spektrą, tai mazgelinių bakterijų virulentiškumas apibūdina jų veikimo aktyvumą šiame spektre. Virulentiškumas reiškia mazgelių bakterijų gebėjimą prasiskverbti į šaknies audinius, ten daugintis ir sukelti mazgelius.

Svarbų vaidmenį vaidina ne tik gebėjimas prasiskverbti į augalo šaknis, bet ir šio įsiskverbimo greitis.

Norint nustatyti mazgelių bakterijų padermės virulentiškumą, būtina nustatyti jos gebėjimą sukelti mazgų susidarymą. Bet kurios padermės virulentiškumo kriterijus gali būti minimalus bakterijų skaičius, užtikrinantis stipresnę šaknų infekciją, palyginti su kitomis padermėmis, dėl kurių susidaro mazgai.

Dirvoje, esant kitoms padermėms, virulentiškesnė padermė ne visada pirmiausia užkrės augalą. Tokiu atveju turėtumėte į tai atsižvelgti. konkurencingumą, kuris natūraliomis sąlygomis dažnai užmaskuoja virulentiškumą.

Būtina, kad virulentiškos padermės taip pat turėtų konkurencingumo, tai yra, jos galėtų sėkmingai konkuruoti ne tik su vietinės saprofitinės mikrofloros atstovais, bet ir su kitomis mazginių bakterijų padermėmis. Padermės konkurencingumo rodiklis yra jos suformuotų mazgelių skaičius procentais nuo viso augalų šaknų mazgelių skaičiaus.

Svarbi mazginių bakterijų savybė yra jų veikla(efektyvumas), t. y. galimybė simbiozėje su ankštiniais augalais pasisavinti molekulinį azotą ir patenkinti augalo-šeimininko poreikius. Priklausomai nuo to, kiek mazgelinės bakterijos prisideda prie ankštinių augalų derlingumo padidėjimo (146 pav.), Jos paprastai skirstomos į aktyvias (efektyvias), neaktyvias (neveiksmingas) ir neaktyvias (neveiksmingas).

Bakterijų padermė, neaktyvi vienam augalui-šeimininkui, simbiozėje su kita rūšimi pupelių augalas gali būti gana efektyvus. Todėl apibūdinant padermę pagal jos efektyvumą, visada reikia nurodyti, atsižvelgiant į tai, kurios rūšies augalo šeimininkui pasireiškia jo poveikis.

Mazginių bakterijų veikla nėra nuolatinė savybė. Dažnai laboratorinėje praktikoje sumažėja aktyvumas mazgelinių bakterijų kultūrose. Tokiu atveju arba kultūra prarandama, arba atsiranda atskiros mažo aktyvumo ląstelės. Mazginių bakterijų aktyvumo laipsnio sumažėjimas pasireiškia esant tam tikriems antibiotikams ir amino rūgštims. Viena iš mazgelių bakterijų aktyvumo praradimo priežasčių gali būti fago įtaka. Perduodant, tai yra, pakartotinį bakterijų perėjimą per augalą šeimininką (pritaikymas tam tikros rūšies augalams), galite gauti efektyvių štamų nuo neveiksmingų.

Veikiant y spinduliams, galima gauti padidinto efektyvumo štamus. Yra žinomi labai neaktyvių liucernos mazgelių bakterijų radiomutantų atsiradimo atvejai. Jonizuojančiosios spinduliuotės, kuri greičiausiai turi tiesioginį poveikį ląstelės genetinių savybių pokyčiams, naudojimas gali būti perspektyvus būdas pasirinkti labai aktyvias mazgelių bakterijų padermes.

Ankštinių augalų užkrėtimas mazgelinėmis bakterijomis.

Norint užtikrinti normalų šaknų sistemos užkrėtimo mazgelinėmis bakterijomis procesą, šaknų zonoje būtina turėti gana daug gyvybingų bakterijų ląstelių. Tyrėjai skiriasi dėl ląstelių, reikalingų inokuliacijos procesui palaikyti, skaičiaus. Taigi, pasak amerikiečių mokslininko O. Allano (1966), mažų sėklų augalų inokuliacijai reikia 500–1000 ląstelių, o didelių sėklų augalų - mažiausiai 70 000 ląstelių vienai sėklai. Pasak Australijos tyrinėtojo J. Vincento (1966), skiepijimo metu kiekvienoje sėkloje turėtų būti bent keli šimtai gyvybingų ir aktyvių mazgelių bakterijų ląstelių. Yra įrodymų, kad pavienės ląstelės taip pat gali būti įvestos į šaknies audinį.

Vystantis ankštinių augalų šaknų sistemai, šaknų mazgelių bakterijų dauginimąsi šaknies paviršiuje skatina šaknų išskyros. Šaknies kepurėlių ir plaukų sunaikinimo produktai taip pat vaidina svarbų vaidmenį aprūpinant mazgelių bakterijas tinkamu substratu.

Ankštinių augalų rizosferoje smarkiai stimuliuojamas mazgelių bakterijų vystymasis, javų augalams šis reiškinys nepastebimas.

Šaknies paviršiuje yra gleivinės medžiagos (matricos) sluoksnis, kuris susidaro nepriklausomai nuo bakterijų buvimo rizosferoje. Šis sluoksnis yra aiškiai matomas tiriant šviesos optiniu mikroskopu (147 pav.). Po inokuliacijos mazgelinės bakterijos dažniausiai veržiasi į šį sluoksnį ir jame kaupiasi (148 pav.) Dėl stimuliuojančio šaknies poveikio, kuris pasireiškia net iki 30 mm atstumu.

,

Šiuo laikotarpiu, prieš mazgelinių bakterijų patekimą į šaknies audinį, rizosferos bakterijos yra ypač judrios. Ankstyvuose darbuose, kuriuose tyrimams buvo naudojamas šviesos mikroskopas, rizosferoje esančios mazgelinės bakterijos buvo vadinamos būriais (gonidijomis ar zoosporomis) - „spiečiais“. Taikant Fareus (1957) metodą, galima pastebėti ypač greitai judančių swermerių kolonijų susidarymą šaknies galiuko ir šaknies plaukelių srityje. Schwermerio kolonijos egzistuoja labai trumpai - mažiau nei parą.

Apie įsiskverbimo mechanizmą Yra keletas hipotezių apie mazgelines bakterijas augalo šaknyje. Įdomiausi iš jų yra šie. Vienos iš hipotezių autoriai teigia, kad mazgelinės bakterijos prasiskverbia į šaknį pažeisdamos epidermio ir plutos audinius (ypač šoninių šaknų šakose). Ši hipotezė buvo pateikta remiantis Brillo (1888) tyrimais, kurie ankštiniuose augaluose sukėlė mazgų susidarymą, pradurdami šaknis adata, panardinta į mazgelių bakterijų suspensiją. Kaip ypatingas atvejis, toks įgyvendinimo būdas yra gana realus. Pavyzdžiui, žemės riešutuose mazgeliai daugiausia yra šaknų šakų pažastyse, o tai rodo, kad šaknies mazgelio bakterijos prasiskverbia į šaknį per pertraukas šoninių šaknų daiginimo metu.

Hipotezė apie šaknies mazgo bakterijų prasiskverbimą į šaknies audinį per šaknies plaukelius yra įdomi ir ne be pagrindo. Mazgelių bakterijų prasiskverbimo per šaknų plaukelius kelią pripažįsta dauguma tyrinėtojų.

Labai įtikina P. Darto ir F. Mercerio (1965) prielaida, kad mazgelinės bakterijos į šaknį įvedamos mažų (0,1–0,4 μm) kokcoidinių ląstelių pavidalu celiuliozės intervalais (0,3–0,4 μm). šaknies plaukelių pirminės membranos. Elektroninę mikroskopinę šaknies paviršiaus fotografiją (149 pav.), Gautą taikant replikos metodą, ir tai, kad ankštinių augalų rizosferoje mažėja mazgelinių bakterijų ląstelės, patvirtina ši padėtis.

Gali būti, kad šaknies mazgo bakterijos gali prasiskverbti į šaknį per jaunų šaknies galiukų epidermio ląsteles. Pasak Prazhmovsky (1889), bakterijos gali prasiskverbti į šaknį tik per jaunos ląstelės membraną (šaknies plaukelius ar epidermio ląsteles) ir visiškai nesugeba įveikti chemiškai pakitusio ar kamštinio žievės sluoksnio. Tai gali paaiškinti, kad mazgeliai paprastai išsivysto jaunose pagrindinės šaknies ir atsirandančių šoninių šaknų srityse.

Pastaruoju metu auksino hipotezė tapo labai populiari. Šios hipotezės autoriai mano, kad šaknies mazgelio bakterijos prasiskverbia į šaknį, stimuliuodamos (β-indolacto rūgšties (heteroauxino) sintezę iš triptofano, kuris visada būna augalų šaknų išskyrose. 150 pav.).

Akivaizdu, kad β-indolacto rūgšties šaltinis augalų užkrėtimo metu yra ne tik augalai, kurie per šaknų sistemą išskiria triptofaną, kurį daugelis bakterijų tipų, įskaitant šaknų mazgelius, gali paversti β-indolacto rūgštimi. Pačios mazgelinės bakterijos ir galbūt kitų rūšių dirvožemio mikroorganizmai, gyvenantys šaknų zonoje, taip pat gali dalyvauti heteroauxino sintezėje.

Tačiau auksino hipotezės negalima priimti besąlygiškai. Heteroauksino poveikis yra nespecifinis ir sukelia įvairių augalų, ne tik ankštinių augalų, šaknų plaukelių kreivumą. Tuo pačiu metu mazgelinės bakterijos sukelia šakniaplaukių kreivumą tik ankštiniuose augaluose, o jų selektyvumas gana didelis. Jei nagrinėjamą poveikį nustatytų tik β-indolacto rūgštis, tokio specifiškumo nebūtų. Be to, šaknies plaukelių pokyčiai, veikiami mazgelių bakterijų, yra šiek tiek kitokie nei veikiant heteroauxinui.

Taip pat reikėtų pažymėti, kad kai kuriais atvejais ne lenkti šaknies plaukeliai yra paveikti infekcijos. Stebėjimai rodo, kad liucernoje ir žirniuose 60–70% šaknies plaukelių yra sulenkti ir garbanoti, o dobiluose - apie 50%. Kai kuriuose dobilų tipuose ši reakcija pastebima ne daugiau kaip 1/4 užkrėstų plaukų. Kreivumo reakcijoje akivaizdžiai didelę reikšmę turi šaknų plaukų būklė. Augantys šaknų plaukeliai jautriausiai reaguoja į bakterijų gaminamų medžiagų poveikį.

Yra žinoma, kad mazgelinės bakterijos sukelia šaknų plaukelių sienelių minkštėjimą. Tačiau jie nesudaro nei celiuliozės, nei pektinolitinių fermentų. Atsižvelgiant į tai, buvo pasiūlyta, kad mazgelinės bakterijos prasiskverbtų į šaknis dėl polisacharidinio pobūdžio gleivių išsiskyrimo, dėl kurio augalai sintetina fermentą poligalakturonazę. Šis fermentas, sunaikinantis pektino medžiagas, veikia šaknies plaukelių membraną, todėl jis tampa plastiškesnis ir pralaidesnis. Ne dideli kiekiai poligalakturonazės visada yra šaknies plaukeliuose ir, matyt, dėl to, kad dalinai ištirpsta atitinkami membranos komponentai, ląstelė gali išsitempti.

Kai kurie tyrinėtojai mano, kad šaknies mazgų bakterijos prasiskverbia į šaknis per palydovines bakterijas, kurios gamina pektinolitinius fermentus. Ši hipotezė buvo pateikta remiantis šiais faktais. Mikroskopuojant šaknies plaukelius, daugelis tyrinėtojų atkreipė dėmesį į šviesos dėmės buvimą, aplink kurią kaupiasi mazgelinės bakterijos. Ši vieta gali būti audinių maceracijos (sunaikinimo) pradžios protopektinaze požymis pagal analogiją su tuo pačiu bruožu, kuris pastebimas daugelio bakterinių ligų turinčiuose augaluose. Be to, buvo nustatyta, kad avirulentinės mazgelių bakterijų kultūros, esant bakterijoms, gaminančioms pektinolitinius fermentus, gali prasiskverbti į šaknį.

Reikėtų atkreipti dėmesį į dar vieną hipotezę, pagal kurią mazgelinės bakterijos patenka į šaknį formuojantis į pirštus panašiam šaknies plauko paviršiaus įsikišimui. Šaknies plaukų kirpimo elektronų difrakcijos schema, patvirtinanti šią hipotezę (150 pav., 3 pav.), Rodo šaknies plauką, sulenktą skėčio rankenos pavidalu, kurio vingyje kaupiasi mazginės bakterijos. Mazgelių bakterijas tarsi įsiurbia (praryja) šaknies plaukai (kaip ir pinocitozė).

Iš esmės intususcepcijos hipotezės negalima atskirti nuo auksino ar fermentinės hipotezės, nes intususcepcija atsiranda dėl auksino arba fermentinio faktoriaus poveikio.

Mazginių bakterijų įvedimas į šaknies audinį yra vienodas visų rūšių ankštiniams augalams ir susideda iš dviejų fazių. Pirmoje fazėje šaknų plaukeliai užsikrečia. Antroje fazėje mazgų susidarymo procesas yra intensyvus. Fazių trukmė skirtingoms augalų rūšims yra skirtinga: Trifolium fragiferum pirmoji fazė trunka 6 dienas, Trifolium nigrescens - 3 dienas.

Kai kuriais atvejais labai sunku nustatyti ribas tarp fazių. Intensyviausiai mazgelių bakterijos į šaknų plaukelius patenka ankstyvose augalų vystymosi stadijose. Antroji fazė baigiasi masinio mazgo formavimosi laikotarpiu. Dažnai mazgelių bakterijos patenka į šaknų plaukelius net ir susiformavus mazgams ant šaknų. Ši vadinamoji perteklinė ar papildoma infekcija atsiranda dėl to, kad plaukelių infekcija nesibaigia. ilgas laikas... Vėliau užsikrėtus, mazgeliai paprastai būna žemiau palei šaknį.

Šaknies plaukelių išsivystymo tipas, struktūra ir tankis neturi įtakos mazgelinių bakterijų prasiskverbimo greičiui. Mazgų susidarymo vietos ne visada yra susijusios su užkrėstų plaukų vietomis.

Įsiskverbusios į šaknį (per šaknies plauką, epidermio ląstelę, šaknies pažeidimo vietas), šaknies mazgelio bakterijos juda toliau į augalo šaknies audinį. Lengviausiai bakterijos praeina per tarpląstelines erdves.

Į šaknies audinį gali prasiskverbti viena ląstelė arba bakterijų ląstelių grupė. Jei įvedama atskira ląstelė, ji gali toliau judėti per audinį kaip vieniša. Šaknų infekcijos kelias atskiromis ląstelėmis būdingas lubinų augalams.

Tačiau daugeliu atvejų įsiveržusi ląstelė, aktyviai daugindamasi, formuoja vadinamuosius infekcinius siūlus (arba infekcines sruogas) ir jau tokių siūlų pavidalu juda į augalo audinį.

Terminas „infekcinis siūlas“ atsirado tiriant infekcijos procesą šviesos mikroskopu. Pradedant nuo Beijerincko darbo, infekcijos siūlas buvo laikomas gleivine hifaline mase, į kurią buvo uždengtos dauginančios bakterijos.

Iš esmės infekcijos gija yra dauginančių bakterijų kolonija. Jo kilmė yra vieta, kur prasiskverbė viena ląstelė ar ląstelių grupė. Gali būti, kad prieš įvedant bakterijas į šaknis, šaknies paviršiuje pradeda formuotis bakterijų kolonija (taigi ir būsimas infekcinis siūlas).

Užkrėstų šaknų plaukelių skaičius kiekviename augale labai skiriasi. Infekcinės gijos dažniausiai atsiranda deformuotuose, susisukusiuose šaknies plaukeliuose. Tačiau yra požymių, kad panašių siūlų kartais būna tiesiuose plaukuose. Šaknies plaukeliuose dažniau pastebimas vienas išsišakojantis siūlas, rečiau - du. Kai kuriais atvejais vienas šaknies plaukelis turi kelis siūlus arba keli turi įprastus infekcijos siūlus, todėl atsiranda vienas mazgas (151 pav.).

Užkrėstų šaknų plaukelių procentas iš viso deformuotų plaukų yra nepaaiškinamai mažas. Paprastai jis svyruoja nuo 0,6 iki 3,2, kartais pasiekia 8,0. Sėkmingų infekcijų dalis yra dar mažesnė, nes tarp infekcinių siūlų yra daug (iki 80%) vadinamųjų abortinių siūlų, kurie nustojo vystytis. Normaliai besivystančių infekcinių siūlų augimo greitis augale yra 5 - 8 mikronai per valandą. Tokiu greičiu infekcinis siūlas per vieną dieną gali praeiti per 100–200 mikronų ilgio šaknies plaukus.

Morfologinės ir anatominės mazgų ypatybės jų ontogenezėje.

Pagal formavimo metodą ankštinių augalų gumbai skirstomi į du tipus:

1 tipas - mazgeliai atsiranda dalijantis periciklo (kampinio sluoksnio) ląstelėms, dažniausiai išsidėsčiusioms priešais protoksilemą (pirmąjį kraujagyslių susidarymo metu) - endogeninis mazgų susidarymo tipas;

2 tipas - mazgeliai atsiranda iš šaknies žievės dėl patogeno įvedimo į žievės parenchimines ląsteles ir endodermą (vidinį pirminės žievės sluoksnį) - egzogeninį mazgų susidarymo tipą.

Pastarasis tipas vyrauja gamtoje. Šaknies centrinio cilindro audiniai dalyvauja tik formavime kraujagyslių sistema tiek endogeninių, tiek egzogeninių tipų mazgeliai.

Nepaisant skirtingų nuomonių apie egzo- ir endotipų mazgų atsiradimo pobūdį, jų vystymosi procesas iš esmės yra tas pats. Tačiau nei vieno, nei kito mazgo formavimosi jokiu būdu negalima tapatinti su šoninių šaknų formavimosi procesu, nepaisant to, kad jų kilmė yra tam tikra. Taigi mazgelių ir šoninių šaknų formavimasis vyksta tuo pačiu metu, be to, toje pačioje šaknų zonoje.

Tuo pačiu metu daugybė šoninių šaknų ir mazgelių vystymosi ypatumų pabrėžia gilius jų formavimo tipo skirtumus. Šoninės šaknys atsiranda pericikle. Nuo pat pirmųjų vystymosi momentų jie siejami su centriniu pagrindinės šaknies cilindru, nuo kurio išsišakoja šoninių šaknų centriniai cilindrai, ir jie visada kyla prieš pirminės medienos spindulį. Mazgo susidarymas, priešingai nei šoninė šaknis, yra įmanomas bet kur. Pačioje mazgelinio audinio formavimosi pradžioje nėra kraujagyslių ryšio su šaknies centriniu cilindru, jis atsiranda vėliau. Laivai paprastai formuojami palei mazgo periferiją. Jie yra sujungiami su šaknies indais per tracheido zoną ir turi savo endodermą (152 pav.).

Mazgų ir šoninių šaknų pobūdžio skirtumas ypač aiškiai pastebimas seradelėse, nes šio augalo pagrindinės šaknies plutos audinys - pirmųjų mazgelių kilmės vieta - susideda iš santykinai mažo ląstelių sluoksnio ir mazgeliai tampa labai greitai matomas po šaknų infekcijos bakterijomis. Jie suformuoja pirmas suplotas projekcijas šaknyje, o tai leidžia jas atskirti nuo kūginių šoninių šaknų projekcijų. Mazgeliai nuo šoninių šaknų skiriasi keletu anatominių ypatybių: nėra centrinio cilindro, šaknies kepurėlių ir epidermio ir yra didelis žievės sluoksnis, apimantis mazgą.

Ankštinių augalų mazgeliai (153, 1, 2 pav.) Susidaro tuo laikotarpiu, kai šaknis vis dar turi pirminę struktūrą. Tai prasideda dalijantis pagrindines ląsteles, esančias 2-3 sluoksnių atstumu nuo infekcinių gijų galų. Žievės sluoksniai, perverti infekciniais siūlais, lieka nepakitę. Tuo pačiu metu seradelloje pagrindinės ląstelės dalijasi tiesiai po užkrėstais šaknų plaukais, o žirniuose ląstelių dalijimasis pastebimas tik priešpaskutiniame žievės sluoksnyje.

Dalijimasis suformavus radialinio audinio struktūrą tęsiasi iki vidinių šerdies ląstelių. Tai atsitinka be apibrėžtos krypties, atsitiktinai, ir dėl to atsiranda mazgo meristema (edukacinių audinių sistema), susidedanti iš mažų granulių ląstelių.

Pasikeitusios žievės ląstelės keičiasi: branduoliai yra suapvalinti ir padidėja, ypač padidėja branduoliai. Po mitozės branduoliai išsiskiria ir, neįgydami pradinės formos, vėl pradeda dalytis.

Iškyla antraeilis meristemas. Netrukus endodermoje ir pericikle atsiranda pradinio dalijimosi požymių, kurie buvusiose išorinėse ląstelėse daugiausia atsiranda tangentinėmis pertvaromis. Šis dalijimasis galiausiai tęsiasi iki bendro meristematinio komplekso, kurio mažos ląstelės išsitiesia, vakuolės išnyksta, branduolys užpildo didžiąją dalį ląstelės. Susidaro vadinamasis pirminis mazgelis, kurio ląstelių plazmoje nėra mazginių bakterijų, nes šiame etape jie vis dar yra infekcinių gijų viduje. Kol formuojasi pagrindinis mazgas, infekcinės gijos daug kartų išsišakoja ir gali praeiti arba tarpląsteliniu būdu tarp ląstelių (154 pav.), Arba per ląsteles - tarpląsteliniu būdu - ir įnešti bakterijų (155 pav.).

,

Dėl aktyvaus mazgelių bakterijų dauginimosi jose tarpląsteliniai infekciniai siūlai dažnai įgauna keistą formą - jie susidaro kišenių (divertikulų) ar deglų pavidalu (žr. 154 pav.).

Infekcinių gijų judėjimo iš ląstelės į ląstelę procesas nėra visiškai aiškus. Akivaizdu, kad infekcinės gijos, pasak kanadiečių mikrobiologo D. Jordano (1963), plikų gleivinių virvelių pavidalu klaidžioja augalo audinio tarpląstelinėse erdvėse, kol dėl kai kurių vis dar nepaaiškinamų priežasčių jos ima skverbtis į citoplazmą. gretimų ląstelių.

Kai kuriais atvejais infekcinių siūlų invazija įvyksta vienoje, kai kuriais atvejais - kiekvienoje gretimoje ląstelėje. Per šias invazines vamzdines ertmes (diverticula) teka siūlų turinys, uždarytas gleivėse. Dauguma aktyvus augimas Infekcijos gijos paprastai atsiranda šalia augalo ląstelės branduolio. Gijų įsiskverbimą lydi branduolio judėjimas, kuris juda į infekcijos vietą, didėja, keičia formą ir degeneruojasi. Panašus vaizdas pastebimas ir grybelinės infekcijos atveju, kai branduolys dažnai būna ūsuotas

0

Agronomijai labai įdomus ankštinių augalų ir mazgelių bakterijų simbiotinių asociacijų vystymasis. Šios simbiozės suteikia didžiąją dalį pasėlių biologiškai surišto azoto.

Mazginės bakterijos yra gana įprasti gramneigiami mikroorganizmai, sujungti į vieną šeimą su žinomomis fitopatogeninėmis bakterijomis Agrobacterium. Nors mazgelinės bakterijos šiame straipsnyje aptariamos tik atsižvelgiant į jų vaidmenį simbiotiniuose santykiuose su augalais, visada reikia prisiminti, kad jos yra labai gerai pritaikytos ilgalaikiam išgyvenimui dirvožemyje, net jei nėra specifinių augalų šeimininkų . Panašiai šių bakterijų šeimininkai - ankštiniai augalai, pavyzdžiui, sojos pupelės ir dobilai, gali gerai augti be jų simbiontų. Ankštinių augalų ir mazgelių bakterijų simbiozė yra veikiau neprivaloma, o ne privaloma asociacija. Paprastai jis yra naudingas abiem organizmams, bet nėra būtinas jų vystymuisi. Kiekvienas šios asociacijos partneris gali gyventi pats ir yra tam gerai pasirengęs. Todėl galima tikėtis, kad infekcijos procese ir nustatant simbiozę mazgelių bakterijų vystymasis turėtų greitai pasikeisti, ty vyksta adaptacija, leidžianti joms pereiti iš sudėtingos dirvožemio buveinės į dinamišką šaknies aplinką. paviršiaus, o tada į labai ypatingą aplinką ląstelių viduje. Šeimininkas augalas taip pat turi greitai reaguoti į simbiotinių bakterijų buvimą ant šaknų paviršiaus, o šeimininko reakcijos turi būti labai skirtingos nuo jų reakcijos į kitus dirvožemio mikroorganizmus. Šeimininkas augalas turi patirti reikšmingų vidinių pokyčių, dėl kurių jis gali priimti savo bakterinį partnerį ir pereiti nuo surišto azoto iš egzogeninių šaltinių vartojimo į simbiotiškai susiformavusio NH 3 įsisavinimą. Akivaizdu, kad infekcijos procesas ir simbiotinių santykių vystymasis susideda iš visos eilės tarpusavio adaptacijų. Daugeliu atvejų šis procesas panašus į imlios šeimininkės užkrėtimą patogeniniu organizmu, tuo pačiu metu jie yra visiškai skirtingi.

Sojų pupelių užkrėtimas Rhizobium japonicum, matyt, prasideda nuo bakterijos reakcijos į šeimininko šaknų išskiriamą signalizaciją ir maistines medžiagas. Rhizobium ląstelės labai greitai prilimpa prie šaknies paviršiaus ir gali būti aptiktos per kelias sekundes ar minutes po šaknies inokuliacijos. Bakterijų prisitvirtinimas dažniausiai būna poliarinis. Kitas infekcinio proceso etapas yra šaknies plaukelių susisukimas. Pastarųjų sukimąsi ir deformaciją specifiškai sukelia mazgelinės bakterijos. Garbanojimas prasideda praėjus kelioms valandoms po inokuliacijos ir tampa pastebimas maždaug po 12 valandų. Mazginių bakterijos įsiskverbia į užriestus šaknų plaukelius didžiausio lenkimo vietoje ir įsiskverbia į juos kaip vamzdinę struktūrą, vadinamą infekciniu siūlu. Šie siūlai neša šakniastiebio ląsteles, paprastai vienos grandinės pavidalu, į šaknies plauko pagrindą (iki pamatinės ląstelės). Atrodo, kad augančios infekcijos sriegio galas juda ląstelės-šeimininkės branduolio keliu. Kol infekcinis siūlas nepalieka plauko bazinės ląstelės, netoliese esančiose žievės ląstelėse stimuliuojamas citoplazmos dalijimasis ir užpildymas. Infekcijos gijos prasiskverbia per ląstelės sienelę, esančią tarp šaknies plaukų ląstelės ir gretimų žievės ląstelių, ir išsišakoja, kad užfiksuotų daugybę nuolat besidalijančių žievės ląstelių. Tada mazgų bakterijų ląstelės iš infekcijos gijų galiukų išsiskiria į ląstelių-šeimininkų citoplazmą. Iškart po išleidimo bakterijos yra kapsuliuojamos ląstelių-šeimininkų citoplazminėse membranose ir taip niekada tiesiogiai nesusiliečia su šeimininkės citoplazma. Mazginių bakterijų ir augalo šeimininko ląstelės dauginasi, susidaro struktūros, vadinamos mazgeliais, kurias sudaro maždaug vienodi bakterijų ir augalų audinių svorio santykiai. Šeimininkas aprūpina rizobiją fotosintezės produktais, o bakterijos atmosferos N 2 paverčia NH 3, aprūpindamos augalus turimu azotu.

Tai nuostabus procesas, pasižymintis savo specifiškumu, veikimo mechanizmais, plėtra ir reguliavimo rafinuotumu. Tikras malonumas tai stebėti ir tyrinėti.

Mes pradėjome sistemingą ir daugialypį con Rhizobium japonicum infekcijos tyrimą. Mano kolegos šiame darbe buvo fiziologai Arvindas Bhag-watas, Margaret Pierce ir T.V.Bhuvaneswari, citologai Gillianas Turgenas, Markas Pence'as ir Harryas Calvertas, biochemikas Andrewas Mortas ir mutagenezės specialistai Yang Lo ir Poco Yamamoto. Mazginių bakterijų tyrimai pradėti tiriant atpažinimo mechanizmus ir šeimininko specifiškumą. Bent jau daugumai ankštinių augalų, gyvenančių vidutinio klimato zonoje, yra aiškiai išreikšta rizobijos specifika. Pavyzdžiui, Rhizobium meli-loti formuoja mazgelius tik su liucerna ir neužkrėsto dobilų ar kitų ankštinių augalų. R. japonicum padermės formuoja mazgelius tik su soja, bet ne su liucerna, dobilais ir kt.

Šeimininkų ir mazgelių bakterijų specifiškumo molekulinis pagrindas

Šeimininko specifiškumas ir atpažinimo mechanizmai daugelį metų buvo plati fitopatologų tyrimų sritis, įskaitant tuos, kurie tiria Rhizobium simbiozes. 1975 m. Albersheim ir Anderson-Prouty pateikė teorinę prielaidą, kad atpažinimo reakcija augalų-patogenų sistemose apima šeimininko angliavandenius surišančius baltymus (t. Y. Lektinus), kurie reaguoja su angliavandeniais mikroorganizmų ląstelių sienelių paviršiuje. Beveik tuo pačiu metu Bolulas ir Schmidtas pateikė eksperimentinių įrodymų, kad yra glaudus ryšys tarp įvairių mazgelių bakterijų gebėjimo užkrėsti sojas ir jų gebėjimo surišti paženklintą lektiną šio augalo sėklose. Mes labai atidžiai patikrinome Bolulo ir Schmidto eksperimentus ir patvirtinome koreliaciją tarp mazgų susidarymo ir lektino rišimosi rizobija. Tačiau mokslinėje literatūroje buvo pastebėta keletas nukrypimų nuo šio modelio:

Brethaueris ir Paxtonas, Chenas ir Phillipsas, Lo ir Striidomas pateikė įrodymų, kad sojos pupelėse nėra ryšio tarp lektino rišimosi ir gumbavaisio;

Kai kurios R. japonicum padermės labai aktyviai formavo mazgelius, tačiau nesiejo sojos lektino;

Daugybėje kultivuojamų rizobijos padermių sojos lektiną surišo tik nedidelis ląstelių skaičius (1–5%).

Remdamiesi stebėjimais, mes nustatėme vieną svarbų dėsningumą, būtent, Rhi-zobium japonicum ląstelių gebėjimas surišti sojos lektiną dramatiškai keičiasi su kultūros amžiumi. Ši išvada rodo, kad lektino receptorių junginių atsiradimas ar išnykimas Rhizobium ląstelių paviršiuje yra kažkaip reguliuojamas. Ištyrę lektino receptorių sintezės galimybę, priklausomai nuo medžiagų, esančių šeimininko šaknyse, mes nustatėme, kad visos išbandytos R. japonicum padermės sieja pupelių lektiną, kai jos auginamos esant šeimininkų šaknims, o laboratorinėse terpėse daugelis padermių padarė neturi ląstelių, galinčių surišti lektiną ... Šaknų poveikis lektino receptorių susidarymui leidžia paaiškinti eksperimentų rezultatų nenuoseklumą su tomis bakterijų padermėmis, kurios formavo mazgelius, bet nesusiejo lektino, taip pat suprasti šių procesų koreliacijos nebuvimą eksperimentuose. kitų tyrėjų. Tačiau vis dar nežinome, kuri iš augalų šeimininko šaknyse esančių medžiagų yra atsakinga už receptorių sintezės pokyčius.

1 pav. Rhizobium japo nicum 110 ARS padermės kultūros amžiaus poveikis ląstelių, galinčių surišti sojos lektiną, skaičiui ir mazgų susidarymui ant pirminių šaknų virš ženklo pradinė padėtisšaknies patarimas (žr. tekstą) skiepijimo metu:

1 - ląstelių skaičius / ml; 2 - ląstelių, jungiančių lektiną, procentas; 3 - mazgų skaičius virš ženklo, apskaičiuotas vienam augalui; 4 - augalų, kurių mazgai viršija ženklą, procentinė dalis.

Taip pat verta paminėti, kad Dazzo ir Hubbellas nustatė panašią aiškią koreliaciją tarp lektino rišimosi ir mazgų dobilų / Rhizobium trifolii simbiotinėje asociacijoje.

Koreliacijų su lektino rišimu sojos / R, japonicum sistemoje stabilumas leidžia apsvarstyti dar du klausimus:

Ar galima teigti, kad tinkamas lektinas, randamas sojų paviršiuje tinkamu laiku ir vietoje, iš tikrųjų vaidina svarbų vaidmenį reaguojant į pripažinimą?

Koks yra sojos lektino receptoriaus pobūdis Rhizobium japonicum ląstelės paviršiuje?

Šiuo metu nėra aiškaus atsakymo į pirmąjį klausimą. Geriausius įrodymus jo naudai teikia Stacey ir kt. Duomenys, kurie parodė, kad žymėti antikūnai, būdingi sojos pupelių lektinui, jungiasi su sojos šaknimis, priešingai nei pažymėti nespecifinio serumo antikūnai. Mažas žymėtų antikūnų rišimosi tankis gali paaiškinti, kodėl sunku lektiną šaknyse aptikti kitais, tiesioginiais biocheminiais metodais.

Išsamesni ir tikslesni duomenys buvo gauti apie antrąjį klausimą. Remiantis įtikinamais citologiniais ir biocheminiais eksperimentais, sojos lektinas prisijungia prie kapsulės medžiagos, supančios Rhizobium japonicum ląsteles. Feritinu pažymėtas sojos lektinas jungiasi su kapsuline bakterijų medžiaga, bet ne su išorine ląstelės membrana. Šis ryšys yra biochemiškai specifinis, kaip rodo cukraus haptenas, ir be fiksavimo artefaktų poveikio, kaip rodo kriosharpas.

Kapsulinę medžiagą išskyrėme iš dviejų skirtingų R. japonicum padermių ir nustatėme, kad ji susideda iš polisacharidų, kurių struktūra pavaizduota 2 paveiksle. Galbūt svarbiausias kapsulinio polisacharido (CPS) bruožas yra galaktozės buvimas šoninė grandinė kiekviename pasikartojančiame polimero vienete. Sojos lektino prisijungimą prie bakterijų ląstelių paviršiaus ypač stipriai slopina pridedant galaktozės arba N-acetalgalaktozamino, o tai rodo, kad į galaktozę panašios struktūros yra svarbi lektinui būdingos rišamosios medžiagos dalis. CPS galaktozilo likučiuose 4 padėtyje kartais yra metilo grupė. Pasak Hammarström ir kt., Miego lektinas nesijungia su 4-O-metilgalaktoze. Todėl ypač įdomu buvo atrasti į CPS įtrauktų cukrų sudėties pokyčius su bakterijų kultūrų amžiumi. Senose kultūrose galaktozilo liekanos CPS dažniau buvo 4-O-metilintos.

Pav. 2. 110/138 R. japonicum padermėse besikartojančio pentasacharido vieneto, sudarančio kapsulinį polisacharidą / eksopolisacharidą (CPS / EPS), struktūra:

GL - gliukozė; Ma - manozė; GUA - galakturono rūgštis; Ha - galaktozė; Ats - acetatas; Aš - metnl.

Nemetilintos galaktozės konversija į metilintą vyksta ypač greitai tuo metu, kai bakterijų kultūros pereina iš eksponentinės į stacionarią augimo fazę. Tuo pačiu metu staiga sumažėja kapsuliuotų ląstelių ir bakterijų, galinčių surišti lektiną miegui, skaičius. SIJ sudėties ir kapsuliavimo pokyčiai paaiškina staigų šių padermių gebėjimo surišti lektiną praradimą. Kaip bus parodyta vėliau, pasiekusios stacionarią augimo fazę, šios padermės taip pat staiga praranda infekcinį pajėgumą. Kol kas nenustatyta, ar nėra priežastinio ryšio tarp SIJ cheminės sudėties pokyčių, lektino prisijungimo ir Rhizobium infekciškumo.

Reikėtų atsižvelgti į tai, kad R. japonicum padermės sintetina ir kapsulinį polisacharidą (CPS), kuris jungiasi su šeimininku, ir su šeimininku nesijungiantį eksopolisacharidą (EPS). Remiantis Dudmano duomenimis, kai kurios R. japonicum padermės sudaro EPS, kurio struktūra pavaizduota 3 paveiksle. Šis EPS, izoliuotas iš kultūros filtratų, patikimai neturi galaktozės tipo liekanų, galinčių surišti sojos lektiną. Jei pastaroji veikia kaip rūšiai būdingas veiksnys atpažinimo reakcijose visoms bakterijoms, kurios formuoja mazgelius ant sojos pupelių, todėl šios R. japonicum padermės savo ruožtu taip pat turėtų bent jau nedideliais kiekiais sudaryti tam tikrą CPS ar EPS su lektino prisijungimo vieta pagal galaktozės tipą. Remiantis kai kuriais preliminariais duomenimis, dvi mazgų bakterijų padermės, kurios sudaro ramnozės tipo EPS, taip pat sugeba sintetinti nedidelius galaktozės turinčių CPS / EPS kiekius (Mort, nepublikuoti duomenys).

R. japonicum ląstelių gebėjimas prisijungti prie miego griežtai priklauso nuo kapsulinės medžiagos buvimo bakterijose. Tačiau mazgelių susidarymas nuo to nepriklauso. R. japonicum mutantai, kurie nesusidarė pastebimų kapsulių jokioje augimo fazėje tiek laboratorinėse maistinėse terpėse, tiek kultivuodami su šeimininkės šaknimis, vis dėlto gana lengvai suformavo mazgelius ant miego šaknų. Svarbus gebėjimą formuoti mazgelius lemiantis veiksnys yra gebėjimas sintezuoti pakankamą kiekį galaktozės turinčio polisacharido. Tarp įvairių rizobobijos mutantų susidariusio EPS kiekio ir jų santykinio gebėjimo formuoti mazgelius yra linijinis ryšys. Pasirodžius tam tikram galaktozės turinčiam polisacharidui, nesvarbu, ar jis susijęs su bakterijų ląstelėmis, ar yra laisvoje būsenoje.

Pav. 3. Tetrasacharido, kuris yra Rhizobium japonicum 61A76 padermės EPS dalis, pasikartojančio monomero struktūra; pavadinimai yra tokie patys kaip 2 paveiksle (Rha - rafinozė).

1. Santykis tarp EPS sintezės ir mazgelių susidarymo ant sojos pupelių šaknų įvairiuose Rhizobium japonicum mutantuose, kurie neduoda normalių kapsulių

Idėją, kad priimančiųjų lektinai ir Rhizobium ląstelių paviršiaus polisacharidai yra vieninteliai specifiškumą ir pripažinimą lemiantys simbiontų sąveikos veiksniai, galima laikyti pernelyg supaprastinta. Jei Dazzo ir Stacy ir kt. Atsižvelgdami į tai, kad priimančiosios lektinai yra atsakingi už specifinį homologinių mazgelių bakterijų prisijungimą prie šeimininko paviršiaus, kiti tyrėjai pabrėžia specifinių šeimininko atsakų indukciją formuodami lektino-polisacharidų ryšius. Vis dėlto atrodo labiau tikėtina, kad šios sąveikos yra tik sudėtingos signalo ir atsako mainų tarp dviejų simbiontų sekos dalis. Pagal šį požiūrį kiekvienas tokios nuoseklios grandinės etapas savaip lemia bendrą biologinę simbiozės specifiką. Nei vienas iš atpažinimo proceso etapų negali būti atmestas vien todėl, kad jis nėra pirmas ar pats selektyviausias, ir tuo pačiu metu negalima manyti, kad pirmasis ar pats selektyviausias etapas visiškai nulems simbiotinių santykių specifiką.

Ankstyvieji RHIZOBIUM sukeltų infekcijų procesai

Stebėtinai mažai žinoma apie mazgų bakterijų jų simbiontuose sukeltų infekcijų pradžią ar ankstyvą vystymąsi, nors kai kurie naujausi darbai pateikia vertingos informacijos šiais klausimais. Kaip parodyta anksčiau, pirmasis išorinis infekcinio proceso pasireiškimas yra bakterijų pritvirtinimas prie šeimininko šaknų paviršiaus. Rhizobium ląstelės linkusios prisijungti poliariai. Pasak Daz-zo, tokį pririšimą lemia priimančiosios lektinas ir jis būdingas dobilų / R, trifolii sistemai. Stacy ir kt. pateikė panašius duomenis apie R. japonicum apie sojos šaknis. Tačiau mes nustatėme, kad tiek R. trifolii, tiek R. japonicum prie sojos šaknų gali prisijungti poliariai, turėdami gana palyginamą skaičių ir tankį (Tergen ir Bauer, neskelbtini duomenys). Abiejų rūšių prisirišimo pobūdis mūsų eksperimentų sąlygomis praktiškai nesiskyrė. Nepaisant to, ar prisirišimas yra specifinis, ar nespecifinis, o kartais ir tarpinis, reikia pripažinti, kad kol kas nieko nėra žinoma nei apie ląstelių ir molekulinius komponentus, lemiančius prisijungimą, nei apie šių komponentų veikimo mechanizmus.

Antrasis infekcinio proceso pasireiškimas yra šaknies plaukelių sukimo sukėlimas. Šio reiškinio funkcija, matyt, yra Rhizobium ląstelių užspaudimas erdvėje tarp dviejų kreivų šaknų plaukų ląstelių sienelių paviršių. Iki šiol niekam nepavyko nustatyti medžiagų, sukeliančių šaknies plaukelių susisukimą ar išsišakojimą, o sukimo mechanizmai nebuvo ištirti.

Trečias infekcinio proceso pasireiškimas yra infekcinio sriegio susidarymas. Callahamo naujausi tyrimai davė labai daug svarbi informacija apie šį procesą. Jis pasiūlė tris galimi modeliai Rhizobium prasiskverbimas į ląstelę šeimininką:

Vietinis šaknies plauko ląstelių sienos įsitraukimas;

Vietinis plaukų ląstelių sienos sunaikinimas naudojant paties šeimininko sukeltus fermentus ir infekcinių siūlų sintezę;

Vietinis šaknies plaukų ląstelių sienos sunaikinimas Rhizobium fermentų pagalba ir infekcinių siūlų sintezė.

Callahamo tyrimų rezultatai įtikinamai parodė, kad dobilų užkrėtimo R. trifolii procesas apima vietinį šaknų plaukelių ląstelių sienelių sunaikinimą šalia sugautų bakterijų, siejamą su vietiniu naujo nenustatytos medžiagos sluoksnio nusėdimu, iš kurio yra infekcinis siūlas. susiformavo. Šis nusėdimas labai panašus į apvalkalo (apvalkalo) susidarymą aplink patogeninius grybus, užkrečiančius hifas. Callahamo citologiniai tyrimai leido atmesti šaknies plaukų ląstelių sienelės įsiskverbimo hipotezę, tačiau nepateikė sprendimo klausimui, kurie fermentai sukelia vietinį ląstelių sienelių sunaikinimą - šeimininko ar bakterijų fermentais ? Kai kurie įrašai palaiko abu, bet nepateikia galutinio atsakymo.

Dar nėra išspręsta daugybė klausimų, susijusių su tolesniais infekcinio proceso etapais. Pavyzdžiui, kaip infekcinis siūlas gali prasiskverbti į ląstelę-šeimininką prieš jos turgoro slėgį? Kodėl (ir kaip) augančios infekcijos sriegio galiukas seka branduolio judėjimą šaknies plaukų ląstelėje? Kaip infekcinis siūlas prasiskverbia į gretimas žievės ląsteles? Kaip skatinamas žievės ląstelių dalijimasis vystantis infekciniam procesui, kurį sukelia siūlų įsiskverbimas? Kaip mazgelinės bakterijos gali išvengti įprastų augalų šeimininkų apsaugos ar jas slopinti?

Deja, dideli metodiniai sunkumai neleidžia išsamiai ištirti ankstesnių infekcinio proceso etapų. Sunkumų kyla dėl to, kad inokuliacijos procese paprastai dalyvauja apie 100 tūkstančių bakterijų ląstelių ir apie 10 tūkstančių šaknų plaukelių, tačiau infekcinis procesas pradedamas ne daugiau kaip 100 atvejų ir tik apie 10 infekcijos atvejų baigiasi susidarant mazgeliai. Todėl sunku įvertinti infekcinio proceso mechanizmus ar nežinomus etapus 10 sėkmingų arba iš viso 100 šaknų plaukų infekcijos atvejų 10 tūkstančių ar dar daugiau nesėkmingų ar nereaguojančių šeimininko ir Rhizobium sąveikų fone.

Pav. 4. Diagrama, rodanti mazgų bakterijų sukeltos infekcijos proceso fazes. Mazginės bakterijos, uždarytos erdvėje tarp dviejų išlenktų šaknų plaukų paviršių, sunaikina ląstelės-šeimininkės sienelę (a), sukelia naujo medžiagos sluoksnio sintezę iš ląstelės-šeimininko sienelės citoplazmos (b) ir prasiskverbia pro iš dalies sunaikinta šaknies plaukų ląstelių sienelė į infekcinį siūlą, susidariusį iš naujai nusėdusio sluoksnio (c).

Užkrėstų ląstelių lokalizacija ant augalo šeimininko šaknų

Siekdami palengvinti biocheminių atpažinimo ir infekcijos mechanizmų tyrimą, neseniai nusprendėme nustatyti, kurios šeimininko šaknies ląstelės yra jautrios infekcijai. Augalų daigai buvo auginami plastikiniuose maišeliuose, kurie leido vizualiai stebėti besivystančias šaknis. Inokuliacijos įvedimo metu ant plastiko buvo pažymėta šaknų galiukų (CC) padėtis ir šaknų plaukelių susidarymo zona. Praėjus savaitei po inokuliacijos, kiekvieno mazgo padėtis buvo nustatyta atsižvelgiant į padarytus ženklus. Atsižvelgiant į epidermio ląstelių judėjimą šaknų augimo metu, galima apskaičiuoti tų šaknų ląstelių padėtį ir vystymosi fazę, kurios buvo užkrėstos užkrėtimo mazgelinėmis bakterijomis metu. Grafikai (5. 5 pav.) Aiškiai parodo, kad mazgai dažniausiai susidarė tose šaknų srityse, kurios buvo tiesiai po šaknies plaukelių zona ir virš greito išsiplėtimo zonos. Besiformuojančių šaknų plaukelių zonoje buvo susiformavusi santykinai nedaug mazgų, o skiepijimo metu subrendusiais plaukais padengtose šaknų vietose jų iš viso nebuvo. Taigi galimybę formuoti mazgelius riboja tam tikros šaknų vystymosi fazės ir trumpa tikslinėms ląstelėms, imlioms bakterijoms, egzistavimo trukmė. Eksperimentai su vėlesne miego inokuliacija parodė, kad visas šaknų plotas virš viršūnės pastebimai praranda jautrumą po 4-6 valandų.Kitų ankštinių augalų rūšių gebėjimas formuoti mazgelius taip pat yra trumpalaikis ir apsiriboja tam tikromis vystymosi fazėmis.

Šie duomenys neabejotinai domina teoriniu ir praktiniu požiūriu. Pavyzdžiui, inokuliuojančios suspensijos lašai su nanolitrų tūriu, kuriame yra tik kelios mazgelių bakterijų ląstelės, gali būti dedami tiesiai į didžiausią šaknies jautrumą, o Rhizobium išsivystys būtent pasėjimo vietoje. Šis metodas leido mums naudoti elektroninį mikroskopą, kad ištirtume ankstyviausius procesus, vykstančius dar prieš susidarant infekcinei gijai, šaknies plaukelių susisukimui ar bet kokiems kitiems infekcijos atsiradimo rodikliams, matomiems šviesos mikroskopu. Tokius tyrimus galima atlikti tik pakankamai užtikrintai, kad šaknies plaukeliai, paimti ypač plonoms dalims paruošti, yra tinkami šiam tikslui ir bus užkrėsti mazgelinėmis bakterijomis.

Pav. 5. Mazgų susidarymo dažnis skirtingose ​​sojos pupelių šaknų zonose, inokuliuotose R. japonicum 110 padermėje. Augalai buvo auginami plastikiniuose maišeliuose, ant kurių paviršiaus buvo daromos žymės, rodančios šaknies koichik (RT) padėtį ir mažiausiai šaknies plaukelių išsivystymo vietą (SERH). Maždaug 120 augalų šaknys buvo ištirtos praėjus savaitei po inokuliacijos, nustatant santykinį (%) atstumą nuo kiekvieno mazgo, susidariusio ant pirminio šaknies, iki RT. Siekiant lengviau nustatyti neužkrėstų borealinių ląstelių santykinę padėtį inokuliacijos metu, buvo apskaičiuotas epidermio ląstelių judėjimas, palyginti su RT.

Medžiagos, turinčios įtakos pradinių infekcijos procesų intensyvumui

Ne mažiau įdomus ankštinių augalų jautrumo mazgų bakterijoms vystymosi greičio aspektas yra tas, kad dabar galima ištirti veiksnius, turinčius įtakos sėkmingos infekcijos inicijavimo greičiui. Mazgų, išsivysčiusių virš šaknies viršūnės (RT) virš plastiko padaryto ženklo, skaičius yra puikus kiekybinis parametras infekcijai vystytis. Pavyzdžiui, Bhagwatas (asmeninis bendravimas) neseniai nustatė, kad kai kurios rizobijos mazgai ant karvės žirnių šaknų atsiranda tiesiai po etikete, jei prieš inokuliaciją bakterijos buvo auginamos terpėje kartu su šeimininko šaknimis. Šie rezultatai rodo, kad Rhizobium gali prisitaikyti arba kažkaip reaguoti į medžiagas, išskiriamas iš šeimininko šaknies, kol jos dar nespėja užsikrėsti.

Sojų pupelėse galima pastebėti priešingai. Mazgų susidarymas ant sojos šaknų virš RT ženklo mažai priklauso nuo preliminaraus R. japonicum auginimo šeimininko šaknų eksudatuose. Tačiau maksimaliai dažnai mazgeliai susidaro žemiau šaknų plaukelių vystymosi zonos, nors net citologiniai tyrimai parodė, kad infekcija, sukelianti mazgų susidarymą, vyksta per trumpus šaknies plaukelius, kurie dar tik pradeda vystytis. Laukiamų ir faktinių maksimalaus mazgelio formavimosi zonų lokalizacijos skirtumai leido daryti išvadą, kad tarp šaknų ląstelių pirmosios sąveikos su bakterijomis ir sėkmingo infekcinio proceso pradžios yra tam tikras atsilikimo laikotarpis. juose. Akivaizdu, kad šį atsilikimo periodą galima sutrumpinti prieš tai apdorojant šaknis mazgelinių bakterijų ląsteliniu polisacharidu. Šiuo atžvilgiu veiksminga ir N-acetilgalaktozė, galimas lektino miego polisacharidų haptenas. Tokius eksperimentus sunku tiksliai atkurti, tačiau mums pavyko rasti būdų, kaip kontroliuoti daugumą besikeičiančių metrikų.

Santykinis atstumas tarp mazgelių ir šaknies galiuko žymės (RT)

6 pav. Karvių žirnių eksudatų poveikis mazgelinių bakterijų vystymuisi:

1 bakterija ant šaknų eksudatų; 2 - bakterijos ant sintetinės maistinės terpės.

Pav. 7. Rhizobium tri-folii be ląstelių filtrato įtaka dobilų brandžių šaknų plaukelių zonoje atsiradusiems gumbams. Dobilo šaknys prieš inokuliaciją buvo apdorotos 100 μl vandens (4) arba kultūros filtratu 6, 14 ir 24 valandas (atitinkamai 1, 2, 3 grafike). Mazgų skaičius. inokuliacijos metu susiformavusių šaknų su subrendusiais šaknų plaukeliais zonoje, savaitę buvo nustatoma kasdien.

Panašus reiškinys pastebėtas ir dobilų šaknyse. Jei R. trifolii kultūra nuplaunama, valandą pakartotinai suspenduojama distiliuotame vandenyje ir tada filtruojama, be ląstelių filtratas žymiai sutrumpina laiką, reikalingą mazgams subrendusių šaknų plaukelių zonoje, kai šaknys prieš inokuliaciją apdorojamos šiuo filtratu. . Įdomu tai, kad tas pats dobilų šaknų gydymas pastebimai nepaveikė mazgų susidarymo laiko zonoje be šaknies plaukelių.

Filtratas veikia mazgelius tik subrendusių šaknų plaukelių zonoje, akivaizdžiai paveikdamas antrojo tipo infekciją, būdingą dobilams, tačiau nepastebėtas sojos pupelėse, karvių žirniuose ar liucernoje.

Aktyvūs junginiai, esantys R. trifolii suspensijų filtratuose arba karvių žirnių šaknų eksudatuose, dar nebuvo nustatyti. Nepaisant to, jų veiksmų atradimas patvirtina požiūrį, kad abipusis mazgelių bakterijų ir jų šeimininkų atpažinimas yra reakcijų, vykstančių tarp simbiontų, atsižvelgiant į signalo ir atsako tipą, kompleksas.

Infekcinis RHIZOBIUM ląstelių pajėgumas

Tik tam tikros ankštinių augalų šaknų ląstelės yra linkusios užkrėsti rizobija, o jautrumas priklauso nuo augalų vystymosi laiko ir fazės. Ką apie mazgelių bakterijas? Ar Rhizobium užkrečiamumas priklauso nuo laiko, vystymosi fazės ar aplinkos? Karvių sėklų šaknų eksudatų poveikis mazgų susidarymui rizobijoje rodo, kad bent jau kai kurios bakterijų rūšys turi patirti tam tikrus pokyčius, kol jos gali sukelti infekciją. Žinoma, net vienoje kultūroje Rhizobium ląstelės gali skirtis viena nuo kitos daugeliu atžvilgių. Pavyzdžiui, jie gali turėti skirtingi gebėjimai iki kapsuliavimo, judrumo, ląstelių ciklų fazės, polinių kūnų skaičiaus. Gali būti, kad užkrečiamumas priklauso nuo vienos ar kelių šių specifinių savybių. Iš minėtų duomenų darytina išvada, kad, priešingai nei EPS sintezė, pats inkapsuliavimas, matyt, nėra susijęs su infekciškumu. Remiantis naujausiais tyrimais, mazgų bakterijų užkrečiamumas nepriklauso nuo jų mobilumo.

Mūsų laboratorijoje atliktas darbas leido nustatyti, kad R. japonicum užkrečiamumas daugiausia priklauso nuo kultūros amžiaus. R. japonicum 110 ir 138 padermių kultūros, pasiekusios stacionarią augimo fazę, greitai prarado gebėjimą sukelti mazgų susidarymą virš RT ženklo. Akivaizdu, kad šioje fazėje bakterijos yra mažiau pasirengusios ar sugeba sukelti infekcinį procesą inokuliacijos metu nei ląstelės eksponentinėje fazėje. Šio pokyčio pagrindas artėjant eksponentiniam etapui nėra žinomas. Tyrimas apie inokuliacijos dozės poveikį mazgų susidarymo procesui parodė, kad 110 R. japonicum padermės kultūros, kurios yra ankstyvoje arba vėlyvoje stacionaraus augimo fazėje, gali sukelti mazgelių susidarymą taip greitai ir intensyviai, kaip kultūros eksponentinio augimo fazėje, tačiau daugiau sėjamosios senesnės kultūros.

Todėl eksponentinės arba stacionarios augimo fazės bakterijų kultūrų užkrečiamumo skirtumai yra kiekybiniai, o ne kokybiniai. Atrodo, kad stacionaraus augimo fazės kultūrose yra proporcingai mažiau ląstelių, galinčių greitai sukelti infekciją.

Dėmesio nusipelno dar vienas simbiotinių asociacijų formavimosi aspektas. Mazgų formavimosi dažnių diagramos rodo šio proceso intensyvumo susilpnėjimą apatinėse šaknų dalyse, kurios skiepijimo metu buvo 5–10 valandų jaunesnės už maksimalaus mazgelio aktyvumo sritis. Akivaizdu, kad sojų augaluose veikia greitai veikiantis reguliavimo mechanizmas, kuris padeda užkirsti kelią per dideliam šaknų mazgelių skaičiaus vystymuisi. Antras galimas paaiškinimas yra tas, kad mazgelių skaičiaus sumažėjimas apatinėse šaknų dalyse gali būti susijęs su bakterijų, kurioms priklauso šios dalys, skaičiaus sumažėjimu. Tačiau jei tos pačios šaknys buvo pakartotinai įskiepytos praėjus 10–12 valandų po pirmojo bakterijų panaudojimo, mazgų susidarymo pokyčiai neįvyko, t. Y. Nereikėjo didinti bakterijų skaičiaus. Tuo pačiu metu, jei pirminis sėjamasis buvo taikomas tik viršutinė dalisšaknis be šaknies plaukelių ir į jaunų, besivystančių plaukelių zoną, kur šaknies pailgėjimas yra visiškai arba daugiausia baigtas, tada antrinė inokuliacija sukėlė naujų mazgų susidarymą. Šis eksperimentas rodo, kad greitai veikiantis reguliavimo mechanizmas miego augale apima kai kurių rūšių sąveiką tarp Rhizobium ir tų ląstelių-šeimininkų, kurie yra lokalizuoti greito šaknies pailgėjimo zonoje netoli jo galiuko.

Greitai veikiantis reguliavimo mechanizmas sojos pupelių augaluose ir galbūt karvėje bei liucernoje sukuria papildomą sudėtingumo ir organizavimo lygį dinamiškoje vystymosi fazių ir aplinkos įtakoje ankstyvam šaknų mazgelių bakterijų vystymuisi ir sėkmei.

Naudota literatūra: Augalų infekcinės ligos: fiziologiniai ir biocheminiai pagrindai / Per. iš anglų kalbos L. L. Velikanova, L. M. Levkina,
V.P.Prochorovas, I.I.Sidorova; Red. ir su pratarme.
T. T. Dyakova. - M.: VO Agropromizdat, 1985. - 367 p.

Atsisiųsti santrauką: Jūs neturite prieigos atsisiųsti failų iš mūsų serverio.

Mazginės bakterijos buvo pirmoji azotą fiksuojančių mikrobų grupė, apie kurią žmonija sužinojo.

Maždaug prieš 2000 metų ūkininkai pastebėjo, kad ankštinių augalų auginimas atkuria nualinto dirvožemio derlingumą. Ši ypatinga ankštinių augalų savybė empiriškai buvo siejama su savitų mazgelių ar mazgelių buvimu jų šaknyse, tačiau ilgą laiką jie negalėjo paaiškinti šio reiškinio priežasčių.

Norint įrodyti ankštinių augalų ir ant jų šaknų gyvenančių bakterijų vaidmenį fiksuojant atmosferos azoto dujas, reikėjo daug daugiau tyrimų. Tačiau pamažu įvairių šalių mokslininkų darbu buvo atskleista gamta ir išsamiai ištirtos šių nuostabių būtybių savybės.

Mazgelių bakterijos simbiozėje gyvena su ankštinėmis daržovėmis, tai yra, teikia viena kitai abipusės naudos: bakterijos pasisavina azotą iš atmosferos ir paverčia jį junginiais, kuriuos gali naudoti augalai, ir jos savo ruožtu aprūpina bakterijas medžiagomis, turinčiomis anglies, žaizdos pasisavinamos iš oro anglies dioksido pavidalu.

Už dirbtinių maistinių terpių išorinių mazgų mazgelių bakterijos gali išsivystyti esant 0–35 ° temperatūrai, o jiems palankiausia (optimali) temperatūra yra apie 20–31 °. Geriausias mikroorganizmų išsivystymas paprastai pastebimas neutralioje aplinkoje (esant 6,5–7,2 pH).

Daugeliu atvejų rūgštinė dirvožemio reakcija neigiamai veikia mazginių bakterijų gyvybinę veiklą, tokiose dirvose susidaro neaktyvios arba neveiksmingos (azotą nefiksuojančios ore) rasės.

Pirmieji mazgelių bakterijų tyrėjai padarė prielaidą, kad šie mikrobai gali nusėsti ant daugumos ankštinių augalų šaknų. Bet tada buvo nustatyta, kad jie turi tam tikrą specifiką, turi savo „skonį“ ir „nuomojasi“ būsimą „būstą“ griežtai atsižvelgdami į savo poreikius. Vienos ar kitos mazgelinių bakterijų rasės gali užmegzti simbiozę tik su tam tikros rūšies ankštiniais augalais.

Šiuo metu mazgelinės bakterijos yra suskirstytos į šias grupes (pagal augalus šeimininkus, kuriuose jos gyvena):

• mazgelinės bakterijos iš liucernos ir saldžiųjų dobilų;
• dobilų šaknų mazgelių bakterijos;
• žirnių, vikių, rančų ir pupinių pupelių mazgelinės bakterijos;
• sojos pupelių mazgelių bakterijos;
• lubinų ir seradelių mazgelinės bakterijos;
• pupelių mazgelių bakterijos;
• mazgelinės žemės riešutų, karvių, karvių žirnių ir kt. bakterijos

Reikia pasakyti, kad mazgelių bakterijų specifiškumas skirtingose ​​grupėse nėra tas pats. Įžvalgūs nuomininkai kartais netenka skrupulų. Nors dobilų mazgelių bakterijos yra labai specifinės, to negalima pasakyti apie žirnių mazgo bakterijas.

Gebėjimas formuoti mazgelius būdingas ne visiems ankštiniams augalams, nors apskritai jis paplitęs tarp šios didžiulės šeimos atstovų. Iš 12 tūkstančių ankštinių augalų rūšių buvo specialiai ištirti 1063. Paaiškėjo, kad 133 iš jų nesugeba formuoti mazgelių.

Sugebėjimas simbiozuoti azoto fiksatorius, matyt, būdingas ne tik ankštiniams augalams, nors žemės ūkyje jie yra vieninteliai svarbūs azotą fiksuojantys augalai. Nustatyta, kad atmosferos azotą suriša bakterijos, gyvenančios mazgeliuose ant oleagus, šaltalankio, piemens, spindinčios pušies, kormorano, ežio, subtropinių casuarina genties augalų šaknų. Geba fiksuoti azotą ir bakterijas, gyvenančias kai kurių atogrąžų krūmų lapų mazguose.

Azotą fiksuoja ir alksnio šaknų mazgeliuose gyvenantys aktinomicetai, o gal ir rugiagėlių ir kai kurių viržių augalų šaknyse gyvenantys grybai.

Tačiau žemės ūkiui, be abejo, ankštiniai augalai kelia didžiausią praktinį susidomėjimą. Dauguma pastebėtų ankštinių augalų neturi žemės ūkio reikšmės.

Labai svarbus praktikos klausimas yra: kaip mazgelinės bakterijos gyvena dirvožemyje, kol jos neužsikrėtusios šaknimis?

Pasirodo, kad mazgelinės bakterijos gali ilgai išlikti dirvožemyje, nesant „šeimininkų“ - ankštinių augalų. Pateiksime pavyzdį. K. A. Timiryazevo vardu pavadintoje Maskvos žemės ūkio akademijoje yra laukai, kuriuos dėjo D. N. Pryanishnikovas. Metai iš metų ant jų auginami tie patys pasėliai ir išsaugomas nuolatinis pūdymas, ant kurio beveik 50 metų nebuvo auginami jokie augalai. Išanalizavus šio pūdymo dirvožemį ir daugiametį rugių lauką, paaiškėjo, kad juose mazgelių bakterijų yra nemažai. Po nuolatiniais rugiais jų yra dar keli, nei poroje.

Todėl mazgelinės bakterijos gana gerai išgyvena ankštinių augalų nebuvimą ir gali labai ilgai laukti, kol jų susitiks. Tačiau tokiomis sąlygomis jie praranda puikų sugebėjimą suremontuoti bunkerį. Tačiau bakterijos, turinčios „malonumą“, sustabdo „laisvą gyvenimo būdą“, kai tik jų kelyje pasitaiko tinkamas ankštinis augalas, jos iš karto prasiskverbia į šaknis ir sukuria savo namelius.

Kompleksiniame mazgelių formavimosi procese dalyvauja trys veiksniai: du gyvi organizmai - bakterijos ir augalai, tarp kurių užsimezga glaudus simbiotinis ryšys, ir sąlygos išorinė aplinka... Kiekvienas iš šių veiksnių yra aktyvus mazgelių formavimo proceso dalyvis.

Viena iš svarbių mazgelių bakterijų savybių yra jų gebėjimas išskirti vadinamuosius stimuliatorius; šios medžiagos sukelia greitą šaknų audinių augimą.

Kitas esminis jų bruožas yra gebėjimas prasiskverbti į tam tikrų augalų šaknis ir sukelti mazgelių susidarymą, kitaip tariant, jų infekciniai gebėjimai, kurie, kaip jau minėta, skiriasi skirtingų rasių mazgelių bakterijos.

Ankštinių augalų vaidmenį formuojant mazgelius lemia augalų gebėjimas išskirti medžiagas, kurios stimuliuoja ar slopina bakterijų vystymąsi.

Angliavandenių ir azoto turinčių medžiagų kiekis jo audiniuose daro didelę įtaką ankštinių augalų jautrumui infekcijai šaknies mazgelio bakterijomis. Angliavandenių gausa ankštinių augalų audiniuose skatina mazgelių susidarymą, o azoto kiekio padidėjimas, priešingai, slopina šį procesą. Taigi, kuo didesnis C / N santykis augale, tuo geresnis mazgų išsivystymas.

Įdomu tai, kad augalo audiniuose esantis azotas tarsi trukdo įvesti azoto „svetimą“.

Trečias veiksnys - išorinės sąlygos (apšvietimas, baterijos ir kt.) Taip pat turi reikšminga įtaka apie mazgelių susidarymo procesą.

Tačiau grįžkime prie tam tikrų mazginių bakterijų tipų apibūdinimo.

Infekcinis gebėjimas arba galimybė formuoti mazgelius ne visada rodo, kaip aktyviai mazgelių bakterijos fiksuoja atmosferos azotą. Mazginių bakterijų „efektyvumas“ surišant azotą dažnai vadinamas jų efektyvumu. Kuo didesnis šių bakterijų efektyvumas, tuo didesnis jų efektyvumas, tuo jie vertingesni augalui, taigi ir žemės ūkiui apskritai.

Dirvoje randamos šaknų mazgelių bakterijų rasės, kurios yra veiksmingos, neveiksmingos ir pereinamos tarp šių dviejų grupių. Ankštinių augalų užkrėtimas efektyvia mazgelių bakterijų rase skatina aktyvų azoto fiksavimą. Neveiksminga rasė sukelia mazgelių susidarymą, tačiau azoto fiksacija juose nevyksta, todėl ji yra švaistoma statybinė medžiaga, augalas „nemokamai“ maitina savo „svečius“.

Ar yra skirtumų tarp efektyvių ir neveiksmingų mazgelių bakterijų rasių? Iki šiol tokių formos ar elgesio skirtumų dirbtinėse maistinėse terpėse nebuvo nustatyta. Tačiau mazgai, susidarę dėl efektyvių ir neveiksmingų rasių, rodo tam tikrus skirtumus. Yra, pavyzdžiui, nuomonė, kad efektyvumas siejamas su bakterijomis užkrėstų šaknų audinių kiekiu (efektyviose rasėse jis yra 4–6 kartus didesnis nei neveiksminguose) ir šių audinių funkcionavimo trukme. Veiksmingomis bakterijomis užkrėstuose audiniuose visada yra bakteroidų ir raudono pigmento, visiškai identiško kraujo hemoglobinui. Jis vadinamas leghemoglobinu. Neefektyviuose mazgeliuose yra mažesnis užkrėstų audinių tūris, juose trūksta leghemoglobino, bakteroidai ne visada aptinkami ir atrodo kitaip nei efektyviuose mazgeliuose.

Šie morfologiniai ir biocheminiai skirtumai naudojami norint išskirti efektyvias mazgelių bakterijų rases. Paprastai bakterijos, izoliuotos iš didelių, gerai išsivysčiusių, rausvos spalvos mazgų, yra labai veiksmingos.

Jau minėta, kad mazgelinių bakterijų „darbas“ ir jo „efektyvumas“ priklauso nuo daugybės išorinių sąlygų: temperatūros, terpės rūgštingumo (pH), apšvietimo, deguonies tiekimo, kiekio dirvožemyje maistinių medžiagų ir kt.

Išorinių sąlygų įtaka atmosferos azoto fiksavimui mazgelinėmis bakterijomis gali būti parodyta naudojant kelis pavyzdžius. Taigi azoto rūgšties ir amonio druskų kiekis dirvožemyje vaidina reikšmingą vaidmenį efektyvinant azoto fiksavimą. Pradiniuose ankštinių augalų augimo ir mazgelių susidarymo etapuose nedidelis šių druskų kiekis dirvožemyje turi teigiamą poveikį simbiotinei bendruomenei; ir vėliau tas pats azoto kiekis (ypač jo nitrato forma) slopina azoto fiksaciją.

Todėl kuo dirvožemyje turtingesnis augalui prieinamas azotas, tuo silpniau vyksta azoto fiksavimas. Dirvožemyje, kaip ir augalo kūne esantis azotas, tarsi neleidžia pritraukti naujų jo dalių iš atmosferos. Be kitų maistinių medžiagų, molibdenas pastebimai veikia azoto fiksaciją. Pridėjus šio elemento į dirvą, azoto daugiau kaupiasi. Tai paaiškinama, matyt, tuo, kad molibdenas yra fermentų, fiksuojančių atmosferos azotą, dalis.

Šiuo metu yra patikimai nustatyta, kad ankštiniai augalai, užauginti dirvožemyje, kuriame yra nepakankamas molibdeno kiekis, vystosi patenkinamai ir formuoja mazgelius, tačiau atmosferos azoto visiškai nesisavina. Optimalus molibdeno kiekis efektyviam azoto fiksavimui yra apie 100 g natrio molibdato hektare.

Ankštinių kultūrų vaidmuo didinant dirvožemio derlingumą

Ankštiniai augalai yra labai svarbūs gerinant dirvožemio derlingumą. Kaupdami azotą dirvožemyje, jie neleidžia išeikvoti jo atsargų. Ankštinių augalų vaidmuo ypač didelis tais atvejais, kai jie naudojami žaliosioms trąšoms.

Tačiau, žinoma, žemės ūkio specialistai taip pat domisi kiekybiniu aspektu. Kiek azoto dirvožemyje gali būti sukaupta auginant tam tikrus ankštinius augalus? Kiek azoto lieka dirvoje, jei derlius visiškai nuimamas iš lauko arba ankštiniai augalai ariami kaip žaliasis mėšlas?

Yra žinoma, kad tuo atveju, kai ankštiniai augalai užkrėsti veiksmingomis mazgelių bakterijų rasėmis, jie gali surišti nuo 50 iki 200 kg azoto vienam sėjos hektarui (priklausomai nuo dirvožemio, klimato, augalų rūšių ir kt.).

Pasak žinomų prancūzų mokslininkų Poschono ir De Berjaco, paprastai lauko sąlygos ankštiniuose augaluose registruojamas maždaug toks azoto kiekis (kg / ha):

Metinių ir daugiamečių ankštinių augalų šaknų likučiuose, esant skirtingoms pasėlių sąlygoms ir esant skirtingam dirvožemiui, yra nevienodo azoto kiekio. Vidutiniškai liucerna per metus dirvožemyje palieka apie 100 kg azoto iš hektaro. Dobilai ir lubinai dirvožemyje gali sukaupti apie 80 kg surišto azoto, vienmetės ankštinės daržovės iš hektaro palieka iki 10–20 kg azoto. Atsižvelgdamas į ankštinių augalų užimtumą SSRS, sovietinis mikrobiologas E.N.Mishustinas apskaičiavo, kad jie kasmet į mūsų šalies laukus grąžina apie 3,5 milijono tonų azoto. Palyginimui pažymėkime, kad visa mūsų pramonė 1961 m. Pagamino 0,8 mln. Tonų azoto trąšų, o 1965 m. - 2,1 mln. Tonų. Taigi azotas iš ankštinių augalų, simbiozėje su bakterijomis, išgautas azotas užima pirmaujančią vietą pasaulyje. mūsų šalies žemės ūkio azoto balansas.

Mazgelių bakterijos yra specifinės - tam tikros rūšys arba jų rasės geba formuoti mazgelius tik tam tikrų ankštinių augalų šaknyse. Taigi, kai kurie iš jų vystosi tik ant dobilų šaknų, tačiau negali užkrėsti žirnių, liucernos, lubinų ir kitų ankštinių augalų šaknų. Bakterijų grupės, kurios formuoja mazgelius ant lubinų ir seradelių šaknų, neužkrėsto dobilų ir žirnių šaknų ir kt. Kartais mazgų bakterijų specifiškumas taip stipriai išreiškiamas skirtingų veislių vienas, išskyrus D? ir ta pati kultūra (ar net augalų veislės) turi skirtingą požiūrį į tą ar tą bakterijų padermę. Pavyzdžiui, geltonųjų pašarinių lubinų šaknys ne visada gerai užkrėstos mazgelių bakterijomis iš metinių karčiųjų lubinų šaknų. Mazginių bakterijų grupės pagal jų specifiškumą nurodytos 382 puslapyje. [...]

Gumbelių bakterijos intensyviausiai vystosi, kai dirvožemio reakcija yra artima neutraliai. Todėl sėjant ankštinius augalus ant rūgščiųjų dirvožemių, kartu su sėklomis, reikia dirvą kalkinti. Inokuliacija be kalkinimo turi labai mažai įtakos derliui ir baltymų kiekiui. Pasak K. Fillerso, auginant sojas pupeles ant rūgščios dirvožemio be inokuliacijos ir nepridėjus kalkių, baltymų kiekis sėklose buvo 32,8%, skiepijimo metu baltymų kiekis padidėjo 1,2%, o neutralizuojant dirvožemio rūgštingumą ir skiepus baltymų kiekis sėklose padidėjo 11,2%. [...]

Rūgščiuose dirvožemiuose žūsta įvairių ankštinių augalų mazgelinės bakterijos. [...]

Mazginėms bakterijoms reikia pakankamo angliavandenių, fosforo ir kalcio kiekio. IN pastaraisiais metais buvo nustatyta, kad daugybė mikroelementų (ypač molibdenas) vaidina svarbų vaidmenį gyvybiškai svarbioje mazgelių bakterijų veikloje. Ankštinių augalų molibdeno kalkinimas ir naudojimas ant rūgštinio dirvožemio reguliuoja dirvožemio reakciją; visuose dirvožemiuose reikalingas pakankamas ankštinių augalų kiekis fosforu. [...]

Prokariotai (bakterijos, archebakterijos, cianobakterijos) - vienaląsčiai organizmai neturi branduolio. Dėl tokios įvairios medžiagų apykaitos bakterijos gali egzistuoti labai įvairiomis aplinkos sąlygomis: vandenyje, ore, dirvožemyje, gyvuose organizmuose. Bakterijų vaidmuo formuojant aliejų, akmens anglį, durpes, gamtines dujas, dirvožemyje, azoto, fosforo, sieros ir kitų gamtoje esančių elementų cikluose yra didelis. Saprotrofinės bakterijos dalyvauja organinių augalų ir gyvūnų liekanų skaidyme ir jų mineralizacijoje iki CO2, H20, H28, 1CHH3 ir kitų neorganinių medžiagų. Kartu su grybais jie yra skaidytojai. Mazginės bakterijos (azoto fiksavimas) formuoja simbiozę su ankštinėmis kultūromis ir dalyvauja fiksuojant atmosferos azotą į mineralinius junginius, prieinamus augalams. Patys augalai neturi šio sugebėjimo. [...]

Jei ankštinių augalų šaknyse nėra mazgelių bakterijų, jie tampa tokiais pat azoto vartotojais iš dirvožemio, kaip ir kiti augalai. [...]

Svarbi mazginių bakterijų savybė yra jų aktyvumas (efektyvumas), t. Y. Gebėjimas simbiozėje su ankštiniais augalais pasisavinti molekulinį azotą ir patenkinti augalo-šeimininko poreikius. Priklausomai nuo to, kiek mazgelinės bakterijos prisideda prie ankštinių augalų derlingumo padidėjimo (146 pav.), Jos paprastai skirstomos į aktyvias (efektyvias), neaktyvias (neveiksmingas) ir neaktyvias (neveiksmingas). [...]

Tarp azotą fiksuojančių bakterijų išskiriami laisvai gyvenantys dirvožemyje ir mazgeliai, gyvenantys ant ankštinių augalų šaknų (9 pav., H). Svarbiausi laisvo peilio azotą fiksuojančių bakterijų atstovai yra Azotobacter ir Clostridium, kurie per metus dirvožemio hektare suriša kelias dešimtis kilogramų azoto. Ankštinių augalų šaknų ląsteles užkrėstų mazgelių bakterijų veikla yra daug efektyvesnė. Dėl to po ankštiniais augalais vyksta mikrobiologinis azoto kaupimasis. 1 hektaro plote, apsodintame dobilais, dėl šių bakterijų veikimo azoto gali būti sukaupta 100 kartų daugiau nei laisvai gyvenantys šio elemento fiksatoriai. [...]

Kadangi mazgelių bakterijos nesidaugina be drėgmės, sauso pavasario atveju skiepytas (dirbtinai užkrėstas) sėklas reikia dėti giliau į dirvą. Pavyzdžiui, Australijoje giliai į dirvą įterpiamos sėklos su jose užneštomis mazgelių bakterijomis. Įdomu tai, kad sausringo klimato dirvožemiuose esančios mazgelinės bakterijos pakenčia sausrą atkakliau nei drėgno klimato dirvožemyje esančios bakterijos. Tai rodo jų ekologinį prisitaikymą. [...]

Be specifiškumo, mazgelių bakterijų rasės skiriasi virulentiškumu ir aktyvumu. Virulentiškumas yra jų gebėjimas per šaknų plaukelius prasiskverbti į ankštinių augalų šaknį ir formuoti mazgelius. Mazginių bakterijų veikla vadinama jų gebėjimu pasisavinti atmosferos azotą. Tik aktyvios šių bakterijų padermės ankštinius augalus tiekia azotu. Kai šaknys yra užkrėstos virulentiškomis, bet neaktyviomis mazgelių bakterijomis, susidaro mazgai, tačiau azoto fiksacija nevyksta. Nitraginui gaminti naudojamos mazgelinės bakterijos turi būti labai virulentiškos ir labai aktyvios. Jei nitragino mazgelių bakterijų virulentiškumas yra didesnis nei jau dirvožemyje esančių mažiau aktyvių bakterijų virulentiškumas, tai leidžia nitragino mazgų bakterijoms greičiau ir dideliais kiekiais prasiskverbti į šaknį. [...]

Iš visų šių pavyzdžių „šaknų mazgelių bakterijų su ankštinėmis kultūromis“ simbiozė buvo ištirta nuodugniausiai, nes šie augalai yra labai svarbūs žmonėms. [...]

Dirvožemio reakcija turi didelę įtaką gyvybiškai aktyviai mazgelių bakterijoms ir mazgelių susidarymui. Skirtingų rūšių ir net mazgelinių bakterijų padermėms buveinės pH vertė yra šiek tiek kitokia. Pavyzdžiui, dobilų šaknų mazgelių bakterijos yra atsparesnės žemoms pH vertėms nei liucernos šaknų mazgo bakterijos. Akivaizdu, kad čia taip pat veikia mikroorganizmų prisitaikymas prie aplinkos. Dobilai auga rūgštesnėse dirvose nei liucerna. Dirvožemio, kaip ekologinio veiksnio, reakcija turi įtakos mazgelinių bakterijų aktyvumui ir virulentiškumui. Aktyviausias padermes paprastai lengviau izoliuoti nuo neutralaus pH lygio dirvožemio. Rūgščiuose dirvožemiuose dažniau pasitaiko neaktyvių ir silpnai virulentiškų padermių. Rūgšti aplinka (pH 4,0–4,5) daro tiesioginį poveikį augalams, visų pirma sutrikdo sintetinius augalų metabolizmo procesus ir normalų šaknų plaukelių vystymąsi. [...]

Yra daugybė mazgelinių bakterijų rūšių ir rasių, kurių kiekviena pritaikyta užkrėsti vieną ar daugiau ankštinių augalų rūšių. Ankštinių augalų šaknų sistemos turi specifinių šaknų išskyrų. Dėl to šaknies mazgelio bakterijos kaupiasi aplink šaknies plaukelius, kurie pašalinus atomą. Per šaknies plaukus į šaknies parenchimą prasiskverbia nepertraukiamo virvelės formos bakterijos, susidedančios iš daugybės bakterijų, sujungtų gleivėmis. Galbūt bakterijos išskiria hormoną auksiną pačiame atome, kuris yra audinių peraugimo, patinimo priežastis - susidaro mazgai. Mazgų ląstelės yra užpildytos greitai besidauginančiomis bakterijomis, tačiau jos išlieka gyvos ir išlaiko didelius branduolius. Mazginės bakterijos užkrečia tik poliploidines šaknų ląsteles. [...]

Liucerna, kaip ankštinis augalas, šaknų mazgelių bakterijų pagalba gali kaupti dirvožemyje didelius azoto kiekius, kurie šiuo požiūriu nenusileidžia dobilams. Jo šaknų sistema geriau vystosi pirmaisiais naudojimo metais, o trečiaisiais metais dirvožemyje kaupia azotą 120 ... 200 kg / ha. Didindama dirvožemio derlingumą, gerindama jo struktūrą, liucerna yra geras sėjomainos pirmtakas. [...]

Auginant lubinus, lubaginių mazgų bakterijų aktyvumui padidinti naudojamas nitraginas, taip pat naudingos boro ir molibdeno mikroelementų trąšos (sėklos kartu su nitraginizavimu apdorojamos amonio molibdeno rūgšties tirpalu). [...]

Anaerobinį celiuliozės skaidymą vykdo tik bakterijos (pavyzdžiui, Omelyanskio bacilos), o aerobinį - daugelio rūšių bakterijos, grybai, aktinomicetai. [...]

Tai rodo, kad fiksuotas pažymėtas azotas patenka į bakterijų kūnus iš aukštesnio augalo audinių, kuris yra bakterijų azoto mitybos šaltinis. Taigi atmosferos azoto fiksacija yra lokalizuota ne mazgelinių bakterijų kūne, o aukštesnio augalo mazgelių audinyje. Svarbus mazgų bakterijų vaidmuo yra tai, kad jie sukelia šio specifinio mazgelio audinio susidarymą. Tolesni tyrimai parodė, kad didžiausias žymėto azoto kiekis atskirose mazgelių ląstelių sulčių azoto frakcijose visada patenka į asparagino ir glutamino amido grupę. Kadangi ši grupė gali būti laikoma transformuotu amoniaku, būtent amoniakas yra galutinis neorganinis biologinio azoto fiksavimo produktas. [...]

Dėl didelio biokatalizės efektyvumo biosferoje azoto fiksavimą vykdo kelios anaerobinių bakterijų ir cianobakterijų grupės normalioje temperatūroje ir slėgyje. Manoma, kad bakterijos per metus paverčia apie 1 milijardą tonų azoto į surištą formą (pasaulinis pramoninės fiksacijos tūris yra apie 100 milijonų tonų). Ankštinių augalų mazgelinėse bakterijose azoto fiksavimas atliekamas naudojant kompleksinį fermentų kompleksą, apsaugotą nuo deguonies pertekliaus specialiu augalo hemoglobinu. [...]

Viena iš teigiamo molibdeno poveikio molekulių azoto fiksacijai mazgelių bakterijose priežasčių yra dehidrogenazių aktyvumo padidėjimas, taip pat veikiant aktyviam vandeniliui, reikalingam atmosferos azotui mažinti. ...]

Naujo nitragino preparato vertė siejama su mazgelių bakterijų gyvybingumo išsaugojimo trukme ir galimybe anksti paruošti preparatus mechanizuotai. Pagal efektyvumą sausasis nitraginas yra artimas dirvožemio nitraginui. Jis gali būti naudojamas dulkių pavidalu, dulkinant sėklas jų nemirkant. [...]

Simbiozinių (iš graikų kalbos simbiozės - bendro gyvenimo) mazgelinių bakterijų, lokalizuotų daugiausia ankštinių šeimos augalų šaknyse, vaidmuo yra ypač reikšmingas azoto cikle. Azotobacter arba Rhizobium genčių bakterijos sugeba fiksuoti atmosferos azotą fermentiniu būdu skaidydami N3 molekules ir padaryti jį prieinamą augalų šaknų sistemoms. [...]

Biologinį atmosferos molekulinio azoto fiksavimą dirvožemyje vykdo dvi bakterijų grupės: laisvojo peilio aerobinės ir anaerobinės bei mazgelinės bakterijos, gyvenančios simbiozėje su ankštinėmis daržovėmis. Svarbiausias pirmosios grupės atstovas iš aerobų yra Azotobacter, o iš anaerobinio - Clostridium pasteu-rianum. Palanki aplinka energingai mazgelių bakterijų veiklai yra gerai aeruoti dirvožemiai, kurių reakcija silpnai rūgšti ir neutrali. Azotą fiksuojančių bakterijų veikla turi esminis viso azoto balanso žemės ūkio dirvožemiuose. Todėl mazgelinių bakterijų veiklai svarbu įdirbti dirvą. Norint padidinti mazgelių bakterijų skaičių, reikia bakterinio preparato, kuriame yra nitragino aktyvios lenktynės mazgelinės bakterijos. [...]

Žemės ūkio mikrobiologijos tyrimų instituto duomenimis, daugelyje dirvožemių mazgų bakterijų, atitinkančių tam tikrą ankštinių augalų kultūrą, gali nebūti, o egzistuojančiuose yra neproduktyvi azoto fiksavimo sistema. Šiuo atžvilgiu mikrobiologai atliko veisimo darbus. Todėl kas trejus metus į gamyklas perduodama iki dešimties naujų mazgelių bakterijų padermių, kurių azoto fiksavimo pajėgumas yra 10–20% didesnis nei ankstesnių etaloninių padermių. Sukūrė ir masiškai gamino vaistą rizotorfiną - patogią ir praktišką mazgelių bakterijų pristatymo į ankštinių augalų sėklas ir šaknis formą. [...]

Organinės ir mineralinės trąšos (fosfatas-kalis), įterptos į dirvą, žymiai pagerina mazginių bakterijų gebėjimą pasisavinti atmosferos azotą. Norint suaktyvinti mazgelinių bakterijų aktyvumą, rūgštinis dirvožemis turi būti kalkinamas, o sausringų regionų dirvožemiuose - drėgmė. [...]

Mutualizmas yra dviejų skirtingų rūšių organizmų sąveika, naudinga kiekvienam iš jų. Pavyzdžiui, azotą fiksuojančios mazgelinės bakterijos gyvena ant ankštinių augalų šaknų, atmosferos azotą paversdamos forma, kurią šie augalai gali įsisavinti. Todėl bakterijos augalus aprūpina azotu. Savo ruožtu augalai aprūpina mazgelines bakterijas visomis reikalingomis maistinėmis medžiagomis. Žmogaus storojoje žarnoje gyvenančių mikroorganizmų ir paties žmogaus sąveika taip pat gali būti laikoma abipusiu. Mikroorganizmams naudą lemia tai, kad jie patenkina savo mitybos poreikius iš žarnyno turinio, o žmonėms - tai, kad mikroorganizmai papildomai virškina maistą ir sintetina vitaminą K, kuris jam yra labai reikalingas. Žydinčių augalų pasaulyje tarpusavio ryšys yra augalų apdulkinimas vabzdžiais ir vabzdžių maitinimasis augalų nektaru. Savitarpiškumas reikšmingas ir „perdirbant“ organines medžiagas. Pavyzdžiui, galvijų celiuliozės virškinimą skrandyje (prieskrandyje) užtikrina joje esančios bakterijos. [...]

Ankštinių augalų mitybos ypatumas yra tas, kad joms nereikia mineralinių azoto junginių dirvožemyje. Simbiozėje su mazgelių bakterijomis ankštiniai augalai naudoja laisvą azoto iš atmosferos. Todėl šios kultūros yra biologinio azoto šaltinis žemės ūkiui. [...]

Šiuo atžvilgiu skiepijimo praktika tvirtai įžengė į žemės ūkio praktiką - ankštinių augalų sėklų priešsėjinis apdorojimas paruošiant atitinkamų rūšių mazgelių bakterijas. IN skirtingos salys Ankštinių augalų skiepijimo techninis paruošimas gavo skirtingus pavadinimus. SSRS, Vokietijos Demokratinėje Respublikoje, Vokietijos Federacinėje Respublikoje ir Lenkijoje jis vadinamas nitraginu. Taigi atitinkamų pasėlių pasėjimo būdas šiose šalyse vadinamas nitrinimu. Nitraginas ankštinių augalų derlių padidina 10–15%, o naujose auginimo vietose - 50% ar daugiau. [...]

Kaip minėta pirmiau, dobilai blogai auga rūgščiuose dirvožemiuose, dažnai būna retinami, o kartais ir visiškai iškrenta, net pirmaisiais naudojimo metais. Gyvybinė mazgų bakterijų veikla tokiuose dirvožemiuose yra slopinama. Dirvožemio rūgštingumas, ypač šiaurės vakariniuose Ne Černozemo zonos regionuose (čia daugiau nei pusė dirbamos žemės padidėjęs rūgštingumas), juose esant judrioms aliuminio formoms, yra viena iš žolių derliaus sumažėjimo priežasčių. [...]

Atmosferos azoto fiksavimas. Nė vienas žalias augalas negali tiesiogiai maitintis atmosferos azotu. Kadangi dėl denitrifikuojančių bakterijų aktyvumo gamtoje nuolat mažėja surišto azoto atsargos ir jis virsta atmosferos azotu, gyvybė ant žemės susidurtų su neišvengiama mirtimi dėl azoto alkio. Tačiau yra grupė mikroorganizmų, galinčių surišti atmosferos azotą ir padaryti jį prieinamą augalams. Šie mikroorganizmai vadinami azotą fiksuojančiomis bakterijomis, jie dalijasi į mazgelių bakterijas, kurios išsivysto ant ankštinių augalų šaknų ir laisvai gyvena dirvožemyje. [...]

Atlikus šiuos tyrimus nustatyta, kad iš pradžių dideliais kiekiais ankštinių augalų užfiksuotos žymėtos atmosferos azoto dujos dideliais kiekiais yra tik mazgelinio audinio ląstelių sultyse, kuris yra hipertrofuotas ankštinių augalų šaknies audinys, iš kur palaipsniui pereina į kitus augalų organus. Gumbelinėse bakterijose pažymėto azoto visiškai nėra, kai augalai veikia 6–48 valandas, arba jo yra labai nereikšmingais kiekiais, paprastai neviršijančiais galima klaida eksperimentas (4 lentelė). [...]

Be to, PS Kossovičius yra atsakingas už sieros ir chloro ciklo tyrimą gamtoje ir ekonomikoje, kuris iki šiol neprarado savo reikšmės, taip pat įrodymą, kad mazginės bakterijos suriša atmosferos azotą, tiekiamą per šaknis, o ne per ankštinių augalų lapus. Jis sėkmingai tyrė pasėlių šaknų išsiskyrimą, ypač anglies dioksido išsiskyrimą, susiedamas jį su šaknų įsisavinimo gebėjimu. [...]

Organizmų bendrija, paremta abipuse nauda, ​​kai dvi rūšys sukuria viena kitai palankią aplinką vystymuisi, vadinama simbioze. Pavyzdys yra mazgelių bakterijų ir ankštinių augalų santykis. Mazginės bakterijos iš ankštinių augalų gauna organines medžiagas be azoto ir mineralines druskas, o mainais aprūpina azoto medžiagomis, kurias jos sintetina iš atmosferos azoto. [...]

Aminoautotrofai yra mikroorganizmai, kurie naudoja azotą, amonio druskas, azoto rūgšties druskas ir karbamidą. Aminoautotrofai, naudodami mineralinių junginių azotą, iš anksto paverčia jį amoniako azotu ir paskui vartoja aminorūgštims, iš kurių sintetinami baltymai. Preliminarus azoto pavertimas amoniaku paaiškinamas tuo, kad mikrobų ląstelėje esantis azotas yra redukuotos būsenos amino (NH2) ir imino grupių (NH) pavidalu. Azoto vaidmuo bakterijų protoplazmos baltyminėse medžiagose yra tas, kad jis suteikia baltymams reaktyvumą. Azotą sunku patekti į junginių sudėtį dėl inertiškumo, tačiau jis lengvai iš jų išeina. [...]

Pirmtako įtaka pirmiausia daro įtaką apvaisintų pasėlių aprūpinimui azotu. Po ankštinių augalų pasėti augalai, paliekantys tam tikrą azoto kiekį, pasisavinamą mazgų bakterijų iš atmosferos, geriau reaguoja į fosforą nei sekantys kitais pirmtakais. SP Kulžinskis (1935) šią situaciją iliustravo Ukrainos eksperimentinių stočių duomenimis (72 lentelė). [...]

Pastaruoju metu kaupiama vis daugiau duomenų, kad daugelyje lizogeninių kultūrų yra 2, 3, 4 ir daugiau vidutinio klimato fagų, tai yra, jie yra polialogeniniai. Pavyzdžiui, daugelyje aktinomicetų, proaktinomicetų, mazgelių bakterijų ir kai kuriose sporas turinčiose bakterijose yra 4 ar daugiau fagų. Fagai, esantys polilizogeninėse kultūrose, dažnai smarkiai skiriasi dalelių forma, antigeninėmis savybėmis ir litinio veikimo spektru. Polilizogenines kultūras galima eksperimentiškai gauti, jas vienu metu arba paeiliui paveikiant įvairius vidutinio klimato fagus. Tokiu būdu gauti pasėliai nesiskiria nuo tų, kurie išskirti iš natūralių šaltinių. [...]

Šie pokyčiai gali būti teigiami vaisingumui ir neigiami. Teigiamų pokyčių pavyzdys yra rūgštingumo pertekliaus pašalinimas dėl kalkinimo, azoto kaupimasis dėl mazgelių bakterijų aktyvumo sėjant ankštinius augalus, kenksmingų druskų pašalinimas drėkintose dirvose po išplovimo, vandens ir oro režimo gerinimas. purenant podirvį ir kt. [...]

Žaliosios trąšos pirmiausia praturtina dirvožemį organinėmis medžiagomis ir azotu. Dažnai, priklausomai nuo jo naudojimo sąlygų, hektaro ariamoje žemėje suariama 35–45 tonos organinių medžiagų, kuriose yra 150–200 kg azoto, kurį iš oro užfiksuoja mazgelinės bakterijos (sėjant ankštinius žaliuosius mėšlą). ..]

Mutualizmas (simbiozė): kiekviena iš rūšių gali gyventi, augti ir daugintis tik esant kitai. Simbiontai gali būti tik augalai, augalai ir gyvūnai, arba tik gyvūnai. Tipiški su maistu kondicionuojamų simbiontų pavyzdžiai yra mazgelinės bakterijos ir ankštiniai augalai, kai kurių grybų mikorizė ir medžių šaknys, kerpės ir termitai. [...]

Tačiau gamtoje ir ekonomikoje yra didelių azoto ir fosforo ciklo skirtumų. Kaip žinote, oras yra beveik 4D sudarytas iš molekulinio azoto. Nors jis nepasiekiamas aukštesniems augalams, jį pasisavina kai kurie mikroorganizmai, ypač mazgelių bakterijos, gyvenančios ant ankštinių augalų šaknų. Šios bakterijos suteikia azoto turinčio maisto ne tik ankštiniams augalams. Pasėjus augalų dirvožemiui dirvai irstant šaknims, azoto pakanka pasėliui pasėti po ankštinių augalų, ypač po dobilų ir liucernos. [...]

Žirniai praturtina dirvožemį azotu tik tada, kai ant jo šaknų išsivysto mazgeliai, tuo tarpu kuo didesnis ir galingesnis, tuo geriau dirvožemis praturtinamas azotu. Šiems tikslams žirnių sėklos sėjos dieną turi būti apdorojamos nitraginu po stogeliu, apsaugant azotą fiksuojančias bakterijas nuo žalingo poveikio. saulės spinduliai... Vieno buteliuko nitragino, ištirpinto 2 litruose vandens, turinys sudrėkina sėklas, jas kastuvu. Džiovintos sėklos sėjamos nedelsiant. Nitragynizacija sukelia ankstyvą mazgelį ir skatina geresnį vystymąsi augalų. Nitraginas yra veiksmingas ankstyva sėjažirniai šlapias dirvožemis... Nedengtose rūgščiose dirvose mazgelinės bakterijos vystosi blogai, o nitragino poveikis smarkiai sumažėja. [...]

Tipiškas simbiozės pavyzdys yra glaudus grybų ir dumblių gyvenimas, dėl kurio susidaro sudėtingesnis ir labiau pritaikytas augalų organizmas - kerpės. Kitas ryškus simbiotinio bendro gyvenimo dirvožemyje pavyzdys yra grybų su aukštesniais augalais simbiozė, kai grybai susidaro ant augalų šaknų m ir-k apie r ir z y. Tarp mazgelių bakterijų ir ankštinių augalų pastebima ryški simbiozė. [...]

D. N. Pryanishnikovas teigė, kad mūsų šaliai perspektyvesnė ne ganykla, o intensyvi sėjomaina. Būtent jie pakeitė trijų laukų grūdų rūšį, vyravusią tūkstantį metų Vakarų Europoje. Su trimis laukais trečdalis žemės buvo tuščia (vėlyvas pūdymas), du trečdaliai buvo pasėti grūdinėmis kultūromis. Ankštiniai augalai nebuvo kultivuojami, o tai atmetė oro azoto mobilizavimo galimybę naudojant mazgelių bakterijas ir neigiamai paveikė augalų azoto mitybą ir azoto ciklą žemės ūkyje. Šioje sėjomainoje beveik nebuvo eilinių pasėlių, įskaitant bulves ir šakniavaisius, o tai lėmė piktžolių laukus ir nuolatinį pašarų trūkumą. Šimtmečius valstiečių ekonomika (išskyrus kulakų elitą) negalėjo išsiveržti iš užburto rato, kurį žymėjo XVIII a. Rusų agronomas. AT Bolotovas, kuris rašė: „... be mėšlo žemė neduoda derliaus, o mėšlo yra mažai, nes gyvulių yra mažai, o galvijų yra mažai, nes pašarų mažai ir pašarų mažai. , nes žemė neduoda derliaus be mėšlo "(1779). [...]

Sunkumai saugant, transportuojant ir naudojant nitragino agaro ir sultinio preparatus, taip pat jų trumpas galiojimo laikas yra rimtos priežastys, lemiančios šio vaisto išstūmimą iš gamybos. Neapdoroti milteliniai nitragino preparatai turi neabejotinų pranašumų prieš agarą ir sultinį. Jų gamybos technologija yra paprastesnė ir ekonomiškesnė. Durpių pasėliai išsilaiko ilgiau ir juos lengviau transportuoti. Jie apsaugo mazgelinių bakterijų ląsteles nuo tiesioginio kontakto su trąšomis ir palaiko jas gyvybingas sėklose, ypač granuliuojant sėklas kalkėmis. [...]

Pagal schemą aukštesnis augalas yra anglies turinčių junginių šaltinis. Jų transformacija suteikia energinę medžiagą N2 aktyvacijos ir redukcijos procesams. Aktyvintas azotas yra galutinis elektronų akceptorius. Nepilnai anglies turinčių junginių oksidacijos produktai tarnauja kaip 1CHN3 akceptoriai ir mazguose sudaro aminorūgštis, kurios tampa prieinamos aukštesniajam augalui. Augalai veikia kaip anglies turinčių junginių (fotosintezės produktų) atsargos ir kaip energijos tiekėjas. Bakteroidų stadijoje esančios mazgelių bakterijos pasižymi sugebėjimu azotą nitrogenazės pagalba perkelti į aktyvintą vandenilį. Kelias nuo N2 iki T III laikomas atkūrimo procesu. [...]

Žirnių augalai turi galimybę pasisavinti azotą iš oro, praturtindami juo dirvožemį, todėl pagrindinė tręšimo sistemos kryptis turėtų būti fosforo ir kalio trąšų naudojimas. Gerai išvystyta žirnių šaknų sistema išsiskiria dideliu maistinių medžiagų įsisavinamumu, tačiau norint žymiai padidinti derlių, negalima tikėtis, kad sėjomainoje bus naudojamas trąšų poveikis, todėl būtina tiesiogiai naudoti mineralines trąšas. žirniai. Jis reaguoja į fosfatų ir kalio trąšų naudojimą. Fosforas padeda pagreitinti augalų brendimą. Trūkstant jo dirvožemyje, mazgelinės bakterijos blogai vystosi šaknyse, o derlius mažėja. Trūkstant kalio, lapai pagelsta, o pupelės blogai vystosi, ypač lengvų tekstūrų dirvožemyje. Rūgščiuose dirvožemiuose žirniai smarkiai sumažina derlių, susilpnėja mazgelių bakterijų veikla. Todėl rūgščių dirvožemių kalkinimas yra būtina sąlyga norint padidinti žirnių derlių ir didesnį naudojamų mineralinių trąšų efektyvumą. Kalkių dozė priklauso nuo dirvožemio rūgštingumo (3 ... 6 t / ha), geriau kalkes dėti po ankstesniais pasėliais. [...]

Vienas iš svarbiausių mikroorganizmų sąveikos su aukštesnis augalas yra simbiotinė atmosferos azoto fiksacija - pagrindinis elementas, lemiantis pasėlių dydį ir kokybę. Bendras molekulinio azoto kiekis, dalyvaujantis simbiotinės ankštinių-rizobizinės sistemos biologinėje cirkuliacijoje, yra tik 3 milijonai tonų per metus tik SSRS. Ilgalaikė šalies ir užsienio patirtis rodo, kad veiksminga ankštinių-rizobinių simbiozė yra ne tik garantija gauti didelis ir kokybiškas ankštinių augalų derlius, todėl galimybė išspręsti maistinių baltymų problemą, bet ir pats ekonomiškiausias azoto atsargų papildymo dirvožemyje šaltinis. Norint daugelyje šalių žemės ūkio gamyboje naudoti pigų „biologinį azotą“, ankštinių augalų pasėlių plotas yra padidinamas, o prieš sėją sėklos apdorojamos mazgelinių bakterijų preparatais, gautais remiantis aktyviomis Rhizobium padermėmis. Ankštinių augalų ir mazgelių bakterijų simbiozinio ryšio pobūdis ir veiksmingumas priklauso nuo abiejų partnerių fiziologinės ir biocheminės būsenos, todėl bet kokių veiksnių įtaka vienam iš jų tikrai turės įtakos visos sistemos produktyvumui.

Rhizobium genties organizmams būdingas polimorfizmas, tai yra, bakterijų formos yra labai įvairios. Šie mikroorganizmai gali būti judrūs ir nejudantys, turėti kokso ar lazdelių formą, gijinius, ovalius. Dažniausiai jauni prokariotai yra lazdelės formos, kurie keičiasi augant ir senstant dėl ​​maisto medžiagų kaupimosi ir imobilizacijos. Savo mikroorganizme jis praeina keletą etapų, kuriuos galima spręsti iš jo išvaizda... Iš pradžių tai yra meškerės forma, paskui vadinamoji „diržinė meškerė“ (turi diržus su riebiais intarpais) ir galiausiai bakteriodas - didelė nejudanti netaisyklingos formos ląstelė.

Mazginės bakterijos yra specifinės, tai yra, jos sugeba įsikurti tik

tam tikra augalų grupė ar rūšis. Ši savybė genetiškai formuojama mikroorganizmuose. Taip pat svarbus efektyvumas - gebėjimas kaupti atmosferos azotą pakanka jo augalui. Ši nuosavybė nėra nuolatinė ir gali pasikeisti dėl buveinių sąlygų.

Nėra vieningos nuomonės, kaip mazgelinės bakterijos patenka į šaknį, tačiau yra daugybė hipotezių apie jų įsiskverbimo mechanizmą. Taigi, kai kurie mokslininkai mano, kad prokariotai prasiskverbia į šaknis pažeidžiant jos audinius, o kiti kalba apie prasiskverbimą per šaknies plaukelius. Taip pat yra auksino hipotezė - prielaida apie palydovines ląsteles, kurios padeda bakterijoms įsiveržti į šaknų ląsteles.

Tas pats įvadas vyksta dviem fazėmis: pirmiausia - šaknų plaukelių infekcija, tada - mazgelių susidarymas. Fazių trukmė yra skirtinga ir priklauso nuo konkrečios augalų rūšies.

Bakterijos, gebančios sureguliuoti azotą, yra labai svarbios žemės ūkiui, nes būtent šie organizmai gali padidinti produktyvumą. Šie mikroorganizmai yra paruošti ankštinių augalų sėkloms gydyti, o tai padeda greičiau užkrėsti šaknis. Skirtingos rūšys sodinant net ir prastose dirvose, jų papildomai tręšti azotu nereikia. Taigi, 1 hektaras ankštinių augalų, dirbančių su mazgelinėmis bakterijomis, per metus perduoda 100–400 kg azoto į surištą būseną.

Taigi, mazgelių bakterijos - simbiotiniai organizmai, kurie yra labai svarbūs ne tik augalo gyvenime, bet ir