Paleontologiske data indikerer at den eldste belgfrukter som hadde knuter var noen planter som tilhørte gruppen Eucaesalpinioideae.

I moderne belgfrukter finnes knuter på røttene til mange medlemmer av Papilionaceae-familien.

Fylogenetisk mer primitive representanter for slike familier som Caesalpiniaceae og Mimosaceae danner ikke knuter i de fleste tilfeller.

Av de 13 000 artene (550 slekter) av belgfrukter har tilstedeværelsen av knuter blitt avdekket så langt bare i omtrent 1300 arter (243 slekter). Dette inkluderer primært plantearter som brukes i landbruket (mer enn 200).

Etter å ha dannet knuter, får belgfrukter muligheten til å assimilere atmosfærisk nitrogen. Imidlertid er de i stand til å mate på bundne former for nitrogen - ammonium og salpetersyresalter. Bare en plante, Hedysarum coronarium, assimilerer bare molekylært nitrogen. Derfor forekommer denne planten ikke i naturen uten knuter.

Nodulebakterier forsyner belgfrukter med nitrogen, som er fiksert fra luften. Planter forsyner igjen bakterier med karbohydratmetabolismeprodukter og mineralsalter som de trenger for vekst og utvikling.

I 1866 så den berømte botanikeren og jordforskeren MS Voronin små "små kropper" i knutene på røttene til belgfrukter. Voronin la frem dristige forutsetninger for den tiden: han koblet dannelsen av knuter med aktiviteten til bakterier, og den økte delingen av cellene i rotvevet med plantens reaksjon på bakterier som trengte inn i roten.

20 år senere isolerte den nederlandske forskeren Beijerin K bakterier fra erter, vetch, hake, bønner, seradella og lilyweed og studerte deres egenskaper ved å teste deres evne til å infisere planter og indusere dannelsen av nodules. Han kalte disse mikroorganismene Bacillus radicicola. Siden bakterier som danner sporer hører til slekten Bacillus, og knuterbakterier er fratatt denne evnen, omdøpte A. Prazhmovsky dem til Bacterium radicicola. B. Frank foreslo et mer vellykket generisk navn for nodulebakterier - Rhizobium (fra gresk rhizo - rot, bioliv; liv på røttene). Dette navnet slo rot og brukes fremdeles i litteraturen.

For å betegne arten av knuterbakterier, er det vanlig å legge til et begrep som tilsvarer det generiske navnet Rhizobium Latinsk navn av plantetypen, fra knuter som de er isolert av og som de kan danne knuter på. For eksempel Rhizobium trifolii - kløverknute bakterier, Rhizobium lupini - lupin knute bakterier, etc. I tilfeller der knute bakterier er i stand til å danne knuter på røttene til forskjellige typer belgfrukter, dvs. forårsaker den såkalte kryssinfeksjonen, det spesifikke navnet er som om det er kollektivt - det gjenspeiler nettopp denne "krysskontaminerende" evnen. For eksempel Rhizobium leguminosarum - knuterbakterier av erter (Pisum), linser (linse), hake (Lathyrus).

Morfologi og fysiologi av knute bakterier. Nodulebakterier er preget av et utrolig utvalg av former - polymorfisme. Mange forskere var oppmerksomme på dette når de studerte knuterbakterier i ren kultur under laboratorieforhold og i jord. Nodulebakterier kan være stavformede og ovale. Blant disse bakteriene er det også filtrerbare former, L-former, coccoid immobile og mobile organismer.

Unge knuterbakterier i ren kultur på næringsmedier har vanligvis en stavlignende form (fig. 143, 2, 3), størrelsen på stengene er omtrent 0,5-0,9 x 1,2-3,0 mikron, mobil, multipliser med divisjon. I stavformede celler av kløvernodebakterier observeres deling ved snøring. Med alderen kan stavceller begynne å spire. Ifølge Gram flekker celler negativt, deres ultrafine struktur er typisk for gramnegative bakterier (fig. 143, 4).

Ved aldring mister knuterbakterier sin mobilitet og går over i tilstanden til de såkalte beltestengene. De fikk dette navnet på grunn av veksling av tette og løse deler av protoplasma i cellene. Bånding av celler oppdages godt når det sees under et lysmikroskop etter behandling av celler med anilinfargestoffer. Tette områder av protoplasma (belter) flekkes verre enn hullene mellom dem. I et selvlysende mikroskop er båndene lysegrønne, hullene mellom dem lyser ikke og ser mørke ut (fig. 143, 1). Beltene kan være plassert midt i buret eller i endene. Beltet til cellene er også synlig på elektrondiffraksjonsmønstre, hvis prøven ikke behandles med kontrastmidler før visning (fig. 143, 3). Sannsynligvis, med alderen, er bakteriecellen fylt med fete inneslutninger som ikke oppfatter farge og som et resultat forårsaker striering av cellen. Trinnet med "belte stenger" går foran dannelsen av bakteroider - celler med uregelmessig form: fortykket, forgrenet, sfærisk, pæreformet og kolbeformet (fig. 144). Begrepet "bakteroider" ble introdusert i litteraturen av J. Brunhorst i 1885, og brukte det på formasjoner av uvanlig form, mye større enn de stavformede cellene av bakterier som finnes i vevene i knuter.

,

Bakteroider inneholder mer volutinkorn og er preget av et høyere glykogen- og fettinnhold enn stavceller. Bakteroider dyrket i kunstige næringsmedier og dannet i knutevev er fysiologisk like. Det antas at bakteroider er former for bakterier med en ufullstendig delingsprosess. Med ufullstendig inndeling av celler av nodulære bakterier oppstår dikotom forgrenende former for bakteroider. Antall bakteroider øker med aldring av kulturen; utseendet deres blir lettere ved uttømming av næringsmediet, akkumulering av metabolske produkter, innføring av alkaloider i mediet.

I gamle (to måneder gamle) kulturer av nodulære bakterier, ved hjelp av et elektronmikroskop, er det mulig å avsløre i mange celler tydelig skisserte formasjoner av en sfærisk form (fig. 145) - artrosporer. Antallet i celler varierer fra 1 til 5.

På næringsmedier vokser nodulbakterier av forskjellige typer belgfrukter med forskjellige hastigheter. De raskt voksende bakteriene inkluderer ert, kløver, lucerne, bredbønner, vetch, linser, rang, søtkløver, fenegreek, bønner, kikerter og lyadveneter; til langsomt voksende - knuterbakterier av lupin, soyabønner, peanøtter, seradella, mungbønne, cowpea, sainfoin, gorse. Fullt dannede kolonier av raskt voksende kulturer kan oppnås på 3. - 4. inkubasjonsdag, kolonier med sakte voksende kulturer - på 7. - 8. dag.

For hurtigvoksende knutebakterier er peritrichial arrangement av flagella karakteristisk, for langsomt voksende bakterier er det monotrichial (tabell 42, 1-5).

I tillegg til flagella dannes filamentøse og perle-lignende utvekster i cellene til nodulære bakterier når de dyrkes på flytende medium (tabell 42, 43). Lengden når 8-10 mikron. De er vanligvis plassert på overflaten av cellen peritrichial, det er fra 4 til 10 eller flere av dem per celle.

,

Kolonier av raskt voksende knutebakterier har fargen på bakt melk, ofte gjennomsiktig, slimete, med glatte kanter, moderat konveks, over tid vokser de på overflaten av agarmediet. Kolonier av langsomt voksende bakterier er mer konvekse, mindre, tørre, tette og vokser som regel ikke på overflaten av mediet. Slimet produsert av nodulære bakterier er en kompleks forbindelse av polysakkarid-type, som inkluderer heksoser, pentoser og uronsyrer.

Nodulebakterier er mikroaerofile (utvikler seg med ubetydelige mengder oksygen i miljøet), som imidlertid foretrekker aerobe forhold.

Som en kilde til karbon i næringsmedier bruker knutebakterier karbohydrater og organiske syrer, som en kilde til nitrogen - en rekke mineraler og organiske nitrogenholdige forbindelser. Ved dyrking på medier med høyt innhold av nitrogenholdige stoffer, kan knuterbakterier miste evnen til å trenge inn i planten og danne knuter. Derfor dyrkes knuterbakterier vanligvis på planteekstrakter (bønner, ertebuljong) eller jordekstrakter. Nodebakteriene som er nødvendige for utvikling av fosfor kan oppnås fra mineraler og organiske fosforholdige forbindelser; en kilde til kalsium, kalium og andre mineralelementer mineralforbindelser kan tjene.

For å undertrykke uvanlig saprofytisk mikroflora når du isolerer nodulbakterier fra knuter eller direkte fra jord, anbefales kulturmedier med tilsetning av krystallfiolett, tannin eller antibiotika.

For utvikling av de fleste kulturer av nodulære bakterier er det nødvendig optimal temperatur innen 24-26 °. Ved 0 ° og 37 ° C stopper veksten. Vanligvis lagres kulturer av nodulære bakterier i et laboratorium ved lave temperaturer (2-4 ° C).

Mange typer knuterbakterier er i stand til å syntetisere B-vitaminer, så vel som vekststoffer som heteroauxin (α-indoleddiksyre).

Alle knutebakterier er omtrent like resistente mot den alkaliske reaksjonen i mediet (pH = 8,0), men er like følsomme for sure.

Spesifisitet, virulens, konkurranseevne og aktivitet av knute bakterier.

Konsept spesifisitet nodule bakterier - kollektive. Det karakteriserer bakteriens evne til å danne knuter i planter. Hvis vi snakker om knuterbakterier generelt, så er dannelsen av knuter bare i en gruppe belgfrukter for dem allerede spesifikk i seg selv - de er selektive for belgfrukter.

Men hvis vi vurderer individuelle kulturer av nodulærbakterier, viser det seg at det blant dem er de som er i stand til å infisere bare en viss, noen ganger større, noen ganger mindre, gruppe belgfrukter, og i denne forstand er nodularbakteriens spesifisitet den selektive evnen i forhold til vertsplanten. Spesifisiteten til knute bakterier kan være smal (kløver knute bakterier infiserer bare en gruppe kløver - artsspesifisitet, og lupin knute bakterier kan til og med karakteriseres av sort spesifisitet - smitter bare alkaloid eller ikke-alkaloid varianter av lupin). Med en bred spesifisitet kan knuterbakterier av erter infisere erteplanter, ranger og bønner, og nodulære bakterier av ranger og bønner kan infisere erteplanter, det vil si at de alle er preget av evnen til "kryssinfeksjon". Spesifisiteten til knuterbakterier ligger til grunn for klassifiseringen.

Spesifikasjonen til knute bakterier oppsto som et resultat av deres langsiktige tilpasning til en plante eller til en gruppe av dem og den genetiske overføringen av denne egenskapen. I denne forbindelse er forskjellig tilpasningsevne av nodulærbakterier til planter også til stede i kryssinfeksjonsgruppen. For eksempel kan lucerneknute-bakterier danne knuter i den søte kløveren. Men likevel er de mer tilpasset lucerne, og søte kløverbakterier - til melilot.

I prosessen med infeksjon av rotsystemet til belgfrukter med knuterbakterier, er det av stor betydning virulens mikroorganismer. Hvis spesifisiteten bestemmer handlingsspekteret til bakterier, karakteriserer virulensen til nodulære bakterier aktiviteten til deres handling innenfor dette spekteret. Virulens refererer til muligheten til knuterbakterier til å trenge gjennom rotvevet, formere seg der og indusere dannelse av knuter.

En viktig rolle spilles ikke bare av evnen til å trenge inn i røttene til en plante, men også av hastigheten på denne penetrasjonen.

For å bestemme virulensen til en stamme av knuterbakterier, er det nødvendig å etablere dens evne til å indusere dannelsen av knuter. Kriteriet for virulens av en hvilken som helst stamme kan være minimum antall bakterier som gir en mer kraftig infeksjon av røttene sammenlignet med andre stammer, noe som resulterer i dannelse av knuter.

I jord, i nærvær av andre stammer, vil den mer virulente stammen ikke alltid smitte planten først. I dette tilfellet bør du ta det i betraktning konkurranseevne, som ofte maskerer virulensegenskapen under naturlige forhold.

Det er nødvendig at virulente stammer også har konkurranseevne, det vil si at de med suksess kan konkurrere ikke bare med representanter for den lokale saprofytiske mikrofloraen, men også med andre stammer av nodulære bakterier. En indikator på konkurransekraften til en stamme er antall knuter som dannes av den som en prosentandel av det totale antall knuter på planterøttene.

En viktig egenskap ved knuterbakterier er deres aktivitet(effektivitet), dvs. evnen til å assimilere molekylært nitrogen i symbiose med belgfrukter og tilfredsstille behovene til vertsplanten. Avhengig av i hvilken grad knutebakterier bidrar til en økning i utbyttet av belgfrukter (fig. 146), er det vanlig å dele dem opp i aktive (effektive), inaktive (ineffektive) og inaktive (ineffektive).

En bakteriestamme inaktiv for en vertsplante i symbiose med en annen art bønne plante kan være ganske effektivt. Derfor, når det karakteriseres en stamme når det gjelder effektivitet, bør det alltid angis i forhold til hvilken art av vertsplanter effekten viser.

Aktiviteten til knuterbakterier er ikke en permanent eiendom. Ofte i laboratoriepraksis er det tap av aktivitet i kulturer av knuterbakterier. I dette tilfellet går enten aktiviteten tapt i hele kulturen, eller det vises individuelle celler med lav aktivitet. En reduksjon i aktivitetsgraden til nodulære bakterier oppstår i nærvær av visse antibiotika og aminosyrer. En av årsakene til tapet av aktivitet av nodulære bakterier kan være innflytelsen fra en fag. Ved å passere, det vil si gjentatt passering av bakterier gjennom vertsplanten (tilpasning til en bestemt type plante), kan du få effektive stammer fra ineffektive.

Eksponering for y-stråler gjør det mulig å oppnå stammer med forbedret effektivitet. Det er kjente tilfeller av fremveksten av høyaktive radiomutanter av alfalfa nodule bakterier fra en inaktiv stamme. Bruk av ioniserende stråling, som har en direkte effekt på endringen i cellens genetiske egenskaper, kan med all sannsynlighet være en lovende metode for valg av svært aktive stammer av nodulære bakterier.

Infeksjon av en belgfrukterplante med knutebakterier.

For å sikre den normale prosessen med infeksjon av rotsystemet med knutebakterier, er det nødvendig å ha et ganske stort antall levedyktige bakterieceller i rotsonen. Forskere er forskjellige på antall celler som kreves for å støtte inokulasjonsprosessen. I følge den amerikanske forskeren O. Allan (1966) kreves det således 500-1000 celler for inokulering av småfrøplanter, og minst 70 000 celler per frø for inokulering av store frøplanter. Ifølge den australske forskeren J. Vincent (1966), i øyeblikket av inokulering, bør hvert frø ha minst flere hundre levedyktige og aktive celler av knuterbakterier. Det er bevis for at enkeltceller også kan introduseres i rotvevet.

Med utviklingen av rotsystemet til en belgfruktsplante stimuleres reproduksjonen av knuterbakterier på rotoverflaten av rotutsekvenser. Produktene til ødeleggelse av rotkapper og hår spiller også en viktig rolle i å gi nodulbakterier et passende substrat.

I rhizosfæren til en belgfruktplante stimuleres utviklingen av knuterbakterier sterkt; for kornplanter observeres ikke dette fenomenet.

På overflaten av roten er det et lag med slimete substans (matrise), som dannes uavhengig av tilstedeværelsen av bakterier i rhizosfæren. Dette laget er godt synlig når det undersøkes i et lysoptisk mikroskop (fig. 147). Etter inokulering skynder vanligvis knuterbakterier seg til dette laget og akkumuleres i det (fig. 148) på grunn av rotens stimulerende effekt, som manifesterer seg selv i en avstand på opptil 30 mm.

,

I løpet av denne perioden, før introduksjonen av nodulære bakterier i rotvevet, er bakterier i rhizosfæren ekstremt mobile. I de tidlige verkene, der et lysmikroskop ble brukt til forskning, ble knuterbakterier lokalisert i rhizosfæren kalt svermere (gonidia eller zoospores) - "svermer". Ved hjelp av metoden fra Fareus (1957) er det mulig å observere dannelsen av ekstremt raskt bevegende svømmerkolonier i rotspissområdet og rothårene. Schwermer-kolonier eksisterer i veldig kort tid - mindre enn en dag.

Om penetrasjonsmekanismen Det er en rekke hypoteser om knuterbakterier i roten til en plante. De mest interessante av dem er som følger. Forfatterne av en av hypotesene hevder at nodulære bakterier trenger inn i roten gjennom skade på epidermal og skorpevev (spesielt i grenene av laterale røtter). Denne hypotesen ble fremmet på grunnlag av forskningen til Brill (1888), som forårsaket dannelsen av knuter i belgfrukter ved å gjennombore røttene med en nål som tidligere var nedsenket i en suspensjon av knuterbakterier. Som et spesielt tilfelle er en slik måte å implementere ganske reell på. For eksempel, i peanøtter, er knuter hovedsakelig plassert i aksilene til rotgrener, noe som antyder at nodulærbakterier trenger inn i roten gjennom brudd under spiring av laterale røtter.

En interessant og ikke uten grunn er hypotesen om penetrering av rotknute bakterier i rotvevet gjennom rothår. Veien for passering av knuterbakterier gjennom rothår er anerkjent av de fleste forskere.

Antagelsen fra P. Dart og F. Mercer (1965) om at nodulærbakterier blir introdusert i roten i form av små (0,1-0,4 μm) koksoidceller gjennom intervaller (0,3-0,4 μm) cellulose er veldig overbevisende. av den primære membranen av rothår. Elektronmikroskopiske fotografier (fig. 149) av rotoverflaten oppnådd ved kopimetoden, og det faktum at cellene til nodulære bakterier i rhizosfæren til belgfrukter blir mindre, bekrefter denne posisjonen.

Det er mulig at rotknute bakterier kan trenge inn i roten gjennom epidermale celler i de unge spissene av roten. I følge Prazhmovsky (1889) kan bakterier bare trenge inn i roten gjennom den unge cellemembranen (rothår eller epidermale celler) og er helt ute av stand til å overvinne det kjemisk endrede eller korkede laget av cortex. Dette kan forklare at knuter vanligvis utvikler seg på unge områder av hovedroten og nye laterale røtter.

Nylig har auxinhypotesen blitt veldig populær. Forfatterne av denne hypotesen mener at rotknute-bakterier trenger inn i roten ved å stimulere syntesen av (β-indoleddiksyre (heteroauxin) fra tryptofan, som alltid er tilstede i planterotsekstrater. Fig. 150).

Åpenbart er kilden til β-indoleddiksyre på tidspunktet for planteinfeksjon ikke bare planter som frigjør tryptofan gjennom rotsystemet, som kan omdannes av mange typer bakterier, inkludert knute, til β-indoleddiksyre. Knutebakteriene i seg selv, og muligens andre typer jordmikroorganismer som lever i rotsonen, kan også delta i syntesen av heteroauxin.

Auxin-hypotesen kan imidlertid ikke aksepteres ubetinget. Effekten av heteroauxin er uspesifikk og forårsaker krumning av rothår i forskjellige plantearter, ikke bare belgfrukter. Samtidig forårsaker rotknute bakterier krumning av rothår bare i belgfrukter, mens de utviser ganske betydelig selektivitet. Hvis effekten som ble vurdert bare ble bestemt av β-indoleddiksyre, ville det ikke være slik spesifisitet. I tillegg er arten av endringer i rothår under påvirkning av knuterbakterier noe annerledes enn under påvirkning av heteroauxin.

Det skal også bemerkes at i noen tilfeller utsettes ikke-buede rothår for infeksjon. Observasjoner viser at i alfalfa og erter er 60-70% av rothårene bøyd og krøllet, og i kløver - ca 50%. I noen typer kløver er denne reaksjonen notert i ikke mer enn 1/4 av de infiserte hårene. I krumningsreaksjonen er tilstanden til rothåret åpenbart av stor betydning. Voksende rothår er mest følsomme for virkningen av stoffer som produseres av bakterier.

Det er kjent at knuterbakterier forårsaker mykning av veggene i rothårene. Imidlertid danner de ikke verken cellulase eller pektinolytiske enzymer. I denne forbindelse ble det antydet at nodulære bakterier trenger inn i roten på grunn av utskillelse av slim av polysakkarid-natur, noe som forårsaker syntesen av enzymet polygalacturonase av planter. Dette enzymet, som ødelegger pektinsubstanser, påvirker membranen i rothårene, noe som gjør det mer plastisk og gjennomtrengelig. I ikke store mengder polygalacturonase er alltid tilstede i rothår, og forårsaker tilsynelatende delvis oppløsning av de tilsvarende komponentene i membranen, og lar cellen strekke seg.

Noen forskere mener at rotknute-bakterier trenger inn i roten gjennom satellittbakterier som produserer pektinolytiske enzymer. Denne hypotesen ble fremmet på grunnlag av følgende fakta. Under mikroskopi av rothår bemerket mange forskere tilstedeværelsen av en lys flekk, rundt hvilken knuterbakterier akkumuleres. Dette stedet kan være et tegn på begynnelsen av vevsmaserasjon (ødeleggelse) av protopektinase, analogt med samme trekk som er observert i planter med mange bakteriesykdommer. I tillegg ble det funnet at avirulente kulturer av nodulære bakterier i nærvær av bakterier som produserer pektinolytiske enzymer blir i stand til å trenge inn i roten.

En hypotese til bør noteres, i henhold til hvilken nodulære bakterier kommer inn i roten under dannelsen av en fingerlignende invaginasjon av overflaten av rothåret. Elektrodiffraksjonsmønsteret til et rothårklipp, som bekrefter denne hypotesen (fig. 150, 3), viser et rothår bøyd i form av et paraplyhåndtak, i bøyningen som det er en akkumulering av knuterbakterier. Nodulebakterier suges som det er inn (svelges) av rothåret (som pinocytose).

Intussusception-hypotesen kan i hovedsak ikke skilles fra auxin eller enzymatisk hypotese, siden intussusception oppstår som et resultat av eksponering for enten en auxin eller enzymatisk faktor.

Prosessen med å introdusere knuterbakterier i rotvevet er den samme for alle typer belgfrukter og består av to faser. I den første fasen blir rothår smittet. I den andre fasen er prosessen med dannelse av knuter intensiv. Varigheten av fasene er forskjellig for forskjellige plantearter: i Trifolium fragiferum varer den første fasen i 6 dager, i Trifolium nigrescens - 3 dager.

I noen tilfeller er det veldig vanskelig å oppdage grensene mellom fasene. Den mest intensive introduksjonen av knuterbakterier i rothår skjer i de tidlige stadiene av planteutviklingen. Den andre fasen avsluttes i perioden med massedannelse. Ofte fortsetter introduksjonen av knuterbakterier i rothår selv etter at knuter har dannet seg på røttene. Denne såkalte overflødige eller ekstra infeksjonen oppstår fordi infeksjonen i hårene ikke stopper. lang tid... På et senere tidspunkt for infeksjon plasseres knuter vanligvis lavere langs roten.

Type utvikling, struktur og tetthet av rothår påvirker ikke hastigheten på penetrasjon av knuterbakterier. Stedene for knutedannelse er ikke alltid forbundet med stedene til de infiserte hårene.

Etter å ha trengt inn i roten (gjennom rothåret, epidermal celle, rotskadesteder) beveger rotknute-bakteriene seg lenger inn i plantens rotvev. Bakterier passerer lett gjennom de intercellulære rommene.

Enten en enkelt celle eller en gruppe bakterieceller kan trenge inn i rotvevet. Hvis en egen celle introduseres, kan den fortsette å bevege seg gjennom vevet som en ensom. Veien til rotinfeksjon av enkeltceller er karakteristisk for lupinplanter.

Imidlertid danner den invaderende cellen i de fleste tilfeller aktivt multiplisering de såkalte smittsomme tråder (eller smittsomme tråder) og beveger seg allerede i form av slike tråder inn i plantevevet.

Begrepet "smittsom tråd" stammer fra studiet av infeksjonsprosessen i et lysmikroskop. Begynnende med Beijerincks arbeid, ble infeksjonstråden betraktet som en slimete hyphal masse med multipliserende bakterier innelukket i den.

I hovedsak er en infeksjonstråd en koloni av multipliserende bakterier. Opprinnelsen er stedet der en enkelt celle eller gruppe av celler har trengt gjennom. Det er mulig at en bakteriekoloni (og følgelig den fremtidige smittsomme tråden) begynner å dannes på overflaten av roten før innføring av bakterier i roten.

Antallet infiserte rothår varierer betydelig fra plante til plante. Smittsomme filamenter vises vanligvis i deformerte, vridde rothår. Imidlertid er det indikasjoner på at lignende tråder noen ganger finnes i rette hår. Oftere observeres en forgreningstråd i rothårene, sjeldnere to. I noen tilfeller har ett rothår flere filamenter, eller flere har vanlige infeksjonsfilamenter, noe som gir opphav til en knute (fig. 151).

Andelen infiserte rothår i det totale antallet deformerte hår er uforklarlig lav. Det varierer vanligvis fra 0,6 til 3,2, og når av og til 8,0. Andelen vellykkede infeksjoner er enda lavere, siden det blant de smittsomme trådene er mange (opptil 80%) såkalte aborterende tråder som har sluttet å utvikle seg. Fremdriftshastigheten for normalt utviklende smittsomme tråder i et anlegg er 5 - 8 mikron per time. I denne hastigheten kan en smittsom tråd passere gjennom et rothår med en lengde på 100-200 mikron i løpet av en dag.

Morfologiske og anatomiske egenskaper av knuter i deres ontogenese.

I henhold til dannelsesmetoden er knuter av belgfrukter delt inn i to typer:

Type 1 - knuter oppstår under delingen av celler i pericycle (hjørnesjikt), vanligvis plassert overfor protoxylem (den første i tiden for vaskulær dannelse) - endogen type nodulasjonsdannelse;

Type 2 - knuter stammer fra rotbarken som et resultat av innføringen av patogenet i parenkymcellene i cortex og endoderm (indre lag av den primære cortex) - en eksogen type knutedannelse.

Sistnevnte type råder i naturen. Vevet til rotens sentrale sylinder deltar bare i formasjonen vaskulært system knuter av både endogene og eksogene typer.

Til tross for forskjellige synspunkter på arten av fremveksten av knuter av exo- og endotyper, er utviklingsprosessen deres i utgangspunktet den samme. Imidlertid skal verken den ene eller den andre typen knutedannelse på ingen måte identifiseres med prosessen med lateral rotdannelse, til tross for at det er noen likheter i deres opprinnelse. Dermed skjer dannelsen av knuter og laterale røtter samtidig og dessuten i samme rotsone.

Samtidig understreker en rekke trekk ved utviklingen av laterale røtter og knuter dype forskjeller i typen formasjon. Laterale røtter oppstår i pericycle. Fra de aller første øyeblikkene av utviklingen er de assosiert med den sentrale sylinderen til hovedroten, hvorfra de sentrale sylindrene til laterale røtter forgrener seg, og de oppstår alltid mot primærvedstrålen. Dannelsen av en knute, i motsetning til en lateral rot, er mulig hvor som helst. Helt i begynnelsen av dannelsen av knutevev er det ingen vaskulær forbindelse med den sentrale sylinderen i roten; den oppstår senere. Fartøy dannes vanligvis langs periferien av knuten. De er forbundet med karene i roten gjennom tracheid-sonen og har sin egen endoderm (Fig. 152).

Forskjellen i karakteren av knuter og laterale røtter blir spesielt tydelig observert i seradella, siden kjernevevet til hovedroten til denne planten - opprinnelsesstedet til de første knutene - består av et relativt lite lag av celler og knuter blir synlig veldig raskt etter rotinfeksjon med bakterier. De danner først flate fremspring ved roten, noe som gjør det mulig å skille dem fra de koniske fremspringene til laterale røtter. Knutene skiller seg fra laterale røtter i en rekke anatomiske trekk: fraværet av en sentral sylinder, rotkapper og epidermis, og tilstedeværelsen av et betydelig lag med bark som dekker knuten.

Dannelsen av knuter (Fig. 153, 1, 2) av belgfrukter skjer i perioden da roten fremdeles har en primær struktur. Det begynner med delingen av kjerneceller som ligger i en avstand på 2-3 lag fra endene av de smittsomme filamentene. Lagene av barken, gjennomboret av smittsomme tråder, forblir uendret. Samtidig forekommer deling av kjerneceller i seradella direkte under det infiserte rothåret, og i erter blir celledeling kun notert i det nest siste laget av cortex.

Divisjon med dannelsen av en radiell vevsstruktur fortsetter til de indre kjernecellene. Det skjer uten en bestemt retning, tilfeldig, og som et resultat av dette oppstår et meristem (system for utdanningsvev) av knuten, bestående av små granulære celler.

De delte cellene i cortex endres: kjernene er avrundet og forstørret, spesielt nucleoli er forstørret. Etter mitose avviker kjernene, og uten å anta sin opprinnelige form, begynner de å dele seg igjen.

Et sekundært meristem oppstår. Snart vises tegn på begynnende deling i endoderm og pericycle, som i de tidligere ytre cellene hovedsakelig forekommer av tangensiell septa. Denne inndelingen strekker seg til slutt til det generelle meristematiske komplekset, hvis små celler strekker seg ut, vakuolene forsvinner, og kjernen fyller det meste av cellen. Det dannes en såkalt primær nodule, i celleplasmaet som nodulebakterier er fraværende, siden de på dette stadiet fortsatt er inne i de smittsomme filamentene. Mens den primære knutepunktet dannes, forgrener de smittsomme filamentene seg mange ganger og kan passere enten intercellularly mellom cellene (Fig. 154), eller gjennom cellene - intracellularly - og introdusere bakterier (Fig. 155).

,

På grunn av den aktive reproduksjonen av nodulære bakterier i dem, får intercellulære smittsomme tråder ofte en bisarr form - de dannes i form av lommer (diverticula) eller fakler (se fig. 154).

Prosessen med bevegelse av smittsomme filamenter fra celle til celle er ikke helt klar. Tilsynelatende vandrer de smittsomme trådene, ifølge den kanadiske mikrobiologen D. Jordan (1963), i form av nakne slimhinner i de mellomcellulære rommene i plantevevet til de på grunn av noen uforklarlige grunner begynner å invaginere i cytoplasmaet. av tilstøtende celler.

I noen tilfeller forekommer infaginasjonen av infeksjonstråden i en, i noen tilfeller - i hver tilstøtende celle. Gjennom disse invaginerte rørhulen (divertikula) flyter innholdet i tråden, innesluttet i slim. Mest aktiv vekst Smittsomme filamenter forekommer vanligvis nær kjernen til plantecellen. Penetrasjon av filamentet ledsages av bevegelsen til kjernen, som beveger seg til infeksjonsstedet, øker, endrer form og degenererer. Et lignende bilde er observert med en soppinfeksjon, når kjernen ofte er kinnskjegg

0

Utviklingen av symbiotiske assosiasjoner mellom belgfrukter og knutebakterier er av stor interesse for agronomi. Disse symbioene gir mesteparten av det biologisk bundne nitrogenet som er tilgjengelig for avlinger.

Nodulebakterier er ganske vanlige gramnegative mikroorganismer, kombinert i en familie med de kjente fytopatogene bakteriene Agrobacterium. Selv om knuterbakterier er diskutert i denne artikkelen kun ut fra deres rolle i symbiotiske forhold til planter, må det alltid huskes at de er veldig godt tilpasset langvarig overlevelse i jord, selv i fravær av spesifikke vertsplanter. . På samme måte kan vertene for disse bakteriene - belgfrukter, som soyabønner og kløver, vokse godt uten deres symbionter. Dermed er symbiosen av belgfrukter og knuterbakterier snarere en valgfri snarere enn en obligatorisk forening. Det er vanligvis gunstig for begge organismer, men ikke nødvendig for deres utvikling. Hver partner i denne foreningen kan leve sitt eget liv og er godt rustet for dette. Derfor kan det forventes at utviklingen av knuterbakterier i endringsprosessen og etableringen av symbiose vil endre seg raskt, dvs. tilpasning skjer, slik at de kan bevege seg fra et komplekst habitat i jorden til et dynamisk miljø på roten overflaten, og deretter til et veldig spesielt miljø inne i cellene. Vertsplanten må også reagere raskt på tilstedeværelsen av symbiotiske bakterier på overflaten av røttene, og vertsresponsene må være markant forskjellige fra deres respons på andre jordmikroorganismer. Vertsplanten må gjennomgå betydelige indre endringer, som et resultat av at den kan akseptere sin bakteriepartner og bytte fra å konsumere bundet nitrogen fra eksogene kilder til å assimilere symbiotisk dannet NH 3. Det er klart at infeksjonsprosessen og utviklingen av symbiotiske forhold består av en hel serie av mutualistiske tilpasninger. På mange måter ligner denne prosessen infeksjonen av en mottakelig vert med en patogen organisme, og samtidig er de helt forskjellige.

Soyabønneinfeksjon med Rhizobium japonicum begynner tilsynelatende med responsen fra bakterien til utseendet på signalering og næringsstoffer som utskilles av vertsrøttene. Rhizobium-celler fester seg veldig raskt til rotoverflaten og kan påvises i løpet av sekunder eller minutter etter rotinokulering. Bindingen av bakterier er oftest polar. Neste trinn observert i den smittsomme prosessen er vridningen av rothårene. Vridning og deformasjon av sistnevnte er spesielt indusert av nodulære bakterier. Krølling begynner noen timer etter inokulering og blir merkbar etter ca 12 timer. Nodulebakterier invaderer de krøllete rothårene på det punktet med størst bøyning og invaderer dem som en rørstruktur som kalles en smittsom tråd. Disse filamentene bærer cellene i rhizobia, vanligvis i form av en enkelt kjede, til bunnen av rothåret (til basalcellen). Spissen av den voksende infeksjonstråden ser ut til å bevege seg langs banen til vertscellekjernen. Inntil den smittsomme tråden forlater hårets basale celle, stimuleres delingen og fyllingen av cytoplasma i nærliggende kortikale celler. Infeksjonsfilamenter trenger inn i celleveggen mellom rothårcellen og tilstøtende kortikale celler og forgrener seg for å fange opp mange kontinuerlig delende kortikale celler. Deretter frigjøres celler av nodulære bakterier fra spissene av infeksjonsfilamentene i cytoplasmaet til vertscellene. Umiddelbart etter frigjøring blir bakteriene innkapslet av de cytoplasmatiske membranene i vertscellene og kommer dermed aldri i direkte kontakt med vertscytoplasmaet. Cellene i nodulbakteriene og vertsplanten formerer seg, og danner strukturer som kalles nodules, som er sammensatt av omtrent like vektforhold mellom bakterier og plantevev. Verten forsyner rhizobia med produkter fra fotosyntese, mens bakteriene omdanner atmosfærisk N2 til NH 3 og forsyner plantene med tilgjengelig nitrogen.

Dette er en fantastisk prosess, bemerkelsesverdig i sin spesifisitet, virkningsmekanismer, utvikling og reguleringssofistikasjon. Det er en virkelig glede å observere og studere det.

Vi har startet en systematisk og mangesidig studie av con Rhizobium japonicum infeksjon. Mine kolleger i dette arbeidet var fysiologene Arvind Bhag-wat, Margaret Pierce og TV Bhuvaneswari, cytologene Gillian Turgen, Mark Pence og Harry Calvert, biokjemikeren Andrew Mort, og mutagenesespesialistene Yang Lo og Poko Yamamoto. Forskning på knuterbakterier begynte med studiet av gjenkjennelsesmekanismer og vertens spesifisitet. I det minste for de fleste belgfrukter som bor i den tempererte sonen, er det en tydelig uttrykt spesifisitet for rhizobia. Rhizobium meli-loti danner for eksempel knuter bare med lucerne og smitter ikke kløver eller andre belgfrukter. Stammer av R. japonicum danner knuter bare med soyabønner, men ikke med lucerne, kløver, etc.

Molekylært grunnlag for spesifisiteten til verter og knute bakterier

Vertsspesifisitet og anerkjennelsesmekanismer har vært et omfattende forskningsområde for fytopatologer i mange år, inkludert de som studerer Rhizobium symbioses. I 1975 fremmet Albersheim og Anderson-Prouty den teoretiske antagelsen om at gjenkjennelsesreaksjonen i plantepatogene systemer involverer karbohydratbindende proteiner (dvs. lektiner) fra verten, som reagerer med karbohydrater på overflaten av celleveggene til mikroorganismer. Nesten samtidig ga Bolul og Schmidt eksperimentelle bevis på en nær sammenheng mellom muligheten til at forskjellige knuterbakterier kunne infisere soyabønner og deres evne til å binde merket lektin i frøene til denne planten. Vi sjekket med største forsiktighet eksperimentene til Bolul og Schmidt og bekreftet sammenhengen mellom dannelsen av knuter og bindingen av lektin ved rhizobia. Imidlertid har noen avvik fra dette mønsteret blitt notert i den vitenskapelige litteraturen:

Brethauer og Paxton, Chen og Phillips, Law og Striidom ga bevis for at det ikke var noen sammenheng mellom lektinbinding og nodulering i soyabønner;

Noen stammer av R. japonicum dannet veldig aktivt knuter, men bundet ikke sojalektin;

I en rekke rhizobia-stammer i kultur bundet bare et lite antall celler (1-5%) soyalektin.

Basert på våre observasjoner har vi etablert en viktig regelmessighet, nemlig muligheten til Rhi-zobium japonicum-celler til å binde soya-lektin endres dramatisk med alderen på kulturen. Dette funnet antyder at utseendet eller forsvinningen av lektinreseptorforbindelser på overflaten av Rhizobium-celler på en eller annen måte er regulert. Etter å ha studert muligheten for lektinreseptorsyntese avhengig av stoffene som er tilstede i vertsrøttene, fant vi at alle testede stammer av R. japonicum binder soyabønnelektin når de dyrkes i nærvær av vertsrøtter, mens på laboratoriemedier gjorde mange av stammene det ikke har celler som er i stand til å binde lektin ... Effekten av røtter på dannelsen av lektinreseptorer gjør det mulig å forklare inkonsekvensen i resultatene av eksperimenter med de bakteriestammene som dannet knuter, men ikke binder lektin, og også å forstå mangelen på korrelasjon mellom disse prosessene i eksperimentene. av andre forskere. Vi vet imidlertid fortsatt ikke hvilke av stoffene i vertsplanten som er ansvarlige for endringer i reseptorsyntese.

Figur 1. Effekt av kulturen til Rhizobium japo nicum-stammen 110 ARS på antall celler som er i stand til å binde sojalektin og på dannelsen av knuter på primærrøtter over merket startposisjon rot tips (se tekst) på tidspunktet for inokulering:

1 - antall celler / ml; 2 - prosentandelen celler som binder lektin; 3 - antall knuter over merket, beregnet per plante; 4 - prosentandelen av planter med knuter over merket.

Det er også verdt å merke seg at Dazzo og Hubbell fant en lignende klar sammenheng mellom lektinbinding og nodulering i kløver / Rhizobium trifolii symbiotisk assosiasjon.

Stabiliteten til korrelasjoner med bindingen av lektin i soya / R, japonicum-systemet lar oss vurdere to spørsmål til:

Kan det hevdes at riktig lektin på overflaten av soyabønnerøttene til rett tid og sted faktisk spiller en rolle i anerkjennelsesresponsen?

Hva er arten av soya-lektinreseptoren på celleoverflaten til Rhizobium japonicum?

Det er foreløpig ikke noe klart svar på det første spørsmålet. Det beste beviset i sin favør kommer fra dataene fra Stacy et al., Som viste at merkede antistoffer som er spesifikke for soyafrø lektin binder seg til soyabønnerøtter i motsetning til merkede antistoffer av uspesifikt serum. Den lave bindingstettheten til merkede antistoffer kan forklare hvorfor det er vanskelig å oppdage lektin i røtter ved andre, mer direkte biokjemiske metoder.

Mer komplette og nøyaktige data ble innhentet på det andre spørsmålet. I følge overbevisende cytologiske og biokjemiske eksperimenter binder sojalektin til materialet i kapselen som omgir cellene til Rhizobium japonicum. Ferritin-merket soyalektin binder seg til kapselmaterialet til bakterier, men ikke til den ytre cellemembranen. Dette forholdet er biokjemisk spesifikt, som vist ved hapteninhibering av sukker, og er fritt for virkningene av fikseringsartefakter, som vist av cryosharp.

Vi isolerte kapselmaterialet fra to forskjellige stammer av R. japonicum og bestemte at det består av et polysakkarid, hvis struktur er vist i figur 2. Det viktigste trekk ved kapselpolysakkarid (CPS) er kanskje tilstedeværelsen av en galaktose. sidekjede i hver repeterende enhet av polymeren. Binding av soyalektin til bakteriecelleoverflaten hemmes spesielt sterkt ved tilsetning av galaktose eller N-acetalgalaktosamin, noe som indikerer at galaktoselignende strukturer utgjør en viktig del av det lektinspesifikke bindingsmaterialet. Galaktosylrester av CPS inneholder noen ganger en metylgruppe i posisjon 4. Ifølge Hammarström et al., Binder ikke søvnlektin til 4-O-metylgalaktose. Derfor var oppdagelsen av endringer i sammensetningen av sukker inkludert i CPS med alderen på bakteriekulturer av spesiell interesse. I gamle kulturer var galaktosylrester i CPS oftere 4-O-metylert.

Fig. 2. Strukturen til en repeterende pentasakkaridenhet som danner et kapselpolysakkarid / eksopolysakkarid (CPS / EPS) i stammer 110/138 R. japonicum:

GL - glukose; Ma - mannose; GUA - galakturonsyre; Ha - galaktose; Ats - acetat; Meg - metnl.

Omdannelsen av umetylert galaktose til metylert forekommer spesielt raskt i løpet av perioden når bakteriekulturer går fra eksponentiell til stasjonær vekstfase. Samtidig er det en plutselig nedgang i antall innkapslede celler og bakterier som er i stand til å binde lektin til søvn. Endringer i sammensetningen av SIJ og i innkapsling forklarer det plutselige tapet av evnen til disse stammene til å binde lektin. Som vist nedenfor, når disse stammene når den stasjonære vekstfasen, mister de plutselig sin smittsomme kapasitet. Det er ennå ikke fastslått om det er noen årsakssammenheng mellom endringer i den kjemiske sammensetningen av SIJ, lektinbinding og infeksjonsevnen til Rhizobium.

Det bør tas i betraktning at stammer av R. japonicum syntetiserer både et kapselpolysakkarid (CPS) som binder seg til verten og et eksopolysakkarid (EPS) som ikke binder seg til verten. I følge Dudmans data danner noen stammer av R. japonicum EPS, hvis struktur er vist i figur 3. Denne EPS, isolert fra kulturfiltrater, inneholder ikke pålitelig rester av galaktose som er i stand til å binde soyalektin. Hvis sistnevnte fungerer som en artsspesifikk determinant i gjenkjennelsesreaksjoner for alle bakterier som danner knuter på soyabønner, bør disse stammene av R. japonicum derfor i sin tur også danne, i det minste i små mengder, en slags CPS eller EPS med bindingsstedet for lektin etter typen galaktose. Ifølge noen foreløpige data er to stammer av nodulære bakterier som danner EPS av rhamnose-typen også i stand til å syntetisere små mengder galaktoseholdig CPS / EPS (Mort, upubliserte data).

R. japonicum-cellers evne til å binde seg til søvn er strengt avhengig av tilstedeværelsen av kapselmateriale på bakteriene. Imidlertid avhenger ikke dannelsen av knuter. Mutanter av R. japonicum, som ikke danner merkbare kapsler i noen vekstfase både på laboratorie næringsmedier og når de dyrkes med vertsrøttene, dannet likevel ganske lett knuter på søvnrøttene. En viktig determinant for evnen til å danne knuter er evnen til å syntetisere tilstrekkelige mengder galaktoseholdig polysakkarid. Det er en lineær sammenheng mellom mengden EPS dannet av forskjellige mutasjoner av rhizobia og deres relative evne til å danne knuter. Med utseendet til en viss mengde galaktoseholdig polysakkarid, spiller det ingen rolle om det er assosiert med bakterieceller eller er i fri tilstand.

Fig. 3. Strukturen til den repeterende monomeren i tetrasakkaridet inkludert i EPS av Rhizobium japonicum 61A76-stammen; betegnelser er de samme som i figur 2 (Rha - raffinose).

1. Forholdet mellom syntesen av EPS og dannelsen av knuter på soyabønnerøtter av forskjellige mutanter av Rhizobium japonicum som ikke gir normale kapsler

Det kan betraktes som for forenklet ideen om at vertslektiner og polysakkarider av Rhizobium-celleoverflater er de eneste determinantene for spesifisitet og anerkjennelse i symbiont-interaksjon. Hvis Dazzo og Stacy et al. Tatt i betraktning at vertslektiner er ansvarlige for den spesifikke festingen av homologe knuterbakterier til vertsoverflaten, understreker andre forskere induksjon av spesifikke vertsresponser gjennom dannelsen av lektin-polysakkaridbindinger. Likevel virker det mer sannsynlig at disse interaksjonene bare er en del av en kompleks sekvens av signal-respons-utveksling mellom de to symbiontene. I følge dette synspunktet bestemmer hvert trinn i en slik sekvensiell kjede på sin egen måte den generelle biologiske spesifisiteten til symbiose. Ingen av stadiene i gjenkjennelsesprosessen kan ekskluderes bare fordi den ikke er den første eller den mest selektive, og samtidig kan det ikke antas at det første eller mest selektive stadiet helt vil bestemme spesifisiteten til det symbiotiske forholdet.

Tidlige prosesser i infeksjoner forårsaket av RHIZOBIUM

Det er overraskende lite kjent om initiering eller tidlig utvikling av infeksjoner forårsaket av knute bakterier i deres symbionter, selv om noe nylig arbeid gir verdifull informasjon om disse problemene. Som vist tidligere, er den første eksterne manifestasjonen av en smittsom prosess festingen av bakterier til overflaten av vertens røtter. Rhizobium-celler har en tendens til å feste seg polar. I følge Daz-zo bestemmes slik tilknytning av vertslektinet og er spesifikk for kløver / R, trifolii-systemet. Stacy et al. ga lignende data for R. japonicum på soyabønnerøtter. Imidlertid fant vi at både R. trifolii og R. japonicum kan feste polar til soyabønnerøtter, med ganske sammenlignbare tall og tettheter (Tergen og Bauer, upubliserte data). Naturen av tilknytning av begge artene varierte praktisk talt ikke under betingelsene for eksperimentene våre. Uansett om festet er spesifikt eller ikke-spesifikt, og noen ganger mellomliggende, må det innrømmes at det foreløpig ikke er noe kjent verken om de cellulære og molekylære komponentene som bestemmer tilknytningen, eller om virkningsmekanismene til disse komponentene.

Den andre manifestasjonen av den smittsomme prosessen er induksjon av vridning av rothårene. Funksjonen til dette fenomenet er tilsynelatende ved å klemme Rhizobium-celler i rommet mellom de to overflatene på celleveggene i det buede rothåret. Inntil nå har ingen vært i stand til å identifisere stoffer som induserer vridning eller forgrening av rothår, og mekanismene som vridning skjer, har ikke blitt studert.

Den tredje manifestasjonen av den smittsomme prosessen er dannelsen av en smittsom tråd. Callahams nylige forskning har gitt veldig viktig informasjon om denne prosessen. Han foreslo tre mulige modeller penetrasjon av Rhizobium i vertscellen:

Lokal invaginasjon av celleveggen til rothåret;

Lokal ødeleggelse av hårcelleveggen ved bruk av induserte enzymer fra verten selv og syntesen av en smittsom tråd;

Lokal ødeleggelse av celleveggen i rothåret av Rhizobium-enzymer og syntesen av en smittsom tråd.

Resultatene av Callahams studier viste overbevisende at prosessen med kløverinfeksjon med R. trifolii inkluderer lokal ødeleggelse av celleveggene i rothår nær de fangede bakteriene, assosiert med lokal avsetning av et nytt lag av uidentifisert materiale som den smittsomme tråden er fra. dannet. Denne avsetningen er veldig lik dannelsen av en kappe (kappe) rundt patogene sopp som infiserer hyfer. Callahams cytologiske studier gjorde det mulig å ekskludere hypotesen om invaginering av celleveggen i rothåret, men ga ingen løsning på spørsmålet om hvilke enzymer som forårsaker lokal ødeleggelse av celleveggene - av enzymene til verten eller bakteriene ? Noen innlegg støtter begge deler, men gir ikke et definitivt svar.

Mange spørsmål angående de videre stadiene av den smittsomme prosessen er heller ikke løst ennå. For eksempel, hvordan kan en smittsom tråd trenge inn i en vertscelle mot dens turgortrykk? Hvorfor (og hvordan) følger tuppen av den voksende infeksjonstråden kjernenes bevegelse i rothårcellen? Hvordan trenger en smittsom tråd gjennom tilstøtende kortikale celler? Hvordan stimuleres delingen av kortikale celler under utviklingen av en smittsom prosess forårsaket av trådinntrengning? Hvordan kan knuterbakterier unngå eller undertrykke det normale forsvaret til vertsplanter?

Dessverre forhindrer alvorlige metodiske vanskeligheter en detaljert studie av de tidligere stadiene av den smittsomme prosessen. Vanskeligheter oppstår på grunn av det faktum at rundt 100 tusen bakterieceller og omtrent 10 tusen rothår vanligvis er involvert i inokulasjonsprosessen, men den smittsomme prosessen initieres i ikke mer enn 100 tilfeller, og bare ca. 10 tilfeller av infeksjon ender med dannelsen av knuter. Derfor er det vanskelig å vurdere mekanismene eller ukjente stadier av den smittsomme prosessen i 10 vellykkede eller totalt 100 tilfeller av rothårinfeksjon mot bakgrunn av 10 tusen eller enda mer mislykkede eller ikke-reagerende interaksjoner mellom verten og Rhizobium.

Fig. 4. Diagram som viser fasene i infeksjonsprosessen forårsaket av knute bakterier. Nodulebakterier, innelukket i rommet mellom de to overflatene av det buede rothåret, ødelegger vertscelveggen (a), forårsaker syntesen av et nytt lag av materiale fra cytoplasmaet til vertscelleveggen (b), og trenger gjennom den delvis ødelagte celleveggen til rothåret til den smittsomme tråden dannet av det nylig avsatte laget (c).

Lokalisering av infiserte celler på røttene til vertsplanten

For å lette studien av de biokjemiske mekanismene for gjenkjenning og infeksjon, bestemte vi oss nylig for å bestemme hvilke vertsrotceller som er utsatt for infeksjon. Planteplanter ble dyrket i plastposer, noe som tillot visuell observasjon av de utviklende røttene. Plasseringen til rotspissene (CC) og sonen for dannelse av rothår ble notert på plasten på tidspunktet for introduksjon. En uke etter inokulering ble posisjonen til hver knute bestemt med tanke på merkene som ble laget. Tatt i betraktning bevegelsen av epidermale celler under rotvekst, er det mulig å beregne posisjonen og utviklingsfasen til de rotcellene som var utsatt for infeksjon på tidspunktet for inokulering med knuterbakterier. Grafene (figur 5. 5) viser tydelig at knuter ofte ble dannet i de rotområdene som var plassert rett under sonen med rothår og over sonen med rask utvidelse. Relativt få knuter ble dannet i sonen for å utvikle rothår, og i rotområdene dekket med modne hår på tidspunktet for inokulasjonen, var de fraværende i det hele tatt. Dermed er evnen til å danne knuter begrenset av visse faser av rotutviklingen og den korte varigheten av eksistensen av målceller som er utsatt for bakterier. Eksperimenter med senere søvnvaksinering viste at hele rotområdet over tuppen merkbart mister sin følsomhet etter 4-6 timer. Hos andre belgfrukter er evnen til å danne knuter også kortvarig og begrenset til visse utviklingsfaser.

Disse dataene er av utvilsom teoretisk og praktisk interesse. For eksempel kan dråper av en inokulerende suspensjon med et volum av nanoliter som inneholder bare noen få celler av nodulære bakterier, påføres direkte på stedet for den største følsomheten til roten, og utvikling av Rhizobium vil skje på tidspunktet for inokulering. Denne metoden tillot oss å bruke et elektronmikroskop for å studere de tidligste prosessene som oppstår selv før dannelsen av en infeksjonstråd, vridning av rothår eller andre indikatorer for infeksjonsutbrudd, synlig i et lysmikroskop. Slike studier kan bare utføres med tilstrekkelig tillit til at rothårene som er tatt for fremstilling av ultratynne seksjoner, er egnet for dette formålet og vil bli infisert med knuterbakterier.

Fig. 5. Hyppighet av dannelse av knuter i forskjellige soner av soyabønnerøtter inokulert med R. japonicum stamme 110. Planter ble dyrket i plastposer, på overflaten som ble markert som viste posisjonen til rotkoichik (RT) og stedet for minst utvikling av rothår (SERH). Røttene til ca. 120 planter ble undersøkt en uke etter inokulering, og bestemte den relative (%) avstanden fra hver knute dannet på den primære roten til RT. For lettere å bestemme den relative posisjonen til uinfiserte boreale celler under inokulering, ble bevegelsen av epidermale celler i forhold til RT beregnet.

Stoffer som påvirker intensiteten til de første infeksjonsprosessene

Et like interessant aspekt av studier av utviklingshastigheten av belgfrukteres følsomhet for knuterbakterier, er at det nå er mulig å studere faktorene som påvirker hastigheten på initiering av vellykket infeksjon. Antall knuter som utvikler seg over rotspissen (RT) over merket på plasten, fungerer som en utmerket kvantitativ parameter for utvikling av infeksjon. For eksempel fant Bhagwat (personlig kommunikasjon) nylig at nodulering av noen rhizobia på røttene til en cowpea forekommer rett under merkelappen hvis bakteriene ble dyrket i mediet sammen med vertens røtter før inokulering. Disse resultatene antyder at Rhizobium kan tilpasse seg eller reagere på en eller annen måte til stoffer som skilles ut fra vertsrot før de blir i stand til å smitte.

Det motsatte kan observeres i soyabønner. Dannelsen av knuter på soyabønnerøtter over RT-merket avhenger lite av den foreløpige dyrkingen av R. japonicum i vertens rotutstråling. Imidlertid oppstår dannelsen av knuter med maksimal frekvens under utviklingssonen til rothår, selv om selv cytologiske studier har vist at infeksjonen som fører til dannelsen av knuter, skjer gjennom korte rothår som bare begynner å utvikle seg. Forskjellene mellom lokaliseringen av de forventede og faktiske sonene for maksimal nodulasjonsdannelse førte oss til konklusjonen at det er en viss forsinkelsesperiode mellom tidspunktet for den første interaksjonen av rotceller med bakterier og tidspunktet for starten av en vellykket smittsom prosess i dem. Åpenbart kan denne forsinkelsesperioden forkortes ved å forbehandle røttene med det cellulære polysakkaridet av nodulære bakterier. N-acetylgalaktose, en mulig polysakkaridhapten av lektinsøvn, er også effektiv i denne forbindelse. Slike eksperimenter er vanskelige å reprodusere nøyaktig, men vi har vært i stand til å finne måter å kontrollere de fleste av de skiftende beregningene.

Den relative avstanden mellom nodulene og merket ved rotspissen (RT)

Fig.6. Effekt av cowpea exudates på utviklingen av nodule bakterier:

1 bakterier på roteksudater; 2 - bakterier på et syntetisk næringsmedium.

Fig. 7. Påvirkning av Rhizobium tri-folii cellefritt filtrat på dannelse av knuter i sonen til modne rothår i kløver. Kløverrøtter ble forbehandlet med 100 μL vann (4) eller kulturfiltrat i henholdsvis 6, 14 og 24 timer (henholdsvis 1, 2, 3 i grafen) før inokulatinnføring. Antall knuter. dannet i sonen med røtter med modne rothår på inokulasjonstidspunktet ble bestemt daglig i en uke.

Et lignende fenomen ble kjent i røtter av kløver. Hvis R. trifolii-kulturen vaskes, resuspenderes i destillert vann i en time og deretter filtreres, reduserer det cellefrie filtratet signifikant tiden som kreves for nodulering i sonen til modne rothår når røttene behandles med dette filtratet før inokulering . Det er interessant å merke seg at den samme behandlingen av kløverrøtter ikke merkbart påvirket tiden for dannelse av knuter i sonen uten rothår.

Filtratet virker kun på dannelsen av knuter i sonen til modne rothår, og tilsynelatende påvirker den andre typen infeksjon, karakteristisk for kløver, men ikke notert i soyabønner, ku-erter eller lucerne.

De aktive forbindelsene som er tilstede i filtratene av R. trifolii-suspensjoner eller i roteksudatene til ku-erter, er ennå ikke identifisert. Likevel bekrefter oppdagelsen av deres handling synspunktet om at gjensidig anerkjennelse av nodulære bakterier og deres verter er et kompleks av reaksjoner som oppstår mellom symbionter i henhold til signalrespons-typen.

Smittsom kapasitet til RHIZOBIUM-celler

Bare visse celler fra røttene av belgfrukter er utsatt for infeksjon med rhizobia, og følsomheten avhenger av tid og fase for planteutviklingen. Hva med knuterbakterier? Er infeksjonsevnen til Rhizobium avhengig av tid, utviklingsfase eller miljø? Effekten av cowpea root exudates på dannelse av knuter i rhizobia antyder at i det minste noen bakteriearter må gjennomgå visse endringer før de kan forårsake infeksjon. Selv i en kultur kan Rhizobium-celler selvfølgelig skille seg fra hverandre på mange måter. De kan for eksempel ha forskjellig evne til innkapsling, motilitet, fase av cellesykluser, antall polare legemer. Det er mulig at smittsomhet avhenger av en eller flere av disse spesifikke egenskapene. Av dataene ovenfor følger det at, i motsetning til syntesen av EPS, er innkapsling i seg selv tilsynelatende ikke forbundet med smittsomhet. I følge nylige studier avhenger ikke smitteevnen til nodulære bakterier av deres motilitet.

Arbeidet utført i vårt laboratorium gjorde det mulig å fastslå at smittsomheten til R. japonicum i stor grad avhenger av kulturens alder. Kulturer av stammer 110 og 138 av R. japonicum, etter å ha nådd den stasjonære vekstfasen, mistet raskt sin evne til å indusere noduleddannelse over RT-merket. Åpenbart, i denne fasen, er bakterier mindre klare eller i stand til å forårsake en smittsom prosess under inokulering enn celler i den eksponensielle fasen. Grunnlaget for denne endringen mot slutten av den eksponensielle fasen er ikke kjent. Studien av effekten av inokulumdosen på knutedannelsesprosessen viste at kulturer av stamme 110 R. japonicum, som er i tidlig eller sen fase av stasjonær vekst, kan indusere dannelse av knuter like raskt og intensivt som kulturer i fasen av eksponentiell vekst, men mer inokulum av eldre kulturer.

Følgelig er forskjeller i smittsomhet mellom kulturer av bakterier i den eksponensielle eller stasjonære vekstfasen kvantitativ snarere enn kvalitativ. Kulturer i den stasjonære vekstfasen ser ut til å inneholde proporsjonalt færre celler som raskt kan forårsake infeksjon.

Et annet aspekt ved dannelsen av symbiotiske assosiasjoner fortjener oppmerksomhet. Plottene av frekvensene av nodulasjonsdannelse viser en svekkelse av intensiteten til denne prosessen i de nedre delene av røttene, som på tidspunktet for inokulering var 5-10 timer yngre enn områdene med maksimal aktivitet av nodulering. Åpenbart har soyaplanter en hurtigvirkende reguleringsmekanisme som tjener til å forhindre utvikling av et for stort antall rotknuter. Den andre mulige forklaringen er at reduksjonen i antall knuter i de nedre delene av røttene kan være assosiert med en reduksjon i antall bakterier som disse delene utgjør. Imidlertid, hvis de samme røttene ble inokulert 10-12 timer etter første påføring av bakterier, skjedde det ingen endringer i dannelsen av knuter, dvs. det var ikke behov for å øke antall bakterier. På samme tid, hvis det primære inokulatet bare ble brukt på øvre del roten uten rothår og til sonen til unge, utviklende hår, der rotens forlengelse er fullstendig eller for det meste fullført, forårsaket den sekundære vaksinasjonen dannelsen av nye knuter. Dette eksperimentet viser at den hurtigvirkende reguleringsmekanismen i søvnplanten involverer noen typer interaksjoner mellom Rhizobium og de vertscellene som er lokalisert i sonen med rask rotforlengelse nær rotspissen.

Tilstedeværelsen av en hurtigvirkende reguleringsmekanisme i soyabønner og muligens cowpea og alfalfa skaper et ekstra nivå av kompleksitet og organisering i den dynamiske innflytelsen av utviklingsfaser og miljøet på den tidlige utviklingen og suksessen til infeksjoner med nodulebakterier.

Brukt litteratur: Planteinfeksjonssykdommer: fysiologiske og biokjemiske baser / Per. fra engelsk L. L. Velikanova, L. M. Levkina,
V.P. Prokhorov, I.I.Sidorova; Ed. og med et forord.
Yu. T. Dyakova. - M.: VO Agropromizdat, 1985. - 367 s.

Last ned abstrakt: Du har ikke tilgang til å laste ned filer fra serveren vår.

Nodulebakterier var den første gruppen av nitrogenfikserende mikrober i tide som menneskeheten lærte om.

For rundt 2000 år siden la bøndene merke til at dyrking av belgfrukter gjenopprettet fruktbarheten til utarmet jord. Denne spesielle egenskapen til belgfrukter var empirisk forbundet med tilstedeværelsen av særegne knuter eller knuter på røttene, men i lang tid kunne de ikke forklare årsakene til dette fenomenet.

Det tok mye forskning for å bevise rollen til belgfrukter og bakterier som lever på røttene for å feste nitrogengass i atmosfæren. Men gradvis ble naturens arbeid avslørt av forskere fra forskjellige land, og egenskapene til disse fantastiske skapningene ble studert i detalj.

Nodulebakterier lever med belgfrukter i symbiose, det vil si at de gir hverandre gjensidig fordel: bakterier assimilerer nitrogen fra atmosfæren og omdanner det til forbindelser som kan brukes av planter, og de tilfører igjen bakterier med stoffer som inneholder karbon sår blir assimilert fra luften i form av karbondioksid.

Utenfor knuter på kunstige næringsmedier kan knuterbakterier utvikle seg ved temperaturer fra 0 til 35 °, og de mest gunstige (optimale) temperaturene for dem er omtrent 20-31 °. Den beste utviklingen av mikroorganismer observeres vanligvis i et nøytralt miljø (ved en pH på 6,5-7,2).

I de fleste tilfeller påvirker jordens sure reaksjon den vitale aktiviteten til nodulære bakterier negativt; inaktive eller ineffektive (ikke fikserer nitrogen i luften) dannes løp i slike jordarter.

De første forskerne av knuterbakterier antok at disse mikroberene kunne slå seg på røttene til de fleste typer belgfrukter. Men så ble det funnet at de har en viss spesifisitet, har sin egen "smak" og "leier" fremtidig "bolig" i strengt samsvar med deres behov. En eller annen rase av knuterbakterier kan inngå symbiose med belgfrukter av bare en bestemt art.

For tiden er knuterbakterier delt inn i følgende grupper (i henhold til vertsplanter de bor på):

• knuterbakterier av lucerne og søt kløver;
• kløverrotknute bakterier;
• knuterbakterier av erter, vetch, ranch og bønner;
• soyabønneknute bakterier;
• knuterbakterier av lupin og seradella;
• bønneknute bakterier;
• knute bakterier av peanøtter, cowpea, cow peas, etc.

Det må sies at spesifisiteten til nodulære bakterier i forskjellige grupper ikke er den samme. Kresne leietakere mister noen ganger skruplene. Mens kløvernodebakteriene er veldig spesifikke, kan det samme ikke sies om erteknute-bakteriene.

Evnen til å danne knuter er ikke karakteristisk for alle belgfrukter, selv om den generelt er utbredt blant representanter for denne enorme familien. Av de 12 tusen belgfrukter ble 1063 spesielt undersøkt. Det viste seg at 133 av dem ikke er i stand til å danne knuter.

Evnen til symbiose med nitrogenfikser er tilsynelatende iboende ikke bare belgfrukter, selv om de i landbruket er de eneste viktige nitrogenfikserende avlingene. Det har blitt fastslått at atmosfærisk nitrogen er bundet av bakterier som lever i knuter på røttene til oleagus, havtorn, shepherdia, strålende furu, bladblad, pinnsvin, subtropiske planter av slekten casuarina. Kunne fikse nitrogen og bakterier som lever i noder på bladene til noen tropiske busker.

Nitrogenfiksering utføres også av actinomycetes som lever i rotknuter av or, og muligens sopp som lever i røttene til raigras og noen lyngplanter.

Men for landbruket er selvfølgelig belgfrukter av den største praktiske interessen. De fleste av de bemerkede ikke-belgfrukter har ingen landbruksmessig betydning.

Et veldig viktig spørsmål for praksis er: hvordan lever knuterbakterier i jorden før de blir smittet med røttene?

Det viser seg at knuterbakterier kan vedvare veldig lenge i jorden i fravær av "verter" - belgfrukter. La oss gi et eksempel. Landbruksakademiet i Moskva oppkalt etter K. A. Timiryazev har felt lagt av D. N. Pryanishnikov. Fra år til år dyrkes de samme avlingene på dem, og det er bevart permanent brakk, hvor ingen planter har blitt dyrket på i nesten 50 år. Analyse av jorda fra dette brakkområdet og feltet av permanent rug viste at knuterbakterier finnes i betydelige mengder i dem. Det er flere flere av dem under permanent rug enn i et par.

Følgelig overlever knuterbakterier fraværet av belgfrukter relativt godt og kan vente veldig lenge på å møte dem. Men under disse forholdene mister de sin bemerkelsesverdige evne til å fikse bunkeren. Imidlertid stopper bakterier med "glede" sin "gratis livsstil", så snart en passende belgfrukter kommer over på vei, trenger de umiddelbart inn i røttene og lager sine egne knutehus.

Tre faktorer er involvert i den komplekse prosessen med nodulasjonsdannelse: to levende organismer - bakterier og planter, mellom hvilke det etableres et nært symbiotisk forhold, og forhold eksternt miljø... Hver av disse faktorene er en aktiv deltaker i knottedannelsesprosessen.

En av de viktigste egenskapene til knute bakterier er deres evne til å skille ut såkalte stimulanter; disse stoffene forårsaker rask vekst av rotvev.

Deres andre essensielle trekk er evnen til å trenge gjennom røttene til visse planter og forårsake dannelse av knuter, med andre ord deres smittsomme evne, som, som allerede nevnt, er forskjellig i forskjellige raser knute bakterier.

Rollen til en belgfrukterplante i dannelse av knuter bestemmes av plantens evne til å skille ut stoffer som stimulerer eller hemmer utviklingen av bakterier.

Innholdet av karbohydrater og nitrogenholdige stoffer i vevet har stor innflytelse på følsomheten til en belgfruktsplante for infeksjon med knuterbakterier. Forekomsten av karbohydrater i vevet til en belgfrukterplante stimulerer dannelsen av knuter, mens en økning i nitrogeninnholdet tvert imot hemmer denne prosessen. Dermed jo høyere C / N-forhold i planten er, desto bedre er knuteutviklingen.

Det er interessant at nitrogenet som finnes i vevene til planten forstyrrer innføringen av nitrogen- "fremmed".

Den tredje faktoren - eksterne forhold (belysning, batterier, etc.) har også betydelig innflytelse på knutedannelsesprosessen.

Men la oss gå tilbake til karakteriseringen av visse typer knuterbakterier.

Smittsom evne, eller evnen til å danne knuter, indikerer ikke alltid hvor aktivt knuterbakterier fikser nitrogen i atmosfæren. "Effektiviteten" av nodulære bakterier i binding av nitrogen kalles ofte deres effektivitet. Jo høyere effektivitet, jo større effektivitet av disse bakteriene, jo mer verdifull er de for planten, og derfor for landbruket generelt.

I jorda finnes raser av rotknute-bakterier som er effektive, ineffektive og overgangsrike mellom disse to gruppene. Infeksjon av belgfrukter med en effektiv rase av knuterbakterier fremmer aktiv nitrogenfiksering. Et ineffektivt løp forårsaker dannelse av knuter, men nitrogenfiksering forekommer ikke i dem, derfor er det bortkastet byggemateriale, anlegget "gratis" mater sine "gjester".

Er det forskjeller mellom effektive og ineffektive raser av knuterbakterier? Inntil nå er det ikke funnet noen slike forskjeller i form eller oppførsel på kunstige næringsmedier. Men knuter dannet av effektive og ineffektive løp viser noen forskjeller. Det er for eksempel en oppfatning at effektivitet er assosiert med volumet av rotvev infisert med bakterier (i effektive løp er det 4-6 ganger mer enn i ineffektive) og varigheten av disse vevene. I vev infisert med effektive bakterier, finner man alltid bakteroider og et rødt pigment, som er helt identisk med blodhemoglobin. Det kalles leghemoglobin. Ineffektive knuter har et mindre volum infisert vev, de mangler leghemoglobin, det oppdages ikke alltid bakteroider og de ser annerledes ut enn i effektive knuter.

Disse morfologiske og biokjemiske forskjellene brukes til å isolere effektive løp av knuterbakterier. Vanligvis er bakterier isolert fra store, velutviklede knuter som er rosa i fargen veldig effektive.

Det er allerede blitt sagt ovenfor at "arbeidet" til nodulærbakterier og "effektiviteten" avhenger av en rekke eksterne forhold: temperatur, surhet i mediet (pH), belysning, oksygentilførsel, innhold i jorden næringsstoffer etc.

Påvirkningen av ytre forhold på fiksering av atmosfærisk nitrogen ved knuterbakterier kan vises ved hjelp av flere eksempler. Dermed spiller innholdet av salpetersyre og ammoniumsalter i jorden en betydelig rolle i effektiviteten av nitrogenfiksering. I de innledende fasene av utviklingen av en belgfruktplante og dannelsen av knuter, har tilstedeværelsen av små mengder av disse saltene i jorden en gunstig effekt på det symbiotiske samfunnet; og senere hemmer den samme mengden nitrogen (spesielt dens nitratform) nitrogenfiksering.

Derfor, jo rikere jorden er med nitrogen tilgjengelig for planten, jo svakere fiksering av nitrogen fortsetter. Nitrogenet som finnes i jorden, så vel som i plantens kropp, forhindrer så å si tiltrekningen av nye deler av det fra atmosfæren. Blant andre næringsstoffer har molybden en merkbar effekt på nitrogenfiksering. Når dette elementet tilsettes jorden, akkumuleres mer nitrogen. Dette forklares tilsynelatende med at molybden er en del av enzymene som fester atmosfærisk nitrogen.

For tiden er det pålitelig fastslått at belgfrukter dyrket i jord som inneholder en utilstrekkelig mengde molybden, utvikler seg tilfredsstillende og danner knuter, men ikke assimilerer atmosfærisk nitrogen i det hele tatt. Den optimale mengden molybden for effektiv nitrogenfiksering er ca. 100 g natriummolybdat per 1 ha.

Belgfrukternes rolle i å øke jordfruktbarheten

Så, belgfrukter er veldig viktige for å øke jordens fruktbarhet. Ved å samle nitrogen i jorden forhindrer de uttømming av reservene. Belgfrukteres rolle er spesielt stor i de tilfellene når de brukes til grønn gjødsel.

Men landbruksutøvere er naturligvis også interessert i det kvantitative aspektet. Hvor mye nitrogen kan akkumuleres i jorden under dyrking av visse belgfrukter? Hvor mye nitrogen er igjen i jorden hvis avlingen høstes helt fra marken eller hvis belgfrukter blir brøytet som grønn gjødsel?

Det er kjent at i tilfelle infeksjon av belgfrukter med effektive løp av knuterbakterier, kan de binde fra 50 til 200 kg nitrogen per hektar såing (avhengig av jord, klima, plantearter, etc.).

I følge de berømte franske forskerne Poschon og De Berjac, på vanlig måte feltforhold belgfrukter registrerer omtrent følgende mengder nitrogen (i kg / ha):

Rotrester av årlige og flerårige belgfrukter i forskjellige avlingsforhold og på forskjellige jordarter inneholder forskjellige mengder nitrogen. I gjennomsnitt etterlater lucerne ca 100 kg nitrogen per hektar i jorden årlig. Kløver og lupin kan akkumulere ca 80 kg bundet nitrogen i jorden, årlige belgfrukter etterlater opptil 10-20 kg nitrogen i jorden per hektar. Med tanke på området okkupert av belgvekster i Sovjetunionen, beregnet den sovjetiske mikrobiologen E. Mishustin at de årlig returnerer ca 3,5 millioner tonn nitrogen til jordene i vårt land. Til sammenligning, la oss påpeke at hele vår industri i 1961 produserte 0,8 millioner tonn nitrogengjødsel, og i 1965 vil den gi 2,1 millioner tonn. Dermed inntar nitrogen hentet fra luften av belgfrukter i symbiose med bakterier en ledende plass i nitrogenbalanse i landbruket i landet vårt.

Nodulebakterier er spesifikke - visse typer eller deres løp er i stand til å danne knuter på røttene til bare visse belgfrukter. Så noen av dem utvikler seg bare på røtter av kløver, men kan ikke smitte røttene til erter, lucerne, lupin og andre belgfrukter. Gruppene av bakterier som danner knuter på røttene til lupin og seradella, smitter ikke røttene til kløver og erter, etc. Noen ganger uttrykkes spesifikkheten til nodulærbakterier så sterkt at forskjellige varianter en men D? og den samme kulturen (eller til og med plantesorter) har forskjellige holdninger til denne eller den andre bakteriestammen. For eksempel er røttene til den gule fôrlupinen ikke alltid godt infisert med knuterbakterier fra røttene til årlige bitre lupiner. Gruppene av nodulære bakterier i henhold til deres spesifisitet er angitt på side 382. [...]

Nodulebakterier utvikler seg mest intensivt når jordens reaksjon er nær nøytral. Derfor er kalking av jorden nødvendig når du sår belgfrukter på sure jordarter, sammen med inokulering av frø. Vaksinering uten kalking har svært liten effekt på avling og proteininnhold. I følge K. Fillers var proteininnholdet i frøene 32,8% under dyrking av sur jord uten inokulering og uten tilsetning av kalk, mens inokuleringen økte proteininnholdet med 1,2%, og når jordens surhetsgrad og inokulering nøytraliseres , økte proteininnholdet i frøene med 11,2%. [...]

Nodulebakterier fra forskjellige belgfrukter dør i sure jordarter. [...]

Nodulebakterier trenger tilstrekkelig tilførsel av karbohydrater, fosfor og kalsium til dem. I i fjor det ble funnet at en rekke sporstoffer (spesielt molybden) spiller en viktig rolle i den vitale aktiviteten til knuterbakterier. Kalking og påføring av molybden på belgfrukter på sure jordarter regulerer jordens reaksjon; det er nødvendig med tilstrekkelig tilførsel av belgfrukter med fosfor på alle jordsmonn. [...]

Prokaryoter (bakterier, arkebakterier, cyanobakterier) - encellede organismer ikke har en kjerne. På grunn av et så mangfoldig stoffskifte kan bakterier eksistere i en lang rekke miljøforhold: i vann, luft, jord, levende organismer. Bakteriens rolle i dannelsen av olje, kull, torv, naturgass, i jorddannelse, i syklusene av nitrogen, fosfor, svovel og andre elementer i naturen er stor. Saprotrofiske bakterier er involvert i nedbrytningen av organiske rester av planter og dyr og i mineraliseringen til CO2, H20, H28, 1CHH3 og andre uorganiske stoffer. Sammen med sopp er de nedbrytere. Nodulebakterier (nitrogenfiksering) danner symbiose med belgfrukter og er involvert i å feste atmosfærisk nitrogen i mineralforbindelser som er tilgjengelige for planter. Planter selv har ikke denne evnen. [...]

I fravær av knuterbakterier på røttene til belgfrukter, blir de de samme forbrukerne av nitrogen fra jorden, som andre planter. [...]

En viktig egenskap ved knuterbakterier er deres aktivitet (effektivitet), det vil si evnen i symbiose med belgfrukter til å assimilere molekylært nitrogen og tilfredsstille behovene til vertsplanten. Avhengig av i hvilken grad knutebakterier bidrar til en økning i utbyttet av belgfrukter (fig. 146), er de vanligvis delt inn i aktive (effektive), inaktive (ineffektive) og inaktive (ineffektive). [...]

Blant de nitrogenfikserende bakteriene, er det fritt levende i jord og knute, som lever på røttene til belgfrukter, (Fig. 9, h). De viktigste representantene for nitrogenbindende bakterier med fri kniv er Azotobacter og Clostridium, som binder flere titalls kilo nitrogen per 1 ha jord per år. Aktiviteten til knuterbakterier som infiserer cellene i røttene av belgfrukter, er mye mer effektiv. Som et resultat oppstår den mikrobiologiske opphopningen av nitrogen som er tilgjengelig for planter under belgfrukter. Under et område på 1 hektar plantet med kløver, som et resultat av virkningen av disse bakteriene, kan det akkumuleres 100 ganger mer nitrogen enn frittlevende fikseringsmidler av dette elementet. [...]

Siden reproduksjon av knuterbakterier ikke forekommer i fravær av fuktighet, i tilfelle av en tørr vår, må inokulerte (kunstig infiserte) frø påføres dypere i jorden. I Australia er for eksempel frø med knuterbakterier påført dypt innebygd i jorden. Interessant nok tåler knuterbakterier i jord i tørre klima tørke mer vedvarende enn bakterier i jord i fuktig klima. Dette viser deres økologiske tilpasningsevne. [...]

I tillegg til spesifisitet, varierer løpene av nodulære bakterier i virulens og aktivitet. Virulens er deres evne til å trenge gjennom rothår inn i roten på en belgfrukterplante og danne knuter. Aktiviteten til knuterbakterier kalles deres evne til å assimilere atmosfærisk nitrogen. Bare aktive stammer av disse bakteriene forsyner nitrogenholdige belgfrukter. Når røttene er infisert med virulente, men inaktive knuterbakterier, dannes knuter, men nitrogenfiksering forekommer ikke. Knutebakteriene som brukes til fremstilling av nitragin, må være svært virulente og svært aktive. Hvis virulensen til nitragin nodule bakterier er høyere enn virulensen til mindre aktive bakterier som allerede er i jorden, gjør dette at nitragin nodule bakterier kan trenge inn i roten raskere og i store mengder. [...]

Av alle disse eksemplene har symbiosen "av nodulærbakterier med belgfrukter blitt studert grundigst, siden disse plantene er av stor betydning for mennesker. [...]

Jordens reaksjon har stor innflytelse på den vitale aktiviteten til knuterbakterier og dannelsen av knuter. For forskjellige arter og til og med stammer av knutebakterier er pH-verdien på habitatet noe annerledes. For eksempel er kløverrotknute-bakterier mer motstandsdyktige mot lave pH-verdier enn alfalfa-rotknute-bakterier. Åpenbart påvirkes også tilpasningen av mikroorganismer til miljøet her. Kløver vokser i surere jordarter enn alfalfa. Jordens reaksjon som en økologisk faktor påvirker aktiviteten og virulensen til nodulære bakterier. De mest aktive stammene er vanligvis lettere å isolere fra pH-nøytrale jordarter. I sure jordarter er inaktive og svakt virulente stammer vanligere. Det sure miljøet (pH 4,0-4,5) har en direkte effekt på planter, spesielt forstyrrer de syntetiske prosessene med metabolisme av planter og den normale utviklingen av rothår. [...]

Det er et stort antall arter og raser av knuterbakterier, som hver har tilpasset seg å infisere en eller flere arter av belgfrukter. Rotsystemene til belgfrukter har spesifikke rotsekresjoner. På grunn av dette akkumuleres rotknute bakteriene rundt rothårene, som når atomet fjernes. Gjennom rothåret trenger bakterier i form av en kontinuerlig streng, bestående av utallige bakterier forbundet med slim, inn i rotparenkymet. Kanskje bakteriene skiller ut hormonet auxin i selve atomet som er årsaken til gjengroing av vev, hevelse - knuter dannes. Cellene i nodulene er fylt med raskt multipliserende bakterier, men de forblir i live og beholder sine store kjerner. Nodulebakterier infiserer bare polyploide rotceller. [...]

Alfalfa som en belgfrukter er i stand til å akkumulere store mengder nitrogen i jorda ved hjelp av rotknute bakterier, som ikke er dårligere enn kløver i denne forbindelse. Dens rotsystem utvikler seg bedre i løpet av det første bruksåret, og det tredje året akkumuleres det nitrogen i jorden 120 ... 200 kg / ha. Ved å øke jordens fruktbarhet, forbedre strukturen, er lucerne en god forgjenger innen vekstskifte. [...]

Ved dyrking av lupiner brukes nitragin til å øke aktiviteten til lupinknute-bakterier, bor- og molybden-mikronæringsgjødsel er også nyttige (frø blir behandlet med en løsning av ammoniummolybdensyre samtidig med nitraginiseringen). [...]

Anaerob nedbrytning av cellulose utføres bare av bakterier (for eksempel Omelyanskys basille), og aerob - av mange typer bakterier, sopp, aktinomyceter. [...]

Dette indikerer at det faste merkede nitrogenet kommer inn i bakteriekroppene fra vevet til den høyere planten, som er kilden til nitrogenernæring for bakteriene. Dermed er fiksering av atmosfærisk nitrogen lokalisert ikke i kroppen av knuterbakterier, men i knutevevet til en høyere plante. En viktig rolle for knuterbakterier er at de induserer dannelsen av dette spesifikke knutevevet. Ytterligere studier viste at det maksimale innholdet av merket nitrogen i individuelle nitrogenfraksjoner av cellesaften av knuter alltid faller på amidgruppen av asparagin og glutamin. Siden denne gruppen kan betraktes som transformert ammoniakk, er det ammoniakk som er det endelige uorganiske produktet av biologisk nitrogenfiksering. [...]

I biosfæren utføres nitrogenfiksering av flere grupper av anaerobe bakterier og cyanobakterier ved normal temperatur og trykk på grunn av den høye effektiviteten ved biokatalyse. Det antas at bakterier omdanner omtrent 1 milliard tonn nitrogen til en bundet form per år (verdensvolumet av industriell fiksering er omtrent 100 millioner tonn). I knuterbakterier fra belgfrukter utføres nitrogenfiksering ved hjelp av et komplekst enzymkompleks, beskyttet mot overflødig oksygen av et spesielt plantehemoglobin. [...]

En av årsakene til den positive effekten av molybden på fiksering av molekylært nitrogen av nodulære bakterier er en økning i aktiviteten til dehydrogenaser under dens virkning også, noe som gir en kontinuerlig tilstrømning av aktivert hydrogen som er nødvendig for reduksjon av atmosfærisk nitrogen. [ ...]

Verdien av det nye preparatet av nitragin ligger i varigheten av bevaring av levedyktigheten til knuterbakterier og muligheten for tidlig tilberedning av preparater på en mekanisert måte. Når det gjelder effektivitet, er tørr nitragin nær jordnitragin. Den kan brukes i form av støv og støver frøene uten å suge dem. [...]

Rollen til symbiotiske (fra gresk symbiose - samliv) knute bakterier lokalisert på røtter av planter hovedsakelig av belgfrukter familien er spesielt viktig i nitrogensyklusen. Bakterier av slektene Azotobacter eller Rhizobium er i stand til å fiksere atmosfærisk nitrogen ved enzymatisk spaltning av N3-molekyler og gjøre det tilgjengelig for planterotsystemer. [...]

Biologisk fiksering av molekylært nitrogen i atmosfæren i jorda utføres av to grupper av bakterier: aerobiske og anaerobe bakterier med fri kniv som lever i symbiose med belgfrukter. Den viktigste representanten for den første gruppen fra aerobes er Azotobacter, og fra anaerob - Clostridium pasteu-rianum. Et gunstig miljø for den kraftige aktiviteten til knuterbakterier er godt luftet jord med en svakt sur og nøytral reaksjon. Aktiviteten til nitrogenfikserende bakterier har viktig i den totale nitrogenbalansen i jordbruksjord. Derfor er det viktig å dyrke jorden for aktiviteten til knuterbakterier. For å øke antall knuterbakterier, inneholder et bakteriell preparat nitragin aktive løp knuterbakterier. [...]

Ifølge Research Institute of Agricultural Microbiology, i en rekke jordsmonn, kan knuterbakterier som tilsvarer en bestemt belgfruktkultur være fraværende, og de som eksisterer har et uproduktivt nitrogenfikseringssystem. I denne forbindelse har mikrobiologer utført avlsarbeid. Som et resultat overføres hvert tiende år opptil ti nye stammer av nodulærbakterier til fabrikkene, hvor nitrogenfikseringskapasiteten er 10-20% høyere enn de tidligere referansestammene. Laget og masseprodusert stoffet Rizotorfin - en praktisk og praktisk form for levering av knuterbakterier til frø og voksende røtter av belgfrukter. [...]

Organisk og mineralgjødsel (fosfat-kalium) påført jorda forbedrer evnen til knuterbakterier til å assimilere atmosfærisk nitrogen. For å aktivere aktiviteten til knuterbakterier, må sur jord kalkes, og jord i tørre regioner må få fuktighet. [...]

Mutualisme er et samspill mellom to organismer av forskjellige arter, noe som er gunstig for hver av dem. For eksempel lever nitrogenfikserende knutebakterier på røttene til belgfrukter, og omdanner atmosfærisk nitrogen til en form som er tilgjengelig for assimilering av disse plantene. Følgelig gir bakterier planter nitrogen. I sin tur forsyner plantene knutebakteriene med alle næringsstoffene de trenger. Interaksjon mellom mikroorganismer som lever i tykktarmen til en person og personen selv kan også betraktes som gjensidig. For mikroorganismer bestemmes fordelen av det faktum at de gir ernæringsmessige behov fra innholdet i tarmen, og for mennesker er fordelen at mikroorganismer utfører ytterligere fordøyelse av mat og også syntetiserer vitamin K, noe som er ekstremt nødvendig for det I en verden av blomstrende planter er mutualisme insektbestøvning av planter og insekt fôring av plante nektar. Gjensidighet er også viktig i "bearbeiding" av organiske stoffer. For eksempel blir fordøyelsen av cellulose i magen (vommen) til storfe gitt av bakteriene den inneholder. [...]

Det særegne med ernæring av belgfrukter er at de ikke trenger tilstedeværelsen av mineral nitrogenforbindelser i jorden. I symbiose med knuterbakterier bruker belgfrukter gratis nitrogen fra atmosfæren. Derfor er disse avlingene en kilde til biologisk nitrogen for landbruket. [...]

I denne forbindelse har praksisen med vaksinering kommet godt inn i praksisen med jordbruk - behandling av frø av belgfrukter med forberedelse av knuterbakterier av den tilsvarende arten før såing. I forskjellige land Den tekniske forberedelsen for inokulering av belgfrukter har fått forskjellige navn. I Sovjetunionen, Den tyske demokratiske republikken, Forbundsrepublikken Tyskland og Polen kalles den nitragin. Derfor kalles metoden for inokulering av tilsvarende avlinger i disse landene nitrering. Nitragin øker utbyttet av belgfrukter med 10-15%, og i nye dyrkingsområder - med 50% eller mer. [...]

Som nevnt ovenfor vokser kløver dårlig på sure jordarter, tynnes ofte ut og faller noen ganger helt ut, og til og med i det første bruksåret. Den vitale aktiviteten til knuterbakterier på slike jorder undertrykkes. Jordens surhet, spesielt i de nordvestlige regionene i Non-Chernozem-sonen (her har mer enn halvparten av dyrkingsområdet økt surhet), i nærvær av mobile former av aluminium i dem, er en av årsakene til reduksjonen i utbyttet av gress. [...]

Fiksering av atmosfærisk nitrogen. Ingen grønne planter kan mate direkte på atmosfærisk nitrogen. Siden det som et resultat av aktiviteten til denitrifiserende bakterier er en kontinuerlig reduksjon i reservene av bundet nitrogen i naturen og omdannelsen til atmosfærisk nitrogen, vil livet på bakken møte en uunngåelig død på grunn av nitrogensult. Imidlertid er det en gruppe mikroorganismer som er i stand til å binde nitrogen i atmosfæren og gjøre det tilgjengelig for planter. Disse mikroorganismene kalles nitrogenfikserende bakterier, de deler seg i knuterbakterier som utvikler seg på røttene av belgfrukter, og lever fritt i jorden. [...]

Som et resultat av disse studiene ble det funnet at opprinnelig, i store mengder, merket atmosfærisk nitrogengass fiksert av belgfrukter, kun er i store mengder i cellesaften av knutevev, som er det hypertrofierte rotvevet av belgfrukter, hvorfra det går gradvis over i andre planteorganer. I knuterbakterier er merket nitrogen helt fraværende når planter blir eksponert i 6 til 48 timer eller er inneholdt i ekstremt ubetydelige mengder, vanligvis ikke mer enn mulig feil eksperiment (tabell 4). [...]

I tillegg er PS Kossovich ansvarlig for studiet av syklusen av svovel og klor i naturen og økonomien, som ikke har mistet sin betydning før nå, samt beviset for posisjonen at knuterbakterier binder atmosfærisk nitrogen som kom inn gjennom røttene. , og ikke gjennom bladene av belgfrukter. Han studerte vellykket rotutskillelsen av avlinger, spesielt frigjøring av karbondioksid, og knyttet den til assimileringsevnen til røttene. [...]

Et samfunn av organismer basert på gjensidig nytte, når to arter skaper et gunstig miljø for hverandre for utvikling, kalles symbiose. Et eksempel er forholdet mellom knutebakterier og belgfrukter. Nodulebakterier mottar nitrogenfrie organiske stoffer og mineralsalter fra en belgfrukterplante, og gir til gjengjeld den med nitrogenholdige stoffer syntetisert av dem fra atmosfærisk nitrogen. [...]

Aminoautotrofer inkluderer mikroorganismer som bruker nitrogen, ammoniumsalter, salpetersyresalter og urea. Aminoautotrofer, når de bruker nitrogen fra mineralforbindelser, konverterer det foreløpig til ammoniakknitrogen, og forbruker det deretter for å bygge aminosyrer, hvorfra proteiner syntetiseres. Den foreløpige omdannelsen av nitrogen til ammoniakk forklares med det faktum at nitrogen i den mikrobielle cellen er i redusert tilstand i form av amino (NH2) og iminogrupper (NH). Rollen til nitrogen i proteinstoffene i bakteriell protoplasma er at den gir reaktivitet til proteiner. Nitrogen er vanskelig å inngå i sammensetningen av forbindelser på grunn av inertitet, men det kommer lett ut av dem. [...]

Innflytelsen fra forgjengeren påvirker først og fremst tilførselen av den befruktede avlingen med nitrogen. Planter som er sådd etter belgfrukter, som etterlater en viss mengde nitrogen assimilert av nodulbakterier fra atmosfæren, reagerer bedre på fosfor enn de som følger andre forgjengere. SP Kulzhinsky (1935) illustrerte denne situasjonen med data fra ukrainske eksperimentelle stasjoner (tabell 72). [...]

Nylig har flere og flere data akkumulert at mange lysogene kulturer inneholder 2, 3, 4 og mer tempererte fager, det vil si at de er polylysogene. For eksempel inneholder mange actinomycetes, proactinomycetes, nodule bakterier og noen sporebærende bakterier 4 eller flere fager. Fager inneholdt i polylysogene kulturer skiller seg ofte skarpt innbyrdes med hensyn til partikkelform, antigene egenskaper og spekter av lytisk virkning. Polylysogene kulturer kan oppnås eksperimentelt ved å eksponere dem samtidig eller sekvensielt for forskjellige tempererte fager. Avlingene oppnådd på denne måten skiller seg ikke fra de som er isolert fra naturlige kilder. [...]

Disse endringene kan være både positive for fruktbarhet og negative. Et eksempel på positive endringer er eliminering av overflødig surhet som et resultat av kalking, akkumulering av nitrogen på grunn av aktiviteten til knute bakterier under såing av belgfrukter, fjerning av skadelige salter i vannet jord etter utvasking, forbedring av vann-luft-regimet ved å løsne undergrunnen osv. [...]

Grønn gjødsel beriker primært jorden med organisk materiale og nitrogen. Avhengig av bruksforholdene blir det ofte pløyet 35-45 tonn organisk materiale på en hektar dyrkbar mark, som inneholder 150-200 kg nitrogen fiksert fra luften av nodulærbakterier (når man sår leguminøs grønn gjødsel). [. ..]

Mutualisme (symbiose): hver av artene kan leve, vokse og reprodusere bare i nærvær av den andre. Symbionter kan bare være planter, eller planter og dyr, eller bare dyr. Typiske eksempler på matkondisjonerte symbionter er knutebakterier og belgfrukter, mykorrhiza av noen sopp og trerøtter, lav og termitter. [...]

Imidlertid er det i naturen og i økonomien betydelige forskjeller i syklusen av nitrogen og fosfor. Som du vet er luft nesten 4D sammensatt av molekylært nitrogen. Og selv om den er utilgjengelig for høyere planter, blir den assimilert av noen mikroorganismer, spesielt knuterbakterier som lever på røttene til belgfrukter. Disse bakteriene gir nitrogenholdig mat til mer enn bare belgfrukter. Når avlingsrester blir brøytet i jorden og røttene brytes ned, er det nok nitrogen til avlingen som blir sådd etter belgfrukter, spesielt etter kløver og alfalfa. [...]

Erter beriker jorden bare med nitrogen når knuter utvikler seg på røttene, mens jo større og kraftigere, jo bedre er jorda beriket med nitrogen. For disse formålene må ertefrø behandles med nitragin under en baldakin på dagen for såing, og beskytter nitrogenfikserende bakterier mot skadelige effekter. solstråler... Innholdet i en flaske nitragin, oppløst i 2 liter vann, fukter frøene og skyver dem. Tørkede frø blir sådd uten forsinkelse. Nitragynisering induserer tidlig nodulering og fremmer bedre utvikling planter. Bruk av nitragin er effektivt i tidlig såing erter i våt jord... På ubelagt sur jord utvikler knuterbakterier seg dårlig, og effekten av nitragin reduseres kraftig. [...]

Et typisk eksempel på symbiose er det tette samholdet mellom sopp og alger, noe som fører til dannelsen av en mer kompleks og mer tilpasset planteorganisme - lav. Et annet slående eksempel på symbiotisk samliv i jorda er symbiosen til sopp med høyere planter, når sopp dannes på røttene til planter m og-k om r og z y. En uttalt symbiose er observert mellom knute bakterier og belgfrukter. [...]

D. N. Pryanishnikov hevdet at det for vårt land er mer lovende ikke gressletter, men intensiv vekst. Det var de som erstattet korntypen med tre felt som hersket i tusen år i Vest-Europa. Med tre felt var en tredjedel av landet tomt (sent brakk), og to tredjedeler ble sådd med kornavlinger. Belgfrukter ble ikke dyrket, noe som utelukket muligheten for mobilisering av luftnitrogen ved hjelp av knuterbakterier og påvirket negativt næring av planter og nitrogensyklusen i landbruket. I denne vekstrotasjonen var det nesten ingen radavlinger, inkludert poteter og rotvekster, noe som førte til ugressmarker og en konstant mangel på fôr. I århundrer kunne ikke bondeøkonomien (med unntak av kulak-eliten) bryte ut av den onde sirkelen preget av den berømte russiske agronomen på 1700-tallet. AT Bolotov, som skrev: “... uten gjødsel gir ikke landet avling, og det er lite gjødsel, siden det er få husdyr, og det er få husdyr, siden det er lite fôr, og det er lite fôr , siden landet ikke gir en avling uten gjødsel "(1779). [...]

Vanskeligheter med å lagre, transportere og bruke agar og buljongpreparater av nitragin, så vel som deres korte holdbarhet, er alvorlige årsaker som bidrar til forskyvning av dette legemidlet fra produksjonen. Løse pulverformige preparater av nitragin har utvilsomme fordeler fremfor agar og buljong. Deres produksjonsteknologi er enklere og mer økonomisk. Torvavlinger holder lenger og er lettere å transportere. De beskytter celler av nodulærbakterier mot direkte kontakt med gjødsel og holder dem levedyktige på frø, spesielt når granulerer frø med kalk. [...]

I følge ordningen er det høyere anlegget en kilde til karbonholdige forbindelser. Transformasjonen deres gir et energisk materiale for prosessene for aktivering og reduksjon av N2. Aktivert nitrogen er den siste elektronakseptoren. Produktene av ufullstendig oksidasjon av karbonholdige forbindelser tjener som akseptorer av 1CHN3 og danner aminosyrer i nodulene, som blir tilgjengelige for den høyere planten. Planter fungerer som en butikk av karbonholdige forbindelser (fotosyntese produkter) og som en energileverandør. Nodulebakterier i bakteroidstadiet viser evnen til å overføre aktivert hydrogen til nitrogen ved hjelp av nitrogenase. Stien fra N2 til T III betraktes som en gjenopprettingsprosess. [...]

Erteplanter har evnen til å assimilere nitrogen fra luften og berike jorden med den, og derfor bør hovedretningen i gjødslingssystemet være bruk av fosfor og kaliumgjødsel. Et velutviklet rotsystem av erter kjennetegnes av en høy assimilerende evne til næringsstoffer, men for en betydelig økning i utbyttet, kan man ikke stole på å bruke ettervirkningen av gjødsel i vekstrotasjon, og derfor er det nødvendig å bruke direkte gjødsel for erter. Den reagerer på påføring av fosfat- og kaliumgjødsel. Fosfor hjelper til med å akselerere modning av planter. Med mangel på det i jorden, utvikler rotknute bakterier seg dårlig på røttene, og utbyttet avtar. Med mangel på kalium blir bladene gule, og bønnene utvikler seg dårlig, spesielt på lett teksturert jord. På sure jordarter reduserer erter utbyttet kraftig, og aktiviteten til nodulære bakterier svekkes. Derfor er kalking av sure jordarter en forutsetning for å øke ertenes utbytte og en høyere effektivitet av påført mineralgjødsel. Kalkdosen avhenger av jordens surhet (3 ... 6 t / ha), det er bedre å bruke kalk under de tidligere avlingene. [...]

En av de viktigste prosessene for interaksjon av mikroorganismer med høyere plante er en symbiotisk fiksering av atmosfærisk nitrogen - hovedelementet som bestemmer størrelsen og kvaliteten på avlingen. Den totale mengden molekylært nitrogen involvert i den biologiske sirkulasjonen av det symbiotiske belgfrukter-rhizobialsystemet er 3 millioner tonn årlig bare i Sovjetunionen. Langvarig innenlandsk og utenlandsk erfaring viser at en effektiv belgfrukt-rhizobial symbiose ikke bare er en garanti for å oppnå et høykvalitetsutbytte av belgfrukter, og derfor muligheten for å løse problemet med protein i kosten, men også den mest økonomiske kilden til påfyll av nitrogenreserver i jorden. For å bruke billig "biologisk nitrogen" i landbruksproduksjon i mange land økes det såte arealet for belgvekster, og behandling av frø med preparater av knuterbakterier oppnådd på basis av aktive Rhizobium-stammer er mye brukt før såing. Naturen og effektiviteten til det symbiotiske forholdet mellom en belgfruktsplante og knuterbakterier avhenger av den fysiologiske og biokjemiske tilstanden til begge parter, og derfor vil påvirkningen av noen faktorer på en av dem helt sikkert påvirke produktiviteten til systemet som helhet.

Organismer av slekten Rhizobium er preget av polymorfisme, det vil si at former for bakterier er veldig forskjellige. Disse mikroorganismene kan være mobile og urørlige, ha form av en coccus eller pinner, trådformede, ovale. Ofte er unge prokaryoter stavformede, som endres med vekst og alder på grunn av opphopning av næringsstoffer og immobilisering. I sin mikroorganisme går den gjennom flere stadier, som kan bedømmes av dens utseende... I utgangspunktet er dette formen på en stang, så den såkalte "belted rod" (har belter med fettinneslutninger) og til slutt en bakteriode - en stor immobil celle med uregelmessig form.

Nodulebakterier er spesifikke, det vil si at de bare kan bosette seg i

en bestemt gruppe eller arter av planter. Denne egenskapen er genetisk dannet i mikroorganismer. Effektivitet er også viktig - evnen til å akkumulere nitrogen i atmosfæren nok for vertsanlegget. Denne eiendommen er ikke permanent og kan endres på grunn av habitatforhold.

Det er ingen enighet om hvordan knutebakterier kommer inn i roten, men det er en rekke hypoteser om mekanismen for penetrasjon. Så noen forskere mener at prokaryoter trenger inn i roten gjennom skade på vevet, mens andre snakker om penetrasjon gjennom rothår. Det er også en auxinhypotese - antagelsen om satellittceller som hjelper bakterier med å invadere rotceller.

Den samme introduksjonen forekommer i to faser: først - infeksjon av rothår, deretter - dannelse av knuter. Varigheten av fasene er forskjellig og avhenger av de spesifikke planteartene.

Viktigheten av bakterier som er i stand til å fikse nitrogen er stor for landbruket, siden det er disse organismer som kan øke produktiviteten. Disse mikroorganismene fremstilles som brukes til behandling av belgfrukter, noe som bidrar til en raskere infeksjon av røttene. Forskjellige typer når du planter, selv på dårlig jord, krever de ikke ekstra nitrogengjødsling. Så, 1 hektar belgfrukter "i arbeid" med knutebakterier overfører 100-400 kg nitrogen til en bundet tilstand innen et år.

Dermed knuter bakterier - symbiotiske organismer, som er veldig viktige ikke bare i en plantes liv, men også