Đặc điểm của rhizobium, phân loại, hình thái, môi trường sống và lợi ích



Đại hoàng là một loại vi khuẩn sở hữu khả năng cố định nitơ từ khí quyển. Nhìn chung, vi khuẩn có khả năng cố định nitơ được gọi là rhizobia. Những mối quan hệ giữa thực vật và vi sinh vật đã được nghiên cứu rộng rãi.

Những prokaryote này sống trong mối quan hệ cộng sinh với các loại thực vật khác nhau: các loại đậu, như đậu, cỏ linh lăng, đậu lăng, đậu nành, trong số những loại khác.

Chúng đặc biệt liên quan đến rễ của chúng và cung cấp cho cây nitơ mà chúng cần. Nhà máy, lần lượt, cung cấp cho vi khuẩn một nơi ẩn náu. Mối quan hệ cộng sinh chặt chẽ này gây ra sự bài tiết của một phân tử được gọi là leghemoglobin. Sự cộng sinh này tạo ra một tỷ lệ đáng kể của N2 trong sinh quyển.

Trong mối quan hệ này, vi khuẩn gây ra sự hình thành các nốt sần ở rễ, giúp phân biệt cái gọi là "vi khuẩn".

Hầu hết các nghiên cứu đã được thực hiện trong chi vi khuẩn này, chỉ tính đến trạng thái cộng sinh của chúng và mối quan hệ của nó với cây trồng. Vì lý do này, có rất ít thông tin liên quan đến lối sống cá nhân của vi khuẩn và chức năng của nó như là một thành phần của hệ vi sinh vật đất..

Chỉ số

  • 1 Đặc điểm
  • 2 quá trình nhiễm trùng
    • 2.1 Sự phát triển và loại nốt sần
    • 2.2 Sự hình thành vi khuẩn
    • 2.3 Thu hút giữa rhizobia và rễ
    • 2.4 Leghemoglobin
  • 3 phân loại
  • 4 Hình thái
  • 5 môi trường sống
  • 6 lợi ích và ứng dụng
  • 7 tài liệu tham khảo

Tính năng

Vi khuẩn thuộc chi Đại hoàng Chúng được biết đến chủ yếu nhờ khả năng cố định nitơ và thiết lập mối quan hệ cộng sinh với thực vật. Trên thực tế, nó được coi là một trong những mối quan hệ ấn tượng nhất tồn tại trong tự nhiên.

Chúng là dị dưỡng, điều này cho thấy rằng chúng phải có được nguồn năng lượng hữu cơ. Đại hoàng nó phát triển bình thường trong điều kiện hiếu khí và các nốt sần được hình thành ở nhiệt độ 25 đến 30 ° C và độ pH tối ưu là 6 hoặc 7.

Tuy nhiên, quá trình cố định nitơ đòi hỏi nồng độ oxy thấp để bảo vệ nitơase (enzyme xúc tác quá trình).

Để xử lý lượng oxy cao, có một loại protein tương tự như hemoglobin chịu trách nhiệm cô lập oxy có thể can thiệp vào quá trình.

Các mối quan hệ cộng sinh mà các prokaryote này thiết lập với các cây họ đậu có tác động kinh tế và sinh thái cao, vì vậy có một tài liệu sâu rộng về mối quan hệ rất cụ thể này.

Quá trình lây nhiễm không đơn giản, nó bao gồm một loạt các bước mà vi khuẩn và thực vật ảnh hưởng lẫn nhau trong các hoạt động phân chia tế bào, biểu hiện gen, chức năng trao đổi chất và hình thái.

Quá trình nhiễm trùng

Những vi khuẩn này là mô hình sinh học tuyệt vời để hiểu các tương tác xảy ra giữa vi sinh vật và thực vật.

Rhizobia được tìm thấy trong đất, nơi chúng xâm chiếm rễ cây và tìm cách xâm nhập vào cây. Nói chung, sự xâm lấn bắt đầu ở chân tóc, mặc dù cũng có thể bị nhiễm trùng thông qua các tổn thương nhỏ ở lớp biểu bì.

Khi vi khuẩn có thể xâm nhập vào bên trong cây, nó thường được duy trì trong một thời gian trong không gian nội bào của cây. Khi sự phát triển của các nốt sùi tiến triển, rhizobia xâm nhập vào tế bào chất của các cấu trúc này.

Sự phát triển và loại nốt sần

Sự phát triển của các nốt liên quan đến một loạt các sự kiện đồng bộ ở cả hai sinh vật. Các nốt được phân loại nhất định và không xác định.

Đầu tiên bắt nguồn từ các bộ phận tế bào trong vỏ não bên trong và có một mô phân sinh đỉnh dai dẳng. Chúng được đặc trưng bởi có hình dạng hình trụ và hai khu vực khác biệt.

Mặt khác, các nốt xác định là kết quả của sự phân chia tế bào ở phần giữa hoặc phần ngoài của vỏ rễ. Trong những trường hợp này, bạn không có mô phân sinh liên tục và hình dạng của nó có dạng hình cầu hơn. Các nốt trưởng thành có thể phát triển bằng cách tăng trưởng tế bào.

Sự hình thành của vi khuẩn

Sự khác biệt ở vi khuẩn xảy ra trong nốt sần: dạng cố định N2. Các vi khuẩn, cùng với màng của thực vật, tạo thành cộng sinh.

Trong các vi khuẩn thực vật phức tạp này, nhà máy chịu trách nhiệm cung cấp carbon và năng lượng, trong khi vi khuẩn sản xuất amoniac.

So với các vi khuẩn sống tự do, vi khuẩn trải qua một loạt các thay đổi trong phiên mã của nó, trong toàn bộ cấu trúc tế bào và trong các hoạt động trao đổi chất. Tất cả những thay đổi này diễn ra để thích nghi với môi trường nội bào, trong đó mục tiêu duy nhất của nó là cố định đạm.

Cây có thể lấy hợp chất nitơ này do vi khuẩn tiết ra và sử dụng nó để tổng hợp các phân tử thiết yếu, chẳng hạn như axit amin.

Hầu hết các loài Đại hoàng Họ khá chọn lọc về số lượng khách họ có thể lây nhiễm. Một số loài chỉ có một vật chủ. Ngược lại, một số lượng nhỏ vi khuẩn được đặc trưng bởi lăng nhăng và có phổ rộng các vật chủ tiềm năng.

Thu hút giữa rhizobia và rễ

Sự hấp dẫn giữa vi khuẩn và rễ của cây họ đậu được trung gian bởi các tác nhân hóa học, tiết ra từ rễ. Khi vi khuẩn và gốc gần nhau, một loạt các sự kiện xảy ra ở cấp độ phân tử.

Flavonoid rễ gây ra gen ở vi khuẩn gật đầu. Điều này dẫn đến việc sản xuất các oligosacarit được gọi là LCO hoặc các yếu tố gật đầu. Các LCO liên kết với các thụ thể, được hình thành bởi các họa tiết lysine, trong các sợi lông gốc, do đó bắt đầu các sự kiện báo hiệu.

Có những gen khác - bên cạnh gật đầu - tham gia vào quá trình cộng sinh, như exo, nif và sửa chữa.

Leghemoglobin

Leghemoglobin là một phân tử có bản chất protein, điển hình cho mối quan hệ cộng sinh giữa rhizobia và cây họ đậu. Đúng như tên gọi của nó, nó khá giống với một loại protein quen thuộc hơn: hemoglobin.

Giống như chất tương tự trong máu của nó, leghemoglobin có sự khác biệt là có ái lực cao với oxy. Vì quá trình cố định xảy ra trong các nốt bị ảnh hưởng tiêu cực bởi nồng độ oxy cao, protein có trách nhiệm giữ lại nó để giữ cho hệ thống hoạt động đúng.

Phân loại

Khoảng 30 loài Đại hoàng, được biết đến nhiều nhất Rhizobium celluloseticum và Rhizobium leguminosarum. Chúng thuộc họ Rhizobiaceae, cũng chứa các chi khác: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, và Sinorhizobium.

Thứ tự là Rhizobiales, lớp là Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria và vương quốc Bacteria.

Hình thái

Rhizobia là vi khuẩn xâm nhập có chọn lọc vào rễ của cây họ đậu. Chúng được đặc trưng bởi gram âm, có khả năng dịch chuyển và hình dạng của chúng nhắc nhở một cây gậy. Kích thước của nó là từ 0,5 đến 0,9 micromet rộng và 1,2 và 3,0 micromet dài.

Chúng khác với phần còn lại của vi khuẩn sống trong đất bằng cách trình bày hai dạng: hình thái tự do được tìm thấy trong đất và dạng cộng sinh trong cây chủ của chúng.

Ngoài hình thái của thuộc địa và nhuộm gram, còn có các phương pháp khác mà bạn có thể nhận được để xác định vi khuẩn của chi Đại hoàng, Chúng bao gồm các xét nghiệm sử dụng chất dinh dưỡng, chẳng hạn như xét nghiệm catalase, oxyase và sử dụng carbon và nitơ.

Tương tự, các xét nghiệm phân tử đã được sử dụng để nhận dạng, chẳng hạn như ứng dụng các dấu phân tử.

Môi trường sống

Nói chung, rhizobia thuộc họ Rhizobiaceae thể hiện tính đặc thù của việc liên kết chủ yếu với các loài thực vật thuộc họ Fabaceae.

Họ Fabaceae bao gồm các cây họ đậu - ngũ cốc, đậu lăng, cỏ linh lăng, chỉ để đặt tên cho một vài loài được biết đến với giá trị ẩm thực của chúng. Gia đình thuộc về thực vật hạt kín, là gia đình lớn thứ ba. Chúng phân bố rộng rãi trên thế giới, từ các vùng nhiệt đới đến Bắc cực.

Chỉ có một loài thực vật không thuộc họ đậu được biết là thiết lập mối quan hệ cộng sinh với Rhizobium: Parasponea, một chi thực vật thuộc họ Cannabáceas.

Ngoài ra, số lượng các hiệp hội có thể được thiết lập giữa vi sinh vật và thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Đôi khi sự liên kết bị hạn chế bởi bản chất và loài vi khuẩn, trong khi trong các trường hợp khác, nó phụ thuộc vào cây trồng.

Mặt khác, ở dạng tự do, vi khuẩn là một phần của hệ thực vật tự nhiên của đất - cho đến khi quá trình gật đầu xảy ra. Lưu ý rằng mặc dù có các cây họ đậu và rhizobia trong đất, sự hình thành các nốt sần không được đảm bảo, vì các chủng và các thành viên của cộng sinh phải tương thích.

Lợi ích và ứng dụng

Cố định đạm là một quá trình sinh học quan trọng. Liên quan đến việc hấp thụ nitơ trong khí quyển, ở dạng N2 và nó được giảm xuống NH4+. Do đó, nitơ có thể xâm nhập và được sử dụng trong hệ sinh thái. Quá trình này có tầm quan trọng lớn trong các loại môi trường khác nhau, có thể là trên cạn, nước ngọt, biển hoặc Bắc cực.

Dường như nitơ là một yếu tố hạn chế, trong hầu hết các trường hợp, sự tăng trưởng của cây trồng và hoạt động như một thành phần hạn chế.

Từ quan điểm thương mại, rhizobia có thể được sử dụng làm chất tăng cường trong nông nghiệp nhờ khả năng cố định đạm. Do đó, có một thương mại liên quan đến quá trình tiêm chủng của vi khuẩn nói trên.

Việc cấy rhizobium có tác dụng rất tích cực liên quan đến sự phát triển của cây, trọng lượng và số lượng hạt mà nó tạo ra. Những lợi ích này đã được chứng minh bằng thực nghiệm bởi hàng chục nghiên cứu với cây họ đậu.

Tài liệu tham khảo

  1. Allen, E. K., & Allen, O. N. (1950). Đặc tính sinh hóa và cộng sinh của rhizobia. Đánh giá vi khuẩn, 14(4), 273.
  2. Jiao, Y. S., Liu, Y. H., Yan, H., Wang, E. T., Tian, ​​C. F., Chen, W. X., ... & Chen, W. F. (2015). Sự đa dạng của rhizobial và nốt sần của cây họ đậu cực kỳ bừa bãi Sê-ri. Tương tác thực vật-vi khuẩn phân tử, 28(12), 1338-1352.
  3. Jordan, D. C. (1962). Các vi khuẩn thuộc chi Rhizobium. Đánh giá vi khuẩn, 26(2 Pt 1-2), 119.
  4. Leung, K., Wanjage, F. N., & bottomley, P. J. (1994). Đặc điểm cộng sinh của Rhizobium leguminosarum bv. trifolii các phân lập đại diện cho các loại nhiễm sắc thể chiếm lĩnh nốt sần lớn và nhỏTrifolium subterraneum L.). Ứng dụng và vi sinh môi trường, 60(2), 427-433.
  5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: từ hoại sinh đến endosymbionts. Tự nhiên Nhận xét Vi sinh, 16(5), 29.
  6. Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (2012). Cẩm nang về rhizobia: phương pháp trong công nghệ cây họ đậu. Khoa học & Truyền thông kinh doanh Springer.
  7. Vương, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Cơ chế di truyền và phân tử theo tính đặc hiệu cộng sinh trong tương tác cây họ đậu. Biên giới trong khoa học thực vật, 9, 313.