hjem

Nodule bakterier og ertesymbiose. Nodulebakterier er symbiotiske nitrogenfikserende organismer.

De første jordbakteriene som menneskeheten la merke til var knutebakterier. Omtrent 1300 av 13 tusen planter danner en knute, og inn jordbruk Det brukes 200. Av disse har alle funksjonen å fikse atmosfærisk nitrogen. I jorden på knuten setter mikroorganismer seg og formerer seg - symbionter som erstatter gjødsel.

Hva er knutebakterier

For mer enn 2 tusen år siden la bønder merke til at dårlige, utmattede jordressurser gir avlinger etter dyrking på dem belgfrukter. De neste forsøkene på å avsløre hemmeligheten var i 1838: J.-B. Boussengo bestemte at bladene av belgfrukter fikser nitrogen, men eksperimenterer med en ugunstig vannmiljø bekreftet det ikke. I 1901 ble Azotobacter chroococcum (6 arter fra slekten Azotobacter) oppdaget. Det første stoffet basert på "jordiske" bakterier Nitragin ble opprettet i 1897.

Alle knutebakterier er mikroaerofile. De har en stavformet/oval form. Rhizobium (Rhizobiales) tilhører de som er i stand til å omdanne gassformen av nitrogen til en plante-assimilerbar - løselig. Data:

Etter i hvilken grad mikroorganismer påvirker avlingen, deles de inn i aktive (berike jorda effektivt), inaktive og inaktive (ineffektive).
Når det ikke er fuktighet, reproduserer de seg ikke, derfor, i et tørt klima, blir spesielt infiserte planter introdusert dypere i jorden.
Den optimale temperaturen for reproduksjon av alle representanter for nitrogenfikserende organismer er 20-30°C, men veksten fortsetter ved 0-35°C. Det beste miljøet (pH) er nøytralt, ca. 6,5-7,1, men surt forårsaker død av kolonier.
Takket være eksperimentene fra Moscow Agricultural Academy viste det seg at selv i fravær av "donorer" forlater ikke bakteriematerialet jorden i opptil 50 år.
Mikroorganismer er i stand til å overleve selv forhold etter atomeksplosjon, tåler gammastråling og ultrafiolett, solstråling, men kan ikke leve under høy temperatur.
Mikroorganismer er av størst betydning for rotutvikling.

Rollen til knutebakterier i naturen

I tillegg til fiksering av atmosfærisk nitrogen, er rollen til knutebakterier i naturen veldig stor. I prosessen med reproduksjon "engasjerer" de seg i syntesen av vitaminer, naturlige antibiotika, og bidrar til utviklingen av roten først, og deretter toppene. Fordelen ligger i det faktum at jordbakterier av nitrogenfikserende type på grunn av symbiose med planter:

er en del av syklusen av materie - nitrogen;
syntetisere fytohormoner, stimulere plantevekst;
kan brukes som en måte for selvrensing av jord forurenset med tungmetaller under mineraliserende faktorer (naturlige / bedrifter);
bryte ned noen klorholdige forbindelser.

Belgvekster og knutebakterier

gjennom vevsskader
penetrasjon gjennom rothårene;
penetrasjon gjennom unge rotspisser;
takket være følgebakterier.

Symbiotiske bakterier av slekten Rhizobium, som har penetrert roten, beveger seg inn i vevet, og overvinner lett det intercellulære rommet i grupper eller enkeltceller (som i lupin). Oftere, under reproduksjon, danner cellen smittsomme tråder (tråder, kolonier). Antallet deres varierer etter plantetype. Ofte er det felles infeksjonstråder, som danner en enkelt knute.

Nitrogenfiksering av bakterier

Verdien som nitrogenfiksering av bakterier representerer er enorm: den gjenoppretter ikke bare jorda, men lar deg også få rikere avlinger enn på humus eller kjemisk gjødsel. Det er en interaksjon mellom stoffet og nitrogenfikseren:

i Azotobacter ("autonom", som ikke krever tilstedeværelse av en plante) - av enzymer, på grunn av oksygen i cellen;
i Rhizobium (knutebakterier) - bare i nærvær av magnesium, svovel, jern.

Paleontologiske bevis tyder på at noen planter som tilhører Eucaesalpinioideae-gruppen var de eldste belgfruktene som hadde knuter.

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

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

Av de 13 000 artene (550 slekter) av belgfrukter, er tilstedeværelsen av knuter så langt bare identifisert i omtrent 1300 arter (243 slekter). Dette inkluderer først og fremst plantearter som brukes i landbruket (mer enn 200).

Etter å ha dannet knuter, får belgfrukter evnen til å absorbere atmosfærisk nitrogen. Imidlertid er de i stand til å livnære seg på bundne former for nitrogen - ammoniumsalter og salpetersyre. Bare én plante, Hedysarum coronarium, assimilerer bare molekylært nitrogen. Derfor, uten knuter i naturen, forekommer ikke denne planten.

Nodulbakterier forsyner belgplanten med nitrogen, som fikseres fra luften. Planter forsyner på sin side bakterier med karbohydratmetabolismeprodukter og mineralsalter som de trenger for vekst og utvikling.

I 1866 så den berømte botanikeren og jordforskeren M.S. Voronin de minste "kroppene" i knutene på røttene til belgplanter. Voronin la frem dristige antagelser for den tiden: han koblet dannelsen av knuter med aktiviteten til bakterier, og den økte delingen av rotvevsceller med plantens reaksjon på bakterier som penetrerte roten.

20 år senere isolerte den nederlandske forskeren Beijerin bakterier fra knuter av erter, vikker, chiny, bønner, seradella og lollipop og studerte egenskapene deres, og sjekket evnen til å infisere planter og forårsake dannelse av knuter. Han kalte disse mikroorganismene Bacillus radicicola. Siden bakterier som danner sporer tilhører slekten Bacillus, og knutebakterier mangler denne evnen, ga A. Prazhmovsky dem nytt navn til Bacterium radicicola. B. Frank foreslo et mer vellykket generisk navn for knutebakterier - Rhizobium (fra det greske rhizo - rot, bio - liv; liv på røttene). Dette navnet har slått rot og brukes fortsatt i litteraturen.

For å betegne en art av knutebakterier er det vanlig å legge til et begrep som tilsvarer det generiske navnet Rhizobium latinsk navn av planteartene hvis knuter de er isolert fra og som de kan danne knuter på. For eksempel Rhizobium trifolii - kløverknutebakterier, Rhizobium lupini - lupinknutebakterier osv. I tilfeller hvor knutebakterier er i stand til å danne knuter på røttene forskjellige typer belgfrukter, det vil si for å forårsake den såkalte kryssinfeksjonen, er artsnavnet så å si et kollektivt - det er nettopp denne "kryssinfeksjonsevnen" som gjenspeiles i det. For eksempel Rhizobium leguminosarum - knutebakterier av erter (Pisum), linser (Lens), rangerer (Lathyrus).

Morfologi og fysiologi av knutebakterier. Nodule bakterier er preget av et utrolig utvalg av former - polymorfisme. Mange forskere trakk frem dette når de studerte knutebakterier i renkultur i laboratorieforhold og jord. Nodule bakterier kan være stavformede og ovale. Blant disse bakteriene er det også filtrerbare former, L-former, coccoid immobile og mobile organismer.

Unge knutebakterier i renkultur på næringsmedier har vanligvis en stavformet form (fig. 143, 2, 3), størrelsen på stavene er ca. 0,5-0,9 X 1,2-3,0 mikron, mobile, multipliseres ved deling. I stavformede celler av knutebakterier av kløver observeres deling ved ligering. Med alderen kan stavformede celler flytte til knoppskyting. I følge Gram farger cellene negativt, deres ultrafine struktur er typisk for gramnegative bakterier (fig. 143, 4).

Med aldring mister knutebakterier sin mobilitet og går over i tilstanden til de såkalte beltede stengene. De fikk dette navnet på grunn av vekslingen av tette og løse deler av protoplasma i cellene. Stripene til cellene er godt oppdaget når de sees under et lysmikroskop etter behandling av cellene med anilinfargestoffer. Tette deler av protoplasma (belte) farges verre enn mellomrommene mellom dem. I et selvlysende mikroskop er båndene lysegrønne, mellomrommene mellom dem lyser ikke og ser mørke ut (fig. 143, 1). Belter kan være plassert i midten av buret eller i endene. Soneringen av cellene er også synlig på elektrondiffraksjonsmønstre, dersom preparatet ikke er behandlet med kontrastmidler før visning (fig. 143, 3). Sannsynligvis, med alderen, blir bakteriecellen fylt med fettinneslutninger som ikke oppfatter farge og som et resultat fører til at cellen blir stripete. Stadiet med "beltede stenger" går foran stadiet for dannelse av bakterieoider - uregelmessig formede celler: fortykket, forgrenet, sfærisk, pæreformet og kolbeformet (fig. 144). Begrepet "bakterier" ble introdusert i litteraturen av J. Brunhorst i 1885, og brukte det på formasjoner med uvanlig form, mye større enn stavformede bakterieceller, funnet i knutevev.

Bakteroider inneholder stor kvantitet volutin granulat og er preget av et høyere innhold av glykogen og fett enn stavformede celler. Bacteroides dyrket i kunstige næringsmedier og dannet i knutevev er fysiologisk av samme type. Det antas at bakterieoider er former for bakterier med en ufullstendig delingsprosess. Ved ufullstendig celledeling av knutebakterier oppstår dikotomt forgrenende former for bakterieoider. Antallet bakterieoider øker med aldring av kulturen; deres utseende forenkles av uttømming av næringsmediet, akkumulering av metabolske produkter og innføring av alkaloider i mediet.

I gamle (to måneder gamle) kulturer av knutebakterier, ved hjelp av et elektronmikroskop, er det mulig å identifisere klart definerte sfæriske formasjoner i mange celler (fig. 145) - artrosporer. Antallet i celler varierer fra 1 til 5.

På næringsmedier vokser knutebakterier av ulike typer belgplanter med forskjellig hastighet. Hurtigvoksende bakterier inkluderer rhizobia av erter, kløver, alfalfa, fôrbønner, vikker, linser, chiny, søt kløver, bukkehornkløver, bønner, kikerter og fuglefot; til saktevoksende - knutebakterier av lupin, soyabønner, peanøtt, seradella, mungbønne, cowpea, sainfoin, gorse. Fullt dannede kolonier av hurtigvoksende kulturer kan oppnås på 3. - 4. inkubasjonsdag, kolonier av saktevoksende kulturer - på 7. - 8. dag.

Hurtigvoksende knutebakterier kjennetegnes ved et peritrich arrangement av flageller, mens langsomtvoksende bakterier er monotrichiale (tabell 42, 1-5).

I tillegg til flageller dannes det filamentøse og perlelignende utvekster i celler av knutebakterier når de dyrkes på flytende medier (tabell 42, 43). Lengden deres når 8-10 mikron. De er vanligvis plassert på overflaten av cellen peritrichialt, de inneholder fra 4 til 10 eller mer per celle.

Kolonier av hurtigvoksende knutebakterier har fargen som bakt melk, ofte gjennomskinnelig, slimete, med glatte kanter, moderat konvekse, og vokser til slutt på overflaten av agarmediet. Kolonier av saktevoksende bakterier er mer konvekse, små, tørre, tette og vokser som regel ikke på overflaten av mediet. Slimet som produseres av knutebakterier er en kompleks forbindelse av polysakkaridtypen, som inkluderer heksoser, pentoser og uronsyrer.

Nodule bakterier er mikroaerofile (de utvikles med små mengder oksygen i miljøet), men de foretrekker aerobe forhold.

Nodulbakterier bruker karbohydrater og organiske syrer som karbonkilde i næringsmedier, og ulike mineralske og organiske nitrogenholdige forbindelser som nitrogenkilde. Ved dyrking på medier med høyt innhold av nitrogenholdige stoffer kan knutebakterier miste evnen til å penetrere planten og danne knuter. Derfor dyrkes knutebakterier vanligvis på planteekstrakter (bønne, ertebuljong) eller jordekstrakter. Fosforet som er nødvendig for utviklingen kan oppnås av knutebakterier fra mineralske og organiske fosforholdige forbindelser; mineralforbindelser kan tjene som en kilde til kalsium, kalium og andre mineralelementer.

For å undertrykke fremmed saprofytisk mikroflora ved isolering av knutebakterier fra knuter eller direkte fra jord, anbefales næringsmedier med tilsetning av krystallfiolett, tannin eller antibiotika.

For utvikling av de fleste kulturer av knutebakterier kreves en optimal temperatur i området 24-26 °. Ved 0° og 37°C stopper veksten. Vanligvis lagres kulturer av knutebakterier i laboratorieforhold ved lave temperaturer (2-4 °C).

Mange typer knutebakterier er i stand til å syntetisere B-vitaminer, samt vekststoffer som heteroauxin (-indoleddiksyre).

Alle knutebakterier er omtrent like motstandsdyktige mot en alkalisk reaksjon av mediet (pH = 8,0), men ulikt følsomme for en sur.

Spesifisitet, virulens, konkurranseevne og aktivitet av knutebakterier.

konsept spesifisitet knutebakterier - kollektiv. Det karakteriserer bakteriers evne til å danne knuter i planter. Hvis vi snakker om knutebakterier generelt, så for dem er dannelsen av knuter bare i en gruppe belgfrukter allerede spesifikk i seg selv - de har selektivitet for belgfrukter.

Men hvis vi vurderer individuelle kulturer av knutebakterier, viser det seg at blant dem er det de som er i stand til å infisere bare en viss, noen ganger større, noen ganger mindre, gruppe belgplanter, og i denne forstand spesifisiteten til knutebakterier. er en selektiv evne i forhold til vertsplanten. Spesifisiteten til knutebakterier kan være snever (kløverknutebakterier infiserer kun en gruppe kløvere - artsspesifisitet, og lupinknutebakterier kan til og med karakteriseres ved sortsspesifisitet - infiserer kun alkaloid- eller alkaloidfrie lupinvarianter). Med en bred spesifisitet kan erteknutebakterier infisere erte-, hake- og bønneplanter, og erte- og bønneknutebakterier kan infisere erteplanter, det vil si at de alle er preget av evnen til å "kryssinfisere". Spesifisiteten til knutebakterier ligger til grunn for deres klassifisering.

Spesifisiteten til knutebakterier 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 det også en annen tilpasningsevne for knutebakterier til planter innenfor kryssinfeksjonsgruppen. Dermed kan alfalfa-knutebakterier danne knuter i søtkløver. Likevel er de mer tilpasset alfalfa, og søte kløverbakterier er mer tilpasset søtkløver.

I ferd med infeksjon av rotsystemet til belgfrukter med knutebakterier veldig viktig Det har virulens mikroorganismer. Hvis spesifisitet bestemmer virkningsspekteret til bakterier, karakteriserer virulensen til knutebakterier aktiviteten til deres virkning innenfor dette spekteret. Virulens refererer til knutebakteriers evne til å trenge inn i rotvevet, formere seg der og forårsake dannelse av knuter.

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

For å bestemme virulensen til en stamme av knutebakterier, er det nødvendig å fastslå dens evne til å forårsake dannelse av knuter. Kriteriet for virulens av enhver stamme kan være minimum antall bakterier som gir en kraftigere infeksjon av røttene sammenlignet med andre stammer, som kulminerer med dannelsen av knuter.

I jord, i nærvær av andre stammer, vil den mer virulente stammen ikke alltid infisere planten først. I dette tilfellet bør man ta hensyn til konkurranseevne, som ofte maskerer egenskapen virulens i 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 knutebakterier. En indikator på konkurranseevnen til en stamme er antall knuter dannet av den som en prosentandel av det totale antallet knuter på planterøtter.

En viktig egenskap til knutebakterier er deres aktivitet(effektivitet), dvs. evnen til å assimilere molekylært nitrogen i symbiose med belgplanter og tilfredsstille behovene til vertsplanten i den. Avhengig av i hvilken grad knutebakterier bidrar til økt utbytte av belgfrukter (fig. 146), deles de vanligvis inn i aktive (effektive), inaktive (ineffektive) og inaktive (ineffektive).

En bakteriestamme som er inaktiv for en vertsplante i symbiose med en annen belgplanteart, kan være ganske effektiv. Når man karakteriserer en stamme med tanke på dens effektivitet, bør det derfor alltid angis i forhold til hvilken vertsplanteart dens effekt er manifestert.

Aktiviteten til knutebakterier er ikke deres permanente egenskap. Ofte i laboratoriepraksis er det tap av aktivitet i kulturer av knutebakterier. I dette tilfellet går enten aktiviteten til hele kulturen tapt, eller individuelle celler med lav aktivitet vises. En reduksjon i aktiviteten til knutebakterier oppstår i nærvær av visse antibiotika, aminosyrer. En av årsakene til tap av aktivitet av knutebakterier kan være påvirkningen av fagen. Ved å passere, dvs. gjentatte ganger passere bakterier gjennom vertsplanten (tilpasning til en bestemt planteart), er det mulig å oppnå effektive stammer fra ineffektive.

Eksponering for y-stråler gjør det mulig å oppnå stammer med økt effektivitet. Det er kjente tilfeller av fremveksten av høyaktive radiomutanter av alfalfa-knutebakterier fra en inaktiv stamme. Bruken av ioniserende stråling, som har en direkte effekt på endringen i de genetiske egenskapene til cellen, kan etter all sannsynlighet være en lovende teknikk i seleksjonen av høyaktive stammer av knutebakterier.

Infeksjon av en belgplante med knutebakterier.

For å sikre den normale prosessen med infeksjon av rotsystemet med knutebakterier, er det nødvendig å ha en ganske et stort antall levedyktige bakterieceller i rotsonen. Forskernes meninger om antall celler som kreves for å sikre inokuleringsprosessen er forskjellige. Ifølge den amerikanske vitenskapsmannen O. Allen (1966) kreves det således 500-1000 celler for inokulering av småfrøplanter, og minst 70 000 celler per 1 frø kreves for inokulering av storfrøplanter. I følge den australske forskeren J. Vincent (1966) bør hvert frø i inokulasjonsøyeblikket inneholde minst flere hundre levedyktige og aktive knutebakterieceller. Det er bevis på at enkeltceller også kan trenge inn i rotvevet.

Under utviklingen av rotsystemet til en belgplante stimuleres multiplikasjonen av knutebakterier på rotoverflaten av rotsekret. Ødeleggelsesproduktene til rothatter og hårstrå spiller også en viktig rolle for å gi knutebakterier et passende substrat.

I rhizosfæren til en belgplante stimuleres utviklingen av knutebakterier kraftig; for kornplanter observeres ikke dette fenomenet.

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

I løpet av denne perioden, før introduksjonen av knutebakterier i rotvevet, er bakteriene i rhizosfæren ekstremt mobile. PÅ tidlig arbeid, der et lysmikroskop ble brukt til forskning, ble knutebakterier lokalisert i rhizosfæren-sonen gitt navnet schwermers (gonidia eller zoosporer) - "svermer". Ved å bruke metoden til Faereus (1957), er det mulig å observere dannelsen av ekstremt raskt bevegelige kolonier av schwermere i området rundt rotspissen og rothårene. Schwermer-kolonier eksisterer veldig en kort tid- mindre enn en dag.

Om penetrasjonsmekanismen knutebakterier i planteroten er det en rekke hypoteser. De mest interessante av dem er følgende. Forfatterne av en av hypotesene slår fast at knutebakterier trenger inn i roten gjennom skade på epidermalt og kortikalt vev (spesielt på de stedene der siderøtter forgrener seg). Denne hypotesen ble fremsatt på grunnlag av forskning av Bril (1888), som forårsaket dannelsen av knuter i belgfrukter ved å stikke hull på røttene med en nål som tidligere var nedsenket i en suspensjon av knutebakterier. Som et spesielt tilfelle er en slik implementeringsvei ganske reell. For eksempel er knuter i peanøtt hovedsakelig lokalisert i akslene til rotgrener, noe som antyder penetrasjon av knutebakterier inn i roten gjennom hull under spiringen av siderøtter.

En interessant og ikke ubegrunnet hypotese er penetrasjon av knutebakterier inn i rotvevet gjennom rothårene. Passasjen av knutebakterier gjennom rothår er anerkjent av de fleste forskere.

Forslaget fra P. Dart og F. Mercer (1965) er svært overbevisende at knutebakterier trenger inn i roten i form av små (0,1-0,4 µm) kokoidceller gjennom intervaller (0,3-0,4 µm) av cellulosefibrillære nettverk av primær skjede av rothår. Elektronmikroskopiske fotografier (fig. 149) av rotoverflaten, oppnådd ved replikametoden, og faktumet med krymping av knutebakterieceller i rhizosfæren til belgfrukter bekrefter denne posisjonen.

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

Nylig har auxinhypotesen fått stor popularitet. Forfatterne av denne hypotesen mener at knutebakterier trenger inn i roten på grunn av stimulering av syntesen av β-indoleddiksyre (heteroauxin) fra tryptofan, som alltid er tilstede i planterotsekreter Tilstedeværelsen av heteroauxin er assosiert med krumning av rothår. , som vanligvis observeres når rotsystemet er infisert med knutebakterier Fig. 150).

Kilden til β-indolyleddiksyre på tidspunktet for infeksjon av planten er åpenbart ikke bare planter som skiller ut gjennom rotsystemet tryptofan, som mange typer bakterier, inkludert knutebakterier, kan omdanne til β-indoleddiksyre. Nodulbakterier selv, og muligens andre typer jordmikroorganismer som lever i rotsonen, kan også delta i syntesen av heteroauxin.

Auxin-hypotesen kan imidlertid ikke aksepteres ubetinget. Virkningen av heteroauxin er uspesifikk og forårsaker krumning av rothår i forskjellige plantearter, ikke bare belgfrukter. Samtidig forårsaker knutebakterier krumning av rothår bare i belgfrukter, mens de viser ganske betydelig selektivitet. Hvis den betraktede effekten bare ble bestemt av β-indolyleddiksyre, ville det ikke være noen slik spesifisitet. I tillegg er arten av endringer i rothår under påvirkning av knutebakterier noe annerledes enn under påvirkning av heteroauxin.

Det bør også bemerkes at i noen tilfeller er ukrumme rothår utsatt for infeksjon. Observasjoner viser at i alfalfa og erter er 60-70% av rothårene vridd og vridd, og i kløver - omtrent 50%. I noen arter av kløver, er denne reaksjonen notert i ikke mer enn 1/4 av de infiserte hårene. I reaksjonen av krumning er åpenbart tilstanden til rothåret av stor betydning. Voksende rothår er mest følsomme for virkningen av stoffer som produseres av bakterier.

Nodule bakterier er kjent for å forårsake mykning av veggene til rothår. Imidlertid danner de verken cellulase eller pektinolytiske enzymer. I denne forbindelse ble det foreslått at knutebakterier trenger inn i roten på grunn av sekresjon av slim av polysakkarid-natur, som forårsaker syntesen av polygalakturonase-enzymet av planter. Dette enzymet, som ødelegger pektinstoffer, påvirker skallet til rothårene, noe som gjør det mer plastisk og permeabelt. I små mengder er polygalakturonase alltid tilstede i rothår, og forårsaker tilsynelatende delvis oppløsning av de tilsvarende komponentene i membranen, og lar cellen strekke seg.

Noen forskere mener at knutebakterier trenger inn i roten takket være satellittbakterier som produserer pektinolytiske enzymer. Denne hypotesen ble fremsatt på grunnlag av følgende fakta. Ved mikroskopering av rothår, bemerket mange forskere tilstedeværelsen av en lys flekk, rundt hvilken knutebakterier akkumuleres. Denne flekken er muligens et tegn på begynnelsen av maserasjon (ødeleggelse) av vevet av protopectinase, analogt med det samme tegnet observert i planter med mange bakterielle sykdommer. I tillegg ble det funnet at avirulente kulturer av knutebakterier i nærvær av bakterier som produserer pektinolytiske enzymer blir i stand til å trenge inn i roten.

En annen hypotese bør bemerkes, ifølge hvilken knutebakterier kommer inn i roten under dannelsen av et fingerlignende fremspring på overflaten av rothåret. Elektrondiffraksjonsmønsteret til en rothårseksjon som bekrefter denne hypotesen (fig. 150, 3) viser et rothår bøyd i form av et paraplyhåndtak, i hvis sving det er en opphopning av knutebakterier. Nodule bakterier er som om de trekkes inn (svelges) av rothåret (lik pinocytose).

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

I noen tilfeller er det svært vanskelig å oppdage grensene mellom faser. Den mest intensive introduksjonen av knutebakterier i rothår skjer på de tidlige stadiene av planteutviklingen. Den andre fasen avsluttes under massedannelsen av knuter. Ofte fortsetter penetrasjonen av knutebakterier i rothår selv etter at knutene har dannet seg på røttene. Denne såkalte overflødige eller tilleggsinfeksjonen oppstår fordi infeksjonen i hårene ikke stopper. lang tid. I mer sene datoer infeksjonsknuter er vanligvis plassert lavere nede ved roten.

Type utvikling, struktur og tetthet av rothår påvirker ikke hastigheten på introduksjonen av knutebakterier. Stedene for knutedannelse er ikke alltid assosiert med plasseringen av infiserte hår.

Etter å ha trengt inn i roten (gjennom rothår, epidermal celle, steder med rotskade), flytter knutebakterier seg inn i vevet til planteroten. Enklest passerer bakterier gjennom de intercellulære rommene.

Enten en enkelt celle eller en gruppe bakterieceller kan trenge inn i rotvevet. Hvis en separat celle har blitt introdusert, kan den fortsette å bevege seg gjennom vevet som en enkelt celle. Metoden for rotinfeksjon av enkeltceller er karakteristisk for lupinplanter.

Men i de fleste tilfeller danner den invaderende cellen, aktivt multipliserer, de såkalte infeksjonstrådene (eller infeksjonssnorene) og beveger seg allerede i form av slike tråder inn i plantevevet.

Begrepet "infeksjonstråd" oppsto på grunnlag av studiet av infeksjonsprosessen i et lysmikroskop. Fra og med Beijerincks arbeid ble infeksjonstråden sett på som en slimete, hyferlignende masse som inneholder spredende bakterier.

I hovedsak er en infeksjonstråd en koloni av multipliserte bakterier. Begynnelsen er stedet der en enkelt celle eller gruppe av celler har penetrert. Det er mulig at en koloni av bakterier (og følgelig en fremtidig infeksjonstråd) begynner å danne seg på overflaten av roten før introduksjonen av bakterier i roten.

Antall infiserte rothår varierer betydelig mellom individuelle planter. Vanligvis vises smittsomme tråder i deformerte, vridd rothår. Det er imidlertid indikasjoner på at lignende tråder noen ganger finnes i rette hår. Oftere observeres en forgrenet tråd i rothårene, sjeldnere to. I noen tilfeller er det flere tråder i ett rothår, eller i flere er det vanlige infeksjonstråder som gir opphav til én knute (fig. 151).

Prosentandelen av infiserte rothår i det totale antallet deformerte hårstråene er uforklarlig lav. Den varierer vanligvis fra 0,6 til 3,2, noen ganger når den 8,0. Andelen vellykkede infeksjoner er enda lavere, siden det blant de smittsomme trådene er mange (opptil 80 %) såkalte abortive tråder som har sluttet å utvikle seg. Fremdriftshastigheten for normalt utviklende smittsomme tråder i en plante er 5-8 mikron per time. Ved denne hastigheten kan banen gjennom rothåret på 100-200 mikron passere gjennom infeksjonstråden i løpet av ett døgn.

Morfologiske og anatomiske egenskaper til knuter i deres ontogenese.

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

Type 1 - knuter oppstår under deling av perisykkelceller (rotlag), vanligvis lokalisert mot protoxylem (først i tid for dannelse av kar) - endogen type knutedannelse;

Type 2 - knuter stammer fra rotcortex som et resultat av introduksjonen av patogenet i parenkymcellene i cortex og endoderm (det indre laget av den primære cortex) - en eksogen type knutedannelse.

I naturen er det sistnevnte type som dominerer. Vevene i rotens sentrale sylinder deltar bare i dannelsen av det vaskulære systemet av knuter av både endogene og eksogene typer.

Til tross for forskjellige syn på arten av opprinnelsen til knuter av ekso- og endotyper, er prosessen med deres utvikling i utgangspunktet den samme. Imidlertid bør verken den ene eller den andre typen knutedannelse i alle fall identifiseres med prosessen med dannelse av laterale røtter, til tross for at det er noen likheter i begynnelsen. Dermed skjer dannelsen av knuter og laterale røtter samtidig og dessuten i samme rotsone.

Samtidig understreker en rekke funksjoner i utviklingen av laterale røtter og knuter de dype forskjellene i typen av deres formasjon. Siderøtter oppstår i perisykkelen. Fra de aller første utviklingsøyeblikkene er de forbundet med den sentrale sylinderen til hovedroten, hvorfra de sentrale sylindrene til siderøttene forgrener seg, og de oppstår alltid mot strålen til primærveden. Dannelsen av en knute, i motsetning til sideroten, er mulig hvor som helst. Helt i begynnelsen av dannelsen av knutevev er det ingen vaskulær forbindelse med rotens sentrale sylinder; den oppstår senere. Kar dannes vanligvis langs periferien av knuten. De er forbundet med rotkarene gjennom trakeidsonen og har sin egen endoderm (fig. 152).

Forskjellen i arten av knuter og lateral rotdannelse er spesielt tydelig observert i Seradella, siden det kortikale vevet til hovedroten til denne planten - stedet for de første knutene - består av et relativt lite lag med celler og knuter blir veldig synlige. raskt etter infeksjon av roten med bakterier. De danner først flate fremspring på roten, noe som gjør det mulig å skille dem fra de koniske fremspringene til siderøttene. Noduler skiller seg fra laterale røtter i en rekke anatomiske trekk: fraværet av en sentral sylinder, rothetter og epidermis, og tilstedeværelsen av et betydelig lag med bark som dekker knuten.

Dannelsen av knuter (Fig. 153, 1, 2) av belgfrukter skjer i den perioden roten fortsatt har en primær struktur. Det begynner med delingen av kortikale celler som ligger i en avstand på 2-3 lag fra endene av de smittsomme trådene. Lagene i cortex, penetrert av smittsomme tråder, forblir uendret. Samtidig, i seradella, skjer deling av kortikale celler direkte under det infiserte rothåret, mens i erter er celledeling kun notert i det nest siste laget av cortex.

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

Delte celler i cortex endres: kjernene er avrundet og øker i størrelse, spesielt nukleolene. Etter mitose spres kjernene og, uten å ta sin opprinnelige form, begynner de å dele seg igjen.

Et sekundært meristem vises. Snart, i endoderm og pericycle, vises tegn på begynnende deling, som i de tidligere ytre cellene hovedsakelig skjer ved tangentielle septa. Denne delingen strekker seg til slutt til det vanlige meristematiske komplekset, hvis små celler er forlengede, vakuolene forsvinner, kjernen fylles mest celler. Den såkalte primære knuten dannes, i plasmaet til celler som knutebakterier er fraværende, siden de på dette stadiet fortsatt er inne i infeksjonstrådene. Mens primærknuten dannes, forgrener infeksjonstrådene seg mange ganger og kan passere enten mellom celler - intercellulært (fig. 154), eller gjennom celler - intracellulært - og introdusere bakterier (fig. 155).

Intercellulære smittsomme tråder, på grunn av den aktive reproduksjonen av knutebakterier i dem, får ofte en bisarr form - de dannes i form av lommer (divertikler) eller fakler (se fig. 154).

Prosessen med bevegelse av infeksjonstråder fra celle til celle er ikke helt klar. Tilsynelatende vandrer smittsomme tråder, som den kanadiske mikrobiologen D. Jordan (1963) mener, i form av nakne slimetråder i de intercellulære rom av plantevev inntil de, på grunn av noen fortsatt uforklarlige årsaker, begynner å trenge inn i cytoplasmaet til tilstøtende celler.

Distribusjon av knutebakterier i naturen

Som symbiotiske organismer sprer knutebakterier seg i jordsmonn, og følger med visse typer belgplanter. Etter ødeleggelsen av knutene kommer cellene til knutebakterier inn i jorden og begynner å eksistere på bekostning av forskjellige organiske stoffer, som andre jordmikroorganismer. Den nesten allestedsnærværende distribusjonen av knutebakterier er bevis på deres høye grad av tilpasningsevne til ulike jord- og klimaforhold, evnen til å føre en symbiotisk og saprofytisk livsstil.

Ved å skjematisere de tilgjengelige dataene om distribusjonen av knutebakterier i naturen, kan vi gjøre følgende generaliseringer.

I jomfruelig og dyrket jord er det vanligvis store mengder knutebakterier fra de artene av belgvekster som finnes i den ville floraen eller har vært dyrket lenge i et gitt område. Antall knutebakterier er alltid høyest i rhizosfæren til belgplanter, noe mindre i rhizosfæren til andre arter, og få i jorda vekk fra røttene.

Både effektive og ineffektive knutebakterier finnes i jordsmonn. Det er mye bevis på at den langsiktige saprofytiske eksistensen av knutebakterier, spesielt i jord med ugunstige egenskaper (sur, saltvann), fører til en reduksjon og til og med tap av bakteriell aktivitet.

Ris. 1 - Knuter på orrøtter (ifølge J. Becking)

Kryssinfeksjon av forskjellige arter av belgplanter fører ofte i naturen og landbrukspraksis til utseendet av knuter på røttene som ikke aktivt fikserer molekylært nitrogen. Dette avhenger som regel av fraværet av de tilsvarende typene knutebakterier i jorda.

Dette fenomenet observeres spesielt ofte ved bruk av nye arter av belgfrukter, som enten er infisert med ineffektive arter av kryssgruppebakterier eller utvikler seg uten knuter.

Ris. 2 - Noduler på røttene til tribulus (ifølge O. Allen)

Nodule bakterier brukes til industriell produksjon nitragin, brukes til å behandle frø av belgfrukter. De ble først oppdaget av M. S. Voronin i 1866. Senere isolerte M. V. Beyerink (1888) dem i ren kultur og studerte i detalj av mikrobiologer og fysiologer. Bakterier kommer inn i røttene til belgfrukter gjennom rothåret og trenger inn i rotens indre integument, inn i parenkymet, og forårsaker økt celledeling og spredning. På røttene dannes det stygge utvekster, kalt knuter, eller knuter. Til å begynne med absorberer bakteriene næringsstoffene til planten og hemmer dens vekst noe. Deretter, når knutevevet vokser, etableres en symbiose mellom bakterier og høyere planter. Bakterier mottar karbonholdig mat (sukker) og mineraler fra planten, og til gjengjeld gir den nitrogenholdige forbindelser.

Nodulbakterier setter seg i jorda, formerer seg og trenger inn i rotcellene gjennom hull i rothårene til belgfrukter. I cellene er det økt reproduksjon av knutebakterier og parallelt skjer det en intensiv deling av rotceller infisert med knutebakterier.

Nodulbakterier forsyner belgplanten med nitrogen. Planten utnytter dette bundne nitrogenet og forsyner igjen knutebakteriene med det karbonholdige organiske materialet de trenger. Nodule bakterier kan bruke ulike sukkerarter og alkoholer som karbonkilde.

Nodule bakterier er mikroaerofile (de utvikles med små mengder oksygen i miljøet), men de foretrekker aerobe forhold. Nodulebakterier som har kommet ut av infeksjonstråden fortsetter å formere seg i vertsvevet. Hovedtyngden av bakterier formerer seg i cytoplasmaet til cellen, og ikke i infeksjonstråden. De utvikler seg mest intensivt når jordreaksjonen er nær nøytral. Derfor, når du sår belgfrukter på sur jord sammen med frøinokulering er jordkalking nødvendig. Inokulering uten kalking har svært liten effekt på avling og proteininnhold.

Nodule bakterier er i stand til gunstige forhold på en sesong for å samle opp til 200 - 300 kg / ha nitrogen.

Unge knutebakterier i renkultur på næringsmedier har vanligvis en stavformet form (fig. 2, 3), størrelsen på stavene er ca. 0 5 - 0 9 X 1 2 - 3 0 μm, mobile, multipliseres ved deling

I tillegg til knutebakterier lever også andre mikroorganismer som kan assimilere fritt nitrogen fra luften i jorda; de lever ikke på røttene til planter, men i nærheten av dem. Alle andre næringsstoffer som disse mikrobene trenger, absorberer de på egen hånd, og ikke på bekostning av plantejuicer, slik det er iboende i knuteplanter. Azotobacter er den viktigste mikroorganismen som lever i jorda, og er i stand til å assimilere atmosfærisk nitrogen. Disse bakteriene kan leve under gunstige forhold med fuktighet, god luftstrøm, passende temperatur og surhet i jorda. Azotobacter krav til termisk regime og jordfuktighet er omtrent det samme som kravene til kulturplanter, men den er mer følsom for jordsurhet enn de fleste planter.

Noduler dannes bare hos representanter for belgfruktfamilien (Fabaceae). PÅ ulike planter knuter skiller seg bare i form og størrelse. De dannes etter penetrasjon i rotsystemet til knutebakterier.

Tallrike studier har vist at knutebakterier skiller seg fra hverandre, og derfor bør slekten Rhizobium betraktes som en gruppe beslektede mikroorganismer. I ung alder er disse bakteriene bevegelige, stavformede, 1,2 til 3 μm i lengde, plasseringen av flagella hos noen arter er peritrik, i andre - subpolar. Nodule bakterier er gramnegative, ikke-sporebærende aerobe organismer.

Aldring, knutebakterier mister flagellene sine, slutter å være mobile og tar form av båndstenger, siden bakteriecellen med alderen blir fylt med fettinneslutninger og ikke flekker. Med aldring vises ofte fortykkede, forgrenede, sfæriske og andre former for dannelse i knuter i Rhizobium-kulturen, mye større enn vanlige celler. Disse polymorfe formasjonene kalles bakterieoider.

Nodule bakterier kan assimilere ulike karbohydrater, organiske syrer og flerverdige alkoholer. Aminosyrer er tilgjengelige for dem som en kilde til nitrogen. For de fleste Rhizobium-vekster optimal verdi Mediets pH er 6,5-7,5, og den optimale temperaturen er 24-26 ° C.

Det er fastslått at knutebakterier kun kan infisere en viss gruppe belgplanter. Den selektive evnen til disse bakteriene med hensyn til planter kalles spesifisitet. Denne egenskapen har blitt hovedtrekket for utviklingen av taksonomien til knutebakterier.

I noen tilfeller observeres ikke bare arter, men også varietal spesifisitet av knutebakterier. I tillegg til spesifisitet er disse bakteriene preget av virulens - evnen til å trenge inn i rotvevet, formere seg der og forårsake dannelse av bobler. Under visse forhold kan disse bakteriene redusere eller til og med miste aktiviteten.

En vesentlig egenskap til knutebakterier er også deres aktivitet, det vil si evnen til å assimilere molekylært nitrogen i symbiose med planter. Stammer av aktive og inaktive knutebakterier forekommer i jorda. Infeksjon av belgplanter med en aktiv rase av bakterier fører til dannelse av et stort antall bobler på hovedroten og forårsaker en kraftig prosess med atmosfærisk nitrogenfiksering. Inaktive raser av disse bakteriene forårsaker dannelse av bobler, men nitrogen fikseres ikke.

Noduler, som er dannet av aktive raser av bakterier, er rosa i fargen. Pigmentet som gir dem denne fargen ligner i kjemisk sammensetning på blodhemoglobin og kalles leghemoglobin (fytoglobin). Det antas at dette pigmentet bidrar til prosessen med nitrogenassimilering, og opprettholder redokspotensialet på et visst nivå. Knuter som danner inaktive raser av bakterier er grønnaktig i fargen.

Paleontologiske bevis tyder på at noen planter som tilhører Eucaesalpinioideae-gruppen var de eldste belgfruktene som hadde knuter.

I moderne arter av belgfrukter er det funnet knuter på røttene til mange representanter for familien Papilijonaceae.

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

Etter å ha dannet knuter, får belgfrukter evnen til å absorbere atmosfærisk nitrogen. Imidlertid er de i stand til å mate på bundne former for nitrogen - ammoniumsalter og salpetersyre. Bare én plante, Hedysarum coronarium, assimilerer bare molekylært nitrogen. Derfor, uten knuter i naturen, forekommer ikke denne planten.

I 1866 ble den kjente botanikeren og jordforskeren M.S. Voronin så de minste "kalvene" i knutene på røttene til belgplanter. Voronin la frem dristige antagelser for den tiden: han koblet dannelsen av knuter med aktiviteten til bakterier, og den økte delingen av rotvevsceller med plantens reaksjon på bakterier som penetrerte roten.

20 år senere isolerte den nederlandske forskeren Beijerinck bakterier fra knuter av erter, vikker, chiny, bønner, seradella og lollipop og studerte egenskapene deres, og testet evnen til å infisere planter og forårsake dannelse av knuter. Han kalte disse mikroorganismene Bacillus radicicola. Siden bakterier som danner sporer tilhører slekten Bacillus, og knutebakterier mangler denne evnen, ga A. Prazhmovsky dem nytt navn til Bacterium radicicola. B. Frank foreslo et mer vellykket generisk navn for knutebakterier - Rhizobium (fra det greske rhizo - rot, bio - liv; liv på røttene). Dette navnet har slått rot og brukes fortsatt i litteraturen.

For å betegne en art av knutebakterier, er det vanlig å legge til et begrep til det generiske navnet Rhizobium som tilsvarer det latinske navnet på plantearten hvis knuter de er isolert fra og som de kan danne knuter på. For eksempel Rhizobium trifolii - kløverknutebakterier, Rhizobium lupini - lupinknutebakterier, etc. I tilfeller der knutebakterier er i stand til å danne knuter på røttene til forskjellige typer belgplanter, dvs. forårsaker den såkalte kryssinfeksjonen, er artsnavnet så å si kollektivt - det gjenspeiler denne "kryssinfeksjonen" evnen. For eksempel Rhizobium leguminosarum - knutebakterier av erter (Pisum), linser (Lens), rangerer (Lathyrus).

Morfologi og fysiologi av knutebakterier - knutebakterier er preget av et utrolig utvalg av former - polymorfisme. Mange forskere trakk frem dette når de studerte knutebakterier i renkultur i laboratorieforhold og jord. Nodule bakterier kan være stavformede og ovale. Blant disse bakteriene er det også filtrerbare former, L-former, coccoid immobile og mobile organismer.

Unge knutebakterier i ren kultur på næringsmedier har vanligvis en stavformet form, størrelsen på stavene er ca. 0,5-0,9 X 1,2-3,0 mikron, mobile, multipliseres ved deling. I stavformede celler av knutebakterier av kløver observeres deling ved ligering. Med alderen kan stavformede celler flytte til knoppskyting. Ifølge Gram farger cellene negativt, deres ultrafine struktur er typisk for gramnegative bakterier.

Med aldring mister knutebakterier sin mobilitet og går over i tilstanden til de såkalte beltede stengene. De fikk dette navnet på grunn av vekslingen av tette og løse deler av protoplasma i cellene. Stripene til cellene er godt oppdaget når de sees under et lysmikroskop etter behandling av cellene med anilinfargestoffer. Tette deler av protoplasma (belte) farges verre enn mellomrommene mellom dem. I et fluorescerende mikroskop er båndene lysegrønne, mellomrommene mellom dem lyser ikke og ser mørke ut. Bånd kan være plassert midt i cellen eller i endene. Bindingen av celler er også synlig på elektrondiffraksjonsmønstre, hvis preparatet ikke er behandlet med kontrastmidler før visning. Sannsynligvis, med alderen, blir bakteriecellen fylt med fettinneslutninger som ikke oppfatter farge og som et resultat fører til at cellen blir stripete. Stadiet med "beltede stenger" går foran stadiet for dannelse av bakterieoider - uregelmessig formede celler: fortykkede, forgrenede, sfæriske, pæreformede og kolbeformede enn stavformede bakterieceller som finnes i knutevev.

Bakteroider inneholder mer volutin-granulat og er preget av et høyere innhold av glykogen og fett enn stavformede celler. Bacteroides dyrket i kunstige næringsmedier og dannet i knutevev er fysiologisk av samme type. Det antas at bakterieoider er former for bakterier med en ufullstendig delingsprosess. Ved ufullstendig celledeling av knutebakterier oppstår dikotomt forgrenende former for bakterieoider. Antallet bakterieoider øker med aldring av kulturen; deres utseende forenkles av uttømming av næringsmediet, akkumulering av metabolske produkter og innføring av alkaloider i mediet.

Ris. 3

I gamle (to måneder gamle) kulturer av knutebakterier, ved hjelp av et elektronmikroskop, er det mulig å identifisere klart definerte sfæriske formasjoner i mange celler - artrosporer. Antallet i celler varierer fra 1 til 5.

Ris. fire

Nodule bakterier av ulike typer belgfrukter vokser i ulik hastighet på næringsmedier. Hurtigvoksende bakterier inkluderer rhizobia av erter, kløver, alfalfa, fôrbønner, vikker, linser, chiny, søt kløver, bukkehornkløver, bønner, kikerter og fuglefot; til saktevoksende - knutebakterier av lupin, soyabønner, peanøtt, seradella, mungbønne, cowpea, sainfoin, gorse. Fullt dannede kolonier av hurtigvoksende kulturer kan oppnås på 3. - 4. inkubasjonsdag, kolonier av saktevoksende kulturer - på 7. - 8. dag.

Hurtigvoksende knutebakterier kjennetegnes ved et peritrich arrangement av flageller, mens langsomtvoksende bakterier er monotrichiale.

I tillegg til flageller, dannes filamentøse og perlelignende utvekster i knutebakterieceller når de dyrkes på flytende medier. Lengden når 8-10 mikron. De er vanligvis plassert på overflaten av cellen peritrichialt, de inneholder fra 4 til 10 eller mer per celle.

Nodule bakterier er mikroaerofile (de utvikles med små mengder oksygen i miljøet), men de foretrekker aerobe forhold.

Mange typer knutebakterier er i stand til å syntetisere B-vitaminer, samt vekststoffer som heteroauxin (beta-indoleddiksyre).

Alle knutebakterier er omtrent like motstandsdyktige mot en alkalisk reaksjon av mediet (pH = 8,0), men ulikt følsomme for en sur.

Spesifisitet, virulens, konkurranseevne og aktivitet til knutebakterier - konseptet med spesifisiteten til knutebakterier er et kollektivt. Det karakteriserer bakteriers evne til å danne knuter i planter. Hvis vi snakker om knutebakterier generelt, så for dem er dannelsen av knuter bare i en gruppe belgfrukter allerede spesifikk i seg selv - de har selektivitet for belgfrukter.

I prosessen med infeksjon av rotsystemet til belgfrukter med knutebakterier, er virulensen til mikroorganismer av stor betydning. Hvis spesifisitet bestemmer virkningsspekteret til bakterier, karakteriserer virulensen til knutebakterier aktiviteten til deres virkning innenfor dette spekteret. Virulens refererer til knutebakteriers evne til å trenge inn i rotvevet, formere seg der og forårsake dannelse av knuter.

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

Ris. 5

I jord, i nærvær av andre stammer, vil den mer virulente stammen ikke alltid infisere planten først. I dette tilfellet bør man ta hensyn til dens konkurranseevne, som ofte maskerer egenskapen til virulens under naturlige forhold.

En viktig egenskap ved knutebakterier er deres aktivitet (effektivitet), dvs. evnen i symbiose med belgplanter til å assimilere molekylært nitrogen og tilfredsstille behovene til vertsplanten i den. Avhengig av i hvilken grad knutebakterier bidrar til økningen i utbyttet av belgfrukter, deles de vanligvis inn i aktive (effektive), inaktive (ineffektive) og inaktive (ineffektive).

Ris. 6 - Et lag med granulær substans på overflaten av rothåret (1) under elektronmikroskopisk undersøkelse (ifølge P. Dart, F. Mercer, forstørrelse X 30 000) og et slimete zoogley-lag (2), hvor kløverrothår er nedsenket, under et lysmikroskop (zoom x 80)

Eksponering for gammastråler gjør det mulig å oppnå stammer med økt effektivitet. Det er kjente tilfeller av fremveksten av høyaktive radiomutanter av alfalfa-knutebakterier fra en inaktiv stamme. Bruken av ioniserende stråling, som har en direkte effekt på endringen i de genetiske egenskapene til cellen, kan etter all sannsynlighet være en lovende teknikk i seleksjonen av høyaktive stammer av knutebakterier.

Infeksjon av en belgplante 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.

På overflaten av roten er det et lag av slimete stoff (matrise), som dannes uavhengig av tilstedeværelsen av bakterier i rhizosfæren. Dette laget er godt synlig når det undersøkes under et lysoptisk mikroskop. Nodulebakterier etter inokulering skynder seg vanligvis til dette laget og samler seg i det på grunn av den stimulerende effekten av roten, som manifesterer seg selv i en avstand på opptil 30 mm.

Det er en rekke hypoteser om mekanismen for penetrering av knutebakterier inn i planteroten. De mest interessante av dem er følgende. Forfatterne av en av hypotesene slår fast at knutebakterier trenger inn i roten gjennom skade på epidermalt og kortikalt vev (spesielt på de stedene der siderøtter forgrener seg). Denne hypotesen ble fremsatt på grunnlag av forskning av Bril (1888), som forårsaket dannelsen av knuter i belgfrukter ved å stikke hull på røttene med en nål som tidligere var nedsenket i en suspensjon av knutebakterier. Som et spesielt tilfelle er en slik implementeringsvei ganske reell. For eksempel er knuter i peanøtt hovedsakelig lokalisert i akslene til rotgrener, noe som antyder penetrasjon av knutebakterier inn i roten gjennom hull under spiringen av siderøtter.

En interessant og ikke ubegrunnet hypotese er penetrasjon av knutebakterier inn i rotvevet gjennom rothårene. Passasjen av knutebakterier gjennom rothår er anerkjent av de fleste forskere.

Det er mulig at knutebakterier kan trenge inn i roten gjennom epidermalcellene til unge rotspisser. I følge Prazhmovsky (1889) kan bakterier trenge inn i roten bare gjennom den unge celleveggen (av rothår eller epidermale celler) og er fullstendig ute av stand til å overvinne det kjemisk endrede eller korkeaktige laget av cortex. Dette kan forklare at knuter vanligvis utvikler seg på unge deler av hovedroten og fremkommende laterale røtter.

Nylig har auxinhypotesen fått stor popularitet. Forfatterne av denne hypotesen mener at knutebakterier trenger inn i roten ved å stimulere syntesen av p-indoleddiksyre (heteroauxin) fra tryptofan, som alltid er tilstede i planterotsekresjoner. Tilstedeværelsen av heteroauxin er assosiert med krumning av rothår, som vanligvis observeres når rotsystemet er infisert med knutebakterier.

Ris. 7

Kilden til beta-indolyleddiksyre på tidspunktet for infeksjon av planten er åpenbart ikke bare planter som skiller ut tryptofan gjennom rotsystemet, som mange typer bakterier, inkludert rotknuter, kan omdanne til beta-indolyleddiksyre. Nodulbakterier selv, og muligens andre typer jordmikroorganismer som lever i rotsonen, kan også delta i syntesen av heteroauxin.

Virkningen av heteroauxin er uspesifikk og forårsaker krumning av rothår i forskjellige plantearter, ikke bare belgfrukter. Samtidig forårsaker knutebakterier krumning av rothår bare i belgfrukter, mens de viser ganske betydelig selektivitet. Hvis effekten som vurderes kun ble bestemt av β-indoleddiksyre, ville en slik spesifisitet ikke eksistere.I tillegg er naturen til endringer i rothår under påvirkning av knutebakterier noe annerledes enn under påvirkning av heteroauxin.

Ris. åtte

nodule nitrogenholdig bakterie belgfrukt

En annen hypotese bør bemerkes, ifølge hvilken knutebakterier kommer inn i roten under dannelsen av et fingerlignende fremspring på overflaten av rothåret. Et elektrondiffraksjonsmønster av en rothårseksjon som bekrefter denne hypotesen viser et rothår bøyd i form av et paraplyhåndtak, i hvis sving det er en opphopning av knutebakterier. Nodule bakterier er som om de trekkes inn (svelges) av rothåret (lik pinocytose).

Ris. 9 - Krumning av rothårene til belgfrukter i nærvær av knutebakterier: 1,2 - stjal, x 120; 3 - ultratynt snitt gjennom rothåret. Økt X 10 000 (ifølge K. Salman og G. Fareus)

Prosessen med innføring av knutebakterier i rotvevet er den samme i alle typer belgplanter og består av to faser. I den første fasen oppstår infeksjon av rothårene. I den andre fasen fortsetter prosessen med knutedannelse intensivt. Varigheten av fasene er forskjellig i forskjellige plantearter: i Trifolium fragiferum varer den første fasen 6 dager, i Trifolium nigrescens - 3 dager. I noen tilfeller er det svært vanskelig å oppdage grensene mellom faser. Den mest intensive introduksjonen av knutebakterier i rothår skjer på de tidlige stadiene av planteutviklingen. Den andre fasen avsluttes under massedannelsen av knuter. Ofte fortsetter penetrasjonen av knutebakterier i rothår selv etter at knutene har dannet seg på røttene. Denne såkalte overflødige eller tilleggsinfeksjonen oppstår fordi infeksjonen i hårene ikke stopper på lenge. I de senere stadiene av infeksjon er knutene vanligvis plassert lavere langs roten.

Men i de fleste tilfeller danner den invaderende cellen, aktivt multipliserer, de såkalte smittsomme trådene (eller smittsomme tji) og beveger seg allerede i form av slike tråder inn i plantevevet.

Begrepet "infeksjonstråd" oppsto på grunnlag av studiet av infeksjonsprosessen i et lysmikroskop. Fra og med Beijerincks arbeid begynte infeksjonstråden å bli betraktet som en slimete hyferlignende masse med innelukket

I henhold til dannelsesmetoden er knuter av belgfrukter delt inn i to typer: 1. type - knuter oppstår under delingen av celler i perisykkelen (rotlaget), vanligvis plassert mot protoxylem (først i tid for dannelse av kar). ) - endogen type dannelse av knuter; Type 2 - knuter stammer fra rotcortex som et resultat av introduksjonen av patogenet i parenkymcellene i cortex og endoderm (det indre laget av den primære cortex) - en eksogen type knutedannelse.

Ris. ti - Snitt gjennom knutevevet til belgfrukter: 1 - tverrsnitt gjennom knuten til erter. Begynnelsen av differensieringen av vaskulært vev i knuten (ifølge G. Bond); d - lengdesnitt gjennom nodulen av rangen. Økt x90

I naturen er det sistnevnte type som dominerer. Vevene i rotens sentrale sylinder deltar bare i dannelsen av det vaskulære systemet av knuter av både endogene og eksogene typer.

Ris. elleve - Intercellulære infeksjonstråder i form av en lomme (til høyre) og en lommelykt (til venstre) med knutebakterier. Pilen viser en bakteriecelle som forbereder seg på å gå inn i cytoplasmaet til en plantecelle. Økt X 20 000

Dannelsen av knuter av belgplanter skjer i perioden når roten fortsatt har en primær struktur. Det begynner med delingen av kortikale celler som ligger i en avstand på 2-3 lag fra endene av de smittsomme trådene. Lagene i cortex, penetrert av smittsomme tråder, forblir uendret. Samtidig, i seradella, skjer deling av kortikale celler direkte under det infiserte rothåret, mens i erter er celledeling kun notert i det nest siste laget av cortex.

Delte celler i cortex endres: kjernene er avrundet og øker i størrelse, spesielt nukleolene. Etter mitose spres kjernene og, uten å ta sin opprinnelige form, begynner de å dele seg igjen.

Et sekundært meristem vises. Snart, i endoderm og pericycle, vises tegn på begynnende deling, som i de tidligere ytre cellene hovedsakelig skjer ved tangentielle septa. Denne delingen strekker seg til slutt til det vanlige meristematiske komplekset, hvis små celler er forlengede, vakuolene forsvinner, kjernen fyller det meste av cellen. Den såkalte primære knuten dannes, i plasmaet til celler som knutebakterier er fraværende, siden de på dette stadiet fortsatt er inne i infeksjonstrådene. Mens den primære knuten dannes, forgrener infeksjonstrådene seg mange ganger og kan passere enten mellom celler - intercellulært, eller gjennom celler - intracellulært - og introdusere bakterier.

Ris. 12 - Intracellulære infeksjonstråder med knutebakterier: 1 - lengdesnitt (ifølge D. Goodchild og F. Bergersen), 2 - tverrsnitt. Ledet bort, x 35000

Intercellulære smittsomme tråder på grunn av den aktive reproduksjonen av knutebakterier i dem får ofte en bisarr form - de er dannet i form av lommer (diverticula) eller fakler.

Prosessen med bevegelse av infeksjonstråder fra celle til celle er ikke helt klar. Tilsynelatende vandrer smittsomme tråder, som den kanadiske mikrobiologen D. Jordan tror, i form av nakne slimetråder i de intercellulære rommene i plantevev inntil de, på grunn av noen fortsatt uforklarlige årsaker, begynner å trenge inn i cytoplasmaet til tilstøtende celler.

I noen tilfeller skjer invaginasjonen av infeksjonstråden i en, i noen tilfeller - i hver nabocelle. Gjennom disse invaginerte rørformede hulrommene (diverticula), flyter innholdet i tråden innesluttet i slim. Den mest aktive veksten av smittsomme tråder skjer vanligvis nær plantecellens kjerne. Inntrengningen av tråden er ledsaget av bevegelsen av kjernen, som beveger seg mot infeksjonsstedet, øker, endrer form og degenererer. Et lignende bilde er observert i en soppinfeksjon, når kjernen ofte skynder seg mot de invaderende hyfene, tiltrekkes av skaden med hensyn til stedet for størst fysiologisk aktivitet, kommer nær tråden, svulmer og kollapser. Tilsynelatende er dette karakteristisk for plantens respons på infeksjon.

I ettårige planter vises smittsomme tråder vanligvis i løpet av den første perioden med infeksjon av roten, i flerårige planter - i løpet av en lang utviklingsperiode.

Ris. 1. 3

Bakterier kan frigjøres fra infeksjonstråden til forskjellige tider og på forskjellige måter. Utgangen av bakterier er som regel en veldig lang prosess, spesielt i flerårige planter. Vanligvis er frigjøring av bakterier fra infeksjonstråden til vertsplantens cytoplasma assosiert med internt trykk som følge av den intensive multiplikasjonen av bakterier i tråden og deres utskillelse av slim. Noen ganger sklir bakterier ut av tråden i grupper omgitt av slimet i infeksjonstråden. i form av vesikler (vesikulære formasjoner). Siden vesiklene ikke har membraner, er utgangen av bakterier fra dem veldig enkel. Nodulebakterier kan også trenge inn i planteceller enkeltvis fra de intercellulære rommene.

Nodulebakterier som har kommet ut av infeksjonstråden fortsetter å formere seg i vertsvevet. Reproduksjonen deres i denne perioden skjer ved innsnevringsdeling. Hovedtyngden av bakterier formerer seg i cytoplasmaet til cellen, og ikke i infeksjonstråden. Infiserte celler gir opphav til fremtidig bakterievev.

Fylt med raskt formerende celler av knutebakterier, begynner planteceller å dele seg intensivt. I øyeblikket med mitotisk deling av infiserte celler, kan knutebakterier samle seg ved to motsatte poler av modercellen og passivt trenge inn i dattercellene. Hver av de uinfiserte cellene er under en sterk stimulerende effekt av knutebakterier og deler seg som et resultat også. Takket være denne kraftige mitotiske delingen av meristematiske celler, sprer knutebakterier seg inn i knutevev og volumet av bakterieområdet øker.

Det infiserte vevet, som består av tettliggende og aktivt delende celler, har først formen av en avkortet kjegle. Deretter, på grunn av den gradvise veksten av denne kjeglen og den samtidige deling og utvikling av meristematiske celler, vokser knutevevet og mister kjegleformen.

Dermed øker knuten først som et resultat av radiell og tangentiell deling av kjernecellene, og deretter på grunn av en økning i deres størrelse og samtidig deling. Etter at planteceller er fullstendig fylt med bakterier, stopper mitosen. Imidlertid fortsetter cellene å øke i størrelse og er ofte svært langstrakte. Deres størrelse er flere ganger større enn for uinfiserte planteceller, som er plassert mellom dem i den bakterieoide sonen til knuten.

Forbindelsen av en ung knute med roten til en belgplante utføres takket være vaskulære-fibrøse bunter. For første gang ble vaskulære fibrøse bunter observert av M.S. Voronin (1866). Tidspunktet for forekomsten av det vaskulære systemet i knutene til forskjellige typer belgplanter er forskjellig. Så i soyabønneknuter faller begynnelsen av utviklingen av vaskulære bunter sammen med øyeblikket for penetrasjon av knutebakterier i to lag av kuens parenkym. Med veksten av knuten vokser det ledende systemet, forgrener seg og omgir bakterieområdet.

Parallelt med prosessen med differensiering av det vaskulære systemet, dannes knute endoderm fra det ytre laget av den primære knuten. Deretter er knuten avrundet, dens perifere cellelag er omgitt av knutebark.

Rotepidermis bryter, og knuten fortsetter å utvikle seg og øke i størrelse.

Ved å bruke et lysmikroskop på langsgående seksjoner av modne knuter, skilles vanligvis 4 karakteristiske soner med vevsdifferensiering tydelig: cortex, meristem, bakterieoid sone og vaskulært system. Alt knutevev differensierer i en akropetalsekvens ettersom nye celler initieres av meristemet.

Ris. fjorten

Nodule bark - skallet av nodulen, som utfører en beskyttende funksjon. Barken består av flere rader med uinfiserte parenkymceller, hvis størrelse og egenskaper er forskjellige i forskjellige belgfrukter. Oftest har cellene i cortex en langstrakt form og er større sammenlignet med andre celler i knuten.

Ris. femten

I barken av knuter av flerårige trearter finnes ofte celler med korkede membraner som inneholder harpiks, tannin og tanniner.

Nodule meristem er lokalisert under cellene i cortex og er en sone med intensivt dele også uinfiserte celler. Nodulens meristem er preget av tett avstand, uten intercellulære mellomrom, små tynnveggede celler med uregelmessig form. Nodule meristemceller ligner på celler av andre typer meristematisk vev (rottopp, stammetopp). Nodule meristemceller inneholder tett, finkornet cytoplasma med ribosomer, Golgi-legemer, protoplastider, mitokondrier og andre strukturer. Det er små vakuoler. I midten av cytoplasmaet er en stor kjerne med en kjernemembran, porer og en klart definert kjerne. Funksjonene til meristematiske celler er å danne celler i knutebarken, bakterieområdet og det vaskulære systemet. Avhengig av meristemets plassering har knuter en rekke former: sfæriske (erter, bønner, seradella, peanøtter) eller sylindriske (alfalfa, vikker, rang, akasie, kløver). Meristemet, som ligger i separate områder langs periferien av knuten, fører til dannelsen av muffelignende knuter i lupin.

Nodule meristem fungerer i lang tid, selv under nodule nekrose, når de allerede er fylt med lyserende bakteroidmasse og ødelagte planteceller.

Bakteroidsonen til en knute opptar sin sentrale del og utgjør fra 16 til 50% av den totale tørre massen av knuter. I den første perioden med knutedannelse er det i hovedsak en bakteriesone, siden den er fylt med bakterieceller som er i bakterie- snarere enn bakteriell utviklingsstadium. Likevel, når det kommer til knutevevssonen som inneholder bakterier, er det vanlig å kalle det bakterioide.

Bakteroidregionen av knuten består hovedsakelig av celler infisert med knutebakterier og delvis av uinfiserte celler ved siden av dem, fylt med pigmenter, tanniner og om høsten - med stivelse.

Ris. 16 - Form for knuter i belgfrukter: 1, 2 - erter; 3, 6 (høyre) - lupin; 4 - peanøtter (ifølge E. Schwinghamer); 5 - rekker, kløver, wiki, 6 (venstre) - alfalfa (ifølge J. Dato); 7 - forskjellige typer ville belgfrukter (ifølge A.R. Werner, N.Ya. Gordienko)

I knuter dannet av effektive stammer av knutebakterier, er det gjennomsnittlige relative volumet av bakteriesonen høyere enn i knuter dannet ved introduksjon av ineffektive stammer.

I noen tilfeller når volumet av bakterioderegionen et maksimum i tidlig periode nodulens levetid og forblir deretter relativt konstant. Bakteroidsonen penetreres av et tett nettverk av smittsomme tråder, og er omgitt av vaskulære fibrøse bunter langs periferien.

Bakteroidformen i knutene til ulike typer belgfrukter kan varieres. Så, i wiki, rank og pea, er de to-grenet eller forked. For kløver og sainfoin er den dominerende formen for bakterieoider sfærisk, pæreformet, hoven, eggformet og rund for kikerter. Formen på bakteriene til bønnen, seradellaen, fuglefot og lupin er nesten stavformet.

Bacteroides fyller det meste av plantecellen, med unntak av den sentrale sonen til kjernen og vakuolene. Så prosentandelen av bakterieoider i bakteriesonen farget inn rosa farge nodule er 94,2 av det totale antallet nodule bakterier. Bakteroide celler er 3-5 ganger større enn bakterieceller.

Ris. 17

Bakteroider av knutebakterier er av spesiell interesse på grunn av det faktum at de er nesten de eneste innbyggerne i knuter av belgplanter i perioden med intensiv binding av atmosfærisk nitrogen av dem. Noen forskere anser bakterieoider for å være patologiske degenerative former og forbinder ikke prosessen med nitrogenfiksering med den bakterieoide formen av knutebakterier. De fleste forskere finner at bakterieoider er de mest levedyktige og aktive formene for knutebakterier, og at belgfrukter fikserer atmosfærisk nitrogen bare med deres deltakelse.

Ris. atten

Det vaskulære systemet i knuten gir en kobling mellom bakteriene og vertsplanten. Næringsstoffer og stoffskifteprodukter transporteres gjennom karbuntene. Karsystemet utvikler seg tidlig og fungerer over lang tid.

Fullt formede kar har en spesifikk struktur: de består av xylem trakeider, floemfibre, silrør og medfølgende celler.

Avhengig av typen belgfrukt, utføres koblingen av glomerulus gjennom en eller flere vaskulære bunter. For eksempel, i erter, er det to differensierte vaskulære noder ved bunnen av knuten. Hver av dem forgrener seg vanligvis dikotomisk to ganger, og som et resultat passerer 8 bunter gjennom knuten fra stedet for den andre dikotomiske forgreningen. Mange planter har bare en haug, samtidig som de i en Sesbania grandiflora-knuten ved en alder av ett år kunne telle opp til 126. Ganske ofte er knutens karsystem skilt fra yttersiden av knuten. barken av et lag av delvis eller fullstendig suberiserte celler, kalt nodule endoderm, festet til roten endodermis. Nodule endoderm er det ytre laget av uinfisert bovint parenkym, lokalisert mellom knutevevet og rotbarken.

Hos de fleste plantearter dannes knuter i henhold til den beskrevne typen. Derfor er knutedannelse et resultat av komplekse fenomener som starter utenfor roten. Etter de innledende fasene av infeksjonen induseres dannelsen av en knute, deretter oppstår spredning av bakterier i knutevevssonen og nitrogenfiksering.

Alle utviklingsstadier av knutebakterier kan, ifølge den tsjekkiske mikrobiologen V. Kas (1928), spores på snitt av knuter. Så, i den øvre delen av knuten, for eksempel, inneholder alfalfa hovedsakelig små delende stavformede celler, en liten mengde unge bakterieoider, hvis antall øker gradvis ettersom knuten utvikler seg. I midten finner man rosafarget del av knuten, hovedsakelig bakterioide celler og sjeldnere små stavformede celler. Ved bunnen av knuten i de tidlige stadiene av vegetasjonen til vertsplanten er bakteriene de samme som i dens midtre del, men mot slutten av vekstsesongen er de mer hovne og degenererer tidligere.

Tidspunktet for utseendet til de første synlige knutene på røttene til forskjellige typer belgplanter er forskjellig. Deres utseende i de fleste belgfrukter oppstår oftest under utviklingen av de første ekte bladene. Dermed observeres dannelsen av de første knuter av alfalfa mellom 4. og 5. dager etter spiring, og på 7. - 8. dag skjer denne prosessen i alle planter. Knuter av sigd alfalfa vises etter 10 dager.

I løpet av funksjonsperioden er knutene vanligvis tette. Noduler dannet av aktive bakteriekulturer er hvitaktige i fargen i ung alder. Ved tidspunktet for manifestasjon av optimal aktivitet blir de rosa. Knuter som har oppstått under infeksjon med inaktive bakteriekulturer er grønnaktig i fargen. Ofte skiller deres struktur praktisk talt ikke fra strukturen til knuter dannet med deltakelse av aktive stammer av knutebakterier, men de blir ødelagt for tidlig.

I noen tilfeller avviker strukturen til knuter dannet av inaktive bakterier fra normen. Dette kommer til uttrykk i uorganiseringen av knutevevet, som vanligvis mister sin klart definerte sonedifferensiering.

Den rosa fargen bestemmes av tilstedeværelsen av et pigment i knutene, som i kjemisk sammensetning ligner blodhemoglobin. I denne forbindelse kalles pigmentet leghemoglobin (legoglobin) - Leguminosae hemoglobin. Legoglobin finnes bare i de knutecellene som inneholder bakterier. Det er lokalisert i rommet mellom bakteriene og membranen som omgir dem.

Mengden varierer fra 1 til 3 mg per 1 g knute, avhengig av typen belgplante.

Ris. 19

I ettårige belgplanter, ved slutten av vekstsesongen, når prosessen med nitrogenfiksering avsluttes, blir det røde pigmentet grønt. Fargeendringen begynner ved bunnen av knuten, senere blir toppen grønn. Hos flerårige belgplanter forekommer ikke grønning av knuter, eller det observeres bare ved bunnen av knuten. Hos ulike typer belgplanter skjer overgangen fra rødt pigment til grønt med varierende grad av intensitet og med ulik hastighet.

Noduler av ettårige planter fungerer i relativt kort tid. Hos de fleste belgfrukter begynner knuternekrose i vertsplantens blomstringsperiode og fortsetter vanligvis fra sentrum til periferien av knuten. Et av de første tegnene på ødeleggelse er dannelsen av et lag av celler med kraftige vegger ved bunnen av knuten. Dette laget av celler, som ligger vinkelrett på rotens hovedkar, skiller det fra knuten og forsinker utvekslingen av næringsstoffer mellom vertsplanten og knutevevet.

Tallrike vakuoler vises i cellene i det degenererende vevet i knuten, kjernene mister evnen til å farge, noen av knutebakteriecellene lyserer, og noen migrerer inn i miljøet i form av små kokkoide artrosporeceller.

Gamle knuter er mørke, slappe, myke. Når de kuttes, stikker vannaktig slim ut fra dem. Prosessen med knutedestruksjon, som starter med korking av cellene i det vaskulære systemet, lettes av en reduksjon i plantens fotosyntetiske aktivitet, tørrhet eller overdreven fuktighet i miljøet.

I en ødelagt, slimete knute finner man ofte protozoer, sopp, basiller og små stavformede knutebakterier.

Tilstanden til vertsplanten påvirker varigheten av knutens funksjon. Således, ifølge F. F. Yukhimchuk (1957), ved å kastrere eller fjerne lupinblomster, er det mulig å forlenge perioden med vegetasjonen og samtidig tidspunktet for aktiv aktivitet av knutebakterier.

Knuter av flerårige planter, i motsetning til årlige knuter, kan fungere i mange år. Så for eksempel har caragana flerårige knuter, der prosessen med cellealdring skjer samtidig med dannelsen av nye. I blåregn (kinesisk blåregn) fungerer også flerårige knuter, og danner sfæriske hevelser på røttene til verten. Ved slutten av vekstsesongen brytes bakterievevet til flerårige knuter ned, men hele knuten dør ikke. Neste år begynner den å fungere igjen.

Faktorer som bestemmer det symbiotiske forholdet mellom knutebakterier og belgfrukter - for en symbiose som gir god utvikling planter, er et visst sett med miljøforhold nødvendig. Hvis miljøforholdene er ugunstige, vil effektiviteten til symbiosen være lav, selv til tross for den høye virulensen, konkurranseevnen og aktiviteten til mikrosymbiosen.

Ris. tjue

For utvikling av knuter er det optimale fuktighetsinnholdet 60-70% av jordens totale fuktighetskapasitet. Minimum jordfuktighet der utvikling av knutebakterier i jorda fortsatt er mulig er omtrent lik 16 % av den totale fuktighetskapasiteten. Når luftfuktigheten er under denne grensen, formerer seg vanligvis ikke lenger knutebakterier, men likevel dør de ikke og kan forbli i inaktiv tilstand i lang tid. Mangelen på fuktighet fører også til døden av allerede dannede knuter.

Overflødig fuktighet, så vel som dens mangel, er også ugunstig for symbiose - på grunn av en reduksjon i graden av lufting i rotsonen, forverres oksygentilførselen til plantens rotsystem. Utilstrekkelig lufting påvirker også knutebakterier som lever i jorda negativt, som som kjent formerer seg bedre når oksygen er tilgjengelig. Ikke desto mindre fører høy lufting i rotsonen til det faktum at molekylære nitrogenreduserende midler begynner å binde oksygen, noe som reduserer graden av nitrogenfiksering av knuter.

Temperaturfaktoren spiller en viktig rolle i forholdet mellom knutebakterier og belgfrukter. Temperaturegenskapene til forskjellige typer belgplanter er forskjellige. Dessuten har forskjellige stammer av knutebakterier sine egne spesifikke temperaturoptimum for utvikling og aktiv nitrogenfiksering. Det skal bemerkes at de optimale temperaturene for utvikling av belgfrukter, dannelse av knuter og nitrogenfiksering ikke sammenfaller. Så under naturlige forhold kan dannelsen av knuter observeres ved temperaturer litt over 0 °C, nitrogenfiksering skjer praktisk talt ikke under slike forhold. Kanskje bare arktiske symbiotiske belgplanter fikserer nitrogen ved svært høye temperaturer. lave temperaturer. Vanligvis skjer denne prosessen bare ved 10°C og over. Maksimal nitrogenfiksering av en rekke belgplanter observeres ved 20-25°C. Temperaturer over 30°C påvirker prosessen med nitrogenakkumulering negativt.

Jordreaksjonen har stor innflytelse på den vitale aktiviteten til knutebakterier og dannelsen av knuter. For ulike arter og til og med stammer av knutebakterier er pH-verdien til habitatet noe forskjellig. For eksempel er kløverknutebakterier mer motstandsdyktige mot lave pH-verdier enn alfalfaknutebakterier. Det er klart at tilpasningen av mikroorganismer til miljøet påvirker også her. Kløver vokser i surere jord enn alfalfa. Jordreaksjon som en økologisk faktor påvirker aktiviteten og virulensen til knutebakterier. De mest aktive stammene har en tendens til å være lettere å isolere fra jord med nøytrale pH-verdier. I sur jord er inaktive og svakt virulente stammer mer vanlig. Et surt miljø (pH 4,0 - 4,5) har en direkte effekt på planter, spesielt forstyrrer de syntetiske prosessene for plantemetabolisme og den normale utviklingen av rothår. I et surt miljø i inokulerte planter reduseres funksjonsperioden til bakterievevet kraftig, noe som fører til en reduksjon i graden av nitrogenfiksering.

I sur jord, som bemerket av A.V. Petersburg passerer salter av aluminium og mangan inn i jordløsningen, noe som påvirker utviklingen av rotsystemet til planter og prosessen med nitrogenassimilering negativt, og innholdet av assimilerbare former for fosfor, kalsium, molybden og karbondioksid reduseres også. Ugunstig jordreaksjon elimineres best ved kalking.

For knutebakterier er vertsvevet et slikt næringsmedium som kan tilfredsstille selv den mest krevende belastning på grunn av innholdet av alle typer næringsstoffer i vevet. Ikke desto mindre, etter introduksjonen av knutebakterier i vevet til vertsplanten, bestemmes deres utvikling ikke bare interne prosesser, men avhenger også i stor grad av handlingen eksterne faktorer som påvirker hele forløpet av infeksjonsprosessen. Innholdet eller fraværet av en næringsstoff i miljø kan være et avgjørende øyeblikk for manifestasjonen av symbiotisk nitrogenfiksering.

Graden av tilførsel av belgfruktplanter med tilgjengelige former for mineralske nitrogenforbindelser bestemmer effektiviteten av symbiose. Basert på en rekke laboratorie- og vegetative eksperimenter er det kjent at jo flere nitrogenholdige forbindelser i miljøet, desto vanskeligere er det for bakterier å trenge gjennom roten.

Av stor betydning for å aktivere opptak av nitrogen av belgfrukter er fosfornæring. Ved lavt fosforinnhold i mediet trenger bakterier inn i roten, men det dannes ikke knuter. Belgplanter har noen særegenheter ved utveksling av fosforholdige forbindelser. Belgfruktfrø er høye i fosfor. Reservefosfor under frøspiring brukes ikke på samme måte som i andre vekster - relativt jevnt for dannelse av alle organer, men i større grad konsentrert i røttene. Derfor, i de tidlige stadiene av utviklingen, tilfredsstiller belgplanter, i motsetning til korn, deres behov for fosfor i større grad på bekostning av cotyledoner, og ikke jordreserver. Jo større frø, jo mindre belgfrukter er avhengige av jordfosfor. Men med en symbiotisk eksistensmåte er behovet for fosfor i belgplanter høyere enn med en autotrof. Derfor, med mangel på fosfor i mediet til inokulerte planter, forverres tilførselen av planter med nitrogen.

Symbiotisk nitrogenfiksering krever også magnesium, svovel og jern. Med mangel på magnesium hemmes reproduksjonen av knutebakterier, deres vitale aktivitet reduseres og symbiotisk nitrogenfiksering undertrykkes. Svovel og jern har også en gunstig effekt på dannelsen av knuter og prosessen med nitrogenfiksering, spesielt, og spiller en utvilsomt rolle i syntesen av leghemoglobin.

Av sporelementene merker vi spesielt rollen til molybden og bor. Med mangel på molybden dannes knuter dårlig, syntesen av frie aminosyrer forstyrres i dem, og syntesen av leghemoglobin undertrykkes. Molybden fungerer sammen med andre elementer med variabel valens (Fe, Co, Cu) som et mellomledd i overføringen av elektroner i enzymatiske redoksreaksjoner. Med bormangel dannes det ikke vaskulære bunter i knutene, og som et resultat forstyrres utviklingen av bakterieoid vev.

Dannelsen av knuter i belgfrukter er sterkt påvirket av karbohydratmetabolisme planter, bestemt av en rekke faktorer: fotosyntese, tilstedeværelsen i miljøet karbondioksid, fysiologiske egenskaper ved planter. Forbedring av karbohydraternæring har en positiv effekt på inokuleringsprosessen og nitrogenakkumulering. Fra et praktisk synspunkt er bruk av halm og halmfersk gjødsel til gjødsling av belgfrukter som karbohydratkilde av stor interesse. Men i det første året etter introduksjonen av halm i jorda, akkumuleres giftige stoffer under nedbrytningen. Det skal bemerkes at ikke alle typer belgplanter er følsomme for giftige nedbrytningsprodukter av halm; erter, for eksempel, reagerer ikke på dem.

Hva annet å lese

Hvorfor folk ikke finner en ektefelle Rundt om i verden bruker 91 millioner mennesker datingsider og apper. For å finne blant disse millioner "den ene"...

Det største biblioteket i verden Library and Archives Canada Før innkomsten av dingser fikk folk informasjonen de var interessert i bare i biblioteker. Det største biblioteket i...

Halloween - kvelden for Allehelgensdag: feriens historie og tradisjoner Natt mellom 31. oktober og 1. november feirer USA og Canada en eldgammel keltisk høytid, også kalt kvelden ...