Як живуть і розмножуються бульбочкові бактерії

Зміст

  • Всюдисущі прокаріоти
  • Відмінності
  • Сприятливі умови і життя бактерій всередині бульби

Бульбочкові бактерії, здатні жити і розмножуватися на коренях рослин-симбіонтів, вже давно стали класичним прикладом взаємовигідного співробітництва вищих і нижчих живих організмів на Землі.

Незважаючи на те, що ще стародавні вчені звертали увагу на здатність бобових рослин покращувати якість грунту, вивчення бульбочкових мікроорганізмів почалося тільки в 1838 році. У цей час француз Жан Батист Буссенго висловив припущення про те, що листя бобових рослин можуть фіксувати азот. Експерименти, проведені їм у підтвердження цієї гіпотези, відрізнялися точністю і виваженістю. Через 15 років він відмовився від своєї гіпотези, коли з’ясував, що рослини, вирощені на воді (без землі), втрачають свою здатність до фіксації азоту. Тоді йому не вдалося знайти відповідь на питання про те, які органи бобових відповідають за азотфіксацию.

Це не дивно – фабриками з виробництва нітратів виявилися не листя, а бульбочкові бактерії – улюблені симбіонти бобових рослин, які живуть на їх коренях. Не знаючи нічого про механізм азотфіксації, агрономи стали вводити бобові в системи багатопільно сівозмін. Чергування зернових і конюшини дозволило в два з половиною рази збільшити їх врожайність. Серед бобових рослин були виявлені найбільш продуктивні види – люцерна, конюшина, люпин, буркун. Виявилося, що вони залишають у грунті в 2-5 разів більше азоту, ніж зернові бобові культури.

Клубеньки на коренях бобових рослин

Робота вчених з виявлення симбіонтів, з якими співпрацюють бульбочкові бактерії, дозволила виявити більше 200 видів небобових рослин, на коренях яких живуть і розмножуються азотфіксуючі бактерії.

Всюдисущі прокаріоти
На початку минулого століття були відкриті перші бульбочкові мікроорганізми, які можуть засвоювати атмосферний азот. Цікаво, що майже одночасно були виявлені анаеробний Клострідіум пастеріанум (С.Н.Віноградскій) і аеробний Азотобактер (М. Бейерінк). Згодом були виявлені й інші азотфіксуючі бактерії, як вільноживучі, так і симбіонти, які живуть і розмножуються на коренях злакових, бобових, складноцвітих (найбільш відомі тимофіївка, сорго, картопля). Вирощуючи бульбочкові бактерії на поживних середовищах, вчені виявили, що крім фіксації азоту, вони живуть і розмножуються, виконуючи синтез стимуляторів росту і коренеутворення, деяких вітамінів, а також антибіотиків.

Бульбочкові бактерії відрізняються високою специфічністю по відношенню до рослин-симбіонтам. Дослідження їх специфічності дозволило знайти відповідь на питання про те, чому бактеріальні препарати мають варіюють ефективність залежно від культур, які ними обробляються. Перший бактеріальний препарат Нітрагін, призначений для обробки насіння бобових рослин, був запропонований в 1897 році Ф. Ноббі і Л. Гільтнером. Це поклало початок промисловому виробництву бактерійних добрив, дослідженням по специфічності азотфиксаторов, а також пошуку найбільш зручних для транспортування та зберігання форм бактеріальних препаратів, які здатні надалі жити і розмножуватися.

Клубеньки на коренях рослин

Відмінності
Розрізняють мікроорганізми широкої і вузької специфічності. Розшукуючи відповідь на питання про її причини, вчені виявили генетичну передачу специфічності за допомогою плазмід в той час, коли бактерії розмножуються.

Узкоспеціфічние. Здатні до симбіозу з обмеженою кількістю видів, а іноді навіть сортів або форм. Яскравий приклад – симбіонти люпину, які можуть жити тільки на безалкалоїдний його сортах.
Шірокоспеціфічние. Здатні заражати рослини одного сімейства або східного хімічного складу.
Серед азотфіксуючих бактерій-симбіонтів виявлені представники всіх таксономічних одиниць прокаріот – еубактеріі, ціанобактерії (або синьо-зелених водоростей), архебактерии. Агрономи розділили їх на три групи залежно від продуктивності:

активні або ефективні,
малоефективні або малоактивні,
неефективні.
Розрізняються вони і по вірулентності – так називається їх здатність проникати всередину коренів рослин-симбіонтів. Найбільш продуктивні високовірулентні активні штами, що поєднують в собі високу швидкість зараження і виробництва азотних сполук.

Ризоторфін біодобриво

Новою розробкою став ризоторфин – препарат, до складу якого входять дрібнодисперсний торф і бульбочкові бактерії. Його виробництво – своєрідна відповідь зарубіжним виробникам. Підтримуючи необхідну кислотність і вологість у брикеті, вдається зберегти активність бактерій, їх здатність жити і розмножуватися тривалий час.

Сприятливі умови і життя бактерій всередині бульби
Бульбочкові бактерії демонструють різну ефективність фіксації азоту в залежності від умов, в яких живуть і розмножуються. Це кислотність грунту, її вологість, а також наявність органічних речовин (вуглеводів), калію, фосфору. Порівняно недавно було виявлено позитивний вплив на бульбочкові бактерії молібдену. Його препарати разом з вапнуванням призводять до суттєвого підвищення кількості білка в зернах бобових рослин. Дія бору і молібдену пов’язано з тим, що вони беруть участь у роботі ферментів-дегідрогеназ.

Існують бульбочкові бактерії з різною ефективністю азотфіксації. Чутливість до умов проживання в чому залежить від рослин-господарів та їхніх вимог до якості грунтів. Так, бульбочкові мікроорганізми конюшини більш стійкі до підвищеної кислотності грунтів, ніж їх родичі, які співпрацюють з люцерною.
Оптимальною температурою для цих мікроорганізмів є 24-26 ° С. Їх препарати здатні зберігатися в неактивному стані при температурі від -2 до -4 ° С.

бактерії всередині бульби Расенов

Їх поява в клітинах коренів починається з проникнення крізь кореневі волоски. Спочатку утворюється тяж всередині волоска, потім бактерії проникають всередину коренів рослин, стимулюючи їх розростання і утворення бульбочок. Згідно з сучасними даними, бульбочкові бактерії здатні жити тільки в поліплоїдних (несучих збільшена кількість хромосомних наборів) клітинах коренів рослин.

Цікаво, що бульбочкові бактерії демонструють високу ступінь поліморфізму. Відповідь на питання про причини такого різноманіття форм був знайдений не скоро. Свободноживущие бульбочкові мікроорганізми або молоді клітини, які виявляються в культурах, найчастіше мають вигляд паличок (бацил). Іноді це коки, L-форми з різним ступенем рухливості. Вони діляться за допомогою перешнуровиванієм, а з віком набувають характерні пояски. Всі азотфіксуючі бактерії є грамнегативними. У їхніх клітинах з часом накопичуються жирові відкладення – саме це і є причиною утворення оперезаних форм.

Усередині коренів рослин бактерії змінюють свою форму, заповнюючись різними включеннями. Такі утворення одержали назву бактероїдів. Зовнішній вигляд і форма бактероїдів не залежать від того, виділені чи вони з коренів рослин або ж вирощені на поживному середовищі. У старих культурах всередині клітин виявлені округлі артроспори.

Азотфиксирующие симбіонти рослин вважаються мікроаерофіламі і здатні існувати в присутності малих доз кисню. При високому вмісті азотистих сполук у ґрунті вони втрачають здатність проникати в коріння рослин. Це і є відповідь на питання про те, чому застосування азотних добрив здатне істотно знизити продуктивність бобових.

Посилання на основну публікацію