الجذور: الخصائص والتشكل والموئل والفوائد - مادة الاحياء - 2026

الريزوبيوم هو جنس من البكتيريا التي لديها القدرة على تثبيت النيتروجين من الغلاف الجوي. بشكل عام ، تُعرف البكتيريا التي لديها القدرة على إصلاح النيتروجين باسم الريزوبيا. تمت دراسة هذه العلاقات بين النباتات والكائنات الحية الدقيقة على نطاق واسع.

تعيش بدائيات النوى هذه في علاقات تكافلية مع نباتات مختلفة: البقوليات ، مثل الفول والبرسيم والعدس وفول الصويا وغيرها.

المصدر: بواسطة Stdout ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

ترتبط بجذورها على وجه التحديد وتزود النبات بالنيتروجين الذي يحتاجه. يوفر النبات من جانبه للبكتيريا ملاذًا. هذه العلاقة التكافلية الوثيقة تسبب إفراز جزيء يسمى ليغيموغلوبين. ينتج هذا التعايش نسبة كبيرة من N ₂ في المحيط الحيوي.

في هذه العلاقة ، تسبب البكتيريا تكوين عقيدات في الجذور ، والتي تتمايز عن طريق ما يسمى ب "البكتيريا".

معظم الدراسات التي أجريت على هذا الجنس البكتيري أخذت في الحسبان حالتها التكافلية وعلاقتها بالنبات. لهذا السبب ، هناك القليل جدًا من المعلومات المتعلقة بنمط الحياة الفردي للبكتيريا ووظيفتها كعنصر من مكونات ميكروبيوم التربة.

مميزات

تُعرف البكتيريا من جنس Rhizobium في المقام الأول بقدرتها على تثبيت النيتروجين وإقامة علاقات تكافلية مع النباتات. في الواقع ، تعتبر واحدة من أكثر العلاقات دراماتيكية الموجودة في الطبيعة.

إنها غيرية التغذية ، مما يشير إلى أنه يجب عليهم الحصول على مصدر طاقتهم من المواد العضوية. ينمو Rhizobium بشكل طبيعي في ظل الظروف الهوائية وتتشكل العقيدات عند درجة حرارة 25-30 درجة مئوية ودرجة حموضة مثالية تبلغ 6 أو 7.

ومع ذلك ، تتطلب عملية تثبيت النيتروجين تركيزات منخفضة من الأكسجين لحماية النيتروجيناز (الإنزيم الذي يحفز العملية).

للتعامل مع الكميات الكبيرة من الأكسجين ، يوجد بروتين مشابه للهيموجلوبين مسؤول عن عزل الأكسجين الذي يمكن أن يتدخل في العملية.

العلاقات التكافلية التي تقيمها بدائيات النوى مع البقوليات لها تأثير بيئي واقتصادي كبير ، وهذا هو سبب وجود مؤلفات مكثفة حول هذه العلاقة المحددة للغاية.

عملية العدوى ليست بسيطة ، فهي تنطوي على سلسلة من الخطوات حيث تؤثر البكتيريا والنبات بشكل متبادل على أنشطة انقسام الخلايا ، والتعبير الجيني ، والوظائف الأيضية والتشكل.

عملية العدوى

هذه البكتيريا هي نماذج بيولوجية ممتازة لفهم التفاعلات التي تحدث بين الكائنات الحية الدقيقة والنباتات.

تم العثور على Rhizobia في التربة ، حيث تستعمر الجذور وتدخل النبات. بشكل عام ، يبدأ الاستعمار في شعر الجذور ، على الرغم من أن العدوى ممكنة أيضًا من خلال التحلل الصغير في البشرة.

عندما تتمكن البكتيريا من اختراق الجزء الداخلي من النبات ، فإنها تبقى عادة لبعض الوقت في الفراغات داخل الخلايا للنبات. مع تطور العقيدات ، تدخل الجذور إلى السيتوبلازم في هذه الهياكل.

تطور العقيدات ونوعها

يتضمن تطور العقيدات سلسلة من الأحداث المتزامنة في كلا المتعضيين. يتم تصنيف العقيدات على أنها محددة وغير محددة.

الأول ينشأ من الانقسامات الخلوية في القشرة الداخلية ولها نسيج قمي ثابت. وتتميز بشكل أسطواني ومنطقتين متمايزتين.

من ناحية أخرى ، تنتج العقيدات المحددة عن انقسامات الخلايا في الجزء الأوسط أو الخارجي من قشرة الجذر. في هذه الحالات ، لا يوجد نسيج مستديم ويكون شكله كرويًا. يمكن أن تتطور العقدة الناضجة عن طريق نمو الخلايا.

تشكيل Bacteroide

في العقيدات، والتمايز في باكتيرويديز يحدث: وN _2- شكل تحديد. تشكل البكتيريا ، إلى جانب أغشية النبات ، التعايش.

في هذه المجمعات الميكروبية النباتية ، يكون المصنع مسؤولاً عن توفير الكربون والطاقة ، بينما تنتج البكتيريا الأمونيا.

مقارنةً بالبكتيريا التي تعيش بحرية ، تخضع البكتيريا لسلسلة من التغييرات في نسختها ، في بنيتها الخلوية بأكملها وفي أنشطة التمثيل الغذائي. تحدث كل هذه التغييرات للتكيف مع بيئة داخل الخلايا ، حيث يكون هدفها الوحيد هو تثبيت النيتروجين.

يمكن للنبات أن يأخذ مركب النيتروجين الذي تفرزه البكتيريا ويستخدمه لتخليق الجزيئات الأساسية ، مثل الأحماض الأمينية.

معظم أنواع Rhizobium انتقائية تمامًا في عدد العوائل التي يمكن أن تصيبهم. بعض الأنواع لديها مضيف واحد فقط. في المقابل ، يتميز عدد قليل من البكتيريا بكونها مختلطة ولديها طيف واسع من المضيفين المحتملين.

التجاذب بين الجذور والجذور

تتوسط عوامل التجاذب بين البكتيريا وجذور البقوليات عوامل كيميائية تفرزها الجذور. عندما تقترب البكتيريا والجذر ، تحدث سلسلة من الأحداث على المستوى الجزيئي.

تحفز مركبات الفلافونويد الجذرية جينات الإيماءة في البكتيريا. هذا يؤدي إلى إنتاج السكريات القليلة المعروفة باسم LCO أو عوامل الإيماء. ترتبط LCOs بالمستقبلات ، التي تكونت من عناصر ليسين ، في شعر الجذور ، وبالتالي تبدأ أحداث التأشير.

هناك جينات أخرى - إلى جانب الإيماءة - تشارك في عملية التعايش ، مثل exo و nif و fix.

ليغيموغلوبين

Leghemoglobin هو جزيء بروتين ، نموذجي للعلاقة التكافلية بين الريزوبيا والبقوليات. كما يوحي الاسم ، فهو مشابه تمامًا لبروتين أكثر شهرة: الهيموجلوبين.

مثل نظيره في الدم ، يتميز ليغيموغلوبين بوجود تقارب كبير للأكسجين. نظرًا لأن عملية الارتباط التي تحدث في العقيدات تتأثر سلبًا بتركيزات عالية من الأكسجين ، فإن البروتين مسؤول عن الاحتفاظ به للحفاظ على عمل النظام بشكل صحيح.

التصنيف

يُعرف ما يقرب من 30 نوعًا من Rhizobium ، أشهرها Rhizobium cellulosilyticum و Rhizobium leguminosarum. هذه تنتمي إلى عائلة Rhizobiaceae ، والتي تعد أيضًا موطنًا لأجناس أخرى: Agrobacterium و Allorhizobium و Pararhizobium و Neorhizobium و Shinella و Sinorhizobium.

الترتيب هو Rhizobiales ، والطبقة هي Alphaproteobacteria ، و Phylum Proteobacteria و Kingdom Bacteria.

علم التشكل المورفولوجيا

Rhizobia هي بكتيريا تصيب بشكل انتقائي جذور البقوليات. تتميز بأنها سالبة الجرام ، ولديها القدرة على الحركة وشكلها يذكرنا بعصا. وتتراوح أبعادها بين 0.5 إلى 0.9 ميكرومتر في العرض وطول 1.2 و 3.0 ميكرومتر.

وهو يختلف عن باقي البكتيريا التي تعيش في التربة من خلال تقديم شكلين: التشكل الحر الموجود في التربة والشكل التكافلي داخل النبات المضيف.

إلى جانب مورفولوجيا المستعمرة وتلطيخ الجرام ، هناك طرق أخرى يمكن من خلالها التعرف على بكتيريا جنس Rhizobium ، وتشمل اختبارات استخدام المغذيات ، مثل الكاتلاز ، أوكسيديز ، واستخدامات الكربون والنيتروجين.

وبالمثل ، فقد تم استخدام الاختبارات الجزيئية لتحديد الهوية ، مثل تطبيق الواسمات الجزيئية.

الموطن

بشكل عام ، تُظهر الجذور التي تنتمي إلى عائلة Rhizobiaceae خصوصية كونها مرتبطة بشكل أساسي بنباتات عائلة Fabaceae.

تتكون عائلة فاباسي من البقوليات - الحبوب ، العدس ، البرسيم ، فقط لذكر بعض الأنواع المعروفة بقيمتها الغذائية. تنتمي العائلة إلى كاسيات البذور ، وهي ثالث أكثر العائلات عددًا. يتم توزيعها على نطاق واسع في العالم ، بدءًا من المناطق المدارية إلى المناطق القطبية الشمالية.

يُعرف نوع واحد فقط من النباتات غير البقولية بتأسيس علاقات تكافلية مع Rhizobium: Parasponea ، وهو جنس من النباتات في عائلة Cannabaceae.

علاوة على ذلك ، يعتمد عدد الارتباطات التي يمكن إنشاؤها بين الكائنات الحية الدقيقة والنبات على العديد من العوامل. في بعض الأحيان يكون الارتباط مقيدًا بطبيعة البكتيريا وأنواعها ، بينما في حالات أخرى يعتمد على النبات.

من ناحية أخرى ، تعتبر البكتيريا في شكلها الحر جزءًا من النباتات الطبيعية للتربة - حتى تحدث عملية الإيماء. لاحظ أنه على الرغم من وجود البقوليات والجذريات في التربة ، إلا أن تكوين العقيدات غير مضمون ، حيث يجب أن تكون سلالات وأنواع أعضاء التعايش متوافقة.

الفوائد والتطبيقات

تثبيت النيتروجين هو عملية بيولوجية حاسمة. إنه ينطوي على امتصاص النيتروجين في الغلاف الجوي ، على شكل N ₂ ويتم تقليله إلى NH ₄ ⁺. وبالتالي ، يمكن أن يدخل النيتروجين ويستخدم في النظام البيئي. هذه العملية ذات أهمية كبيرة في أنواع مختلفة من البيئات ، سواء كانت أرضية أو مياه عذبة أو بحرية أو القطب الشمالي.

يبدو أن النيتروجين عنصر يحد ، في معظم الحالات ، من نمو المحاصيل ويعمل كعنصر مقيد.

من وجهة نظر تجارية ، يمكن استخدام الريزوبيا كمعززات في الزراعة بفضل قدرتها على تثبيت النيتروجين. لهذا السبب ، هناك تجارة مرتبطة بعملية تلقيح هذه البكتيريا.

لتلقيح الريزوبيوم تأثيرات إيجابية للغاية على نمو النبات ووزن وعدد البذور التي ينتجها. تم إثبات هذه الفوائد تجريبياً من خلال عشرات الدراسات التي أجريت على البقوليات.

المراجع

1. Allen، EK، & Allen، ON (1950). الخصائص البيوكيميائية والتكافلية للجذور. المراجعات البكتريولوجية، 14 (4) ، 273.
2. Jiao، YS، Liu، YH، Yan، H.، Wang، ET، Tian، CF، Chen، WX،… & Chen، WF (2015). التنوع الجذري وخصائص العقدة للبقوليات المختلطة للغاية Sophora flavescens. التفاعلات الجزيئية للميكروبات النباتية ، 28 (12) ، 1338-1352.
3. الأردن العاصمة (1962). البكتيريا من جنس Rhizobium. المراجعات البكتريولوجية، 26 (2 نقطة 1-2) ، 119.
4. ليونج ، ك. ، وانجاج ، إف إن ، وبوتوملي ، بي جيه (1994). الخصائص التكافلية لـ Rhizobium leguminosarum bv. trifolii التي تمثل الأنواع الصبغية الرئيسية والثانوية التي تحتل العقيدات من البرسيم الفرعي المزروع في الحقل (Trifolium subterraneum L.). علم الأحياء الدقيقة التطبيقية والبيئية، 60 (2) ، 427-433.
5. بول ، ب. ، راماتشاندران ، ف ، وتيربوليلي ، ج. (2018). Rhizobia: من الرمية إلى المتعايشات الداخلية. مراجعات الطبيعة علم الأحياء الدقيقة، 16 (5) ، 291.
6. Somasegaran ، P. ، & Hoben ، HJ (2012). كتيب عن رزوبيا: طرق في تقنية البقوليات-ريزوبيوم. Springer Science & Business Media.
7. وانج ، كيو ، ليو ، جيه ، تشو ، هـ. (2018). الآليات الجينية والجزيئية الكامنة وراء الخصوصية التكافلية في تفاعلات البقول والريزوبيوم. الحدود في علم النبات ، 9 ، 313.