RHIZOBIUM: CIRI, MORFOLOGI, HABITAT DAN FAEDAH - BIOLOGI - 2025

Rhizobium adalah gen bakteria yang mempunyai keupayaan untuk membetulkan nitrogen dari atmosfera. Secara umum, bakteria dengan kemampuan memperbaiki nitrogen dikenali sebagai rhizobia. Hubungan antara tumbuhan dan mikroorganisma ini telah dipelajari secara menyeluruh.

Prokariota ini hidup dalam hubungan simbiotik dengan tumbuh-tumbuhan yang berbeza: kekacang, seperti kacang, alfalfa, lentil, kacang soya, antara lain.

Sumber: Oleh Stdout, melalui Wikimedia Commons

Mereka secara khusus dikaitkan dengan akarnya dan memberi nitrogen yang diperlukan oleh tanaman. Tumbuhan itu, sebahagiannya, menawarkan bakteria sebagai tempat perlindungan. Hubungan simbiosis yang erat ini menyebabkan rembesan molekul yang disebut leghemoglobin. Simbiosis ini menghasilkan sebilangan besar N ₂ di biosfera.

Dalam hubungan ini, bakteria menyebabkan pembentukan nodul di akar, yang dibezakan oleh apa yang disebut "bakteroid".

Sebilangan besar kajian yang telah dilakukan pada gen bakteria ini hanya mengambil kira keadaan simbiosis dan hubungannya dengan tumbuhan. Atas sebab ini, sangat sedikit maklumat yang berkaitan dengan gaya hidup individu bakteria dan fungsinya sebagai komponen mikrobioma tanah.

ciri-ciri

Bakteria genus Rhizobium terkenal terutamanya kerana kemampuannya memperbaiki nitrogen dan menjalin hubungan simbiotik dengan tumbuhan. Sebenarnya, ia dianggap sebagai salah satu hubungan paling dramatik yang wujud di alam semula jadi.

Mereka heterotrofik, yang menunjukkan bahawa mereka mesti memperoleh sumber tenaga dari bahan organik. Rhizobium tumbuh normal dalam keadaan aerobik dan nodul terbentuk pada suhu 25-30 ° C dan pH optimum 6 atau 7.

Walau bagaimanapun, proses penetapan nitrogen memerlukan kepekatan oksigen yang rendah untuk melindungi nitrogenase (enzim yang menjadi pemangkin proses).

Untuk mengatasi jumlah oksigen yang tinggi, ada protein yang serupa dengan hemoglobin yang bertanggung jawab untuk mengatur oksigen yang dapat campur tangan dalam proses tersebut.

Hubungan simbiotik yang dijalin oleh prokariota ini dengan kekacang mempunyai kesan ekologi dan ekonomi yang tinggi, sebab itulah terdapat banyak literatur mengenai hubungan yang sangat spesifik ini.

Proses jangkitan tidak mudah, ia melibatkan serangkaian langkah di mana bakteria dan tanaman saling mempengaruhi aktiviti pembelahan sel, ekspresi gen, fungsi metabolik dan morfogenesis.

Proses jangkitan

Bakteria ini merupakan model biologi yang sangat baik untuk memahami interaksi yang berlaku antara mikroorganisma dan tumbuhan.

Rhizobia dijumpai di dalam tanah, di mana mereka menjajah akar dan memasuki tanaman. Secara amnya, penjajahan bermula pada rambut akar, walaupun jangkitan juga mungkin berlaku melalui lesi kecil di epidermis.

Apabila bakteria berjaya menembusi bahagian dalam tanaman, biasanya bakteria akan tinggal sebentar di ruang intraselular tumbuhan. Semasa nodul berkembang, rhizobia memasuki sitoplasma struktur ini.

Perkembangan dan jenis nodul

Perkembangan nodul melibatkan satu siri peristiwa segerak pada kedua-dua organisma. Nodul dikelaskan sebagai penentu dan tidak tentu.

Yang pertama berasal dari pembelahan sel di korteks dalaman dan mempunyai meristem apikal yang berterusan. Mereka dicirikan dengan bentuk silinder dan dua kawasan yang dibezakan.

Sebaliknya, nodul yang ditentukan berpunca daripada pembahagian sel di bahagian tengah atau bahagian luar korteks akar. Dalam kes ini tidak ada meristem yang berterusan dan bentuknya lebih berbentuk bulat. Nodul matang dapat berkembang dengan pertumbuhan sel.

Pembentukan bakteria

Pada nodul, pembezaan menjadi bakteroid berlaku: bentuk penetapan N ₂ . Bacteroides, bersama dengan membran tumbuhan, membentuk simbiosom.

Di kompleks tanaman mikroba ini, kilang ini bertanggungjawab untuk menyediakan karbon dan tenaga, sementara bakteria menghasilkan amonia.

Berbanding dengan bakteria hidup bebas, bakteria mengalami serangkaian perubahan pada transkripomnya, pada keseluruhan struktur selularnya dan dalam aktiviti metabolik. Semua perubahan ini berlaku untuk menyesuaikan diri dengan lingkungan intraselular, di mana satu-satunya objektifnya adalah fiksasi nitrogen.

Tumbuhan boleh mengambil sebatian nitrogen ini yang disembunyikan oleh bakteria dan menggunakannya untuk sintesis molekul penting, seperti asid amino.

Sebilangan besar spesies Rhizobium cukup selektif dalam jumlah inang yang boleh dijangkiti. Beberapa spesies hanya mempunyai satu inang. Sebaliknya, sebilangan kecil bakteria dicirikan dengan mudah berjangkit dan mempunyai spektrum besar host yang berpotensi.

Tarikan antara rhizobia dan akar

Daya tarikan antara bakteria dan akar kekacang dimediasi oleh agen kimia, yang dikeluarkan oleh akarnya. Apabila bakteria dan akarnya dekat, serangkaian kejadian berlaku pada tahap molekul.

Flavonoid akar menyebabkan gen nod pada bakteria. Ini membawa kepada penghasilan oligosakarida yang dikenali sebagai faktor LCO atau nod. LCO mengikat reseptor, yang dibentuk oleh motif lisin, pada rambut akar, sehingga memulakan peristiwa memberi isyarat.

Terdapat gen lain - selain anggukan - terlibat dalam proses simbiosis, seperti exo, nif, dan fix.

Leghemoglobin

Leghemoglobin adalah molekul protein, khas hubungan simbiotik antara rhizobia dan kekacang. Seperti namanya, ia serupa dengan protein yang lebih terkenal: hemoglobin.

Seperti analog darahnya, leghemoglobin mempunyai perbezaan mempunyai pertalian yang tinggi dengan oksigen. Oleh kerana proses pengikatan yang berlaku pada nodul dipengaruhi oleh kepekatan oksigen yang tinggi, protein bertanggungjawab untuk mengekalkannya agar sistem berfungsi dengan baik.

Taksonomi

Kira-kira 30 spesies Rhizobium diketahui, yang paling terkenal ialah Rhizobium cellulosilyticum dan Rhizobium leguminosarum. Ini tergolong dalam keluarga Rhizobiaceae, yang juga merupakan rumah bagi genera lain: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, dan Sinorhizobium.

Urutannya adalah Rhizobiales, kelasnya adalah Alphaproteobacteria, Phylum Proteobacteria dan kerajaan Bacteria.

Morfologi

Rhizobia adalah bakteria yang secara selektif menjangkiti akar kekacang. Mereka dicirikan sebagai gram negatif, memiliki kemampuan untuk bergerak dan bentuknya mengingatkan pada tongkat. Dimensinya antara 0.5 hingga 0.9 mikrometer lebar dan 1.2 dan 3.0 mikrometer panjangnya.

Ia berbeza dengan bakteria selebihnya yang mendiami tanah dengan memberikan dua bentuk: morfologi bebas yang terdapat di dalam tanah dan bentuk simbiotik dalam inang tanamannya.

Di luar morfologi koloni dan pewarnaan gram, ada kaedah lain di mana bakteria genus Rhizobium dapat dikenal pasti, ini termasuk ujian penggunaan nutrien, seperti katalase, oksidase, dan penggunaan karbon dan nitrogen.

Begitu juga, ujian molekul telah digunakan untuk pengenalpastian, seperti penerapan penanda molekul.

Habitat

Secara umum, rhizobia yang tergolong dalam keluarga Rhizobiaceae menunjukkan keanehan yang berkaitan terutamanya dengan tanaman keluarga Fabaceae.

Keluarga Fabaceae terdiri dari kekacang - biji-bijian, lentil, alfalfa, untuk menyebut beberapa spesies yang terkenal dengan nilai gastronomi mereka. Keluarga ini tergolong dalam Angiosperma, menjadi keluarga ketiga terbanyak. Mereka diedarkan secara meluas di dunia, mulai dari daerah tropis hingga daerah arktik.

Hanya satu spesies tumbuhan bukan kekacang yang diketahui menjalin hubungan simbiotik dengan Rhizobium: Parasponea, genus tumbuhan dalam keluarga Cannabaceae.

Tambahan pula, bilangan persatuan yang dapat dijalin antara mikroorganisma dan tanaman bergantung kepada banyak faktor. Kadang kala pergaulan dibatasi oleh sifat dan spesies bakteria, sementara dalam kes lain bergantung pada tanaman.

Sebaliknya, dalam bentuk bebas mereka, bakteria adalah sebahagian daripada flora semula jadi tanah - sehingga proses nodulasi berlaku. Perhatikan bahawa walaupun kekacang dan rhizobia ada di dalam tanah, pembentukan nodul tidak dapat dipastikan, kerana strain dan spesies anggota simbiosis mestilah serasi.

Faedah dan aplikasi

Fiksasi nitrogen adalah proses biologi yang penting. Ia melibatkan pengambilan nitrogen di atmosfer, dalam bentuk N ₂ dan ia dikurangkan menjadi NH ₄ ⁺ . Oleh itu, nitrogen dapat masuk dan digunakan dalam ekosistem. Proses ini sangat penting dalam pelbagai jenis persekitaran, baik darat, air tawar, laut atau Artik.

Nitrogen nampaknya merupakan unsur yang membatasi, dalam kebanyakan kes, pertumbuhan tanaman dan bertindak sebagai komponen yang membatasi.

Dari sudut pandang komersial, rhizobia dapat digunakan sebagai penambah baik dalam pertanian berkat kemampuan mereka untuk membetulkan nitrogen. Atas sebab ini, terdapat perdagangan yang berkaitan dengan proses inokulasi bakteria ini.

Inokulasi rhizobium mempunyai kesan yang sangat positif terhadap pertumbuhan tanaman, berat badan dan jumlah biji yang dihasilkannya. Manfaat ini telah terbukti secara eksperimen oleh puluhan kajian dengan kekacang.

Rujukan

1. Allen, EK, & Allen, ON (1950). Sifat biokimia dan simbiotik rhizobia. Ulasan Bakteriologi, 14 (4), 273.
2. Jiao, YS, Liu, YH, Yan, H., Wang, ET, Tian, ​​CF, Chen, WX, … & Chen, WF (2015). Kepelbagaian rhizobial dan ciri-ciri nodulasi dari Sophora flavescens kekacang yang sangat menonjol. Interaksi Tumbuhan-Mikroba Molekul, 28 (12), 1338-1352.
3. Jordan, DC (1962). Bakteria genus Rhizobium. Ulasan bakteriologi, 26 (2 Pt 1-2), 119.
4. Leung, K., Wanjage, FN, & Bottomley, PJ (1994). Ciri-ciri simbiotik Rhizobium leguminosarum bv. trifolii isolat yang mewakili jenis kromosom penghuni nodul utama dan kecil subclover yang ditanam di ladang (Trifolium subterraneum L.). Mikrobiologi gunaan dan persekitaran, 60 (2), 427-433.
5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: dari saprophytes hingga endosymbionts. Mikrobiologi Ulasan Alam, 16 (5), 291.
6. Somasegaran, P., & Hoben, HJ (2012). Buku panduan untuk rhizobia: kaedah dalam teknologi legume-Rhizobium. Springer Science & Business Media.
7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Mekanisme Genetik dan Molekul yang Mendasari Kekhususan Symbiotik dalam Interaksi Legume-Rhizobium. Batasan dalam sains tumbuhan, 9, 313.