Symbiózu so strukovinami tvoria uzlové baktérie. Baktérie uzlín

Distribúcia baktérií uzlín v prírode

Ako symbiotické organizmy sa nodulové baktérie šíria v pôde a sprevádzajú určité druhy strukovín. Po zničení uzlíkov bunky nodulových baktérií vstupujú do pôdy a začínajú existovať na úkor rôznych organických látok, ako sú iné pôdne mikroorganizmy. Takmer všadeprítomné rozšírenie nodulových baktérií je dôkazom ich vysokého stupňa adaptability na rôzne pôdne a klimatické podmienky, schopnosti viesť symbiotický a saprofytický spôsob života.

Schematizáciou v súčasnosti dostupných údajov o distribúcii nodulových baktérií v prírode môžeme urobiť nasledujúce zovšeobecnenia.

V panenských a kultivovaných pôdach sa zvyčajne vo veľkom množstve vyskytujú uzlové baktérie tých druhov bôbovitých rastlín, ktoré sa nachádzajú vo voľnej prírode alebo sa v danej oblasti dlhodobo pestujú. Počet nodulových baktérií je vždy najvyšší v rizosfére strukovín, o niečo menší v rizosfére iných druhov a len málo v pôde mimo koreňov.

V pôdach sa nachádzajú účinné aj neúčinné uzlové baktérie. Existuje množstvo dôkazov, že dlhodobá saprofytická existencia nodulových baktérií, najmä v pôdach s nepriaznivými vlastnosťami (kyslé, zasolené), vedie k zníženiu až strate bakteriálnej aktivity.

Ryža. 1 - Uzlíky na koreňoch jelše (podľa J. Beckinga)

Krížová infekcia rôznych druhov strukovín často vedie v prírode a poľnohospodárskej praxi k objaveniu sa uzlín na koreňoch, ktoré aktívne nefixujú molekulárny dusík. To spravidla závisí od neprítomnosti zodpovedajúcich typov baktérií uzlín v pôde.

Obzvlášť často sa tento jav pozoruje pri použití nových druhov strukovín, ktoré sú buď infikované neúčinnými druhmi baktérií Cross-group, alebo sa vyvíjajú bez uzlín.

Ryža. 2 - Uzliny na koreňoch tribulusu (podľa O. Allena)

Nodulové baktérie sa používajú na priemyselnú výrobu nitragínu, ktorý sa používa na ošetrenie semien strukovín. Prvýkrát ich objavil M. S. Voronin v roku 1866. Neskôr ich M. V. Beyerink (1888) izoloval v čistej kultúre a podrobne študoval mikrobiológmi a fyziológmi. Baktérie vstupujú do koreňov strukovín cez koreňový vlások a prenikajú do vnútornej vrstvy koreňa, do parenchýmu, čím spôsobujú zvýšené delenie a množenie buniek. Na korienkoch sa tvoria nevzhľadné výrastky, ktoré sa nazývajú uzlíky alebo uzlíky. Baktérie najskôr absorbujú živiny rastliny a trochu inhibujú jej rast. Potom, ako uzlové tkanivo rastie, vzniká symbióza medzi baktériami a vyššími rastlinami. Baktérie prijímajú z rastliny uhlíkatú potravu (cukor) a minerály a na oplátku jej poskytujú dusíkaté zlúčeniny.

Baktérie uzlíkov sa usadzujú v pôde, množia sa a prenikajú do koreňových buniek cez otvory v koreňových vláskoch strukovín. V bunkách dochádza k zvýšenej reprodukcii nodulových baktérií a paralelne k intenzívnemu deleniu koreňových buniek infikovaných uzlovými baktériami.

Baktérie uzlíkov zásobujú strukoviny dusíkom. Rastlina využíva tento viazaný dusík a následne zásobuje uzlové baktérie organickou hmotou obsahujúcou uhlík, ktorú potrebujú. Baktérie uzlíkov môžu ako zdroj uhlíka využívať rôzne cukry a alkoholy.

Nodulové baktérie sú mikroaerofily (vyvíjajú sa s malým množstvom kyslíka v prostredí), uprednostňujú však aeróbne podmienky. Baktérie uzlín, ktoré vyšli z infekčného vlákna, sa naďalej množia v hostiteľskom tkanive. Väčšina baktérií sa množí v cytoplazme bunky a nie v infekčnom vlákne. Najintenzívnejšie sa rozvíjajú, keď je pôdna reakcia blízka neutrálnej. Preto je pri výseve strukovín na kyslých pôdach spolu s očkovaním semien nevyhnutné vápnenie pôdy. Inokulácia bez vápnenia má veľmi malý vplyv na výnos a obsah bielkovín.

Nodulové baktérie sú schopné za priaznivých podmienok akumulovať až 200–300 kg/ha dusíka za jednu sezónu.

Mladé nodulové baktérie v čistej kultúre na živných pôdach majú zvyčajne tyčinkovitý tvar (obr. 2, 3), veľkosť tyčinky je približne 0 5 - 0 9 X 1 2 - 3 0 μm, pohyblivé, množia sa delením.

Okrem nodulových baktérií žijú v pôde aj iné mikroorganizmy, ktoré dokážu asimilovať voľný dusík zo vzduchu; nežijú na koreňoch rastlín, ale v ich blízkosti. Všetky ostatné živiny, ktoré tieto mikróby potrebujú, absorbujú samy, a nie na úkor rastlinných štiav, ako je to vlastné uzlíkovým rastlinám. Azotobakter je najdôležitejší mikroorganizmus žijúci v pôde, schopný asimilovať vzdušný dusík. Tieto baktérie môžu žiť za priaznivých podmienok vlhkosti, dobrého prúdenia vzduchu, vhodnej teploty a kyslosti pôdy. Nároky Azotobaktera na tepelný režim a pôdnu vlhkosť sú približne rovnaké ako nároky kultúrnych rastlín, je však citlivejší na kyslosť pôdy ako väčšina rastlín.

Nodulové baktérie sú špecifické – jednotlivé druhy alebo rasy z nich sú schopné vytvárať uzliny na koreňoch len niektorých strukovín. Niektoré z nich sa teda vyvíjajú iba na koreňoch ďateliny, ale nemôžu infikovať korene hrachu, lucerny, lupiny a iných strukovín. Skupiny baktérií, ktoré tvoria uzlíky na koreňoch vlčieho bôbu a seradely, neinfikujú korene ďateliny a hrachu atď. Niekedy je špecifickosť uzlíkovitých baktérií taká výrazná, že rôzne odrody jedného G? a tá istá kultúra (alebo dokonca odrody rastlín) majú rôzne postoje k jednému alebo druhému kmeňu baktérií. Napríklad korene žltého kŕmneho vlčieho bôbu nie sú vždy dobre infikované uzlíkovými baktériami z koreňov jednoročného horkého vlčieho bôbu. Skupiny nodulových baktérií podľa ich špecifickosti sú uvedené na strane 382.[ ...]

Baktérie uzlíkov sa najintenzívnejšie rozvíjajú, keď je pôdna reakcia takmer neutrálna. Preto je pri výseve strukovín na kyslých pôdach spolu s očkovaním semien nevyhnutné vápnenie pôdy. Inokulácia bez vápnenia má veľmi malý vplyv na výnos a obsah bielkovín. Podľa K. Fillersa, keď sa sója pestovala na kyslej pôde bez očkovania a bez vápna, obsah bielkovín v semenách bol 32,8 %, pričom sa zvýšil o 11,2 %.[ ...]

V kyslých pôdach odumierajú uzlové baktérie rôznych bôbovitých rastlín.[ ...]

Baktérie uzlíkov potrebujú k nim dostatočný prísun sacharidov, fosforu a vápnika. V posledných rokoch sa zistilo, že množstvo stopových prvkov (najmä molybdén) zohráva dôležitú úlohu v životnej aktivite baktérií uzlín. Vápnenie a použitie molybdénu pre strukoviny na kyslých pôdach regulujú reakciu pôdy; na všetkých pôdach je potrebný dostatočný prísun strukovín fosforom.[ ...]

Prokaryoty (baktérie, archebaktérie, sinice) sú jednobunkové organizmy, ktoré nemajú jadro. Vďaka takémuto rôznorodému metabolizmu môžu baktérie existovať v rôznych podmienkach prostredia: vo vode, vzduchu, pôde a živých organizmoch. Úloha baktérií pri tvorbe ropy, uhlia, rašeliny, zemného plynu, pri tvorbe pôdy, v kolobehoch dusíka, fosforu, síry a ďalších prvkov v prírode je veľká. Saprotrofné baktérie sa podieľajú na rozklade organických zvyškov rastlín a živočíchov a na ich mineralizácii na CO2, H20, H2S, ICHH3 a iné anorganické látky. Spolu s hubami sú rozkladačmi. Nodulové baktérie (fixujúce dusík) tvoria symbiózu so strukovinami a podieľajú sa na fixácii atmosférického dusíka na minerálne zlúčeniny dostupné pre rastliny. Samotné rastliny túto schopnosť nemajú.[ ...]

V neprítomnosti uzlíkovitých baktérií na koreňoch strukovín sa stávajú rovnakými konzumentmi dusíka z pôdy ako ostatné rastliny.[ ...]

Dôležitou vlastnosťou nodulových baktérií je ich aktivita (účinnosť), t. j. schopnosť asimilovať molekulárny dusík v symbióze so strukovinami a uspokojovať v ňom potreby hostiteľskej rastliny. Podľa toho, do akej miery sa uzlové baktérie podieľajú na zvýšení úrody strukovín (obr. 146), sa zvyčajne delia na aktívne (účinné), neaktívne (neúčinné) a neaktívne (neúčinné).[ ...]

Z baktérií viažucich dusík sa rozlišujú voľne žijúce v pôde a uzlové baktérie žijúce na koreňoch bôbovitých rastlín (obr. 9, h). Najvýznamnejšími zástupcami voľne žijúcich baktérií viažucich dusík sú Azotobacter a Clostridium, ktoré ročne fixujú niekoľko desiatok kilogramov dusíka na 1 ha pôdy. Oveľa efektívnejšia je činnosť uzlíkovitých baktérií, ktoré infikujú bunky koreňov strukovín. V dôsledku toho dochádza pod strukovinami k mikrobiologickej akumulácii dusíka dostupného pre rastliny. Na ploche 1 ha, zasiatej ďatelinou, sa v dôsledku pôsobenia týchto baktérií môže nahromadiť 100-krát viac dusíka ako voľne žijúce fixátory tohto prvku.[ ...]

Keďže pri nedostatku vlahy nedochádza k rozmnožovaniu uzlíkovitých baktérií, v prípade suchej jari treba naočkované (umelo infikované) semená aplikovať hlbšie do pôdy. Napríklad v Austrálii sú semená pokryté baktériami uzlín zakopané hlboko do pôdy. Je zaujímavé, že nodulové baktérie v pôdach suchého podnebia sú odolnejšie voči suchu ako baktérie v pôdach s vlhkým podnebím. To ukazuje ich ekologickú prispôsobivosť.[ ...]

Okrem špecifickosti sa rasy nodulových baktérií líšia virulenciou a aktivitou. Virulencia - ich schopnosť prenikať cez koreňové chĺpky do koreňa bôbovitého rastliny a vytvárať uzliny. Aktivita nodulových baktérií sa nazýva ich schopnosť asimilovať atmosférický dusík. Len aktívne kmene týchto baktérií zásobujú strukoviny dusíkom. Keď sú korene infikované virulentnými, ale neaktívnymi baktériami uzlín, vytvárajú sa uzliny, ale nedôjde k fixácii dusíka. Nodulové baktérie používané na prípravu nitragínu musia mať vysokú virulenciu a vysokú aktivitu. Ak je virulencia baktérií nitragínových nodulov vyššia ako virulencia menej aktívnych baktérií už v pôde, potom to umožňuje baktériám nitragínových nodulov preniknúť do koreňa rýchlejšie a vo veľkom počte.[ ...]

Zo všetkých týchto príkladov bola najdôkladnejšie študovaná symbióza nodulových baktérií so strukovinami, keďže tieto rastliny majú pre človeka veľký význam.[ ...]

Pôdna reakcia má veľký vplyv na životnú aktivitu nodulových baktérií a tvorbu uzlíkov. Pre rôzne druhy a dokonca aj kmene baktérií uzlíkov je hodnota pH biotopu trochu odlišná. Napríklad baktérie ďatelinových nodulov sú odolnejšie voči nízkym hodnotám pH ako baktérie uzlíkov lucerny. Je zrejmé, že tu ovplyvňuje aj adaptácia mikroorganizmov na prostredie. Ďatelina rastie v kyslejších pôdach ako lucerna. Pôdna reakcia ako ekologický faktor ovplyvňuje aktivitu a virulenciu nodulových baktérií. Najaktívnejšie kmene majú tendenciu sa ľahšie izolovať z pôd s neutrálnymi hodnotami pH. V kyslých pôdach sa častejšie vyskytujú neaktívne a slabo virulentné kmene. Kyslé prostredie (pH 4,0-4,5) má priamy vplyv na rastliny, najmä narúša syntetické procesy metabolizmu rastlín a normálny vývoj koreňových vláskov.[ ...]

Existuje veľké množstvo druhov a rás nodulových baktérií, z ktorých každá sa prispôsobila infekcii jedného alebo viacerých druhov strukovín. Koreňový systém strukovín má špecifické koreňové sekréty. Kvôli tomu sa okolo koreňových vláskov hromadia uzlové baktérie, ktoré sa počas atómu krútia. Cez koreňový vlások prenikajú do koreňového parenchýmu baktérie vo forme súvislého vlákna, pozostávajúceho z nespočetného množstva baktérií spojených hlienom. Vovmozhpo, baktérie vylučujú hormón auxín v ato je príčinou rastu tkaniva, tvoria sa opuchy - uzliny. Bunky uzlín sú naplnené rýchlo sa množiacimi baktériami, ale zostávajú nažive a uchovávajú veľké jadrá. Nodulové baktérie infikujú iba polyploidné koreňové bunky.[ ...]

Lucerna ako strukovina je schopná akumulovať veľké množstvo dusíka v pôde pomocou uzlíkovitých baktérií na koreňoch, v tomto ohľade neustupuje ďateline. Jeho koreňový systém sa lepšie vyvíja v 1. roku používania a do 3. roku akumuluje dusík v pôde 120 ... 200 kg / ha. Zvyšovaním úrodnosti pôdy, zlepšovaním jej štruktúry je lucerna dobrým predchodcom v striedaní plodín.[ ...]

Pri pestovaní lupiny sa používa nitragín na zvýšenie aktivity baktérií lupinových nodulov, užitočné sú aj bórové a molybdénové mikrohnojivá (semená sa ošetrujú roztokom molybdénanu amónneho súčasne s ich nitraginizáciou).[ ...]

Anaeróbny rozklad celulózy vykonávajú iba baktérie (napríklad Omelyanského bacil) a aeróbny - mnoho druhov baktérií, húb, aktinomycét.[ ...]

To naznačuje, že fixovaný označený dusík vstupuje do tiel baktérií z tkanív vyššej rastliny, ktorá je zdrojom dusíkatej výživy pre baktérie. Fixácia atmosférického dusíka teda nie je lokalizovaná v tele nodulových baktérií, ale v uzlovom tkanive vyššej rastliny. Dôležitou úlohou baktérií uzlín je, že indukujú tvorbu tohto špecifického tkaniva uzlín. Ďalšie štúdie ukázali, že maximálny obsah značeného dusíka v jednotlivých dusíkatých frakciách bunkovej šťavy uzlín pripadá vždy na amidovú skupinu asparagínu a glutamínu. Keďže túto skupinu možno považovať za transformovaný amoniak, je to práve amoniak, ktorý je konečným anorganickým produktom biologickej fixácie dusíka.[ ...]

V biosfére je fixácia dusíka realizovaná niekoľkými skupinami anaeróbnych baktérií a siníc pri normálnej teplote a tlaku, kvôli vysokej účinnosti biokatalýzy. Predpokladá sa, že baktérie premenia približne 1 miliardu ton dusíka ročne na viazanú formu (svetový objem priemyselnej fixácie je asi 100 miliónov ton). V nodulových baktériách bôbovitých rastlín sa fixácia dusíka uskutočňuje pomocou komplexného enzýmového komplexu chráneného pred prebytkom kyslíka špeciálnym rastlinným hemoglobínom.[ ...]

Jedným z dôvodov pozitívneho vplyvu molybdénu na fixáciu molekulárneho dusíka nodulovými baktériami je jeho pôsobením zvýšenie aktivity dehydrogenáz, ktoré zabezpečujú nepretržitý prílev aktivovaného vodíka potrebného na redukciu atmosférického dusíka.[ .. .]

Hodnota nového nitragínového prípravku spočíva v dlhodobom zachovaní životaschopnosti baktérií koreňových uzlín a možnosti včasnej prípravy preparátov mechanizovanou metódou. Z hľadiska účinnosti je suchý nitragín blízky pôde. Môže byť aplikovaný ako prach, ktorý popráši semená bez toho, aby ich namáčal.[ ...]

V cykle dusíka je obzvlášť významná úloha symbiotických (z gréc. symbióza - spolužitie) nodulových baktérií, lokalizovaných na koreňoch rastlín, najmä z čeľade bôbovitých. Baktérie rodov Azotobacter alebo Rhizobium sú schopné enzymatickým štiepením molekúl N3 fixovať vzdušný dusík a sprístupniť ho koreňovým systémom rastlín.[ ...]

Biologickú fixáciu atmosférického molekulárneho dusíka v pôde vykonávajú dve skupiny baktérií: voľne žijúce aeróbne a anaeróbne a nodulové baktérie žijúce v symbióze so strukovinami. Najvýznamnejším zástupcom prvej skupiny aeróbov je Azotobacter a z anaeróbnych Clostridium pasteurianum. Priaznivým prostredím pre energickú aktivitu nodulových baktérií sú dobre prevzdušnené pôdy s mierne kyslou a neutrálnou reakciou. V celkovej dusíkovej bilancii v poľnohospodársky využívaných pôdach je dôležitá aktivita baktérií viažucich dusík. Preto je pre aktivitu nodulových baktérií dôležité obrábať pôdy. Na zvýšenie počtu baktérií koreňových uzlín sa do pôdy zavádza bakteriálny prípravok nitragín, ktorý obsahuje aktívne rasy baktérií uzlín.[ ...]

Podľa Výskumného ústavu poľnohospodárskej mikrobiológie v mnohých pôdach môžu chýbať nodulové baktérie zodpovedajúce tej či onej strukovinovej kultúre a tie, ktoré sú prítomné, majú neproduktívny systém fixácie dusíka. V tomto ohľade mikrobiológovia vykonali výberové práce. Výsledkom je, že každé tri roky sa do rastlín prenesie až desať nových kmeňov nodulových baktérií, ktorých schopnosť viazať dusík je o 10 – 20 % vyššia ako u predchádzajúcich referenčných kmeňov. Bol vytvorený a sériovo vyrábaný liek rhizotorfín – pohodlná a praktická forma dodania nodulových baktérií do semien a rastúcich koreňov strukovín.[ ...]

Organické a minerálne hnojivá (fosfor-draslík) zavedené do pôdy výrazne zlepšujú schopnosť nodulových baktérií asimilovať vzdušný dusík. Aby sa aktivovala aktivita nodulových baktérií, kyslé pôdy sa musia vápniť a pôdy v suchých oblastiach musia byť zásobené vlhkosťou.[ ...]

Mutualizmus je interakcia medzi dvoma organizmami rôznych druhov, ktorá je prospešná pre každý z nich. Napríklad nodulové baktérie viažuce dusík žijú na koreňoch strukovín a premieňajú atmosférický dusík na formu, ktorú tieto rastliny môžu absorbovať. Preto baktérie poskytujú rastlinám dusík. Rastliny zasa poskytujú baktériám uzlíkov všetky potrebné živiny. Mutualizmus možno považovať aj za interakciu medzi mikroorganizmami žijúcimi v ľudskom hrubom čreve a človekom samotným. Pre mikroorganizmy je prínos určený tým, že zabezpečujú svoje nutričné ​​potreby na úkor obsahu čreva a pre človeka je prínosom v tom, že mikroorganizmy vykonávajú dodatočné trávenie potravy a tiež syntetizujú vitamín K, čo je pre ňu podstatné.vo svete kvitnúcich rastlín je opeľovanie hmyzom rastlín mutualizmus.a výživa hmyzu rastlinným nektárom. Mutualizmus je významný aj pri „recyklácii“ organických látok. Napríklad trávenie celulózy v žalúdku (bachore) dobytka zabezpečujú baktérie v nej obsiahnuté.[ ...]

Zvláštnosťou výživy strukovín je, že nepotrebujú prítomnosť minerálnych zlúčenín dusíka v pôde. Strukoviny v symbióze s nodulickými baktériami využívajú voľný dusík z atmosféry. Preto sú tieto plodiny zdrojom biologického dusíka pre poľnohospodárstvo.[ ...]

V tomto ohľade poľnohospodárska prax pevne vstúpila do spôsobu očkovania - predsejbovej úpravy semien strukovín prípravkom uzlíkovitých baktérií zodpovedajúcich druhov. V rôznych krajinách dostala technická príprava na očkovanie strukovín rôzne názvy. V ZSSR, NDR, NSR a Poľsku sa nazýva nitragín. Preto sa príjem inokulácie príslušných kultúr v týchto krajinách nazýva nitragynizácia. Nitragin zvyšuje úrodu strukovín o 10-15% av nových oblastiach pestovania - o 50% alebo viac.[ ...]

Ako je uvedené vyššie, ďatelina rastie na kyslých pôdach zle, často redne a niekedy úplne vypadne a to už v 1. roku používania. Vitálna aktivita nodulových baktérií na takýchto pôdach je potlačená. Kyslosť pôd najmä v severozápadných oblastiach mimočernozemskej zóny (tu má viac ako polovica ornej pôdy vysokú kyslosť), v prítomnosti mobilných foriem hliníka v nich, je jedným z dôvodov poklesu úroda trávy.[ ...]

Atmosférická fixácia dusíka. Žiadna zelená rastlina sa nemôže živiť priamo vzdušným dusíkom. Keďže v dôsledku činnosti denitrifikačných baktérií dochádza v prírode k neustálemu znižovaniu zásob viazaného dusíka a jeho premene na vzdušný dusík, životu na Zemi by hrozila nevyhnutná smrť v dôsledku hladovania dusíkom. Existuje však skupina mikroorganizmov, ktoré sú schopné viazať vzdušný dusík a sprístupniť ho tak rastlinám. Tieto mikroorganizmy sa nazývajú baktérie viažuce dusík, delia sa na uzlové baktérie, ktoré sa vyvíjajú na koreňoch bôbovitých rastlín, a voľne žijúce v pôde.[ ...]

Výsledkom týchto štúdií bolo zistenie, že označený plynný atmosférický dusík fixovaný strukovinami je spočiatku vo veľkých množstvách obsiahnutý len v bunkovej šťave tkaniva uzlín, čo je hypertrofované koreňové tkanivo strukovín, odkiaľ potom postupne prechádza do iné rastlinné orgány. V baktériách koreňových uzlín značený dusík úplne chýba počas expozície rastlín od 6 do 48 hodín alebo je obsiahnutý v extrémne malých množstvách, zvyčajne nie nad rámec možnej experimentálnej chyby (tabuľka 4).[ ...]

Okrem toho P. S. Kossovich patrí k štúdiám cirkulácie síry a chlóru v prírode a hospodárstve, ktoré dodnes nestratili na význame, ako aj dôkazom postavenia, že nodulové baktérie viažu vzdušný dusík, ktorý prišiel cez tzv. koreňmi, a nie cez listy strukovín. Úspešne študoval koreňové sekréty plodín, najmä uvoľňovanie oxidu uhličitého, ktorý spájal s asimilačnou schopnosťou koreňov.[ ...]

Spoločenstvo organizmov založené na vzájomnom prospechu, keď dva druhy vytvárajú pre seba priaznivé prostredie na rozvoj, sa nazýva symbióza. Príkladom je vzťah medzi baktériami uzlín a strukovinami. Nodulové baktérie prijímajú bezdusíkaté organické látky a minerálne soli z bôbovitej rastliny a na oplátku jej poskytujú dusíkaté látky nimi syntetizované zo vzdušného dusíka.[ ...]

Aminoautotrofy zahŕňajú mikroorganizmy, ktoré využívajú dusík z amoniakálnych solí, dusičnanových solí a močoviny. Aminoautotrofy pri použití dusíka z minerálnych zlúčenín ho najskôr premenia na amoniakálny dusík a potom ho spotrebujú na stavbu aminokyselín, z ktorých sa syntetizujú proteíny. Predbežná premena dusíka na amoniak sa vysvetľuje tým, že dusík v mikrobiálnej bunke je v redukovanom stave vo forme amino (NH2) a iminoskupín (NH). Úloha dusíka v proteínových látkach bakteriálnej protoplazmy spočíva v tom, že prepožičiava proteínom reaktivitu. Dusík sa ťažko dostáva do zlúčenín kvôli inertnosti, ale ľahko ich opúšťa.[ ...]

Vplyv predchodcu ovplyvňuje predovšetkým zásobovanie hnojených plodín dusíkom. Rastliny zasiate po strukovinách, ktoré zanechávajú časť dusíka asimilovaného baktériami z atmosféry, reagujú na fosfor lepšie ako rastliny po iných predchodcoch. S. P. Kulzhinsky (1935) ilustroval túto situáciu údajmi z ukrajinských experimentálnych staníc (tabuľka 72).[ ...]

V poslednej dobe sa hromadí stále viac údajov, že mnohé lyzogénne kultúry obsahujú 2, 3, 4 alebo viac miernych fágov, t.j. sú polylyzogénne. Napríklad mnohé aktinomycéty, proaktinomycéty, nodulové baktérie a niektoré baktérie nesúce spóry obsahujú 4 alebo viac fágov. Fágy obsiahnuté v polylyzogénnych kultúrach sa od seba často výrazne líšia tvarom častíc, antigénnymi vlastnosťami a spektrom lytickej aktivity. Polylyzogénne kultúry možno experimentálne získať tak, že sa súčasne alebo postupne vystavia rôznym miernym fágom. Kultúry získané týmto spôsobom sa nelíšia od tých izolovaných z prírodných zdrojov.[ ...]

Tieto zmeny môžu byť pre plodnosť pozitívne aj negatívne. Príkladom pozitívnych zmien je eliminácia nadmernej kyslosti v dôsledku vápnenia, akumulácia dusíka v dôsledku činnosti hľuzových baktérií pri pestovaní strukovín, odstránenie škodlivých solí v zavlažovaných pôdach po ich premytí, zlepšenie vodnej hladiny. vzdušný režim v dôsledku kyprenia vrstvy podložia atď. [ .. .]

Zelené hnojenie primárne obohacuje pôdu o organickú hmotu a dusík. Často, v závislosti od podmienok jeho použitia, sa na hektár ornej pôdy zaorá 35 – 45 ton organickej hmoty, ktorá obsahuje 150 – 200 kg dusíka fixovaného zo vzduchu baktériami nodulov (pri výseve strukovinového zeleného hnojenia).[ .. .]

Mutualizmus (symbióza): každý z druhov môže žiť, rásť a rozmnožovať sa iba v prítomnosti toho druhého. Symbionti môžu byť iba rastliny, alebo rastliny a zvieratá, alebo iba zvieratá. Typickými príkladmi potravou podmienených symbiontov sú nodulové baktérie a strukoviny, mykoríza niektorých húb a koreňov stromov, lišajníky a termity.[ ...]

V prírode a hospodárstve však existujú značné rozdiely v cykle dusíka a fosforu. Ako viete, takmer 4D vzduch pozostáva z molekulárneho dusíka. A hoci ho vyššie rastliny nemajú, absorbujú ho niektoré mikroorganizmy, najmä uzlové baktérie, ktoré žijú na koreňoch strukovín. Tieto baktérie dodávajú dusíkatú potravu nielen strukovinám. Pri zaorávaní rastlinných zvyškov do pôdy a rozklade koreňov zostáva dostatočné množstvo dusíka pre plodinu siatu po strukovinách, najmä po ďateline a lucerne.[ ...]

Hrach obohacuje pôdu dusíkom až vtedy, keď sa na jeho koreňoch vytvoria uzliny, pričom čím väčší a mohutnejší, tým lepšie je pôda obohatená o dusík. Na tento účel musia byť semená hrachu v deň výsevu ošetrené nitragínom pod prístreškom, ktorý chráni baktérie viažuce dusík pred škodlivými účinkami slnečného žiarenia. Obsah jednej fľaštičky nitragínu rozpusteného v 2 litroch vody sa navlhčí semenami a hádže. Vysušené semená sa vysievajú bezodkladne. Nitraginizácia spôsobuje skorú tvorbu uzlín a podporuje lepší vývoj rastlín. Použitie nitragínu je účinné pri skorej sejbe hrachu do vlhkej pôdy. Na nevápenatých kyslých pôdach sa nodulové baktérie vyvíjajú zle a účinok nitragínu prudko klesá.[ ...]

Typickým príkladom symbiózy je úzke spolunažívanie húb a rias, vedúce k vytvoreniu zložitejšieho a adaptovanejšieho rastlinného organizmu – lišajníka. Ďalším nápadným príkladom symbiotického spolunažívania v pôde je symbióza húb s vyššími rastlinami, kedy huby tvoria huby na koreňoch rastlín. Pozoruje sa výrazná symbióza medzi uzlíkovými baktériami a strukovinami.[ ...]

D. N. Pryanishnikov tvrdil, že pre našu krajinu nie sú perspektívnejšie trávnaté plochy, ale intenzívne striedanie plodín. Práve tie nahradili trojpoľný obilný typ, ktorý dominoval tisíc rokov v západnej Európe. Pod tromi poliami bola tretina pôdy prázdna (neskoro úhor) a dve tretiny boli posiate obilninami. Strukoviny sa nepestovali, čím sa vylúčila možnosť mobilizácie vzdušného dusíka pomocou nodulových baktérií a nepriaznivo ovplyvnilo výživu rastlín dusíkom a kolobeh dusíka v poľnohospodárstve. V tomto striedaní plodín takmer chýbali obrábané plodiny vrátane zemiakov a okopanín, čo viedlo k zaburineniu polí a neustálemu nedostatku krmovín. Po stáročia sa roľnícka ekonomika (s výnimkou kulackej elity) nemohla vymaniť zo začarovaného kruhu, ktorý zaznamenal slávny ruský agronóm 18. storočia. A. T. Bolotov, ktorý napísal: „... bez hnoja pôda neprodukuje úrodu a je tu málo hnoja, pretože je málo hospodárskych zvierat a je málo hospodárskych zvierat, pretože je málo krmiva a je málo krmiva. , keďže bez hnoja pôda nedáva „(1779).[ ...]

Ťažkosti pri skladovaní, preprave a používaní nitragínových agarových a bujónových prípravkov, ako aj ich krátka trvanlivosť sú vážnymi dôvodmi, ktoré prispievajú k vytesneniu tohto prípravku z výroby. Sypké práškové prípravky nitragínu majú nepopierateľné výhody oproti prípravkom s agarom a bujónom. Technológia ich výroby je jednoduchšia a ekonomickejšia. Rašelinové plodiny vydržia dlhšie a ľahšie sa prepravujú. Chránia bunky uzlíkových baktérií pred priamym kontaktom s hnojivami a udržujú ich životaschopné na semenách, najmä ak sú semená granulované s vápnom.[ ...]

Vyššia rastlina podľa schémy je zdrojom zlúčenín obsahujúcich uhlík. Ich premena poskytuje energetický materiál pre procesy aktivácie a redukcie N2. Aktivovaný dusík je konečným akceptorom elektrónov. Produkty neúplnej oxidácie zlúčenín obsahujúcich uhlík slúžia ako akceptory ICH3 a vytvárajú v uzlinách aminokyseliny, ktoré sa stávajú dostupnými pre vyššiu rastlinu. Rastliny fungujú ako zásobáreň zlúčenín obsahujúcich uhlík (produkty fotosyntézy) a dodávateľ energie. Nodulové baktérie v štádiu bakteroidov vykazujú schopnosť prenášať aktivovaný vodík na dusík pomocou dusíkatej látky. Cesta z N2 do T Shz sa považuje za proces obnovy.[ ...]

Rastliny hrachu majú schopnosť absorbovať dusík zo vzduchu a obohacovať ním pôdu, a preto by hlavným smerom v systéme hnojív malo byť používanie fosfátových a potašových hnojív. Dobre vyvinutý koreňový systém hrachu sa vyznačuje vysokou absorpčnou schopnosťou živín, avšak pre výrazné zvýšenie úrody nemožno počítať s využitím následných účinkov hnojív pri striedaní plodín, a preto je potrebné priamo aplikovať minerálne hnojivá pre hrach. Reaguje na použitie fosfátových a potašových hnojív. Fosfor pomáha urýchliť dozrievanie rastlín. Pri jeho nedostatku v pôde sa na koreňoch zle vyvíjajú uzlové baktérie a úroda klesá. Pri nedostatku draslíka listy žltnú a fazuľa sa slabo vyvíja, najmä na pôdach so svetlou štruktúrou. Na kyslých pôdach hrášok prudko znižuje výnos, aktivita baktérií uzlín je oslabená. Preto je vápnenie kyslých pôd predpokladom zvýšenia úrod hrachu a vyššej účinnosti aplikovaných minerálnych hnojív. Dávka vápna závisí od kyslosti pôdy (3...6 t/ha), lepšie je vápnenie aplikovať pod predchádzajúce plodiny.[ ...]

Jedným z najdôležitejších procesov interakcie medzi mikroorganizmami a vyššou rastlinou je symbiotická fixácia atmosférického dusíka, hlavného prvku, ktorý určuje veľkosť a kvalitu úrody. Celkové množstvo molekulárneho dusíka zapojeného do biologického cyklu symbiotickým systémom strukovina – rizobium je len v ZSSR ročne 3 milióny ton.Dlhodobé domáce a zahraničné skúsenosti ukazujú, že efektívna symbióza strukovina – rizobium je nielen zárukou získania tzv. vysoká a kvalitná úroda strukovín a následne možnosť riešenia problému potravinových bielkovín, ale aj najekonomickejší zdroj dopĺňania dusíka v pôde. Pre využitie lacného „biologického dusíka“ v poľnohospodárskej výrobe v mnohých krajinách sa zväčšujú osevné plochy strukovín a široko sa využíva aj predsejbové ošetrenie osiva prípravkami z nodulových baktérií získanými na báze aktívnych kmeňov Rhizobium. Povaha a účinnosť symbiotického vzťahu medzi strukovinami a baktériami uzlín závisí od fyziologického a biochemického stavu oboch partnerov, a preto vplyv akýchkoľvek faktorov na jedného z nich určite ovplyvní produktivitu systému ako celku.

Uzliny sa tvoria len u zástupcov čeľade bôbovitých (Fabaceae). V rôznych rastlinách sa uzliny líšia iba tvarom a veľkosťou. Vznikajú po preniknutí do koreňového systému baktérií uzlín.

Početné štúdie ukázali, že uzlové baktérie sa navzájom líšia, a preto by sa mal rod Rhizobium považovať za skupinu príbuzných mikroorganizmov. V mladom veku sú tieto baktérie pohyblivé, tyčinkovité, 1,2 až 3 μm dlhé, umiestnenie bičíkov u niektorých druhov je peritrichózne, u iných - subpolárne. Nodulové baktérie sú gramnegatívne aeróbne organizmy bez spór.

Starnutie, uzlové baktérie strácajú bičíky, prestávajú byť mobilné a nadobúdajú vzhľad opásaných tyčiniek, pretože vekom je bakteriálna bunka naplnená mastnými inklúziami a nefarbí sa. So starnutím sa v uzlinách kultúry Rhizobium často objavujú zahustené, rozvetvené, sférické a iné formy formácie, oveľa väčšie ako bežné bunky. Tieto polymorfné útvary sa nazývajú bakteroidy.

Nodulové baktérie môžu asimilovať rôzne uhľohydráty, organické kyseliny a viacsýtne alkoholy. Aminokyseliny sú im k dispozícii ako zdroj dusíka. Pre väčšinu kultúr Rhizobium je optimálne pH média 6,5-7,5 a optimálna teplota je 24-26°C.

Zistilo sa, že uzlové baktérie môžu infikovať iba určitú skupinu strukovín. Selektívna schopnosť týchto baktérií vzhľadom na rastliny sa nazýva špecifickosť. Táto vlastnosť sa stala hlavnou črtou pre vývoj taxonómie nodulových baktérií.

V niektorých prípadoch sa pozoruje nielen druhová, ale aj odrodová špecifickosť nodulových baktérií. Okrem špecifickosti sa tieto baktérie vyznačujú virulenciou - schopnosťou preniknúť do koreňového tkaniva, množiť sa tam a spôsobiť tvorbu bublín. Za určitých podmienok môžu tieto baktérie znížiť alebo dokonca stratiť svoju aktivitu.

Podstatnou vlastnosťou nodulových baktérií je aj ich aktivita, teda schopnosť asimilovať molekulárny dusík v symbióze s rastlinami. V pôde sa vyskytujú kmene aktívnych a neaktívnych nodulových baktérií. Infekcia strukovín aktívnou rasou baktérií vedie k tvorbe veľkého počtu bublín na hlavnom koreni a spôsobuje energický proces fixácie atmosférického dusíka. Neaktívne rasy týchto baktérií spôsobujú tvorbu bublín, ale dusík nie je fixovaný.

Uzliny, ktoré sú tvorené aktívnymi rasami baktérií, majú ružovú farbu. Pigment, ktorý im dáva túto farbu, má podobné chemické zloženie ako krvný hemoglobín a nazýva sa leghemoglobín (fytoglobín). Predpokladá sa, že tento pigment prispieva k procesu asimilácie dusíka a udržiava redoxný potenciál na určitej úrovni. Uzliny, ktoré tvoria neaktívne rasy baktérií, majú zelenkastú farbu.

Paleontologické dôkazy naznačujú, že niektoré rastliny patriace do skupiny Eucaesalpinioideae boli najstaršími strukovinami, ktoré mali uzliny.

U moderných druhov strukovín sa našli uzliny na koreňoch mnohých zástupcov čeľade Papilionaceae.

Fylogeneticky primitívnejší predstavitelia takých čeľadí ako Caesalpiniaceaer Mimosaceae vo väčšine prípadov netvoria uzliny.

Z 13 000 druhov (550 rodov) bôbovitých rastlín bola doteraz zistená prítomnosť uzlín len u približne 1300 druhov (243 rodov), pričom ide predovšetkým o druhy rastlín využívaných v poľnohospodárstve (viac ako 200).

Po vytvorení uzlín získavajú strukoviny schopnosť absorbovať atmosférický dusík. Sú však schopné živiť sa viazanými formami dusíka – amónnymi soľami a kyselinou dusičnou. Iba jedna rastlina, Hedysarum coronarium, asimiluje iba molekulárny dusík. Preto sa bez uzlín v prírode táto rastlina nevyskytuje.

Baktérie uzlíkov zásobujú strukovinu dusíkom, ktorý je fixovaný zo vzduchu. Rastliny zasa dodávajú baktériám produkty metabolizmu sacharidov a minerálne soli, ktoré potrebujú pre rast a vývoj.

Slávny botanik a pôdoznalec M. S. Voronin v roku 1866 videl najmenšie „teliatka“ v uzlinách na koreňoch bôbovitých rastlín. Voronin na tú dobu predložil odvážne predpoklady: spojil tvorbu uzlín s aktivitou baktérií a zvýšené delenie buniek koreňového tkaniva s reakciou rastliny na baktérie, ktoré prenikli do koreňa.

O 20 rokov neskôr holandský vedec Beijerinck izoloval baktérie z uzlíkov hrachu, viky, chiny, fazule, seradely a lízanky a študoval ich vlastnosti, overil schopnosť infikovať rastliny a spôsobiť tvorbu uzlíkov. Tieto mikroorganizmy nazval Bacillus radicicola. Keďže baktérie tvoriace spóry patria do rodu Bacillus a nodulovým baktériám táto schopnosť chýba, A. Prazhmovský ich premenoval na Bacterium radicicola. B. Frank navrhol úspešnejší generický názov pre nodulové baktérie – Rhizobium (z gréckeho rhizo – koreň, bio – život; život na koreňoch). Tento názov sa udomácnil a stále sa používa v literatúre.

Na označenie druhu nodulových baktérií je zvykom pridať ku druhovému názvu Rhizobium výraz zodpovedajúci latinskému názvu rastlinného druhu, z ktorého uzlíkov sú izolované a na ktorých môžu tvoriť uzlíky. Napríklad Rhizobium trifolii - baktérie ďatelinových uzlín, Rhizobium lupini - baktérie lupinových uzlín atď. V prípadoch, keď baktérie uzlín sú schopné vytvárať uzliny na koreňoch rôznych druhov strukovín, t. j. spôsobiť tzv. druhové meno je akoby kolektívne – odráža práve túto schopnosť „krížovej infekcie“. Napríklad Rhizobium leguminosarum - uzlové baktérie hrachu (Pisum), šošovice (Lens), radov (Lathyrus).

Morfológia a fyziológia nodulových baktérií. Baktérie uzlín sa vyznačujú úžasnou rozmanitosťou foriem - polymorfizmom. Upozorňovali na to mnohí výskumníci pri štúdiu nodulových baktérií v čistej kultúre v laboratórnych podmienkach a pôde. Baktérie uzlín môžu byť tyčinkovité a oválne. Medzi týmito baktériami sú aj filtrovateľné formy, L-formy, kokoidné nepohyblivé a mobilné organizmy.

Mladé nodulové baktérie v čistej kultúre na živných pôdach majú zvyčajne tyčinkovitý tvar (obr. 143, 2, 3), veľkosť tyčinky je približne 0,5 - 0,9 X 1,2 - 3,0 mikrónov, pohyblivé, množia sa delením. V tyčinkovitých bunkách nodulových baktérií ďateliny sa pozoruje delenie ligáciou. S vekom sa bunky v tvare tyčinky môžu presunúť do pučania. Bunky sa podľa Grama farbia negatívne, ich ultrajemná štruktúra je typická pre gramnegatívne baktérie (obr. 143, 4).

Starnutím uzlové baktérie strácajú svoju pohyblivosť a prechádzajú do stavu takzvaných opásaných tyčiniek. Toto meno dostali vďaka striedaniu hustých a voľných častí protoplazmy v bunkách. Pruhovanie buniek je dobre detegované pri pohľade pod svetelným mikroskopom po ošetrení buniek anilínovými farbivami. Husté časti protoplazmy (pás) sú zafarbené horšie ako priestory medzi nimi. V luminiscenčnom mikroskope sú pásy svetlozelené, priestory medzi nimi nežiaria a vyzerajú tmavo (obr. 143, 1). Pásy môžu byť umiestnené v strede klietky alebo na koncoch. Opásanie buniek je viditeľné aj na elektrónových difrakčných obrazcoch, ak prípravok nie je pred pozorovaním ošetrený kontrastnými látkami (obr. 143, 3). Pravdepodobne s vekom je bakteriálna bunka naplnená tukovými inklúziami, ktoré nevnímajú farbu a v dôsledku toho spôsobujú pruhovanie bunky. Štádium „pásových tyčiniek“ predchádza štádium tvorby bakteroidov – buniek nepravidelného tvaru: zhrubnuté, rozvetvené, guľovité, hruškovité a baňkovité (obr. 144). Termín "bakteroidy" zaviedol do literatúry J. Brunhorst v roku 1885 a použil ho na útvary neobvyklého tvaru, oveľa väčšie ako tyčinkovité bakteriálne bunky, ktoré sa nachádzajú v tkanivách uzlín.

Bakteroidy obsahujú viac volutínových granúl a vyznačujú sa vyšším obsahom glykogénu a tuku ako tyčinkovité bunky. Bakteroidy pestované v umelých živných médiách a tvorené v tkanivách uzlín sú fyziologicky rovnakého typu. Predpokladá sa, že bakteroidy sú formy baktérií s neúplným procesom delenia. Pri neúplnom bunkovom delení nodulových baktérií vznikajú dichotomicky rozvetvené formy bakteroidov. Počet bakteroidov sa zvyšuje so starnutím kultúry; ich vzhľad je uľahčený vyčerpaním živného média, akumuláciou metabolických produktov a zavedením alkaloidov do média.

V starých (dvojmesačných) kultúrach nodulových baktérií je pomocou elektrónového mikroskopu možné v mnohých bunkách identifikovať jasne ohraničené guľovité útvary (obr. 145) – artrospóry. Ich počet v bunkách sa pohybuje od 1 do 5.

Nodulové baktérie rôznych druhov strukovín rastú na živných pôdach rôznou rýchlosťou. Rýchlo rastúce baktérie zahŕňajú rizóbiu hrachu, ďateliny, lucerny, kŕmnych bôbov, viky, šošovice, chiny, sladkej ďateliny, senovky gréckej, fazule, cíceru a vtáčej nohy; k pomaly rastúcim - nodulovým baktériám vlčieho bôbu, sóje, arašidov, seradely, fazule mungo, cowpea, vičice, kustovnice. Plne vytvorené kolónie rýchlorastúcich kultúr je možné získať na 3. - 4. deň inkubácie, kolónie pomaly rastúcich kultúr - 7. - 8. deň.

Rýchlo rastúce nodulové baktérie sú charakterizované peritrichóznym usporiadaním bičíkov, zatiaľ čo pomaly rastúce baktérie sú monotrichiálne (tabuľka 42, 1–5).

Okrem bičíkov sa v bunkách nodulových baktérií pri pestovaní na tekutom médiu vytvárajú vláknité a guľôčkovité výrastky (tabuľky 42, 43). Ich dĺžka dosahuje 8 - 10 mikrónov. Zvyčajne sa nachádzajú na povrchu bunky peritrichiálne, obsahujú ich od 4 do 10 alebo viac na bunku.

Kolónie rýchlo rastúcich nodulových baktérií majú farbu pečeného mlieka, často sú priesvitné, slizké, s hladkými okrajmi, stredne vypuklé a nakoniec rastú na povrchu agarového média. Kolónie pomaly rastúcich baktérií sú konvexnejšie, menšie, suché, husté a spravidla nerastú na povrchu média. Hlien produkovaný baktériami uzlín je komplexná zlúčenina polysacharidového typu, ktorá zahŕňa hexózy, pentózy a urónové kyseliny.

Nodulové baktérie sú mikroaerofily (vyvíjajú sa s malým množstvom kyslíka v prostredí), uprednostňujú však aeróbne podmienky.

Nodulové baktérie využívajú sacharidy a organické kyseliny ako zdroj uhlíka v živných médiách a rôzne minerálne a organické zlúčeniny obsahujúce dusík ako zdroj dusíka. Pri kultivácii na médiách s vysokým obsahom látok obsahujúcich dusík môžu uzlové baktérie stratiť schopnosť prenikať do rastliny a vytvárať uzliny. Preto sa uzlové baktérie zvyčajne pestujú na rastlinných extraktoch (fazuľový, hrachový vývar) alebo pôdnych extraktoch. Fosfor potrebný na vývoj je možné získať nodulovými baktériami z minerálnych a organických zlúčenín obsahujúcich fosfor; minerálne zlúčeniny môžu slúžiť ako zdroj vápnika, draslíka a iných minerálnych prvkov.

Na potlačenie cudzej saprofytickej mikroflóry pri izolácii nodulových baktérií z nodulov alebo priamo z pôdy sa odporúčajú živné pôdy s prídavkom kryštálovej violeti, tanínu alebo antibiotík.

Na vývoj väčšiny kultúr nodulových baktérií je potrebná optimálna teplota v rozsahu 24 - 26 °. Pri 0° a 37°C sa rast zastaví. Zvyčajne sa kultúry nodulových baktérií v laboratórnych podmienkach skladujú pri nízkych teplotách (2 - 4 °C).

Mnohé druhy nodulových baktérií sú schopné syntetizovať vitamíny B, ako aj rastové látky, ako je heteroauxín (kyselina fíndoloctová).

Všetky nodulové baktérie sú približne rovnako odolné voči alkalickej reakcii média (pH = 8,0), ale nerovnako citlivé na kyslú.

Špecifickosť, virulencia, konkurencieschopnosť a aktivita nodulových baktérií. Koncept špecifickosti nodulových baktérií je kolektívny. Charakterizuje schopnosť baktérií vytvárať uzliny v rastlinách. Ak hovoríme o uzlíkových baktériách všeobecne, tak pre tie je tvorba uzlín len v skupine bôbovitých rastlín už sama o sebe špecifická – majú selektivitu na bôbovité rastliny.

Ak však vezmeme do úvahy jednotlivé kultúry nodulových baktérií, ukáže sa, že medzi nimi sú také, ktoré sú schopné infikovať len určitú, niekedy väčšiu, inokedy menšiu skupinu bôbovitých rastlín, a v tomto zmysle je špecifickosť nodulových baktérií je selektívna schopnosť vo vzťahu k hostiteľskej rastline. Špecifickosť uzlíkovitých baktérií môže byť úzka (baktérie ďatelinových uzlíkov infikujú len skupinu ďateliny – druhová špecifickosť a baktérie uzlíkov vlčieho bôbu možno dokonca charakterizovať odrodovou špecifickosťou – infikujú iba alkaloidné alebo bezalkaloidné odrody lupiny). So širokou špecifickosťou môžu baktérie hrachových uzlín infikovať rastliny hrachu, brady a fazule a baktérie hrachu a fazule môžu infikovať rastliny hrachu, t. j. všetky sa vyznačujú schopnosťou "krížovej infekcie". Špecifickosť nodulových baktérií je základom ich klasifikácie.

Špecifickosť nodulových baktérií vznikla v dôsledku ich dlhodobého prispôsobovania sa jednej rastline alebo ich skupine a genetického prenosu tejto vlastnosti. V tomto ohľade existuje aj odlišná adaptabilita nodulových baktérií na rastliny v rámci skupiny krížovej infekcie. Baktérie lucernových uzlín tak môžu vytvárať uzliny v sladkej ďateline. Napriek tomu sú OHPI viac prispôsobené lucerne a baktérie sladkej ďateliny sú prispôsobené skôr sladkej ďateline.

V procese infekcie koreňového systému strukovín baktériami nodulov má veľký význam virulencia mikroorganizmov. Ak špecifickosť určuje spektrum účinku baktérií, potom virulencia nodulových baktérií charakterizuje aktivitu ich pôsobenia v rámci tohto spektra. Virulencia označuje schopnosť nodulových baktérií preniknúť do koreňového tkaniva, množiť sa tam a spôsobiť tvorbu uzlín.

Dôležitú úlohu zohráva nielen samotná schopnosť preniknúť ku koreňom rastliny, ale aj rýchlosť tohto prieniku.

Na stanovenie virulencie kmeňa nodulových baktérií je potrebné stanoviť jeho schopnosť spôsobiť tvorbu uzlín. Kritériom virulencie akéhokoľvek kmeňa môže byť minimálny počet baktérií, ktorý poskytuje silnejšiu infekciu koreňov v porovnaní s inými kmeňmi, ktorá vyvrcholí tvorbou uzlín.

V pôde, v prítomnosti iných kmeňov, virulentnejší kmeň nie vždy infikuje rastlinu ako prvý. V tomto prípade treba brať do úvahy jeho konkurenčnú schopnosť, ktorá často maskuje vlastnosť virulencie v prírodných podmienkach.

Je potrebné, aby virulentné kmene mali aj konkurencieschopnosť, t.j. mohli úspešne konkurovať nielen zástupcom miestnej saprofytickej mikroflóry, ale aj iným kmeňom nodulových baktérií. Ukazovateľom konkurencieschopnosti kmeňa je počet ním vytvorených uzlín ako percento z celkového počtu uzlín na koreňoch rastlín.

Dôležitou vlastnosťou nodulových baktérií je ich aktivita (účinnosť), t. j. schopnosť asimilovať molekulárny dusík v symbióze so strukovinami a uspokojovať v ňom potreby hostiteľskej rastliny. Podľa toho, akou mierou sa uzlové baktérie podieľajú na zvýšení úrody strukovín (obr. 146), sa zvyčajne delia na aktívne (účinné), neaktívne (neúčinné) a neaktívne (neúčinné).

Kmeň baktérií neaktívny pre jednu hostiteľskú rastlinu v symbióze s iným druhom strukovín môže byť dosť účinný. Preto pri charakterizácii kmeňa z hľadiska jeho účinnosti by sa malo vždy uviesť, vo vzťahu ku ktorému druhu hostiteľskej rastliny sa jeho účinok prejavuje.

Aktivita nodulových baktérií nie je ich trvalou vlastnosťou. V laboratórnej praxi často dochádza k strate aktivity v kultúrach nodulových baktérií. V tomto prípade sa buď stratí aktivita celej kultúry, alebo sa objavia jednotlivé bunky s nízkou aktivitou. Zníženie aktivity baktérií uzlín nastáva v prítomnosti určitých antibiotík, aminokyselín. Jedným z dôvodov straty aktivity nodulových baktérií môže byť vplyv fágu. Pasážou, teda opakovaným prechodom baktérií cez hostiteľskú rastlinu (prispôsobenie sa konkrétnemu rastlinnému druhu), je možné získať účinné kmene z neúčinných.

Expozícia γ-lúčom umožňuje získať kmene so zvýšenou účinnosťou. Sú známe prípady vzniku vysoko aktívnych rádiomutantov baktérií lucernových nodulov z neaktívneho kmeňa. Použitie ionizujúceho žiarenia, ktoré má s najväčšou pravdepodobnosťou priamy vplyv na zmenu genetických charakteristík bunky, môže byť sľubnou technikou pri selekcii vysoko aktívnych kmeňov nodulových baktérií.

Infekcia strukovín baktériami uzlín. Na zabezpečenie normálneho procesu infekcie koreňového systému uzlíkovými baktériami je potrebné mať v koreňovej zóne pomerne veľký počet životaschopných bakteriálnych buniek. Názory výskumníkov na počet buniek potrebných na zabezpečenie procesu očkovania sú rôzne. Podľa amerického vedca O. Allena (1966) je teda na očkovanie malosemenných rastlín potrebných 500-1000 buniek a na očkovanie veľkosemenných rastlín najmenej 70 000 buniek na 1 semeno. Podľa austrálskeho výskumníka J. Vincenta (1966) by v momente očkovania malo každé semeno obsahovať aspoň niekoľko stoviek životaschopných a aktívnych buniek uzlíkov. Existujú dôkazy, že jednotlivé bunky môžu tiež napadnúť koreňové tkanivo.

Počas vývoja koreňového systému bôbovitých rastlín je množenie nodulových baktérií na povrchu koreňa stimulované koreňovými sekrétmi. Produkty deštrukcie koreňových čiapočiek a chĺpkov tiež zohrávajú dôležitú úlohu pri poskytovaní vhodného substrátu baktériám uzlín.

V rizosfére strukovín sa výrazne stimuluje vývoj nodulových baktérií, u obilnín sa tento jav nepozoruje.

Na povrchu koreňa je vrstva slizovej látky (matrix), ktorá sa tvorí bez ohľadu na prítomnosť baktérií v rizosfére. Táto vrstva je dobre viditeľná pri skúmaní vo svetelno-optickom mikroskope (obr. 147). Baktérie uzlíkov po inokulácii sa zvyčajne vrhnú do tejto vrstvy a hromadia sa v nej (obr. 148) v dôsledku stimulačného účinku koreňa, ktorý sa prejavuje aj na vzdialenosť až 30 mm.

Počas tohto obdobia, ktoré predchádza zavedeniu nodulových baktérií do koreňového tkaniva, sú baktérie v rizosfére extrémne mobilné. V raných štúdiách, v ktorých sa na výskum používal svetelný mikroskop, dostali uzlové baktérie nachádzajúce sa v zóne rizosféry názov schwermers (gonídie alebo zoospóry) – „rojenie“. Pomocou metódy Faereusa (1957) je možné pozorovať tvorbu extrémne rýchlo sa pohybujúcich kolónií schwermerov v oblasti koreňového hrotu a koreňových vláskov. Kolónie Schwermer existujú veľmi krátko – menej ako jeden deň.

Existuje množstvo hypotéz o mechanizme prenikania uzlíkov do koreňa rastliny. Najzaujímavejšie z nich sú nasledujúce. Autori jednej z hypotéz uvádzajú, že nodulové baktérie prenikajú do koreňa cez poškodenie epidermálneho a kortikálneho tkaniva (najmä v miestach odbočenia laterálnych koreňov). Táto hypotéza bola predložená na základe výskumu Brila (1888), ktorý spôsobil tvorbu uzlíkov v strukovinách prepichnutím koreňov ihlou, ktorá bola predtým ponorená do suspenzie uzlíkovitých baktérií. Ako zvláštny prípad je takáto implementačná cesta celkom reálna. Napríklad v arašidových uzlinách sú prevažne umiestnené v pazuchách koreňových vetiev, čo naznačuje prenikanie nodulových baktérií do koreňa cez medzery počas klíčenia bočných koreňov.

Zaujímavou a nie neopodstatnenou hypotézou je prenikanie nodulových baktérií do koreňového tkaniva cez koreňové vlásky. Prechod nodulových baktérií cez koreňové chĺpky uznáva väčšina výskumníkov.

Veľmi presvedčivý je predpoklad P. Darota a F. Mercera (1965), že nodulové baktérie prenikajú do koreňa vo forme malých (0,1 - 0,4 mikrónov) kokoidných buniek v intervaloch (0,3 - 0,4 mikrónov) celulózovej fibrilárnej siete primárnej obal koreňových chĺpkov. Fotografie povrchu koreňa z elektrónového mikroskopu (obr. 149) získané replikačnou metódou a skutočnosť zmršťovania buniek nodulových baktérií v rizosfére strukovín túto pozíciu potvrdzujú.

Je možné, že baktérie uzlín môžu preniknúť do koreňa cez epidermálne bunky mladých koreňových špičiek. Podľa Prazhmovského (1889) baktérie môžu preniknúť do koreňa iba cez mladú bunkovú membránu (koreňových vláskov alebo epidermálnych buniek) a nie sú úplne schopné prekonať chemicky zmenenú alebo korkovitú vrstvu kôry.To môže vysvetliť, že uzliny sa zvyčajne vyvíjajú v mladé oblasti hlavného koreňa a bočných koreňov.

V poslednej dobe sa hypotéza auxínu teší veľkej obľube. Autori tejto hypotézy sa domnievajú, že nodulové baktérie prenikajú do koreňa stimuláciou syntézy kyseliny β-indoloctovej (heteroauxínu) z tryptofánu, ktorý je vždy prítomný v sekrétoch koreňov rastlín. Prítomnosť heteroauxínu je spojená so zakrivením koreňových vláskov, ktoré sa zvyčajne pozoruje, keď je koreňový systém infikovaný uzlíkovými baktériami (obr. 150).

Zdrojom kyseliny β-indolyloctovej v čase infekcie rastliny samozrejme nie sú len rastliny, ktoré vylučujú tryptofán cez koreňový systém, ktorý mnohé druhy baktérií, vrátane koreňových uzlín, dokážu premeniť na kyselinu 8-indolyloctovú. Na syntéze heteroauxínu sa môžu podieľať aj samotné uzlové baktérie a prípadne aj iné typy pôdnych mikroorganizmov žijúcich v koreňovej zóne.

Hypotézu auxínu však nemožno bezpodmienečne prijať. Pôsobenie heteroauxínu je nešpecifické a spôsobuje zakrivenie koreňových vláskov u rôznych druhov rastlín, nielen strukovín. Nodulové baktérie zároveň spôsobujú zakrivenie koreňových vláskov iba u strukovín, pričom vykazujú pomerne významnú selektivitu. Ak by bol uvažovaný účinok určený len kyselinou β-indolyloctovou, potom by takáto špecifickosť neexistovala. Navyše povaha zmien koreňových chĺpkov pod vplyvom baktérií uzlín je trochu iná ako pod vplyvom heteroauxínu.

Treba tiež poznamenať, že v niektorých prípadoch sú nezakrivené koreňové vlásky vystavené infekcii. Pozorovania ukazujú, že v lucerne a hrachu je 60-70% koreňových chĺpkov skrútených a skrútených a v ďateline - asi 50%. U niektorých druhov ďateliny je táto reakcia zaznamenaná nie u viac ako 1/4 infikovaných chlpov. Pri reakcii zakrivenia má samozrejme veľký význam stav koreňového vlásku. Rastúce koreňové chĺpky sú najcitlivejšie na pôsobenie látok produkovaných baktériami.

Je známe, že uzlové baktérie spôsobujú zmäkčenie stien koreňových vláskov. Netvoria však ani celulázu, ani pektinolytické enzýmy. V tejto súvislosti sa predpokladalo, že nodulové baktérie prenikajú do koreňa v dôsledku sekrécie hlienu polysacharidovej povahy, ktorý spôsobuje syntézu enzýmu polygalakturonázy rastlinami. Tento enzým, ničiaci pektínové látky, ovplyvňuje škrupinu koreňových vláskov, čím je plastickejšia a priepustnejšia. V malých množstvách je polygalakturonáza vždy prítomná v koreňových vláskoch a zjavne spôsobuje čiastočné rozpustenie zodpovedajúcich zložiek membrány a umožňuje bunke natiahnuť sa.

Niektorí vedci sa domnievajú, že baktérie uzlín prenikajú do koreňa vďaka satelitným baktériám, ktoré produkujú pektinolytické enzýmy. Táto hypotéza bola predložená na základe nasledujúcich faktov. Pri mikroskopii koreňových chĺpkov mnohí výskumníci zaznamenali prítomnosť svetlej škvrny, v blízkosti ktorej sa hromadia baktérie uzlín. Táto škvrna môže byť znakom začiatku macerácie (deštrukcie) tkaniva protopektinázou, analogicky s rovnakým znakom pozorovaným u rastlín pri mnohých bakteriálnych ochoreniach. Okrem toho sa zistilo, že avirulentné kultúry nodulových baktérií v prítomnosti baktérií produkujúcich pektinolytické enzýmy sú schopné preniknúť do koreňa.

Treba si všimnúť ešte jednu hypotézu, podľa ktorej sa nodulové baktérie dostávajú do koreňa pri tvorbe prstovitého výbežku na povrchu koreňového vlásku. Elektrónový difrakčný obrazec rezu koreňového vlásku potvrdzujúci túto hypotézu (obr. 150, 3) ukazuje koreňový vlások ohnutý do tvaru rukoväte dáždnika, v ktorého ohybe dochádza k akumulácii nodulových baktérií. Baktérie uzlín sú akoby vtiahnuté (prehltnuté) koreňovým vláskom (podobne ako pri pinocytóze).

Hypotézu invaginácie v podstate nemožno oddeliť od auxínovej alebo enzymatickej hypotézy, pretože intususcepcia nastáva v dôsledku vystavenia buď auxínu alebo enzymatickému faktoru.

Proces zavádzania baktérií uzlíkov do koreňového tkaniva je rovnaký u všetkých druhov strukovín a pozostáva z dvoch fáz. V prvej fáze dochádza k infekcii koreňových vláskov. V druhej fáze intenzívne prebieha proces tvorby uzlín. Trvanie fáz je rôzne pre rôzne druhy rastlín: v Trifolium fragiferum trvá prvá fáza 6 dní, v Trifolium nigrescens - 3 dni.

V niektorých prípadoch je veľmi ťažké odhaliť hranice medzi fázami. K najintenzívnejšiemu zavedeniu nodulových baktérií do koreňových vláskov dochádza v skorých štádiách vývoja rastlín. Druhá fáza končí pri hromadnej tvorbe uzlín. Prenikanie uzlíkov do koreňových vláskov často pokračuje aj po vytvorení uzlíkov na korienkoch. K tejto takzvanej nadmernej alebo dodatočnej infekcii dochádza, pretože infekcia chĺpkov sa dlho nezastaví. V neskorších štádiách infekcie sú uzliny zvyčajne umiestnené nižšie pozdĺž koreňa.

Typ vývoja, štruktúra a hustota koreňových chĺpkov neovplyvňuje rýchlosť zavádzania baktérií uzlín. Miesta tvorby uzlín nie sú vždy spojené s miestami infikovaných chĺpkov.

Po preniknutí do koreňa (cez koreňový vlások, epidermálnu bunku, miesta poškodenia koreňa) sa uzlové baktérie presunú do tkanív koreňa rastliny. Najľahšie baktérie prechádzajú medzibunkovými priestormi.

Do koreňového tkaniva môže preniknúť buď jedna bunka, alebo skupina bakteriálnych buniek. Ak bola zavedená samostatná bunka, môže pokračovať v pohybe cez tkanivo ako jedna bunka. Spôsob infekcie koreňov jednotlivými bunkami je charakteristický pre rastliny vlčieho bôbu.

Vo väčšine prípadov však invázna bunka, ktorá sa aktívne množí, vytvára takzvané infekčné vlákna (alebo infekčné tji) a už vo forme takýchto vlákien sa presúva do rastlinných tkanív.

Pojem „infekčná niť“ vznikol na základe štúdia infekčného procesu vo svetelnom mikroskope. Počnúc Beijerinckovou prácou sa infekčné vlákno začalo považovať za slizkú hmotu podobnú hýfam obsahujúcu množiace sa baktérie.

Infekčné vlákno je v podstate kolónia rozmnožených baktérií. Jeho začiatok je miesto, kam prenikla jedna bunka alebo skupina buniek. Je možné, že pred zavedením baktérií do koreňa sa na povrchu koreňa začne vytvárať kolónia baktérií (a následne aj budúce infekčné vlákno).

Počet infikovaných koreňových vláskov sa medzi jednotlivými rastlinami značne líši. Infekčné vlákna sa zvyčajne objavujú v deformovaných, skrútených koreňových vláskoch. Existujú však náznaky, že podobné vlákna sa niekedy nachádzajú v rovných vlasoch. Častejšie sa v koreňových vlasoch pozoruje jedna vetviaca niť, menej často dve. V niektorých prípadoch je v jednom koreňovom vlásku niekoľko závitov alebo vo viacerých sú bežné vlákna infekcie, z ktorých vzniká jeden uzlík (obr. 151).

Percento infikovaných koreňových vláskov na celkovom počte zdeformovaných chĺpkov je nevysvetliteľne nízke. Zvyčajne sa pohybuje od 0,6 do 3,2, občas dosahuje 8,0. Podiel úspešných infekcií je ešte nižší, keďže medzi infekčnými vláknami je veľa (až 80 %) takzvaných abortívnych vlákien, ktoré sa prestali vyvíjať. Rýchlosť postupu normálne sa vyvíjajúcich infekčných vlákien v rastline je 5-8 mikrónov za hodinu. Pri tejto rýchlosti môže cesta cez koreňový vlások s dĺžkou 100-200 mikrónov prejsť cez infekčný závit za jeden deň.

Morfologicko - anatomická charakteristika uzlín v ich ontogenéze. Podľa spôsobu tvorby sa uzliny bôbovitých rastlín delia na dva typy: 1. typ - uzliny vznikajú pri delení buniek pericyklu (koreňovej vrstvy), zvyčajne umiestnené proti protoxylému (prvé pri tvorbe ciev) - endogénny typ tvorby uzlov; Typ 2 - uzliny pochádzajú z koreňovej kôry v dôsledku zavedenia patogénu do parenchýmových buniek kôry a endodermu (vnútorná vrstva primárnej kôry) - exogénny typ tvorby uzlín.

V prírode prevláda posledný typ. Tkanivá centrálneho valca koreňa sa podieľajú iba na tvorbe cievneho systému uzlín endogénneho aj exogénneho typu.

Napriek rôznym názorom na povahu vzhľadu exo- a endotypových uzlín je proces ich vývoja v zásade rovnaký. Avšak ani jeden, ani druhý typ tvorby uzlín by sa v žiadnom prípade nemal stotožňovať s procesom tvorby laterálnych koreňov, napriek tomu, že pri ich vzniku existujú určité podobnosti. K tvorbe uzlín a bočných koreňov teda dochádza súčasne a navyše v rovnakej koreňovej zóne.

Zároveň množstvo znakov vo vývoji laterálnych koreňov a uzlín zdôrazňuje hlboké rozdiely v type ich tvorby. Bočné korene vznikajú v pericykle. Už od prvých momentov vývoja sú spojené s centrálnym valcom hlavného koreňa, z ktorého sa rozvetvujú centrálne valce postranných koreňov a vznikajú vždy proti lúču primárneho dreva. Vytvorenie uzla, na rozdiel od laterálneho koreňa, je možné kdekoľvek. Na samom začiatku tvorby uzlinového tkaniva neexistuje cievne spojenie s centrálnym valcom koreňa, vzniká neskôr. Cievy sa zvyčajne tvoria pozdĺž obvodu uzla. Sú spojené s koreňovými cievami cez tracheidnú zónu a majú vlastnú endodermu (obr. 152).

Rozdiel v povahe nodulácie a bočných koreňov je obzvlášť zreteľne pozorovaný u seradella, pretože kortikálne tkanivo hlavného koreňa tejto rastliny - miesto prvých uzlín - pozostáva z relatívne malej vrstvy buniek a uzliny sa stávajú viditeľnými veľmi rýchlo. po infekcii koreňa baktériami. Na koreni vytvárajú najskôr sploštené výbežky, čo umožňuje odlíšiť ich od kužeľovitých výbežkov bočných koreňov. Uzlíky sa líšia od laterálnych koreňov mnohými anatomickými znakmi: absenciou centrálneho valca, koreňových uzáverov a epidermis a prítomnosťou významnej vrstvy kôry pokrývajúcej uzlík.

K tvorbe uzlíkov (obr. 153, 1, 2) bôbovitých rastlín dochádza v období, keď má koreň ešte primárnu štruktúru. Začína sa rozdelením kortikálnych buniek umiestnených vo vzdialenosti 2 - 3 vrstiev od koncov infekčných nití. Vrstvy kôry, preniknuté infekčnými vláknami, zostávajú nezmenené. Súčasne v seradelle dochádza k deleniu kortikálnych buniek priamo pod infikovaným koreňovým vlasom, zatiaľ čo u hrachu je bunkové delenie zaznamenané iba v predposlednej vrstve kôry.

Delenie s tvorbou radiálnej tkanivovej štruktúry pokračuje k bunkám vnútorného jadra. Vyskytuje sa bez špecifického smeru, náhodne a v dôsledku toho vzniká meristém (systém vzdelávacích tkanív) uzla, pozostávajúci z malých granulovaných buniek.

Delené bunky kôry sa menia: jadrá sú zaoblené a zväčšujú sa, najmä jadierka. Po mitóze sa jadrá rozptýlia a bez toho, aby nadobudli svoju pôvodnú formu, začnú sa znova deliť. Objaví sa sekundárny meristém. Čoskoro sa v endoderme a pericykle objavia známky začínajúceho delenia, ktoré v bývalých vonkajších bunkách prebieha najmä tangenciálnymi septami. Toto delenie sa napokon rozširuje na spoločný meristematický komplex, ktorého malé bunky sú predĺžené, vakuoly zanikajú a jadro vypĺňa väčšinu bunky. Vytvára sa takzvaný primárny uzol, v plazme buniek, v ktorých chýbajú uzlové baktérie, pretože v tomto štádiu sú stále vo vnútri infekčných vlákien. Kým sa tvorí primárny uzlík, infekčné vlákna sa mnohokrát rozvetvujú a môžu prechádzať buď medzi bunkami - intercelulárne (obr. 154), alebo cez bunky - intracelulárne - a zavádzať baktérie (obr. 155).

Medzibunkové infekčné vlákna v dôsledku aktívnej reprodukcie uzlových baktérií v nich často získavajú bizarný tvar - tvoria sa vo forme vreciek (divertikuly) alebo fakieľ (pozri obr. 154).

Proces pohybu infekčných vlákien z bunky do bunky nie je úplne jasný. Zdá sa, že infekčné vlákna, ako sa domnieva kanadský mikrobiológ D. Jordan (1963), putujú vo forme nahých hlienových vlákien v medzibunkových priestoroch rastlinného tkaniva, až kým z nejakých dodnes nevysvetliteľných príčin nezačnú invaginovať do cytoplazmy susedných buniek. .

V niektorých prípadoch sa invaginácia infekčného vlákna vyskytuje v jednej, v niektorých prípadoch - v každej susednej bunke. Cez tieto invaginované tubulárne dutiny (divertikuly) prúdi obsah vlákna uzavretý v hlienu. Najaktívnejší rast infekčných nití sa zvyčajne vyskytuje v blízkosti jadra rastlinnej bunky. Prenikanie nite je sprevádzané pohybom jadra, ktoré sa posúva smerom k miestu infekcie, zväčšuje sa, mení tvar a degeneruje. Podobný obraz je pozorovaný pri plesňovej infekcii, keď sa jadro často rúti k napadajúcim hýfam, priťahuje sa k poškodeniu ako k miestu najväčšej fyziologickej aktivity, približuje sa k závitu, napučiava a skolabuje. Zjavne je to charakteristické pre reakciu rastliny na infekciu.

V jednoročných rastlinách sa infekčné nite zvyčajne objavujú počas prvého obdobia infekcie koreňa, u viacročných rastlín - počas dlhého obdobia vývoja.

Baktérie sa môžu uvoľniť z infekčného vlákna v rôznom čase a rôznymi spôsobmi. Výstup baktérií je spravidla veľmi dlhý proces, najmä u viacročných rastlín. Zvyčajne je uvoľnenie baktérií z infekčného vlákna do cytoplazmy hostiteľskej rastliny spojené s vnútorným tlakom vyplývajúcim z intenzívneho množenia baktérií v závite a ich vylučovania hlienu. Niekedy baktérie vykĺznu z vlákna v skupinách obklopených hlienom infekčného vlákna, vo forme vezikúl (bublinatých útvarov) (obr. 157). Keďže vezikuly nemajú membrány, výstup baktérií z nich je veľmi jednoduchý. Nodulové baktérie môžu vstúpiť do rastlinných buniek aj jednotlivo z medzibunkových priestorov (obr. 156).

Baktérie uzlín, ktoré vyšli z infekčného vlákna, sa naďalej množia v hostiteľskom tkanive. K ich rozmnožovaniu v tomto období dochádza konstrikčným delením (obr. 158). Väčšina baktérií sa množí v cytoplazme bunky a nie v infekčnom vlákne. Infikované bunky vedú k budúcemu bakterioidnému tkanivu.

Rastlinné bunky, naplnené rýchlo sa množiacimi bunkami nodulových baktérií, sa začínajú intenzívne deliť. V momente mitotického delenia infikovaných buniek sa uzlové baktérie môžu hromadiť na dvoch opačných póloch materskej bunky a pasívne vstúpiť do dcérskych buniek. Každá z neinfikovaných buniek je pod silným stimulačným účinkom nodulových baktérií a v dôsledku toho sa tiež delí. Vďaka tomuto energickému mitotickému deleniu meristematických buniek sa baktérie uzlín šíria do tkanív uzlín a zväčšuje sa objem bakteroidnej oblasti.

Infikované tkanivo, pozostávajúce z husto ležiacich a aktívne sa deliacich buniek, má najskôr tvar zrezaného kužeľa. Následne, v dôsledku postupného rastu tohto kužeľa a súčasného delenia a vývoja meristematických buniek, tkanivo uzliny rastie a stráca svoj tvar kužeľa.

Uzol sa teda zväčšuje najskôr v dôsledku radiálneho a tangenciálneho delenia jadrových buniek a potom v dôsledku zväčšenia ich veľkosti a súčasného delenia. Po úplnom naplnení rastlinných buniek baktériami sa mitóza zastaví. Bunky sa však naďalej zväčšujú a sú často veľmi predĺžené. Ich veľkosť je niekoľkonásobne väčšia ako u neinfikovaných rastlinných buniek, ktoré sa nachádzajú medzi nimi v bakterioidnej zóne uzliny.

Spojenie mladého uzlíka s koreňom bôbovitej rastliny sa uskutočňuje vďaka cievno-vláknitým zväzkom. Prvýkrát pozoroval vaskulárne vláknité zväzky MS Voronin (1866). Doba výskytu cievneho systému v uzlinách rôznych druhov bôbovitých rastlín je rôzna. Takže v sójových uzlinách sa začiatok vývoja cievnych zväzkov zhoduje s momentom prenikania baktérií uzlíkov do dvoch vrstiev parenchýmu kravy. S rastom uzliny vodivý systém rastie, vetví sa a obklopuje bakteroidnú oblasť.

Paralelne s procesom diferenciácie cievneho systému sa z vonkajšej vrstvy primárneho uzla tvorí endoderm uzla. Potom je uzlík zaoblený, jeho obvodová bunková vrstva je obklopená kôrou uzliny.

Koreňová epidermis sa zlomí a uzlík sa ďalej rozvíja a zväčšuje sa.

Pomocou svetelného mikroskopu na pozdĺžnych rezoch zrelých uzlín sú zvyčajne jasne rozlíšené 4 charakteristické zóny diferenciácie tkaniva: kôra, meristém, bakteroidná zóna a cievny systém. Všetky tkanivá uzlín sa diferencujú v akropetálnej sekvencii, keď sú nové bunky iniciované meristémom.

Kôra uzliny - škrupina uzliny, ktorá plní ochrannú funkciu. Kôra pozostáva z niekoľkých radov neinfikovaných parenchýmových buniek, ktorých veľkosť a vlastnosti sú u rôznych strukovín rozdielne. Bunky kôry majú najčastejšie predĺžený tvar a sú väčšie v porovnaní s inými bunkami uzla.

V kôre uzlín trvácich drevín sa často nachádzajú bunky s korkovými membránami, ktoré obsahujú živice, tanín a triesloviny.

Meristém nodulu sa nachádza pod bunkami kôry a je zónou intenzívne sa deliacich aj neinfikovaných buniek. Meristém uzliny je charakterizovaný husto rozmiestnenými, bez medzibunkových priestorov, malými tenkostennými bunkami nepravidelného tvaru. Nodulové meristémové bunky sú podobné bunkám iných typov meristematického tkaniva (koreň, vrchol kmeňa). Bunky meristémov uzlín obsahujú hustú, jemne granulovanú cytoplazmu s ribozómami, Golgiho telieska, protoplastidy, mitochondrie a iné štruktúry. Existujú malé vakuoly. V strede cytoplazmy je veľké jadro s jadrovou membránou, pórmi a jasne definovaným jadierkom. Funkciou meristematických buniek je tvoriť bunky kôry uzlín, bakteroidnej oblasti a cievneho systému. V závislosti od umiestnenia meristému majú uzliny rôzne tvary: guľovité (hrach, fazuľa, seradella, arašidy) alebo valcovité (alfalfa, vika, rang, akácia, ďatelina) (obr. 159). Meristém, ktorý sa nachádza v oddelených oblastiach pozdĺž okraja uzliny, vedie k tvorbe muffovitých uzlín v lupine.

Meristém uzlín funguje dlho, dokonca aj počas nekrózy uzlín, keď sú už naplnené lyzujúcou bakterioidnou hmotou a zničenými rastlinnými bunkami.

Bakteroidná zóna uzliny zaberá jej centrálnu časť a tvorí 16 až 50 % celkovej suchej hmoty uzlín. V prvom období tvorby uzlín je to v podstate bakteriálna zóna (obr. 160), pretože je naplnená bakteriálnymi bunkami, ktoré sú v bakteriálnom, a nie bakterioidnom štádiu vývoja. Napriek tomu, pokiaľ ide o tkanivovú zónu uzliny obsahujúcu baktérie, je zvykom nazývať ju bakteroidnou.

Bakteroidná oblasť uzliny pozostáva hlavne z buniek infikovaných baktériami uzlín a čiastočne z neinfikovaných buniek priľahlých k nim, naplnených pigmentmi, tanínmi a na jeseň - škrobom.

V uzlinách tvorených účinnými kmeňmi nodulových baktérií je priemerný relatívny objem bakteroidnej zóny vyšší ako v uzlinách vytvorených po zavedení neúčinných kmeňov.

V niektorých prípadoch objem bakteroidnej oblasti dosahuje maximum v ranom období života uzliny a následne zostáva relatívne konštantný. Bakteroidná zóna je preniknutá hustou sieťou infekčných vlákien a je obklopená cievnymi vláknitými zväzkami pozdĺž periférie.

Forma bakteroidov v uzlinách rôznych druhov strukovín môže byť rôzna (tabuľka 44). Takže vo wiki, rank a pea, sú dvojvetvové alebo rozvetvené. U ďateliny a vičence je prevládajúca forma bakteroidov guľovitá, hruškovitá, opuchnutá, vajcovitá a u cíceru okrúhla. Tvar bakteroidov fazule, seradely, vtáčej nohy a vlčieho bôbu je takmer tyčinkovitý.

Bakteroidy vypĺňajú väčšinu rastlinnej bunky, s výnimkou centrálnej zóny jadra a vakuol. Percento bakteroidov v bakteroidnej zóne ružovo sfarbenej uzliny je teda 94,2 z celkového počtu baktérií uzliny. Bakteroidné bunky sú 3-5 krát väčšie ako bakteriálne bunky (obr. 161.1, 2).

Bakteroidy nodulových baktérií sú obzvlášť zaujímavé, pretože sú takmer jedinými obyvateľmi nodulov bôbovitých rastlín v období intenzívneho viazania atmosférického dusíka nimi. Niektorí vedci považujú bakteroidy za patologické degeneratívne formy a nespájajú proces fixácie dusíka s bakterioidnou formou nodulových baktérií. Väčšina výskumníkov zistila, že bakteroidy sú najživotaschopnejšie a najaktívnejšie formy nodulových baktérií a že strukoviny fixujú vzdušný dusík len svojou účasťou (obr. 162).

Cievny systém uzliny poskytuje spojenie medzi baktériou a hostiteľskou rastlinou. Živiny a metabolické produkty sú transportované cez cievne zväzky. Cievny systém sa vyvíja skoro a funguje dlho.

Plne vytvorené cievy majú špecifickú štruktúru: pozostávajú z xylémových tracheíd, floémových vlákien, sitových rúrok a sprievodných buniek.

V závislosti od druhu strukoviny sa spojenie uzlíka uskutočňuje cez jeden alebo viac cievnych zväzkov. Napríklad u hrachu sú na dne uzla dva diferencované cievne uzliny. Každý z nich sa zvyčajne dvakrát dichotomicky rozvetvuje a v dôsledku toho prejde uzlom z miesta druhého dichotomického vetvenia 8 zväzkov. Mnohé rastliny majú len jeden trs, zároveň ich v jednom uzlíku Sesbania grandiflora vo veku jedného roka dokázali narátať až 126. Pomerne často býva cievny systém uzlíka zvonku oddelený od jeho kôry. vrstva čiastočne alebo úplne suberizovaných buniek, nazývaných nodulový endoderm, pripojených ku koreňovej endodermis. Endoderm uzliny je vonkajšia vrstva neinfikovaného bovinného parenchýmu, ktorá sa nachádza medzi tkanivom uzliny a koreňovou kôrou.

Vo väčšine rastlinných druhov sa uzliny tvoria podľa opísaného typu. Preto je tvorba uzlín výsledkom zložitých javov začínajúcich mimo koreňa. Po počiatočných fázach infekcie sa indukuje tvorba uzla, potom dochádza k šíreniu baktérií v zóne tkaniva uzla a k fixácii dusíka.

Na rezoch uzlín možno podľa českého mikrobiológa V. Kasa (1928) vysledovať všetky štádiá vývoja nodulových baktérií. Takže v hornej časti uzliny, napríklad lucerna, sú hlavne malé deliace sa tyčinkovité bunky, malé množstvo mladých bakteroidov, ktorých počet sa postupne zvyšuje, ako sa uzlík vyvíja. V strednej ružovo sfarbenej časti uzliny sa nachádzajú prevažne bakterioidné bunky a menej často malé tyčinkovité bunky. Na báze uzlíka v skorých štádiách vegetácie hostiteľskej rastliny sú bakteroidy rovnaké ako v jej strednej časti, ku koncu vegetačného obdobia sú však viac opuchnuté a skôr degenerované.

Načasovanie výskytu prvých viditeľných uzlín na koreňoch rôznych druhov strukovín je rôzne (M. V. Fedorov, 1952). Ich výskyt vo väčšine strukovín sa najčastejšie vyskytuje počas vývoja prvých pravých listov. Tvorba prvých uzlíkov lucerny sa teda pozoruje medzi 4. a 5. dňom po vyklíčení a na 7. - 8. deň sa tento proces vyskytuje v. všetky rastliny. Uzliny kosáčikovej lucerny sa objavia po 10 dňoch.

Počas obdobia fungovania sú uzliny zvyčajne husté. Uzlíky tvorené aktívnymi kultúrami baktérií majú v mladom veku belavú farbu. V čase prejavu optimálnej aktivity sa stávajú ružovými. Uzlíky, ktoré vznikli pri infekcii neaktívnymi bakteriálnymi kultúrami, majú zelenkastú farbu. Často sa ich štruktúra prakticky nelíši od štruktúry uzlín vytvorených za účasti aktívnych kmeňov baktérií uzlín, ale sú predčasne zničené.

V niektorých prípadoch sa štruktúra uzlín tvorených neaktívnymi baktériami odchyľuje od normy. To je vyjadrené v dezorganizácii tkaniva uzla, ktoré zvyčajne stráca svoju jasne definovanú zonálnu diferenciáciu.

Ružová farba je určená prítomnosťou pigmentu v uzlinách, ktorý je chemickým zložením podobný krvnému hemoglobínu. V tejto súvislosti sa pigment nazýva leghemoglobín (legoglobín) - Leguminosae hemoglobin. Legoglobín sa nachádza iba v tých bunkách uzlín, ktoré obsahujú bakteroidy. Je lokalizovaný v priestore medzi bakteroidmi a membránou, ktorá ich obklopuje.

Jeho množstvo sa pohybuje od 1 do 3 mg na 1 g uzliny v závislosti od druhu strukovín.

V jednoročných strukovinách sa na konci vegetačného obdobia, keď sa skončí proces fixácie dusíka, červený pigment zmení na zelený. Zmena farby začína na spodnej časti uzliny, neskôr sa jej vrchol zmení na zelenú. U viacročných bôbovitých rastlín k zazelenaniu uzlín nedochádza alebo sa pozoruje len na báze uzliny. U rôznych druhov strukovín dochádza k prechodu červeného pigmentu na zelený s rôznym stupňom intenzity a rôznou rýchlosťou.

Uzlíky jednoročných rastlín fungujú relatívne krátko. U väčšiny strukovín začína nekróza uzlíka počas obdobia kvitnutia hostiteľskej rastliny a zvyčajne prebieha od stredu k okraju uzlíka. Jedným z prvých príznakov deštrukcie je vytvorenie vrstvy buniek so silnými stenami na dne uzla. Táto vrstva buniek, umiestnená kolmo na hlavnú cievu koreňa, ho oddeľuje od uzlíka a oneskoruje výmenu živín medzi hostiteľskou rastlinou a tkanivami uzlíka.

V bunkách degenerujúceho tkaniva uzliny sa objavujú početné vakuoly, jadrá strácajú schopnosť farbiť sa, časť buniek baktérií uzliny lyzuje a časť migruje do prostredia vo forme malých kokoidných artrospór.

Proces tvorby artrospór v tkanive lyzujúceho uzla je znázornený na obrázkoch 163 - 165. V tomto období prestávajú fungovať aj infekčné vlákna (obr. 166). Hostiteľské bunky strácajú turgor a sú stlačené tými susednými bunkami, pre ktoré je stále charakteristický.

Staré uzliny sú tmavé, ochabnuté, mäkké. Pri rezaní z nich vyčnieva vodnatý sliz. Proces deštrukcie uzlín, ktorý začína korkovaním buniek cievneho systému, je uľahčený znížením fotosyntetickej aktivity rastliny, suchom alebo nadmernou vlhkosťou prostredia.

V zničenom slizovitom uzle sa často nachádzajú prvoky, huby, bacily a malé tyčinkovité baktérie.

Stav hostiteľskej rastliny ovplyvňuje trvanie fungovania uzliny. Podľa F. F. Yukhimchuka (1957) je teda možné kastráciou alebo odstránením kvetov vlčieho bôbu predĺžiť obdobie jeho vegetácie a zároveň aj dobu aktívnej činnosti nodulových baktérií.

Uzlíky viacročných rastlín, na rozdiel od ročných uzlín, môžu fungovať mnoho rokov. Napríklad caragana má trvalé uzliny, v ktorých dochádza k procesu starnutia buniek súčasne s tvorbou nových. Vo vistérii (vistérii čínskej) fungujú aj trváce uzlíky, ktoré vytvárajú na koreňoch hostiteľa guľovité vydutiny. Do konca vegetačného obdobia bakterioidné tkanivo trvácnych uzlín degraduje, ale celý uzlík neodumrie. O rok začne opäť fungovať.

Faktory určujúce symbiotický vzťah nodulových baktérií so strukovinami. Pre symbiózu, ktorá zabezpečuje dobrý vývoj rastlín, je potrebný určitý súbor podmienok prostredia. Ak sú podmienky prostredia nepriaznivé, potom aj napriek vysokej virulencii, konkurenčnej schopnosti a aktivite mikrosymbionta bude účinnosť symbiózy nízka.

Pre rozvoj uzlíkov je optimálna vlhkosť 60 - 70% z celkovej vlahovej kapacity pôdy. Minimálna vlhkosť pôdy, pri ktorej je ešte možný vývoj nodulových baktérií v pôde, je približne rovná 16 % celkovej vlahovej kapacity. Keď je vlhkosť pod touto hranicou, uzlové baktérie sa už väčšinou nemnožia, no napriek tomu neumierajú a môžu dlho zostať v nečinnom stave. Nedostatok vlhkosti vedie aj k odumieraniu už vytvorených uzlín.

V oblastiach s nedostatočnou vlhkosťou sa veľa strukovín vyvíja bez tvorby uzlín.

Keďže pri nedostatku vlahy nedochádza k rozmnožovaniu uzlíkovitých baktérií, v prípade suchej jari treba naočkované (umelo infikované) semená aplikovať hlbšie do pôdy. Napríklad v Austrálii sú semená pokryté baktériami uzlín zakopané hlboko do pôdy. Je zaujímavé, že nodulové baktérie v pôdach suchého podnebia sú odolnejšie voči suchu ako baktérie v pôdach s vlhkým podnebím. To svedčí o ich ekologickej prispôsobivosti.

Pre symbiózu je nepriaznivá aj prebytočná vlaha, ale aj jej nedostatok – v dôsledku zníženia stupňa prevzdušnenia v koreňovej zóne sa zhoršuje zásobovanie koreňového systému rastliny kyslíkom. Nedostatočné prevzdušňovanie negatívne ovplyvňuje aj uzlové baktérie žijúce v pôde, ktoré sa, ako viete, lepšie množia, keď je k dispozícii kyslík. Napriek tomu vysoké prevzdušnenie v koreňovej zóne vedie k tomu, že molekulárne reduktory dusíka začnú viazať kyslík, čím sa zníži stupeň fixácie dusíka v uzlíkoch.

Teplotný faktor zohráva dôležitú úlohu vo vzťahu medzi baktériami uzlín a strukovinami. Teplotné charakteristiky rôznych druhov strukovín sú rôzne. Tiež rôzne kmene nodulových baktérií majú svoje vlastné špecifické teplotné optimum pre vývoj a aktívnu fixáciu dusíka. Treba si uvedomiť, že optimálne teploty pre vývoj bôbovitých rastlín, tvorbu uzlíkov a fixáciu dusíka sa nezhodujú. Takže v prirodzených podmienkach je možné pozorovať tvorbu uzlín pri teplotách mierne nad 0 ° C, fixácia dusíka za takýchto podmienok prakticky nenastáva. Azda len arktické symbiotické strukoviny fixujú dusík pri veľmi nízkych teplotách. Zvyčajne sa tento proces vyskytuje iba pri teplote 10 °C a vyššej. Maximálna fixácia dusíka u mnohých strukovín sa pozoruje pri 20 - 25 °C. Teploty nad 30 °C nepriaznivo ovplyvňujú proces akumulácie dusíka.

Ekologická adaptácia na teplotný faktor u nodulových baktérií je oveľa menšia ako u mnohých typických saprofytických foriem. Podľa E. N. Mishustin (1970) je to spôsobené tým, že prirodzeným biotopom nodulových baktérií sú rastlinné pletivá, kde teplotné podmienky reguluje hostiteľská rastlina.

Pôdna reakcia má veľký vplyv na životnú aktivitu nodulových baktérií a tvorbu uzlíkov. Pre rôzne druhy a dokonca aj kmene baktérií uzlíkov je hodnota pH biotopu trochu odlišná. Napríklad baktérie ďatelinových nodulov sú odolnejšie voči nízkym hodnotám pH ako baktérie uzlíkov lucerny. Je zrejmé, že tu ovplyvňuje aj adaptácia mikroorganizmov na prostredie. Ďatelina rastie v kyslejších pôdach ako lucerna. Pôdna reakcia ako ekologický faktor ovplyvňuje aktivitu a virulenciu nodulových baktérií. Najaktívnejšie kmene majú tendenciu sa ľahšie izolovať z pôd s neutrálnymi hodnotami pH. V kyslých pôdach sa častejšie vyskytujú neaktívne a slabo virulentné kmene. Kyslé prostredie (pH 4,0 - 4,5) má priamy vplyv na rastliny, najmä narúša syntetické procesy metabolizmu rastlín a normálny vývoj koreňových vláskov. V kyslom prostredí v inokulovaných rastlinách sa obdobie fungovania bakterioidného tkaniva výrazne skracuje, čo vedie k zníženiu stupňa fixácie dusíka.

V kyslých pôdach, ako poznamenal A. V. Peterburgsky, prechádzajú do pôdneho roztoku soli hliníka a mangánu, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú vývoj koreňového systému rastlín a proces asimilácie dusíka a obsah asimilovateľných foriem fosforu, vápnika, molybdénu. a znižuje sa aj oxid uhličitý. Nepriaznivú pôdnu reakciu najlepšie odstránime vápnením.

Veľkosť symbiotickej fixácie dusíka je do značnej miery určená nutričnými podmienkami hostiteľskej rastliny, a nie uzlíkovými baktériami. Nodulové baktérie ako endotrofní symbionti rastlín závisia hlavne od rastliny, pokiaľ ide o získavanie látok obsahujúcich uhlík a minerálnych živín.

Pre uzlové baktérie je hostiteľské tkanivo takým živným médiom, ktoré dokáže uspokojiť aj ten najnáročnejší kmeň vďaka obsahu všetkých druhov živín v tkanive. Napriek tomu po zavedení nodulových baktérií do tkaniva hostiteľskej rastliny je ich vývoj determinovaný nielen vnútornými procesmi, ale do značnej miery závisí aj od pôsobenia vonkajších faktorov, ktoré ovplyvňujú celý priebeh infekčného procesu. Obsah alebo absencia tej či onej živiny v prostredí môže byť určujúcim momentom pre prejav symbiotickej fixácie dusíka.

Stupeň zásobenia strukovín dostupnými formami minerálnych zlúčenín dusíka určuje účinnosť symbiózy. Na základe mnohých laboratórnych a vegetatívnych experimentov je známe, že čím viac zlúčenín obsahujúcich dusík je v prostredí, tým ťažšie je pre baktérie preniknúť do koreňa.

Poľnohospodárska prax si vyžaduje jednoznačné riešenie problému - je účelnejšie strukoviny hnojiť dusíkom, alebo majú pravdu tí výskumníci, ktorí tvrdia, že minerálny dusík potláča symbiotickú fixáciu dusíka v strukovinách a preto je ekonomicky výhodnejšie takéto rastliny nehnojiť dusíka. Na Katedre agronomickej a biologickej chémie Moskovskej poľnohospodárskej akadémie. K. A. Timiryazev robil pokusy, ktorých výsledky umožnili získať obraz o správaní symbiontov v podmienkach vegetácie a poľných pokusov, keď boli rastliny zásobované rôznymi dávkami dusíka v prostredí. Zistilo sa, že zvýšenie obsahu rozpustných zlúčenín obsahujúcich dusík v prostredí v poľných podmienkach za optimálnych podmienok rastu rastlín nebráni ich symbióze s nodulárnymi baktériami. Pokles podielu atmosférického dusíka asimilovaného rastlinami so zvýšeným prísunom minerálneho dusíka má len relatívny charakter. Absolútne množstvo dusíka asimilovaného baktériami z atmosféry sa prakticky neznižuje a dokonca často zvyšuje v porovnaní s rastlinami pestovanými v prítomnosti nodulových baktérií, ale bez zavádzania dusíka do pôdy.

Veľký význam pri aktivácii absorpcie dusíka strukovinami má výživa fosforom. Pri nízkom obsahu fosforu v médiu baktérie prenikajú do koreňa, ale netvoria sa uzliny. Strukoviny majú niektoré zvláštnosti pri výmene zlúčenín obsahujúcich fosfor. Semená strukovín majú vysoký obsah fosforu. Rezervný fosfor pri klíčení semien sa nevyužíva tak ako pri iných plodinách – pomerne rovnomerne na tvorbu všetkých orgánov, ale vo väčšej miere sa koncentruje v koreňoch. Strukoviny preto v počiatočných štádiách vývoja na rozdiel od obilnín uspokojujú svoju potrebu fosforu vo väčšej miere na úkor kotyledónov, a nie zásob pôdy. Čím väčšie sú semená, tým menej strukovín závisí od pôdneho fosforu. V symbiotickom režime existencie je však potreba fosforu v strukovinách vyššia ako v autotrofnom režime. Preto sa pri nedostatku fosforu v médiu očkovaných rastlín zhoršuje zásobovanie rastlín dusíkom.

Je známe, že strukoviny nesú so svojimi plodinami podstatne viac draslíka ako iné poľnohospodárske plodiny. Preto potaš a najmä fosforečnano-draselné hnojivá výrazne zvyšujú produktivitu fixácie dusíka strukovinami.

Pozitívny vplyv draslíka na tvorbu uzlín a intenzitu fixácie dusíka je do značnej miery spojený s fyziologickou úlohou draslíka v metabolizme sacharidov rastliny.

Vápnik je potrebný nielen na odstránenie nadmernej kyslosti pôdy. Hrá špecifickú úlohu pri vývoji nodulových baktérií a pri zabezpečovaní normálnej symbiózy baktérií s hostiteľskou rastlinou. Požiadavka nodulových baktérií na vápnik môže byť čiastočne kompenzovaná stronciom. Je zaujímavé, že nodulové baktérie tropických plodín rastúce na kyslých lateritických pôdach nevyžadujú vápnik. To opäť ukazuje ekologickú adaptáciu nodulových baktérií, pretože tropické pôdy obsahujú veľmi malé množstvá vápnika.

Symbiotická fixácia dusíka vyžaduje aj horčík, síru a železo. Pri nedostatku horčíka je inhibovaná reprodukcia nodulových baktérií, znižuje sa ich životná aktivita a je potlačená symbiotická fixácia dusíka. Síra a železo majú tiež priaznivý vplyv na tvorbu uzlín a proces fixácie dusíka, najmä zohrávajú nepochybnú úlohu pri syntéze leghemoglobínu.

Zo stopových prvkov si všímame najmä úlohu molybdénu a bóru. Pri nedostatku molybdénu sa uzliny tvoria zle, syntéza voľných aminokyselín je v nich narušená a syntéza leghemoglobínu je potlačená. Molybdén spolu s ďalšími prvkami s premenlivou mocnosťou (Fe, Co, Cu) slúži ako medzičlánok pri prenose elektrónov pri redoxných enzymatických reakciách. Pri nedostatku bóru sa v uzlinách nevytvárajú cievne zväzky a v dôsledku toho je narušený vývoj bakterioidného tkaniva.

Na tvorbu uzlín v strukovinách má veľký vplyv metabolizmus uhľohydrátov rastlín, ktorý je determinovaný množstvom faktorov: fotosyntéza, prítomnosť oxidu uhličitého v prostredí a fyziologické vlastnosti rastlín. Zlepšenie výživy sacharidov má pozitívny vplyv na proces očkovania a akumuláciu dusíka. Z praktického hľadiska je veľmi zaujímavé využitie slamy a slameného čerstvého hnoja na hnojenie strukovín ako zdroja sacharidov. Ale v prvom roku po zavedení slamy do pôdy sa pri jej rozklade hromadia toxické látky. Treba poznamenať, že nie všetky druhy strukovín sú citlivé na toxické produkty rozkladu slamy; napríklad hrach na ne nereaguje.

V symbióze uzlíkovitých baktérií a strukovín zohrávajú určitú úlohu biologické faktory.

Veľká pozornosť sa venuje vplyvu mikroflóry rizosféry na baktérie koreňových uzlín, ktorý môže byť stimulačný aj antagonistický v závislosti od zloženia mikroorganizmov v rizosfére.

Mnohé práce sa venujú štúdiu fágov nodulových baktérií. Väčšina fágov je schopná lýzovať rôzne typy baktérií, niektoré sa špecializujú len na určité druhy alebo dokonca kmene nodulových baktérií. Fágy môžu zabrániť zavedeniu baktérií do koreňa, spôsobiť lýzu buniek v tkanive uzliny. Fágy spôsobujú veľké škody lýzou preparátov nodulových baktérií v rastlinách, ktoré produkujú nitragín.

Spomedzi rôznych druhov hmyzu, ktoré spôsobujú škody na baktériách uzlíkov, vyniká uzlík pruhovaný, ktorého larvy ničia uzlíky na koreňoch mnohých druhov bôbovitých rastlín (hlavne letničiek). Rozšírený je aj uzlík štetinový.

Na začiatku jari samice nosatca nodulového znášajú 10 až 100 vajíčok. Po 10 - 15 dňoch sa z vajíčok vyvinú malé (do 5,5 mm), červovité, ohnuté, biele larvy so svetlohnedou hlavou, ktoré sa živia najmä uzlinami a koreňovými vláskami. Čerstvo vyliahnuté larvy prenikajú do uzlíka a živia sa jeho obsahom. Staršie larvy zničia uzliny zvonku. Jedna larva za 30 - 40 dní zničí 2 - 6 uzlín. Obzvlášť veľké škody spôsobujú v suchom a horúcom počasí, keď sa vývoj rastlín spomaľuje.

Nodulky lucerny a niektorých ďalších druhov bôbovitých rastlín poškodzuje aj lucerna veľká.

Samičky chrobákov kladú až 400 vajíčok, z ktorých sa vyvinú beznohé, oblúkovité, žltobiele, s hnedou hlavou, larvy pokryté hnedými štetinami. Ich dĺžka je 10 - 14 mm. Vývojový cyklus lucerny veľkej trvá dva roky.

V stepných oblastiach sa na koreňoch lucerny, ďateliny a sóje našiel háďatko stepné. Pred nakladením vajíčok samice prenikajú do koreňa, kde kladú 12 až 20 vajíčok. V koreňoch larvy prechádzajú tromi larválnymi štádiami vývoja, pričom narúšajú funkcie koreňa a uzlíkov.

Distribúcia baktérií uzlín v prírode. Ako symbiotické organizmy sa nodulové baktérie šíria v pôde a sprevádzajú určité druhy strukovín. Po zničení uzlíkov bunky nodulových baktérií vstupujú do pôdy a začínajú existovať na úkor rôznych organických látok, ako sú iné pôdne mikroorganizmy. Takmer všadeprítomné rozšírenie nodulových baktérií je dôkazom ich vysokého stupňa adaptability na rôzne pôdne a klimatické podmienky, schopnosti viesť symbiotický a saprofytický spôsob života.

Schematizáciou v súčasnosti dostupných údajov o distribúcii nodulových baktérií v prírode môžeme urobiť nasledujúce zovšeobecnenia.

V panenských a kultivovaných pôdach sa zvyčajne vo veľkom množstve vyskytujú uzlové baktérie tých druhov bôbovitých rastlín, ktoré sa nachádzajú vo voľnej prírode alebo sa v danej oblasti dlhodobo pestujú. Počet nodulových baktérií je vždy najvyšší v rizosfére strukovín, o niečo menší v rizosfére iných druhov a len málo v pôde mimo koreňov.

V pôdach sa nachádzajú účinné aj neúčinné uzlové baktérie. Existuje množstvo dôkazov, že dlhodobá saprofytická existencia nodulových baktérií, najmä v pôdach s nepriaznivými vlastnosťami (kyslé, zasolené), vedie k zníženiu až strate bakteriálnej aktivity.

Krížová infekcia rôznych druhov strukovín často vedie v prírode a poľnohospodárskej praxi k objaveniu sa uzlín na koreňoch, ktoré aktívne nefixujú molekulárny dusík. To spravidla závisí od neprítomnosti zodpovedajúcich typov baktérií uzlín v pôde.

Tento jav je obzvlášť často pozorovaný pri použití nových druhov bôbovitých rastlín, ktoré sú buď infikované neúčinnými druhmi baktérií skrížených skupín, alebo sa vyvíjajú bez uzlín.

Uzliny v rastlinách, ktoré nie sú strukovinami.koreňové uzliny alebo útvary pripomínajúce uzliny sú rozšírené na koreňoch nielen bôbovitých rastlín. Nachádzajú sa v nahosemenných a krytosemenných.

Existuje až 200 druhov rôznych rastlín, ktoré viažu dusík v symbióze s mikroorganizmami, ktoré na ich koreňoch (alebo listoch) vytvárajú uzlíky.

Uzlíky nahosemenných (rady Cycadales - cykasy, Ginkgoales - ginko, Coniferales - ihličnany) majú rozvetvený koralový, guľovitý alebo guľôčkovitý tvar. Sú to zhrubnuté, modifikované bočné korene. Povaha patogénu spôsobujúceho ich tvorbu zatiaľ nebola objasnená. Endofyty nahosemenných rastlín sú klasifikované ako huby (fykomycéty), aktinomycéty, baktérie a riasy. Niektorí vedci naznačujú existenciu viacnásobnej symbiózy. Napríklad sa verí, že Azotobacter, nodulové baktérie a riasy sa podieľajú na symbióze u cykasov. Taktiež nie je vyriešená otázka funkcie uzlín u gymnospermov. Množstvo vedcov sa snaží v prvom rade dokázať úlohu uzlín ako fixátorov dusíka. Niektorí vedci považujú podokarpové uzliny za rezervoáry vody a cykasovým uzlíkom sa často pripisujú funkcie vzdušných koreňov.

U mnohých predstaviteľov krytosemenných rastlín, dvojklíčnolistových rastlín, boli pred viac ako 100 rokmi objavené uzliny na koreňoch.

Najprv sa zastavme pri charakteristike nodulov stromov, kríkov a podkrovín (čeľade Coriariaceae, Myricaceae, Betulaceae, Casuarinaceae, Elaeagnaceae, Rhamnaceae) zaradených do tejto skupiny. Uzlíky väčšiny predstaviteľov tejto skupiny sú koralové zhluky ružovo-červenej farby, ktoré vekom získavajú hnedú farbu. Existujú dôkazy o prítomnosti hemoglobínu v nich. U druhov rodu Elaeagnus (loch) sú uzliny biele.

Často sú uzliny veľké. V kasuarine (Casuarina) dosahujú dĺžku 15 cm.Fungujú niekoľko rokov.

Rastliny s uzlinami sú bežné v rôznych klimatických zónach alebo obmedzené na určitú oblasť. Takže Shepherdia a Ceanothus sa nachádzajú iba v Severnej Amerike, Casuarina - hlavne v Austrálii. Oveľa rozšírenejšie sú lokhovy a rakytník.

Mnohé rastliny z posudzovanej skupiny rastú na pôdach chudobných na živiny - piesok, duny, skaly, močiare.

Najpodrobnejšie sú študované uzliny jelše (Alnus), najmä A. glutinosa, objavené v 70. rokoch minulého storočia M. S. Voroninom (obr. 167). Existuje predpoklad, že uzliny sú charakteristické nielen pre moderné, ale aj pre vyhynuté druhy jelše, pretože sa našli na koreňoch fosílnej jelše v treťohorných ložiskách údolia rieky Aldana - v Jakutsku.

Endofyt v uzlinách je polymorfný. Zvyčajne sa vyskytuje ako hýfy, vezikuly a bakteroidy (obr. 168). Taxonomická pozícia endofytu ešte nebola stanovená, pretože početné pokusy o jeho izoláciu do čistej kultúry sa ukázali ako neúspešné, a ak bolo možné izolovať kultúry, ukázali sa ako nevirulentné.

Hlavný význam celej tejto skupiny rastlín zrejme spočíva v schopnosti fixovať molekulárny dusík v symbióze s endofytom. Pestovanie v oblastiach, kde pestovanie poľnohospodárskych rastlín nie je ekonomicky racionálne, zohrávajú úlohu priekopníkov v rozvoji krajiny. Ročný nárast dusíka v pôde dún Írska (Kapverdy) pod výsadbou Casuarina equisetifolia tak dosahuje 140 kg/ha. Obsah dusíka v pôde pod jelšou je o 30-50% vyšší ako pod brezou, borovicou a vŕbou. V sušených listoch jelše je dusíka dvakrát viac ako v listoch iných drevín. Podľa výpočtov A. Virtanena (1962) jelšový lesík (v priemere 5 rastlín na 1 m 2) dáva za 7 rokov prírastok dusíka o 700 kg/ha.

Oveľa menej časté sú uzliny u predstaviteľov čeľade Zygophyllaceae (parnofilné). Prvýkrát ich objavil B. L. Isachenko (1913) na koreňovom systéme Tribulus terrestris. Neskôr boli uzliny nájdené aj u iných druhov Tribulus.

Väčšina členov čeľade Zygophyllaceae sú xerofytické kry alebo trváce byliny. Sú bežné v púštiach tropických a subtropických oblastí a rastú na piesočných dunách, pustatinách a močiaroch mierneho pásma.

Je zaujímavé poznamenať, že tropické rastliny, ako je jasne červený parophyllum, tvoria uzliny iba pri vysokých teplotách a nízkej vlhkosti pôdy. Vlhkosť pôdy do 80 % celkovej vlahovej kapacity zabraňuje tvorbe uzlíkov. Ako je známe, opačný jav sa pozoruje u strukovín mierneho podnebia. Pri nedostatočnej vlhkosti netvoria uzliny.

Uzlíky v rastlinách čeľade Parnolistaceae sa líšia veľkosťou a umiestnením na koreňovom systéme. Veľké uzliny sa zvyčajne vyvíjajú na hlavnom koreni a blízko povrchu pôdy. Menšie sa nachádzajú na bočných koreňoch a vo väčších hĺbkach. Niekedy sa na stonkách tvoria uzliny, ak ležia na povrchu pôdy.

Uzlíky suchozemského tribulusu na pieskoch pozdĺž južnej chyby vyzerajú ako malé biele, mierne špicaté alebo okrúhle bradavice. Zvyčajne sú pokryté plexom hubových hýf prenikajúcich do koreňovej kôry.

V jasnočervenom parnolistníku sú uzliny koncovými zhrubnutiami bočných koreňov rastlín. Bakteroidy sa nachádzajú v uzlinách; baktérie sú veľmi podobné koreňovým uzlíkom.

Uzlíky tropických rastlín Tribulus cistoides sú tvrdé, zaoblené, s priemerom asi 1 mm, spojené s koreňmi širokou základňou, často na starých koreňoch zvinuté. Častejšie umiestnené na koreňoch, striedavo, na jednej alebo oboch stranách (obr. 169). Noduly sú charakterizované absenciou meristémovej zóny. Podobný jav je zaznamenaný pri tvorbe uzlín v ihličnatých rastlinách. Uzol teda vzniká v dôsledku bunkového delenia pericyklu stély.

Histologická štúdia uzlín Tribulus cistoides v rôznych štádiách vývoja ukázala, že im chýbajú mikroorganizmy. Na základe toho, ako aj akumulácie veľkého množstva škrobu v uzlinách, sa považujú za formácie, ktoré vykonávajú funkciu zásobovania rastlín zásobnými živinami.

Uzlíky trstiny lesnej sú guľovité alebo trochu pretiahnuté útvary s priemerom do 4 mm, tesne usadené na koreňoch rastlín (obr. 170). Farba mladých uzlín je najčastejšie biela, ojedinele ružovkastá, starožltá a hnedá. Uzlík je spojený s centrálnym valcom koreňa širokým cievnym zväzkom. Rovnako ako u Tribulus cistoides, trstinové uzliny majú kôru, kôrový parenchým, endoderm, pericyklický parenchým a cievny zväzok (obr. 171).

Baktérie v uzlíkoch trstiny drevitej veľmi pripomínajú baktérie koreňových uzlín bôbovitých rastlín.

Uzliny sa nachádzajú na koreňoch kapusty a reďkovky - zástupcovia krížovej rodiny. Predpokladá sa, že ich tvoria baktérie, ktoré majú schopnosť viazať molekulárny dusík.

Medzi rastlinami z čeľade madderovcov sa uzliny nachádzajú v káve Coffea robusta a Coffea klainii. Rozvetvujú sa dichotomicky, niekedy sú sploštené a vyzerajú ako vejár. V tkanivách uzla sa nachádzajú baktérie a bakterioidné bunky. Baktérie podľa Stewarta (1932) patria k Rhizobium, ale pomenoval ich Bacillus coffeicola.

Na dryáde (jarabice obyčajnej) boli nájdené uzliny v rastlinách čeľade ruží. Dvaja ďalší členovia tejto čeľade, Purshia tridentata a Cercocarpus betuloides, opísali typické koralové uzliny. V literatúre však neexistujú žiadne údaje o štruktúre týchto uzlín a povahe ich patogénu.

Z čeľade vresovcov možno spomenúť iba jednu rastlinu - medvedicu (alebo medvedicu), ktorá má na koreňovom systéme uzlíky. Mnohí autori sa domnievajú, že ide o ektotrofnú mykorízu podobnú koralom.

V krytosemenných jednoklíčnolistových rastlinách sú uzliny bežné medzi zástupcami čeľade obilnín: lišajník lúčny, lipnica lúčna, chlpatý sibírsky a slaný. Na koncoch koreňov sa tvoria uzliny; sú podlhovasté, zaoblené, vretenovité. V líščom chvoste sú mladé uzliny svetlé, priehľadné alebo priesvitné, vekom sa stávajú hnedými alebo čiernymi. Údaje o prítomnosti baktérií v bunkách uzlín sú protichodné.

Listové uzliny. Je známych viac ako 400 druhov rôznych rastlín, ktoré tvoria uzliny na listoch. Najviac boli študované uzliny Pavetty a Psychotria. Sú umiestnené na spodnom povrchu listov pozdĺž hlavnej žily alebo rozptýlené medzi laterálnymi žilami, majú intenzívnu zelenú farbu. Chloroplasty a tanín sú sústredené v uzlinách. So starnutím sa na uzlinách často objavujú praskliny.

Vytvorený uzlík je naplnený baktériami, ktoré infikujú listy rastliny, zrejme v čase klíčenia semien. Pri pestovaní sterilných semien sa uzliny neobjavujú a rastliny vyvíjajú chlorotické. Ukázalo sa, že baktérie izolované z listových uzlín Psychotria bacteriophyla patria do rodu Klebsiella (K. rubiacearum). Baktérie fixujú dusík nielen v symbióze, ale aj v čistej kultúre – až 25 mg dusíka na 1 g použitého cukru. Treba predpokladať, že zohrávajú dôležitú úlohu vo výžive rastlín dusíkom na neúrodných pôdach. Existuje dôvod domnievať sa, že dodávajú rastlinám nielen dusík, ale aj biologicky aktívne látky.

Niekedy sú na povrchu listov viditeľné lesklé filmy alebo viacfarebné škvrny. Vznikajú - mikroorganizmy fylosféry - špeciálny druh epifytických mikroorganizmov, ktoré sa podieľajú aj na dusíkatej výžive rastlín. Baktérie fylosféry sú prevažne oligonitrofily (žijú na zanedbateľných nečistotách zlúčenín obsahujúcich dusík v médiu a spravidla fixujú malé množstvá molekulárneho dusíka), ktoré sú v tesnom kontakte s rastlinou.

Paleontologické dôkazy naznačujú, že niektoré rastliny patriace do skupiny Eucaesalpinioideae boli najstaršími strukovinami, ktoré mali uzliny.

U moderných druhov strukovín sa našli uzliny na koreňoch mnohých zástupcov čeľade Papilionaceae.

Fylogeneticky primitívnejší predstavitelia takých čeľadí ako Caesalpiniaceae, Mimosaceae, vo väčšine prípadov netvoria uzliny.

Z 13 000 druhov (550 rodov) bôbovitých rastlín bola doteraz zistená prítomnosť uzlín len u približne 1300 druhov (243 rodov). Patria sem predovšetkým rastlinné druhy využívané v poľnohospodárstve (viac ako 200).

Po vytvorení uzlín získavajú strukoviny schopnosť absorbovať atmosférický dusík. Sú však schopné živiť sa viazanými formami dusíka – amónnymi soľami a kyselinou dusičnou. Iba jedna rastlina, Hedysarum coronarium, asimiluje iba molekulárny dusík. Preto sa bez uzlín v prírode táto rastlina nevyskytuje.

Baktérie uzlíkov zásobujú strukovinu dusíkom, ktorý je fixovaný zo vzduchu. Rastliny zasa dodávajú baktériám produkty metabolizmu sacharidov a minerálne soli, ktoré potrebujú pre rast a vývoj.

V roku 1866 videl slávny botanik a pôdoznalec M.S. Voronin najmenšie „telieska“ v uzlinách na koreňoch strukovín. Voronin na tú dobu predložil odvážne predpoklady: spojil tvorbu uzlín s aktivitou baktérií a zvýšené delenie buniek koreňového tkaniva s reakciou rastliny na baktérie, ktoré prenikli do koreňa.

O 20 rokov neskôr holandský vedec Beijerin izoloval baktérie z uzlíkov hrachu, viky, chiny, fazule, seradely a lízanky a študoval ich vlastnosti, overil schopnosť infikovať rastliny a spôsobiť tvorbu uzlíkov. Tieto mikroorganizmy nazval Bacillus radicicola. Keďže baktérie tvoriace spóry patria do rodu Bacillus a nodulovým baktériám táto schopnosť chýba, A. Prazhmovský ich premenoval na Bacterium radicicola. B. Frank navrhol úspešnejší generický názov pre nodulové baktérie – Rhizobium (z gréckeho rhizo – koreň, bio – život; život na koreňoch). Tento názov sa udomácnil a stále sa používa v literatúre.

Na označenie druhu nodulových baktérií je zvykom pridať ku druhovému názvu Rhizobium výraz zodpovedajúci latinskému názvu rastlinného druhu, z ktorého uzlíkov sú izolované a na ktorých môžu tvoriť uzlíky. Napríklad Rhizobium trifolii - baktérie ďatelinových uzlín, Rhizobium lupini - baktérie lupinových uzlín atď. V prípadoch, keď baktérie uzlín sú schopné vytvárať uzliny na koreňoch rôznych druhov strukovín, t. j. spôsobiť takzvanú krížovú infekciu, druhové meno je akoby kolektívne – odráža práve túto schopnosť „krížovej infekcie“. Napríklad Rhizobium leguminosarum - uzlové baktérie hrachu (Pisum), šošovice (Lens), radov (Lathyrus).

Morfológia a fyziológia nodulových baktérií. Baktérie uzlín sa vyznačujú úžasnou rozmanitosťou foriem - polymorfizmom. Upozorňovali na to mnohí výskumníci pri štúdiu nodulových baktérií v čistej kultúre v laboratórnych podmienkach a pôde. Baktérie uzlín môžu byť tyčinkovité a oválne. Medzi týmito baktériami sú aj filtrovateľné formy, L-formy, kokoidné nepohyblivé a mobilné organizmy.

Mladé nodulové baktérie v čistej kultúre na živných pôdach majú zvyčajne tyčinkovitý tvar (obr. 143, 2, 3), veľkosť tyčinky je približne 0,5-0,9 X 1,2-3,0 mikrónov, pohyblivé, množia sa delením. V tyčinkovitých bunkách nodulových baktérií ďateliny sa pozoruje delenie ligáciou. S vekom sa bunky v tvare tyčinky môžu presunúť do pučania. Bunky sa podľa Grama farbia negatívne, ich ultrajemná štruktúra je typická pre gramnegatívne baktérie (obr. 143, 4).

Starnutím uzlové baktérie strácajú svoju pohyblivosť a prechádzajú do stavu takzvaných opásaných tyčiniek. Toto meno dostali vďaka striedaniu hustých a voľných častí protoplazmy v bunkách. Pruhovanie buniek je dobre detegované pri pohľade pod svetelným mikroskopom po ošetrení buniek anilínovými farbivami. Husté časti protoplazmy (pás) sú zafarbené horšie ako priestory medzi nimi. V luminiscenčnom mikroskope sú pásy svetlozelené, priestory medzi nimi nežiaria a vyzerajú tmavo (obr. 143, 1). Pásy môžu byť umiestnené v strede klietky alebo na koncoch. Zonácia buniek je viditeľná aj na elektrónových difrakčných obrazcoch, ak prípravok nie je pred prezeraním ošetrený kontrastnými látkami (obr. 143, 3). Pravdepodobne s vekom je bakteriálna bunka naplnená tukovými inklúziami, ktoré nevnímajú farbu a v dôsledku toho spôsobujú pruhovanie bunky. Štádium „opásaných tyčiniek“ predchádza štádium tvorby bakteroidov – buniek nepravidelného tvaru: zhrubnuté, rozvetvené, guľovité, hruškovité a bankovité (obr. 144). Termín "bakteroidy" zaviedol do literatúry J. Brunhorst v roku 1885 a použil ho na útvary neobvyklého tvaru, oveľa väčšie ako tyčinkovité bakteriálne bunky, ktoré sa nachádzajú v tkanivách uzlín.

,

Bakteroidy obsahujú viac volutínových granúl a vyznačujú sa vyšším obsahom glykogénu a tuku ako tyčinkovité bunky. Bakteroidy pestované v umelých živných médiách a tvorené v tkanivách uzlín sú fyziologicky rovnakého typu. Predpokladá sa, že bakteroidy sú formy baktérií s neúplným procesom delenia. Pri neúplnom bunkovom delení nodulových baktérií vznikajú dichotomicky rozvetvené formy bakteroidov. Počet bakteroidov sa zvyšuje so starnutím kultúry; ich vzhľad je uľahčený vyčerpaním živného média, akumuláciou metabolických produktov a zavedením alkaloidov do média.

V starých (dvojmesačných) kultúrach nodulových baktérií je pomocou elektrónového mikroskopu možné v mnohých bunkách identifikovať jasne ohraničené guľovité útvary (obr. 145) – artrospóry. Ich počet v bunkách sa pohybuje od 1 do 5.

Nodulové baktérie rôznych druhov strukovín rastú na živných pôdach rôznou rýchlosťou. Rýchlo rastúce baktérie zahŕňajú rizóbiu hrachu, ďateliny, lucerny, kŕmnych bôbov, viky, šošovice, chiny, sladkej ďateliny, senovky gréckej, fazule, cíceru a vtáčej nohy; k pomaly rastúcim - nodulovým baktériám vlčieho bôbu, sóje, arašidov, seradely, fazule mungo, cowpea, vičice, kustovnice. Plne vytvorené kolónie rýchlorastúcich kultúr je možné získať na 3. - 4. deň inkubácie, kolónie pomaly rastúcich kultúr - 7. - 8. deň.

Rýchlo rastúce nodulové baktérie sú charakterizované peritrichóznym usporiadaním bičíkov, zatiaľ čo pomaly rastúce baktérie sú monotrichiálne (tabuľka 42, 1-5).

Okrem bičíkov sa v bunkách nodulových baktérií pri pestovaní na tekutom médiu vytvárajú vláknité a guľôčkovité výrastky (tabuľky 42, 43). Ich dĺžka dosahuje 8-10 mikrónov. Zvyčajne sa nachádzajú na povrchu bunky peritrichiálne, obsahujú ich od 4 do 10 alebo viac na bunku.

,

Kolónie rýchlo rastúcich nodulových baktérií majú farbu pečeného mlieka, často sú priesvitné, slizké, s hladkými okrajmi, stredne vypuklé a nakoniec rastú na povrchu agarového média. Kolónie pomaly rastúcich baktérií sú konvexnejšie, menšie, suché, husté a spravidla nerastú na povrchu média. Hlien produkovaný baktériami uzlín je komplexná zlúčenina polysacharidového typu, ktorá zahŕňa hexózy, pentózy a urónové kyseliny.

Nodulové baktérie sú mikroaerofily (vyvíjajú sa s malým množstvom kyslíka v prostredí), uprednostňujú však aeróbne podmienky.

Nodulové baktérie využívajú sacharidy a organické kyseliny ako zdroj uhlíka v živných médiách a rôzne minerálne a organické zlúčeniny obsahujúce dusík ako zdroj dusíka. Pri kultivácii na médiách s vysokým obsahom látok obsahujúcich dusík môžu uzlové baktérie stratiť schopnosť prenikať do rastliny a vytvárať uzliny. Preto sa uzlové baktérie zvyčajne pestujú na rastlinných extraktoch (fazuľový, hrachový vývar) alebo pôdnych extraktoch. Fosfor potrebný na vývoj je možné získať nodulovými baktériami z minerálnych a organických zlúčenín obsahujúcich fosfor; minerálne zlúčeniny môžu slúžiť ako zdroj vápnika, draslíka a iných minerálnych prvkov.

Na potlačenie cudzej saprofytickej mikroflóry pri izolácii nodulových baktérií z nodulov alebo priamo z pôdy sa odporúčajú živné pôdy s prídavkom kryštálovej violeti, tanínu alebo antibiotík.

Pre vývoj väčšiny kultúr nodulových baktérií je potrebná optimálna teplota v rozmedzí 24-26 °. Pri 0° a 37°C sa rast zastaví. Zvyčajne sa kultúry nodulových baktérií skladujú v laboratórnych podmienkach pri nízkych teplotách (2-4 °C).

Mnohé typy nodulových baktérií sú schopné syntetizovať vitamíny B, ako aj rastové látky, ako je heteroauxín (kyselina indoloctová).

Všetky nodulové baktérie sú približne rovnako odolné voči alkalickej reakcii média (pH = 8,0), ale nerovnako citlivé na kyslú.

Špecifickosť, virulencia, konkurencieschopnosť a aktivita nodulových baktérií.

koncepcia špecifickosť uzlové baktérie - kolektívne. Charakterizuje schopnosť baktérií vytvárať uzliny v rastlinách. Ak hovoríme o uzlíkových baktériách všeobecne, tak pre tie je tvorba uzlín len v skupine bôbovitých rastlín už sama o sebe špecifická – majú selektivitu na bôbovité rastliny.

Ak však vezmeme do úvahy jednotlivé kultúry nodulových baktérií, ukáže sa, že medzi nimi sú také, ktoré sú schopné infikovať len určitú, niekedy väčšiu, inokedy menšiu skupinu bôbovitých rastlín, a v tomto zmysle je špecifickosť nodulových baktérií je selektívna schopnosť vo vzťahu k hostiteľskej rastline. Špecifickosť uzlíkovitých baktérií môže byť úzka (baktérie ďatelinových uzlíkov infikujú len skupinu ďateliny – druhová špecifickosť a baktérie uzlíkov vlčieho bôbu možno dokonca charakterizovať odrodovou špecifickosťou – infikujú iba alkaloidné alebo bezalkaloidné odrody lupiny). So širokou špecifickosťou môžu baktérie hrachu infikovať rastliny hrachu, brady a fazule a baktérie hrachu a fazule môžu infikovať rastliny hrachu, t. j. všetky sa vyznačujú schopnosťou „krížovej infekcie“. Špecifickosť nodulových baktérií je základom ich klasifikácie.

Špecifickosť nodulových baktérií vznikla v dôsledku ich dlhodobého prispôsobovania sa jednej rastline alebo ich skupine a genetického prenosu tejto vlastnosti. V tomto ohľade existuje aj odlišná adaptabilita nodulových baktérií na rastliny v rámci skupiny krížovej infekcie. Baktérie lucernových uzlín tak môžu vytvárať uzliny v sladkej ďateline. Napriek tomu sú viac prispôsobené lucerne a baktérie sladkej ďateliny sú prispôsobené skôr sladkej ďateline.

V procese infekcie koreňového systému strukovín baktériami uzlín má veľký význam virulencia mikroorganizmy. Ak špecifickosť určuje spektrum účinku baktérií, potom virulencia nodulových baktérií charakterizuje aktivitu ich pôsobenia v rámci tohto spektra. Virulencia označuje schopnosť nodulových baktérií preniknúť do koreňového tkaniva, množiť sa tam a spôsobiť tvorbu uzlín.

Dôležitú úlohu zohráva nielen samotná schopnosť preniknúť ku koreňom rastliny, ale aj rýchlosť tohto prieniku.

Na stanovenie virulencie kmeňa nodulových baktérií je potrebné stanoviť jeho schopnosť spôsobiť tvorbu uzlín. Kritériom virulencie akéhokoľvek kmeňa môže byť minimálny počet baktérií, ktorý poskytuje silnejšiu infekciu koreňov v porovnaní s inými kmeňmi, ktorá vyvrcholí tvorbou uzlín.

V pôde, v prítomnosti iných kmeňov, virulentnejší kmeň nie vždy infikuje rastlinu ako prvý. V tomto prípade treba brať do úvahy konkurencieschopnosť, ktorý v prírodných podmienkach často maskuje vlastnosť virulencie.

Je potrebné, aby virulentné kmene mali aj konkurencieschopnosť, t.j. mohli úspešne konkurovať nielen zástupcom miestnej saprofytickej mikroflóry, ale aj iným kmeňom nodulových baktérií. Ukazovateľom konkurencieschopnosti kmeňa je počet ním vytvorených uzlín ako percento z celkového počtu uzlín na koreňoch rastlín.

Dôležitou vlastnosťou baktérií uzlín je ich činnosť(účinnosť), teda schopnosť asimilovať molekulárny dusík v symbióze so strukovinami a uspokojovať v ňom potreby hostiteľskej rastliny. Podľa toho, akou mierou sa uzlové baktérie podieľajú na zvýšení úrody strukovín (obr. 146), sa zvyčajne delia na aktívne (účinné), neaktívne (neúčinné) a neaktívne (neúčinné).

Kmeň baktérií neaktívny pre jednu hostiteľskú rastlinu v symbióze s iným druhom strukovín môže byť dosť účinný. Preto pri charakterizácii kmeňa z hľadiska jeho účinnosti by sa malo vždy uviesť, vo vzťahu ku ktorému druhu hostiteľskej rastliny sa jeho účinok prejavuje.

Aktivita nodulových baktérií nie je ich trvalou vlastnosťou. V laboratórnej praxi často dochádza k strate aktivity v kultúrach nodulových baktérií. V tomto prípade sa buď stratí aktivita celej kultúry, alebo sa objavia jednotlivé bunky s nízkou aktivitou. Zníženie aktivity baktérií uzlín nastáva v prítomnosti určitých antibiotík, aminokyselín. Jedným z dôvodov straty aktivity nodulových baktérií môže byť vplyv fágu. Pasážou, teda opakovaným prechodom baktérií cez hostiteľskú rastlinu (prispôsobenie sa konkrétnemu rastlinnému druhu), je možné získať účinné kmene z neúčinných.

Vystavenie lúčom y umožňuje získať kmene so zvýšenou účinnosťou. Sú známe prípady vzniku vysoko aktívnych rádiomutantov baktérií lucernových nodulov z neaktívneho kmeňa. Použitie ionizujúceho žiarenia, ktoré má s najväčšou pravdepodobnosťou priamy vplyv na zmenu genetických charakteristík bunky, môže byť sľubnou technikou pri selekcii vysoko aktívnych kmeňov nodulových baktérií.

Infekcia strukovín baktériami uzlín.

Na zabezpečenie normálneho procesu infekcie koreňového systému uzlíkovými baktériami je potrebné mať v koreňovej zóne pomerne veľký počet životaschopných bakteriálnych buniek. Názory výskumníkov na počet buniek potrebných na zabezpečenie procesu očkovania sú rôzne. Podľa amerického vedca O. Allena (1966) je teda na očkovanie malosemenných rastlín potrebných 500-1000 buniek a na očkovanie veľkosemenných rastlín najmenej 70 000 buniek na 1 semeno. Podľa austrálskeho výskumníka J. Vincenta (1966) by v momente očkovania malo každé semeno obsahovať aspoň niekoľko stoviek životaschopných a aktívnych buniek uzlíkov. Existujú dôkazy, že jednotlivé bunky môžu preniknúť aj do koreňového tkaniva.

Počas vývoja koreňového systému bôbovitých rastlín je množenie nodulových baktérií na povrchu koreňa stimulované koreňovými sekrétmi. Produkty deštrukcie koreňových čiapočiek a chĺpkov tiež zohrávajú dôležitú úlohu pri poskytovaní vhodného substrátu baktériám uzlín.

V rizosfére strukovín sa výrazne stimuluje vývoj nodulových baktérií, u obilnín sa tento jav nepozoruje.

Na povrchu koreňa je vrstva slizovej látky (matrix), ktorá sa tvorí bez ohľadu na prítomnosť baktérií v rizosfére. Táto vrstva je dobre viditeľná pri skúmaní vo svetelno-optickom mikroskope (obr. 147). Baktérie uzlíkov po inokulácii sa zvyčajne vrhnú do tejto vrstvy a hromadia sa v nej (obr. 148) v dôsledku stimulačného účinku koreňa, ktorý sa prejavuje aj na vzdialenosť až 30 mm.

,

Počas tohto obdobia, ktoré predchádza zavedeniu nodulových baktérií do koreňového tkaniva, sú baktérie v rizosfére extrémne mobilné. V raných štúdiách, v ktorých sa na výskum používal svetelný mikroskop, dostali uzlové baktérie nachádzajúce sa v zóne rizosféry názov schwermers (gonídie alebo zoospóry) – „rojenie“. Pomocou metódy Faereusa (1957) je možné pozorovať tvorbu extrémne rýchlo sa pohybujúcich kolónií schwermerov v oblasti koreňového hrotu a koreňových vláskov. Kolónie Schwermer existujú veľmi krátko – menej ako jeden deň.

O penetračnom mechanizme nodule baktérie v koreni rastliny existuje množstvo hypotéz. Najzaujímavejšie z nich sú nasledujúce. Autori jednej z hypotéz uvádzajú, že nodulové baktérie prenikajú do koreňa cez poškodenie epidermálneho a kortikálneho tkaniva (najmä v miestach odbočenia laterálnych koreňov). Táto hypotéza bola predložená na základe výskumu Brila (1888), ktorý spôsobil tvorbu uzlíkov v strukovinách prepichnutím koreňov ihlou, ktorá bola predtým ponorená do suspenzie uzlíkovitých baktérií. Ako zvláštny prípad je takáto implementačná cesta celkom reálna. Napríklad v arašidových uzlinách sú prevažne umiestnené v pazuchách koreňových vetiev, čo naznačuje prenikanie nodulových baktérií do koreňa cez medzery počas klíčenia bočných koreňov.

Zaujímavou a nie neopodstatnenou hypotézou je prenikanie nodulových baktérií do koreňového tkaniva cez koreňové vlásky. Prechod nodulových baktérií cez koreňové chĺpky uznáva väčšina výskumníkov.

Návrh P. Darta a F. Mercera (1965) je veľmi presvedčivý, že nodulové baktérie prenikajú do koreňa vo forme malých (0,1-0,4 µm) kokoidných buniek cez intervaly (0,3-0,4 µm) celulózovej fibrilárnej siete. primárny obal koreňových vláskov. Fotografie povrchu koreňa z elektrónového mikroskopu (obr. 149) získané replikačnou metódou a skutočnosť zmršťovania buniek nodulových baktérií v rizosfére strukovín túto pozíciu potvrdzujú.

Je možné, že baktérie uzlín môžu preniknúť do koreňa cez epidermálne bunky mladých koreňových špičiek. Podľa Prazhmovského (1889) baktérie môžu preniknúť do koreňa iba cez mladú bunkovú stenu (koreňových vláskov alebo epidermálnych buniek) a úplne nie sú schopné prekonať chemicky zmenenú alebo korkovitú vrstvu kôry. To môže vysvetliť, že uzliny sa zvyčajne vyvíjajú na mladých častiach hlavného koreňa a vznikajúcich bočných koreňov.

V poslednej dobe sa hypotéza auxínu teší veľkej obľube. Autori tejto hypotézy sa domnievajú, že nodulové baktérie prenikajú do koreňa v dôsledku stimulácie syntézy kyseliny β-indoloctovej (heteroauxínu) z tryptofánu, ktorá je vždy prítomná v sekrétoch koreňov rastlín (obr. 150).

Zdrojom kyseliny β-indolyloctovej v čase infekcie rastliny samozrejme nie sú len rastliny, ktoré vylučujú tryptofán cez koreňový systém, ktorý mnohé druhy baktérií, vrátane koreňových uzlín, dokážu premeniť na kyselinu β-indolyloctovú. Na syntéze heteroauxínu sa môžu podieľať aj samotné uzlové baktérie a prípadne aj iné typy pôdnych mikroorganizmov žijúcich v koreňovej zóne.

Hypotézu auxínu však nemožno bezpodmienečne prijať. Pôsobenie heteroauxínu je nešpecifické a spôsobuje zakrivenie koreňových vláskov u rôznych druhov rastlín, nielen strukovín. Nodulové baktérie zároveň spôsobujú zakrivenie koreňových vláskov iba u strukovín, pričom vykazujú pomerne významnú selektivitu. Ak by bol uvažovaný účinok určený len kyselinou β-indolyloctovou, potom by takáto špecifickosť neexistovala. Navyše povaha zmien koreňových chĺpkov pod vplyvom baktérií uzlín je trochu iná ako pod vplyvom heteroauxínu.

Treba tiež poznamenať, že v niektorých prípadoch sú nezakrivené koreňové vlásky vystavené infekcii. Pozorovania ukazujú, že v lucerne a hrachu je 60-70% koreňových chĺpkov skrútených a skrútených a v ďateline - asi 50%. U niektorých druhov ďateliny je táto reakcia zaznamenaná nie u viac ako 1/4 infikovaných vlasov. Pri reakcii zakrivenia má samozrejme veľký význam stav koreňového vlásku. Rastúce koreňové chĺpky sú najcitlivejšie na pôsobenie látok produkovaných baktériami.

Je známe, že uzlové baktérie spôsobujú zmäkčenie stien koreňových vláskov. Netvoria však ani celulázu, ani pektinolytické enzýmy. V tejto súvislosti sa predpokladalo, že nodulové baktérie prenikajú do koreňa v dôsledku sekrécie hlienu polysacharidovej povahy, ktorý spôsobuje syntézu enzýmu polygalakturonázy rastlinami. Tento enzým, ničiaci pektínové látky, ovplyvňuje škrupinu koreňových vláskov, čím je plastickejšia a priepustnejšia. V malých množstvách je polygalakturonáza vždy prítomná v koreňových vláskoch a zjavne spôsobuje čiastočné rozpustenie zodpovedajúcich zložiek membrány a umožňuje bunke natiahnuť sa.

Niektorí vedci sa domnievajú, že baktérie uzlín prenikajú do koreňa vďaka satelitným baktériám, ktoré produkujú pektinolytické enzýmy. Táto hypotéza bola predložená na základe nasledujúcich faktov. Pri mikroskopii koreňových chĺpkov mnohí výskumníci zaznamenali prítomnosť svetlej škvrny, v blízkosti ktorej sa hromadia baktérie uzlín. Táto škvrna môže byť znakom začiatku macerácie (deštrukcie) tkaniva protopektinázou, analogicky s rovnakým znakom pozorovaným u rastlín pri mnohých bakteriálnych ochoreniach. Okrem toho sa zistilo, že avirulentné kultúry nodulových baktérií v prítomnosti baktérií produkujúcich pektinolytické enzýmy sú schopné preniknúť do koreňa.

Treba si všimnúť ešte jednu hypotézu, podľa ktorej sa nodulové baktérie dostávajú do koreňa pri tvorbe prstovitého výbežku na povrchu koreňového vlásku. Elektrónový difrakčný obrazec rezu koreňového vlásku potvrdzujúci túto hypotézu (obr. 150, 3) ukazuje koreňový vlások ohnutý do tvaru rukoväte dáždnika, v ktorého ohybe dochádza k akumulácii nodulových baktérií. Baktérie uzlín sú akoby vtiahnuté (prehltnuté) koreňovým vláskom (podobne ako pri pinocytóze).

Hypotézu invaginácie v podstate nemožno oddeliť od auxínovej alebo enzymatickej hypotézy, pretože intususcepcia nastáva v dôsledku vystavenia buď auxínu alebo enzymatickému faktoru.

Proces zavádzania baktérií uzlíkov do koreňového tkaniva je rovnaký u všetkých druhov strukovín a pozostáva z dvoch fáz. V prvej fáze dochádza k infekcii koreňových vláskov. V druhej fáze intenzívne prebieha proces tvorby uzlín. Trvanie fáz je rôzne pre rôzne druhy rastlín: v Trifolium fragiferum trvá prvá fáza 6 dní, v Trifolium nigrescens - 3 dni.

V niektorých prípadoch je veľmi ťažké odhaliť hranice medzi fázami. K najintenzívnejšiemu zavedeniu nodulových baktérií do koreňových vláskov dochádza v skorých štádiách vývoja rastlín. Druhá fáza končí pri hromadnej tvorbe uzlín. Prenikanie uzlíkov do koreňových vláskov často pokračuje aj po vytvorení uzlíkov na korienkoch. K tejto takzvanej nadmernej alebo dodatočnej infekcii dochádza, pretože infekcia chĺpkov sa dlho nezastaví. V neskorších štádiách infekcie sú uzliny zvyčajne umiestnené nižšie pozdĺž koreňa.

Typ vývoja, štruktúra a hustota koreňových chĺpkov neovplyvňuje rýchlosť zavádzania baktérií uzlín. Miesta tvorby uzlín nie sú vždy spojené s miestami infikovaných chĺpkov.

Po preniknutí do koreňa (cez koreňový vlások, epidermálnu bunku, miesta poškodenia koreňa) sa uzlové baktérie presunú do tkanív koreňa rastliny. Najľahšie baktérie prechádzajú medzibunkovými priestormi.

Do koreňového tkaniva môže preniknúť buď jedna bunka, alebo skupina bakteriálnych buniek. Ak bola zavedená samostatná bunka, môže pokračovať v pohybe cez tkanivo ako jedna bunka. Spôsob infekcie koreňov jednotlivými bunkami je charakteristický pre rastliny vlčieho bôbu.

Vo väčšine prípadov však invázna bunka, ktorá sa aktívne množí, vytvára takzvané infekčné vlákna (alebo infekčné povrazy) a už vo forme takýchto vlákien sa presúva do rastlinných pletív.

Pojem „infekčná niť“ vznikol na základe štúdia infekčného procesu vo svetelnom mikroskope. Počnúc Beijerinckovou prácou sa infekčné vlákno začalo považovať za slizkú hmotu podobnú hýfam obsahujúcu množiace sa baktérie.

Infekčné vlákno je v podstate kolónia rozmnožených baktérií. Jeho začiatok je miesto, kam prenikla jedna bunka alebo skupina buniek. Je možné, že pred zavedením baktérií do koreňa sa na povrchu koreňa začne vytvárať kolónia baktérií (a následne aj budúce infekčné vlákno).

Počet infikovaných koreňových vláskov sa medzi jednotlivými rastlinami značne líši. Infekčné vlákna sa zvyčajne objavujú v deformovaných, skrútených koreňových vláskoch. Existujú však náznaky, že podobné vlákna sa niekedy nachádzajú v rovných vlasoch. Častejšie sa v koreňových vlasoch pozoruje jedna vetviaca niť, menej často dve. V niektorých prípadoch je v jednom koreňovom vlásku niekoľko závitov alebo vo viacerých sú bežné vlákna infekcie, z ktorých vzniká jeden uzlík (obr. 151).

Percento infikovaných koreňových vláskov na celkovom počte zdeformovaných chĺpkov je nevysvetliteľne nízke. Zvyčajne sa pohybuje od 0,6 do 3,2, občas dosahuje 8,0. Podiel úspešných infekcií je ešte nižší, keďže medzi infekčnými vláknami je veľa (až 80 %) takzvaných abortívnych vlákien, ktoré sa prestali vyvíjať. Rýchlosť postupu normálne sa vyvíjajúcich infekčných vlákien v rastline je 5-8 mikrónov za hodinu. Pri tejto rýchlosti môže cesta cez koreňový vlások s dĺžkou 100-200 mikrónov prejsť cez infekčný závit za jeden deň.

Morfologická a anatomická charakteristika uzlín v ich ontogenéze.

Podľa spôsobu tvorby sú uzliny strukovín rozdelené do dvoch typov:

Typ 1 - uzliny sa vyskytujú počas delenia buniek pericyklu (koreňová vrstva), zvyčajne umiestnené proti protoxylému (prvé včas na tvorbu ciev) - endogénny typ tvorby uzlín;

Typ 2 - uzliny pochádzajú z koreňovej kôry v dôsledku zavedenia patogénu do parenchýmových buniek kôry a endodermu (vnútorná vrstva primárnej kôry) - exogénny typ tvorby uzlín.

V prírode prevláda posledný typ. Tkanivá centrálneho valca koreňa sa podieľajú iba na tvorbe cievneho systému uzlín endogénneho aj exogénneho typu.

Napriek rozdielnym názorom na povahu vzniku uzlov exo- a endotypov je proces ich vývoja v zásade rovnaký. Avšak ani jeden, ani druhý typ tvorby uzlín by sa v žiadnom prípade nemal stotožňovať s procesom tvorby laterálnych koreňov, napriek tomu, že pri ich vzniku existujú určité podobnosti. K tvorbe uzlín a bočných koreňov teda dochádza súčasne a navyše v rovnakej koreňovej zóne.

Zároveň množstvo znakov vo vývoji laterálnych koreňov a uzlín zdôrazňuje hlboké rozdiely v type ich tvorby. Bočné korene vznikajú v pericykle. Už od prvých momentov vývoja sú spojené s centrálnym valcom hlavného koreňa, z ktorého sa rozvetvujú centrálne valce postranných koreňov a vznikajú vždy proti lúču primárneho dreva. Vytvorenie uzla, na rozdiel od laterálneho koreňa, je možné kdekoľvek. Na samom začiatku tvorby uzlinového tkaniva neexistuje cievne spojenie s centrálnym valcom koreňa, vzniká neskôr. Cievy sa zvyčajne tvoria pozdĺž obvodu uzla. Sú spojené s koreňovými cievami cez tracheidnú zónu a majú vlastnú endodermu (obr. 152).

Rozdiel v povahe nodulácie a bočných koreňov je obzvlášť zreteľne pozorovaný u seradella, pretože kortikálne tkanivo hlavného koreňa tejto rastliny - miesto prvých uzlín - pozostáva z relatívne malej vrstvy buniek a uzliny sa stávajú viditeľnými veľmi rýchlo. po infekcii koreňa baktériami. Na koreni vytvárajú najskôr sploštené výbežky, čo umožňuje odlíšiť ich od kužeľovitých výbežkov bočných koreňov. Uzlíky sa líšia od laterálnych koreňov mnohými anatomickými znakmi: absenciou centrálneho valca, koreňových uzáverov a epidermis a prítomnosťou významnej vrstvy kôry pokrývajúcej uzlík.

K tvorbe uzlíkov (obr. 153, 1, 2) bôbovitých rastlín dochádza v období, keď má koreň ešte primárnu štruktúru. Začína sa rozdelením kortikálnych buniek umiestnených vo vzdialenosti 2-3 vrstiev od koncov infekčných nití. Vrstvy kôry, preniknuté infekčnými vláknami, zostávajú nezmenené. Súčasne v seradelle dochádza k deleniu kortikálnych buniek priamo pod infikovaným koreňovým vlasom, zatiaľ čo u hrachu je bunkové delenie zaznamenané iba v predposlednej vrstve kôry.

Delenie s tvorbou radiálnej tkanivovej štruktúry pokračuje k bunkám vnútorného jadra. Vyskytuje sa bez špecifického smeru, náhodne a v dôsledku toho vzniká meristém (systém vzdelávacích tkanív) uzla, pozostávajúci z malých granulovaných buniek.

Delené bunky kôry sa menia: jadrá sú zaoblené a zväčšujú sa, najmä jadierka. Po mitóze sa jadrá rozptýlia a bez toho, aby nadobudli svoju pôvodnú formu, začnú sa znova deliť.

Objaví sa sekundárny meristém. Čoskoro sa v endoderme a pericykle objavia známky začínajúceho delenia, ktoré v bývalých vonkajších bunkách prebieha najmä tangenciálnymi septami. Toto delenie sa napokon rozširuje na spoločný meristematický komplex, ktorého malé bunky sú predĺžené, vakuoly zanikajú a jadro vypĺňa väčšinu bunky. Vytvára sa takzvaný primárny uzol, v plazme buniek, v ktorých chýbajú uzlové baktérie, pretože v tomto štádiu sú stále vo vnútri infekčných vlákien. Kým sa tvorí primárny uzlík, infekčné vlákna sa mnohokrát rozvetvujú a môžu prechádzať buď medzi bunkami - intercelulárne (obr. 154), alebo cez bunky - intracelulárne - a zavádzať baktérie (obr. 155).

,

Medzibunkové infekčné vlákna v dôsledku aktívnej reprodukcie uzlových baktérií v nich často získavajú bizarný tvar - tvoria sa vo forme vreciek (divertikuly) alebo fakieľ (pozri obr. 154).

Proces pohybu infekčných vlákien z bunky do bunky nie je úplne jasný. Zdá sa, že infekčné vlákna, ako sa domnieva kanadský mikrobiológ D. Jordan (1963), putujú vo forme nahých hlienových vlákien v medzibunkových priestoroch rastlinného tkaniva, až kým z nejakých dodnes nevysvetliteľných príčin nezačnú invaginovať do cytoplazmy susedných buniek. .

V niektorých prípadoch sa invaginácia infekčného vlákna vyskytuje v jednej, v niektorých prípadoch - v každej susednej bunke. Cez tieto invaginované tubulárne dutiny (divertikuly) prúdi obsah vlákna uzavretý v hlienu. Najaktívnejší rast infekčných nití sa zvyčajne vyskytuje v blízkosti jadra rastlinnej bunky. Prenikanie nite je sprevádzané pohybom jadra, ktoré sa posúva smerom k miestu infekcie, zväčšuje sa, mení tvar a degeneruje. Podobný obraz je pozorovaný pri plesňovej infekcii, keď sa jadro často rúti k napadajúcim hýfam, priťahuje sa k poškodeniu ako k miestu najväčšej fyziologickej aktivity, približuje sa k závitu, napučiava a skolabuje. Zjavne je to charakteristické pre reakciu rastliny na infekciu.

V jednoročných rastlinách sa infekčné nite zvyčajne objavujú počas prvého obdobia infekcie koreňa, u viacročných rastlín - počas dlhého obdobia vývoja.

Baktérie sa môžu uvoľniť z infekčného vlákna v rôznom čase a rôznymi spôsobmi. Výstup baktérií je spravidla veľmi dlhý proces, najmä u viacročných rastlín. Zvyčajne je uvoľnenie baktérií z infekčného vlákna do cytoplazmy hostiteľskej rastliny spojené s vnútorným tlakom vyplývajúcim z intenzívneho množenia baktérií v závite a ich vylučovania hlienu. Niekedy baktérie vykĺznu z vlákna v skupinách obklopených hlienom infekčného vlákna, vo forme vezikúl (bublinatých útvarov) (obr. 157). Keďže vezikuly nemajú membrány, výstup baktérií z nich je veľmi jednoduchý. Nodulové baktérie môžu vstúpiť do rastlinných buniek aj jednotlivo z medzibunkových priestorov (obr. 156).

,

Baktérie uzlín, ktoré vyšli z infekčného vlákna, sa naďalej množia v hostiteľskom tkanive. K ich rozmnožovaniu v tomto období dochádza konstrikčným delením (obr. 158). Väčšina baktérií sa množí v cytoplazme bunky a nie v infekčnom vlákne. Infikované bunky vedú k budúcemu bakterioidnému tkanivu.

Rastlinné bunky, naplnené rýchlo sa množiacimi bunkami nodulových baktérií, sa začínajú intenzívne deliť. V momente mitotického delenia infikovaných buniek sa uzlové baktérie môžu hromadiť na dvoch opačných póloch materskej bunky a pasívne vstúpiť do dcérskych buniek. V tomto prípade je každá z nenabitých buniek pod silným stimulačným účinkom nodulových baktérií a v dôsledku toho sa tiež delí. Vďaka tomuto energickému mitotickému deleniu meristematických buniek sa baktérie uzlín šíria do tkanív uzlín a zväčšuje sa objem bakteroidnej oblasti.

Infikované tkanivo, pozostávajúce z husto ležiacich a aktívne sa deliacich buniek, má najskôr tvar zrezaného kužeľa. Následne, v dôsledku postupného rastu tohto kužeľa a súčasného delenia a vývoja meristematických buniek, tkanivo uzliny rastie a stráca svoj tvar kužeľa.

Uzol sa teda zväčšuje najskôr v dôsledku radiálneho a tangenciálneho delenia jadrových buniek a potom v dôsledku zväčšenia ich veľkosti a súčasného delenia. Po úplnom naplnení rastlinných buniek baktériami sa mitóza zastaví. Bunky sa však naďalej zväčšujú a sú často veľmi predĺžené. Ich veľkosť je niekoľkonásobne väčšia ako u neinfikovaných rastlinných buniek, ktoré sa nachádzajú medzi nimi v bakterioidnej zóne uzliny.

Spojenie mladého uzlíka s koreňom bôbovitej rastliny sa uskutočňuje vďaka cievnym vláknitým zväzkom. Prvýkrát pozoroval vaskulárne vláknité zväzky MS Voronin (1866). Doba výskytu cievneho systému v uzlinách rôznych druhov bôbovitých rastlín je rôzna. Takže v sójových uzlinách sa začiatok vývoja cievnych zväzkov zhoduje s momentom prenikania baktérií uzlíkov do dvoch vrstiev parenchýmu kravy. S rastom uzliny vodivý systém rastie, vetví sa a obklopuje bakteroidnú oblasť.

Paralelne s procesom diferenciácie cievneho systému sa z vonkajšej vrstvy primárneho uzla tvorí endoderm uzla. Potom je uzlík zaoblený, jeho obvodová bunková vrstva je obklopená kôrou uzliny.

Koreňová epidermis sa zlomí a uzlík sa ďalej rozvíja a zväčšuje sa.

Pomocou svetelného mikroskopu na pozdĺžnych rezoch zrelých uzlín sú zvyčajne jasne rozlíšené 4 charakteristické zóny diferenciácie tkaniva: kôra, meristém, bakteroidná zóna a cievny systém. Všetky tkanivá uzlín sa diferencujú v akropetálnej sekvencii, keď sú nové bunky iniciované meristémom.

uzlíková kôra- škrupina uzliny, ktorá plní ochrannú funkciu. Kôra pozostáva z niekoľkých radov neinfikovaných parenchýmových buniek, ktorých veľkosť a vlastnosti sú u rôznych strukovín rozdielne. Bunky kôry majú najčastejšie predĺžený tvar a sú väčšie v porovnaní s inými bunkami uzla.

V kôre uzlín trvácich drevín sa často nachádzajú bunky s korkovými membránami, ktoré obsahujú živice, tanín a triesloviny.

Nodulový meristém nachádza sa pod bunkami kôry a je zónou intenzívne sa deliacich aj neinfikovaných buniek. Meristém uzliny je charakterizovaný husto rozmiestnenými, bez medzibunkových priestorov, malými tenkostennými bunkami nepravidelného tvaru. Nodulové meristémové bunky sú podobné bunkám iných typov meristematického tkaniva (koreň, vrchol kmeňa). Bunky meristémov uzlín obsahujú hustú, jemne granulovanú cytoplazmu s ribozómami, Golgiho telieska, protoplastidy, mitochondrie a iné štruktúry. Existujú malé vakuoly. V strede cytoplazmy je veľké jadro s jadrovou membránou, pórmi a jasne definovaným jadierkom. Funkciou meristematických buniek je tvoriť bunky kôry uzlín, bakteroidnej oblasti a cievneho systému. V závislosti od umiestnenia meristému majú uzliny rôzne tvary: guľovité (hrach, fazuľa, seradella, arašidy) alebo valcovité (alfalfa, vika, rang, akácia, ďatelina) (obr. 159). Meristém, ktorý sa nachádza v oddelených oblastiach pozdĺž okraja uzliny, vedie k tvorbe muffovitých uzlín v lupine.

Meristém uzlín funguje dlho, dokonca aj počas nekrózy uzlín, keď sú už naplnené lyzujúcou bakterioidnou hmotou a zničenými rastlinnými bunkami.

Bakteroidná zóna uzlina zaberá jej centrálnu časť a tvorí 16 až 50 % celkovej suchej hmoty uzlín. V prvom období tvorby uzlín je to v podstate bakteriálna zóna (obr. 160), pretože je naplnená bakteriálnymi bunkami, ktoré sú v bakteriálnom, a nie bakterioidnom štádiu vývoja. Napriek tomu, pokiaľ ide o tkanivovú zónu uzliny obsahujúcu baktérie, je zvykom nazývať ju bakteroidnou.

Bakteroidná oblasť uzliny pozostáva hlavne z buniek infikovaných baktériami uzlín a čiastočne z neinfikovaných buniek priľahlých k nim, naplnených pigmentmi, tanínmi a na jeseň - škrobom.

V uzlinách tvorených účinnými kmeňmi nodulových baktérií je priemerný relatívny objem bakteroidnej zóny vyšší ako v uzlinách vytvorených po zavedení neúčinných kmeňov.

V niektorých prípadoch objem bakteroidnej oblasti dosahuje maximum v ranom období života uzliny a následne zostáva relatívne konštantný. Bakteroidná zóna je preniknutá hustou sieťou infekčných vlákien a je obklopená cievnymi vláknitými zväzkami pozdĺž periférie.

Forma bakteroidov v uzlinách rôznych druhov strukovín môže byť rôzna (tabuľka 44). Takže vo wiki, rank a pea, sú dvojvetvové alebo rozvetvené. U ďateliny a vičence je prevládajúca forma bakteroidov guľovitá, hruškovitá, opuchnutá, vajcovitá a u cíceru okrúhla. Tvar bakteroidov fazule, seradely, vtáčej nohy a vlčieho bôbu je takmer tyčinkovitý.

Bakteroidy vypĺňajú väčšinu rastlinnej bunky, s výnimkou centrálnej zóny jadra a vakuol. Percento bakteroidov v bakteroidnej zóne ružovo sfarbenej uzliny je teda 94,2 z celkového počtu baktérií uzliny. Bakteroidné bunky sú 3-5 krát väčšie ako bakteriálne bunky (obr. 161, 1, 2).

Bakteroidy nodulových baktérií sú obzvlášť zaujímavé, pretože sú takmer jedinými obyvateľmi nodulov bôbovitých rastlín v období intenzívneho viazania atmosférického dusíka nimi. Niektorí vedci považujú bakteroidy za patologické degeneratívne formy a nespájajú proces fixácie dusíka s bakterioidnou formou nodulových baktérií. Väčšina výskumníkov zistila, že bakteroidy sú najživotaschopnejšie a najaktívnejšie formy nodulových baktérií a že strukoviny fixujú vzdušný dusík len svojou účasťou (obr. 162).

Cievny systém uzlík poskytuje spojenie medzi baktériou a hostiteľskou rastlinou. Živiny a metabolické produkty sú transportované cez cievne zväzky. Cievny systém sa vyvíja skoro a funguje dlho.

Plne vytvorené cievy majú špecifickú štruktúru: pozostávajú z xylémových tracheíd, floémových vlákien, sitových rúrok a sprievodných buniek.

V závislosti od druhu strukoviny sa spojenie uzlíka uskutočňuje cez jeden alebo viac cievnych zväzkov. Napríklad u hrachu sú na dne uzla dva diferencované cievne uzliny. Každý z nich sa zvyčajne dvakrát dichotomicky rozvetvuje a v dôsledku toho prejde uzlom z miesta druhého dichotomického vetvenia 8 zväzkov. Mnohé rastliny majú len jeden trs, zároveň ich v jednom uzlíku Sesbania grandiflora vo veku jedného roka dokázali narátať až 126. Pomerne často býva cievny systém uzlíka zvonku oddelený od jeho kôry. vrstva čiastočne alebo úplne suberizovaných buniek, nazývaných nodulový endoderm, pripojených ku koreňovej endodermis. Endoderm uzliny je vonkajšia vrstva neinfikovaného bovinného parenchýmu, ktorá sa nachádza medzi tkanivom uzliny a koreňovou kôrou.

Vo väčšine rastlinných druhov sa uzliny tvoria podľa opísaného typu. Preto je tvorba uzlín výsledkom zložitých javov začínajúcich mimo koreňa. Po počiatočných fázach infekcie sa indukuje tvorba uzla, potom dochádza k šíreniu baktérií v zóne tkaniva uzla a k fixácii dusíka.

Na rezoch uzlín možno podľa českého mikrobiológa V. Kasa (1928) vysledovať všetky štádiá vývoja nodulových baktérií. Takže v hornej časti uzliny, napríklad lucerna, sú hlavne malé deliace sa tyčinkovité bunky, malé množstvo mladých bakteroidov, ktorých počet sa postupne zvyšuje, ako sa uzlík vyvíja. V strednej ružovo sfarbenej časti uzliny sa nachádzajú prevažne bakterioidné bunky a menej často malé tyčinkovité bunky. Na báze uzlíka v skorých štádiách vegetácie hostiteľskej rastliny sú bakteroidy rovnaké ako v jej strednej časti, ku koncu vegetačného obdobia sú však viac opuchnuté a skôr degenerované.

Načasovanie výskytu prvých viditeľných uzlín na koreňoch rôznych druhov strukovín je rôzne (M. V. Fedorov, 1952). Ich výskyt vo väčšine strukovín sa najčastejšie vyskytuje počas vývoja prvých pravých listov. Tvorba prvých uzlíkov lucerny sa teda pozoruje medzi 4. a 5. dňom po vyklíčení a na 7.-8. deň sa tento proces vyskytuje vo všetkých rastlinách. Uzliny kosáčikovej lucerny sa objavia po 10 dňoch.

Počas obdobia fungovania sú uzliny zvyčajne husté. Uzlíky tvorené aktívnymi kultúrami baktérií majú v mladom veku belavú farbu. V čase prejavu optimálnej aktivity sa stávajú ružovými. Uzlíky, ktoré vznikli pri infekcii neaktívnymi bakteriálnymi kultúrami, majú zelenkastú farbu. Často sa ich štruktúra prakticky nelíši od štruktúry uzlín vytvorených za účasti aktívnych kmeňov baktérií uzlín, ale sú predčasne zničené.

V niektorých prípadoch sa štruktúra uzlín tvorených neaktívnymi baktériami odchyľuje od normy. To je vyjadrené v dezorganizácii tkaniva uzla, ktoré zvyčajne stráca svoju jasne definovanú zonálnu diferenciáciu.

Ružová farba je určená prítomnosťou pigmentu v uzlinách, ktorý je chemickým zložením podobný krvnému hemoglobínu. V súvislosti s tým sa pigment nazýva leghemoglobín (legoglobín) – Leguminosae hemoglobin. Legoglobín sa nachádza iba v tých bunkách uzlín, ktoré obsahujú bakteroidy. Je lokalizovaný v priestore medzi bakteroidmi a membránou, ktorá ich obklopuje.

Jeho množstvo sa pohybuje od 1 do 3 mg na 1 g uzliny v závislosti od druhu strukovín.

V jednoročných strukovinách sa na konci vegetačného obdobia, keď sa skončí proces fixácie dusíka, červený pigment zmení na zelený. Zmena farby začína na spodnej časti uzliny, neskôr sa jej vrchol zmení na zelenú. U viacročných bôbovitých rastlín k zazelenaniu uzlín nedochádza alebo sa pozoruje len na báze uzliny. U rôznych druhov strukovín dochádza k prechodu červeného pigmentu na zelený s rôznym stupňom intenzity a rôznou rýchlosťou.

Uzlíky jednoročných rastlín fungujú relatívne krátko. U väčšiny strukovín začína nekróza uzlíka počas obdobia kvitnutia hostiteľskej rastliny a zvyčajne prebieha od stredu k okraju uzlíka. Jedným z prvých príznakov deštrukcie je vytvorenie vrstvy buniek so silnými stenami na dne uzla. Táto vrstva buniek, umiestnená kolmo na hlavnú cievu koreňa, ho oddeľuje od uzlíka a oneskoruje výmenu živín medzi hostiteľskou rastlinou a tkanivami uzlíka.

V bunkách degenerujúceho tkaniva uzliny sa objavujú početné vakuoly, jadrá strácajú schopnosť farbiť sa, časť buniek baktérií uzliny lyzuje a časť migruje do prostredia vo forme malých kokoidných artrospór.

Proces tvorby artrospór v tkanive lyzujúceho uzla je znázornený na obrázkoch 163-165. Zastavte fungovanie počas tohto obdobia a infekčné vlákna (obr. 166). Hostiteľské bunky strácajú turgor a sú stlačené tými susednými bunkami, pre ktoré je stále charakteristický.

,
, ,

Staré uzliny sú tmavé, ochabnuté, mäkké. Pri rezaní z nich vyčnieva vodnatý sliz. Proces deštrukcie uzlín, počnúc korkovaním buniek cievneho systému, je uľahčený znížením fotosyntetickej aktivity rastliny, suchom alebo nadmernou vlhkosťou prostredia.

V zničenom slizovitom uzle sa často nachádzajú prvoky, huby, bacily a malé tyčinkovité baktérie.

Stav hostiteľskej rastliny ovplyvňuje trvanie fungovania uzliny. Podľa F. F. Yukhimchuka (1957) je teda možné kastráciou alebo odstránením kvetov vlčieho bôbu predĺžiť obdobie jeho vegetácie a zároveň aj dobu aktívnej činnosti nodulových baktérií.

Uzlíky viacročných rastlín, na rozdiel od ročných uzlín, môžu fungovať mnoho rokov. Napríklad caragana má trvalé uzliny, v ktorých dochádza k procesu starnutia buniek súčasne s tvorbou nových. Vo vistérii (vistérii čínskej) fungujú aj trváce uzlíky, ktoré vytvárajú na koreňoch hostiteľa guľovité vydutiny. Do konca vegetačného obdobia bakterioidné tkanivo trvácnych uzlín degraduje, ale celý uzlík neodumrie. O rok začne opäť fungovať.

Faktory určujúce symbiotický vzťah nodulových baktérií so strukovinami. Pre symbiózu, ktorá zabezpečuje dobrý vývoj rastlín, je potrebný určitý súbor podmienok prostredia. Ak sú podmienky prostredia nepriaznivé, potom aj napriek vysokej virulencii, konkurenčnej schopnosti a aktivite mikrosymbionta bude účinnosť symbiózy nízka.

Pre rozvoj uzlíkov je optimálna vlhkosť 60-70% z celkovej vlahovej kapacity pôdy. Minimálna vlhkosť pôdy, pri ktorej je ešte možný vývoj nodulových baktérií v pôde, je približne rovná 16 % celkovej vlahovej kapacity. Keď je vlhkosť pod touto hranicou, uzlové baktérie sa už väčšinou nemnožia, no napriek tomu neumierajú a môžu dlho zostať v nečinnom stave. Nedostatok vlhkosti vedie aj k odumieraniu už vytvorených uzlín.

V oblastiach s nedostatočnou vlhkosťou sa veľa strukovín vyvíja bez tvorby uzlín.

Keďže pri nedostatku vlahy nedochádza k rozmnožovaniu uzlíkovitých baktérií, v prípade suchej jari treba naočkované (umelo infikované) semená aplikovať hlbšie do pôdy. Napríklad v Austrálii sú semená pokryté baktériami uzlín zakopané hlboko do pôdy. Je zaujímavé, že nodulové baktérie v pôdach suchého podnebia sú odolnejšie voči suchu ako baktérie v pôdach s vlhkým podnebím. To svedčí o ich ekologickej prispôsobivosti.

Pre symbiózu je nepriaznivá aj prebytočná vlaha, ale aj jej nedostatok – v dôsledku zníženia stupňa prevzdušnenia v koreňovej zóne sa zhoršuje zásobovanie koreňového systému rastliny kyslíkom. Nedostatočné prevzdušňovanie negatívne ovplyvňuje aj uzlové baktérie žijúce v pôde, ktoré sa, ako viete, lepšie množia, keď je k dispozícii kyslík. Napriek tomu vysoké prevzdušnenie v koreňovej zóne vedie k tomu, že molekulárne reduktory dusíka začnú viazať kyslík, čím sa zníži stupeň fixácie dusíka v uzlíkoch.

Teplotný faktor zohráva dôležitú úlohu vo vzťahu medzi baktériami uzlín a strukovinami. Teplotné charakteristiky rôznych druhov strukovín sú rôzne. Tiež rôzne kmene nodulových baktérií majú svoje vlastné špecifické teplotné optimum pre vývoj a aktívnu fixáciu dusíka. Treba si uvedomiť, že optimálne teploty pre vývoj bôbovitých rastlín, tvorbu uzlíkov a fixáciu dusíka sa nezhodujú. Takže v prirodzených podmienkach je možné pozorovať tvorbu uzlín pri teplotách mierne nad 0 ° C, fixácia dusíka za takýchto podmienok prakticky nenastáva. Azda len arktické symbiotické strukoviny fixujú dusík pri veľmi nízkych teplotách. Zvyčajne sa tento proces vyskytuje iba pri teplote 10 °C a vyššej. Maximálna fixácia dusíka u mnohých strukovín sa pozoruje pri 20 – 25 °C. Teploty nad 30 °C nepriaznivo ovplyvňujú proces akumulácie dusíka.

Ekologická adaptácia na teplotný faktor u nodulových baktérií je oveľa menšia ako u mnohých typických saprofytických foriem. Podľa E. N. Mishustin (1970) je to spôsobené tým, že prirodzeným biotopom nodulových baktérií sú rastlinné pletivá, kde teplotné podmienky reguluje hostiteľská rastlina.

Pôdna reakcia má veľký vplyv na životnú aktivitu nodulových baktérií a tvorbu uzlíkov. Pre rôzne druhy a dokonca aj kmene baktérií uzlíkov je hodnota pH biotopu trochu odlišná. Napríklad baktérie ďatelinových nodulov sú odolnejšie voči nízkym hodnotám pH ako baktérie uzlíkov lucerny. Je zrejmé, že tu ovplyvňuje aj adaptácia mikroorganizmov na prostredie. Ďatelina rastie v kyslejších pôdach ako lucerna. Pôdna reakcia ako ekologický faktor ovplyvňuje aktivitu a virulenciu nodulových baktérií. Najaktívnejšie kmene majú tendenciu sa ľahšie izolovať z pôd s neutrálnymi hodnotami pH. V kyslých pôdach sa častejšie vyskytujú neaktívne a slabo virulentné kmene. Kyslé prostredie (pH 4,0-4,5) má priamy vplyv na rastliny, najmä narúša syntetické procesy metabolizmu rastlín a normálny vývoj koreňových vláskov. V kyslom prostredí v inokulovaných rastlinách sa obdobie fungovania bakterioidného tkaniva výrazne skracuje, čo vedie k zníženiu stupňa fixácie dusíka.

V kyslých pôdach, ako poznamenal A. V. Peterburgsky, prechádzajú do pôdneho roztoku soli hliníka a mangánu, ktoré nepriaznivo ovplyvňujú vývoj koreňového systému rastlín a proces asimilácie dusíka a obsah asimilovateľných foriem fosforu, vápnika, molybdénu. a znižuje sa aj oxid uhličitý. Nepriaznivú pôdnu reakciu najlepšie odstránime vápnením.

Veľkosť symbiotickej fixácie dusíka je do značnej miery určená nutričnými podmienkami hostiteľskej rastliny, a nie uzlíkovými baktériami. Nodulové baktérie ako endotrofní symbionti rastlín závisia hlavne od rastliny, pokiaľ ide o získavanie látok obsahujúcich uhlík a minerálnych živín.

Pre uzlové baktérie je hostiteľské tkanivo takým živným médiom, ktoré dokáže uspokojiť aj ten najnáročnejší kmeň vďaka obsahu všetkých druhov živín v tkanive. Napriek tomu po zavedení nodulových baktérií do tkaniva hostiteľskej rastliny je ich vývoj determinovaný nielen vnútornými procesmi, ale do značnej miery závisí aj od pôsobenia vonkajších faktorov, ktoré ovplyvňujú celý priebeh infekčného procesu. Obsah alebo absencia tej či onej živiny v prostredí môže byť určujúcim momentom pre prejav symbiotickej fixácie dusíka.

Stupeň zásobenia strukovín dostupnými formami minerálnych zlúčenín dusíka určuje účinnosť symbiózy. Na základe mnohých laboratórnych a vegetatívnych experimentov je známe, že čím viac zlúčenín obsahujúcich dusík je v prostredí, tým ťažšie je pre baktérie preniknúť do koreňa.

Poľnohospodárska prax si vyžaduje jednoznačné riešenie problému - je účelnejšie strukoviny hnojiť dusíkom, alebo majú pravdu tí výskumníci, ktorí tvrdia, že minerálny dusík potláča symbiotickú fixáciu dusíka v strukovinách a preto je ekonomicky výhodnejšie takéto rastliny nehnojiť dusíka. Na Katedre agronomickej a biologickej chémie Moskovskej poľnohospodárskej akadémie. K. A. Timiryazev robil pokusy, ktorých výsledky umožnili získať obraz o správaní symbiontov v podmienkach vegetácie a poľných pokusov, keď boli rastliny zásobované rôznymi dávkami dusíka v prostredí. Zistilo sa, že zvýšenie obsahu rozpustných zlúčenín obsahujúcich dusík v prostredí v poľných podmienkach za optimálnych podmienok rastu rastlín nebráni ich symbióze s nodulárnymi baktériami. Pokles podielu atmosférického dusíka asimilovaného rastlinami so zvýšeným prísunom minerálneho dusíka má len relatívny charakter. Absolútne množstvo dusíka asimilovaného baktériami z atmosféry sa prakticky neznižuje a dokonca často zvyšuje v porovnaní s rastlinami pestovanými v prítomnosti nodulových baktérií, ale bez zavádzania dusíka do pôdy.

Veľký význam pri aktivácii absorpcie dusíka strukovinami má výživa fosforom. Pri nízkom obsahu fosforu v médiu baktérie prenikajú do koreňa, ale netvoria sa uzliny. Strukoviny majú niektoré zvláštnosti pri výmene zlúčenín obsahujúcich fosfor. Semená strukovín majú vysoký obsah fosforu. Rezervný fosfor pri klíčení semien sa nevyužíva tak ako pri iných plodinách – pomerne rovnomerne na tvorbu všetkých orgánov, ale vo väčšej miere sa koncentruje v koreňoch. Strukoviny preto v počiatočných štádiách vývoja na rozdiel od obilnín uspokojujú svoju potrebu fosforu vo väčšej miere na úkor kotyledónov, a nie zásob pôdy. Čím väčšie sú semená, tým menej strukovín závisí od pôdneho fosforu. V symbiotickom režime existencie je však potreba fosforu v strukovinách vyššia ako v autotrofnom režime. Preto sa pri nedostatku fosforu v médiu očkovaných rastlín zhoršuje zásobovanie rastlín dusíkom.

Je známe, že strukoviny nesú so svojimi plodinami podstatne viac draslíka ako iné poľnohospodárske plodiny. Preto potaš a najmä fosforečno-draselné hnojivá výrazne zvyšujú produktivitu fixácie dusíka strukovinami.

Pozitívny vplyv draslíka na tvorbu uzlín a intenzitu fixácie dusíka je do značnej miery spojený s fyziologickou úlohou draslíka v metabolizme sacharidov rastliny.

Vápnik je potrebný nielen na odstránenie nadmernej kyslosti pôdy. Hrá špecifickú úlohu pri vývoji nodulových baktérií a pri zabezpečovaní normálnej symbiózy baktérií s hostiteľskou rastlinou. Požiadavka nodulových baktérií na vápnik môže byť čiastočne kompenzovaná stronciom. Je zaujímavé, že nodulové baktérie tropických plodín rastúce na kyslých lateritických pôdach nevyžadujú vápnik. To opäť ukazuje ekologickú adaptáciu nodulových baktérií, pretože tropické pôdy obsahujú veľmi malé množstvá vápnika.

Symbiotická fixácia dusíka vyžaduje aj horčík, síru a železo. Pri nedostatku horčíka je inhibovaná reprodukcia nodulových baktérií, znižuje sa ich životná aktivita a je potlačená symbiotická fixácia dusíka. Síra a železo majú tiež priaznivý vplyv na tvorbu uzlín a proces fixácie dusíka, najmä zohrávajú nepochybnú úlohu pri syntéze leghemoglobínu.

Zo stopových prvkov si všímame najmä úlohu molybdénu a bóru. Pri nedostatku molybdénu sa uzliny tvoria zle, syntéza voľných aminokyselín je v nich narušená a syntéza leghemoglobínu je potlačená. Molybdén spolu s ďalšími prvkami s premenlivou mocnosťou (Fe, Co, Cu) slúži ako medzičlánok pri prenose elektrónov pri redoxných enzymatických reakciách. Pri nedostatku bóru sa v uzlinách nevytvárajú cievne zväzky a v dôsledku toho je narušený vývoj bakterioidného tkaniva.

Na tvorbu uzlín v strukovinách má veľký vplyv metabolizmus uhľohydrátov rastlín, ktorý je determinovaný množstvom faktorov: fotosyntéza, prítomnosť oxidu uhličitého v prostredí a fyziologické vlastnosti rastlín. Zlepšenie výživy sacharidov má pozitívny vplyv na proces očkovania a akumuláciu dusíka. Z praktického hľadiska je veľmi zaujímavé využitie slamy a čerstvého slameného hnoja na hnojenie strukovín ako zdroja sacharidov. Ale v prvom roku po zavedení slamy do pôdy sa pri jej rozklade hromadia toxické látky. Treba poznamenať, že nie všetky druhy strukovín sú citlivé na toxické produkty rozkladu slamy; napríklad hrach na ne nereaguje.

V symbióze uzlíkovitých baktérií a strukovín zohrávajú určitú úlohu biologické faktory.

Veľká pozornosť sa venuje vplyvu mikroflóry rizosféry na baktérie koreňových uzlín, ktorý môže byť stimulačný aj antagonistický v závislosti od zloženia mikroorganizmov v rizosfére.

Mnohé práce sa venujú štúdiu fágov nodulových baktérií. Väčšina fágov je schopná lýzovať rôzne typy baktérií, niektoré sú špecializované len vo vzťahu k jednotlivým druhom alebo dokonca kmeňom nodulových baktérií. Fágy môžu zabrániť zavedeniu baktérií do koreňa, spôsobiť lýzu buniek v tkanive uzliny. Fágy spôsobujú veľké škody lýzou preparátov nodulových baktérií v rastlinách, ktoré produkujú nitragín.

Spomedzi rôznych druhov hmyzu, ktoré spôsobujú škody na baktériách uzlíkov, vyniká uzlík pruhovaný, ktorého larvy ničia uzlíky na koreňoch mnohých druhov bôbovitých rastlín (hlavne letničiek). Rozšírený je aj uzlík štetinový.

Na začiatku jari samice nosatca nodulového znášajú 10 až 100 vajíčok. Po 10-15 dňoch sa z vajíčok vyvinú malé (do 5,5 mm), červovité, ohnuté, biele larvy so svetlohnedou hlavou, ktoré sa živia najmä uzlinami a koreňovými vláskami. Čerstvo vyliahnuté larvy prenikajú do uzlíka a živia sa jeho obsahom. Staršie larvy zničia uzliny zvonku. Jedna larva zničí 2-6 uzlíkov za 30-40 dní. Obzvlášť veľké škody spôsobujú v suchom a horúcom počasí, keď sa vývoj rastlín spomaľuje.

Nodulky lucerny a niektorých ďalších druhov bôbovitých rastlín poškodzuje aj lucerna veľká.

Samičky chrobákov kladú až 400 vajíčok, z ktorých sa vyvinú beznohé, oblúkovité, žltobiele, s hnedou hlavou, larvy pokryté hnedými štetinami. Ich dĺžka je 10-14 mm. Vývojový cyklus lucerny veľkej trvá dva roky.

V stepných oblastiach sa na koreňoch lucerny, ďateliny a sóje našiel háďatko stepné. Pred nakladením vajíčok samice prenikajú do koreňa, kde kladú 12 až 20 vajíčok. V koreňoch larvy prechádzajú tromi larválnymi štádiami vývoja, pričom narúšajú funkcie koreňa a uzlíkov.

Distribúcia baktérií uzlín v prírode. Ako symbiotické organizmy sa nodulové baktérie šíria v pôde a sprevádzajú určité druhy strukovín. Po zničení uzlíkov bunky nodulových baktérií vstupujú do pôdy a začínajú existovať na úkor rôznych organických látok, ako sú iné pôdne mikroorganizmy. Takmer všadeprítomné rozšírenie nodulových baktérií je dôkazom ich vysokého stupňa adaptability na rôzne pôdne a klimatické podmienky, schopnosti viesť symbiotický a saprofytický spôsob života.

Schematizáciou v súčasnosti dostupných údajov o distribúcii nodulových baktérií v prírode môžeme urobiť nasledujúce zovšeobecnenia.

V panenských a kultivovaných pôdach sa zvyčajne vo veľkom množstve vyskytujú uzlové baktérie tých druhov bôbovitých rastlín, ktoré sa nachádzajú vo voľnej prírode alebo sa v danej oblasti dlhodobo pestujú. Počet nodulových baktérií je vždy najvyšší v rizosfére strukovín, o niečo menší v rizosfére iných druhov a len málo v pôde mimo koreňov.

V pôdach sa nachádzajú účinné aj neúčinné uzlové baktérie. Existuje množstvo dôkazov, že dlhodobá saprofytická existencia nodulových baktérií, najmä v pôdach s nepriaznivými vlastnosťami (kyslé, zasolené), vedie k zníženiu až strate bakteriálnej aktivity.

Krížová infekcia rôznych druhov strukovín často vedie v prírode a poľnohospodárskej praxi k objaveniu sa uzlín na koreňoch, ktoré aktívne nefixujú molekulárny dusík. To spravidla závisí od neprítomnosti zodpovedajúcich typov baktérií uzlín v pôde.

Tento jav je obzvlášť často pozorovaný pri použití nových druhov bôbovitých rastlín, ktoré sú buď infikované neúčinnými druhmi baktérií skrížených skupín, alebo sa vyvíjajú bez uzlín.

Uzliny v rastlinách, ktoré nie sú strukovinami.

Na koreňoch nielen bôbovitých rastlín sú rozšírené koreňové uzliny alebo útvary pripomínajúce uzliny. Nachádzajú sa v nahosemenných a krytosemenných.

Existuje až 200 druhov rôznych rastlín, ktoré viažu dusík v symbióze s mikroorganizmami, ktoré na ich koreňoch (alebo listoch) vytvárajú uzlíky.

Uzlíky nahosemenných (rady Cycadales - cykasy, Ginkgoales - giikgovye, Coniferales - ihličnaté) majú rozvetvený koralový, guľovitý alebo guľôčkovitý tvar. Sú to zhrubnuté, modifikované bočné korene. Povaha patogénu spôsobujúceho ich tvorbu zatiaľ nebola objasnená. Endofyty nahosemenných rastlín sú klasifikované ako huby (fykomycéty), aktinomycéty, baktérie a riasy. Niektorí vedci naznačujú existenciu viacnásobnej symbiózy. Napríklad sa verí, že Azotobacter, nodulové baktérie a riasy sa podieľajú na symbióze u cykasov. Taktiež nie je vyriešená otázka funkcie uzlín u gymnospermov. Množstvo vedcov sa snaží v prvom rade dokázať úlohu uzlín ako fixátorov dusíka. Niektorí vedci považujú podokarpové uzliny za rezervoáry vody a cykasovým uzlíkom sa často pripisujú funkcie vzdušných koreňov.

U mnohých predstaviteľov krytosemenných rastlín, dvojklíčnolistových rastlín, boli pred viac ako 100 rokmi objavené uzliny na koreňoch.

Najprv sa zastavíme pri charakteristike uzlín stromov, kríkov a polokríkov (čeľade Coriariacoae, Myricaceae, Betulaceae, Casuarinaceae, Elaeagnaceae, Rhamnaceae) zaradených do tejto skupiny. Uzlíky väčšiny predstaviteľov tejto skupiny sú koralové zhluky ružovo-červenej farby, ktoré vekom získavajú hnedú farbu. Existujú dôkazy o prítomnosti hemoglobínu v nich. U druhov rodu Elaeagnus (loch) sú uzliny biele.

Často sú uzliny veľké. V kasuarine (Casuarina) dosahujú dĺžku 15 cm.Fungujú niekoľko rokov.

Rastliny s uzlinami sú bežné v rôznych klimatických zónach alebo obmedzené na určitú oblasť. Takže Shepherdia a Ceanothus sa nachádzajú iba v Severnej Amerike, Casuarina - hlavne v Austrálii. Oveľa rozšírenejšie sú lokhovy a rakytník.

Mnohé rastliny z posudzovanej skupiny rastú na pôdach chudobných na živiny - piesok, duny, skaly, močiare.

Najpodrobnejšie sú študované uzliny jelše (Alnus), najmä A. glutinosa, objavené v 70. rokoch minulého storočia M. S. Voroninom (obr. 167). Existuje predpoklad, že uzliny sú charakteristické nielen pre moderné, ale aj vyhynuté druhy jelše, pretože sa našli na koreňoch fosílnej jelše v treťohorných ložiskách údolia rieky Aldana - v Jakutsku.

Endofyt v uzlinách je polymorfný. Zvyčajne sa vyskytuje ako hýfy, vezikuly a bakteroidy (obr. 168). Taxonomická pozícia endofytu ešte nebola stanovená, pretože početné pokusy o jeho izoláciu do čistej kultúry sa ukázali ako neúspešné, a ak bolo možné izolovať kultúry, ukázali sa ako nevirulentné.

Hlavný význam tejto skupiny rastlín zrejme spočíva v schopnosti fixovať molekulárny dusík v symbióze s endofytom. Pestovanie v oblastiach, kde pestovanie poľnohospodárskych rastlín nie je ekonomicky racionálne, zohrávajú úlohu priekopníkov v rozvoji krajiny. Ročný nárast dusíka v pôde dún Írska (Kapverdy) pod výsadbou Casuarina equisetifolia tak dosahuje 140 kg/ha. Obsah dusíka v pôde pod jelšou je o 30-50% vyšší ako pod brezou, borovicou a vŕbou. V sušených listoch jelše je dusíka dvakrát viac ako v listoch iných drevín. Podľa výpočtov A. Virtanena (1962) jelšový lesík (v priemere 5 rastlín na 1 m2) dáva za 7 rokov prírastok dusíka o 700 kg/ha.

Oveľa menej časté sú uzliny u predstaviteľov čeľade Zygophyllaceae (parnofilné). Prvýkrát ich objavil B. L. Isachenko (1913) na koreňovom systéme Tribulus terrestris. Neskôr boli uzliny nájdené aj u iných druhov Tribulus.

Väčšina členov čeľade Zygophyllaceae sú xerofytické kry alebo trváce byliny. Sú bežné v púštiach tropických a subtropických oblastí a rastú na piesočných dunách, pustatinách a močiaroch mierneho pásma.

Je zaujímavé poznamenať, že tropické rastliny, ako je jasne červený parophyllum, tvoria uzliny iba pri vysokých teplotách a nízkej vlhkosti pôdy. Vlhkosť pôdy do 80 % celkovej vlahovej kapacity zabraňuje tvorbe uzlíkov. Ako je známe, opačný jav sa pozoruje u strukovín mierneho podnebia. Pri nedostatočnej vlhkosti netvoria uzliny.

Uzlíky v rastlinách čeľade parnofilných sa líšia veľkosťou a umiestnením na koreňovom systéme. Veľké uzliny sa zvyčajne vyvíjajú na hlavnom koreni a blízko povrchu pôdy. Menšie sa nachádzajú na bočných koreňoch a vo väčších hĺbkach. Niekedy sa na stonkách tvoria uzliny, ak ležia na povrchu pôdy.

Uzlíky suchozemského tribulusu na pieskoch pozdĺž južnej chyby vyzerajú ako malé biele, mierne špicaté alebo okrúhle bradavice.

Zvyčajne sú pokryté plexom hubových hýf prenikajúcich do koreňovej kôry.

V jasnočervenom parnolistníku sú uzliny koncovými zhrubnutiami bočných koreňov rastlín. Bakteroidy sa nachádzajú v uzlinách; baktérie sú veľmi podobné koreňovým uzlíkom.

Uzlíky tropických rastlín Tribulus cistoides sú tvrdé, zaoblené, s priemerom asi 1 mm, spojené s koreňmi širokou základňou, často na starých koreňoch zvinuté. Častejšie umiestnené na koreňoch, striedavo, na jednej alebo oboch stranách (obr. 169). Noduly sú charakterizované absenciou meristémovej zóny. Podobný jav je zaznamenaný pri tvorbe uzlín v ihličnatých rastlinách. Uzol teda vzniká v dôsledku bunkového delenia pericyklu stély.

Histologická štúdia uzlín Tribulus cistoides v rôznych štádiách vývoja ukázala, že im chýbajú mikroorganizmy. Na základe toho, ako aj akumulácie veľkého množstva škrobu v uzlinách, sa považujú za formácie, ktoré plnia funkciu zásobovania rastlín zásobnými živinami.

Uzlíky trstiny lesnej sú guľovité alebo trochu pretiahnuté útvary s priemerom do 4 mm, tesne usadené na koreňoch rastlín (obr. 170). Farba mladých uzlín je najčastejšie biela, ojedinele ružovkastá, starožltá a hnedá. Uzlík je spojený s centrálnym valcom koreňa širokým cievnym zväzkom. Rovnako ako u Tribulus cistoides, trstinové uzliny majú kôru, kôrový parenchým, endoderm, pericyklický parenchým a cievny zväzok (obr. 171).

Baktérie v uzlíkoch trstiny drevitej veľmi pripomínajú baktérie koreňových uzlín bôbovitých rastlín.

Uzliny sa nachádzajú na koreňoch kapusty a reďkovky - zástupcovia krížovej rodiny. Predpokladá sa, že ich tvoria baktérie, ktoré majú schopnosť viazať molekulárny dusík.

Medzi rastlinami z čeľade madderovcov sa uzliny nachádzajú v káve Coffea robusta a Coffea klainii. Rozvetvujú sa dichotomicky, niekedy sú sploštené a vyzerajú ako vejár. V tkanivách uzla sa nachádzajú baktérie a bakterioidné bunky. Baktérie podľa Stewarta (1932) patria k Rhizobium, ale pomenoval ich Bacillus coffeicola.

Na dryáde (jarabice obyčajnej) boli nájdené uzliny v rastlinách čeľade ruží. Dvaja ďalší členovia tejto čeľade, Purshia tridentata a Cercocarpus betuloides, opísali typické koralové uzliny. V literatúre však neexistujú žiadne údaje o štruktúre týchto uzlín a povahe ich patogénu.

Z čeľade vresovcov možno spomenúť iba jednu rastlinu - medvedicu (alebo medvedicu), ktorá má na koreňovom systéme uzlíky. Mnohí autori sa domnievajú, že ide o ektotrofnú mykorízu podobnú koralom.

V krytosemenných jednoklíčnolistových rastlinách sú uzliny bežné medzi zástupcami čeľade obilnín: lišajník lúčny, lipnica lúčna, chlpatý sibírsky a slaný. Na koncoch koreňov sa tvoria uzliny; sú podlhovasté, zaoblené, vretenovité. V líščom chvoste sú mladé uzliny svetlé, priehľadné alebo priesvitné, vekom sa stávajú hnedými alebo čiernymi. Údaje o prítomnosti baktérií v bunkách uzlín sú protichodné.

Listové uzliny.

Je známych viac ako 400 druhov rôznych rastlín, ktoré tvoria uzliny na listoch. Najviac boli študované uzliny Pavetty a Psychotria. Sú umiestnené na spodnom povrchu listov pozdĺž hlavnej žily alebo rozptýlené medzi laterálnymi žilami, majú intenzívnu zelenú farbu. Chloroplasty a tanín sú sústredené v uzlinách. So starnutím sa na uzlinách často objavujú praskliny.

Vytvorený uzlík je naplnený baktériami, ktoré infikujú listy rastliny, zrejme v čase klíčenia semien. Pri pestovaní sterilných semien sa uzliny neobjavujú a rastliny vyvíjajú chlorotické. Ukázalo sa, že baktérie izolované z listových uzlín Psychotria bacteriopbyla patria do rodu Klebsiella (K. rubiacearum). Baktérie fixujú dusík nielen v symbióze, ale aj v čistej kultúre – až 25 mg dusíka na 1 g použitého cukru. Treba predpokladať, že zohrávajú dôležitú úlohu vo výžive rastlín dusíkom na neúrodných pôdach. Existuje dôvod domnievať sa, že dodávajú rastlinám nielen dusík, ale aj biologicky aktívne látky.

Niekedy sú na povrchu listov viditeľné lesklé filmy alebo viacfarebné škvrny. Tvoria ich mikroorganizmy fylosféry – špeciálny druh epifytických mikroorganizmov, ktoré sa podieľajú aj na dusíkatej výžive rastlín. Baktérie fylosféry sú prevažne oligonitrofily (žijú na zanedbateľných nečistotách zlúčenín obsahujúcich dusík v médiu a spravidla fixujú malé množstvá molekulárneho dusíka), ktoré sú v tesnom kontakte s rastlinou.

Biologický encyklopedický slovník

Rod baktérií viažucich dusík, ktoré tvoria uzliny na koreňoch mnohých strukovín. Absorbujte atmosférický molekulárny dusík a premieňajte ho na zlúčeniny dusíka absorbované rastlinami, ktoré zase poskytujú iné rastliny ... ... Ekologický slovník

Rod baktérií, ktoré tvoria uzliny na koreňoch mnohých strukovín a fixujú molekulárny dusík vo vzduchu v podmienkach symbiózy s rastlinou. Netvoria spóry, sú to aeróby. Obohaťte pôdu dusíkom. Pozri tiež Fixácia dusíka... Veľký encyklopedický slovník

Prierez koreňovým uzlíkom sóje. Baktérie, lat. Bradyrhizobium japonicum, zasiať korene a vstúpiť do symbiózy viažucej dusík. Baktérie uzlín... Wikipedia - symbiontné baktérie, ktoré sa vyvíjajú na tkanivách koreňov strukovín a niektorých iných rastlín, schopné viazať voľný dusík zo vzduchu a sprístupniť ho vyšším rastlinám ... Slovník botanických pojmov

Žijú na koreňoch strukovín. a tvoria na nich špeciálne uzlíky s veľkosťou od maku po fazuľu a väčšie. K. b. sú dôležitým faktorom pri zvyšovaní úrody, pretože s ich pomocou rastú strukoviny. absorbovať voľný dusík z atmosféry... Poľnohospodársky slovník-príručka

uzlové baktérie- (Rhizobium), rod aeróbnych baktérií, ktoré sa usadzujú v uzlinách na koreňoch strukovín a majú schopnosť absorbovať atm. dusík a obohacovať ním pôdu. Žijú v symbióze s rastlinami, poskytujú im dusík a dostávajú uhlíkové produkty od raných... Poľnohospodársky encyklopedický slovník

uzlové baktérie- (Rhizobium), rod aeróbnych baktérií, ktoré sa usadzujú v uzlinách na koreňoch bôbovitých rastlín a majú schopnosť absorbovať vzdušný dusík a obohacovať ním pôdu. Žijú v symbióze s rastlinami, poskytujú im dusík a prijímajú ich z rastlín ... ... Poľnohospodárstvo. Veľký encyklopedický slovník