Simbiozo s stročnicami tvorijo vozličaste bakterije. Nodule bakterije

Razširjenost vozličastih bakterij v naravi

Kot simbiotski organizmi se bakterije vozličev širijo po tleh in spremljajo nekatere vrste stročnic. Po uničenju vozličev celice vozličastih bakterij vstopijo v tla in začnejo obstajati na račun različnih organskih snovi, kot drugi talni mikroorganizmi. Skoraj vseprisotna razširjenost vozličastih bakterij je dokaz njihove visoke stopnje prilagodljivosti različnim talnim in podnebnim razmeram, sposobnosti vodenja simbiotičnega in saprofitnega načina življenja.

S shematizacijo trenutno razpoložljivih podatkov o razširjenosti gomoljčkov v naravi lahko naredimo naslednje posplošitve.

V neobdelanih in obdelanih tleh so navadno v velikih količinah prisotne vozličaste bakterije tistih vrst stročnic, ki jih najdemo v divji flori ali so se na določenem območju že dolgo gojile. Število vozličastih bakterij je vedno največje v rizosferi stročnic, nekoliko manj v rizosferi drugih vrst in malo v prsti, ki je oddaljena od korenin.

V tleh najdemo tako učinkovite kot neučinkovite bakterije vozličev. Obstaja veliko dokazov, da dolgotrajen saprofitski obstoj gomoljčkov, zlasti v tleh z neugodnimi lastnostmi (kisla, slana), vodi do zmanjšanja in celo izgube aktivnosti bakterij.

riž. 1 - Noduli na koreninah jelše (po J. Beckingu)

Navzkrižna okužba različnih vrst stročnic v naravi in ​​kmetijski praksi pogosto vodi do pojava vozličev na koreninah, ki ne fiksirajo aktivno molekularnega dušika. To je praviloma odvisno od odsotnosti ustreznih vrst vozličastih bakterij v tleh.

Še posebej pogosto se ta pojav opazi pri uporabi novih vrst stročnic, ki so bodisi okužene z neučinkovitimi vrstami medskupinskih bakterij ali se razvijejo brez vozličev.

riž. 2 - Noduli na koreninah tribulusa (po O. Allenu)

Nodule bakterije se uporabljajo za industrijsko proizvodnjo nitragina, ki se uporablja za obdelavo semen stročnic. Prvi jih je odkril M. S. Voronin leta 1866. Kasneje jih je M. V. Beyerink (1888) izoliral v čisti kulturi in podrobno preučil mikrobiologi in fiziologi. Bakterije prodrejo v korenine stročnic skozi koreninski dlak in prodrejo v notranjo ovojnico korenine, v parenhim ter povzročijo povečano delitev in proliferacijo celic. Na koreninah nastanejo grdi izrastki, imenovani vozli ali vozli. Sprva bakterije absorbirajo hranila rastline in nekoliko zavirajo njeno rast. Potem, ko tkivo vozličev raste, se vzpostavi simbioza med bakterijami in višjimi rastlinami. Bakterije iz rastline prejemajo ogljikovo hrano (sladkor) in minerale, v zameno pa ji zagotavljajo dušikove spojine.

Nodulske bakterije se naselijo v tleh, se razmnožujejo in prodrejo v koreninske celice skozi luknje v koreninskih dlakah stročnic. V celicah pride do povečanega razmnoževanja vozličastih bakterij in vzporedno do intenzivne delitve koreninskih celic, okuženih z bakterijami gomoljev.

Nodule bakterije oskrbujejo stročnice z dušikom. Rastlina izkorišča ta vezan dušik in nato oskrbi vozličaste bakterije z organsko snovjo, ki vsebuje ogljik, ki jo potrebujejo. Nodule bakterije lahko uporabljajo različne sladkorje in alkohole kot vir ogljika.

Nodusne bakterije so mikroaerofili (razvijajo se z majhnimi količinami kisika v okolju), vendar imajo raje aerobne razmere. Nodule bakterije, ki so nastale iz okužbe, se še naprej razmnožujejo v gostiteljskem tkivu. Večina bakterij se razmnožuje v citoplazmi celice in ne v infekcijski niti. Najintenzivneje se razvijejo, ko je reakcija tal blizu nevtralne. Zato je pri setvi stročnic na kisla tla skupaj s cepljenjem semen potrebno apnenje tal. Cepljenje brez apnenca zelo malo vpliva na pridelek in vsebnost beljakovin.

Nodusne bakterije so sposobne v ugodnih razmerah akumulirati do 200–300 kg/ha dušika v eni sezoni.

Mlade vozličaste bakterije v čisti kulturi na hranilnih medijih imajo običajno paličasto obliko (sl. 2, 3), velikost palic je približno 0 5 - 0 9 X 1 2 - 3 0 μm, mobilne, pomnožene z delitvijo

Poleg gomoljčkov živijo v tleh tudi drugi mikroorganizmi, ki lahko asimilirajo prosti dušik iz zraka; ne živijo na koreninah rastlin, ampak blizu njih. Vsa druga hranila, ki jih potrebujejo ti mikrobi, absorbirajo sami in ne na račun rastlinskih sokov, kot je značilno za gomoljčke rastline. Azotobacter je najpomembnejši mikroorganizem, ki živi v tleh in je sposoben asimilirati atmosferski dušik. Te bakterije lahko živijo v ugodnih razmerah vlažnosti, dobrega pretoka zraka, primerne temperature in kislosti tal. Zahteve Azotobacterja do toplotnega režima in vlažnosti tal so približno enake zahtevam gojenih rastlin, vendar je bolj občutljiv na kislost tal kot večina rastlin.

Nodulske bakterije so specifične - posamezne vrste ali rase so sposobne tvoriti vozličke na koreninah le nekaterih stročnic. Nekateri se torej razvijejo le na koreninah detelje, ne morejo pa okužiti korenin graha, lucerne, volčjega boba in drugih stročnic. Skupine bakterij, ki tvorijo vozličke na koreninah volčjega boba in seradele, ne okužijo korenin detelje in graha itd. Včasih je specifičnost gomoljčkov tako izrazita, da različne sorte enega G? in ista kultura (ali celo rastlinske sorte) imata različen odnos do enega ali drugega seva bakterij. Korenine rumenega krmnega volčjega boba na primer niso vedno dobro okužene z vozličastimi bakterijami iz korenin enoletnega grenkega volčjega boba. Skupine vozličastih bakterij glede na njihovo specifičnost so navedene na strani 382.[ ...]

Nodulske bakterije se najintenzivneje razvijajo, ko je reakcija tal blizu nevtralne. Zato je pri setvi stročnic na kisla tla skupaj s cepljenjem semen potrebno apnenje tal. Cepljenje brez apnenca zelo malo vpliva na pridelek in vsebnost beljakovin. Po podatkih K. Fillersa je pri gojenju soje na kislih tleh brez cepljenja in brez apna vsebnost beljakovin v semenih znašala 32,8 %, povečala se je za 11,2 %.[ ...]

Nodusne bakterije različnih stročnic odmrejo v kislih tleh.[ ...]

Nodule bakterije potrebujejo zadostno oskrbo z ogljikovimi hidrati, fosforjem in kalcijem. V zadnjih letih je bilo ugotovljeno, da imajo številni mikroelementi (zlasti molibden) pomembno vlogo pri vitalni aktivnosti nodusnih bakterij. Apnjenje in uporaba molibdena za stročnice na kislih tleh uravnavata reakcijo tal; Na vseh tleh je potrebna zadostna oskrba stročnic s fosforjem.[ ...]

Prokarioti (bakterije, arhebakterije, cianobakterije) so enocelični organizmi, ki nimajo jedra. Zahvaljujoč tako raznolikemu metabolizmu lahko bakterije obstajajo v različnih okoljskih razmerah: v vodi, zraku, tleh in živih organizmih. Vloga bakterij je velika pri nastajanju nafte, premoga, šote, zemeljskega plina, pri nastajanju tal, pri kroženju dušika, fosforja, žvepla in drugih elementov v naravi. Saprotrofne bakterije sodelujejo pri razgradnji organskih ostankov rastlin in živali ter pri njihovi mineralizaciji na CO2, H20, H2S, ICHH3 in druge anorganske snovi. Skupaj z glivami so razgrajevalci. Nodule bakterije (fiksirajo dušik) tvorijo simbiozo s stročnicami in sodelujejo pri fiksaciji atmosferskega dušika v mineralne spojine, ki so na voljo rastlinam. Rastline same te sposobnosti nimajo.[...]

Ker na koreninah stročnic ni gomoljev, postanejo isti porabniki dušika iz tal kot druge rastline.[ ...]

Pomembna lastnost nodusnih bakterij je njihova aktivnost (učinkovitost), to je sposobnost asimilacije molekularnega dušika v simbiozi s stročnicami in zadovoljevanja potreb rastline gostiteljice v njej. Glede na to, v kolikšni meri bakterije vozličev prispevajo k povečanju pridelka stročnic (slika 146), jih običajno delimo na aktivne (učinkovite), neaktivne (neučinkovite) in neaktivne (neučinkovite).[ ...]

Med bakterijami, ki fiksirajo dušik, ločimo prostoživeče v tleh in bakterije vozličev, ki živijo na koreninah stročnic (slika 9, h). Najpomembnejša predstavnika prostoživečih bakterij, ki fiksirajo dušik, sta Azotobacter in Clostridium, ki letno fiksirata več deset kilogramov dušika na 1 ha zemlje. Veliko učinkovitejše je delovanje vozličastih bakterij, ki okužijo celice korenin stročnic. Posledično pod stročnicami pride do mikrobiološkega kopičenja dušika, ki je na voljo rastlinam. Pod površino 1 ha, posejano z deteljo, se lahko zaradi delovanja teh bakterij nabere 100-krat več dušika kot prostoživečih fiksativov tega elementa.[...]

Ker ob pomanjkanju vlage do razmnoževanja vozličev ne pride, je treba v primeru suhe pomladi cepljena (umetno okužena) semena vnesti globlje v zemljo. Na primer, v Avstraliji so semena, obložena z bakterijami vozličev, zakopana globoko v zemljo. Zanimivo je, da so bakterije vozličev v tleh sušnega podnebja bolj odporne na sušo kot bakterije v tleh vlažnega podnebja. To kaže na njihovo ekološko prilagodljivost.[...]

Poleg specifičnosti se rase nodusnih bakterij razlikujejo po virulenci in aktivnosti. Virulenca - njihova sposobnost, da prodrejo skozi koreninske dlake v korenino stročnice in tvorijo vozličke. Aktivnost nodusnih bakterij se imenuje njihova sposobnost asimilacije atmosferskega dušika. Samo aktivni sevi teh bakterij oskrbujejo stročnice z dušikom. Ko so korenine okužene z virulentnimi, a neaktivnimi vozličastimi bakterijami, nastanejo vozlički, vendar ne pride do fiksacije dušika. Nodulske bakterije, ki se uporabljajo za pripravo nitragina, morajo imeti visoko virulenco in visoko aktivnost. Če je virulenca nitraginskih vozličev višja kot virulenca manj aktivnih bakterij, ki so že v tleh, potem to omogoča, da bakterije nitraginskih vozličkov hitreje in v velikem številu prodrejo v korenino.[...]

Od vseh teh primerov je bila najbolj natančno raziskana simbioza gomoljčkov s stročnicami, saj so te rastline velikega pomena za človeka.[ ...]

Reakcija tal ima velik vpliv na vitalno aktivnost gomoljčkov in nastanek vozličev. Za različne vrste in celo seve nodusnih bakterij je pH vrednost habitata nekoliko drugačna. Na primer, bakterije vozličev detelje so bolj odporne na nizke vrednosti pH kot bakterije vozličev lucerne. Očitno tu vpliva tudi prilagajanje mikroorganizmov na okolje. Detelja raste na bolj kislih tleh kot lucerna. Reakcija tal kot ekološki dejavnik vpliva na aktivnost in virulenco nodusnih bakterij. Najbolj aktivne seve je lažje izolirati iz tal z nevtralnimi pH vrednostmi. V kislih tleh so pogostejši neaktivni in šibko virulentni sevi. Kislo okolje (pH 4,0-4,5) neposredno vpliva na rastline, zlasti moti sintetične procese presnove rastlin in normalen razvoj koreninskih dlak.[...]

Obstaja veliko število vrst in ras vozličastih bakterij, od katerih se je vsaka prilagodila okužbi ene ali več vrst stročnic. Koreninski sistem stročnic ima specifične koreninske izločke. Zaradi tega se okoli koreninskih dlačic kopičijo vozličaste bakterije, ki se med atomom zvijajo. Skozi koreninski las v koreninski parenhim prodrejo bakterije v obliki neprekinjenega pramena, ki ga sestavlja nešteto bakterij, ki jih povezuje sluz. Vovmozhpo, bakterije izločajo hormon avksin v ato je vzrok za rast tkiva, nastanejo otekline - vozlički. Nodusne celice so napolnjene z bakterijami, ki se hitro razmnožujejo, vendar ostanejo žive in zadržijo velika jedra. Nodule bakterije okužijo samo poliploidne koreninske celice.[ ...]

Alfalfa kot stročnica je sposobna kopičiti veliko dušika v tleh s pomočjo gomoljčkov na koreninah, pri tem pa ne popušča detelje. Njegov koreninski sistem se bolje razvije v 1. letu uporabe, do 3. leta pa nakopiči dušik v tleh 120 ... 200 kg / ha. Z večanjem rodovitnosti tal, izboljšanjem njene strukture je lucerna dobra predhodnica v kolobarju.[ ...]

Pri gojenju volčjega boba se uporablja nitragin za povečanje aktivnosti gomoljev volčjega boba, uporabna so tudi borova in molibdenova mikrognojila (semena obdelamo z raztopino amonijevega molibdata hkrati z njihovo nitraginizacijo).[ ...]

Anaerobno razgradnjo celuloze izvajajo samo bakterije (na primer bacil Omeljanskega), aerobno pa številne vrste bakterij, gliv, aktinomicete.[...]

To kaže, da fiksno označeni dušik vstopi v bakterijska telesa iz tkiv višje rastline, ki je vir dušikove prehrane za bakterije. Tako fiksacija atmosferskega dušika ni lokalizirana v telesu vozličastih bakterij, temveč v tkivu vozličev višje rastline. Pomembna vloga nodusnih bakterij je, da inducirajo nastanek tega specifičnega vozličastega tkiva. Nadaljnje študije so pokazale, da največja vsebnost označenega dušika v posameznih dušikovih frakcijah celičnega soka vozličev vedno pade na amidno skupino asparagina in glutamina. Ker lahko to skupino štejemo za transformirani amoniak, je amoniak končni anorganski produkt biološke fiksacije dušika.[...]

V biosferi fiksacijo dušika izvaja več skupin anaerobnih bakterij in cianobakterij pri normalni temperaturi in tlaku zaradi visoke učinkovitosti biokatalize. Menijo, da bakterije pretvorijo približno 1 milijardo ton dušika na leto v vezano obliko (svetovni obseg industrijske fiksacije je približno 100 milijonov ton). V nodusnih bakterijah stročnic se fiksacija dušika izvaja s pomočjo kompleksnega encimskega kompleksa, zaščitenega pred presežkom kisika s posebnim rastlinskim hemoglobinom.[ ...]

Eden od razlogov za pozitiven učinek molibdena na fiksacijo molekularnega dušika z bakterijami vozličev je povečanje pod njegovim delovanjem aktivnosti dehidrogenaz, ki zagotavljajo stalen dotok aktiviranega vodika, potrebnega za redukcijo atmosferskega dušika. .]

Vrednost novega nitraginovega pripravka je v dolgoročnem ohranjanju vitalnosti koreninskih gomoljev in možnosti vnaprejšnje priprave pripravkov po mehanizirani metodi. Po učinkovitosti je suhi nitragin blizu zemlje. Lahko se nanese kot prah, poprašite semena, ne da bi jih namakali.[...]

Posebej pomembna v ciklu dušika je vloga simbiotskih (iz grščine symbiosis - sobivanje) vozliških bakterij, lokaliziranih na koreninah rastlin, predvsem iz družine stročnic. Bakterije iz rodov Azotobacter ali Rhizobium so sposobne fiksirati atmosferski dušik z encimskim cepljenjem molekul N3 in ga omogočiti koreninskim sistemom rastlin.[...]

Biološko fiksacijo atmosferskega molekularnega dušika v tleh izvajata dve skupini bakterij: prostoživeče aerobne in anaerobne ter nodusne bakterije, ki živijo v simbiozi s stročnicami. Najpomembnejši predstavnik prve skupine aerobov je Azotobacter, anaerobne pa Clostridium pasteurianum. Ugodno okolje za močno delovanje vozličev so dobro prezračena tla z rahlo kislo in nevtralno reakcijo. Aktivnost bakterij, ki fiksirajo dušik, je pomembna za celotno dušikovo ravnovesje v tleh, ki se uporabljajo v kmetijstvu. Zato je za delovanje vozličastih bakterij pomembna obdelava tal. Za povečanje števila koreninskih gomoljev se v zemljo vnese bakterijski pripravek nitragin, ki vsebuje aktivne rase vozličastih bakterij.[ ...]

Po podatkih Raziskovalnega inštituta za kmetijsko mikrobiologijo so lahko v številnih tleh bakterije vozličev, ki ustrezajo eni ali drugi kulturi stročnic, odsotne, tiste, ki so prisotne, pa imajo neproduktiven sistem fiksacije dušika. V zvezi s tem so mikrobiologi opravili selekcijsko delo. Posledično se vsaka tri leta v rastline prenese do deset novih sevov vozličastih bakterij, katerih sposobnost fiksiranja dušika je 10-20 % večja od prejšnjih referenčnih sevov. Ustvarjeno in množično proizvedeno je zdravilo rhizotorfin – priročna in praktična oblika dostave vozličastih bakterij v semena in rastoče korenine stročnic.[...]

Organska in mineralna gnojila (fosfor-kalij), vnesena v tla, znatno izboljšajo sposobnost vozličev, da asimilirajo atmosferski dušik. Za aktiviranje delovanja gomoljčkov je treba kisla tla apneti, tla v sušnih regijah pa navlažiti.[ ...]

Vzajemnost je interakcija med dvema organizma različnih vrst, ki je koristna za vsakega od njih. Na primer, bakterije vozličev, ki vežejo dušik, živijo na koreninah stročnic in pretvarjajo atmosferski dušik v obliko, ki je na voljo za prevzem v teh rastlinah. Zato bakterije oskrbujejo rastline z dušikom. Po drugi strani pa rastline oskrbijo bakterije vozličev z vsemi potrebnimi hranili. Vzajemnost lahko štejemo tudi za interakcijo med mikroorganizmi, ki živijo v človeškem debelem črevesu, in človekom samim. Za mikroorganizme je korist določena s tem, da zagotavljajo svoje prehranske potrebe na račun vsebine črevesja, za ljudi pa je korist v tem, da mikroorganizmi dodatno prebavljajo hrano in sintetizirajo tudi vitamin K, ki je zanjo bistvenega pomena.V svetu cvetočih rastlin je opraševanje z žuželkami rastlin vzajemnost.in prehrana žuželk z rastlinskim nektarjem. Vzajemnost je pomembna tudi pri "recikliranju" organskih snovi. Na primer, prebavo celuloze v želodcu (vapu) goveda zagotavljajo bakterije, ki jih vsebuje.

Posebnost prehrane stročnic je, da ne potrebujejo prisotnosti mineralnih dušikovih spojin v tleh. V simbiozi z bakterijami vozličev stročnice uporabljajo prosti dušik ozračja. Zato so ti pridelki vir biološkega dušika za kmetijstvo.[...]

V zvezi s tem je kmetijska praksa trdno vstopila v metodo inokulacije - predsetveno obdelavo semen stročnic s pripravkom vozličastih bakterij ustrezne vrste. V različnih državah je tehnična priprava za inokulacijo stročnic dobila različna imena. V ZSSR, NDR, FRG in na Poljskem se imenuje nitragin. Zato se sprejem inokulacije zadevnih kultur v teh državah imenuje nitraginizacija. Nitragin poveča pridelek stročnic za 10-15%, na novih območjih pridelave pa za 50% ali več.[...]

Kot je navedeno zgoraj, detelja slabo raste na kislih tleh, pogosto se redči in včasih popolnoma izpade in celo v 1. letu uporabe. Življenjska aktivnost vozličev na takih tleh je zatrta. Kislost tal, zlasti v severozahodnih regijah nečernozemske cone (tukaj ima več kot polovica njiv z visoko kislostjo), ob prisotnosti mobilnih oblik aluminija v njih, je eden od razlogov za zmanjšanje pridelek trave [...]

Fiksacija atmosferskega dušika. Nobena zelena rastlina se ne more hraniti neposredno z atmosferskim dušikom. Ker se zaradi delovanja denitrifikacijskih bakterij v naravi nenehno zmanjšujejo zaloge vezanega dušika in njegova pretvorba v atmosferski dušik, bi življenje na zemlji zaradi dušikovega stradanja ogrozilo neizogibno smrt. Vendar pa obstaja skupina mikroorganizmov, ki lahko pritrdijo atmosferski dušik in ga omogočijo rastlinam. Te mikroorganizme imenujemo bakterije, ki vežejo dušik, delimo jih na bakterije vozličev, ki se razvijejo na koreninah stročnic, in prostoživeče v tleh.[ ...]

Kot rezultat teh študij je bilo ugotovljeno, da je označeni plinasti atmosferski dušik, ki ga fiksirajo stročnice, sprva v velikih količinah le v celičnem soku nodusnega tkiva, ki je hipertrofirano koreninsko tkivo stročnic, od koder nato postopoma prehaja v drugih rastlinskih organov. V bakterijah koreninskih vozličev je označeni dušik med izpostavljenostjo rastlin od 6 do 48 ur popolnoma odsoten ali pa je vsebovan v izjemno majhnih količinah, običajno ne preko meja možne poskusne napake (tabela 4).[ ...]

Poleg tega P. S. Kossovich sodi med študije kroženja žvepla in klora v naravi in ​​gospodarstvu, ki do danes niso izgubile svojega pomena, pa tudi dokaz stališča, da nodusne bakterije vežejo atmosferski dušik, ki je prišel skozi korenine in ne skozi liste stročnic. Uspešno je preučeval izločanje korenin pridelkov, predvsem sproščanje ogljikovega dioksida, ki ga je povezoval z asimilacijsko sposobnostjo korenin.[...]

Skupnost organizmov, ki temelji na vzajemni koristi, ko dve vrsti ustvarjata ugodno okolje za razvoj, se imenuje simbioza. Primer je razmerje med gomoljskimi bakterijami in stročnicami. Nodusne bakterije prejemajo organske snovi brez dušika in mineralne soli iz rastline stročnic, v zameno pa ji zagotavljajo dušikove snovi, ki jih sintetizirajo iz atmosferskega dušika.[...]

Aminoavtotrofi vključujejo mikroorganizme, ki uporabljajo dušik iz amonijakovih soli, nitratnih soli in sečnine. Aminoavtotrofi pri uporabi dušika iz mineralnih spojin ga najprej pretvorijo v amonijev dušik, nato pa ga porabijo za izgradnjo aminokislin, iz katerih se sintetizirajo beljakovine. Predhodna pretvorba dušika v amoniak je razložena z dejstvom, da je dušik v mikrobni celici v reduciranem stanju v obliki amino (NH2) in imino skupin (NH). Vloga dušika v beljakovinskih snoveh bakterijske protoplazme je, da daje beljakovinam reaktivnost. Dušik zaradi inertnosti težko vstopi v spojine, vendar jih zlahka zapusti.[ ...]

Vpliv predhodnika vpliva predvsem na oskrbo pognojenih posevkov z dušikom. Rastline, posejane po stročnicah, ki pustijo nekaj dušika, ki ga asimilirajo vozličaste bakterije iz ozračja, se bolje odzivajo na fosfor kot tiste, ki sledijo drugim predhodnikom. S. P. Kulzhinsky (1935) je to situacijo ponazoril s podatki ukrajinskih poskusnih postaj (tabela 72).[ ...]

V zadnjem času se nabira vedno več podatkov, da številne lizogene kulture vsebujejo 2, 3, 4 ali več zmernih fagov, torej so polilizogene. Na primer, številne aktinomicete, proaktinomicete, rizobije in nekatere bakterije, ki nosijo spore, vsebujejo 4 ali več fagov. Fagi, ki jih vsebujejo polilizogene kulture, se pogosto močno razlikujejo med seboj po obliki delcev, antigenskih lastnostih in spektru litične aktivnosti. Polilizogene kulture lahko eksperimentalno pridobimo tako, da jih sočasno ali zaporedno izpostavimo različnim zmernim fagom. Tako pridobljene kulture se ne razlikujejo od tistih, izoliranih iz naravnih virov.[...]

Te spremembe so lahko pozitivne za plodnost in negativne. Primer pozitivnih sprememb je odprava odvečne kislosti zaradi apnenjenja, kopičenje dušika zaradi delovanja vozličastih bakterij med posevki stročnic, odstranjevanje škodljivih soli v namakanih tleh po njihovem pranju, izboljšanje vodo- zračni režim zaradi rahljanja podzemne plasti itd. [ .. .]

Zeleno gnojenje predvsem obogati tla z organskimi snovmi in dušikom. Pogosto se, odvisno od pogojev njegove uporabe, na hektar njive orje 35-45 ton organske snovi, ki vsebuje 150-200 kg dušika, ki ga iz zraka fiksirajo vozličaste bakterije (pri setvi zelenega gnoja stročnic).[ .. .]

Vzajemnost (simbioza): vsaka od vrst lahko živi, ​​raste in se razmnožuje le v prisotnosti druge. Simbioti so lahko samo rastline, rastline in živali ali samo živali. Tipični primeri simbiontov, pogojenih s hrano, so vozličke bakterije in stročnice, mikoriza nekaterih gliv in drevesnih korenin, lišaji in termiti.[...]

Vendar pa v naravi in ​​gospodarstvu obstajajo pomembne razlike v ciklu dušika in fosforja. Kot veste, je skoraj 4D zrak sestavljen iz molekularnega dušika. In čeprav višjim rastlinam ni na voljo, ga absorbirajo nekateri mikroorganizmi, zlasti bakterije vozličev, ki živijo na koreninah stročnic. Te bakterije dobavljajo dušikovo hrano ne le stročnice. Ko se ostanki pridelka zaorjejo v zemljo in korenine razpadejo, ostane zadostna količina dušika za posevek po stročnicah, zlasti po detelji in lucerni.[ ...]

Grah zemljo obogati z dušikom šele, ko se na njegovih koreninah razvijejo vozlički, večji in močnejši pa je zemlja bolje obogatena z dušikom. V ta namen je treba seme graha na dan setve obdelati z nitraginom pod krošnjo, ki ščiti bakterije, ki vežejo dušik, pred škodljivimi učinki sončne svetlobe. Vsebino ene steklenice nitragina, raztopljenega v 2 litra vode, navlažimo s semeni in jih lopato pretresemo. Posušena semena sejemo brez odlašanja. Nitraginizacija povzroči zgodnje nastajanje vozličev in spodbuja boljši razvoj rastlin. Uporaba nitragina je učinkovita za zgodnjo setev graha v vlažna tla. Na nekapnjenih kislih tleh se bakterije vozličev slabo razvijajo in učinek nitragina se močno zmanjša.[ ...]

Tipičen primer simbioze je tesno sobivanje med glivami in algami, ki vodi v nastanek kompleksnejšega in bolj prilagojenega rastlinskega organizma – lišaja. Drug presenetljiv primer simbiotskega sobivanja v tleh je simbioza gliv z višjimi rastlinami, ko glive tvorijo glive na koreninah rastlin. Opažena je izrazita simbioza med gomoljskimi bakterijami in stročnicami.[ ...]

D. N. Pryanishnikov je trdil, da za našo državo niso bolj obetavna travnata polja, ampak intenzivna kolobarjenja. Prav oni so nadomestili tripoljsko žito, ki je tisoč let prevladovalo v zahodni Evropi. Pod tremi njivami je bila tretjina zemlje prazna (pozna ledina), dve tretjini pa posejane z žitnimi pridelki. Stročnice niso gojili, kar je izključilo možnost mobilizacije zračnega dušika s pomočjo gomoljčkov in negativno vplivalo na dušikovo prehrano rastlin in kroženje dušika v kmetijstvu. V tem kolobarju so bile obdelane rastline, vključno s krompirjem in korenovkami, skoraj odsotne, kar je povzročilo zapleveljenost njiv in stalno pomanjkanje krme. Kmečko gospodarstvo (z izjemo kulaške elite) stoletja ni moglo izstopiti iz začaranega kroga, ki ga je opazil slavni ruski agronom iz 18. stoletja. A. T. Bolotov, ki je zapisal: "...brez gnoja zemlja ne daje pridelka in je gnoja malo, saj je malo živine in malo živine, ker je malo krme in je malo krme , saj brez gnoja zemlja ne obrodi« (1779).[ ...]

Težave pri skladiščenju, transportu in uporabi nitraginskega agarja in jušnih pripravkov ter kratek rok uporabnosti so resni razlogi, ki prispevajo k izpodrivanju tega pripravka iz proizvodnje. Pripravki nitragina v prahu v razsutem stanju imajo nesporne prednosti pred pripravki iz agarja in juhe. Tehnologija njihove izdelave je enostavnejša in bolj ekonomična. Šotni pridelki trajajo dlje in jih je lažje prevažati. Ščitijo celice vozličastih bakterij pred neposrednim stikom z gnojili in ohranjajo njihovo sposobnost preživetja na semenih, še posebej, če so semena granulirana z apnom.[...]

Višja rastlina po shemi je vir spojin, ki vsebujejo ogljik. Njihova transformacija zagotavlja energijski material za procese aktivacije in redukcije N2. Aktivirani dušik je končni akceptor elektronov. Produkti nepopolne oksidacije spojin, ki vsebujejo ogljik, služijo kot akceptorji ICH3 in v nodulah tvorijo aminokisline, ki postanejo dostopne višji rastlini. Rastline delujejo kot skladišče spojin, ki vsebujejo ogljik (produkti fotosinteze) in dobavitelj energije. Nodulske bakterije v fazi bakteroidov kažejo sposobnost prenosa aktiviranega vodika v dušik s pomočjo nitrogenaze. Pot od N2 do T Shz se obravnava kot obnovitveni proces.[ ...]

Rastline graha imajo sposobnost, da absorbirajo dušik iz zraka in z njim obogatijo tla, zato bi morala biti glavna smer v sistemu gnojil uporaba fosfatnih in kalijevih gnojil. Dobro razvit koreninski sistem graha odlikuje visoka absorpcijska sposobnost hranil, vendar za znatno povečanje pridelka ne moremo računati na uporabo posledic gnojil v kolobarjenju, zato je treba neposredno nanašati mineralna gnojila za grah. Je odziven na uporabo fosfatnih in kalijevih gnojil. Fosfor pomaga pospešiti zorenje rastlin. Ob pomanjkanju v tleh se bakterije vozličev slabo razvijejo na koreninah in pridelek se zmanjša. Ob pomanjkanju kalija listi porumenijo, fižol se slabo razvija, zlasti na tleh lahke teksture. Na kislih tleh grah močno zmanjša pridelek, aktivnost nodulnih bakterij je oslabljena. Zato je apnenje kislih tal predpogoj za povečanje pridelka graha in večjo učinkovitost uporabljenih mineralnih gnojil. Odmerek apna je odvisen od kislosti tal (3...6 t/ha), bolje je vnesti apno pod prejšnje posevke.[ ...]

Eden najpomembnejših procesov interakcije med mikroorganizmi in višjo rastlino je simbiozna fiksacija atmosferskega dušika, glavnega elementa, ki določa velikost in kakovost pridelka. Skupna količina molekularnega dušika, vključenega v biološki cikel simbiotičnega sistema stročnice-rizobij, je samo v ZSSR 3 milijone ton letno.Dolgoletne domače in tuje izkušnje kažejo, da učinkovita simbioza stročnica-rizobij ni samo zagotovilo za pridobitev visok in kakovosten pridelek stročnic in posledično možnost reševanja problema beljakovin v hrani, hkrati pa tudi najbolj ekonomičnega vira zapolnitve dušika v tleh. Za uporabo poceni »biološkega dušika« v kmetijski pridelavi v mnogih državah se povečujejo posejane površine pod stročnicami, pogosto se uporablja tudi predsetvena obdelava semena s pripravki iz nodusnih bakterij, pridobljenih na osnovi aktivnih sevov Rhizobium. Narava in učinkovitost simbiotskega razmerja med stročnico in bakterijo vozličev sta odvisna od fiziološkega in biokemičnega stanja obeh partnerjev, zato bo vpliv katerega koli dejavnika na enega od njih zagotovo vplival na produktivnost sistema kot celote.

Nodule nastanejo le pri predstavnikih družine stročnic (Fabaceae). V različnih rastlinah se vozlički razlikujejo le po obliki in velikosti. Nastanejo po prodiranju gomoljčkov v koreninski sistem.

Številne študije so pokazale, da se bakterije vozličev med seboj razlikujejo, zato je treba rod Rhizobium obravnavati kot skupino sorodnih mikroorganizmov. V mladosti so te bakterije gibljive, paličaste, dolge od 1,2 do 3 μm, pri nekaterih vrstah je postavitev flagel peritrihozno, pri drugih - subpolarna. Nodule bakterije so po Gramu negativni aerobni organizmi, ki ne nosijo spor.

S staranjem bakterije vozličev izgubijo bičico, prenehajo biti gibljive in dobijo videz opasanih palic, saj je s starostjo bakterijska celica napolnjena z maščobnimi vključki in se ne obarva. S staranjem se v nodulah kulture Rhizobium pogosto pojavijo odebeljene, razvejane, sferične in druge oblike tvorbe, ki so veliko večje od običajnih celic. Te polimorfne tvorbe se imenujejo bakteroidi.

Nodule bakterije lahko asimilirajo različne ogljikove hidrate, organske kisline in polihidrične alkohole. Aminokisline so jim na voljo kot vir dušika. Za večino kultur Rhizobium je optimalni pH medija 6,5-7,5, optimalna temperatura pa 24-26°C.

Ugotovljeno je bilo, da bakterije vozličev lahko okužijo le določeno skupino stročnic. Selektivna sposobnost teh bakterij glede na rastline se imenuje specifičnost. Ta lastnost je postala glavna značilnost za razvoj taksonomije nodusnih bakterij.

V nekaterih primerih opazimo ne samo vrsto, ampak tudi sortno specifičnost bakterij vozličev. Poleg specifičnosti je za te bakterije značilna virulenca - sposobnost, da prodrejo v koreninsko tkivo, se tam pomnožijo in povzročijo nastanek mehurčkov. Pod določenimi pogoji lahko te bakterije zmanjšajo ali celo izgubijo svojo aktivnost.

Bistvena lastnost nodusnih bakterij je tudi njihova aktivnost, to je sposobnost asimilacije molekularnega dušika v simbiozi z rastlinami. V tleh se pojavljajo sevi aktivnih in neaktivnih vozličastih bakterij. Okužba stročnic z aktivno raso bakterij povzroči nastanek velikega števila mehurčkov na glavni korenini in povzroči močan proces fiksacije atmosferskega dušika. Neaktivne rase teh bakterij povzročajo nastanek mehurčkov, vendar dušik ni fiksiran.

Noduli, ki jih tvorijo aktivne rase bakterij, so rožnate barve. Pigment, ki jim daje to barvo, je po kemični sestavi podoben krvnemu hemoglobinu in se imenuje leghemoglobin (fitoglobin). Menijo, da ta pigment prispeva k procesu asimilacije dušika in ohranja redoks potencial na določeni ravni. Noduli, ki tvorijo neaktivne rase bakterij, so zelenkaste barve.

Paleontološki dokazi kažejo, da so bile nekatere rastline, ki spadajo v skupino Eucaesalpinioideae, najstarejše stročnice, ki so imele vozličke.

Pri sodobnih vrstah stročnic so na koreninah številnih članov družine Papilionaceae našli vozličke.

Filogenetsko bolj primitivni predstavniki družin, kot je Caesalpiniaceaer Mimosaceae, v večini primerov ne tvorijo vozličev.

Od 13.000 vrst (550 rodov) stročnic je bila prisotnost vozličev doslej ugotovljena le pri približno 1300 vrstah (243 rodov), med katerimi so predvsem rastlinske vrste, ki se uporabljajo v kmetijstvu (več kot 200).

Ko tvorijo vozličke, stročnice pridobijo sposobnost absorbiranja atmosferskega dušika. Vendar pa se lahko prehranjujejo z vezanimi oblikami dušika - amonijevimi solmi in dušikovo kislino. Samo ena rastlina, Hedysarum coronarium, asimilira samo molekularni dušik. Zato se brez vozličev v naravi ta rastlina ne pojavlja.

Nodusne bakterije oskrbujejo stročnico z dušikom, ki se fiksira iz zraka. Rastline pa oskrbujejo bakterije s produkti presnove ogljikovih hidratov in mineralnimi solmi, ki jih potrebujejo za rast in razvoj.

Leta 1866 je slavni botanik in znanstvenik tal M. S. Voronin videl najmanjša "telička" v nodulah na koreninah stročnic. Voronin je za tisti čas postavil drzne predpostavke: nastajanje vozličev je povezal z delovanjem bakterij, povečano delitev celic koreninskega tkiva pa z reakcijo rastline na bakterije, ki so prodrle v korenino.

20 let pozneje je nizozemski znanstvenik Beijerinck izoliral bakterije iz vozličev graha, grašice, chiny, fižola, seradele in lizike ter preučeval njihove lastnosti ter preverjal sposobnost okužbe rastlin in povzročanja nastanka vozličev. Te mikroorganizme je poimenoval Bacillus radicicola. Ker bakterije, ki tvorijo spore, spadajo v rod Bacillus, bakterije vozličev pa nimajo te sposobnosti, jih je A. Prazhmovsky preimenoval v Bacterium radicicola. B. Frank je predlagal uspešnejše generično ime za gomoljčke bakterije – Rhizobium (iz grškega rhizo – korenina, bio – življenje; življenje na koreninah). To ime se je ukoreninilo in se še vedno uporablja v literaturi.

Za označevanje vrste vozličastih bakterij je običajno, da se generičnemu imenu Rhizobium doda izraz, ki ustreza latinskemu imenu rastlinske vrste, iz katere so izolirane vozličke in na kateri lahko tvorijo vozličke. Na primer Rhizobium trifolii - bakterije deteljic, Rhizobium lupini - bakterije gomoljev volčjega boba itd. V primerih, ko so bakterije vozličev sposobne tvoriti gomolje na koreninah različnih vrst stročnic, torej povzročiti t.i. navzkrižno okužbo, Ime vrste je kot kolektivno - odraža prav to sposobnost "navzkrižne okužbe". Na primer, Rhizobium leguminosarum - nodule bakterije graha (Pisum), leče (Lens), čin (Lathyrus).

Morfologija in fiziologija nodusnih bakterij. Za bakterije vozličev je značilna neverjetna raznolikost oblik - polimorfizem. Na to so opozorili številni raziskovalci, ko so preučevali bakterije vozličev v čisti kulturi v laboratorijskih pogojih in v tleh. Nodule bakterije so lahko paličaste in ovalne. Med temi bakterijami so tudi filtrirne oblike, L-oblike, kokoidno negibni in mobilni organizmi.

Mlade vozličaste bakterije v čisti kulturi na hranilnih medijih imajo običajno paličasto obliko (sl. 143, 2, 3), velikost palic je približno 0,5 - 0,9 X 1,2 - 3,0 mikrona, mobilne, pomnožimo z delitvijo. V paličastih celicah nodusnih bakterij detelje opazimo delitev z ligacijo. S starostjo se paličaste celice lahko premaknejo v brstenje. Po Gramu se celice obarvajo negativno, njihova ultrafina struktura je značilna za gramnegativne bakterije (slika 143, 4).

S staranjem bakterije vozličev izgubijo gibljivost in preidejo v stanje tako imenovanih opasanih palic. To ime so dobili zaradi izmenjave gostih in ohlapnih delov protoplazme v celicah. Progastost celic je dobro zaznana, če jo pogledamo pod svetlobnim mikroskopom po obdelavi celic z anilinskimi barvili. Gosti deli protoplazme (pas) so obarvani slabše kot prostori med njimi. V luminiscenčnem mikroskopu so pasovi svetlo zeleni, prostori med njimi ne svetijo in so videti temni (slika 143, 1). Pasovi se lahko nahajajo na sredini kletke ali na koncih. Opasovanje celic je vidno tudi na vzorcih elektronske difrakcije, če pripravka pred ogledom ne obdelamo s kontrastnimi sredstvi (sl. 143, 3). Verjetno je s starostjo bakterijska celica napolnjena z maščobnimi vključki, ki ne zaznavajo barve in posledično povzročijo progaste celice. Faza "pasovnih palic" je pred fazo nastanka bakteroidov - celic nepravilne oblike: odebeljenih, razvejanih, kroglastih, hruškastih in bučkastih (slika 144). Izraz "bakteroidi" je leta 1885 v literaturo uvedel J. Brunhorst in ga uporabil za formacije nenavadne oblike, veliko večje od paličastih bakterijskih celic, ki jih najdemo v tkivih nodul.

Bakteroidi vsebujejo več zrnc volutina in zanje je značilna višja vsebnost glikogena in maščobe kot paličaste celice. Bakteroidi, ki rastejo v umetnih hranilnih medijih in nastanejo v tkivih vozličev, so fiziološko iste vrste. Menijo, da so bakteroidi oblike bakterij z nepopolnim procesom delitve. Z nepopolno delitvijo celic nodusnih bakterij nastanejo dihotomno razvejane oblike bakteroidov. Število bakteroidov narašča s staranjem kulture; njihov videz olajšajo izčrpavanje hranilnega medija, kopičenje presnovnih produktov in vnos alkaloidov v medij.

V starih (dva meseca starih) kulturah nodusnih bakterij je z elektronskim mikroskopom mogoče v številnih celicah prepoznati jasno opredeljene sferične formacije (slika 145) - artrospore. Njihovo število v celicah se giblje od 1 do 5.

Nodusne bakterije različnih vrst stročnic rastejo z različno hitrostjo na hranilnih medijih. Hitro rastoče bakterije vključujejo rizobije graha, detelje, lucerne, krmnega fižola, grašice, leče, čiče, sladke detelje, piskavice, fižola, čičerike in ptičje noge; do počasi rastočih - vozličaste bakterije volčjega boba, soje, arašidov, seradele, mung fižola, kravjega graha, esparzete, grebena. Popolnoma oblikovane kolonije hitro rastočih kultur je mogoče dobiti 3. - 4. dan inkubacije, kolonije počasi rastočih kultur - 7. - 8. dan.

Za hitro rastoče nodusne bakterije je značilna peritrihična razporeditev flagel, za počasi rastoče bakterije pa so monotrihialne (tabela 42, 1–5).

Pri gojenju na tekočih gojščih v celicah nodusnih bakterij poleg bičk nastanejo nitasti in kroglasti izrastki (tabel 42, 43). Njihova dolžina doseže 8-10 mikronov. Običajno se nahajajo na površini celice peritrihialno, vsebujejo od 4 do 10 ali več na celico.

Kolonije hitro rastočih vozličastih bakterij imajo barvo pečenega mleka, pogosto prosojne, sluzaste, z gladkimi robovi, zmerno izbočene in sčasoma zrastejo na površini agarskega medija. Kolonije počasi rastočih bakterij so bolj izbočene, majhne, ​​suhe, goste in praviloma ne rastejo na površini medija. Sluz, ki jo proizvajajo nodusne bakterije, je kompleksna spojina polisaharidnega tipa, ki vključuje heksoze, pentoze in uronske kisline.

Nodusne bakterije so mikroaerofili (razvijajo se z majhnimi količinami kisika v okolju), vendar imajo raje aerobne razmere.

Nodusne bakterije uporabljajo ogljikove hidrate in organske kisline kot vir ogljika v hranilnih medijih ter različne mineralne in organske spojine, ki vsebujejo dušik, kot vir dušika. Pri gojenju na gojiščih z visoko vsebnostjo snovi, ki vsebujejo dušik, lahko bakterije vozličev izgubijo sposobnost prodiranja v rastlino in tvorijo vozličke. Zato gomoljčke bakterije običajno gojimo na rastlinskih izvlečkih (fižol, grahova juha) ali izvlečkih zemlje. Fosfor, ki je potreben za razvoj, lahko pridobijo vozličaste bakterije iz mineralnih in organskih spojin, ki vsebujejo fosfor; mineralne spojine lahko služijo kot vir kalcija, kalija in drugih mineralnih elementov.

Za zatiranje tuje saprofitne mikroflore pri izolaciji bakterij vozličev iz vozličev ali neposredno iz tal se priporočajo hranila z dodatkom kristalno vijolične, tanina ali antibiotikov.

Za razvoj večine kultur nodulskih bakterij je potrebna optimalna temperatura v območju 24 - 26 °. Pri 0° in 37°C se rast ustavi. Običajno se kulture vozličastih bakterij v laboratorijskih pogojih hranijo pri nizkih temperaturah (2 - 4 °C).

Številne vrste nodusnih bakterij so sposobne sintetizirati vitamine B, pa tudi rastne snovi, kot je heteroauxin (findolocetna kislina).

Vse nodusne bakterije so približno enako odporne na alkalno reakcijo medija (pH = 8,0), na kislo pa neenako občutljive.

Specifičnost, virulenca, konkurenčnost in aktivnost nodusnih bakterij. Koncept specifičnosti nodusnih bakterij je skupen. Zaznamuje sposobnost bakterij, da tvorijo vozličke v rastlinah. Če govorimo o vozličastih bakterijah na splošno, potem je zanje nastajanje vozličev samo v skupini stročnic že samo po sebi specifično - imajo selektivnost za stročnice.

Če pa upoštevamo posamezne kulture gomoljčkov, se izkaže, da so med njimi takšne, ki so sposobne okužiti le določeno, včasih večjo, včasih manjšo skupino stročnic, in v tem smislu je specifičnost gomoljčkov. je selektivna sposobnost glede na gostiteljsko rastlino. Specifičnost nodusnih bakterij je lahko ozka (bakterije deteljnih vozličev okužijo le skupino detelj – specifičnost vrste, bakterije gomoljev volčjega boba pa je lahko značilna celo sortna specifičnost – okužijo le alkaloidne ali brezalkaloidne sorte volčjega boba). S široko specifičnostjo lahko bakterije grahovih vozličev okužijo rastline graha, brade in fižola, bakterije gomoljev graha in fižola pa lahko okužijo rastline graha, torej za vse je značilna sposobnost "navzkrižne okužbe". Specifičnost nodusnih bakterij je osnova njihove razvrstitve.

Specifičnost nodusnih bakterij je nastala kot posledica njihove dolgotrajne prilagoditve na eno rastlino ali skupino le-teh in genetskega prenosa te lastnosti. V zvezi s tem je tudi različna prilagodljivost vozliških bakterij na rastline znotraj skupine navzkrižne okužbe. Tako lahko bakterije nodus lucerne tvorijo vozličke v sladki detelji. Kljub temu so OHPI bolj prilagojeni lucerni, bakterije sladke detelje pa so bolj prilagojene sladki detelji.

V procesu okužbe koreninskega sistema stročnic z gomoljskimi bakterijami je virulenca mikroorganizmov zelo pomembna. Če specifičnost določa spekter delovanja bakterij, potem virulenca nodulnih bakterij označuje aktivnost njihovega delovanja znotraj tega spektra. Virulenca se nanaša na sposobnost gomoljev, da prodrejo v tkivo korenin, se tam razmnožijo in povzročijo nastanek vozličev.

Pomembno vlogo igra ne le sama sposobnost prodiranja v korenine rastline, temveč tudi hitrost tega prodiranja.

Za določitev virulence seva vozliških bakterij je treba ugotoviti njegovo sposobnost, da povzroči nastanek vozličev. Kriterij virulence katerega koli seva je lahko najmanjše število bakterij, ki zagotavlja močnejšo okužbo korenin v primerjavi z drugimi sevi, kar doseže vrhunec z nastankom vozličev.

V tleh, v prisotnosti drugih sevov, bolj virulentni sev ne bo vedno najprej okužil rastline. V tem primeru je treba upoštevati njegovo konkurenčno sposobnost, ki pogosto prikrije lastnost virulence v naravnih razmerah.

Nujno je, da imajo virulentni sevi tudi konkurenčnost, to pomeni, da lahko uspešno tekmujejo ne le s predstavniki lokalne saprofitne mikroflore, temveč tudi z drugimi sevi nodusnih bakterij. Kazalnik konkurenčnosti seva je število vozličev, ki jih tvori, kot odstotek skupnega števila vozličev na koreninah rastlin.

Pomembna lastnost nodusnih bakterij je njihova aktivnost (učinkovitost), to je sposobnost asimilacije molekularnega dušika v simbiozi s stročnicami in zadovoljevanja potreb rastline gostiteljice v njej. Glede na to, v kolikšni meri bakterije vozličev prispevajo k povečanju pridelka stročnic (slika 146), jih običajno delimo na aktivne (učinkovite), neaktivne (neučinkovite) in neaktivne (neučinkovite).

Sev bakterij, ki je neaktiven za eno gostiteljsko rastlino v simbiozi z drugo vrsto stročnic, je lahko zelo učinkovit. Zato je treba pri karakterizaciji seva glede na njegovo učinkovitost vedno navesti glede na to, na katero vrsto gostiteljske rastline se kaže njegov učinek.

Dejavnost nodusnih bakterij ni njihova trajna lastnost. Pogosto v laboratorijski praksi pride do izgube aktivnosti v kulturah nodusnih bakterij. V tem primeru se bodisi izgubi aktivnost celotne kulture bodisi se pojavijo posamezne celice z nizko aktivnostjo. Zmanjšanje aktivnosti nodulnih bakterij se pojavi v prisotnosti nekaterih antibiotikov, aminokislin. Eden od razlogov za izgubo aktivnosti nodusnih bakterij je lahko vpliv faga. S pasažo, torej večkratnim prehajanjem bakterij skozi gostiteljsko rastlino (prilagoditev na določeno rastlinsko vrsto), je mogoče pridobiti učinkovite seve iz neučinkovitih.

Izpostavljenost γ-žarkom omogoča pridobivanje sevov z večjo učinkovitostjo. Znani so primeri nastanka visoko aktivnih radiomutantov bakterij nodus lucerne iz neaktivnega seva. Uporaba ionizirajočega sevanja, ki neposredno vpliva na spremembo genetskih značilnosti celice, je po vsej verjetnosti lahko obetavna tehnika pri selekciji visoko aktivnih sevov nodusnih bakterij.

Okužba stročnic z vozličastimi bakterijami. Da bi zagotovili normalen proces okužbe koreninskega sistema z bakterijami vozličev, je potrebno v območju korenin imeti precej veliko število živih bakterijskih celic. Mnenja raziskovalcev o številu celic, potrebnih za zagotovitev postopka inokulacije, so različna. Tako je po mnenju ameriškega znanstvenika O. Allena (1966) za inokulacijo drobnosemenskih rastlin potrebnih 500-1000 celic, za inokulacijo velikosemenskih rastlin pa najmanj 70.000 celic na seme. Po mnenju avstralskega raziskovalca J. Vincenta (1966) mora vsako seme v trenutku inokulacije vsebovati vsaj nekaj sto sposobnih in aktivnih bakterijskih celic vozličev. Obstajajo dokazi, da lahko posamezne celice vdrejo tudi v tkivo korenin.

Med razvojem koreninskega sistema stročnice se s koreninskimi izločki spodbuja razmnoževanje vozličastih bakterij na površini korenine. Produkti uničenja koreninskih klobukov in dlačic imajo tudi pomembno vlogo pri zagotavljanju primernega substrata za gomoljčke bakterije.

V rizosferi stročnic se močno spodbuja razvoj vozličastih bakterij, pri žitnih rastlinah tega pojava ni opaziti.

Na površini korenine je plast sluzaste snovi (matriks), ki nastane ne glede na prisotnost bakterij v rizosferi. Ta plast je dobro vidna, če jo pregledamo v svetlobno-optičnem mikroskopu (slika 147). Nodulske bakterije po inokulaciji običajno hitijo v to plast in se v njej kopičijo (slika 148) zaradi stimulativnega učinka korenine, ki se kaže tudi na razdalji do 30 mm.

V tem obdobju, pred vnosom gomoljčkov v tkivo korenin, so bakterije v rizosferi izjemno mobilne. V zgodnjih študijah, v katerih so za raziskave uporabljali svetlobni mikroskop, so bakterije vozličev, ki se nahajajo v coni rizosfere, dobile ime schwermers (gonidia ali zoospore) - "rojenje". Z metodo Faereus (1957) je mogoče opazovati nastanek izjemno hitro premikajočih se kolonij švermerjev v predelu koreninskega vrha in koreninskih dlak. Kolonije Schwermerja obstajajo zelo kratek čas - manj kot en dan.

Obstajajo številne hipoteze o mehanizmu prodiranja vozličastih bakterij v korenino rastline. Najbolj zanimivi med njimi so naslednji. Avtorji ene od hipotez navajajo, da bakterije vozličev prodrejo v korenino s poškodbami povrhnjice in kortikalnega tkiva (predvsem na mestih, kjer se odcepijo stranske korenine). To hipotezo je postavil na podlagi raziskav Brila (1888), ki je povzročil nastanek vozličev pri stročnicah tako, da je korenine prebodel z iglo, ki je bila predhodno potopljena v suspenzijo vozličastih bakterij. Kot poseben primer je takšna izvedbena pot povsem realna. Na primer, pri arašidih se vozlički nahajajo pretežno v pazduh koreninskih vej, kar kaže na prodiranje vozličkov v korenino skozi vrzeli med kalitvijo stranskih korenin.

Zanimiva in ne neutemeljena hipoteza je prodiranje vozličastih bakterij v koreninsko tkivo skozi koreninske dlake. Večina raziskovalcev priznava prehod vozliških bakterij skozi koreninske dlake.

Zelo prepričljiva je domneva P. Darot in F. Mercer (1965), da bakterije vozličev prodrejo v korenino v obliki majhnih (0,1 - 0,4 mikrona) kokoidnih celic v intervalih (0,3 - 0,4 mikrona) celulozne fibrilarne mreže primarne ovoj iz koreninskih dlak. Elektronsko mikroskopske fotografije (slika 149) površine korenine, pridobljene z metodo replike, in dejstvo krčenja celic vozličastih bakterij v rizosferi stročnic potrjujejo to stališče.

Možno je, da lahko bakterije vozličev prodrejo v korenino skozi epidermalne celice mladih konic korenin. Po Prazhmovskyju (1889) lahko bakterije prodrejo v korenino le skozi mlado celično membrano (korenskih dlak ali epidermalnih celic) in popolnoma ne morejo premagati kemično spremenjene ali plutaste plasti skorje stranskih korenin.

V zadnjem času je hipoteza o auksinu postala zelo priljubljena. Avtorji te hipoteze menijo, da bakterije vozličev prodrejo v korenino s stimulacijo sinteze β-indolocetne kisline (heteroauksina) iz triptofana, ki je vedno prisoten v izločkih rastlinskih korenin. Prisotnost heteroauksina je povezana z ukrivljenostjo koreninskih dlak, kar običajno opazimo, ko je koreninski sistem okužen z bakterijami vozličev (slika 150).

Vir β-indoliocetne kisline v času okužbe rastline očitno niso le rastline, ki skozi koreninski sistem izločajo triptofan, ki ga lahko številne vrste bakterij, vključno s koreninskimi vozli, pretvorijo v 8-indolilocetno kislino. Pri sintezi heteroauksina lahko sodelujejo tudi same bakterije vozličev in morda tudi druge vrste talnih mikroorganizmov, ki živijo v območju korenin.

Vendar hipoteze o auksinu ni mogoče brezpogojno sprejeti. Delovanje heteroauksina je nespecifično in povzroča ukrivljenost koreninskih dlak pri različnih rastlinskih vrstah, ne le pri stročnicah. Hkrati pa bakterije vozličev povzročajo ukrivljenost koreninskih dlak le pri stročnicah, pri tem pa kažejo precej pomembno selektivnost. Če bi obravnavani učinek določila le β-indolilocetna kislina, potem takšne specifičnosti ne bi bilo. Poleg tega je narava sprememb koreninskih dlak pod vplivom gomoljčkov nekoliko drugačna kot pod vplivom heteroauksina.

Prav tako je treba opozoriti, da so v nekaterih primerih nezakrivljene koreninske dlake izpostavljene okužbi. Opazovanja kažejo, da je pri lucerni in grahu 60-70% koreninskih dlak zvitih in zvitih, pri detelji pa približno 50%. Pri nekaterih vrstah detelje je ta reakcija opažena pri največ 1/4 okuženih dlak. Pri reakciji ukrivljenosti je očitno zelo pomembno stanje koreninskih las. Rastoče koreninske dlake so najbolj občutljive na delovanje snovi, ki jih proizvajajo bakterije.

Znano je, da bakterije vozličev povzročajo mehčanje sten koreninskih dlak. Vendar ne tvorijo niti celulaze niti pektinolitičnih encimov. V zvezi s tem je bilo predlagano, da bakterije vozličev prodrejo v korenino zaradi izločanja sluzi polisaharidne narave, ki povzroči sintezo encima poligalakturonaze ​​v rastlinah. Ta encim, ki uničuje pektinske snovi, vpliva na lupino koreninskih dlak, zaradi česar je bolj plastična in prepustna. V majhnih količinah je poligalakturonaza vedno prisotna v koreninskih dlakah in očitno povzroči delno raztapljanje ustreznih komponent membrane in omogoča, da se celica raztegne.

Nekateri raziskovalci verjamejo, da bakterije vozličev prodrejo v korenino zahvaljujoč satelitskim bakterijam, ki proizvajajo pektinolitične encime. Ta hipoteza je bila postavljena na podlagi naslednjih dejstev. Pri mikroskopiji koreninskih dlak so številni raziskovalci opazili prisotnost svetle točke, okoli katere se kopičijo vozličaste bakterije. Ta pega je lahko znak začetka maceracije (uničenja) tkiva s protopektinazo, podobno kot pri rastlinah pri številnih bakterijskih boleznih. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da lahko avirulentne kulture gomoljčkov v prisotnosti bakterij, ki proizvajajo pektinolitične encime, prodrejo v korenino.

Omeniti je treba še eno hipotezo, po kateri bakterije vozličev vstopijo v korenino med tvorbo prstaste izbokline na površini koreninskega dlaka. Vzorec elektronske difrakcije odseka koreninskega dlaka, ki potrjuje to hipotezo (slika 150, 3), prikazuje koreninski las, upognjen v obliki ročaja dežnika, v upogibu katerega se kopičijo vozličaste bakterije. Nodulske bakterije so, kot da bi jih povlekel (pogoltnil) koreninski las (podobno kot pinocitoza).

Hipoteze o invaginaciji v bistvu ni mogoče ločiti od avksinske ali encimske hipoteze, saj se invaginacija pojavi kot posledica izpostavljenosti bodisi avksinu bodisi encimskemu faktorju.

Postopek vnosa gomoljčkov v koreninsko tkivo je pri vseh vrstah stročnic enak in je sestavljen iz dveh faz. V prvi fazi pride do okužbe koreninskih dlak. V drugi fazi se proces tvorbe vozličev intenzivno nadaljuje. Trajanje faz je pri različnih rastlinskih vrstah različno: pri Trifolium fragiferum prva faza traja 6 dni, pri Trifolium nigrescens - 3 dni.

V nekaterih primerih je zelo težko zaznati meje med fazami. Najintenzivnejši vnos gomoljčkov v koreninske dlake se pojavi v zgodnjih fazah razvoja rastlin. Druga faza se konča med množičnim nastankom vozličev. Pogosto se prodiranje vozličastih bakterij v koreninske dlake nadaljuje tudi po tem, ko so na koreninah nastali vozlički. Do te tako imenovane presežne ali dodatne okužbe pride, ker se okužba dlačic dolgo ne ustavi. V kasnejših fazah okužbe so vozlički običajno nameščeni nižje vzdolž korenine.

Vrsta razvoja, struktura in gostota koreninskih dlačic ne vplivata na hitrost vnosa vozličastih bakterij. Mesta nastanka vozličev niso vedno povezana z lokacijo okuženih dlak.

Ko prodrejo v korenino (skozi koreninski las, epidermalno celico, mesta poškodb korenin), se bakterije vozličev nato premaknejo v tkiva korenine rastline. Najlažje bakterije prehajajo skozi medcelične prostore.

V tkivo korenine lahko prodre ena celica ali skupina bakterijskih celic. Če je bila uvedena ločena celica, se lahko še naprej premika skozi tkivo kot ena celica. Za rastline volčjega boba je značilna pot okužbe korenine z enojnimi celicami.

Vendar pa v večini primerov invazivna celica, ki se aktivno razmnožuje, tvori tako imenovane nalezljive niti (ali infektivne tji) in se že v obliki takšnih niti premakne v rastlinska tkiva.

Izraz "infekcijska nit" je nastal na podlagi preučevanja procesa okužbe v svetlobnem mikroskopu. Začenši z Beijerinckovim delom, so na okužbo začeli gledati kot na sluzasto maso, podobno hifam, ki vsebuje razmnoževalne bakterije.

V bistvu je infekcijska nit kolonija pomnoženih bakterij. Njegov začetek je kraj, kamor je prodrla ena celica ali skupina celic. Možno je, da se na površini korenine pred vnosom bakterij v korenino začne tvoriti kolonija bakterij (in posledično bodoča infekcijska nit).

Število okuženih koreninskih dlak se med posameznimi rastlinami zelo razlikuje. Običajno se nalezljive niti pojavijo v deformiranih, zvitih koreninskih dlakah. Vendar pa obstajajo znaki, da se podobne niti včasih nahajajo v ravnih laseh. Pogosteje opazimo eno razvejano nit v korenskih dlakah, manj pogosto dve. V nekaterih primerih je v enem koreninskem dlaku več niti, v več pa so skupne niti okužbe, ki povzročajo en vozlič (slika 151).

Odstotek okuženih koreninskih dlak v skupnem številu deformiranih dlak je nerazložljivo nizek. Običajno se giblje od 0,6 do 3,2, občasno doseže 8,0. Delež uspešnih okužb je še manjši, saj je med nalezljivimi nitmi veliko (do 80 %) tako imenovanih abortivnih niti, ki so se prenehale razvijati. Hitrost napredovanja normalno razvijajočih se nalezljivih niti v rastlini je 5-8 mikronov na uro. Pri tej hitrosti lahko pot skozi koreninski las, dolg 100-200 mikronov, preide skozi infekcijsko nit v enem dnevu.

Morfološko - anatomske značilnosti vozličev v njihovi ontogenezi. Glede na način tvorbe so vozliči stročnic razdeljeni na dve vrsti: 1. tip - vozliči nastanejo med delitvijo celic pericikla (koreninskega sloja), običajno se nahajajo proti protoksilemu (prvi v času za nastanek žil). - endogena vrsta tvorbe vozličev; Tip 2 - vozliči izvirajo iz koreninskega korteksa kot posledica vnosa patogena v parenhimske celice skorje in endoderme (notranja plast primarne skorje) - eksogena vrsta tvorbe vozličev.

V naravi prevladuje slednja vrsta. Tkiva osrednjega cilindra korenine sodelujejo le pri tvorbi žilnega sistema vozličev tako endogenih kot eksogenih vrst.

Kljub različnim pogledom na naravo pojava ekso- in endotipskih vozličev je proces njihovega razvoja v osnovi enak. Vendar pa niti enega niti drugega tipa tvorbe vozličev v nobenem primeru ne bi smeli identificirati s procesom tvorbe stranskih korenin, kljub dejstvu, da obstaja nekaj podobnosti pri njihovem nastanku. Tako se tvorba vozličev in stranskih korenin pojavlja hkrati in poleg tega v istem območju korenin.

Hkrati pa številne značilnosti razvoja stranskih korenin in vozličev poudarjajo globoke razlike v vrsti njihovega nastanka. V periciklu nastanejo stranske korenine. Že v prvih trenutkih razvoja so povezani z osrednjim cilindrom glavne korenine, od katerega se odcepijo osrednji cilindri stranskih korenin in vedno vzniknejo proti žarku primarnega lesa. Tvorba vozlišča je v nasprotju s stranskim korenom možna kjer koli. Na samem začetku nastanka nodulnega tkiva ni žilne povezave z osrednjim valjem korenine, nastane kasneje. Plovila se običajno tvorijo vzdolž periferije vozlišča. Preko traheidne cone so povezani s koreninskimi žilami in imajo lastno endodermo (slika 152).

Razlika v naravi nodulacij in stranskih korenin je še posebej jasno opažena pri seradeli, saj je kortikalno tkivo glavne korenine te rastline - mesto prvih vozličev - sestavljeno iz relativno majhne plasti celic in vozlički postanejo vidni zelo hitro. po okužbi korenine z bakterijami. Najprej tvorijo sploščene izrastke na korenu, zaradi česar jih je mogoče razlikovati od stožčastih izrastkov stranskih korenin. Noduli se od stranskih korenin razlikujejo po številnih anatomskih značilnostih: odsotnosti osrednjega cilindra, koreninskih klobukov in povrhnjice ter prisotnosti pomembne plasti lubja, ki pokriva vozlišče.

Nastajanje vozličev (slika 153, 1, 2) stročnic se pojavi v obdobju, ko ima korenina še primarno strukturo. Začne se z delitvijo kortikalnih celic, ki se nahajajo na razdalji 2-3 plasti od koncev infekcijskih niti. Plasti skorje, ki jih prodrejo nalezljive niti, ostanejo nespremenjene. Hkrati se pri seradeli delitev kortikalnih celic zgodi neposredno pod okuženo koreninsko dlako, pri grahu pa delitev celic opazimo le v predzadnji plasti skorje.

Delitev s tvorbo radialne tkivne strukture se nadaljuje v celice notranjega jedra. Pojavlja se brez določene smeri, naključno, in zaradi tega nastane meristem (sistem izobraževalnih tkiv) vozlišča, sestavljen iz majhnih zrnatih celic.

Razdeljene celice skorje se spremenijo: jedra so zaobljena in se povečajo, zlasti jedrca. Po mitozi se jedra razpršijo in, ne da bi prevzela prvotno obliko, se ponovno začnejo deliti. Pojavi se sekundarni meristem. Kmalu se v endodermi in periciklu pojavijo znaki začetne delitve, ki se v nekdanjih zunanjih celicah pojavlja predvsem s tangencialnimi septami. Ta delitev se končno razširi na skupni meristematski kompleks, katerega majhne celice so podolgovate, vakuole izginejo in jedro zapolni večino celice. Nastane tako imenovani primarni vozliček, v plazmi celic katerega so bakterije vozličev odsotne, saj so na tej stopnji še vedno znotraj infekcijskih niti. Medtem ko nastaja primarni vozlič, se okužbe večkrat razvejajo in lahko prehajajo med celicami - medcelično (slika 154) ali skozi celice - znotrajcelično - in vnašajo bakterije (slika 155).

Medcelične nalezljive niti zaradi aktivnega razmnoževanja vozličastih bakterij v njih pogosto pridobijo nenavadno obliko - tvorijo se v obliki žepov (divertikul) ali bakel (glej sliko 154).

Proces gibanja infekcijskih niti iz celice v celico ni povsem jasen. Očitno nalezljive niti, kot meni kanadski mikrobiolog D. Jordan (1963), blodijo v obliki golih sluzničnih pramenov v medceličnih prostorih rastlinskega tkiva, dokler zaradi še vedno nerazložljivih razlogov ne začnejo invaginirati v citoplazmo sosednjih celic. .

V nekaterih primerih se invaginacija infekcijske niti pojavi v eni, v nekaterih primerih - v vsaki sosednji celici. Skozi te invaginirane cevaste votline (divertikule) je vsebina niti zaprta v sluzi. Najbolj aktivna rast nalezljivih niti se običajno pojavi v bližini jedra rastlinske celice. Prodor niti spremlja premikanje jedra, ki se pomika proti mestu okužbe, se poveča, spremeni obliko in degenerira. Podobno sliko opazimo pri glivični okužbi, ko jedro pogosto hiti proti vdornim hifam, ga pritegne poškodba kot mesto največje fiziološke aktivnosti, se približa niti, nabrekne in se zruši. Očitno je to značilno za odziv rastline na okužbo.

Pri enoletnih rastlinah se nalezljive niti običajno pojavijo v prvem obdobju okužbe korenine, pri trajnicah - v daljšem obdobju razvoja.

Bakterije se lahko sprostijo iz niti okužbe ob različnih časih in na različne načine. Izstop bakterij je praviloma zelo dolg proces, zlasti pri trajnicah. Običajno je sproščanje bakterij iz infekcijske niti v citoplazmo rastline gostiteljice povezano z notranjim pritiskom, ki je posledica intenzivnega razmnoževanja bakterij v niti in njihovega izločanja sluzi. Včasih bakterije zdrsnejo iz niti v skupinah, ki jih obdaja sluz nalezljive niti, v obliki veziklov (mehurčastih tvorb) (slika 157). Ker mehurčki nimajo membran, je izstop bakterij iz njih zelo preprost. Nodusne bakterije lahko vstopijo tudi v rastlinske celice posamezno iz medceličnih prostorov (slika 156).

Nodule bakterije, ki so nastale iz okužbe, se še naprej razmnožujejo v gostiteljskem tkivu. Njihovo razmnoževanje v tem obdobju poteka z delitvijo zoženja (slika 158). Večina bakterij se razmnožuje v citoplazmi celice in ne v infekcijski niti. Okužene celice povzročijo nastanek prihodnjega bakteroidnega tkiva.

Rastlinske celice se začnejo intenzivno deliti, napolnjene s hitro množečimi celicami vozličastih bakterij. V trenutku mitotične delitve okuženih celic se lahko vozličke bakterije kopičijo na dveh nasprotnih polih matične celice in pasivno vstopijo v hčerinske celice. Vsaka od neokuženih celic je pod močnim stimulativnim učinkom vozliških bakterij in se posledično tudi deli. Zahvaljujoč tej močni mitotični delitvi meristematskih celic se bakterije vozličev razširijo v tkiva nodus in poveča se volumen bakteroidne regije.

Okuženo tkivo, sestavljeno iz gosto ležečih in aktivno deljivih celic, ima najprej obliko okrnjenega stožca. Kasneje zaradi postopne rasti tega stožca ter hkratne delitve in razvoja meristematskih celic tkivo vozličev raste in izgubi obliko stožca.

Tako se vozlišče najprej poveča kot posledica radialne in tangencialne delitve jedrnih celic, nato pa zaradi povečanja njihove velikosti in hkratne delitve. Ko se rastlinske celice popolnoma napolnijo z bakterijami, se mitoza ustavi. Vendar pa se celice še naprej povečujejo in so pogosto zelo podolgovate. Njihova velikost je nekajkrat večja od velikosti neokuženih rastlinskih celic, ki se nahajajo med njimi v bakteroidnem območju vozlišča.

Povezava mladega vozlička s korenino stročnice se izvede zahvaljujoč žilno-vlaknastim snopom. MS Voronin (1866) je prvič opazil žilne fibrozne snope. Čas nastanka žilnega sistema v vozlih različnih vrst stročnic je različen. Torej, pri sojinih vozličkih začetek razvoja žilnih snopov sovpada s trenutkom prodiranja vozličastih bakterij v dve plasti kravjega parenhima. Z rastjo vozlička prevodni sistem raste, se razveja in obdaja bakteroidno regijo.

Vzporedno s procesom diferenciacije žilnega sistema se iz zunanje plasti primarnega vozlišča oblikuje endoderma vozlišča. Nato je vozliček zaokrožen, njegova periferna celična plast je obdana z lubjem vozličev.

Povrhnjica korenine se zlomi, vozlišče pa se še naprej razvija in povečuje.

S svetlobnim mikroskopom na vzdolžnih odsekih zrelih vozličev običajno jasno ločimo 4 značilne cone diferenciacije tkiva: skorja, meristem, bakteroidna cona in žilni sistem. Vsa tkiva vozličev se razlikujejo v akropetalnem zaporedju, saj meristem sproži nove celice.

Nodulsko lubje - lupina vozlišča, ki opravlja zaščitno funkcijo. Lubje je sestavljeno iz več vrst neokuženih parenhimskih celic, katerih velikost in lastnosti so pri različnih stročnicah različne. Najpogosteje imajo celice skorje podolgovato obliko in so večje v primerjavi z drugimi celicami vozlišča.

V lubju vozličev trajnih lesnatih vrst pogosto najdemo celice s plutastimi membranami, ki vsebujejo smole, tanin in tanine.

Meristem vozlišča se nahaja pod celicami skorje in je območje intenzivno delitve tudi neokuženih celic. Za meristem vozlišča so značilne gosto razporejene majhne tankostenske celice nepravilne oblike brez medceličnih prostorov. Celice meristema nodul so podobne celicam drugih vrst meristematskega tkiva (vrh korenine, vrh stebla). Celice meristema vozličev vsebujejo gosto, fino zrnato citoplazmo z ribosomi, Golgijevimi telesi, protoplastidi, mitohondriji in drugimi strukturami. Obstajajo majhne vakuole. V središču citoplazme je veliko jedro z jedrsko membrano, porami in jasno opredeljenim nukleolom. Funkcije meristematskih celic so tvorjenje celic skorje vozličev, bakteroidne regije in žilnega sistema. Glede na lokacijo meristema imajo vozliči različne oblike: sferične (grah, fižol, seradela, arašidi) ali valjaste (lucerna, grašica, čin, akacija, detelja) (slika 159). Meristem, ki se nahaja na ločenih območjih vzdolž periferije vozlišča, vodi do tvorbe gomoljev v obliki mufa v volčjem bobu.

Meristem vozličev deluje dolgo časa, tudi med nekrozo vozličev, ko so že napolnjeni z lizirajočo bakteroidno maso in uničenimi rastlinskimi celicami.

Bakteroidna cona vozlišča zavzema njen osrednji del in predstavlja od 16 do 50% celotne suhe mase vozličev. V prvem obdobju nastanka vozličkov je v bistvu bakterijska cona (slika 160), saj je napolnjena z bakterijskimi celicami, ki so v bakterijski in ne bakteroidni fazi razvoja. Kljub temu, ko gre za območje nodulnega tkiva, ki vsebuje bakterije, ga običajno imenujemo bakteroid.

Bakteroidno območje vozlišča je sestavljeno predvsem iz celic, okuženih z bakterijami vozličev, in delno iz neokuženih celic, ki mejijo na njih, napolnjenih s pigmenti, tanini in do jeseni - s škrobom.

V nodulah, ki nastanejo iz učinkovitih sevov nodusnih bakterij, je povprečni relativni volumen bakteroidne cone večji kot pri vozličkih, ki nastanejo ob uvedbi neučinkovitih sevov.

V nekaterih primerih volumen bakteroidne regije doseže maksimum v zgodnjem obdobju življenja nodul in nato ostane relativno konstanten. Bakteroidno območje je prežeto z gosto mrežo infekcijskih niti in je obkroženo z žilnimi vlaknastimi snopi vzdolž periferije.

Oblika bakteroidov v nodulah različnih vrst stročnic je lahko različna (tabela 44). Torej, v wiki, rank in grah, so dvoveje ali razcepljene. Pri deteljici in esparzeti je prevladujoča oblika bakteroidov kroglasta, hruškasta, otekla, jajčasta, pri čičeriki pa okrogla. Oblika bacteroides fižola, seradele, ptičje noge in volčjega boba je skoraj paličasta.

Bakteroidi zapolnijo večino rastlinske celice, z izjemo osrednje cone jedra in vakuol. Tako je odstotek bakteroidov v bakteroidnem območju rožnato obarvanega vozlička 94,2 od celotnega števila vozliških bakterij. Bakteroidne celice so 3-5 krat večje od bakterijskih celic (slika 161.1, 2).

Bakteroidi nodusnih bakterij so še posebej zanimivi zaradi dejstva, da so skoraj edini prebivalci gomoljev stročnic v obdobju intenzivne vezave atmosferskega dušika na njih. Nekateri raziskovalci menijo, da so bakteroidi patološke degenerativne oblike in ne povezujejo procesa fiksacije dušika z bakteroidno obliko nodusnih bakterij. Večina raziskovalcev ugotavlja, da so bakteroidi najbolj sposobne in aktivne oblike vozličastih bakterij in da stročnice le z njihovo udeležbo fiksirajo atmosferski dušik (slika 162).

Vaskularni sistem vozlišča zagotavlja povezavo med bakterijo in gostiteljsko rastlino. Hranila in presnovni produkti se prenašajo skozi žilne snope. Žilni sistem se razvije zgodaj in deluje dolgo časa.

Popolnoma oblikovane žile imajo specifično strukturo: sestavljene so iz ksilemskih traheidov, floemskih vlaken, sitastih cevi in ​​spremljajočih celic.

Odvisno od vrste stročnic se povezava vozlišča izvede preko enega ali več žilnih snopov. Na primer, pri grahu sta na dnu vozla dve diferencirani žilni vozli. Vsaka od njih se običajno dvakrat razveja dihotomno in posledično skozi vozlišče od mesta drugega dihotomnega razvejanja preide 8 snopov. Številne rastline imajo samo en šopek, hkrati pa jih je v enem vozličku Sesbania grandiflora pri enem letu uspelo prešteti do 126. Velikokrat je žilni sistem vozlišča na zunanji strani ločen od njegovega lubja. plast delno ali popolnoma suberiziranih celic, imenovana endoderma nodul, pritrjena na korensko endodermo. Endoderm nodula je zunanja plast neokuženega govejega parenhima, ki se nahaja med tkivom vozličev in koreninsko skorjo.

Pri večini rastlinskih vrst nastanejo vozliči glede na opisano vrsto. Zato je nastanek vozličev posledica kompleksnih pojavov, ki se začnejo zunaj korenine. Po začetnih fazah okužbe se sproži nastanek vozlička, nato pride do širjenja bakterij v območju nodusnega tkiva in fiksacije dušika.

Na odsekih vozličkov je po mnenju češkega mikrobiologa V. Kasa (1928) mogoče zaslediti vse stopnje razvoja gomoljev. Tako na primer lucerna v zgornjem delu vozlička vsebuje predvsem majhne deljive paličaste celice, majhno količino mladih bakteroidov, katerih število se postopoma povečuje z razvojem vozlišča. V srednjem, rožnato obarvanem delu vozlička najdemo pretežno bakteroidne celice in manj pogosto majhne paličaste celice. Na dnu vozlišča v zgodnjih fazah vegetacije gostiteljske rastline so bakteroidi enaki kot v njenem srednjem delu, do konca rastne sezone pa so bolj nabrekli in prej degenerirajo.

Čas pojava prvih vidnih vozličev na koreninah različnih vrst stročnic je različen (MV Fedorov, 1952). Njihov pojav pri večini stročnic se najpogosteje pojavi med razvojem prvih pravih listov. Tako opazimo nastanek prvih vozličev lucerne med 4. in 5. dnevom po kalitvi, 7. - 8. dan pa se ta proces pojavi v. vse rastline. Noduli srpaste lucerne se pojavijo po 10 dneh.

V obdobju delovanja so vozlički običajno gosti. Noduli, ki jih tvorijo aktivne kulture bakterij, so v mladosti belkaste barve. V času manifestacije optimalne aktivnosti postanejo rožnate. Noduli, ki so nastali med okužbo z neaktivnimi bakterijskimi kulturami, so zelenkaste barve. Pogosto se njihova struktura praktično ne razlikuje od strukture vozličev, ki nastanejo s sodelovanjem aktivnih sevov nodulnih bakterij, vendar se prezgodaj uničijo.

V nekaterih primerih struktura vozličev, ki jih tvorijo neaktivne bakterije, odstopa od norme. To se izraža v dezorganizaciji nodusnega tkiva, ki običajno izgubi jasno opredeljeno consko diferenciacijo.

Rožnato barvo določa prisotnost pigmenta v vozličkih, ki je po kemični sestavi podoben krvnemu hemoglobinu. V zvezi s tem se pigment imenuje leghemoglobin (legoglobin) - Leguminosae hemoglobin. Legoglobin najdemo le v tistih vozličastih celicah, ki vsebujejo bakteroide. Lokaliziran je v prostoru med bakteroidi in membrano, ki jih obdaja.

Njegova količina se giblje od 1 do 3 mg na 1 g vozliča, odvisno od vrste stročnic.

Pri enoletnih stročnicah se do konca rastne sezone, ko se proces fiksacije dušika konča, rdeči pigment spremeni v zeleno. Sprememba barve se začne na dnu nodula, kasneje njegov vrh postane zelen. Pri trajnicah stročnic do ozelenitve vozličev ne pride ali pa jo opazimo le na dnu gomolja. Pri različnih vrstah stročnic se prehod rdečega pigmenta v zeleno pojavlja z različno intenzivnostjo in z različno hitrostjo.

Noduli enoletnih rastlin delujejo relativno kratek čas. Pri večini stročnic se nekroza vozličev začne v obdobju cvetenja gostiteljske rastline in običajno poteka v smeri od središča do obrobja vozlišča. Eden prvih znakov uničenja je tvorba plasti celic z močnimi stenami na dnu vozla. Ta plast celic, ki se nahaja pravokotno na glavno koreninsko žilo, jo loči od vozlišča in upočasni izmenjavo hranil med gostiteljsko rastlino in tkivi vozličev.

V celicah degenerirajočega tkiva vozliča se pojavijo številne vakuole, jedra izgubijo sposobnost obarvanja, nekatere celice vozliških bakterij se lizirajo, nekatere pa migrirajo v okolje v obliki majhnih kokoidnih celic artrospore.

Postopek tvorbe artrospore v tkivu lizirajočega vozlišča je prikazan na slikah 163 - 165. V tem obdobju prenehajo delovati tudi infekcijske niti (slika 166). Gostiteljske celice izgubijo turgor in jih stisnejo tiste sosednje celice, za katere je še vedno značilen.

Stari vozliči so temni, mlahavi, mehki. Pri rezanju iz njih štrli vodena sluz. Proces uničenja vozličev, ki se začne z zamašitvijo celic žilnega sistema, olajša zmanjšanje fotosintetske aktivnosti rastline, suhost ali prekomerna vlažnost okolja.

V uničenem, sluzastem vozliču se pogosto nahajajo protozoje, glive, bacili in majhne paličaste vozličke bakterije.

Stanje gostiteljske rastline vpliva na trajanje delovanja vozlišča. Tako je po F. F. Yukhimchuku (1957) mogoče s kastriranjem ali odstranjevanjem cvetov volčjega boba podaljšati obdobje njegove vegetacije in hkrati čas aktivnega delovanja bakterij gomoljev.

Noduli trajnih rastlin, za razliko od enoletnih, lahko delujejo več let. Tako ima na primer karagana trajne vozličke, v katerih proces staranja celic poteka hkrati z nastankom novih. Pri gliciniji (kitajska glicinija) delujejo tudi trajni vozli, ki na koreninah gostitelja tvorijo sferične otekline. Do konca rastne sezone se bakteroidno tkivo trajnih vozličev razgradi, vendar celoten vozliček ne odmre. Naslednje leto spet začne delovati.

Dejavniki, ki določajo simbiotično razmerje vozličastih bakterij s stročnicami. Za simbiozo, ki zagotavlja dober razvoj rastlin, je nujen določen nabor okoljskih pogojev. Če so okoljske razmere neugodne, bo kljub visoki virulenci, konkurenčni sposobnosti in aktivnosti mikrosimbionta učinkovitost simbioze nizka.

Za razvoj vozličev je optimalna vsebnost vlage 60 - 70 % celotne vlažilne zmogljivosti tal. Najmanjša vlažnost tal, pri kateri je še možen razvoj vozličastih bakterij v tleh, je približno enaka 16 % celotne vlažilne zmogljivosti. Ko je vlažnost pod to mejo, se bakterije vozličev običajno ne razmnožujejo več, a kljub temu ne odmrejo in lahko ostanejo dolgo časa v neaktivnem stanju. Pomanjkanje vlage vodi tudi do odmiranja že nastalih vozličev.

Na območjih z nezadostno vlago se pogosto razvijejo številne stročnice, ne da bi tvorile vozličke.

Ker ob pomanjkanju vlage do razmnoževanja vozličev ne pride, je treba v primeru suhe pomladi cepljena (umetno okužena) semena vnesti globlje v zemljo. Na primer, v Avstraliji so semena, obložena z bakterijami vozličev, zakopana globoko v zemljo. Zanimivo je, da so bakterije vozličev v tleh sušnega podnebja bolj odporne na sušo kot bakterije v tleh vlažnega podnebja. To kaže na njihovo ekološko prilagodljivost.

Presežna vlaga, pa tudi njeno pomanjkanje, je neugodna tudi za simbiozo - zaradi zmanjšanja stopnje prezračevanja v območju korenin se oskrba koreninskega sistema rastline s kisikom poslabša. Nezadostno prezračevanje negativno vpliva tudi na bakterije vozličev, ki živijo v tleh, ki se, kot veste, bolje razmnožujejo, ko je na voljo kisik. Kljub temu visoka prezračenost v območju korenin vodi v dejstvo, da molekularni reduktorji dušika začnejo vezati kisik, kar zmanjša stopnjo fiksacije dušika vozličev.

Temperaturni faktor ima pomembno vlogo pri razmerju med gomoljskimi bakterijami in stročnicami. Temperaturne značilnosti različnih vrst stročnic so različne. Poleg tega imajo različni sevi vozličastih bakterij svoje specifične temperaturne optimume za razvoj in aktivno fiksacijo dušika. Treba je opozoriti, da optimalne temperature za razvoj stročnic, nastanek vozličev in fiksacija dušika ne sovpadajo. Torej je v naravnih pogojih mogoče opaziti nastanek vozličev pri temperaturah nekoliko nad 0 °C, fiksacija dušika v takih pogojih praktično ne pride. Morda le arktične simbiotične stročnice fiksirajo dušik pri zelo nizkih temperaturah. Običajno se ta proces zgodi le pri 10 °C in več. Največjo fiksacijo dušika pri številnih stročnicah opazimo pri 20 - 25 °C. Temperature nad 30 °C negativno vplivajo na proces kopičenja dušika.

Ekološka prilagoditev na temperaturni faktor je pri nodusnih bakterijah veliko manjša kot pri mnogih tipičnih saprofitskih oblikah. Po mnenju E. N. Mishustina (1970) je to posledica dejstva, da so naravni habitat nodusnih bakterij rastlinska tkiva, kjer temperaturne pogoje uravnava gostiteljska rastlina.

Reakcija tal ima velik vpliv na vitalno aktivnost gomoljčkov in nastanek vozličev. Za različne vrste in celo seve nodusnih bakterij je pH vrednost habitata nekoliko drugačna. Na primer, bakterije vozličev detelje so bolj odporne na nizke vrednosti pH kot bakterije vozličev lucerne. Očitno tu vpliva tudi prilagajanje mikroorganizmov na okolje. Detelja raste na bolj kislih tleh kot lucerna. Reakcija tal kot ekološki dejavnik vpliva na aktivnost in virulenco nodusnih bakterij. Najbolj aktivne seve je lažje izolirati iz tal z nevtralnimi pH vrednostmi. V kislih tleh so pogostejši neaktivni in šibko virulentni sevi. Kislo okolje (pH 4,0 - 4,5) neposredno vpliva na rastline, zlasti moti sintetične procese presnove rastlin in normalen razvoj koreninskih dlak. V kislem okolju v inokuliranih rastlinah se obdobje delovanja bakteroidnega tkiva močno zmanjša, kar vodi do zmanjšanja stopnje fiksacije dušika.

V kislih tleh, kot ugotavlja A. V. Peterburgsky, aluminijeve in manganove soli prehajajo v talno raztopino, kar negativno vpliva na razvoj koreninskega sistema rastlin in na proces asimilacije dušika ter na vsebnost asimiliranih oblik fosforja, kalcija, molibdena. zmanjša pa se tudi ogljikov dioksid. Neugodno reakcijo tal je najbolje odpraviti z apnenjem.

Velikost simbiotske fiksacije dušika v veliki meri določajo prehranske razmere rastline gostiteljice in ne bakterije vozličev. Nodusne bakterije so kot endotrofni simbionti rastlin odvisne predvsem od rastline za pridobivanje snovi, ki vsebujejo ogljik in mineralnih hranil.

Za nodusne bakterije je gostiteljsko tkivo takšen hranilni medij, ki lahko zadovolji tudi najzahtevnejši sev zaradi vsebnosti vseh vrst hranil v tkivu. Kljub temu pa po vnosu vozličastih bakterij v tkivo gostiteljske rastline njihov razvoj ne določajo le notranji procesi, ampak je v veliki meri odvisen tudi od delovanja zunanjih dejavnikov, ki vplivajo na celoten potek infekcijskega procesa. Vsebnost ali odsotnost enega ali drugega hranila v okolju je lahko odločilni trenutek za manifestacijo simbiotske fiksacije dušika.

Stopnja oskrbe stročnic z razpoložljivimi oblikami mineralnih dušikovih spojin določa učinkovitost simbioze. Na podlagi številnih laboratorijskih in vegetativnih poskusov je znano, da več kot je dušikovih spojin v okolju, težje je bakterijam prodreti v korenino.

Kmetijska praksa zahteva nedvoumno rešitev problema - bolj smiselno je gnojiti stročnice z dušikom ali pa imajo prav tisti raziskovalci, ki trdijo, da mineralni dušik zavira simbiotično fiksacijo dušika stročnic in je zato ekonomsko bolj donosno, da takšnih rastlin ne gnojimo z dušik. Na Oddelku za agronomsko in biološko kemijo Moskovske kmetijske akademije. K. A. Timiryazev je izvedel poskuse, katerih rezultati so omogočili pridobitev slike obnašanja simbiontov v pogojih vegetacije in poljskih poskusov, ko so bile rastline zagotovljene z različnimi odmerki dušika v okolju. Ugotovljeno je bilo, da povečanje vsebnosti topnih dušikovih spojin v okolju v poljskih razmerah pri optimalnih rastnih pogojih rastlin ne preprečuje njihove simbioze z bakterijami gomoljev. Zmanjšanje deleža atmosferskega dušika, ki ga asimilirajo rastline s povečano zalogo mineralnega dušika, ima le relativni značaj. Absolutna količina dušika, ki ga bakterije asimilirajo iz ozračja, se praktično ne zmanjša, pogosto se celo poveča v primerjavi z rastlinami, gojenimi v prisotnosti koreninskih gomoljev, vendar brez vnosa dušika v tla.

Zelo pomembna pri aktiviranju absorpcije dušika s stročnicami je prehrana s fosforjem. Pri nizki vsebnosti fosforja v mediju bakterije prodrejo v korenino, vendar se vozlički ne tvorijo. Stročnice imajo nekatere posebnosti pri izmenjavi spojin, ki vsebujejo fosfor. Semena stročnic vsebujejo veliko fosforja. Rezervni fosfor med kalitvijo semen se ne uporablja enako kot pri drugih pridelkih - razmeroma enakomerno za tvorbo vseh organov, ampak v večji meri koncentriran v koreninah. Zato stročnice v zgodnjih fazah razvoja, za razliko od žit, svoje potrebe po fosforju v večji meri zadovoljujejo na račun kličnih listov in ne zalog v tleh. Večja kot so semena, manj so stročnice odvisne od fosforja v tleh. Vendar pa je v simbiotičnem načinu obstoja potreba po fosforju v stročnicah večja kot v avtotrofnem načinu. Zato se s pomanjkanjem fosforja v mediju cepljenih rastlin poslabša oskrba rastlin z dušikom.

Znano je, da stročnice s svojimi pridelki nosijo bistveno več kalija kot druge kmetijske pridelke. Zato pepelika in zlasti fosfatno-kalijeva gnojila znatno povečajo produktivnost fiksacije dušika s stročnicami.

Pozitiven učinek kalija na nastanek vozličev in intenzivnost fiksacije dušika je v veliki meri povezan s fiziološko vlogo kalija pri presnovi ogljikovih hidratov rastline.

Kalcij ni potreben samo za odpravo prekomerne kislosti tal. Ima posebno vlogo pri razvoju vozličastih bakterij in pri zagotavljanju normalne simbioze bakterij z gostiteljsko rastlino. Potrebo nodusnih bakterij po kalciju je mogoče delno nadomestiti s stroncijem. Zanimivo je, da nodusne bakterije tropskih poljščin, ki rastejo na kislih lateritnih tleh, ne potrebujejo kalcija. To spet kaže na ekološko prilagoditev vozliških bakterij, saj tropska tla vsebujejo zelo majhne količine kalcija.

Simbiotska fiksacija dušika zahteva tudi magnezij, žveplo in železo. Ob pomanjkanju magnezija se razmnoževanje vozličastih bakterij zavira, njihova vitalna aktivnost se zmanjša in simbiotska fiksacija dušika se zavira. Žveplo in železo ugodno vplivata tudi na nastanek vozličev in proces fiksacije dušika, zlasti pri sintezi leghemoglobina.

Od elementov v sledovih še posebej opozorimo na vlogo molibdena in bora. Ob pomanjkanju molibdena se vozliči slabo tvorijo, v njih je motena sinteza prostih aminokislin in zavira se sinteza leghemoglobina. Molibden skupaj z drugimi elementi s spremenljivo valenco (Fe, Co, Cu) služi kot posrednik pri prenosu elektronov v redoks encimskih reakcijah. Pri pomanjkanju bora se v vozličkih ne tvorijo žilni snopi, zaradi česar je moten razvoj bakteroidnega tkiva.

Na nastanek vozličev pri stročnicah močno vpliva presnova ogljikovih hidratov rastlin, ki jo določajo številni dejavniki: fotosinteza, prisotnost ogljikovega dioksida v okolju in fiziološke značilnosti rastlin. Izboljšanje prehrane z ogljikovimi hidrati pozitivno vpliva na proces inokulacije in kopičenje dušika. S praktičnega vidika je zelo zanimiva uporaba slame in slamnega svežega gnoja za gnojenje stročnic kot vira ogljikovih hidratov. Toda v prvem letu po vnosu slame v tla se med njeno razgradnjo kopičijo strupene snovi. Treba je opozoriti, da niso vse vrste stročnic občutljive na strupene produkte razgradnje slame; grah na primer ne reagira nanje.

Biološki dejavniki igrajo določeno vlogo pri simbiozi gomoljčkov in stročnic.

Veliko pozornosti namenjamo vplivu mikroflore rizosfere na bakterije vozličev, ki so lahko tako stimulativni kot antagonistični, odvisno od sestave mikroorganizmov rizosfere.

Veliko del je posvečenih preučevanju fagov nodulnih bakterij. Večina fagov je sposobna lizirati različne vrste bakterij; nekateri so specializirani le za določene vrste ali celo seve nodusnih bakterij. Fagi lahko preprečijo vnos bakterij v korenino, povzročijo lizo celic v tkivu vozličev. Fagi povzročajo veliko škodo z liziranjem pripravkov vozliških bakterij v rastlinah, ki proizvajajo nitragin.

Med različnimi vrstami žuželk, ki povzročajo škodo na gomoljskih bakterijah, izstopa črtasti gomoljček, katerega ličinke uničijo gomolje na koreninah številnih vrst stročnic (predvsem enoletnic). Razširjen je tudi ščetinasti nodular.

Zgodaj spomladi samice gomoljev odložijo od 10 do 100 jajčec. Po 10 - 15 dneh se iz jajčec razvijejo majhne (do 5,5 mm), črvaste, upognjene bele ličinke s svetlo rjavo glavo, ki se hranijo predvsem z vozlički in koreninskimi dlakami. Na novo izležene ličinke prodrejo v vozlič in se prehranjujejo z njegovo vsebino. Starejše ličinke od zunaj uničijo vozličke. Ena ličinka v 30-40 dneh uniči 2-6 vozličkov. Posebno veliko škodo povzročajo v suhem in vročem vremenu, ko se razvoj rastlin upočasni.

Nodule lucerne in nekaterih drugih vrst stročnic poškoduje tudi veliki lucernini hrošč.

Samice hroščev izležejo do 400 jajčec, iz katerih se razvijejo breznoge, obokane, rumenkasto bele, z rjavo glavo, z rjavimi ščetinami pokrite ličinke. Njihova dolžina je 10-14 mm. Razvojni cikel velikega lucerninega žižaka traja dve leti.

V stepskih regijah so na koreninah lucerne, detelje in soje našli stepsko ogorčico. Pred odlaganjem jajčec samice prodrejo v korenino, kjer odložijo od 12 do 20 jajc. V koreninah gredo ličinke skozi tri razvojne stopnje ličink, ki motijo ​​funkcije korenine in vozličev.

Razširjenost vozličastih bakterij v naravi. Kot simbiotski organizmi se bakterije vozličev širijo po tleh in spremljajo nekatere vrste stročnic. Po uničenju vozličev celice vozličastih bakterij vstopijo v tla in začnejo obstajati na račun različnih organskih snovi, kot drugi talni mikroorganizmi. Skoraj vseprisotna razširjenost vozličastih bakterij je dokaz njihove visoke stopnje prilagodljivosti različnim talnim in podnebnim razmeram, sposobnosti vodenja simbiotičnega in saprofitnega načina življenja.

S shematizacijo trenutno razpoložljivih podatkov o razširjenosti gomoljčkov v naravi lahko naredimo naslednje posplošitve.

V neobdelanih in obdelanih tleh so navadno v velikih količinah prisotne vozličaste bakterije tistih vrst stročnic, ki jih najdemo v divji flori ali so se na določenem območju že dolgo gojile. Število vozličastih bakterij je vedno največje v rizosferi stročnic, nekoliko manj v rizosferi drugih vrst in malo v prsti, ki je oddaljena od korenin.

V tleh najdemo tako učinkovite kot neučinkovite bakterije vozličev. Obstaja veliko dokazov, da dolgotrajen saprofitski obstoj gomoljčkov, zlasti v tleh z neugodnimi lastnostmi (kisla, slana), vodi do zmanjšanja in celo izgube aktivnosti bakterij.

Navzkrižna okužba različnih vrst stročnic v naravi in ​​kmetijski praksi pogosto vodi do pojava vozličev na koreninah, ki ne fiksirajo aktivno molekularnega dušika. To je praviloma odvisno od odsotnosti ustreznih vrst vozličastih bakterij v tleh.

Ta pojav še posebej pogosto opazimo pri uporabi novih vrst stročnic, ki so bodisi okužene z neučinkovitimi vrstami medskupinskih bakterij ali se razvijejo brez vozličev.

Nodule v rastlinah, ki niso stročnice.koreninski vozli ali tvorbe, ki spominjajo na vozličke, so razširjene na koreninah ne le stročnic. Najdemo jih pri golosemenkah in kritosemenkah.

Obstaja do 200 vrst različnih rastlin, ki vežejo dušik v simbiozi z mikroorganizmi, ki na svojih koreninah (ali listih) tvorijo vozličke.

Noduli golosemenk (redov Cycadales - cikadi, Ginkgoales - ginkov, Coniferales - iglavci) imajo razvejano koralo, kroglasto ali kroglasto obliko. So odebeljene, spremenjene stranske korenine. Narava patogena, ki povzroča njihovo nastanek, še ni pojasnjena. Endofite golosemenk so razvrščene kot glive (fikomicete), aktinomicete, bakterije in alge. Nekateri raziskovalci trdijo, da obstaja več simbioz. Na primer, domneva se, da Azotobacter, nodule bakterije in alge sodelujejo v simbiozi pri cikadah. Prav tako ni rešeno vprašanje delovanja vozličev pri golosemenkah. Številni znanstveniki poskušajo najprej utemeljiti vlogo vozličev kot fiksatorjev dušika. Nekateri raziskovalci menijo, da so vozliči podokarpa rezervoarji vode, cikastim vozličem pa pogosto pripisujejo funkcije zračnih korenin.

Pri številnih predstavnikih kritosemenk, dvokaličnic so pred več kot 100 leti odkrili vozličke na koreninah.

Najprej se osredotočimo na značilnosti vozličev dreves, grmovnic in grmovnic (družine Coriariaceae, Myricaceae, Betulaceae, Casuarinaceae, Elaeagnaceae, Rhamnaceae), vključenih v to skupino. Noduli večine predstavnikov te skupine so koralom podobni grozdi rožnato rdeče barve, ki s starostjo pridobijo rjavo barvo. Obstajajo dokazi o prisotnosti hemoglobina v njih. Pri vrstah iz rodu Elaeagnus (loch) so vozlički beli.

Pogosto so vozlički veliki. V casuarini (Casuarina) dosežejo dolžino 15 cm, delujejo več let.

Rastline z noduli so pogoste v različnih podnebnih območjih ali omejene na določeno območje. Torej, Shepherdia in Ceanothus najdemo le v Severni Ameriki, Casuarina - predvsem v Avstraliji. Lokhovy in morski krhlika sta veliko bolj razširjena.

Številne rastline obravnavane skupine rastejo na tleh, revnih s hranili - pesku, sipinah, skalah, močvirju.

Najbolj podrobno so raziskani vozlički jelše (Alnus), zlasti A. glutinosa, ki jih je v 70. letih prejšnjega stoletja odkril M. S. Voronin (slika 167). Obstaja domneva, da so vozliči značilni ne le za sodobne, temveč tudi za izumrle vrste jelše, saj so jih našli na koreninah fosilne jelše v terciarnih nahajališčih doline reke Aldana - v Jakutiji.

Endofit v nodulah je polimorfen. Običajno se pojavlja kot hife, vezikli in bakteroidi (slika 168). Taksonomski položaj endofita še ni ugotovljen, saj so se številni poskusi izolacije v čisto kulturo izkazali za brezplodne, in če je bilo mogoče kulture izolirati, so se izkazale za nevirulentne.

Glavni pomen te celotne skupine rastlin očitno leži v sposobnosti fiksiranja molekularnega dušika v simbiozi z endofitom. Rastejo na območjih, kjer gojenje kmetijskih rastlin ni ekonomsko racionalno, igrajo vlogo pionirjev pri razvoju zemlje. Tako letno povečanje dušika v tleh sipin na Irskem ( Zelenortski otoki) pod zasaditvijo Casuarina equisetifolia doseže 140 kg/ha. Vsebnost dušika v tleh pod jelšo je za 30-50 % višja kot v tleh breze, bora in vrbe. V posušenih listih jelše je dušika dvakrat več kot v listih drugih lesnatih rastlin. Po izračunih A. Virtanena (1962) jelšev nasad (povprečno 5 rastlin na 1 m 2) daje povečanje dušika za 700 kg/ha v 7 letih.

Noduli so veliko manj pogosti pri predstavnikih družine Zygophyllaceae (parnophyllous). Prvi jih je odkril B. L. Isachenko (1913) na koreninskem sistemu Tribulus terrestris. Kasneje so vozličke našli tudi pri drugih vrstah Tribulusa.

Večina članov družine Zygophyllaceae je kserofitnih grmovnic ali trajnic. Pogoste so v puščavah tropskih in subtropskih regij in rastejo na peščenih sipinah, puščavah in zmernih močvirjih.

Zanimivo je, da tropske rastline, kot je svetlo rdeči parofilum, tvorijo vozličke le pri visokih temperaturah in nizki vlažnosti tal. Vlažnost tal do 80 % celotne vlažilne zmogljivosti preprečuje nastanek vozličev. Kot je znano, je obratni pojav opažen pri stročnicah zmernega podnebja. Z nezadostno vlago ne tvorijo vozličev.

Noduli v rastlinah družine Parnolistaceae se razlikujejo po velikosti in lokaciji na koreninskem sistemu. Veliki vozli se običajno razvijejo na glavni korenini in blizu površine tal. Manjše najdemo na stranskih koreninah in na večji globini. Včasih na steblih nastanejo vozliči, če ležijo na površini tal.

Noduli kopenskega tribulusa na pesku ob Južnem Bugu so videti kot majhne bele, rahlo koničaste ali okrogle bradavice. Običajno so pokriti s pleksusom glivičnih hif, ki prodirajo v lubje korenine.

V svetlo rdečem parnolistniku so vozliči končne zadebelitve stranskih korenin rastlin. Bakteroide najdemo v nodulah; bakterije so zelo podobne koreninskim vozličkom.

Noduli tropskih rastlin Tribulus cistoides so trdi, zaobljeni, približno 1 mm v premeru, povezani s koreninami s široko osnovo, pogosto navite na starih koreninah. Pogosteje se nahaja na koreninah, izmenično, na eni ali obeh straneh (slika 169). Za vozličke je značilna odsotnost meristemske cone. Podoben pojav opazimo pri nastajanju vozličev pri iglavcih. Nodul torej nastane zaradi celične delitve pericikla stele.

Histološka študija vozličev Tribulus cistoides na različnih stopnjah razvoja je pokazala, da nimajo mikroorganizmov. Na podlagi tega, pa tudi kopičenja velikih količin škroba v vozlih, se štejejo za tvorbe, ki opravljajo funkcijo zagotavljanja rastlinam rezervnih hranil.

Noduli gozdnega trsja so kroglaste ali nekoliko podolgovate tvorbe s premerom do 4 mm, tesno sedijo na koreninah rastlin (slika 170). Barva mladih vozličkov je najpogosteje bela, občasno rožnata, stara - rumena in rjava. Vozliček je s širokim žilnim snopom povezan z osrednjim valjem korenine. Tako kot pri Tribulus cistoides imajo trstni vozliči lubje, parenhim lubja, endodermo, periciklični parenhim in žilni snop (slika 171).

Bakterije v gomoljih lesnega trsja zelo spominjajo na bakterije koreninskih gomoljev stročnic.

Nodule najdemo na koreninah zelja in redkev - predstavnikov družine križnic. Domneva se, da jih tvorijo bakterije, ki imajo sposobnost vezave molekularnega dušika.

Med rastlinami iz družine madder najdemo vozličke v kavi Coffea robusta in Coffea klainii. Razvejajo se dihotomno, včasih sploščene in izgledajo kot pahljača. Bakterije in bakteroidne celice najdemo v tkivih nodula. Bakterije po Stewartu (1932) pripadajo Rhizobium, vendar jih je poimenoval Bacillus coffeicola.

Nodule v rastlinah iz družine vrtnic so bile najdene na driadi (trava jerebike). Dva druga člana te družine, Purshia tridentata in Cercocarpus betuloides, sta opisala tipične koralne vozličke. Vendar v literaturi ni podatkov o strukturi teh vozličev in naravi njihovega patogena.

Od družine vreskov lahko omenimo samo eno rastlino - medvedje uho (ali medvedka), ki ima na koreninskem sistemu vozličke. Mnogi avtorji menijo, da gre za koralam podobna ektotrofna mikoriza.

Pri kritosemenkah, enokotnih rastlinah, so vozlički pogosti med predstavniki družine trav: travniška lisičja repa, travniška modrica, sibirska dlaka in slanica. Na koncih korenin nastanejo vozliči; so podolgovate, zaobljene, vretenaste. V lisičjem repu so mladi vozlički svetli, prozorni ali prosojni, s starostjo postanejo rjavi ali črni. Podatki o prisotnosti bakterij v nodusnih celicah so protislovni.

Listni vozli. Znano je, da več kot 400 vrst različnih rastlin tvori vozličke na listih. Največ so raziskani vozliči Pavetta in Psychotria. Nahajajo se na spodnji površini listov vzdolž glavne žile ali raztresene med stranskimi žilami, imajo intenzivno zeleno barvo. Kloroplasti in tanin so koncentrirani v nodulah. S staranjem se na vozlih pogosto pojavijo razpoke.

Nastali vozliček je napolnjen z bakterijami, ki okužijo liste rastline, očitno v času kalitve semena. Pri gojenju sterilnih semen se vozlički ne pojavijo in rastline razvijejo klorotično. Izkazalo se je, da bakterije, izolirane iz listnih vozličev Psychotria bacteriophyla, pripadajo rodu Klebsiella (K. rubiacearum). Bakterije fiksirajo dušik ne le v simbiozi, ampak tudi v čisti kulturi - do 25 mg dušika na 1 g uporabljenega sladkorja. Domnevati je treba, da imajo pomembno vlogo pri prehrani rastlin z dušikom na nerodovitnih tleh. Obstaja razlog za domnevo, da oskrbujejo rastline ne le z dušikom, ampak tudi z biološko aktivnimi snovmi.

Včasih je na površini listov mogoče videti sijajne filme ali večbarvne lise. Nastanejo - mikroorganizmi filosfere - posebna vrsta epifitskih mikroorganizmov, ki sodelujejo tudi pri prehrani rastlin z dušikom. Bakterije filosfere so pretežno oligonitrofilci (živijo na zanemarljivih nečistočah dušikovih spojin v mediju in praviloma fiksirajo majhne količine molekularnega dušika), ki so v tesnem stiku z rastlino.

Paleontološki dokazi kažejo, da so bile nekatere rastline, ki spadajo v skupino Eucaesalpinioideae, najstarejše stročnice, ki so imele vozličke.

Pri sodobnih vrstah stročnic so na koreninah številnih članov družine Papilionaceae našli vozličke.

Filogenetsko bolj primitivni predstavniki družin, kot so Caesalpiniaceae, Mimosaceae, v večini primerov ne tvorijo vozličev.

Od 13.000 vrst (550 rodov) stročnic je bila prisotnost vozličev doslej ugotovljena le pri približno 1300 vrstah (243 rodov). Sem sodijo predvsem rastlinske vrste, ki se uporabljajo v kmetijstvu (več kot 200).

Ko tvorijo vozličke, stročnice pridobijo sposobnost absorbiranja atmosferskega dušika. Vendar pa se lahko prehranjujejo z vezanimi oblikami dušika - amonijevimi solmi in dušikovo kislino. Samo ena rastlina, Hedysarum coronarium, asimilira samo molekularni dušik. Zato se brez vozličev v naravi ta rastlina ne pojavlja.

Nodusne bakterije oskrbujejo stročnico z dušikom, ki se fiksira iz zraka. Rastline pa oskrbujejo bakterije s produkti presnove ogljikovih hidratov in mineralnimi solmi, ki jih potrebujejo za rast in razvoj.

Leta 1866 je slavni botanik in znanstvenik tal M. S. Voronin videl najmanjša "telesa" v vozlih na koreninah stročnic. Voronin je za tisti čas postavil drzne predpostavke: nastajanje vozličev je povezal z delovanjem bakterij, povečano delitev celic koreninskega tkiva pa z reakcijo rastline na bakterije, ki so prodrle v korenino.

20 let pozneje je nizozemski znanstvenik Beijerin izoliral bakterije iz vozličev graha, grašice, chiny, fižola, seradele in lizike ter preučeval njihove lastnosti ter preverjal sposobnost okužbe rastlin in povzročanja tvorbe vozličev. Te mikroorganizme je poimenoval Bacillus radicicola. Ker bakterije, ki tvorijo spore, spadajo v rod Bacillus, bakterije vozličev pa nimajo te sposobnosti, jih je A. Prazhmovsky preimenoval v Bacterium radicicola. B. Frank je predlagal uspešnejše generično ime za gomoljčke bakterije – Rhizobium (iz grškega rhizo – korenina, bio – življenje; življenje na koreninah). To ime se je ukoreninilo in se še vedno uporablja v literaturi.

Za označevanje vrste vozličastih bakterij je običajno, da se generičnemu imenu Rhizobium doda izraz, ki ustreza latinskemu imenu rastlinske vrste, iz katere so izolirane vozličke in na kateri lahko tvorijo vozličke. Na primer Rhizobium trifolii - bakterije deteljic, Rhizobium lupini - bakterije gomoljev volčjega boba itd. V primerih, ko so bakterije vozličev sposobne tvoriti vozličke na koreninah različnih vrst stročnic, t.j. povzročiti tako imenovano navzkrižno okužbo, vrsta ime je kot kolektivno - odraža prav to sposobnost "navzkrižne okužbe". Na primer, Rhizobium leguminosarum - nodule bakterije graha (Pisum), leče (Lens), čin (Lathyrus).

Morfologija in fiziologija nodusnih bakterij. Za bakterije vozličev je značilna neverjetna raznolikost oblik - polimorfizem. Na to so opozorili številni raziskovalci, ko so preučevali bakterije vozličev v čisti kulturi v laboratorijskih pogojih in v tleh. Nodule bakterije so lahko paličaste in ovalne. Med temi bakterijami so tudi filtrirne oblike, L-oblike, kokoidno negibni in mobilni organizmi.

Mlade vozličaste bakterije v čisti kulturi na hranilnih medijih imajo običajno paličasto obliko (slika 143, 2, 3), velikost palic je približno 0,5-0,9 X 1,2-3,0 mikrona, mobilne, pomnožimo z delitvijo. V paličastih celicah nodusnih bakterij detelje opazimo delitev z ligacijo. S starostjo se paličaste celice lahko premaknejo v brstenje. Po Gramu se celice obarvajo negativno, njihova ultrafina struktura je značilna za gramnegativne bakterije (slika 143, 4).

S staranjem bakterije vozličev izgubijo gibljivost in preidejo v stanje tako imenovanih opasanih palic. To ime so dobili zaradi izmenjave gostih in ohlapnih delov protoplazme v celicah. Progastost celic je dobro zaznana, če jo pogledamo pod svetlobnim mikroskopom po obdelavi celic z anilinskimi barvili. Gosti deli protoplazme (pas) so obarvani slabše kot prostori med njimi. V luminiscenčnem mikroskopu so pasovi svetlo zeleni, prostori med njimi ne svetijo in so videti temni (slika 143, 1). Pasovi se lahko nahajajo na sredini kletke ali na koncih. Zoniranje celic je vidno tudi na vzorcih elektronske difrakcije, če pripravka pred ogledom ne obdelamo s kontrastnimi sredstvi (sl. 143, 3). Verjetno je s starostjo bakterijska celica napolnjena z maščobnimi vključki, ki ne zaznavajo barve in posledično povzročijo progaste celice. Faza "opasanih palic" je pred fazo nastanka bakteroidov - celic nepravilne oblike: odebeljenih, razvejanih, kroglastih, hruškastih in bučkastih (slika 144). Izraz "bakteroidi" je leta 1885 v literaturo uvedel J. Brunhorst in ga uporabil za formacije nenavadne oblike, veliko večje od paličastih bakterijskih celic, ki jih najdemo v tkivih nodul.

,

Bakteroidi vsebujejo več zrnc volutina in zanje je značilna višja vsebnost glikogena in maščobe kot paličaste celice. Bakteroidi, ki rastejo v umetnih hranilnih medijih in nastanejo v tkivih vozličev, so fiziološko iste vrste. Menijo, da so bakteroidi oblike bakterij z nepopolnim procesom delitve. Z nepopolno delitvijo celic nodusnih bakterij nastanejo dihotomno razvejane oblike bakteroidov. Število bakteroidov narašča s staranjem kulture; njihov videz olajšajo izčrpavanje hranilnega medija, kopičenje presnovnih produktov in vnos alkaloidov v medij.

V starih (dva meseca starih) kulturah nodusnih bakterij je z elektronskim mikroskopom mogoče v številnih celicah prepoznati jasno opredeljene sferične formacije (slika 145) - artrospore. Njihovo število v celicah se giblje od 1 do 5.

Nodusne bakterije različnih vrst stročnic rastejo z različno hitrostjo na hranilnih medijih. Hitro rastoče bakterije vključujejo rizobije graha, detelje, lucerne, krmnega fižola, grašice, leče, čiče, sladke detelje, piskavice, fižola, čičerike in ptičje noge; do počasi rastočih - vozličaste bakterije volčjega boba, soje, arašidov, seradele, mung fižola, kravjega graha, esparzete, grebena. Popolnoma oblikovane kolonije hitro rastočih kultur je mogoče dobiti 3. - 4. dan inkubacije, kolonije počasi rastočih kultur - 7. - 8. dan.

Za hitro rastoče nodusne bakterije je značilna peritrihična razporeditev flagel, za počasi rastoče bakterije pa so monotrihialne (tabela 42, 1-5).

Pri gojenju na tekočih gojščih v celicah nodusnih bakterij poleg bičk nastanejo nitasti in kroglasti izrastki (tabel 42, 43). Njihova dolžina doseže 8-10 mikronov. Običajno se nahajajo na površini celice peritrihialno, vsebujejo od 4 do 10 ali več na celico.

,

Kolonije hitro rastočih vozličastih bakterij imajo barvo pečenega mleka, pogosto prosojne, sluzaste, z gladkimi robovi, zmerno izbočene in sčasoma zrastejo na površini agarskega medija. Kolonije počasi rastočih bakterij so bolj izbočene, majhne, ​​suhe, goste in praviloma ne rastejo na površini medija. Sluz, ki jo proizvajajo nodusne bakterije, je kompleksna spojina polisaharidnega tipa, ki vključuje heksoze, pentoze in uronske kisline.

Nodusne bakterije so mikroaerofili (razvijajo se z majhnimi količinami kisika v okolju), vendar imajo raje aerobne razmere.

Nodusne bakterije uporabljajo ogljikove hidrate in organske kisline kot vir ogljika v hranilnih medijih ter različne mineralne in organske spojine, ki vsebujejo dušik, kot vir dušika. Pri gojenju na gojiščih z visoko vsebnostjo snovi, ki vsebujejo dušik, lahko bakterije vozličev izgubijo sposobnost prodiranja v rastlino in tvorijo vozličke. Zato gomoljčke bakterije običajno gojimo na rastlinskih izvlečkih (fižol, grahova juha) ali izvlečkih zemlje. Fosfor, ki je potreben za razvoj, lahko pridobijo vozličaste bakterije iz mineralnih in organskih spojin, ki vsebujejo fosfor; mineralne spojine lahko služijo kot vir kalcija, kalija in drugih mineralnih elementov.

Za zatiranje tuje saprofitne mikroflore pri izolaciji bakterij vozličev iz vozličev ali neposredno iz tal se priporočajo hranila z dodatkom kristalno vijolične, tanina ali antibiotikov.

Za razvoj večine kultur nodusnih bakterij je potrebna optimalna temperatura v območju 24-26 °. Pri 0° in 37°C se rast ustavi. Običajno se kulture nodulnih bakterij shranjujejo v laboratorijskih pogojih pri nizkih temperaturah (2-4 °C).

Številne vrste nodusnih bakterij so sposobne sintetizirati vitamine B, pa tudi rastne snovi, kot je heteroauxin (-indolocetna kislina).

Vse nodusne bakterije so približno enako odporne na alkalno reakcijo medija (pH = 8,0), na kislo pa neenako občutljive.

Specifičnost, virulenca, konkurenčnost in aktivnost nodusnih bakterij.

koncept specifičnost vozličaste bakterije - kolektivne. Zaznamuje sposobnost bakterij, da tvorijo vozličke v rastlinah. Če govorimo o vozličastih bakterijah na splošno, potem je zanje nastajanje vozličev samo v skupini stročnic že samo po sebi specifično - imajo selektivnost za stročnice.

Če pa upoštevamo posamezne kulture gomoljčkov, se izkaže, da so med njimi takšne, ki so sposobne okužiti le določeno, včasih večjo, včasih manjšo skupino stročnic, in v tem smislu je specifičnost gomoljčkov. je selektivna sposobnost glede na gostiteljsko rastlino. Specifičnost nodusnih bakterij je lahko ozka (bakterije deteljnih vozličev okužijo le skupino detelj – specifičnost vrste, bakterije gomoljev volčjega boba pa je lahko značilna celo sortna specifičnost – okužijo le alkaloidne ali brezalkaloidne sorte volčjega boba). S široko specifičnostjo lahko bakterije grahovih gomoljev okužijo rastline graha, brade in fižola, bakterije gomoljev graha in fižola pa lahko okužijo rastline graha, torej za vse je značilna sposobnost »navzkrižne okužbe«. Specifičnost nodusnih bakterij je osnova njihove razvrstitve.

Specifičnost nodusnih bakterij je nastala kot posledica njihove dolgotrajne prilagoditve na eno rastlino ali skupino le-teh in genetskega prenosa te lastnosti. V zvezi s tem je tudi različna prilagodljivost vozliških bakterij na rastline znotraj skupine navzkrižne okužbe. Tako lahko bakterije nodus lucerne tvorijo vozličke v sladki detelji. Kljub temu so bolj prilagojene lucerni, bakterije sladke detelje pa so bolj prilagojene sladki detelji.

V procesu okužbe koreninskega sistema stročnic z gomoljskimi bakterijami je zelo pomembna virulenca mikroorganizmi. Če specifičnost določa spekter delovanja bakterij, potem virulenca nodulnih bakterij označuje aktivnost njihovega delovanja znotraj tega spektra. Virulenca se nanaša na sposobnost gomoljev, da prodrejo v tkivo korenin, se tam razmnožijo in povzročijo nastanek vozličev.

Pomembno vlogo igra ne le sama sposobnost prodiranja v korenine rastline, temveč tudi hitrost tega prodiranja.

Za določitev virulence seva vozliških bakterij je treba ugotoviti njegovo sposobnost, da povzroči nastanek vozličev. Kriterij virulence katerega koli seva je lahko najmanjše število bakterij, ki zagotavlja močnejšo okužbo korenin v primerjavi z drugimi sevi, kar doseže vrhunec z nastankom vozličev.

V tleh, v prisotnosti drugih sevov, bolj virulentni sev ne bo vedno najprej okužil rastline. V tem primeru je treba upoštevati tekmovalna sposobnost, ki pogosto prikrije lastnost virulence v naravnih razmerah.

Nujno je, da imajo virulentni sevi tudi konkurenčnost, to pomeni, da lahko uspešno tekmujejo ne le s predstavniki lokalne saprofitne mikroflore, temveč tudi z drugimi sevi nodusnih bakterij. Kazalnik konkurenčnosti seva je število vozličev, ki jih tvori, kot odstotek skupnega števila vozličev na koreninah rastlin.

Pomembna lastnost nodusnih bakterij je njihova dejavnost(učinkovitost), to je sposobnost asimilacije molekularnega dušika v simbiozi s stročnicami in zadovoljevanja potreb rastline gostiteljice v njej. Glede na to, v kolikšni meri bakterije vozličev prispevajo k povečanju pridelka stročnic (slika 146), jih običajno delimo na aktivne (učinkovite), neaktivne (neučinkovite) in neaktivne (neučinkovite).

Sev bakterij, ki je neaktiven za eno gostiteljsko rastlino v simbiozi z drugo vrsto stročnic, je lahko zelo učinkovit. Zato je treba pri karakterizaciji seva glede na njegovo učinkovitost vedno navesti glede na to, na katero vrsto gostiteljske rastline se kaže njegov učinek.

Dejavnost nodusnih bakterij ni njihova trajna lastnost. Pogosto v laboratorijski praksi pride do izgube aktivnosti v kulturah nodusnih bakterij. V tem primeru se bodisi izgubi aktivnost celotne kulture bodisi se pojavijo posamezne celice z nizko aktivnostjo. Zmanjšanje aktivnosti nodulnih bakterij se pojavi v prisotnosti nekaterih antibiotikov, aminokislin. Eden od razlogov za izgubo aktivnosti nodusnih bakterij je lahko vpliv faga. S pasažo, torej večkratnim prehajanjem bakterij skozi gostiteljsko rastlino (prilagoditev na določeno rastlinsko vrsto), je mogoče pridobiti učinkovite seve iz neučinkovitih.

Izpostavljenost y-žarkom omogoča pridobivanje sevov z večjo učinkovitostjo. Znani so primeri nastanka visoko aktivnih radiomutantov bakterij nodus lucerne iz neaktivnega seva. Uporaba ionizirajočega sevanja, ki neposredno vpliva na spremembo genetskih značilnosti celice, je po vsej verjetnosti lahko obetavna tehnika pri selekciji visoko aktivnih sevov nodusnih bakterij.

Okužba stročnic z vozličastimi bakterijami.

Da bi zagotovili normalen proces okužbe koreninskega sistema z bakterijami vozličev, je potrebno v območju korenin imeti precej veliko število živih bakterijskih celic. Mnenja raziskovalcev o številu celic, potrebnih za zagotovitev postopka inokulacije, so različna. Tako je po mnenju ameriškega znanstvenika O. Allena (1966) za inokulacijo drobnosemenskih rastlin potrebnih 500-1000 celic, za inokulacijo velikosemenskih rastlin pa najmanj 70.000 celic na 1 seme. Po mnenju avstralskega raziskovalca J. Vincenta (1966) mora vsako seme v trenutku inokulacije vsebovati vsaj nekaj sto sposobnih in aktivnih bakterijskih celic vozličev. Obstajajo dokazi, da lahko posamezne celice prodrejo tudi v tkivo korenin.

Med razvojem koreninskega sistema stročnice se s koreninskimi izločki spodbuja razmnoževanje vozličastih bakterij na površini korenine. Produkti uničenja koreninskih klobukov in dlačic imajo tudi pomembno vlogo pri zagotavljanju primernega substrata za gomoljčke bakterije.

V rizosferi stročnic se močno spodbuja razvoj vozličastih bakterij, pri žitnih rastlinah tega pojava ni opaziti.

Na površini korenine je plast sluzaste snovi (matriks), ki nastane ne glede na prisotnost bakterij v rizosferi. Ta plast je dobro vidna, če jo pregledamo v svetlobno-optičnem mikroskopu (slika 147). Nodulske bakterije po inokulaciji običajno hitijo v to plast in se v njej kopičijo (slika 148) zaradi stimulativnega učinka korenine, ki se kaže tudi na razdalji do 30 mm.

,

V tem obdobju, pred vnosom gomoljčkov v tkivo korenin, so bakterije v rizosferi izjemno mobilne. V zgodnjih študijah, v katerih so za raziskave uporabljali svetlobni mikroskop, so bakterije vozličev, ki se nahajajo v coni rizosfere, dobile ime schwermers (gonidia ali zoospore) - "rojenje". Z metodo Faereus (1957) je mogoče opazovati nastanek izjemno hitro premikajočih se kolonij švermerjev v predelu koreninskega vrha in koreninskih dlak. Kolonije Schwermerja obstajajo zelo kratek čas - manj kot en dan.

O mehanizmu penetracije nodulnih bakterij v korenini rastline obstaja več hipotez. Najbolj zanimivi med njimi so naslednji. Avtorji ene od hipotez navajajo, da bakterije vozličev prodrejo v korenino s poškodbami povrhnjice in kortikalnega tkiva (predvsem na mestih, kjer se odcepijo stranske korenine). To hipotezo je postavil na podlagi raziskav Brila (1888), ki je povzročil nastanek vozličev pri stročnicah tako, da je korenine prebodel z iglo, ki je bila predhodno potopljena v suspenzijo vozličastih bakterij. Kot poseben primer je takšna izvedbena pot povsem realna. Na primer, pri arašidih se vozlički nahajajo pretežno v pazduh koreninskih vej, kar kaže na prodiranje vozličkov v korenino skozi vrzeli med kalitvijo stranskih korenin.

Zanimiva in ne neutemeljena hipoteza je prodiranje vozličastih bakterij v koreninsko tkivo skozi koreninske dlake. Večina raziskovalcev priznava prehod vozliških bakterij skozi koreninske dlake.

Zelo prepričljiva je domneva P. Darta in F. Mercerja (1965), da bakterije vozličev prodrejo v korenino v obliki majhnih (0,1-0,4 mikrona) kokoidnih celic skozi intervale (0,3-0,4 mikrona) celulozne fibrilarne mreže. primarni ovoj koreninskih dlak. Elektronsko mikroskopske fotografije (slika 149) površine korenine, pridobljene z metodo replike, in dejstvo krčenja celic vozličastih bakterij v rizosferi stročnic potrjujejo to stališče.

Možno je, da lahko bakterije vozličev prodrejo v korenino skozi epidermalne celice mladih konic korenin. Po Prazhmovskyju (1889) lahko bakterije prodrejo v korenino le skozi mlado celično steno (korenskih dlak ali epidermalnih celic) in popolnoma ne morejo premagati kemično spremenjene ali plutaste plasti skorje. To lahko pojasni, da se vozlički običajno razvijejo na mladih delih glavne korenine in nastajajočih stranskih korenin.

V zadnjem času je hipoteza o auksinu postala zelo priljubljena. Avtorji te hipoteze menijo, da bakterije vozličev prodrejo v korenino zaradi stimulacije sinteze β-indolocetne kisline (heteroauksina) iz triptofana, ki je vedno prisoten v izločkih rastlinskih korenin (slika 150).

Vir β-indoliocetne kisline v času okužbe rastline očitno niso samo rastline, ki skozi koreninski sistem izločajo triptofan, ki ga lahko številne vrste bakterij, vključno s koreninskimi vozlički, pretvorijo v β-indoliocetno kislino. Pri sintezi heteroauksina lahko sodelujejo tudi same bakterije vozličev in morda tudi druge vrste talnih mikroorganizmov, ki živijo v območju korenin.

Vendar hipoteze o auksinu ni mogoče brezpogojno sprejeti. Delovanje heteroauksina je nespecifično in povzroča ukrivljenost koreninskih dlak pri različnih rastlinskih vrstah, ne le pri stročnicah. Hkrati pa bakterije vozličev povzročajo ukrivljenost koreninskih dlak le pri stročnicah, pri tem pa kažejo precej pomembno selektivnost. Če bi obravnavani učinek določila le β-indolilocetna kislina, potem takšne specifičnosti ne bi bilo. Poleg tega je narava sprememb koreninskih dlak pod vplivom gomoljčkov nekoliko drugačna kot pod vplivom heteroauksina.

Prav tako je treba opozoriti, da so v nekaterih primerih nezakrivljene koreninske dlake izpostavljene okužbi. Opazovanja kažejo, da je pri lucerni in grahu 60-70% koreninskih dlak zvitih in zvitih, pri detelji pa približno 50%. Pri nekaterih vrstah detelje je ta reakcija opažena pri največ 1/4 okuženih dlak. Pri reakciji ukrivljenosti je očitno zelo pomembno stanje koreninskih las. Rastoče koreninske dlake so najbolj občutljive na delovanje snovi, ki jih proizvajajo bakterije.

Znano je, da bakterije vozličev povzročajo mehčanje sten koreninskih dlak. Vendar ne tvorijo niti celulaze niti pektinolitičnih encimov. V zvezi s tem je bilo predlagano, da bakterije vozličev prodrejo v korenino zaradi izločanja sluzi polisaharidne narave, ki povzroči sintezo encima poligalakturonaze ​​v rastlinah. Ta encim, ki uničuje pektinske snovi, vpliva na lupino koreninskih dlak, zaradi česar je bolj plastična in prepustna. V majhnih količinah je poligalakturonaza vedno prisotna v koreninskih dlakah in očitno povzroči delno raztapljanje ustreznih komponent membrane in omogoča, da se celica raztegne.

Nekateri raziskovalci verjamejo, da bakterije vozličev prodrejo v korenino zahvaljujoč satelitskim bakterijam, ki proizvajajo pektinolitične encime. Ta hipoteza je bila postavljena na podlagi naslednjih dejstev. Pri mikroskopiji koreninskih dlak so številni raziskovalci opazili prisotnost svetle točke, okoli katere se kopičijo vozličaste bakterije. Ta pega je lahko znak začetka maceracije (uničenja) tkiva s protopektinazo, podobno kot pri rastlinah pri številnih bakterijskih boleznih. Poleg tega je bilo ugotovljeno, da lahko avirulentne kulture gomoljčkov v prisotnosti bakterij, ki proizvajajo pektinolitične encime, prodrejo v korenino.

Omeniti je treba še eno hipotezo, po kateri bakterije vozličev vstopijo v korenino med tvorbo prstaste izbokline na površini koreninskega dlaka. Vzorec elektronske difrakcije odseka koreninskega dlaka, ki potrjuje to hipotezo (slika 150, 3), prikazuje koreninski las, upognjen v obliki ročaja dežnika, v upogibu katerega se kopičijo vozličaste bakterije. Nodulske bakterije so, kot da bi jih povlekel (pogoltnil) koreninski las (podobno kot pinocitoza).

Hipoteze o invaginaciji v bistvu ni mogoče ločiti od avksinske ali encimske hipoteze, saj se invaginacija pojavi kot posledica izpostavljenosti bodisi avksinu bodisi encimskemu faktorju.

Postopek vnosa gomoljčkov v koreninsko tkivo je pri vseh vrstah stročnic enak in je sestavljen iz dveh faz. V prvi fazi pride do okužbe koreninskih dlak. V drugi fazi se proces tvorbe vozličev intenzivno nadaljuje. Trajanje faz je pri različnih rastlinskih vrstah različno: pri Trifolium fragiferum prva faza traja 6 dni, pri Trifolium nigrescens - 3 dni.

V nekaterih primerih je zelo težko zaznati meje med fazami. Najintenzivnejši vnos gomoljčkov v koreninske dlake se pojavi v zgodnjih fazah razvoja rastlin. Druga faza se konča med množičnim nastankom vozličev. Pogosto se prodiranje vozličastih bakterij v koreninske dlake nadaljuje tudi po tem, ko so na koreninah nastali vozlički. Do te tako imenovane presežne ali dodatne okužbe pride, ker se okužba dlačic dolgo ne ustavi. V kasnejših fazah okužbe so vozlički običajno nameščeni nižje vzdolž korenine.

Vrsta razvoja, struktura in gostota koreninskih dlačic ne vplivata na hitrost vnosa vozličastih bakterij. Mesta nastanka vozličev niso vedno povezana z lokacijo okuženih dlak.

Ko prodrejo v korenino (skozi koreninski las, epidermalno celico, mesta poškodb korenin), se bakterije vozličev nato premaknejo v tkiva korenine rastline. Najlažje bakterije prehajajo skozi medcelične prostore.

V tkivo korenine lahko prodre ena celica ali skupina bakterijskih celic. Če je bila uvedena ločena celica, se lahko še naprej premika skozi tkivo kot ena celica. Za rastline volčjega boba je značilna pot okužbe korenine z enojnimi celicami.

Vendar pa v večini primerov invazivna celica, ki se aktivno razmnožuje, tvori tako imenovane infekcijske niti (ali infekcijske vrvice) in se že v obliki takšnih niti premakne v rastlinska tkiva.

Izraz "infekcijska nit" je nastal na podlagi preučevanja procesa okužbe v svetlobnem mikroskopu. Začenši z Beijerinckovim delom, so na okužbo začeli gledati kot na sluzasto maso, podobno hifam, ki vsebuje razmnoževalne bakterije.

V bistvu je infekcijska nit kolonija pomnoženih bakterij. Njegov začetek je kraj, kamor je prodrla ena celica ali skupina celic. Možno je, da se na površini korenine pred vnosom bakterij v korenino začne tvoriti kolonija bakterij (in posledično bodoča infekcijska nit).

Število okuženih koreninskih dlak se med posameznimi rastlinami zelo razlikuje. Običajno se nalezljive niti pojavijo v deformiranih, zvitih koreninskih dlakah. Vendar pa obstajajo znaki, da se podobne niti včasih nahajajo v ravnih laseh. Pogosteje opazimo eno razvejano nit v korenskih dlakah, manj pogosto dve. V nekaterih primerih je v enem koreninskem dlaku več niti, v več pa so skupne niti okužbe, ki povzročajo en vozlič (slika 151).

Odstotek okuženih koreninskih dlak v skupnem številu deformiranih dlak je nerazložljivo nizek. Običajno se giblje od 0,6 do 3,2, občasno doseže 8,0. Delež uspešnih okužb je še manjši, saj je med nalezljivimi nitmi veliko (do 80 %) tako imenovanih abortivnih niti, ki so se prenehale razvijati. Hitrost napredovanja normalno razvijajočih se nalezljivih niti v rastlini je 5-8 mikronov na uro. Pri tej hitrosti lahko pot skozi koreninski las, dolg 100-200 mikronov, preide skozi infekcijsko nit v enem dnevu.

Morfološke in anatomske značilnosti vozličev v njihovi ontogenezi.

Glede na način nastanka so vozliči stročnic razdeljeni na dve vrsti:

1. tip - vozliči nastanejo med delitvijo celic pericikla (koreninska plast), ki se običajno nahajajo proti protoksilemu (prvi v času za nastanek žil) - endogeni tip tvorbe vozličev;

Tip 2 - vozliči izvirajo iz koreninskega korteksa kot posledica vnosa patogena v parenhimske celice skorje in endoderme (notranja plast primarne skorje) - eksogena vrsta tvorbe vozličev.

V naravi prevladuje slednja vrsta. Tkiva osrednjega cilindra korenine sodelujejo le pri tvorbi žilnega sistema vozličev tako endogenih kot eksogenih vrst.

Kljub različnim pogledom na naravo nastanka nodus ekso- in endotipov je proces njihovega razvoja v osnovi enak. Vendar pa niti enega niti drugega tipa tvorbe vozličev v nobenem primeru ne bi smeli identificirati s procesom tvorbe stranskih korenin, kljub dejstvu, da obstaja nekaj podobnosti pri njihovem nastanku. Tako se tvorba vozličev in stranskih korenin pojavlja hkrati in poleg tega v istem območju korenin.

Hkrati pa številne značilnosti razvoja stranskih korenin in vozličev poudarjajo globoke razlike v vrsti njihovega nastanka. V periciklu nastanejo stranske korenine. Že v prvih trenutkih razvoja so povezani z osrednjim cilindrom glavne korenine, od katerega se odcepijo osrednji cilindri stranskih korenin in vedno vzniknejo proti žarku primarnega lesa. Tvorba vozlišča je v nasprotju s stranskim korenom možna kjer koli. Na samem začetku nastanka nodulnega tkiva ni žilne povezave z osrednjim valjem korenine, nastane kasneje. Plovila se običajno tvorijo vzdolž periferije vozlišča. Preko traheidne cone so povezani s koreninskimi žilami in imajo lastno endodermo (slika 152).

Razlika v naravi nodulacij in stranskih korenin je še posebej jasno opažena pri seradeli, saj je kortikalno tkivo glavne korenine te rastline - mesto prvih vozličev - sestavljeno iz relativno majhne plasti celic in vozlički postanejo vidni zelo hitro. po okužbi korenine z bakterijami. Najprej tvorijo sploščene izrastke na korenu, zaradi česar jih je mogoče razlikovati od stožčastih izrastkov stranskih korenin. Noduli se od stranskih korenin razlikujejo po številnih anatomskih značilnostih: odsotnosti osrednjega cilindra, koreninskih klobukov in povrhnjice ter prisotnosti pomembne plasti lubja, ki pokriva vozlišče.

Nastajanje vozličev (slika 153, 1, 2) stročnic se pojavi v obdobju, ko ima korenina še primarno strukturo. Začne se z delitvijo kortikalnih celic, ki se nahajajo na razdalji 2-3 plasti od koncev infekcijskih niti. Plasti skorje, ki jih prodrejo nalezljive niti, ostanejo nespremenjene. Hkrati se pri seradeli delitev kortikalnih celic zgodi neposredno pod okuženo koreninsko dlako, pri grahu pa delitev celic opazimo le v predzadnji plasti skorje.

Delitev s tvorbo radialne tkivne strukture se nadaljuje v celice notranjega jedra. Pojavlja se brez določene smeri, naključno, in zaradi tega nastane meristem (sistem izobraževalnih tkiv) vozlišča, sestavljen iz majhnih zrnatih celic.

Razdeljene celice skorje se spremenijo: jedra so zaobljena in se povečajo, zlasti jedrca. Po mitozi se jedra razpršijo in, ne da bi prevzela prvotno obliko, se ponovno začnejo deliti.

Pojavi se sekundarni meristem. Kmalu se v endodermi in periciklu pojavijo znaki začetne delitve, ki se v nekdanjih zunanjih celicah pojavlja predvsem s tangencialnimi septami. Ta delitev se končno razširi na skupni meristematski kompleks, katerega majhne celice so podolgovate, vakuole izginejo in jedro zapolni večino celice. Nastane tako imenovani primarni vozliček, v plazmi celic katerega so bakterije vozličev odsotne, saj so na tej stopnji še vedno znotraj infekcijskih niti. Medtem ko nastaja primarni vozlič, se okužbe večkrat razvejajo in lahko prehajajo med celicami - medcelično (slika 154) ali skozi celice - znotrajcelično - in vnašajo bakterije (slika 155).

,

Medcelične nalezljive niti zaradi aktivnega razmnoževanja vozličastih bakterij v njih pogosto pridobijo nenavadno obliko - tvorijo se v obliki žepov (divertikul) ali bakel (glej sliko 154).

Proces gibanja infekcijskih niti iz celice v celico ni povsem jasen. Očitno nalezljive niti, kot meni kanadski mikrobiolog D. Jordan (1963), blodijo v obliki golih sluzničnih pramenov v medceličnih prostorih rastlinskega tkiva, dokler zaradi še vedno nerazložljivih razlogov ne začnejo invaginirati v citoplazmo sosednjih celic. .

V nekaterih primerih se invaginacija infekcijske niti pojavi v eni, v nekaterih primerih - v vsaki sosednji celici. Skozi te invaginirane cevaste votline (divertikule) je vsebina niti zaprta v sluzi. Najbolj aktivna rast nalezljivih niti se običajno pojavi v bližini jedra rastlinske celice. Prodor niti spremlja premikanje jedra, ki se pomika proti mestu okužbe, se poveča, spremeni obliko in degenerira. Podobno sliko opazimo pri glivični okužbi, ko jedro pogosto hiti proti vdornim hifam, ga pritegne poškodba kot mesto največje fiziološke aktivnosti, se približa niti, nabrekne in se zruši. Očitno je to značilno za odziv rastline na okužbo.

Pri enoletnih rastlinah se nalezljive niti običajno pojavijo v prvem obdobju okužbe korenine, pri trajnicah - v daljšem obdobju razvoja.

Bakterije se lahko sprostijo iz niti okužbe ob različnih časih in na različne načine. Izstop bakterij je praviloma zelo dolg proces, zlasti pri trajnicah. Običajno je sproščanje bakterij iz infekcijske niti v citoplazmo rastline gostiteljice povezano z notranjim pritiskom, ki je posledica intenzivnega razmnoževanja bakterij v niti in njihovega izločanja sluzi. Včasih bakterije zdrsnejo iz niti v skupinah, ki jih obdaja sluz nalezljive niti, v obliki veziklov (mehurčastih tvorb) (slika 157). Ker mehurčki nimajo membran, je izstop bakterij iz njih zelo preprost. Nodusne bakterije lahko vstopijo tudi v rastlinske celice posamezno iz medceličnih prostorov (slika 156).

,

Nodule bakterije, ki so nastale iz okužbe, se še naprej razmnožujejo v gostiteljskem tkivu. Njihovo razmnoževanje v tem obdobju poteka z delitvijo zoženja (slika 158). Večina bakterij se razmnožuje v citoplazmi celice in ne v infekcijski niti. Okužene celice povzročijo nastanek prihodnjega bakteroidnega tkiva.

Rastlinske celice se začnejo intenzivno deliti, napolnjene s hitro množečimi celicami vozličastih bakterij. V trenutku mitotične delitve okuženih celic se lahko vozličke bakterije kopičijo na dveh nasprotnih polih matične celice in pasivno vstopijo v hčerinske celice. V tem primeru je vsaka od nenabitih celic pod močnim stimulativnim učinkom vozliških bakterij in se posledično tudi deli. Zahvaljujoč tej močni mitotični delitvi meristematskih celic se bakterije vozličev razširijo v tkiva nodus in poveča se volumen bakteroidne regije.

Okuženo tkivo, sestavljeno iz gosto ležečih in aktivno deljivih celic, ima najprej obliko okrnjenega stožca. Kasneje zaradi postopne rasti tega stožca ter hkratne delitve in razvoja meristematskih celic tkivo vozličev raste in izgubi obliko stožca.

Tako se vozlišče najprej poveča kot posledica radialne in tangencialne delitve jedrnih celic, nato pa zaradi povečanja njihove velikosti in hkratne delitve. Ko se rastlinske celice popolnoma napolnijo z bakterijami, se mitoza ustavi. Vendar pa se celice še naprej povečujejo in so pogosto zelo podolgovate. Njihova velikost je nekajkrat večja od velikosti neokuženih rastlinskih celic, ki se nahajajo med njimi v bakteroidnem območju vozlišča.

Povezava mladega vozla s korenino stročnice se izvede zahvaljujoč žilnim vlaknastim snopom. MS Voronin (1866) je prvič opazil žilne fibrozne snope. Čas nastanka žilnega sistema v vozlih različnih vrst stročnic je različen. Torej, pri sojinih vozličkih začetek razvoja žilnih snopov sovpada s trenutkom prodiranja vozličastih bakterij v dve plasti kravjega parenhima. Z rastjo vozlička prevodni sistem raste, se razveja in obdaja bakteroidno regijo.

Vzporedno s procesom diferenciacije žilnega sistema se iz zunanje plasti primarnega vozlišča oblikuje endoderma vozlišča. Nato je vozliček zaokrožen, njegova periferna celična plast je obdana z lubjem vozličev.

Povrhnjica korenine se zlomi, vozlišče pa se še naprej razvija in povečuje.

S svetlobnim mikroskopom na vzdolžnih odsekih zrelih vozličev običajno jasno ločimo 4 značilne cone diferenciacije tkiva: skorja, meristem, bakteroidna cona in žilni sistem. Vsa tkiva vozličev se razlikujejo v akropetalnem zaporedju, saj meristem sproži nove celice.

vozličasto lubje- lupina vozlišča, ki opravlja zaščitno funkcijo. Lubje je sestavljeno iz več vrst neokuženih parenhimskih celic, katerih velikost in lastnosti so pri različnih stročnicah različne. Najpogosteje imajo celice skorje podolgovato obliko in so večje v primerjavi z drugimi celicami vozlišča.

V lubju vozličev trajnih lesnatih vrst pogosto najdemo celice s plutastimi membranami, ki vsebujejo smole, tanin in tanine.

Meristem nodula se nahaja pod celicami skorje in je območje intenzivno delitve tudi neokuženih celic. Za meristem vozlišča so značilne gosto razporejene majhne tankostenske celice nepravilne oblike brez medceličnih prostorov. Celice meristema nodul so podobne celicam drugih vrst meristematskega tkiva (vrh korenine, vrh stebla). Celice meristema vozličev vsebujejo gosto, fino zrnato citoplazmo z ribosomi, Golgijevimi telesi, protoplastidi, mitohondriji in drugimi strukturami. Obstajajo majhne vakuole. V središču citoplazme je veliko jedro z jedrsko membrano, porami in jasno opredeljenim nukleolom. Funkcije meristematskih celic so tvorjenje celic skorje vozličev, bakteroidne regije in žilnega sistema. Glede na lokacijo meristema imajo vozliči različne oblike: sferične (grah, fižol, seradela, arašidi) ali valjaste (lucerna, grašica, čin, akacija, detelja) (slika 159). Meristem, ki se nahaja na ločenih območjih vzdolž periferije vozlišča, vodi do tvorbe gomoljev v obliki mufa v volčjem bobu.

Meristem vozličev deluje dolgo časa, tudi med nekrozo vozličev, ko so že napolnjeni z lizirajočo bakteroidno maso in uničenimi rastlinskimi celicami.

Bakteroidna cona vozliček zaseda njen osrednji del in predstavlja od 16 do 50 % celotne suhe mase vozličev. V prvem obdobju nastanka vozličkov je v bistvu bakterijska cona (slika 160), saj je napolnjena z bakterijskimi celicami, ki so v bakterijski in ne bakteroidni fazi razvoja. Kljub temu, ko gre za območje nodulnega tkiva, ki vsebuje bakterije, ga običajno imenujemo bakteroid.

Bakteroidno območje vozlišča je sestavljeno predvsem iz celic, okuženih z bakterijami vozličev, in delno iz neokuženih celic, ki mejijo na njih, napolnjenih s pigmenti, tanini in do jeseni - s škrobom.

V nodulah, ki nastanejo iz učinkovitih sevov nodusnih bakterij, je povprečni relativni volumen bakteroidne cone večji kot pri vozličkih, ki nastanejo ob uvedbi neučinkovitih sevov.

V nekaterih primerih volumen bakteroidne regije doseže maksimum v zgodnjem obdobju življenja nodul in nato ostane relativno konstanten. Bakteroidno območje je prežeto z gosto mrežo infekcijskih niti in je obkroženo z žilnimi vlaknastimi snopi vzdolž periferije.

Oblika bakteroidov v nodulah različnih vrst stročnic je lahko različna (tabela 44). Torej, v wiki, rank in grah, so dvoveje ali razcepljene. Pri deteljici in esparzeti je prevladujoča oblika bakteroidov kroglasta, hruškasta, otekla, jajčasta, pri čičeriki pa okrogla. Oblika bacteroides fižola, seradele, ptičje noge in volčjega boba je skoraj paličasta.

Bakteroidi zapolnijo večino rastlinske celice, z izjemo osrednje cone jedra in vakuol. Tako je odstotek bakteroidov v bakteroidnem območju rožnato obarvanega vozlička 94,2 od celotnega števila vozliških bakterij. Bakteroidne celice so 3-5-krat večje od bakterijskih celic (slika 161, 1, 2).

Bakteroidi nodusnih bakterij so še posebej zanimivi zaradi dejstva, da so skoraj edini prebivalci gomoljev stročnic v obdobju intenzivne vezave atmosferskega dušika na njih. Nekateri raziskovalci menijo, da so bakteroidi patološke degenerativne oblike in ne povezujejo procesa fiksacije dušika z bakteroidno obliko nodusnih bakterij. Večina raziskovalcev ugotavlja, da so bakteroidi najbolj sposobne in aktivne oblike vozličastih bakterij in da stročnice le z njihovo udeležbo fiksirajo atmosferski dušik (slika 162).

Vaskularni sistem vozliček zagotavlja povezavo med bakterijo in gostiteljsko rastlino. Hranila in presnovni produkti se prenašajo skozi žilne snope. Žilni sistem se razvije zgodaj in deluje dolgo časa.

Popolnoma oblikovane žile imajo specifično strukturo: sestavljene so iz ksilemskih traheidov, floemskih vlaken, sitastih cevi in ​​spremljajočih celic.

Odvisno od vrste stročnic se povezava vozlišča izvede preko enega ali več žilnih snopov. Na primer, pri grahu sta na dnu vozla dve diferencirani žilni vozli. Vsaka od njih se običajno dvakrat razveja dihotomno in posledično skozi vozlišče od mesta drugega dihotomnega razvejanja preide 8 snopov. Številne rastline imajo samo en šopek, hkrati pa jih je v enem vozličku Sesbania grandiflora pri enem letu uspelo prešteti do 126. Velikokrat je žilni sistem vozlišča na zunanji strani ločen od njegovega lubja. plast delno ali popolnoma suberiziranih celic, imenovana endoderma nodul, pritrjena na korensko endodermo. Endoderm nodula je zunanja plast neokuženega govejega parenhima, ki se nahaja med tkivom vozličev in koreninsko skorjo.

Pri večini rastlinskih vrst nastanejo vozliči glede na opisano vrsto. Zato je nastanek vozličev posledica kompleksnih pojavov, ki se začnejo zunaj korenine. Po začetnih fazah okužbe se sproži nastanek vozlička, nato pride do širjenja bakterij v območju nodusnega tkiva in fiksacije dušika.

Na odsekih vozličkov je po mnenju češkega mikrobiologa V. Kasa (1928) mogoče zaslediti vse stopnje razvoja gomoljev. Tako na primer lucerna v zgornjem delu vozlička vsebuje predvsem majhne deljive paličaste celice, majhno količino mladih bakteroidov, katerih število se postopoma povečuje z razvojem vozlišča. V srednjem, rožnato obarvanem delu vozlička najdemo pretežno bakteroidne celice in manj pogosto majhne paličaste celice. Na dnu vozlišča v zgodnjih fazah vegetacije gostiteljske rastline so bakteroidi enaki kot v njenem srednjem delu, do konca rastne sezone pa so bolj nabrekli in prej degenerirajo.

Čas pojava prvih vidnih vozličev na koreninah različnih vrst stročnic je različen (MV Fedorov, 1952). Njihov pojav pri večini stročnic se najpogosteje pojavi med razvojem prvih pravih listov. Tako opazimo nastanek prvih vozličev lucerne med 4. in 5. dnevom po kalitvi, 7.-8. dan pa se ta proces pojavi pri vseh rastlinah. Noduli srpaste lucerne se pojavijo po 10 dneh.

V obdobju delovanja so vozlički običajno gosti. Noduli, ki jih tvorijo aktivne kulture bakterij, so v mladosti belkaste barve. V času manifestacije optimalne aktivnosti postanejo rožnate. Noduli, ki so nastali med okužbo z neaktivnimi bakterijskimi kulturami, so zelenkaste barve. Pogosto se njihova struktura praktično ne razlikuje od strukture vozličev, ki nastanejo s sodelovanjem aktivnih sevov nodulnih bakterij, vendar se prezgodaj uničijo.

V nekaterih primerih struktura vozličev, ki jih tvorijo neaktivne bakterije, odstopa od norme. To se izraža v dezorganizaciji nodusnega tkiva, ki običajno izgubi jasno opredeljeno consko diferenciacijo.

Rožnato barvo določa prisotnost pigmenta v vozličkih, ki je po kemični sestavi podoben krvnemu hemoglobinu. V zvezi s tem se pigment imenuje leghemoglobin (legoglobin) - Leguminosae hemoglobin. Legoglobin najdemo le v tistih vozličastih celicah, ki vsebujejo bakteroide. Lokaliziran je v prostoru med bakteroidi in membrano, ki jih obdaja.

Njegova količina se giblje od 1 do 3 mg na 1 g vozliča, odvisno od vrste stročnic.

Pri enoletnih stročnicah se do konca rastne sezone, ko se proces fiksacije dušika konča, rdeči pigment spremeni v zeleno. Sprememba barve se začne na dnu nodula, kasneje njegov vrh postane zelen. Pri trajnicah stročnic do ozelenitve vozličev ne pride ali pa jo opazimo le na dnu gomolja. Pri različnih vrstah stročnic se prehod rdečega pigmenta v zeleno pojavlja z različno intenzivnostjo in z različno hitrostjo.

Noduli enoletnih rastlin delujejo relativno kratek čas. Pri večini stročnic se nekroza vozličev začne v obdobju cvetenja gostiteljske rastline in običajno poteka v smeri od središča do obrobja vozlišča. Eden prvih znakov uničenja je tvorba plasti celic z močnimi stenami na dnu vozla. Ta plast celic, ki se nahaja pravokotno na glavno koreninsko žilo, jo loči od vozlišča in upočasni izmenjavo hranil med gostiteljsko rastlino in tkivi vozličev.

V celicah degenerirajočega tkiva vozliča se pojavijo številne vakuole, jedra izgubijo sposobnost obarvanja, nekatere celice vozliških bakterij se lizirajo, nekatere pa migrirajo v okolje v obliki majhnih kokoidnih celic artrospore.

Postopek tvorbe artrospore v tkivu lizirajočega vozlišča je prikazan na slikah 163-165. V tem obdobju prenehajte delovati in nalezljive niti (slika 166). Gostiteljske celice izgubijo turgor in jih stisnejo tiste sosednje celice, za katere je še vedno značilen.

,
, ,

Stari vozliči so temni, mlahavi, mehki. Pri rezanju iz njih štrli vodena sluz. Proces uničenja vozličev, ki se začne z zamašitvijo celic žilnega sistema, olajša zmanjšanje fotosintetske aktivnosti rastline, suhost ali prekomerna vlažnost okolja.

V uničenem, sluzastem vozliču se pogosto nahajajo protozoje, glive, bacili in majhne paličaste vozličke bakterije.

Stanje gostiteljske rastline vpliva na trajanje delovanja vozlišča. Tako je po F. F. Yukhimchuku (1957) mogoče s kastriranjem ali odstranjevanjem cvetov volčjega boba podaljšati obdobje njegove vegetacije in hkrati čas aktivnega delovanja bakterij gomoljev.

Noduli trajnih rastlin, za razliko od enoletnih, lahko delujejo več let. Tako ima na primer karagana trajne vozličke, v katerih proces staranja celic poteka hkrati z nastankom novih. Pri gliciniji (kitajska glicinija) delujejo tudi trajni vozli, ki na koreninah gostitelja tvorijo sferične otekline. Do konca rastne sezone se bakteroidno tkivo trajnih vozličev razgradi, vendar celoten vozliček ne odmre. Naslednje leto spet začne delovati.

Dejavniki, ki določajo simbiotično razmerje vozličastih bakterij s stročnicami. Za simbiozo, ki zagotavlja dober razvoj rastlin, je nujen določen nabor okoljskih pogojev. Če so okoljske razmere neugodne, bo kljub visoki virulenci, konkurenčni sposobnosti in aktivnosti mikrosimbionta učinkovitost simbioze nizka.

Za razvoj vozličev je optimalna vsebnost vlage 60-70 % celotne vlažilne zmogljivosti tal. Najmanjša vlažnost tal, pri kateri je še možen razvoj vozličastih bakterij v tleh, je približno enaka 16 % celotne vlažilne zmogljivosti. Ko je vlažnost pod to mejo, se bakterije vozličev običajno ne razmnožujejo več, a kljub temu ne odmrejo in lahko ostanejo dolgo časa v neaktivnem stanju. Pomanjkanje vlage vodi tudi do odmiranja že nastalih vozličev.

Na območjih z nezadostno vlago se pogosto razvijejo številne stročnice, ne da bi tvorile vozličke.

Ker ob pomanjkanju vlage do razmnoževanja vozličev ne pride, je treba v primeru suhe pomladi cepljena (umetno okužena) semena vnesti globlje v zemljo. Na primer, v Avstraliji so semena, obložena z bakterijami vozličev, zakopana globoko v zemljo. Zanimivo je, da so bakterije vozličev v tleh sušnega podnebja bolj odporne na sušo kot bakterije v tleh vlažnega podnebja. To kaže na njihovo ekološko prilagodljivost.

Presežna vlaga, pa tudi njeno pomanjkanje, je neugodna tudi za simbiozo - zaradi zmanjšanja stopnje prezračevanja v območju korenin se oskrba koreninskega sistema rastline s kisikom poslabša. Nezadostno prezračevanje negativno vpliva tudi na bakterije vozličev, ki živijo v tleh, ki se, kot veste, bolje razmnožujejo, ko je na voljo kisik. Kljub temu visoka prezračenost v območju korenin vodi v dejstvo, da molekularni reduktorji dušika začnejo vezati kisik, kar zmanjša stopnjo fiksacije dušika vozličev.

Temperaturni faktor ima pomembno vlogo pri razmerju med gomoljskimi bakterijami in stročnicami. Temperaturne značilnosti različnih vrst stročnic so različne. Poleg tega imajo različni sevi vozličastih bakterij svoje specifične temperaturne optimume za razvoj in aktivno fiksacijo dušika. Treba je opozoriti, da optimalne temperature za razvoj stročnic, nastanek vozličev in fiksacija dušika ne sovpadajo. Torej je v naravnih pogojih mogoče opaziti nastanek vozličev pri temperaturah nekoliko nad 0 °C, fiksacija dušika v takih pogojih praktično ne pride. Morda le arktične simbiotične stročnice fiksirajo dušik pri zelo nizkih temperaturah. Običajno se ta proces zgodi le pri 10 °C in več. Največjo fiksacijo dušika pri številnih stročnicah opazimo pri 20-25 °C. Temperature nad 30 °C negativno vplivajo na proces kopičenja dušika.

Ekološka prilagoditev na temperaturni faktor je pri nodusnih bakterijah veliko manjša kot pri mnogih tipičnih saprofitskih oblikah. Po mnenju E. N. Mishustina (1970) je to posledica dejstva, da so naravni habitat nodusnih bakterij rastlinska tkiva, kjer temperaturne pogoje uravnava gostiteljska rastlina.

Reakcija tal ima velik vpliv na vitalno aktivnost gomoljčkov in nastanek vozličev. Za različne vrste in celo seve nodusnih bakterij je pH vrednost habitata nekoliko drugačna. Na primer, bakterije vozličev detelje so bolj odporne na nizke vrednosti pH kot bakterije vozličev lucerne. Očitno tu vpliva tudi prilagajanje mikroorganizmov na okolje. Detelja raste na bolj kislih tleh kot lucerna. Reakcija tal kot ekološki dejavnik vpliva na aktivnost in virulenco nodusnih bakterij. Najbolj aktivne seve je lažje izolirati iz tal z nevtralnimi pH vrednostmi. V kislih tleh so pogostejši neaktivni in šibko virulentni sevi. Kislo okolje (pH 4,0-4,5) neposredno vpliva na rastline, zlasti moti sintetične procese presnove rastlin in normalen razvoj koreninskih dlak. V kislem okolju v inokuliranih rastlinah se obdobje delovanja bakteroidnega tkiva močno zmanjša, kar vodi do zmanjšanja stopnje fiksacije dušika.

V kislih tleh, kot ugotavlja A. V. Peterburgsky, aluminijeve in manganove soli prehajajo v talno raztopino, kar negativno vpliva na razvoj koreninskega sistema rastlin in na proces asimilacije dušika ter na vsebnost asimiliranih oblik fosforja, kalcija, molibdena. zmanjša pa se tudi ogljikov dioksid. Neugodno reakcijo tal je najbolje odpraviti z apnenjem.

Velikost simbiotske fiksacije dušika v veliki meri določajo prehranske razmere rastline gostiteljice in ne bakterije vozličev. Nodusne bakterije so kot endotrofni simbionti rastlin odvisne predvsem od rastline za pridobivanje snovi, ki vsebujejo ogljik in mineralnih hranil.

Za nodusne bakterije je gostiteljsko tkivo takšen hranilni medij, ki lahko zadovolji tudi najzahtevnejši sev zaradi vsebnosti vseh vrst hranil v tkivu. Kljub temu pa po vnosu vozličastih bakterij v tkivo gostiteljske rastline njihov razvoj ne določajo le notranji procesi, ampak je v veliki meri odvisen tudi od delovanja zunanjih dejavnikov, ki vplivajo na celoten potek infekcijskega procesa. Vsebnost ali odsotnost enega ali drugega hranila v okolju je lahko odločilni trenutek za manifestacijo simbiotske fiksacije dušika.

Stopnja oskrbe stročnic z razpoložljivimi oblikami mineralnih dušikovih spojin določa učinkovitost simbioze. Na podlagi številnih laboratorijskih in vegetativnih poskusov je znano, da več kot je dušikovih spojin v okolju, težje je bakterijam prodreti v korenino.

Kmetijska praksa zahteva nedvoumno rešitev problema - bolj smiselno je gnojiti stročnice z dušikom ali pa imajo prav tisti raziskovalci, ki trdijo, da mineralni dušik zavira simbiotično fiksacijo dušika stročnic in je zato ekonomsko bolj donosno, da takšnih rastlin ne gnojimo z dušik. Na Oddelku za agronomsko in biološko kemijo Moskovske kmetijske akademije. K. A. Timiryazev je izvedel poskuse, katerih rezultati so omogočili pridobitev slike obnašanja simbiontov v pogojih vegetacije in poljskih poskusov, ko so bile rastline zagotovljene z različnimi odmerki dušika v okolju. Ugotovljeno je bilo, da povečanje vsebnosti topnih dušikovih spojin v okolju v poljskih razmerah pri optimalnih rastnih pogojih rastlin ne preprečuje njihove simbioze z bakterijami gomoljev. Zmanjšanje deleža atmosferskega dušika, ki ga asimilirajo rastline s povečano zalogo mineralnega dušika, ima le relativni značaj. Absolutna količina dušika, ki ga bakterije asimilirajo iz ozračja, se praktično ne zmanjša, pogosto se celo poveča v primerjavi z rastlinami, gojenimi v prisotnosti koreninskih gomoljev, vendar brez vnosa dušika v tla.

Zelo pomembna pri aktiviranju absorpcije dušika s stročnicami je prehrana s fosforjem. Pri nizki vsebnosti fosforja v mediju bakterije prodrejo v korenino, vendar se vozlički ne tvorijo. Stročnice imajo nekatere posebnosti pri izmenjavi spojin, ki vsebujejo fosfor. Semena stročnic vsebujejo veliko fosforja. Rezervni fosfor med kalitvijo semen se ne uporablja enako kot pri drugih pridelkih - razmeroma enakomerno za tvorbo vseh organov, ampak v večji meri koncentriran v koreninah. Zato stročnice v zgodnjih fazah razvoja, za razliko od žit, svoje potrebe po fosforju v večji meri zadovoljujejo na račun kličnih listov in ne zalog v tleh. Večja kot so semena, manj so stročnice odvisne od fosforja v tleh. Vendar pa je v simbiotičnem načinu obstoja potreba po fosforju v stročnicah večja kot v avtotrofnem načinu. Zato se s pomanjkanjem fosforja v mediju cepljenih rastlin poslabša oskrba rastlin z dušikom.

Znano je, da stročnice s svojimi pridelki nosijo bistveno več kalija kot druge kmetijske pridelke. Zato pepelika in zlasti fosforno-kalijeva gnojila znatno povečajo produktivnost fiksacije dušika s stročnicami.

Pozitiven učinek kalija na nastanek vozličev in intenzivnost fiksacije dušika je v veliki meri povezan s fiziološko vlogo kalija pri presnovi ogljikovih hidratov rastline.

Kalcij ni potreben samo za odpravo prekomerne kislosti tal. Ima posebno vlogo pri razvoju vozličastih bakterij in pri zagotavljanju normalne simbioze bakterij z gostiteljsko rastlino. Potrebo nodusnih bakterij po kalciju je mogoče delno nadomestiti s stroncijem. Zanimivo je, da nodusne bakterije tropskih poljščin, ki rastejo na kislih lateritnih tleh, ne potrebujejo kalcija. To spet kaže na ekološko prilagoditev vozliških bakterij, saj tropska tla vsebujejo zelo majhne količine kalcija.

Simbiotska fiksacija dušika zahteva tudi magnezij, žveplo in železo. Ob pomanjkanju magnezija se razmnoževanje vozličastih bakterij zavira, njihova vitalna aktivnost se zmanjša in simbiotska fiksacija dušika se zavira. Žveplo in železo ugodno vplivata tudi na nastanek vozličev in proces fiksacije dušika, zlasti pri sintezi leghemoglobina.

Od elementov v sledovih še posebej opozorimo na vlogo molibdena in bora. Ob pomanjkanju molibdena se vozliči slabo tvorijo, v njih je motena sinteza prostih aminokislin in zavira se sinteza leghemoglobina. Molibden skupaj z drugimi elementi s spremenljivo valenco (Fe, Co, Cu) služi kot posrednik pri prenosu elektronov v redoks encimskih reakcijah. Pri pomanjkanju bora se v vozličkih ne tvorijo žilni snopi, zaradi česar je moten razvoj bakteroidnega tkiva.

Na nastanek vozličev pri stročnicah močno vpliva presnova ogljikovih hidratov rastlin, ki jo določajo številni dejavniki: fotosinteza, prisotnost ogljikovega dioksida v okolju in fiziološke značilnosti rastlin. Izboljšanje prehrane z ogljikovimi hidrati pozitivno vpliva na proces inokulacije in kopičenje dušika. S praktičnega vidika je zelo zanimiva uporaba slame in svežega slamnatega gnoja za gnojenje stročnic kot vira ogljikovih hidratov. Toda v prvem letu po vnosu slame v tla se med njeno razgradnjo kopičijo strupene snovi. Treba je opozoriti, da niso vse vrste stročnic občutljive na strupene produkte razgradnje slame; grah na primer ne reagira nanje.

Biološki dejavniki igrajo določeno vlogo pri simbiozi gomoljčkov in stročnic.

Veliko pozornosti namenjamo vplivu mikroflore rizosfere na bakterije vozličev, ki so lahko tako stimulativni kot antagonistični, odvisno od sestave mikroorganizmov rizosfere.

Veliko del je posvečenih preučevanju fagov nodulnih bakterij. Večina fagov je sposobna lizirati različne vrste bakterij; nekateri so specializirani le za posamezne vrste ali celo seve nodusnih bakterij. Fagi lahko preprečijo vnos bakterij v korenino, povzročijo lizo celic v tkivu vozličev. Fagi povzročajo veliko škodo z liziranjem pripravkov vozliških bakterij v rastlinah, ki proizvajajo nitragin.

Med različnimi vrstami žuželk, ki poškodujejo gomoljčke bakterije, izstopa črtasti gomoljček, katerega ličinke uničijo gomolje na koreninah številnih vrst stročnic (predvsem enoletnih). Razširjen je tudi ščetinasti nodular.

Zgodaj spomladi samice gomoljev odložijo od 10 do 100 jajčec. Po 10-15 dneh se iz jajčec razvijejo majhne (do 5,5 mm), črvaste, upognjene bele ličinke s svetlo rjavo glavo, ki se hranijo predvsem z vozlički in koreninskimi dlakami. Na novo izležene ličinke prodrejo v vozlič in se prehranjujejo z njegovo vsebino. Starejše ličinke od zunaj uničijo vozličke. Ena ličinka uniči 2-6 vozličkov v 30-40 dneh. Posebno veliko škodo povzročajo v suhem in vročem vremenu, ko se razvoj rastlin upočasni.

Nodule lucerne in nekaterih drugih vrst stročnic poškoduje tudi veliki lucernini hrošč.

Samice hroščev izležejo do 400 jajčec, iz katerih se razvijejo breznoge, obokane, rumenkasto bele, z rjavo glavo, z rjavimi ščetinami pokrite ličinke. Njihova dolžina je 10-14 mm. Razvojni cikel velikega lucerninega žižaka traja dve leti.

V stepskih regijah so na koreninah lucerne, detelje in soje našli stepsko ogorčico. Pred odlaganjem jajčec samice prodrejo v korenino, kjer odložijo od 12 do 20 jajc. V koreninah gredo ličinke skozi tri razvojne stopnje ličink, ki motijo ​​funkcije korenine in vozličev.

Razširjenost vozličastih bakterij v naravi. Kot simbiotski organizmi se bakterije vozličev širijo po tleh in spremljajo nekatere vrste stročnic. Po uničenju vozličev celice vozličastih bakterij vstopijo v tla in začnejo obstajati na račun različnih organskih snovi, kot drugi talni mikroorganizmi. Skoraj vseprisotna razširjenost vozličastih bakterij je dokaz njihove visoke stopnje prilagodljivosti različnim talnim in podnebnim razmeram, sposobnosti vodenja simbiotičnega in saprofitnega načina življenja.

S shematizacijo trenutno razpoložljivih podatkov o razširjenosti gomoljčkov v naravi lahko naredimo naslednje posplošitve.

V neobdelanih in obdelanih tleh so navadno v velikih količinah prisotne vozličaste bakterije tistih vrst stročnic, ki jih najdemo v divji flori ali so se na določenem območju že dolgo gojile. Število vozličastih bakterij je vedno največje v rizosferi stročnic, nekoliko manj v rizosferi drugih vrst in malo v prsti, ki je oddaljena od korenin.

V tleh najdemo tako učinkovite kot neučinkovite bakterije vozličev. Obstaja veliko dokazov, da dolgotrajen saprofitski obstoj gomoljčkov, zlasti v tleh z neugodnimi lastnostmi (kisla, slana), vodi do zmanjšanja in celo izgube aktivnosti bakterij.

Navzkrižna okužba različnih vrst stročnic v naravi in ​​kmetijski praksi pogosto vodi do pojava vozličev na koreninah, ki ne fiksirajo aktivno molekularnega dušika. To je praviloma odvisno od odsotnosti ustreznih vrst vozličastih bakterij v tleh.

Ta pojav še posebej pogosto opazimo pri uporabi novih vrst stročnic, ki so bodisi okužene z neučinkovitimi vrstami medskupinskih bakterij ali se razvijejo brez vozličev.

Nodule v rastlinah, ki niso stročnice.

Na koreninah ne le stročnic so razširjeni koreninski vozli ali tvorbe, ki spominjajo na gomolje. Najdemo jih pri golosemenkah in kritosemenkah.

Obstaja do 200 vrst različnih rastlin, ki vežejo dušik v simbiozi z mikroorganizmi, ki na svojih koreninah (ali listih) tvorijo vozličke.

Noduli golosemenk (redov Cycadales - cikade, Ginkgoales - giikgovye, Coniferales - iglavci) imajo razvejano koralo, kroglasto ali kroglasto obliko. So odebeljene, spremenjene stranske korenine. Narava patogena, ki povzroča njihovo nastanek, še ni pojasnjena. Endofite golosemenk so razvrščene kot glive (fikomicete), aktinomicete, bakterije in alge. Nekateri raziskovalci trdijo, da obstaja več simbioz. Na primer, domneva se, da Azotobacter, nodule bakterije in alge sodelujejo v simbiozi pri cikadah. Prav tako ni rešeno vprašanje delovanja vozličev pri golosemenkah. Številni znanstveniki poskušajo najprej utemeljiti vlogo vozličev kot fiksatorjev dušika. Nekateri raziskovalci menijo, da so vozliči podokarpa rezervoarji vode, cikastim vozličem pa pogosto pripisujejo funkcije zračnih korenin.

Pri številnih predstavnikih kritosemenk, dvokaličnic so pred več kot 100 leti odkrili vozličke na koreninah.

Najprej se osredotočimo na značilnosti vozličev dreves, grmovnic in polgrmičevja (družine Coriariacoae, Myricaceae, Betulaceae, Casuarinaceae, Elaeagnaceae, Rhamnaceae), vključenih v to skupino. Noduli večine predstavnikov te skupine so koralom podobni grozdi rožnato rdeče barve, ki s starostjo pridobijo rjavo barvo. Obstajajo dokazi o prisotnosti hemoglobina v njih. Pri vrstah iz rodu Elaeagnus (loch) so vozlički beli.

Pogosto so vozlički veliki. V casuarini (Casuarina) dosežejo dolžino 15 cm, delujejo več let.

Rastline z noduli so pogoste v različnih podnebnih območjih ali omejene na določeno območje. Torej, Shepherdia in Ceanothus najdemo le v Severni Ameriki, Casuarina - predvsem v Avstraliji. Lokhovy in morski krhlika sta veliko bolj razširjena.

Številne rastline obravnavane skupine rastejo na tleh, revnih s hranili - pesku, sipinah, skalah, močvirju.

Najbolj podrobno so raziskani vozlički jelše (Alnus), zlasti A. glutinosa, ki jih je v 70. letih prejšnjega stoletja odkril M. S. Voronin (slika 167). Obstaja domneva, da so vozliči značilni ne le za sodobne, temveč tudi za izumrle vrste jelše, saj so jih našli na koreninah fosilne jelše v terciarnih usedlinah doline reke Aldana - v Jakutiji.

Endofit v nodulah je polimorfen. Običajno se pojavlja kot hife, vezikli in bakteroidi (slika 168). Taksonomski položaj endofita še ni ugotovljen, saj so se številni poskusi izolacije v čisto kulturo izkazali za brezplodne, in če je bilo mogoče kulture izolirati, so se izkazale za nevirulentne.

Glavni pomen te skupine rastlin je očitno v sposobnosti fiksiranja molekularnega dušika v simbiozi z endofitom. Rastejo na območjih, kjer gojenje kmetijskih rastlin ni ekonomsko racionalno, igrajo vlogo pionirjev pri razvoju zemlje. Tako letno povečanje dušika v tleh sipin na Irskem ( Zelenortski otoki) pod zasaditvijo Casuarina equisetifolia doseže 140 kg/ha. Vsebnost dušika v tleh pod jelšo je za 30-50 % višja kot v tleh breze, bora in vrbe. V posušenih listih jelše je dušika dvakrat več kot v listih drugih lesnatih rastlin. Po izračunih A. Virtanena (1962) jelšev nasad (povprečno 5 rastlin na 1 m2) daje povečanje dušika za 700 kg/ha v 7 letih.

Noduli so veliko manj pogosti pri predstavnikih družine Zygophyllaceae (parnophyllous). Prvi jih je odkril B. L. Isachenko (1913) na koreninskem sistemu Tribulus terrestris. Kasneje so vozličke našli tudi pri drugih vrstah Tribulusa.

Večina članov družine Zygophyllaceae je kserofitnih grmovnic ali trajnic. Pogoste so v puščavah tropskih in subtropskih regij in rastejo na peščenih sipinah, puščavah in zmernih močvirjih.

Zanimivo je, da tropske rastline, kot je svetlo rdeči parofilum, tvorijo vozličke le pri visokih temperaturah in nizki vlažnosti tal. Vlažnost tal do 80 % celotne vlažilne zmogljivosti preprečuje nastanek vozličev. Kot je znano, je obratni pojav opažen pri stročnicah zmernega podnebja. Z nezadostno vlago ne tvorijo vozličev.

Noduli v rastlinah družine parnofilnih se razlikujejo po velikosti in lokaciji na koreninskem sistemu. Veliki vozli se običajno razvijejo na glavni korenini in blizu površine tal. Manjše najdemo na stranskih koreninah in na večji globini. Včasih na steblih nastanejo vozliči, če ležijo na površini tal.

Noduli kopenskega tribulusa na pesku ob Južnem Bugu so videti kot majhne bele, rahlo koničaste ali okrogle bradavice.

Običajno so pokriti s pleksusom glivičnih hif, ki prodirajo v lubje korenine.

V svetlo rdečem parnolistniku so vozliči končne zadebelitve stranskih korenin rastlin. Bakteroide najdemo v nodulah; bakterije so zelo podobne koreninskim vozličkom.

Noduli tropskih rastlin Tribulus cistoides so trdi, zaobljeni, približno 1 mm v premeru, povezani s koreninami s široko osnovo, pogosto navite na starih koreninah. Pogosteje se nahaja na koreninah, izmenično, na eni ali obeh straneh (slika 169). Za vozličke je značilna odsotnost meristemske cone. Podoben pojav opazimo pri nastajanju vozličev pri iglavcih. Nodul torej nastane zaradi celične delitve pericikla stele.

Histološka študija vozličev Tribulus cistoides na različnih stopnjah razvoja je pokazala, da nimajo mikroorganizmov. Na podlagi tega, pa tudi kopičenja velikih količin škroba v vozlih, se štejejo za tvorbe, ki opravljajo funkcijo zagotavljanja rastlinam rezervnih hranil.

Noduli gozdnega trsja so kroglaste ali nekoliko podolgovate tvorbe s premerom do 4 mm, tesno sedijo na koreninah rastlin (slika 170). Barva mladih vozličkov je najpogosteje bela, občasno rožnata, stara - rumena in rjava. Vozliček je s širokim žilnim snopom povezan z osrednjim valjem korenine. Tako kot pri Tribulus cistoides imajo trstni vozliči lubje, parenhim lubja, endodermo, periciklični parenhim in žilni snop (slika 171).

Bakterije v gomoljih lesnega trsja zelo spominjajo na bakterije koreninskih gomoljev stročnic.

Nodule najdemo na koreninah zelja in redkev - predstavnikov družine križnic. Domneva se, da jih tvorijo bakterije, ki imajo sposobnost vezave molekularnega dušika.

Med rastlinami iz družine madder najdemo vozličke v kavi Coffea robusta in Coffea klainii. Razvejajo se dihotomno, včasih sploščene in izgledajo kot pahljača. Bakterije in bakteroidne celice najdemo v tkivih nodula. Bakterije po Stewartu (1932) pripadajo Rhizobium, vendar jih je poimenoval Bacillus coffeicola.

Nodule v rastlinah iz družine vrtnic so bile najdene na driadi (trava jerebike). Dva druga člana te družine, Purshia tridentata in Cercocarpus betuloides, sta opisala tipične koralne vozličke. Vendar v literaturi ni podatkov o strukturi teh vozličev in naravi njihovega patogena.

Od družine vreskov lahko omenimo samo eno rastlino - medvedje uho (ali medvedka), ki ima na koreninskem sistemu vozličke. Mnogi avtorji menijo, da gre za koralam podobna ektotrofna mikoriza.

Pri kritosemenkah, enokotnih rastlinah, so vozlički pogosti med predstavniki družine trav: travniška lisičja repa, travniška modrica, sibirska dlaka in slanica. Na koncih korenin nastanejo vozliči; so podolgovate, zaobljene, vretenaste. V lisičjem repu so mladi vozlički svetli, prozorni ali prosojni, s starostjo postanejo rjavi ali črni. Podatki o prisotnosti bakterij v nodusnih celicah so protislovni.

Listni vozli.

Znano je, da več kot 400 vrst različnih rastlin tvori vozličke na listih. Največ so raziskani vozliči Pavetta in Psychotria. Nahajajo se na spodnji površini listov vzdolž glavne žile ali raztresene med stranskimi žilami, imajo intenzivno zeleno barvo. Kloroplasti in tanin so koncentrirani v nodulah. S staranjem se na vozlih pogosto pojavijo razpoke.

Nastali vozliček je napolnjen z bakterijami, ki okužijo liste rastline, očitno v času kalitve semena. Pri gojenju sterilnih semen se vozlički ne pojavijo in rastline razvijejo klorotično. Izkazalo se je, da bakterije, izolirane iz listnih vozličev Psychotria bacteriopbyla, pripadajo rodu Klebsiella (K. rubiacearum). Bakterije fiksirajo dušik ne le v simbiozi, ampak tudi v čisti kulturi - do 25 mg dušika na 1 g uporabljenega sladkorja. Domnevati je treba, da imajo pomembno vlogo pri prehrani rastlin z dušikom na nerodovitnih tleh. Obstaja razlog za domnevo, da oskrbujejo rastline ne le z dušikom, ampak tudi z biološko aktivnimi snovmi.

Včasih je na površini listov mogoče videti sijajne filme ali večbarvne lise. Tvorijo jih mikroorganizmi filosfere - posebne vrste epifitskih mikroorganizmov, ki sodelujejo tudi pri prehrani rastlin z dušikom. Bakterije filosfere so pretežno oligonitrofilci (živijo na zanemarljivih nečistočah dušikovih spojin v mediju in praviloma fiksirajo majhne količine molekularnega dušika), ki so v tesnem stiku z rastlino.

Biološki enciklopedični slovar

Rod bakterij, ki vežejo dušik, ki tvorijo vozličke na koreninah številnih stročnic. Absorbirajte atmosferski molekularni dušik in ga pretvorite v dušikove spojine, ki jih absorbirajo rastline, ki pa zagotavljajo drugim rastlinam ... ... Ekološki slovar

Rod bakterij, ki tvorijo vozličke na koreninah številnih stročnic in fiksirajo molekularni dušik v zraku v pogojih simbioze z rastlino. Ne tvorijo spor, so aerobi. Obogatite tla z dušikom. Glej tudi Fiksacija dušika ... Veliki enciklopedični slovar

Prečni prerez koreninskega vozlišča soje. Bakterije, lat. Bradyrhizobium japonicum zaseje korenine in vstopi v simbiozo, ki veže dušik. Nodule bakterije... Wikipedia - simbiontske bakterije, ki se razvijejo na tkivih korenin stročnic in nekaterih drugih rastlin, sposobne vezati prosti dušik iz zraka in ga dati na voljo višjim rastlinam ... Slovarček botaničnih izrazov

Živijo na koreninah stročnic. in na njih tvorijo posebne vozličke velikosti od makovega semena do fižola in več. K. b. so pomemben dejavnik pri povečanju pridelka, saj z njihovo pomočjo rastejo stročnice. absorbirajo prosti dušik iz ozračja ... Kmetijski slovar-priročnik

vozličaste bakterije- (Rhizobium), rod aerobnih bakterij, ki se naselijo v vozlih na koreninah stročnic in imajo sposobnost absorbiranja atm. dušika in z njim obogatijo zemljo. Živijo v simbiozi z rastlinami, jim zagotavljajo dušik in prejemajo produkte ogljika že od zgodnjih ... Kmetijski enciklopedični slovar

vozličaste bakterije- (Rhizobium), rod aerobnih bakterij, ki se naselijo v gomoljčke na koreninah stročnic in imajo sposobnost absorbiranja atmosferskega dušika in z njim obogatiti tla. Živijo v simbiozi z rastlinami, jim zagotavljajo dušik in prejemajo od rastlin ... ... kmetijstvo. Velik enciklopedični slovar