Статью подготовили специалисты образовательного сервиса Zaochnik.
Особенности симбиоза клубеньковых бактерий и растений и его значение
Содержание:
Особенности симбиоза клубеньковых бактерий и растений
В земной атмосфере азот представлен в довольно большом объеме — это 72%. При этом, он является нейтральным для растений, они не могут его усвоить.
Около 10% растений из семейства Бобовые способны вступать в симбиоз с бактериями. Также бактерии были найдены на корнях ольхи, которая относится к семейству Березовые.
Клубеньковые бактерии относят к роду Rhizodium. Они отличаются тем, что имеют способность фиксировать молекулярный азот, взятый из атмосферного воздуха, с последующим синтезом органических азотсодержащих соединений. Вступая в симбиоз с бобовыми растениями, клубеньковые бактерии могут образовывать на их корнях клубеньки. Они переводят газообразный азот в легко доступные для усвоения растениями соединения. Цветковые растения — поставщики питательных веществ для бактерий.
Клубеньковые бактерии крайне важны в процессе обогащения грунта азотом.
Размер клубеньковых бактерий варьируется от 0,3 до 3 мкм. Для них характерна округлая форма, слизистая консистенция и прозрачность. От других бактерий они отличаются тем, что не образуют спор, могу двигаться и используют кислород для нормальной жизнедеятельности.
Когда бактерии проникают в корневой волосок растения, они стимулируют интенсивное деление клеток корня. Так происходит образования клубенька. Бактерии развиваются непосредственно в этих клубеньках, а также принимают участие в процессе ассимиляции азота. В клубеньках же происходит их трансформация: они приобретают разветвленную форму бактероида, который, в частности, поглощает молекулярный азот, нитраты, аминокислоты, а также аммонийные соли. Моно- и дисахариды, спирты и органические кислоты — источник углерода для клубеньковых растений.
Растения являются для бактерий поставщиками жизненно необходимых питательных органических веществ. Эта форма симбиоза положительно сказывается на обоих организмах-симбионтах. Плюсы:
- у бактерий есть возможность нормально пройти собственный цикл развития;
- растения обеспечиваются нормальным развитием, они получают достаточное количество наиболее необходимого питательного элемента — азота.
Согласно К. А. Тимирязеву, этот источник питания растений называется биологическим, а бобовые, соответственно, культурой, которая обогащает почву.
Благодаря симбиозу клубеньковых бактерий и бобовых растений почва обогащается содержанием азота, а не обедняется. Это и отличает бобовые от других растений. Обогащение происходит как просто путем выращивания бобовых растений (горох, вика, донник, соя, клевер, люпин, люцерна), так и в результате последующего разложения их корней и листьев.
Когда корни бобовых растений отмирают, клубеньковые бактерии не погибают, а продолжают существование, придерживаясь сапрофитного образа жизни.
У клубеньковых растений есть способность к поглощению из атмосферы до 300 кг. азота на 1 гектаре посевов. В таком случае почва будет содержать свыше 50 кг. азотсодержащих соединений.
У разных форм бактерий отмечается специфическая предрасположенность к развитию на корнях определенных бобовых. На корнях гороха, кормовых бобов и вики развивается Rhizodium Leguminosarum, у люцерны и донника — Rh. Melitoti, у сои — Rh. Japonicum, а у клевера — Rh. Trifolium.
Значение симбиоза бобовых растений и клубеньковых бактерий
Такой симбиоз представляет высокую степень важности, особенно в процессе выращивания растений. Благодаря ему растения получают повышенную питательность, что приводит к высокой урожайности. Вместе с этим происходит обновление почвы и повышение ее плодородности.
Бобовые — база современного альтернативного земледелия, позволяющая избегать использования удобрений или вносить их в меньшем количестве.
Еще К. А. Тимирязев отмечал, что бобовые растения появились везде, где речь идет о здравых сельскохозяйственных понятиях. Нет сомнений, что в истории мало настолько полезных открытий, как использование клевера и бобовых растений в целом в севообороте, благодаря которым существенно увеличивается продуктивность сельского хозяйства.
Сегодня бобовые растения повсеместно культивируются. Их значение уже велико, но в последующем будет только расти. Все потому, что бобовые — источник экологического и экономического азота.
Несмотря на наличие высокоразвитых технологий производства минеральных удобрений (наиболее важные — азотные), 2/3 используемого в мировом хозяйстве азота получают из биологических источников. В основном — за счет бобовых и их симбионтов: клубеньковых бактерий-азотфиксаторов.
Непосредственно в клубеньках осуществляется важная для симбиоза биохимическая реакция: молекулярный азот воздуха обновляется до нитратов, а затем — до аммония.
На основе результатов исследований взаимоотношений бактерий-симбионтов и растений, микробиологи установили одну из задач для решения: определить пути создания сообществ для улучшения минерального питания растений биологическим азотом.
Симбиоз представляет собой системы с разными взаимодействиями, большая часть из которых основана на повышении генетической пластичности организмов. Это, в том числе, может стать причиной возникновения новых форм жизни. Эту возможность природе дает симбиоз. Все это — существенная составляющая современного учения о симбиозе.
Чтобы увеличить количество клубеньковых бактерий и урожайность бобовых, в ходе посева в почву вносят специальное бактериальное средство — нитрагин. Так осуществляется искусственное заражение семян клубеньковыми бактериями.
Навигация по статьям