Симбиоз клубеньковых бактерий и растений: СИМБИОЗ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ SINORHIZOBIUM MELILOTI С ЛЮЦЕРНОЙ MEDICAGO SATIVA В УСЛОВИЯХ ЗАСОЛЕНИЯ — статья

СИМБИОЗ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ SINORHIZOBIUM MELILOTI С ЛЮЦЕРНОЙ MEDICAGO SATIVA В УСЛОВИЯХ ЗАСОЛЕНИЯ — статья

СИМБИОЗ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ SINORHIZOBIUM MELILOTI С ЛЮЦЕРНОЙ MEDICAGO SATIVA В УСЛОВИЯХ ЗАСОЛЕНИЯстатья

Статья опубликована в журнале из списка RSCI Web of Science

Информация о цитировании статьи получена из

Scopus

Статья опубликована в журнале из перечня ВАК
Статья опубликована в журнале из списка Web of Science и/или Scopus
Дата последнего поиска статьи во внешних источниках: 24 января 2020 г.

• Авторы:

  ИБРАГИМОВА М.В.,

  РУМЯНЦЕВА М. Л.,

  ОНИЩУК О.П.,

  БЕЛОВА В.С.,

  КУРЧАК О.Н.,

  АНДРОНОВ Е.Е.,

  ДЗЮБЕНКО Н.И.,

  СИМАРОВ Б.В.

• Журнал:
  Микробиология
• Том:
  75
• Номер:
  1
• Год издания:
  2006
• Издательство:
  Наука
• Местоположение издательства:
  М.
• Первая страница:
  94
• Последняя страница:
  100
• Аннотация:
  Из клубеньков бобовых растений и образцов почв, собранных в районе Северного Приаралья, подверженного вторичному засолению, было выделено и проанализировано 243 изолята клубеньковых бактерий люцерны Sinorhizobium meliloti. Изоляты, выделенные из клубеньков (К-изоляты), обладали достоверно более высокой солеустойчивостью по сравнению с изолятами, выделенными из почв (П-изоляты), при росте бактерий в жидкой среде с 3.5% NaCl. Установлено, что дикорастущие виды люцерны, донника и пажитника вступали в симбиоз преимущественно с солеустойчивыми ризобиями как на засоленных, так и на незаселенных почвах. Выявлено, что только два вида люцерны Medicago falcata u M. trautvetteri образовывали эффективный симбиоз на почвах, контрастно различающихся по засоленности. Формирование эффективного симбиоза с люцерной в присутствии 0.6% NaCl изучали у 36 К- и П-изолятов, различавшихся по солеустойчивости и симбиотической эффективности. Выявлено 15 изолятов, способных формировать эффективный симбиоз в присутствии соли (прибавка сухой массы растений по сравнению с контролем без инокуляции составила 25-68%). Эффективность симбиотического взаимодействия в условиях засоления зависела от эффективности изолятов в стандартных условиях, от количества клубеньков, образованных ризобиями на корнях растения-хозяина, но не коррелировала с источником выделения ризобий (почва, клубенек) и их солеустойчивостью. Полученные данные указывают на возможность выявления штаммов клубеньковых бактерий, обеспечивающих высокую эффективность симбиотической системы в условиях засоления.
• Добавил в систему:
  Дзюбенко Николай Иванович

Симбиоз клубеньковых бактерий и бобовых растений и его значение

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.

Замечание 1

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.

Замечание 2

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.

Замечание 3

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.

Решение задач

от 1 дня / от 150 р.

Курсовая работа

от 5 дней / от 1800 р.

Реферат

от 1 дня / от 700 р.

16.5G: симбиоз бобовых и корневых клубеньков

1. Последнее обновление

2. Сохранить как PDF

Бобовые имеют симбиотические отношения с бактериями, называемыми ризобиями, которые создают аммиак из атмосферного азота и помогают растению.

Цели обучения

• Оценить симбиоз бобовых и азотфиксирующих бактерий

Ключевые моменты

• Rhizobia обычно живут в почве, но когда в почве мало азота, бобовые выделяют флавоноиды, которые сигнализируют ризобиям, что растение ищет симбиотических бактерий.
• При воздействии флавоноидов Rhizobia выделяют фактор нодуляции , который стимулирует растение к образованию деформированных корневых волосков. Затем ризобии образуют «инфекционную нить», которая позволяет им проникать в клетки корня через корневые волоски.
• Как только ризобии попадают внутрь клеток корня, клетки корня быстро делятся, образуя узелок.
• Ризобии производят аммиак из азота в воздухе, который используется растением для создания аминокислот и нуклеотидов. Растение обеспечивает бактерии сахарами.

Ключевые термины

• Фактор нодуляции : Сигнальные молекулы, продуцируемые бактериями, известными как ризобии, во время образования клубеньков на корнях бобовых. Симбиоз образуется, когда бобовые поглощают бактерии.

Бобовые и их азотфиксирующие бактерии

Многие бобовые имеют корневые клубеньки, которые служат домом для симбиотических азотфиксирующих бактерий, называемых ризобиями . Эта взаимосвязь особенно распространена в условиях ограниченного азота. Rhizobia превращают газообразный азот из атмосферы в аммиак, который затем используется для образования аминокислот и нуклеотидов.

Рисунок: Корневые клубеньки : Корневые клубеньки образуются, когда азотфиксирующие бактерии, называемые ризобиями, проникают в клетки растения-хозяина.

Rhizobia обычно живут в почве и могут существовать без растения-хозяина. Однако, когда бобовые растения сталкиваются с низким содержанием азота и хотят сформировать симбиотические отношения с ризобиями, они выделяют флавоноиды в почву. Rhizobia реагируют, высвобождая фактор нодуляции (иногда называемый просто nod factor ), который стимулирует образование клубеньков в корнях растений. Воздействие фактора кивка вызывает образование деформированных корневых волосков, которые позволяют ризобиям проникать в растение. Затем ризобии образуют инфекционную нить, представляющую собой межклеточную трубку, которая проникает в клетки растения-хозяина, а затем бактерии проникают в клетки растения-хозяина через деформированные корневые волоски. Ризобии также могут проникать в корень, внедряясь в щели между клетками корня; этот способ заражения называется запись взлома . Бактерии проникают в клетки корня из межклеточных пространств, также используя инфекционную нить для проникновения через клеточные стенки. Инфекция вызывает быстрое деление клеток в клетках корня, образуя узелок ткани.

Отношения между бобовым растением-хозяином и ризобиями являются симбиотическими, приносящими пользу обоим участникам. Как только ризобии обосновались в корневом клубеньке, растение обеспечивает углеводами в виде малата и сукцината, а ризобии обеспечивают аммиак для образования аминокислот. Многие бобовые являются популярными сельскохозяйственными культурами именно потому, что им требуется очень мало удобрений: их ризиобии фиксируют для них азот. При правильном использовании некоторые бобовые могут даже служить удобрением для последующих культур, связывая азот в растении, остается в почве.

Рисунок: Соевые бобы : Соевые бобы — это вид бобовых культур, которые зависят от ризобий

ЛИЦЕНЗИИ И ОТНОШЕНИЯ

CC ЛИЦЕНЗИОННЫЙ КОНТЕНТ, РАСПРОСТРАНЕННЫЙ РАНЕЕ

• Курирование и доработка. Предоставлено : Boundless.com. Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike

CC ЛИЦЕНЗИОННОЕ СОДЕРЖИМОЕ, ​​КОНКРЕТНОЕ АВТОРСТВО

• Кишечные бактерии. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Gut_bacteria . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Мутуализм (биология). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Mutualism_(biology) . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Симбиоз. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Symbiosis . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• мутуализм. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/mutualism . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• симбиоз. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/symbiosis . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• комменсализм. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/commensalism . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Жвачные. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Ruminants . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Жвачные. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Ruminants . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Рубец. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Rumen . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Сычуг. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Abomasum . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Омасум. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Omasum . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Сычуг (PSF). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Abomasum_(PSF).png . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Гидротермальный источник. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Hydroth. ..al_communities . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• хемосинтез. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/chemosynchronous . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• геотермальная. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/geothermal . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Сычуг (PSF). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Abomasum_(PSF).png . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Плотная масса аномуранского краба Kiwa вокруг глубоководного гидротермального источника. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:De…ermal_vent.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Братья нанимают чернокожего курильщика. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Br…oker_hires.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Авторские права неизвестны
• Нур04512. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Nur04512.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Алиивибрио фишери. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en. Wikipedia.org/wiki/Aliivibrio_fischeri . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Кальмар гавайский бобтейл. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Hawaiian_Bobtail_Squid . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• БИолюминесценция. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/BIoluminescence . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• реснички. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/cilia . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Сычуг (PSF). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Abomasum_(PSF).png . Лицензия : Общественное достояние: неизвестно Авторские права
• Плотная масса аномуранского краба Kiwa вокруг глубоководного гидротермального источника. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:De…ermal_vent.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Братья нанимают чернокожего курильщика. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Br…oker_hires.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Нур04512. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Nur04512.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Euprymna scolopes (кальмар бобтейл). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Eu…ail_squid).jpg . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Безграничный. Предоставлено : Безграничное обучение. Расположен по адресу : www.boundless.com//biology/definition/thallus . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, Биология. 17 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m44632/latest…ol11448/latest . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, Биология. 22 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m44632/latest…ol11448/latest . Лицензия : CC BY: Attribution
• микориза. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/mycorrhiza . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• лишай. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/lichen . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Сычуг (PSF). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Abomasum_(PSF).png . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Плотная масса аномуранского краба Kiwa вокруг глубоководного гидротермального источника. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:De…ermal_vent.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Братья нанимают чернокожего курильщика. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Br…oker_hires.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Нур04512. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Nur04512.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Euprymna scolopes (кальмар бобтейл). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Eu…ail_squid).jpg . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, экология грибов. 17 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m44632/latest…e_24_03_06.jpg . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, экология грибов. 17 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m44632/latest…e_24_03_03.png . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, экология грибов. 17 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m44632/latest…_03_05abcf.jpg . Лицензия : CC BY: Attribution
• Плазмида. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Plasmid . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• плазмида. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/plasmid . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• пилус. Предоставлено : Викисловарь. Расположен по адресу : en.wiktionary.org/wiki/pilus . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Сычуг (PSF). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Abomasum_(PSF).png . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Плотная масса аномуранского краба Kiwa вокруг глубоководного гидротермального источника. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:De…ermal_vent.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Братья нанимают чернокожего курильщика. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Br…oker_hires.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Авторские права неизвестны
• Нур04512. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Nur04512.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Euprymna scolopes (кальмар бобтейл). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Eu…ail_squid).jpg . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, экология грибов. 17 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx. org/content/m44632/latest…e_24_03_06.jpg . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, экология грибов. 17 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m44632/latest…e_24_03_03.png . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, экология грибов. 17 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m44632/latest…_03_05abcf.jpg . Лицензия : CC BY: Attribution
• Генная инженерия. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Genetic_engineering . Лицензия : CC BY: Attribution
• ризобии. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Rhizobia . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Фактор узла. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Nod_factor . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Фактор нодуляции. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Nodulation%20Factor . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Сычуг (PSF). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Abomasum_(PSF).png . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Плотная масса аномуранского краба Kiwa вокруг глубоководного гидротермального источника. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Dense_mass_of_anomuran_crab_Kiwa_around_deep-sea_hydrothermal_vent.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Братья нанимают чернокожего курильщика. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Brothers_blacksmoker_hires.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Нур04512. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Nur04512.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Euprymna scolopes (кальмар бобтейл). Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Euprymna_scolopes_(Bobtail_squid).jpg . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike
• Колледж OpenStax, экология грибов. 17 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m44632/latest…e_24_03_06.jpg . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, экология грибов. 17 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m44632/latest…e_24_03_03.png . Лицензия : CC BY: Attribution
• Колледж OpenStax, экология грибов. 17 октября 2013 г. Предоставлено : OpenStax CNX. Расположен по адресу : http://cnx.org/content/m44632/latest…_03_05abcf.jpg . Лицензия : CC BY: Attribution
• Генная инженерия. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/Genetic_engineering . Лицензия : CC BY: Attribution
• Соя. USDA. Предоставлено : Википедия. Расположен по адресу : en. Wikipedia.org/wiki/File:Soybean.USDA.jpg . Лицензия : Общественное достояние: Нет данных Copyright
• Корневые узелки Medicago italica 2. Предоставлено : Wikipedia. Расположен по адресу : en.Wikipedia.org/wiki/File:Medicago_italica_root_nodules_2.JPG . Лицензия : CC BY-SA: Attribution-ShareAlike

1. Наверх

• Была ли эта статья полезной?

1. Тип изделия

   Раздел или Страница

   Лицензия

   CC BY-SA

   Версия лицензии

   4,0

   Показать оглавление

   нет

2. Теги

   На этой странице нет тегов.

Симбиоз между растениями и клубеньковыми бактериями имеет только одно эволюционное происхождение

Симбиоз, посредством которого клубеньковые бактерии делают атмосферный азот доступным для растений, весьма вероятно, имеет ровно одно эволюционное происхождение, около 100 миллионов лет назад

Симбиоз между некоторыми видами растений и азотфиксирующими клубеньковыми бактериями является одним из наиболее актуальных отношений сотрудничества в мире. Он формирует нашу глобальную растительность и, не в последнюю очередь, глобальный цикл азота и углерода. Основы этого процесса, вероятно, были заложены всего лишь одним эволюционным событием около 100 миллионов лет назад. Это было недавно обнаружено международной исследовательской группой, в которую вошли ученые из Института биогеохимии Макса Планка в Йене, Германия. Исследователи также определили виды, которые имеют генетическую предрасположенность к этому симбиозу, но так и не развили его. Эти растения могут помочь в исследовании этого симбиоза и того, как его можно скрещивать с другими видами.

Некоторые растения просто имеют преимущество перед другими. С помощью бактерий они могут утилизировать атмосферный азот из воздуха, который им крайне необходим для их роста, но часто недостаточно доступен в пригодной для использования химической форме в почве. Это было бы мечтой для сельского хозяйства, если бы не только бобовые, такие как чечевица, горох и фасоль, но также пшеница, рис и кукуруза могли взаимодействовать с бактериями и в результате стать независимыми от азотных удобрений. Симбиоз между растениями и бактериями также играет важную роль в биогеохимических циклах: он помогает растениям заселять бесплодные почвы и оказывает решающее влияние на то, как экосистемы реагируют на повышение уровня углекислого газа в воздухе. Из-за повышенной концентрации углекислого газа в воздухе растения могут расти быстрее и, таким образом, уменьшать дальнейшее увеличение уровня углекислого газа и смягчать изменение климата. Однако для более быстрого роста растениям также потребуется больше азота. До сих пор даже не было известно, когда и как растения приобрели способность к азотфиксирующему симбиозу.

База данных характеристик растений помогает в анализе

Теперь ясно, что, по всей вероятности, весь процесс начался 100 миллионов лет назад с одного эволюционного события. В результате одной или нескольких мутаций у растения развилась предрасположенность к этому симбиозу, которая затем видоизменялась и совершенствовалась различными способами. «Предрасположенность, по-видимому, не имеет ни явных преимуществ, ни недостатков для растения, поскольку она сохранялась у одних видов и быстро исчезала у других», — объясняет результаты Йенс Каттге из Института биогеохимии Макса Планка. Однако азотфиксирующий симбиоз развивался только при наличии предрасположенности.

Для своих анализов исследователи создали самую большую на сегодняшний день базу данных всех видов растений, которые могут образовывать симбиоз с клубеньковыми бактериями. «Около трети данных поступает из нашей базы данных TRY, в которой в настоящее время каталогизированы характеристики более 90 000 видов растений, — объясняет Йенс Каттге. «Нас интересуют характеристики растений, прежде всего превосходные экологические аспекты, в частности вопрос о том, как функциональные характеристики растений, такие как способность к фиксации азота, влияют на биогеохимические циклы — от экосистемы до глобального уровня», — говорит Каттге. Теперь ученые реконструировали эволюцию азотфиксирующего симбиоза, используя данные и филогенетическое дерево покрытосеменных растений. Для этого они применили различные математические модели, прослеживающие эволюцию в обратном направлении, начиная с сегодняшнего статус-кво.

Возникновение предрасположенности маловероятно

Модели подсчитали, что предрасположенность явно возникла только в одном случае. «Развитие подобного симбиоза с азотфиксирующими бактериями чрезвычайно сложно и приносит пользу только в его полной форме», — говорит биолог Йенс Каттге. Многочисленные метаболические пути должны быть перепрограммированы и скоординированы между симбиотическими партнерами. «Тот факт, что что-то настолько сложное возникает, крайне маловероятен, но не невозможен в течение очень долгого периода эволюции».

Сегодня тысячи видов растений по-разному взаимодействуют с клубеньковыми бактериями. Многие другие имеют предрасположенность, но никогда не формировали симбиотических отношений. «Пока точно неизвестно, какие именно гены мутировали», — признает Катге. До сих пор на основе генетического анализа не удалось установить, какие растения уже сделали первый шаг к важнейшему симбиозу, а какие нет.

Однако, используя математические модели, можно рассчитать вероятность того, что тот или иной вид окажется среди предрасположенных растений или нет. Тут обнаружилось несколько сюрпризов. Представители очень разных семейств растений, таких как семейства мимозы, рожкового дерева и конопли, скорее всего, приспособлены для формирования симбиотических отношений с азотфиксирующими бактериями.

Симбиоз может быть легко вызван у предрасположенных растений

Путем сравнения различных предрасположенных растений наконец стало возможным отследить гены и метаболические пути, ответственные за симбиоз. Поскольку растения с предрасположенностью принадлежат к разным видам, они должны отличаться друг от друга более генетически, чем растения близкородственных видов. Следовательно, предрасположенность, которая всегда остается неизменной, должно быть относительно легко обнаружить в их геномах.

Вероятность того, что симбиотический механизм может быть запущен путем селекции, наиболее высока у предрасположенных растений. К ним относятся, например, граб ( Carpinus sp. ), важный источник древесины, и горькая фасоль ( Parkia speciosa ), пищевое растение, популярное в Азии. Но есть и плохие новости для местных селекционеров: весьма вероятно, что важные виды злаков, такие как пшеница, рожь, ячмень и кукуруза, не входят в число растений, предрасположенных к этому симбиозу.