Азотфиксирующие бактерії: середовище проживання, функції
Бактерії - поняття, добре знайоме кожному. Отримання сиру і йогурту, антибіотиків, очищення стічних вод - все це роблять можливим одноклітинні бактеріальні організми. Познайомимося з ними ближче.
Содержание
Хто такі бактерії?
представники цього царства живої природи являють собою єдину групу прокаріотів - організмів, клітини яких позбавлені ядра. Але це не означає, що вони зовсім не містять спадкової інформації. Молекули ДНК вільно перебувають в цитоплазмі клітини і не оточені оболонкою.
Оскільки розміри їх мікроскопічні - до 20 мкм, бактерії вивчає наука мікробіологія. Вчені з`ясували, що прокаріоти можуть бути одноклітинними або об`єднуватися в колонії. Вони мають досить примітивну будівлю. Крім ядра бактерії позбавлені всіх типів пластид, комплексу Гольджі, ЕРС, лізосом і мітохондрій. Але незважаючи на це, бактеріальна клітина здатна здійснювати найважливіші процеси життєдіяльності: анаеробне дихання без використання кисню, гетеротрофное і автотрофне харчування, безстатеве розмноження і утворення цисти під час переживання несприятливих умов.
класи бактерій
В основу класифікації покладено різні ознаки. Один з них - форма клітин. Так, вібріони мають вигляд коми, коки - округлу форму. Вид спіралі мають спірили, а паличкоподібну форму - бацили.
Крім того, бактерії об`єднують в групи в залежності від особливостей будови клітини. Справжні здатні утворювати слизову капсулу навколо власної клітини і оснащені джгутиками.
Ціанобактерії, або синьо-зелені водорості, здатні до фотосинтезу і разом з грибами входять до складу лишайників.
Багато видів бактерій здатні до симбіозу - взаємовигідної співжиття організмів. Азотфіксатори поселяються на коренях бобових та інших рослин, утворюючи бульби. Яку функцію виконують бульбочкові бактерії, легко здогадатися. Вони перетворять атмосферне азот, який так необхідний рослинам для розвитку.
способи харчування
Прокаріоти є групою організмів, яким доступні всі способи харчування. Так, зелені і пурпурні бактерії харчуються автотрофно, за рахунок сонячної енергії. За рахунок наявності пластид вони можуть бути пофарбовані в різні кольори, але обов`язково містять хлорофіл. Бактеріальний і рослинний фотосинтез істотно відрізняються. У бактерій вода не є обов`язковим реагентом. Донором електронів може служити водень або сірководень, тому кисень в ході цього процесу не виділяється.
Велика група бактерій харчується гетеротрофно, т. Е. Готовими органічними речовинами. Такі організми використовують для харчування залишки відмерлих організмів і продукти їх життєдіяльності. Бактерії гниття і бродіння здатні розкладати всі відомі органічні речовини. Такі організми ще називають сапротрофами.
Деякі бактерії рослин можуть утворювати симбіоз з іншими організмами: разом з грибами входять до складу лишайників, взаємовигідно співіснують з корінням бобових азотфиксирующие бульбочкові бактерії.
хемотрофи
Ще однією групою по типу харчування є хемотрофи. Це різновид автотрофного харчування, в ході якого замість сонячної енергії використовується енергія хімічних зв`язків різних речовин. Азотфиксирующие бактерії відносяться до таких організмам. Вони окислюють деякі неорганічні сполуки, при цьому забезпечуючи себе необхідною кількістю енергії.
Азотфиксирующие бактерії: середовище проживання
Подібним чином харчуються і мікроорганізми, здатні перетворювати сполуки азоту. Їх називають азотфиксирующие бактерії. Незважаючи на те що мешкають бактерії повсюдно, оточення саме цього виду - грунт. А точніше, коріння бобових рослин.
будова
Яку функцію виконують бульбочкові бактерії? Вона обумовлена їх будовою. Азотфиксирующие бактерії добре видно неозброєним оком. Поселяясь на коренях бобових і злакових, вони проникають в рослину. При цьому утворюються потовщення, всередині яких відбувається обмін речовин.
Варто сказати, що азотфиксирующие бактерії відносяться до групи мутуалістов. Їх співіснування з іншими організмами є взаємовигідним. В ході фотосинтезу рослина синтезує вуглевод глюкозу, необхідну для процесів життєдіяльності. Бактерії не здатні до такого процесу, тому готові цукру отримують від бобових.
Рослинам для життя необхідний азот. Цієї речовини в природі досить велика кількість. Наприклад, вміст азоту в повітрі становить 78%. Однак в такому стані рослини не здатні поглинати цю речовину. Азотфиксирующие бактерії засвоюють атмосферний азот і переводять його в форму, зручну для рослин.
продуктивність
Яку функцію виконують азотфиксирующие бактерії, можна переконатися на прикладі хемотрофних бактерії азоспіріллум. Живе цей організм на коренях злакових: ячменю чи пшениці. Його по праву називають лідером серед продуцентів азоту. На гектар землі він здатний віддати до 60 кг цього елемента.
Азотфиксирующие бактерії бобових, такі як різобітуми, сінорізобіуми і інші, також хороші "трудівники". Вони здатні збагатити гектар землі азотом масою до 390 кг. На багаторічних бобових рослинах живуть переможці азотообразованія, продуктивність яких досягає до 560 кг в розрахунку на гектар орних земель.
процеси життєдіяльності
Все азотфиксирующие бактерії за особливостями процесів життєдіяльності можна об`єднати в дві групи. Перша група є нитрифицирующих. Суть обміну речовин в цьому випадку полягає в ланцюжку хімічних перетворень. Амоній, або аміак, перетворюється в нітрити - солі азотної кислоти. Нітрити, в свою чергу, перетворюються в нітрати, теж є солями цього з`єднання. У вигляді нітратів азот краще засвоюється кореневою системою рослин.
Друга група називається денітріфікатори. Вони здійснюють зворотний процес: нітрати, що містяться в грунті, перетворюють в газоподібний азот. Таким чином відбувається круговорот азоту в природі.
До процесів життєдіяльності також відносять і процес розмноження. Відбувається він шляхом ділення клітин надвоє. Набагато рідше - шляхом брунькування. Характерний для бактерій і статевий процес, який називається кон`югація. При цьому відбувається обмін генетичною інформацією.
Оскільки коренева система виділяє багато цінних речовин, бактерій на ній поселяється дуже багато. Вони перетворять рослинні залишки в речовини, які здатні увібрати рослини. В результаті шар грунту навколо набуває певні властивості. Його називають ризосферу.
Шляхи проникнення бактерій в корінь
Існує кілька способів впровадження бактеріальних клітин в тканини кореневої системи. Це може статися внаслідок пошкодження покривних тканин або в місцях, де клітини кореня молоді. Зона кореневих волосків також є шляхом проникнення хемотрофов всередину рослини. Далі кореневі волоски інфікуються і в результаті активного ділення бактеріальних клітин утворюються бульби. Упровадилися клітини утворюють інфекційні нитки, які продовжують процес проникнення в рослинні тканини. За допомогою провідної системи бактеріальні бульби пов`язані з коренем. З плином часу в них з`являється особлива речовина - легоглобін.
До моменту прояву оптимальної активності бульби набувають рожеве забарвлення (завдяки пігменту легоглобіну). Фіксувати азот здатні лише ті бактерії, які містять легоглобін.
значення хемотрофов
Люди давно помітили, що, якщо перекопати бобові рослини з грунтом, урожай на цьому місці буде краще. Насправді суть не в процесі оранки. Такий грунт більше збагачується азотом, таким потрібним для зростання і розвитку рослин.
Якщо лист називають фабрикою з виробництва кисню, то азотфиксирующие бактерії можуть по праву називатися фабрикою з виробництва нітратів.
Ще в 19 столітті вчені звернули увагу на дивовижні здібності бобових рослин. Через нестачу знань їх приписували тільки рослинам і не пов`язували з іншими організмами. Було висловлено припущення, що листи можуть фіксувати атмосферний азот. В ході експериментів було з`ясовано, що бобові, які виросли в воді, таку здатність втрачають. Більше 15 років це питання залишалося загадкою. Ніхто не здогадувався, що здійснюють всі це азотфиксирующие бактерії, оточення яких не була вивчена. Виявилося, що справа в симбіозі організмів. Тільки разом бобові і бактерії можуть виробляти нітрати для рослин.
Зараз вчені виявили більше 200 рослин, які не належать до сімейства бобових, але здатні утворити симбіоз з азотфиксирующими бактеріями. Картопля, сорго, пшениця також володіють цінними властивостями.
