Azospirillum je rod prosto živečih gram-negativnih bakterij, ki lahko fiksirajo dušik. Že vrsto let je znan kot pospeševalec rasti rastlin, saj je koristen organizem za pridelke.
Zato spadajo v skupino rizobakterij, ki pospešujejo rast rastlin, in so bile izolirane iz rizofere trav in žit. Z vidika kmetijstva je Azospirillum rod, ki je bil široko raziskan zaradi svojih lastnosti.
Avtor Frank Vincentz, iz Wikimedia Commons
Ta bakterija lahko uporablja hranila, ki jih izločajo rastline, in je odgovorna za fiksiranje dušika v atmosferi. Zahvaljujoč vsem tem ugodnim lastnostim je vključeno v oblikovanje gnojil, ki se uporabljajo v alternativnih kmetijskih sistemih.
Taksonomija
Leta 1925 je bila izolirana prva vrsta tega roda in se je imenovala Spirillum lipoferum. Šele leta 1978 se je rodil rod Azospirillum.
Trenutno je priznanih dvanajst vrst tega bakterijskega rodu: A. lipoferum in A. brasilense, A. amazonense, A. halopraeferens, A. irakense, A. largimobile, A. doebereinerae, A. oryzae, A. melinis, A. canadense , A. zeae in A. rugosum.
Ti rodovi spadajo v red Rhodospirillales in v podrazred alfaproteobakterij. Za to skupino je značilno, da verjamejo v majhne koncentracije hranil in da vzpostavijo simbiotske odnose z rastlinami, rastlinskimi patogenimi mikroorganizmi in celo s človekom.
Splošne značilnosti in morfologija
Rod je enostavno prepoznati po svoji vibroidni ali debeli obliki palice, pleomorfizmu in spiralni gibljivosti. Lahko so ravne ali rahlo ukrivljene, njihov premer je približno 1 um in 2,1 do 3,8 dolžine. Nasveti so na splošno ostri.
Bakterije iz rodu Azospirillum kažejo vidno gibljivost, predstavljajo vzorec polarnih in stranskih flagelov. Prva skupina flagella se uporablja predvsem za plavanje, druga pa je povezana z gibanjem po trdnih površinah. Nekatere vrste imajo le polarni flagellum.
Ta gibljivost omogoča, da se bakterije preselijo na območja, kjer so za njihovo rast ustrezni pogoji. Poleg tega imajo kemijsko privlačnost do organskih kislin, aromatičnih spojin, sladkorjev in aminokislin. Prav tako se lahko preselijo v regije z optimalnimi kontrakcijami kisika.
Ko se bakterije srečujejo z neugodnimi razmerami - na primer z izsuševanjem ali pomanjkanjem hranilnih snovi, lahko bakterije prevzamejo oblike cist in razvijejo zunanjo oblogo iz polisaharidov.
Genomi teh bakterij so veliki in imajo več replik, kar je dokaz plastičnosti organizma. Na koncu je značilna prisotnost zrn poli-b-hidroksibutirata.
Habitat
Azospirillum najdemo v rizosferi, nekateri sevi pretežno naseljujejo površino korenin, čeprav obstajajo nekatere vrste, ki lahko okužijo druga območja rastline.
Izolirali so ga iz različnih rastlinskih vrst po vsem svetu, od okolij s tropskim podnebjem do regij z zmernimi temperaturami.
Izolirali so jih iz žit, kot so koruza, pšenica, riž, sirek, oves, iz trav, kot sta Cynodon dactylon in Poa pratensis. Poročali so tudi v agavi in v različnih kaktusih.
V korenini jih ne najdemo homogeno, nekateri sevi imajo posebne mehanizme za okužbo in kolonizacijo notranjosti korenine, drugi pa so specializirani za kolonizacijo sluznega dela ali poškodovanih celic korena.
Presnova
Azospirillum ima zelo raznoliko in vsestransko presnovo ogljika in dušika, kar omogoča, da se ta organizem prilagodi in tekmuje z drugimi vrstami v rizosferi. Razmnožujejo se lahko v anaerobnem in aerobnem okolju.
Bakterije so dušikovi fiksirji in kot vir tega elementa lahko uporabljajo amonij, nitrite, nitrate, aminokisline in molekularni dušik.
Pretvorbo atmosferskega dušika v amonijak posreduje encimski kompleks, sestavljen iz beljakovine dinitrogenaze, ki kot kofaktor vsebuje molibden in železo, in drug proteinski delež, imenovan dinitrogenazna reduktaza, ki prenaša elektrone iz darovalca v protein.
Podobno sta pri asimilaciji amonija vključena tudi encima glutamin sintetaza in glutamat sintetaza.
Interakcija z rastlino
Povezava med bakterijo in rastlino se lahko uspešno zgodi le, če je bakterija sposobna preživeti v tleh in poiskati veliko populacije korenin.
V rizosferi padajoči gradient hranilnih snovi od korenine do njene okolice ustvarja eksudat rastline.
Zaradi zgoraj omenjenih mehanizmov kemotaksije in gibljivosti so bakterije sposobne potovati v rastlino in uporabljati eksudate kot vir ogljika.
Specifični mehanizmi, ki jih bakterije uporabljajo za interakcijo z rastlino, še niso v celoti opisani. Vendar pa je znano, da so nekateri geni v bakteriji vključeni v ta postopek, vključno s pelA, sala, salB, mot 1, 2 in 3, laf 1 itd.
Prijave
Rhizobakterije, ki pospešujejo rast rastlin, v angleščini skrajšano PGPR za akronim, obsega skupino bakterij, ki spodbujajo rast rastlin.
Poročalo se je, da je povezava bakterij z rastlinami koristna za rast rastlin. Do tega pojava pride zaradi različnih mehanizmov, ki povzročajo fiksacijo dušika in proizvodnjo rastlinskih hormonov, kot so avksini, giberilini, citokinini in absisicinska kislina, ki prispevajo k razvoju rastline.
Kvantitativno je najpomembnejši hormon avksin - indoleocetna kislina (IAA), ki izhaja iz aminokisline triptofan - in ga sintetizirata vsaj dve presnovni poti znotraj bakterije. Vendar ni neposrednih dokazov o udeležbi avksina pri povečanju rasti rastlin.
Giberilini poleg tega, da sodelujejo pri rasti, spodbujajo delitev celic in kalitev semena.
Značilnosti rastlin, ki jih je nabrala ta bakterija, vključujejo povečanje dolžine in števila bočno lociranih korenin, povečanje števila koreninskih dlak in povečanje suhe teže korenine. Povečajo tudi procese celičnega dihanja.
Reference
- Caballero-Mellado, J. (2002). Rod Azospirillum. Mehika, D F. UNAM.
- Cecagno, R., Fritsch, TE, & Schrank, IS (2015). Bakterije Azospirillum amazonense, ki pospešujejo rast rastlin: genomska vsestranskost in pot fitohormona. BioMed Research International, 2015, 898592.
- Gómez, MM, Mercado, EC, & Pineda, EG (2015). Azospirillum a rhizobacterium s potencialno uporabo v kmetijstvu. Biological Journal of DES Agricultural Biological Sciences Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, 16 (1), 11–18.
- Kannaiyan, S. (ur.). (2002). Biotehnologija bio gnojil. Alpha Science Int'l Ltd.
- Steenhoudt, O., & Vanderleyden, J. (2000). Azospirillum, bakterija, ki fiksira dušik, tesno povezana s travami: genetski, biokemični in ekološki vidik. FEMS mikrobiološki pregledi, 24 (4), 487–506.
- Tortora, GJ, Funke, BR, & Case, CL (2007). Uvod v mikrobiologijo. Panamerican Medical Ed.