Karakteristik rhizobium, taksonomi, morfologi, habitat dan manfaat
Rhizobium adalah genus bakteri yang memiliki kemampuan untuk memperbaiki nitrogen dari atmosfer. Secara umum, bakteri dengan kemampuan untuk memperbaiki nitrogen dikenal sebagai rhizobia. Hubungan antara tanaman dan mikroorganisme ini telah dipelajari secara luas.
Prokariota-prokariota ini hidup dalam hubungan simbiosis dengan berbagai tanaman: kacang-kacangan, seperti kacang-kacangan, alfalfa, lentil, kedelai, dan lainnya..
Mereka secara khusus dikaitkan dengan akar mereka dan menyediakan tanaman dengan nitrogen yang mereka butuhkan. Tanaman itu, pada gilirannya, menawarkan bakteri tempat perlindungan. Hubungan simbiosis yang erat ini menyebabkan sekresi molekul yang disebut leghemoglobin. Simbiosis ini menghasilkan proporsi N yang signifikan2 di biosfer.
Dalam hubungan ini, bakteri menyebabkan pembentukan nodul di akar, yang membedakan apa yang disebut "bacteroides".
Sebagian besar studi yang telah dilakukan dalam genus bakteri ini, hanya memperhitungkan keadaan simbiosis dan hubungannya dengan tanaman. Untuk alasan ini, ada sangat sedikit informasi yang berkaitan dengan gaya hidup individu bakteri dan fungsinya sebagai komponen microbiome tanah..
Indeks
- 1 Karakteristik
- 2 Proses infeksi
- 2.1 Perkembangan dan jenis nodul
- 2.2 Pembentukan bakteri
- 2.3 Ketertarikan antara rhizobia dan akar
- 2.4 Leghemoglobin
- 3 Taksonomi
- 4 Morfologi
- 5 Habitat
- 6 Manfaat dan aplikasi
- 7 Referensi
Fitur
Bakteri dari genus Rhizobium Mereka dikenal terutama karena kemampuan mereka untuk memperbaiki nitrogen dan membangun hubungan simbiosis dengan tanaman. Bahkan, itu dianggap sebagai salah satu hubungan paling dramatis yang ada di alam.
Mereka heterotrofik, yang menunjukkan bahwa mereka harus mendapatkan sumber energi bahan organik mereka. Rhizobium itu tumbuh secara normal dalam kondisi aerobik dan nodul terbentuk pada suhu 25 hingga 30 ° C dan pH optimal 6 atau 7.
Namun, proses fiksasi nitrogen membutuhkan konsentrasi oksigen rendah untuk melindungi nitrogenase (enzim yang mengkatalisis proses tersebut).
Untuk menangani jumlah oksigen yang tinggi, ada protein yang mirip dengan hemoglobin yang bertanggung jawab untuk menyerap oksigen yang dapat mengintervensi proses tersebut..
Hubungan simbiosis yang dibangun oleh prokariota ini dengan polong-polongan memiliki dampak ekologis dan ekonomi yang tinggi, sehingga ada literatur yang luas tentang hubungan yang sangat spesifik ini..
Proses infeksi tidak sederhana, melibatkan serangkaian langkah di mana bakteri dan tanaman saling mempengaruhi dalam kegiatan pembelahan sel, ekspresi gen, fungsi metabolisme dan morfogenesis.
Proses infeksi
Bakteri ini adalah model biologis yang sangat baik untuk memahami interaksi yang terjadi antara mikroorganisme dan tanaman.
Rhizobia ditemukan di tanah, di mana mereka menjajah akar dan berhasil memasuki tanaman. Umumnya, kolonisasi dimulai pada rambut akar, meskipun infeksi juga mungkin terjadi melalui lesi kecil di epidermis.
Ketika bakteri mampu menembus bagian dalam tanaman, biasanya dipertahankan untuk sementara waktu di ruang intraseluler tanaman. Seiring perkembangan nodul, rhizobia memasuki sitoplasma dari struktur-struktur ini.
Perkembangan dan jenis nodul
Pengembangan nodul melibatkan serangkaian peristiwa sinkronis di kedua organisme. Nodul diklasifikasikan menjadi pasti dan tidak pasti.
Yang pertama berasal dari divisi seluler di korteks internal dan memiliki meristem apikal yang persisten. Mereka ditandai dengan memiliki bentuk silinder dan dua zona berbeda.
Di sisi lain, nodul yang ditentukan dihasilkan dari pembelahan sel di bagian tengah atau luar korteks akar. Dalam kasus ini Anda tidak memiliki meristem persisten dan bentuknya lebih bulat. Nodul yang matang dapat berkembang dengan pertumbuhan sel.
Pembentukan bakteroid
Diferensiasi dalam bakterioid terjadi pada nodul: bentuk N-fixing2. Bakterioid, bersama dengan membran tanaman, membentuk simbiosom.
Dalam mikroba tanaman kompleks ini, tanaman bertanggung jawab untuk menyediakan karbon dan energi, sedangkan bakteri menghasilkan amonia.
Dibandingkan dengan bakteri yang hidup bebas, bakteriode mengalami serangkaian perubahan dalam transkriptomnya, dalam seluruh struktur selulernya dan dalam aktivitas metabolisme. Semua perubahan ini terjadi untuk beradaptasi dengan lingkungan intraseluler, di mana satu-satunya tujuannya adalah fiksasi nitrogen.
Tanaman dapat mengambil senyawa nitrogen yang disekresikan oleh bakteri dan menggunakannya untuk sintesis molekul-molekul penting, seperti asam amino.
Sebagian besar spesies Rhizobium Mereka cukup selektif dalam hal jumlah tamu yang dapat mereka terinfeksi. Beberapa spesies hanya memiliki satu inang. Sebaliknya, sejumlah kecil bakteri ditandai dengan menjadi promiscuous dan memiliki spektrum yang luas dari inang potensial.
Ketertarikan antara rhizobia dan akar
Daya tarik antara bakteri dan akar kacang-kacangan dimediasi oleh agen kimia, memancarkan oleh akar. Ketika bakteri dan akar sudah dekat, serangkaian peristiwa terjadi pada tingkat molekuler.
Flavonoid akar menginduksi gen pada bakteri mengangguk. Ini mengarah pada produksi oligosakarida yang dikenal sebagai LCO atau faktor anggukan. LCO mengikat reseptor, dibentuk oleh motif lisin, di rambut akar, sehingga memulai peristiwa pensinyalan.
Ada gen lain - selain itu mengangguk - terlibat dalam proses simbiosis, seperti exo, nif dan memperbaiki.
Leghemoglobin
Leghemoglobin adalah molekul yang bersifat protein, khas dari hubungan simbiosis antara rhizobia dan polong-polongan. Seperti namanya, ini sangat mirip dengan protein yang lebih akrab: hemoglobin.
Seperti analog darahnya, leghemoglobin memiliki perbedaan memiliki afinitas tinggi terhadap oksigen. Karena proses fiksasi yang terjadi pada nodul dipengaruhi secara negatif oleh konsentrasi oksigen tinggi, protein bertanggung jawab untuk mempertahankannya agar sistem berfungsi dengan baik..
Taksonomi
Sekitar 30 spesies Rhizobium, menjadi yang paling dikenal Rhizobium cellulosilyticum dan Rhizobium leguminosarum. Ini termasuk keluarga Rhizobiaceae, yang juga menampung genera lain: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, dan Sinorhizobium.
Urutannya adalah Rhizobiales, kelasnya adalah Alphaproteobacteria, Proteum Bakteri dan Kerajaan Bakteri.
Morfologi
Rhizobia adalah bakteri yang secara selektif menginfeksi akar legum. Mereka dicirikan oleh gram negatif, memiliki kapasitas perpindahan dan bentuknya mengingatkan kita pada tongkat. Dimensinya antara 0,5 hingga 0,9 mikrometer lebar dan 1,2 dan 3,0 mikrometer panjang.
Mereka berbeda dari sisa bakteri yang mendiami tanah dengan menghadirkan dua bentuk: morfologi bebas yang ditemukan di tanah dan bentuk simbiosis di dalam tanaman inangnya..
Di luar morfologi koloni dan pewarnaan gram, ada metode lain yang bisa Anda gunakan untuk mengidentifikasi bakteri genus. Rhizobium, Ini termasuk tes pemanfaatan nutrisi, seperti uji katalase, oksidase, dan penggunaan karbon dan nitrogen.
Demikian pula, tes molekuler telah digunakan untuk identifikasi, seperti penerapan penanda molekuler.
Habitat
Secara umum, rhizobia milik keluarga Rhizobiaceae menunjukkan keanehan terkait terutama dengan tanaman dari keluarga Fabaceae.
Keluarga Fabaceae termasuk kacang-kacangan - biji-bijian, lentil, alfalfa, hanya untuk menyebutkan beberapa spesies yang dikenal karena nilai gastronomi mereka. Keluarga itu milik Angiospermae, yang merupakan keluarga terbesar ketiga. Mereka tersebar luas di dunia, mulai dari daerah tropis hingga daerah Arktik.
Hanya satu spesies tanaman non-legum diketahui yang membentuk hubungan simbiosis dengan Rhizobium: Parasponea, genus tanaman dari keluarga Cannabáceas.
Selain itu, jumlah asosiasi yang dapat dibangun antara mikroorganisme dan tanaman tergantung pada banyak faktor. Terkadang asosiasi dibatasi oleh sifat dan spesies bakteri, sedangkan dalam kasus lain tergantung pada tanaman.
Di sisi lain, dalam bentuk bebasnya, bakteri adalah bagian dari flora alami tanah - hingga proses nodulasi terjadi. Perhatikan bahwa meskipun ada legum dan rhizobia di dalam tanah, pembentukan nodul tidak terjamin, karena strain dan spesies anggota simbiosis harus kompatibel..
Manfaat dan aplikasi
Fiksasi nitrogen adalah proses biologis yang penting. Melibatkan asupan nitrogen di atmosfer, dalam bentuk N2 dan dikurangi menjadi NH4+. Dengan demikian, nitrogen dapat masuk dan digunakan dalam ekosistem. Proses ini sangat penting dalam berbagai jenis lingkungan, baik itu terestrial, air tawar, laut atau arktik.
Tampaknya nitrogen adalah unsur yang membatasi, dalam banyak kasus, pertumbuhan tanaman dan bertindak sebagai komponen pembatas.
Dari sudut pandang komersial, rhizobia dapat digunakan sebagai peningkat dalam pertanian berkat kemampuannya untuk memperbaiki nitrogen. Karena itu, ada perdagangan terkait dengan proses inokulasi bakteri tersebut.
Inokulasi rhizobium memiliki efek yang sangat positif dalam kaitannya dengan pertumbuhan tanaman, berat dan jumlah biji yang dihasilkannya. Manfaat ini telah dibuktikan secara eksperimental oleh banyak penelitian dengan kacang-kacangan.
Referensi
- Allen, E. K., & Allen, O. N. (1950). Sifat biokimia dan simbiosis rhizobia. Ulasan bakteriologis, 14(4), 273.
- Jiao, Y. S., Liu, Y. H., Yan, H., Wang, E. T., Tian, C. F., Chen, W. X., ... & Chen, W. F. (2015). Keragaman rizobial dan karakteristik nodulasi dari legum yang sangat bebas Sophora mengembang. Interaksi Molekul-Mikroba, 28(12), 1338-1352.
- Jordan, D. C. (1962). Bakterioid dari genus Rhizobium. Ulasan bakteriologis, 26(2 Bdk 1-2), 119.
- Leung, K., Wanjage, F. N., & Bottomley, P. J. (1994). Karakteristik simbiosis dari Rhizobium leguminosarum bv. trifolii isolat yang mewakili tipe kromosom penghuni nodul besar dan kecil dari sub-lapangan yang ditumbuhkan (Trifolium subterraneum L.). Mikrobiologi terapan dan lingkungan, 60(2), 427-433.
- Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: dari saprofit ke endosimbion. Ulasan Alam Mikrobiologi, 16(5), 291.
- Somasegaran, P., & Hoben, H. J. (2012). Buku Pegangan untuk rhizobia: metode dalam teknologi legum-Rhizobium. Sains Springer & Media Bisnis.
- Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Mekanisme Genetik dan Molekul yang Mendasari Spesifisitas Simbiotik dalam Interaksi Legum-Rhizobium. Perbatasan dalam ilmu tanaman, 9, 313.