A nitrogént az egyik legfontosabb kémiai elemnek tartják, amely befolyásolja a mezőgazdasági növények fejlődését. Ez az anyag befolyásolja a fotoszintézis folyamatát és a klorofill mennyiségét a növényekben. Ugyanakkor a nitrogén megkötése fontos mezőgazdasági folyamat. A nitrogén műtrágya formájában történő kijuttatása azonban nem tekinthető az egyetlen megoldásnak. A nitrogénmegkötő baktériumok alkalmazása nagyon hatékony lehetőségnek számít.
Mik azok a baktériumok
Ez a kifejezés az élő természet birodalmának képviselőire utal, amelyek a prokarióták kategóriáját képviselik. Ezek olyan organizmusok, amelyek sejtjei nem tartalmaznak magot. Ez azonban nem jelenti azt, hogy az ilyen szervezetek teljesen mentesek az örökletes információktól. A DNS-molekulák szabadon helyezkednek el a sejt citoplazmájában. Ezenkívül egy kagyló veszi körül őket.
A baktériumok mikroszkopikus méretűek, ezért a mikrobiológia vizsgálja őket. A kutatók megállapították, hogy a prokarióták egysejtűek vagy kolóniákat alkotnak. Nagyon primitív szerkezet jellemzi őket. A sejtmagon kívül a baktériumokból hiányzik mindenféle plasztid, mitokondrium és lizoszóma. Mindenesetre sejtjeik különféle létfontosságú folyamatok végrehajtására képesek. Jellemzőjük az oxigén használata nélküli anaerob légzés, az ivartalan szaporodás és a cisztaképződés kedvezőtlen körülmények között.
Fő osztályok
Az osztályozás különböző jellemzőkön alapul, amelyek közül az egyik a sejtek alakja. A coccusok kerekek, a vibriók vessző alakúak, a spirilla spirál alakúak, a bacilusok pedig rúd alakúak.
Ezenkívül a baktériumok osztályozását a sejtszerkezet jellemzőinek figyelembevételével végzik. Az igazi fajták nyálkahártya-kapszulát képezhetnek sejtjük körül. Ezen kívül van zászlójuk. A cianobaktériumok fotoszintézissel rendelkeznek, és a zuzmók közé sorolják őket.
Számos bakteriális mikroorganizmusra jellemző a szimbiózisra való hajlam, ami kölcsönösen előnyös együttélés. A nitrogénmegkötő baktériumok megtelepednek a hüvelyesek gyökerén, és csomókat képeznek. Ezek a mikroorganizmusok átalakítják a légköri nitrogént, ami fontos a növények teljes fejlődéséhez.
Étkezési módszerek
A prokarióták olyan organizmusok, amelyek bármilyen módon képesek táplálni magukat. Például a lila és zöld baktériumokat autotróf táplálkozás jellemzi - a napenergia felhasználásának köszönhetően. A plasztidok jelenléte miatt különböző árnyalatokban különböznek, de mindig tartalmaznak klorofillt.
Fontos figyelembe venni, hogy a fotoszintézis folyamata baktériumokban és növényekben jelentősen eltér. Az első esetben a víz nem kötelező reagens. A hidrogén vagy a hidrogén-szulfid működhet elektronszállítóként. Ezért a folyamat során oxigén nem szabadul fel.
A bakteriális mikroorganizmusok jelentős kategóriáját heterotróf táplálkozás jellemzi. Ez azt jelenti, hogy kész szerves elemeket használnak. A baktériumok szükséges anyagokkal való telítéséhez az elhalt szervezetek maradványait használják fel. Ugyanakkor a rothadó mikroorganizmusok bármilyen szerves anyag lebomlásához vezethetnek. Szaprotrófoknak is nevezik őket.
Egyes növényi baktériumok képesek szimbiózisba lépni más élőlényekkel. Így a gombákkal együtt a zuzmók részei. Ugyanakkor a nitrogénmegkötő göbbaktériumok kölcsönösen előnyös együttélésre képesek a hüvelyesek gyökérrendszerével.
Kik a kemotrófok
Fontos kategória, amelyet a tápanyagok felszívódásának típusa különböztet meg, a kemotrófok. Ezek olyan mikroorganizmusok, amelyeket autotrófnak tekintenek. Ebben az esetben ezek a baktériumok a napenergia helyett a különféle elemek kémiai kölcsönhatásának energiáját használják fel. A kemotrófok közé különösen a nitrogénmegkötő baktériumok tartoznak. Számos szervetlen vegyület oxidációját idézik elő, ugyanakkor biztosítják maguknak a szükséges mennyiségű energiát.
A nitrogénmegkötő baktériumok élőhelye
Általában a baktériumok mindenütt jelen vannak. Ugyanakkor a nitrogénmegkötő fajták a talajban, pontosabban a hüvelyesek gyökerén élnek.
Testfelépítés
A csomóbaktériumok funkciói a szerkezetükhöz kapcsolódnak. Az ilyen mikroorganizmusok szabad szemmel láthatók. Megtelepednek a hüvelyesek és a gabonafélék gyökérrendszerében, és behatolnak a növényekbe. Ebben az esetben megvastagodások képződnek, amelyekben metabolikus folyamatok figyelhetők meg.
A növényeknek nitrogénre van szükségük a normál működéshez. A természet elegendő mennyiséget tartalmaz ebből az elemből. Például a levegőben mennyisége eléri a 78%-ot. A növények azonban nem tudják felszívni ezt az anyagot ebben a formában. A nitrogénmegkötő mikroorganizmusok képesek felvenni a nitrogént a légkörből. Ezt követően ezt az anyagot olyan formává alakítják, amely elérhető a növények számára.
Teljesítmény
A nitrogénmegkötő mikroorganizmusok működésének jobb megértéséhez érdemes megfontolni az Azospirillum nevű kemotróf baktérium példáját. Ez a szervezet a gabonanövények - búza vagy árpa - gyökérrendszerén él. Joggal foglal el vezető szerepet a nitrogéntermelők között. Ez a szervezet legfeljebb 60 kilogrammot bocsát ki ebből az anyagból 1 hektár termőterületre.
A hüvelyesekben található nitrogénmegkötő baktériumok közé tartozik a rhizobitum, a sinorizobium és mások. Emellett rendkívül hatékonyak is. Az ilyen növények 1 hektáronként akár 390 kilogramm nitrogént is képesek termelni. Az évelő hüvelyeseken baktériumok képződnek, amelyeket a maximális termelékenység jellemez. Ez a paraméter eléri az 560 kilogrammot 1 hektár vetésterületre vetítve.
Az élet jellemzői
Életfolyamataik jellemzőitől függően minden nitrogénmegkötő mikroorganizmus két kategóriába sorolható. Az első csoportot nitrifikálónak tekintik. Ebben az esetben az anyagcsere folyamatok kémiai átalakulások láncolatából állnak. Ebben az esetben az ammónium nitritté alakul, amelyek a salétromsav sói. A nitritek viszont nitrátokká alakulnak. Ezek szintén ennek a vegyületnek a sói. Ebben a formában a nitrogént jobban felszívják a növény gyökerei.
A második csoportot denitrifikátoroknak nevezzük. Fordított folyamatot hajtanak végre. Ebben az esetben a talajban lévő nitrátok nitrogéngázzá alakulnak. Ennek eredményeként megfigyelhető ennek az anyagnak a keringése a természetben.
Az életfolyamatok közül érdemes kiemelni a szaporodást is. Ezt a sejtek kettéosztásával hajtják végre. Sokkal ritkábban ez bimbózással fordul elő. A bakteriális mikroorganizmusok szexuális úton is szaporodhatnak. Ezt a módszert konjugációnak nevezik, melynek során genetikai információkat cserélnek ki.
Mivel a kultúra gyökerei nagyszámú értékes elemet választanak ki, sok baktérium telepszik meg rajtuk. A növényi maradványokat olyan anyagokká alakítják át, amelyeket a növények fel tudnak venni.Ennek eredményeként a körülötte lévő talajréteg különleges tulajdonságokkal rendelkezik. Rizoszférának hívják.
Hogyan jutnak be a baktériumok a gyökérbe?
Számos lehetőség kínálkozik a baktériumsejtek gyökérszövetbe történő bejuttatására. Ez a fedőszövetek károsodása következtében vagy olyan területeken történik, ahol fiatal gyökérsejtek halmozódnak fel. A kemotrófok a gyökerek szőrzónájában is behatolhatnak a növényekbe. Ezt követően megfertőződnek.
A baktériumsejtek aktív osztódása következtében csomók képződnek. Ezt követően fertőzési szálak jelennek meg, amelyek továbbra is behatolnak a növényi szövetbe. Idővel itt egy speciális anyag, a leghemoglobin képződik. Az optimális aktivitás szakaszában a csomók rózsaszínűvé válnak. Ennek oka a pigment jelenléte.
Fontosság a gazdaságban
Az emberek már régóta meg tudják állapítani, hogy ha a hüvelyeseket földdel ássák ki, a növények termelékenysége javul. A lényeg azonban nem a szántás folyamata. Az ilyen talaj jobban telített nitrogénnel, ami fontos a növények fejlődéséhez. Ezért nitrogénmegkötő baktériumok nitrátgyárnak nevezik.
A nitrogénmegkötő baktériumok fontos mikroorganizmusok, amelyeket aktívan használnak a mezőgazdaságban. Ez annak köszönhető, hogy képesek nitrogént nyerni a levegőből, és a növények számára hozzáférhető formává alakítani.
