Азотфиксирущие бактерии

Азотфиксирующие бактерии – это бактерии, которые связывают азот из воздуха и переводят его в азотосодержащие соединения, доступные растениям. 

        В воздухе атмосферы 79% азота. Усваивать его могут только бактерии. Например: клубеньковые бактерии.

      Денитрифицирующие бактерии выделяют азот из органических соединений и переводят его в чистый азот атмосферы (то есть обратный процесс). Тем самым они делают его недоступным для растений.    

      Таким образом, азотфиксация, нитрификация и денитрификация поддерживается баланс азота в природе.

Бактериальные клубеньки - утолщения на корнях бобовых растений, где поселились клубеньковые бактерии

К азотфиксирующим бактериям относятся: клубеньковые бактерии, некоторые актиномицеты, цианобактерии.Имеются данные о способности бактерий одних и тех же видов, в зависимости от условий развития, осуществлять два диаметрально противоположных процесса – азотфиксацию и денитрификацию.

Клубеньковые бактерии (Ризобиум, Азотобактер)

Клубеньковые бактерии – одна из самых изученных групп азотофиксирующих бактерий. В настоящее время их относят к роду Ризобиум, а видовые названия обычно соответствуют названию того растения, из клубеньков на корнях которого, выделены бактерии. В частности, Rhizobium trifolii – растение-хозяин клевер, Rhizobium phaseoli – растение-хозяин фасоль, Rhizobium leguminosarum – растение-хозяин горох. Это объясняется видоспецифичностью клубеньковых бактерий.

Симбиоз азотфиксирующих бактерий и корневой системы растения

Между клубеньковыми бактериями и корнями бобовых - симбиоз, взаимовыгодные отношения (мутуализм) при котором клетки бактерий находятся в клетках и тканях корня растения.

Клубеньковые бактерии встречаются не только в клебеньках, но и свободно в почве. Но в свободном состоянии они не способны фиксировать азот из атмосферы, а использует связанный азот.

Симбиотическая связь растения и клубеньковых бактерий устанавливается в фазе прорастания семян. При их развитии корни выделяют органические питательные вещества, стимулирующие размножение микроорганизмов, в том числе клубеньковых бактерий. Их почвы клубеньковые бактерии проникают в корень через корневые волоски.

Для обогощения почвы клубеньковыми бактериями в промышленных масштабах производятся специализированные препараты, содержащие клубеньковые бактерии. Они используются для предпосевной обработки семян бобовых.

Разновидности азотфиксирующих бактерий

Кроме клубеньковых бактерий способностью к азотофиксации обладают многие другие микроорганизмы:

1. Бактерии рода Бралиризобиум  (Bradyrhizobium) – вступают в симбиоз с бобовыми растениями тропического и иногда умеренного пояса. Также как и клубеньковые бактерии, Bradyrhizobium образуют клубеньки, в которых клетки бактерий имеют неправильную раздутую форму (бактероиды) и продуцируют нитрогеназу – фермент, способствующий фиксации азота.
2. Актномицеты рода Frankia. Хозяевами актиномицетов-симбиотов выступают более 200 видов двухдольных древесных растений, принадлежащих к восьми семействам, в числе которых ольха, облепиха, стланик, казуарина. На корнях растений в результате симбиоза с актиномицетами образуются клубеньки, достигающие в диаметре 5 см. Актиномицеты проникают в корни через корневые волоски и образуют клубеньки. В них также как и у бобовых образуется леггемоглобин, защищающий нитрогеназу от избытка молекулярного кислорода. Химизм фиксации азота актиномицетами аналогичен подобному процессу у клубеньковых бактерий, но более экономичен с точки зрения расхода АТФ. Кроме того, актиномицеты рода Frankia способны к азотфиксации в свободноживущем состоянии, без контакта с растением.
3. Бактерий родов Chromatium и Klebsiella вступают в эндосимбиоз с тропическими растениями, образуя на их листьях клубеньки в которых осуществляется фиксация азота.
4. Цианобактерии (Анабена и др) – это многоклеточные организмы, отдельные клетки которых, в условиях отсутствия связанного азота, преобразуются в специальные формы – гетероцисты. В них происходит фиксация атмосферного азота.  Цианобактерии способны образовывать симбиозы с широким кругом растений, включая покрытосеменные, голосеменные, папоротники, мхи и даже одноклеточные морские диатомовые водоросли. Наиболее изучен эндосимбиоз цианобактерий Anabaena azollae с водным папоротником Azolla, у которого цианобактерии содержаться в полостях листьев, растущих на поверхности стоячих вод.