что дают друг другу бактерии и растения
Бактерии и их значение в жизни растений
Наука биология, изучающая жизнь на Земле, не прекращает удивлять своих адептов. Она все детальнее раскрывает сложные структурные уровни взаимоотношений разных проявлений жизни друг с другом и с окружающей средой. Одним из многообещающих направлений в понимании того, какую роль играют прокариоты (бактерии) в жизни макроорганизмов, является изучение присутствия бактерий в клеточной жизни растений.
Установление присутствия
Несмотря на почтенный возраст самой науки биологии, микробиологи только в конце 19-го века смогли выявить некоторые характеристики совместной жизни бактерий и растений. Лишь затем, с появлением электронных микроскопов, были установлены механизмы тех связей, существование которых только констатировалось при изучении организмов более примитивными инструментами.
Сегодня биология имеет сведения о следующих видах взаимодействия бактерий и растений:
Подробнее можно увидеть классификацию в таблице.
Кроме разделения по характеру полезности, симбиозы растений с прокариотами могут находиться вне клеток растений (экзосимбиозы) или с поражением эукариотических растительных клеток (эндосимбиозы).
Мутуализм
Первые описания мутуализма биология получила в результате исследований голландского ботаника Бейеринка, проведенных в 1888 году. Он изучал клубеньки бобовых растений, природой которых биология интересовалась, начиная с 17-го века. В процессе изучения брались стерильные семена бобовых растений и проращивались в контролируемых условиях. Одни семена в процессе жизни обрабатывались чистыми культурами бактерий (специально разведенными в лабораторных условиях штаммами), выделенных из клубеньков, другие – не обрабатывались.
В результате эксперимента обработанные жидкостью с содержанием бактерий бобовые имели на своих корнях характерные клубеньки, а необработанные – не имели. Так было установлено, что присутствие бактерий имеет значение в формировании и жизни корневой системы бобовых.
Польза симбиоза устанавливалась гораздо дольше, и на сегодняшний день биология имеет следующее описание процесса этого полезного взаимодействия:
Большую роль такая совместная жизнь играет в сельском хозяйстве как единственный природный способ обогатить сельхозугодия азотом.
Паразитизм
Биология знает виды организмов, ведущих паразитический образ жизни в таких царствах, как царство грибов, царство растений, царство животных и, конечно же, царство бактерий.
Паразит использует хозяина как источник пищи, тем самым причиняя ему серьезный вред, вплоть до летального исхода. Процессы, которые сопровождают взаимодействие паразита с хозяином, называется патогенным. Степень опасности этих процессов для организма хозяина обозначается словом вирулентность (она бывает высокая, средняя и низкая) и зависит от количества бактерий-патогенов, способных вызвать опасность для жизни организма-хозяина. Чем их меньше, тем вирулентность выше.
В установлении взаимодействия бактерий-фитопаразитов с клетками растений основную роль играют два фактора:
Этими двумя свойствами обладают паразиты, живущие не только за счет растений, но и за счет грибов и животных.
По воздействию на организмы хозяев, как растений, так и животных, и грибов, деятельность бактерий-паразитов характеризуется выработкой токсинов (ядов). Бактерии могут продуцировать токсины в окружающую среду (экзотоксины) или накапливать яды внутри своей клетки, отравляя организм хозяина только после своей смерти.
Биология дала материал для изучения токсинов, влияющих на жизнь и здоровье растений. В биологии известно влияние бактериальных токсинов на растения. Они вызывают:
Комменсализм
Биология знает достаточно примеров комменсализма. В основном это использование организмами-комменсалами поверхностей других организмов для укрытия либо для перемещения в пространстве. При комменсализме одному участнику такие взаимоотношения выгодны, а другому – безразличны.
Взаимодействие растений и бактерий не очень богато случаями комменсализма. Даже если они и происходят, то носят эпизодический характер и не являются стратегией выживания.
Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.
Симбиоз – основа растительной жизни
Высшие растения жили в симбиозе с грибами и бактериями в течение всей своей истории. Выход растений на сушу во многом был обусловлен симбиозом с грибами (микориза). Генетические системы, обеспечивающие взаимодействие растений с микоризными грибами, в дальнейшем многократно менялись в связи с вовлечением в симбиоз новых грибов и бактерий. Первичная функция корней состояла в обеспечении симбиоза с почвенными микроорганизмами, и лишь потом корни приобрели способность самостоятельно усваивать питательные вещества из почвы.
Статья Н.А.Проворова представляет собой большой аналитический обзор, содержащий так много важных фактов и идей, что его переложение в виде краткой популярной заметки представляется делом довольно неблагодарным. Однако это необходимо сделать, поскольку мы не можем публиковать полные тексты статей (напомним, что организация, именуемая «МАИК Наука – Интерпериодика», владеет монопольным правом на торговлю этими текстами).
Ранее на нашем сайте уже был опубликован пересказ статьи Н.А.Проворова и Е.А.Долгих (см.: От биохимического сотрудничества – к общему геному ; там же есть подборка ссылок по новейшим открытиям в области изучения симбиотических систем).
В своей новой статье Н.А.Проворов показывает, что, несмотря на огромное разнообразие растительно-микробных симбиозов, большинство из них, по-видимому, имеют единое эволюционное происхождение.
1. Происхождение арбускулярной микоризы и происхождение наземных растений. Уже самые древние и примитивные наземные растения – псилофиты – жили в симбиозе с грибами и имели АМ (см.: W Remy, T N Taylor, H Hass, H Kerp. Four hundred-million-year-old vesicular arbuscular mycorrhizae // PNAS. 1994. V. 91. P. 11841-11843). У псилофитов еще не было настоящих корней. Их подземную часть представляли ризоиды, которые могли служить для закрепления растения в грунте, но не для питания. Поэтому для первых наземных растений симбиоз с грибами, по-видимому, был абсолютно необходим. АМ характерна и для большинства современных растений (а те, у которых ее нет, скорее всего, происходят от предков, имевших АМ).
На этом основании еще в 1970-х годах была предложена гипотеза о том, что выход растений на сушу состоялся именно благодаря симбиозу с АМ-грибами (Pirozinski, Malloch, 1975). Эта гипотеза впоследствии блестяще подтвердилась не только палеонтологическими данными, но и молекулярно-филогенетическими: анализ генов 18S рРНК показал, что АМ-грибы происходят от общего предка, жившего 400-500 млн лет назад, т.е. как раз в то время, когда на суше появились первые растения.
По-видимому, «уже на заре эволюции наземных растений у них сложилась способность регулировать жизнедеятельность микроорганизмов, колонизирующих подземные органы». Генные системы АМ довольно универсальны (это подверждается низкой специфичностью АМ-грибов по отношению к растениям), и в последствии они многократно перестраивались для организации различных симбиозов в различных группах растений.
2. Для чего нужны корни? Н.А.Проворов предполагает, что «поддержание микоризных грибов могло быть более древней функцией корней, чем самостоятельное усвоение питательных веществ из почвы». В дальнейшем корни «научились» самостоятельно всасывать минеральные вещества из почвы, и зависимость от микоризных грибов у некоторых растений стала слабее. Часть цветковых травянистых растений, а также некоторые культурные растения вообще утратили микоризу (у последних это во многом было связано с переходом растений на питание минеральными удобрениями). Однако большинство растений так и не перешли к полностью самостоятельному корневому питанию, а некоторые орхидные вообще утратили фотосинтез и стали получать весь углерод от симбиотических грибов. Иные из этих удивительных растений (орхидея Galeola) достигают гигантских размеров и имеют широкие ареалы. Эти орхидеи фактически паразитируют на других растительно-грибных симбиозах (грибы, от которых орхидеи получают органику, сами получают ее от других растений). Таким образом, «в ходе коэволюции растений с грибами потоки питательных веществ, которыми они обмениваются, могли достаточно легко менять свое направление». Растения, утратившие фотосинтез и перешедшие к паразитизму на грибах – симбионтах других растений известны и за пределами семейства орхидных (они есть среди двудольных, папоротников, мхов и печеночников).
В статье подробно разбираются возможные пути эволюции симбиоза растений с азотфиксирующими бактериями – ризобиями и актинобактериями. Отмечается, что большую роль в развитии этих сибмиозов сыграли преадаптации, развившиеся в ходе эволюции АМ, однако для налаживания взаимоотношений с новыми симбионтами были рекрутированы и многие гены и генные комплексы растений, которые ранее выполняли другие функции.
По-видимому, «приобретение двудольными способности к азотфиксирующим клубеньковым симбиозам было связано с последовательным замещением различных типов микроорганизмов, которые могут заселять межклеточные и субклеточные симбиотические компартменты в кортексе корня. При этом прокариотические азотфиксаторы использовали анцестральную программу размещения («хостинга») микросимбионтов, которая возникла при коэволюции древнейших наземных растений с АМ-грибами и претерпевала закономерные усложнения, происходившие параллельно в различных семействах».
Симбиоз с Frankia создал предпосылки для вступления растений в симбиоз и с другими азотфиксаторами, которые могли вытеснять актинобактерий из программы развития симбиоза, в частности, благодаря своему более быстрому росту. Бактерии-конкуренты научились быстрее, чем Frankia, активировать у растений программу «хостинга», т.е. стимулировать растение к приему симбионтов. Проникновению Frankia в корень предшествует долгий (в несколько суток) период накопления актинобактерий у поверхности корней, тогда как ризобии проходят этот предварительный этап всего за несколько часов.
Однако замена «грибоподобных» актинобактерий другими бактериальными симбионтами (ризобиями) была сопряжена с опасностью, поскольку это открывало дорогу в организм растения множеству других бактерий, в том числе патогенных. Возможно, именно поэтому симбиоз с ризобиями сложился лишь у бобовых и некоторых вязовых (это могло быть связано с особенностями защитных систем этих растений).
Таким образом, развитие разнообразных растительно-грибных и растительно-бактериальных симбиозов представляет собой единый эволюционный континуум.
Как полезные бактерии оздоравливают почву и повышают урожай
Добавление статьи в новую подборку
Считаете, что невозможно получить хороший урожай картошки или яблок без использования химических удобрений? Вы сильно ошибаетесь. Есть гораздо более современные и гуманные для растений и людей способы подкормки, которым доверяют продвинутые огородники.
О почвенных микроорганизмах и их влиянии на растения известно и написано уже довольно много. Биопрепараты, состоящие из полезных бактерий, выходят на первое место по популярности использования в современных садах, и это совершенно заслуженно.
Биологический форпост
Полезные бактерии улучшают плодородие почвы и способствуют приживаемости саженцев, производят вещества, помогающие прорастанию семян, ускоряют корнеобразование, помогают растениям усваивать полезные вещества из грунта, борются с вредными насекомыми и перерабатывают отходы. Полезное действие почвенных микроорганизмов в растениеводстве трудно переоценить.
Только ленивый сейчас не говорит об испорченной экологии, загрязнении почвы, напичканных вредными для организма человека нитратами продуктах, которые мы покупаем на рынке и в магазинах. Зато у каждого садовода есть возможность вырастить абсолютно экологически чистые, полезные для здоровья фрукты и овощи в собственном саду.
Вокруг корневой системы растений сосуществует множество микроорганизмов, как полезных, так и патогенных. Одни могут угнетать других, или, наоборот, способствовать их развитию либо вообще никак не взаимодействовать друг с другом.
Этот биоценоз воздействует на растения. В зависимости от его состава, растения могут заболевать или же активно расти и плодоносить. Задача садовода – создать правильный биоценоз микроорганизмов, т.е. такой, в котором устойчиво преобладают полезные бактерии.
Бактерии-помощники
Состав самых полезных для растений бактерий, живущих в почве, непостоянен и подвержен колебаниям в зависимости от множества природных условий. Лучше всего бактерии «работают» на окультуренных плодородных почвах, обеспеченных органическим веществом и влагой.
Функции у этих микроорганизмов самые разнообразные.
Bacillus subtilis (сенная палочка) производит природные антибиотики, уменьшая воздействие на растения патогенных микроорганизмов, синтезирует витамины, аминокислоты и вещества, стимулирующие собственный «иммунитет» растений, выделяет ферменты, способные удалять продукты гнилостного распада тканей.
Bacillus megaterium способна переводить недоступные для растений формы элементов питания в усвояемые, в частности, высвобождает фосфор из органики и преобразует его в растворимые соли фосфорной кислоты. То есть эти бактерии улучшают фосфорное питание, а еще обладают ростостимулирующим эффектом.
Pseudomonas fluorescens синтезирует регуляторы роста растений (например, индолилуксусную кислоту, которая стимулирует корнеобразование), улучшает фосфорное питание, делая фосфор доступным для растений, подавляет рост фитопатогенных грибков и бактерий (в том числе благодаря образованию антибиотиков).
Azotobacter chroococcum улучшает азотное питание растений, фиксируя азот из воздуха, но кроме того еще вырабатывает вещество, угнетающее развитие микроскопических патогенных грибков, задерживающих рост растений.
Lactococcus lactis повышает продуктивность растений, стимулирует развитие естественной микробной флоры.
Мир без войны
Микроорганизмы способны быстро захватывать новые территории, расширяя свой ареал обитания, и стойко охранять уже занятую ими территорию от других микробов. Благодаря этому свойству полезные микроорганизмы вытесняют патогенные, но с тем же успехом могут бороться между собой за «место под солнцем». То есть если все полезные для растений микроорганизмы начнут работать одновременно, вместо ожидаемой пользы мы увидим обратную картину: бактерии станут убивать друг друга.
Атлант для здоровья и силы ваших растений
Решением данной проблемы стала разработка российскими учеными принципиально нового комплексного биологического препарата Атлант от компании «Ваше хозяйство», в котором микроорганизмы выполняют свою работу последовательно, не угнетая друг друга.
После использования препарата бактерии-помощники в его составе создают в корневой и прикорневой зоне правильный биоценоз. В результате полезные бактерии вытесняют патогенную микрофлору, подавляя вредоносные микроорганизмы, тем самым предотвращают стеблевые и листовые болезни растений.
Кроме того, полезные микробы выделяют особые биохимические вещества, стимулирующие собственный иммунитет растений, что делает их еще более сильными и здоровыми без использования какой-либо «химии», а также оздоравливают саму почву и повышают ее плодородие, обогащая азотом и фосфором. Эти эффекты подтверждены лабораторными и полевыми испытаниями.
Атланты, как известно, отличались необычайной силой. Новый отечественный биопрепарат Атлант поможет вашим растениям быть сильными и здоровыми, а вам – наслаждаться полезным экологически чистым урожаем.
Как применять препарат Атлант
Средство производится в двух формах:
Атлант ЗДОРОВЬЕ РАСТЕНИЙ И ПОЧВЫ применяется в виде сухого порошка методом опудривания посадочного материала и семян перед посевом/посадкой или путем внесения в грунт перед посадкой с дальнейшим заделыванием в почву.
Атлант ПИТАНИЕ И РОСТ применяется в виде водного раствора для замачивания посадочного материала перед высадкой и для корневой подкормки (полива) рассады и растений в период вегетации.
Применять Атлант можно на любых культурах: овощных, плодовых и ягодных, зеленных, цветочных, декоративных, горшечных и на газонах.
Безопасность – главное свойство Атланта
Очень важно, что обработки можно проводить в течение всего периода вегетации, даже во время плодоношения, поскольку микроорганизмы, входящие в состав препарата Атлант, безопасны для человека и животных. Атлант не образует опасных веществ и не загрязняет почву тяжелыми металлами и радионуклидами. Более того, в продукции (плодах, ягодах, стеблях, листьях и т.д.) снижается содержание нитратов и пестицидов.
Атлант не содержит азот, зато в его состав входят микроорганизмы, обогащающие почву азотными соединениями в доступной для растений форме. В результате применение минеральных удобрений можно сократить, это и снизит содержание нитратов в продукции. Другие микроорганизмы в составе Атланта помогают растениям бороться с болезнями, это дает возможность отказаться от использования пестицидов.
Наверняка в своем огороде вы захотите выращивать только чистые от нитратов и пестицидов овощи и фрукты, которые не причинят вреда здоровью близких вам людей. Комплекс полезных бактерий будет «работать» в течение всего сезона, поэтому для хорошего урожая никакой «химии» огороду просто не понадобится.
Что дают друг другу бактерии и растения
Найдите три ошибки в приведённом тексте «Структуры клеток». Укажите номера предложений, в которых допущены ошибки, исправьте их.
Оплодотворение у цветковых растений
(1)Цитология — это раздел биологии, изучающий живые клетки, их органеллы, строение, функционирование, процессы клеточного размно-жения, старения и смерти. (2)Все органеллы клетки можно разделить на три группы: одномембранные, двумембранные, трёхмембранные. (3)К двумембранным органеллам относятся митохондрии и пластиды. (4)Митохондрии можно увидеть в клетках бактерий, растений, животных, грибов. (5)У бактерий нет оформленного ядра, а генетический аппарат у них представлен кольцевой ДНК — нуклеоидом. (6)Цитоплазма, плазмо-лемма и рибосомы присутствуют в клетках представителей всех царств живых организмов. (7)Поверх плазмолеммы может присутствовать клеточная стенка, которая у растений в основном состоит из вещества белковой природы — клетчатки.
1. 2 – все органеллы клетки можно разделить на три группы: одномембранные, двумембранные, немембранные.
2. 4 – митохондрии можно увидеть в клетках растений, животных, грибов, а в клетках бактерий митохондрии отсутствуют.
3. 7 – клеточная стенка у растений состоит из вещества углеводной природы (из полисахарида) – клетчатки.
Если в ответе исправлено четыре и более предложения, то за каждое лишнее исправление правильного предложения на неправильное снимается по 1 баллу.
Бактерии
Бактерии — самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле. Первые бактерии появились, вероятно, более 3,5 млрд лет назад и на протяжении почти миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Поскольку это были первые представители живой природы, их тело имело примитивное строение.
Со временем их строение усложнилось, но и поныне бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и сейчас ещё сохранили примитивные черты своих древних предков. Это наблюдается у бактерий, обитающих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.
Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.
Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук — голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.
Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство — Бактерии.
Форма тела
Бактерии — многочисленные и разнообразные организмы. Они различаются по форме.
| Название бактерии | Форма бактерии | Изображение бактерии |
| Кокки |  | Шарообразная |
| Бацилла |  | Палочковидная |
| Вибрион |  | Изогнутая в виде запятой |
| Спирилла |  | Спиралевидная |
| Стрептококки |  | Цепочка из кокков |
| Стафилококки |  | Грозди кокков |
| Диплококки |  | Две круглые бактерии, заключённые в одной слизистой капсуле |
Способы передвижения
Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других — на двух или по всей поверхности.
Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.
У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно — азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии — передвигаться в капиллярах почвы.
Место обитания
В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с огромной глубины нефти и даже в воде горячих источников с температурой около 80ºС. Обитают они на растениях, плодах, у различных животных и у человека в кишечнике, ротовой полости, на конечностях, на поверхности тела.
Бактерии — самые мелкие и самые многочисленные живые существа. Благодаря малым размерам они легко проникают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособлены к различным условиям существования. Переносят высушивание, сильные холода, нагревание до 90ºС, не теряя при этом жизнеспособность.
Практически нет места на Земле, где не встречались бы бактерии, но в разных количествах. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород воздуха, другие в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной среде.
В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до 30 км. и больше.
Особенно много их в почве. В 1 г. почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий.
В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки.
В живых организмах: болезнетворные бактерии попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных условиях вызываю заболевания. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.
Внешнее строение
Клетка бактерии одета особой плотной оболочкой — клеточной стенкой, которая выполняет защитную и опорную функции, а также придаёт бактерии постоянную, характерную для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты обмена веществ выходят в окружающую среду. Часто поверх клеточной стенки у бактерий вырабатывается дополнительный защитный слой слизи — капсула. Толщина капсулы может во много раз превышать диаметр самой клетки, но может быть и очень небольшой. Капсула — не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые попадают бактерии. Она предохраняет бактерию от высыхания.
На поверхности некоторых бактерий имеются длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может во много раз превышать разметы тела бактерии. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.
Внутреннее строение
Внутри клетки бактерии находится густая неподвижная цитоплазма. Она имеет слоистое строение, вакуолей нет, поэтому различные белки (ферменты) и запасные питательные вещества размещаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центральной части их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, — нуклеиновая кислота — ДНК. Но это вещество не оформлено в ядро.
Внутренняя организация бактериальной клетки сложна и имеет свои специфические особенности. Цитоплазма отделяется от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. В цитоплазме различают основное вещество, или матрикс, рибосомы и небольшое количество мембранных структур, выполняющих самые различные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы различной формы и размеров. Гранулы могут состоять из соединений, которые служат источником энергии и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.
Способы питания
У бактерий наблюдаются разные способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы — организмы, способные самостоятельно образовывать органические вещества для своего питания.
Гетеротрофы — организмы, использующие для своего питания готовые органические вещества. Гетеротрофные бактерии подразделяются на сапрофитов, симбионтов и паразитов.
| Бактерии-сапрофиты | Бактерии-симбионты | Бактерии-паразиты |
| Извлекают питательные вещества из мёртвого и разлагающего органического материала. Обычно они выделяют в этот гниющий материал свои пищеварительные ферменты, а затем всасывают и усваивают растворённые продукты. | Живут совместно с другими организмами и часто приносят им ощутимую пользу. Бактерии, живущие в утолщениях корней бобовых растений. | Живут внутри другого организма или на нём, укрываются и питаются его тканями. Вызывают различные заболевания – бактериозы. |
Растения нуждаются в азоте, но сами усваивают азот воздуха не могут. Некоторые бактерии соединяют содержащиеся в воздухе молекулы азота с другими молекулами, в результате чего получаются вещества, доступные для растений.
Эти бактерии поселяются в клетках молодых корней, что приводит к образованию на корнях утолщений, называемых клубеньками. Такие клубеньки образуются на корнях растений семейства бобовых и некоторых других растений.
Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням — такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.
Корни растений выделяют много органических веществ (сахара, аминокислоты и другие), которыми питаются бактерии. Поэтому в слое почвы, окружающем корни, поселяется особенно много бактерий. Эти бактерии превращают отмершие остатки растений в доступные для растения вещества. Этот слой почвы называют ризосферой.
Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:
Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз:
В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножается, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина.
Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные. К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.
Бактерии клубеньков создают десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.
Обмен веществ
Бактерии отличаются друг от друга обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у других — без его участия.
Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами. Лишь некоторые из них (сине-зелёные, или цианобактерии), способны создавать органические вещества из неорганических. Они сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.
Бактерии впитывают вещества извне, разрывают их молекулы на части, из этих частей собирают свою оболочку и пополняют своё содержимое (так они растут), а ненужные молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембрана бактерии позволяет ей впитывать только нужные вещества.
Если бы оболочка и мембрана бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержимое клетки перемешалось бы со средой — раствором, в которой обитает бактерия. Для выживания бактерии необходима оболочка, которая нужные вещества пропускает, а ненужные — нет.
Бактерия поглощает находящиеся близ неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может самостоятельно передвигаться (двигая жгутик или выталкивая назад слизь), то она перемещается, пока не найдёт необходимые вещества.
Если она двигаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул другого вещества) не принесёт к ней необходимые молекулы.
Бактерии в совокупности с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Превращая различные соединения, они получают необходимую для их жизнедеятельности энергию и питательные вещества. Процессы обмена веществ, способы добывания энергии и потребности в материалах для построения веществ своего тела у бактерий разнообразны.
Одни бактерии нуждаются в готовых органических веществах — аминокислотах, углеводах, витаминах, — которые должны присутствовать в среде, так как сами они не смогут их синтезировать. Такие микроорганизмы называются гетеротрофами. Они получают необходимую им энергию при окислении органических веществ кислородом или при сбраживании (без участия кислорода). В зависимости от субстрата, на котором развиваются бактерии, различают:
Другие бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Они называются автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них различают:
