AZOSPIRILLUM: CHARAKTERYSTYKA, SIEDLISKO, METABOLIZM - BIOLOGIA - 2026

Azospirillum to rodzaj wolno żyjących bakterii Gram-ujemnych zdolnych do wiązania azotu. Od wielu lat znany jest jako stymulator wzrostu roślin, gdyż jest organizmem pożytecznym dla upraw.

Dlatego należą do grupy ryzobakterii sprzyjających wzrostowi roślin i zostały wyizolowane z ryzosfery traw i zbóż. Z punktu widzenia rolnictwa Azospirillum jest gatunkiem szeroko badanym pod kątem swoich właściwości.

Autor: Frank Vincentz, źródło Wikimedia Commons

Bakteria ta ma zdolność wykorzystywania składników odżywczych wydalanych przez rośliny i jest odpowiedzialna za wiązanie azotu atmosferycznego. Dzięki tym wszystkim korzystnym właściwościom znajduje się w preparatach bionawozów do stosowania w alternatywnych systemach rolniczych.

Taksonomia

W 1925 r. Wyodrębniono pierwszy gatunek tego rodzaju i nazwano go Spirillum lipoferum. Dopiero w 1978 roku postulowano rodzaj Azospirillum.

Obecnie rozpoznaje się dwanaście gatunków należących do tego rodzaju bakterii: A. lipoferum i A. brasilense, A. amazonense, A. halopraeferens, A. irakense, A. largimobile, A. doebereinerae, A. oryzae, A. melinis, A. canadense , A. zeae i A. rugosum.

Te rodzaje należą do rzędu Rhodospirillales i do podklasy alfaproteobakterii. Ta grupa charakteryzuje się wierzeniem przy niewielkich stężeniach składników odżywczych i nawiązywaniem symbiotycznych relacji z roślinami, mikroorganizmami chorobotwórczymi dla roślin, a nawet z ludźmi.

Ogólna charakterystyka i morfologia

Rodzaj można łatwo zidentyfikować na podstawie jego wibroidalnego lub grubego kształtu pręta, pleomorfizmu i ruchliwości spiralnej. Mogą być proste lub lekko zakrzywione, ich średnica wynosi około 1 um, a długość 2,1 do 3,8. Końcówki są ogólnie ostre.

Bakterie z rodzaju Azospirillum wykazują wyraźną ruchliwość, przedstawiając wzór wici polarnej i bocznej. Pierwsza grupa wici służy przede wszystkim do pływania, druga natomiast do poruszania się po twardych powierzchniach. Niektóre gatunki mają tylko wici polarną.

Ta ruchliwość umożliwia bakteriom przemieszczanie się do obszarów, w których warunki sprzyjają ich rozwojowi. Ponadto przyciągają chemicznie kwasy organiczne, związki aromatyczne, cukry i aminokwasy. Są również zdolne do przemieszczania się w obszary z optymalnymi skurczami tlenu.

W obliczu niekorzystnych warunków - takich jak wysychanie lub niedobór składników odżywczych - bakterie mogą przybrać postać cyst i wytworzyć zewnętrzną powłokę złożoną z polisacharydów.

Genomy tych bakterii są duże i mają wiele replikonów, co świadczy o plastyczności organizmu. Wreszcie charakteryzują się obecnością ziaren poli-b-hydroksymaślanu.

Siedlisko

Azospirillum znajduje się w ryzosferze, niektóre szczepy przeważnie zamieszkują powierzchnię korzeni, chociaż istnieją typy zdolne do infekowania innych obszarów rośliny.

Został wyizolowany z różnych gatunków roślin na całym świecie, od środowisk o klimacie tropikalnym po regiony o umiarkowanych temperaturach.

Zostały wyizolowane ze zbóż, takich jak kukurydza, pszenica, ryż, sorgo, owies, z traw, takich jak Cynodon dactylon i Poa pratensis. Zostały również odnotowane w agawie i różnych kaktusach.

Nie występują one jednorodnie w korzeniu, niektóre szczepy wykazują specyficzne mechanizmy infekowania i kolonizacji wnętrza korzenia, a inne specjalizują się w kolonizacji śluzowatej części lub uszkodzonych komórek korzenia.

Metabolizm

Azospirillum wykazuje bardzo zróżnicowany i wszechstronny metabolizm węgla i azotu, co pozwala temu organizmowi na adaptację i konkurowanie z innymi gatunkami w ryzosferze. Mogą rozmnażać się w środowiskach beztlenowych i tlenowych.

Bakterie wiążą azot i jako źródło tego pierwiastka mogą wykorzystywać amon, azotyny, azotany, aminokwasy i azot cząsteczkowy.

Konwersja azotu atmosferycznego do amoniaku odbywa się za pośrednictwem kompleksu enzymatycznego składającego się z dinitrogenazy białkowej, która zawiera molibden i żelazo jako kofaktor oraz inną część białka zwaną reduktazą dinitrogenaz, która przenosi elektrony od dawcy do białka.

Podobnie enzymy syntetaza glutaminy i syntetaza glutaminianu biorą udział w asymilacji amonu.

Interakcja z rośliną

Skojarzenie między bakterią a rośliną może wystąpić z powodzeniem tylko wtedy, gdy bakteria jest w stanie przetrwać w glebie i znaleźć znaczną populację korzeni.

W ryzosferze malejący gradient składników odżywczych od korzenia do otoczenia jest generowany przez wydzieliny rośliny.

Ze względu na wspomniane powyżej mechanizmy chemotaksji i ruchliwości bakterie są zdolne do przemieszczania się do rośliny i wykorzystywania wysięków jako źródła węgla.

Specyficzne mechanizmy wykorzystywane przez bakterie do interakcji z rośliną nie zostały jeszcze w pełni opisane. Jednak wiadomo, że w tym procesie biorą udział pewne geny bakterii, w tym pelA, sala, salB, mot 1, 2 i 3, laf 1 itd.

Aplikacje

Ryzobakterie sprzyjające wzrostowi roślin, w skrócie PGPR od akronimu w języku angielskim, obejmują grupę bakterii stymulujących wzrost roślin.

Stwierdzono, że połączenie bakterii z roślinami jest korzystne dla wzrostu roślin. Zjawisko to zachodzi dzięki różnym mechanizmom, które powodują wiązanie azotu i produkcję hormonów roślinnych, takich jak auksyny, gibryliny, cytokininy i kwas absyzynowy, które przyczyniają się do rozwoju rośliny.

Ilościowo najważniejszym hormonem jest auksyna - kwas indolooctowy (IAA), pochodzący z aminokwasu tryptofanu - syntetyzowany przez co najmniej dwa szlaki metaboliczne w obrębie bakterii. Jednak nie ma bezpośrednich dowodów na udział auksyny w zwiększaniu wzrostu roślin.

Gibryliny oprócz udziału we wzroście stymulują podział komórek i kiełkowanie nasion.

Cechy charakterystyczne roślin zaszczepionych tą bakterią obejmują wzrost długości i liczby bocznie położonych korzeni, wzrost liczby włośników oraz wzrost suchej masy korzenia. Zwiększają także procesy oddychania komórkowego.

Bibliografia

1. Caballero-Mellado, J. (2002). Rodzaj Azospirillum. Meksyk, D F. UNAM.
2. Cecagno, R., Fritsch, TE i Schrank, IS (2015). Bakterie stymulujące wzrost roślin Azospirillum amazonense: wszechstronność genomowa i ścieżka fitohormonów. BioMed Research International, 2015, 898592.
3. Gómez, MM, Mercado, EC i Pineda, EG (2015). Azospirillum a rhizobacterium o potencjalnym zastosowaniu w rolnictwie. Biological Journal of DES Agricultural Biological Sciences Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, 16 (1), 11–18.
4. Kannaiyan, S. (red.). (2002). Biotechnologia bionawozów. Alpha Science Int'l Ltd.
5. Steenhoudt, O., & Vanderleyden, J. (2000). Azospirillum, wolno żyjąca bakteria wiążąca azot ściśle związana z trawami: aspekty genetyczne, biochemiczne i ekologiczne. Recenzje mikrobiologiczne FEMS, 24 (4), 487–506.
6. Tortora, GJ, Funke, BR i Case, CL (2007). Wprowadzenie do mikrobiologii. Panamerican Medical Ed.