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.

Роль бактерий в природе

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:

  • мутуализм (роль, которая отведена бактериям и растениям в этом взаимовыгодном симбиозе – помогать друг другу);
  • паразитизм (значение и роль симбионтов в таком союзе негативная: симбионт-паразит вредит симбионту-хозяину; в подавляющем большинстве известных случаев паразитами являются бактерии);
  • комменсализм (бактерии или грибы получают питание от хозяина-растения, при этом самому хозяину в результате такого питания ущерб не причиняется).

Подробнее можно увидеть классификацию в таблице.

Виды взаимодействия

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:

  1. У каждого вида бобовых растений есть свои персональные бактерии-симбионты (у клевера – свои, у гороха – свои, у бобов – свои). Такая персонификация имеет значение при взаимодействии белков (лектинов) корневых волосков растения с углеводами клеточной мембраны бактерий. Белки каждого вида бобовых имеют свои отличительные особенности. Именно поэтому требуются разные углеводы в бактериальных клеточных мембранах для успешной совместной жизни.
  2. В процессе прорастания семян растений, в ризосфере (область почвы возле корней) накапливаются органические питательные вещества, которые выделяют корни в грунт в процессе своего роста. Привлеченные этой органикой бактерии взаимодействуют с корневыми волосками растений и через них проникают в эукариотические клетки корней бобовых.
  3. С момента проникновения бактерий в ткани корня, в корневых клетках начинают вырабатываться особые белки – флавоноиды (учеными определена главенствующая роль флавоноидов в формировании окраски растений). В ответ на увеличение количества флавоноидов бактерия начинает вырабатывать белки, отвечающие за согласованность действий бактериальной клетки и корневой клетки.
  4. Действуя согласованно, прокариотические и эукариотические клетки образуют в полости корня бобового трубку, в которой и разрастается бактериальная колония.
  5. В процесс симбиоза бактерии избавляют эукариотические клетки от избытка кислорода и фиксируют азот из атмосферы в клубеньках корневой системы. Атмосферный азот фиксируется только в этих симбиотических образованиях за счет синтеза в них защитного белка – леггемоглобина.

Большую роль такая совместная жизнь играет в сельском хозяйстве как единственный природный способ обогатить сельхозугодия азотом.

Клубеньки на корнях бобовых растений

В полезном сотрудничестве с растениями задействованы не только бактерии, но и эукариоты – грибы. Причем механизм взаимодействия очень похож. Грибы в процессе жизни образовывают в корнях растений мицелий (грибницу), которая играет активную роль в обеспечении и растения и грибов фосфором и органикой из почвы. Такой симбиоз грибов и растений называется микориза.

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:

  • адгезия (специфические свойства бактерий, позволяющие прилипать к клеткам растений);
  • действие ферментов гидролаз (белков, ускоряющий химические реакции), которые разрушают стенки эукариотических клеток.

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.

Бактерии сапрофиты и паразиты

Биология дала материал для изучения токсинов, влияющих на жизнь и здоровье растений. В биологии известно влияние бактериальных токсинов на растения. Они вызывают:

  • увядание в результате закупорки проводящих сосудов;
  • разрушение ткани (гниль);
  • некрозы (порча листьев);
  • опухоли (гипертрофии) в результате неправильного формирования тканей растения.

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.

Широко в природе распространены комменсалы-грибы. В основном грибы сотрудничают с насекомыми, которые имеют возможность разнести на своих конечностях грибные споры. Также известны грибы, которые выступают в качестве стороны, создающей условия для успешного существования организма-комменсала. Так, грибы, разрушающие древесину, создают условия (труху) для развития личинок некоторых видов насекомых.

Взаимодействие растений и бактерий не очень богато случаями комменсализма. Даже если они и происходят, то носят эпизодический характер и не являются стратегией выживания.

Похожие статьи:
Загрузка...

__________________________

Остались вопросы? Задайте их в комментариях к статье, мы обязательно ответим

  • Ашихмина

    Удивительно, что «неразумные» растения и микроскопические бактерии способны столько активно
    использовать сложные логические ходы ради своего выживания. Лично у меня, при
    словах паразитизм или симбиоз возникали мысли исключительно о животных или
    людях, но никак не о цветах или деревьях. Причем, тема так заинтересовала, что
    хочется узнать больше примеров.

  • Алла

    У нас как и на даче, так и во дворе, растет много чего и съедобного, и просто приятного глазу. С детства мне достается какая-то часть работы по уходу за этими растениями, но, тем не менее, я не знала, что бактерии могут не только не вредить им, но и быть жизненно необходимыми.
    Так же, интересно было бы провести некую параллель между способами взаимодействия растений с бактериями и между человеческими взаимоотношениями. Если понаблюдать, но можно найти не один красочный пример комменсализма, мутуализма и паразитизма среди людей.

  • Софья Александровна

    Мутуализм может быть коадаптационным — жизненно важным для обоих участников, либо протокооперационным — зависимость партнеров друг от друга не смертельна. Если говорить о примере, то мне вспоминается рубец коровы. Эти животные не могут переваривать целлюлозу — основную составляющую растений. За ее разрушение отвечают микроорганизмы из рубца. Здесь правда, речь идет о симбионте высшего и простейшего организмов, но растения в нем тоже участвуют.