Τετάρτη, 01 Νοεμβρίου 2023

Τα αζωτοβακτήρια και η επίδραση τους στην απόδοση της καλλιέργειας

Γράφει: η Ομάδα γεωπόνων της Farmacon
Τα αζωτοβακτήρια και η επίδραση τους στην απόδοση της καλλιέργειας

Ο όρος συμβίωση χρησιμοποιήθηκε για  τη συνύπαρξη δύο ανόμοιων οργανισμών και χαρακτηρίζει την κοινή διαβίωση παρασίτου-ξενιστή, καθώς και τις σχέσεις βάση των οποίων οι οργανισμοί βοηθούν ο ένας τον άλλο.

Από τους οργανισμούς, μόνον ορισμένοι προκαρυωτικοί έχουν την ικανότητα να δεσμεύουν και να ανάγουν το ατμοσφαιρικό άζωτο σε αμμωνία. Μεταξύ αυτών τα ελεύθερα ζώντα βακτήρια του γένους Azotobacter, Clostridium, Azospirillum και τα κυανοφύκη, όπως επίσης και τα συμβιωτικά βακτήρια του γένους Rhizobium, Frankia και Azorhizobium. Το φαινόμενο καλείται αζωτοδέσμευση ή βιολογική δέσμευση του αζώτου και είναι μια πολύπλοκη βιοχημική διεργασία.

Η αμμωνία είναι το πρώτο προϊόν της δέσμευσης του μοριακού αζώτου, η οποία αφομοιώνεται σε αμινοξέα και ακολούθως σε πρωτεΐνες και νουκλεϊκά οξέα. Υπάρχουν και άλλα βακτήρια που δεσμεύουν άζωτο, τα οποία ανήκουν στο γένος Azotobacter, ζουν ελεύθερα στο έδαφος και όχι στα φυμάτια των ριζών. Και αυτά τα βακτήρια έχουν μελετηθεί από τους επιστήμονες της γενετικής μηχανής είτε για τη βελτίωση της ικανότητάς τους να δεσμεύουν άζωτο είτε για να χρησιμοποιηθούν ως πηγή γονιδίων νιτρογενάσης για ενσωμάτωση στα φυτά. Έτσι μη συμβιωτικά βακτήρια των γενών Azotobacter και Clostridium είναι ικανά να δεσμεύσουν άζωτο.

AZVTODESMEYTIKA

To Azotobacter είναι αερόβιο και το Clostridium αναερόβιο και τα δύο είναι συνηθισμένα σαπροφυτικά βακτήρια εδάφους. Υπολογίζεται ότι πιθανά προσθέτουν περίπου 700 gr αζώτου ανά στρέμμα εδάφους το χρόνο. Μια άλλη σπουδαία ομάδα περιλαμβάνει πολλά φωτοσυνθετικά βακτήρια, όπως κυανοβακτήρια. Οι διαφορές μεταξύ δέσμευσης αζώτου από ελεύθερα βακτήρια και δέσμευσης αζώτου από βακτήρια που ζουν σε συμβιωτικές σχέσεις δεν είναι πάντα ευδιάκριτες. Για παράδειγμα, τα αερόβια βακτήρια Azotobacter που δεσμεύουν άζωτο αναπτύσσονται συνήθως γύρω, από τις ρίζες ορισμένων αγρωστωδών, όπως του σακχαροκάλαμου (Saccharum officinarum), όπου παίζουν σημαντικό ρόλο στον εφοδιασμό των φυτών με άζωτο. Τα αγρωστώδη (και τα άλλα φυτά) ίσως αποβάλλουν οργανικές ενώσεις που λειτουργούν ως πηγή ενέργειας γι’ αυτά τα «ελεύθερα» βακτήρια.  

Οι αζωτοδεσμευτικοί οργανισμοί διαθέτουν όλοι το ενζυμικό σύστημα της νιτρογενάσης το οποίο είναι υπεύθυνο για την μοριακή μετατροπή του μοριακού αζώτου σε αμμωνιακά ιόντα και χωρίζονται σε τρεις κατηγορίες:

► Τους ελεύθερα διαβιούντες που προσφέρουν λίγο στη βιολογική αζωτοδέσμεση,

► σε αυτούς που αναπτύσσουν συνεργιστικές σχέσεις με ανώτερα φυτά, διαβιώντας είτε σε στενή επαφή με τη ριζόσφαιρα είτε ακόμα και μέσα στους μεσοκυττάριους χώρους

► και τέλος στη σημαντικότερη κατηγορία αζωτοδεσμευτικών μικροοργανισμών οι οποίοι δημιουργούν συμβιωτικές σχέσεις με ανώτερα φυτά.

Στην τελευταία κατηγορία  περιλαμβάνονται βακτήρια που ανήκουν στα γένη Rhizobium, Mesorhizobioum, Shinorhizobium, Bradyrhizobium και Azorhizobium,  τα οποία αναφέρονται συνολικά ως ριζόβια, καθώς και στο γένος Frankia. Τα ριζόβια ανήκουν στην οικογένεια Rhizobiaceae και επάγουν το σχηματισμό φυματίων σε φυτά της οικογένειας των ψυχανθών.

1 s2.0 S0713274306800103 gr5

Μη συμβιωτική αζωτοδέσμευση

Ένας μεγάλος αριθμός οργανισμών που διαβιούν ελεύθερα στη φύση, ανεξάρτητα από τα φυτά, έχει την ικανότητα να δεσμεύει ατμοσφαιρικό άζωτο. Ο κύριος περιορισμός στη μη συμβιωτική δέσμευση του αζώτου είναι η διαθεσιμότητα των πηγών άνθρακα και ενέργειας, ώστε να βρεθεί η απαραίτητη ενέργεια για την εντατική και απαιτητική διαδικασία της δέσμευσης. Τα βακτήρια που ζουν στο έδαφος ονομάζονται βακτήρια ελεύθερης διαβίωσης, καθώς η επιβιωσή τους δεν εξαρτάται άμεσα από τις ριζικές εκκρίσεις. Ωστόσο έχουν αποδοτικά συστήματα απορρόφησης και καταβολισμού των οργανικών ενώσεων που περιέχονται σε αυτές. Σε πολλές περιπτώσεις οι εκκρίσεις της ρίζας των φυτών παίζουν σημαντικό ρόλο στην προσέλευση διαφόρων τύπων βακτηρίων στη ριζόσφαιρα.

Τα βακτήρια του γένους Frankia, δημιουργούν συμβιωτικές σχέσεις με το μεγαλύτερο μέρος των ξυλώδων ψυχανθών που απαντώνται κυρίως σε τροπικές περιοχές καθώς και μερικά εντοπίζονται σε εύκρατες και αρκτικές περιοχές.

Συμβιωτική αζωτοδέσμευση

Η σημαντικότερη συνεισφορά στη βιολογική αζωτοδέσμευση προκύπτει από τη συμβιωτική σχέση ορισμένων μικροοργανισμών με τις ρίζες των ανώτερων φυτών. Τα συστήματα μη συμβιωτικής αζωτοδέσμευσης δεσμεύουν πολύ λιγότερο άζωτο από τα συμβιωτικά συστήματα όπου οι ξενιστές παρέχουν απευθείας στους συμβιώντες μικροοργανισμούς την απαιτούμενη ενέργεια και προστατεύουν  το ενζυμικό σύστημα της νιτρογενάσης από απενεργοποίηση λόγω του οξυγόνου.

Η πλέον σημαντική μορφή βιολογικής αζωτοδέσμευσης είναι η συμβιωτική μεταξύ ριζόβιων βακτηρίων και ψυχανθών. Το αποτέλεσμα της συμβιωτικής αυτής σχέσης είναι ο σχηματισμός ενός νέου φυτικού ιστού, με ιδιαίτερα μορφολογικά και φυσιολογικά χαρακτηριστικά, το οποίο ονομάζεται φυμάτιο. Εντός του φυματίου, οι διαφοροποιημένες μορφές των ριζοβίων, που ονομάζονται πλέον βακτηριοειδή, βρίσκουν το κατάλληλο περιβάλλον για να φέρουν σε πέρας τη βιοχημική μετατροπή του μοριακού αζώτου σε αμμωνία. Η παραπάνω σχέση αποβαίνει αμοιβαία επωφελής και για τους δύο συμβιώτες, αφού το φυτό παρέχει στα ριζόβια ένα περιβάλλον πλούσιο σε πηγές φωτοσυνθετικού οργανικού άνθρακα και απαλλαγμένο από τον ανταγωνισμό άλλων μικροοργανισμών, ενώ με τη σειρά τους τα αριζόβια καλύπτουν το μεγαλύτερο μέρος των αναγκών του φυτού σε αφομοιώσιμο άζωτο. Παρατηρείται εξειδίκευση στη συμβιωτική σχέση μεταξύ μικροβίου και φυτού. Απαραίτητη προυπόθεση για το σχηματισμό του φυματίου είναι το ριζόβιο να είναι συμβατό με το φυτό το οποίο καθορίζεται από γενετικούς ή χημικούς παράγοντες στα κυτταρικά τοιχώματα των ριζών των ψυχανθών, ή των βακτηρίων ή και στα δύο, που καθορίζουν τη συγγένεια ανάμεσα στο ψυχανθές και το είδος ή τη φυλή του βακτηρίου. Στην περίπτωση ασυμβατότητας είτε δεν σχηματίζεται φυμάτιο είτε το φυμάτιο είναι μη λειτουργικό. Ορισμένα ριζόβια έχουν την ικανότητα να συμβιώνουν με ένα ευρή φάσμα φυτών, ενώ άλλα με ποιο στενό.

Ο εμβολιασμός με ριζόβια στα ψυχανθή είναι ευρέως διαδεδομένος και διεξάγεται με σκοπό τον σχηματισμό των φυματίων, για αξιοποίηση του ατμοσφαιρικού αζώτου. Αυτό μπορεί να διατηρήσει την ανάπτυξη των φυτών και να αυξήσει την απόδοση της παραγωγής μειώνοντας ταυτόχρονα  την εφαρμογή ανόργανων λιπασμάτων.

 

ΠΗΓΕΣ

Γιαννίκος, Γ. (2019). Αξιολόγηση της αζωτοδεσμευτικής ικανότητας του αμπελοφάσουσου (Vigna unguiculata L.) εμβολιασμένου με διαφορετικά στελέχη ριζοβίων σε συνθήκες κανονικής και ελλειμματικής άρδευσης.

Fincham, J. R. S and Ravetz, J. R.: (1991) Genetically engineered organisms: benefits and risks.Open University Press, Backingham 1991, (pp. 57-58).

Διαμαντίδης Γρ.: Εισαγωγή στη Βιοχημεία, UNIVERSITY STUDIO PRESS, Θεσσαλονίκη 1994, (σελ. 229-236).

Καραμπέτσος I.: Φυσιολογία Φυτών, Σημειώσεις ΤΕΙ Καλαμάτας, Καλαμάτα 1999, (σελ. 68-69).

 

 

Σχετικά Άρθρα

  • Γιάννουλη Λάρισας
  • Αυτή η διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου προστατεύεται από τους αυτοματισμούς αποστολέων ανεπιθύμητων μηνυμάτων. Χρειάζεται να ενεργοποιήσετε τη JavaScript για να μπορέσετε να τη δείτε.
  • 2410-669107 & 2410-669108
  • 2410-669109

Όλα τα αγροτικά εφόδια καθηµερινά ενηµερωµένα µ’ ένα κλικ.

Αξιόπιστα κείµενα. Υψηλής ποιότητας φωτογραφίες.

Ψηφιακά εργαλεία αναγνώρισης και διαχείρισης προβληµάτων.

To blog διαχειρίζεται και ενημερώνει η Farmacon

Μια πρωτοπόρος εταιρία στο χώρο που παρέχει άμεση και έγκυρη ενημέρωση για όλα τα θέματα που αφορούν τον αγροτικό τομέα.

Δείτε πως μπορούν να σας βοηθήσουν οι καινοτόμες υπηρεσίες μας μέσα από την ιστοσελίδα της Farmacon.

Γνωρίστε τις υπηρεσίες μας