AZOSPIRILLUM: CHARAKTERISTIKA, LOKALITA, METABOLISMUS - BIOLOGIE - 2025

Azospirillum je rod volně žijících gramnegativních bakterií schopných fixovat dusík. Již mnoho let je znám jako stimulátor růstu rostlin, protože je užitečným organismem pro plodiny.

Proto patří do skupiny rhizobakterií podporujících růst rostlin a byly izolovány z rhizosféry trav a obilovin. Z hlediska zemědělství je Azospirillum rod, který je široce studován pro své vlastnosti.

Frank Vincentz z Wikimedia Commons

Tato bakterie je schopna používat živiny vylučované rostlinami a je zodpovědná za fixaci atmosférického dusíku. Díky všem těmto příznivým vlastnostem je zahrnut do složení biofertilizátorů, které mají být použity v alternativních zemědělských systémech.

Taxonomie

V roce 1925 byl izolován první druh tohoto rodu a nazýval se Spirillum lipoferum. Teprve v roce 1978 byl předpokládán rod Azospirillum.

V současné době je známo dvanáct druhů patřících do tohoto bakteriálního rodu: A. lipoferum a A. brasilense, A. amazonense, A. halopraeferens, A. irakense, A. largimobile, A. doebereinerae, A. oryzae, A. melinis, A. canadense, A. zeae a A. rugosum.

Tyto rody patří do řádu Rhodospirillales a do podtřídy alphaproteobacteria. Tato skupina se vyznačuje vírou s nepatrnými koncentracemi živin a navázáním symbiotických vztahů s rostlinami, rostlinnými patogenními mikroorganismy a dokonce is lidmi.

Obecná charakteristika a morfologie

Rod je snadno identifikovatelný jeho vibroid nebo tlustý tvar tyče, pleomorphism a spirální mobilita. Mohou být rovné nebo mírně zakřivené, jejich průměr je přibližně 1 um a délka 2,1 až 3,8. Tipy jsou obecně ostré.

Bakterie rodu Azospirillum vykazují zjevnou motilitu a představují vzor polární a laterální bičíky. První skupina bičíků se používá především pro plavání, zatímco druhá se týká pohybu na pevných površích. Některé druhy mají pouze polární bičík.

Tato pohyblivost umožňuje bakteriím pohybovat se do oblastí, kde jsou podmínky vhodné pro jejich růst. Kromě toho mají chemickou přitažlivost k organickým kyselinám, aromatickým sloučeninám, cukrům a aminokyselinám. Mohou se také pohybovat do oblastí s optimálními kyslíkovými kontrakcemi.

Když čelí nepříznivým podmínkám - jako je vysoušení nebo nedostatek živin - mohou bakterie mít formu cyst a vyvinout vnější obal složený z polysacharidů.

Genomy těchto bakterií jsou velké a mají mnohočetné replikony, což svědčí o plasticitě organismu. Nakonec se vyznačují přítomností zrn poly-b-hydroxybutyrátu.

Místo výskytu

Azospirillum se nachází v rhizosféře, některé kmeny převážně obývají povrch kořenů, i když existují některé typy schopné infikovat jiné oblasti rostliny.

Byl izolován z různých druhů rostlin po celém světě, od prostředí s tropickým podnebím až po oblasti s mírnými teplotami.

Byly izolovány z obilovin, jako je kukuřice, pšenice, rýže, čirok, oves, z trav, jako je Cynodon dactylon a Poa pratensis. Byly také hlášeny v agáve a v různých kaktusech.

V kořenu se nenacházejí homogenně, některé kmeny vykazují specifické mechanismy pro infikování a kolonizaci vnitřku kořene a jiné se specializují na kolonizaci slizovité části nebo poškozených buněk kořene.

Metabolismus

Azospirillum vykazuje velmi rozmanitý a všestranný metabolismus uhlíku a dusíku, který umožňuje tomuto organismu přizpůsobit se a konkurovat ostatním druhům v rhizosféře. Mohou se množit v anaerobních a aerobních prostředích.

Bakterie jsou dusíkaté fixátory a jako zdroj tohoto prvku mohou používat amonium, dusitany, dusičnany, aminokyseliny a molekulární dusík.

Konverze atmosférického dusíku na amoniak je zprostředkována enzymatickým komplexem složeným z proteinové dinitrogenázy, která obsahuje molybden a železo jako kofaktor, a další proteinové části zvané dinitrogenázová reduktáza, která přenáší elektrony z dárce na protein.

Podobně enzymy glutamin syntetáza a glutamát syntetáza jsou zapojeny do asimilace amonia.

Interakce s rostlinou

K asociaci mezi bakterií a rostlinou může dojít úspěšně, pouze pokud je bakterie schopna přežít v půdě a najít významnou populaci kořenů.

V rhizosféře je klesající gradient živin od kořene k jeho okolí generován exsudáty rostliny.

Kvůli výše uvedeným mechanismům chemotaxe a pohyblivosti jsou bakterie schopny cestovat do rostliny a použít exsudáty jako zdroj uhlíku.

Specifické mechanismy, které bakterie používají k interakci s rostlinou, dosud nebyly zcela popsány. Je však známo, že se do tohoto procesu podílejí určité geny v bakterii, včetně pelA, sala, salB, mot 1, 2 a 3, laf 1 atd.

Aplikace

Rhizobakterie podporující růst rostlin, zkráceně PGPR pro zkratku v angličtině, zahrnují skupinu bakterií, které podporují růst rostlin.

Bylo popsáno, že asociace bakterií s rostlinami je prospěšná pro růst rostlin. K tomuto jevu dochází díky různým mechanismům, které produkují fixaci dusíku a produkci rostlinných hormonů, jako jsou auxiny, giberilliny, cytokininy a kyselina absisová, které přispívají k rozvoji rostliny.

Kvantitativně je nejdůležitějším hormonem auxin - kyselina indoleactová (IAA), odvozená od aminokyseliny tryptofanu - a je syntetizována nejméně dvěma metabolickými cestami v bakterii. Neexistuje však žádný přímý důkaz účasti auxinu na zvyšování růstu rostlin.

Giberilliny, kromě účasti na růstu, stimulují dělení buněk a klíčení semen.

Charakteristiky rostlin inokulovaných touto bakterií zahrnují zvýšení délky a počtu laterálně umístěných kořenů, zvýšení počtu chloupků kořenů a zvýšení suché hmotnosti kořenů. Zvyšují také buněčné dýchací procesy.

Reference

1. Caballero-Mellado, J. (2002). Rod Azospirillum. Mexiko, D. F. UNAM.
2. Cecagno, R., Fritsch, TE, & Schrank, IS (2015). Bakterie podporující růst rostlin Azospirillum amazonense: Genomic Versatility a Phytohormone Pathway. BioMed Research International, 2015, 898592.
3. Gómez, MM, Mercado, EC, & Pineda, EG (2015). Azospirillum a rhizobacterium s potenciálním využitím v zemědělství. Biological Journal of DES Zemědělské biologické vědy Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, 16 (1), 11–18.
4. Kannaiyan, S. (Ed.). (2002). Biotechnologie biofertilizerů. Alpha Science Int'l Ltd.
5. Steenhoudt, O., a Vanderleyden, J. (2000). Azospirillum, volně žijící bakterie vázající dusík úzce spojené s trávami: genetické, biochemické a ekologické aspekty. Mikrobiologické recenze FEMS, 24 (4), 487–506.
6. Tortora, GJ, Funke, BR, a Case, CL (2007). Úvod do mikrobiologie. Panamerican Medical Ed.