U velikim koli?inama ($72\%$), ali je neutralan (apsolutno nedostupan biljkama za asimilaciju).

$10\%$ biljaka porodice mahunarki ulazi u simbiozu sa bakterijama (bakterije su prona?ene i na korijenu porodice johe porodice breza).

Nodule bakterije pripadaju rodu Rhizodium. Njihovo glavno svojstvo je sposobnost fiksiranja molekularnog du?ika iz atmosferskog zraka i sintetiziranja organskih spojeva koji sadr?e du?ik. Ove bakterije, ulaze?i u simbiozu sa mahunarkama, mogu formirati kvr?ice na svom korijenu. Oni pretvaraju plinoviti du?ik u spojeve koji su lako dostupni za biljku, a cvjetnice, zauzvrat, osiguravaju hranjive tvari za bakterije. Tako?er, ova vrsta bakterija igra va?nu ulogu u procesu oboga?ivanja tla du?ikom.

Veli?ina kvr?i?nih bakterija je $0,3 - 3$ mikrona. Imaju zaobljen oblik, mukozne konzistencije, prozirne. Za razliku od drugih bakterija, one ne stvaraju spore, sposobne su da se kre?u i potreban im je kisik za normalno funkcioniranje.

Prodiru?i u korijensku kosu biljke, bakterije stimuliraju intenzivnu diobu korijenskih stanica, zbog ?ega se formira ?vor. Bakterije se same razvijaju u tim ?vori?ima i u?estvuju u procesu asimilacije du?ika. Tamo se transformiraju, dobivaju?i razgranati oblik - bakteroid, koji apsorbira molekularni du?ik, nitrate, aminokiseline i amonijeve soli. Mono- i disaharidi, organske kiseline i alkoholi slu?e kao izvor ugljika za kvr?i?ne bakterije.

Biljke tako?er opskrbljuju bakterije vitalnim organskim hranjivim tvarima. Ovaj oblik simbioze ima pozitivan u?inak na oba organizma - simbionte:

• bakterije dobijaju priliku da normalno pro?u kroz svoj razvojni ciklus;
• biljka se normalno razvija, primaju?i u dovoljnim koli?inama najpotrebniji mineralni nutrijent - du?ik.

Napomena 1

Takav izvor biljne ishrane naziva se biolo?kim, a mahunarke se nazivaju kultura koja oboga?uje tlo (prema K.A. Timiryazevu).

Za razliku od ve?ine biljaka, mahunarke ne samo da ne osiroma?uju tlo, ve? ga oboga?uju jedinjenjima du?ika. Do oboga?ivanja dolazi prilikom uzgoja mahunarki (lupin, gra?ak, soja, djetelina, lucerka, grahorica, slatka djetelina) i dalje razgradnje njihovog korijena i listova.

Nakon ?to korijenje mahunarki odumre, bakterije kvr?ica ne umiru, ve? vode saprofitski na?in ?ivota.

Kvr?ice su sposobne apsorbirati do 300$ kg du?ika iz atmosferskog zraka po 1$ hektaru mahunarki, dok vi?e od 50$ kg jedinjenja koja sadr?e du?ik jo? uvijek ostaje u tlu.

Napomena 2

Razli?iti oblici bakterija imaju specifi?nu predispoziciju za razvoj pojedinih predstavnika mahunarki na korijenu: Rhizodium Leguminosarum - u gra?ku, sto?nom grahu, grahorici; Rh. Meliloti - u slatkoj detelini, lucerni; Rh. Japonicum - u zrnu soje; Rh. Trifolium - kod djeteline.

Zna?aj i izgledi simbioze bakterija i mahunarki

Ova vrsta simbioze je veoma va?na u prirodi, a posebno u uzgoju biljaka, jer im obezbe?uje pove?anu nutritivnu vrednost i produktivnost, a istovremeno obnavljanje zemlji?ta i pove?anje njegove plodnosti.

Mahunarke su osnova modernog alternativnog uzgoja - bez upotrebe gnojiva ili uz njihovo uno?enje u malim dozama.

K.A. Timirjazev je napomenuo da su mahunarke prodrle svuda do koje se?u zdravi poljoprivredni koncepti. Ali jedva da postoji mnogo otkri?a u povijesti koja bi bila toliko korisna za ?ovje?anstvo kao ?to je upotreba djeteline i mahunarki op?enito u plodoredu da bi se mogla tako dramati?no pove?ati poljoprivredna produktivnost.

Mahunarke se danas ?iroko uzgajaju ?irom svijeta. Njihov zna?aj je veliki i takav ?e ostati, pa ?ak i rasti, jer su izvor ekolo?kog i ekonomskog (prakti?no besplatnog) azota.

U $XXI$ vijeku, uz prisustvo visokorazvijenih tehnologija za proizvodnju mineralnih ?ubriva (najva?nija od njih su azot), do dvije tre?ine du?ika koji se koristi u svjetskoj poljoprivredi dolazi iz biolo?kih izvora, uglavnom zbog mahunarki. biljke i njihovi simbionti - nodule bakterije koje fiksiraju du?ik. U ?vori?ima se doga?a najva?nija biohemijska reakcija za simbiozu: pretvaranje molekularnog du?ika u zraku u nitrate, a zatim u amonij.

Koriste?i rezultate savremenih istra?ivanja odnosa simbiontskih bakterija sa biljkama, mikrobiolozi su predlo?ili va?an zadatak za budu?nost - utvr?ivanje na?ina za stvaranje zajednica za pobolj?anje mineralne ishrane biljaka biolo?kim du?ikom. Ova simbioza je sistem s razli?itim interakcijama, od kojih je ve?ina povezana s pove?anjem genetske plasti?nosti organizama, ?to ?ak mo?e dovesti do pojave fundamentalno novih oblika ?ivota. Simbioza pru?a takvu priliku prirodi, a to je su?tinski dio nove moderne doktrine simbioze.

Napomena 3

Kako bi se pove?ao broj bakterija kvr?ica, a samim tim i prinos mahunarki, prilikom sjetve u tlo se dodaje posebno bakterijsko sredstvo nitragin (sjeme se umjetno inficira bakterijama kvr?ica.

Nodule bakterije, sposobne ?ivjeti i razmno?avati se na korijenima simbiontskih biljaka, odavno su postale klasi?an primjer obostrano korisne saradnje vi?ih i ni?ih ?ivih organizama na Zemlji.

Unato? ?injenici da su ?ak i drevni nau?nici obra?ali pa?nju na sposobnost mahunarki da pobolj?aju kvalitetu tla, prou?avanje mikroorganizama nodula po?elo je tek 1838. godine. U to vrijeme, Francuz Jean Baptiste Boussingault sugerirao je da listovi mahunarki mogu fiksirati du?ik. Eksperimenti koje je proveo u prilog ovoj hipotezi odlikovali su se svojom precizno??u i ravnote?om. Nakon 15 godina napustio je svoju hipotezu kada je otkrio da biljke uzgojene na vodi (bez tla) gube sposobnost fiksiranja du?ika. Tada nije uspio prona?i odgovor na pitanje koji su organi mahunarki odgovorni za fiksaciju du?ika.

To nije iznena?uju?e - nije se pokazalo da su listovi tvornice za proizvodnju nitrata, ve? bakterije nodule - omiljeni simbionti mahunarki koje ?ive na njihovom korijenju. Ne znaju?i ni?ta o mehanizmu fiksacije azota, agronomi su po?eli da uvode mahunarke u vi?epoljne sisteme plodoreda. Izmjena ?itarica i djeteline omogu?ila je pove?anje njihove produktivnosti za dva i pol puta. Me?u mahunarkama identificirane su najproduktivnije vrste - lucerna, djetelina, lupina, slatka djetelina. Pokazalo se da ostavljaju 2-5 puta vi?e azota u tlu od zrna mahunarki.

Rad nau?nika na identifikaciji simbionta s kojima sara?uju bakterije nodula omogu?io je identifikaciju vi?e od 200 vrsta biljaka koje nisu mahunarke, na ?ijem korijenju ?ive i razmno?avaju se bakterije koje fiksiraju du?ik.

Sveprisutni prokarioti

Po?etkom pro?log stolje?a otkriveni su prvi noduli mikroorganizmi koji mogu asimilirati atmosferski du?ik. Zanimljivo je da su anaerobni Clostridium pasterianum (S.N. Vinogradsky) i aerobni Azotobacter (M. Beyerink) otkriveni gotovo istovremeno. Vremenom su identificirane i druge bakterije koje fiksiraju du?ik, kako slobodno?ivu?e tako i simbionte, koje ?ive i razmno?avaju se na korijenu ?itarica, mahunarki i Asteraceae (najpoznatije su timoteja, sirak i krompir). Uzgajaju?i bakterije kvr?ice na hranjivim podlogama, znanstvenici su otkrili da osim fiksacije du?ika, ?ive i razmno?avaju se, vr?e?i sintezu stimulansa rasta i formiranja korijena, nekih vitamina i antibiotika.

Nodule bakterije su vrlo specifi?ne prema simbiontskim biljkama. Prou?avanje njihove specifi?nosti omogu?ilo je da se prona?e odgovor na pitanje za?to bakterijski preparati imaju razli?itu efikasnost u zavisnosti od useva kojima se tretiraju. Prvi bakterijski preparat Nitragin, namenjen za tretiranje semena mahunarki, predlo?ili su 1897. F. Nobbe i L. Giltner. To je ozna?ilo po?etak industrijske proizvodnje bakterijskih gnojiva, istra?ivanja specifi?nosti du?ikovih fiksatora, kao i potragu za najpogodnijim oblicima bakterijskih preparata za transport i skladi?tenje, koji su sposobni ?ivjeti i razmno?avati se u budu?nosti.

Razlike

Razlikovati mikroorganizme ?iroke i uske specifi?nosti. Tra?e?i odgovor na pitanje njegovih uzroka, nau?nici su identificirali genetski prijenos specifi?nosti pomo?u plazmida u vrijeme kada se bakterije razmno?avaju.

1. Vrlo specifi?no. Sposoban za simbiozu s ograni?enim brojem vrsta, a ponekad ?ak i sorti ili oblika. Upe?atljiv primjer su simbionti lupine, koji mogu ?ivjeti samo na svojim sortama bez alkaloida.
2. Op?enito specifi?no. Mo?e zaraziti biljke iste porodice ili sli?nog hemijskog sastava.

Me?u simbiontskim bakterijama koje fiksiraju du?ik, identificirani su predstavnici svih taksonomskih jedinica prokariota - eubakterije, cijanobakterije (ili plavo-zelene alge), arhebakterije. Agronomi su ih podijelili u tri grupe ovisno o produktivnosti:

• aktivan ili efikasan,
• neefikasan ili neaktivan,
• neefikasna.

Razlikuju se i po virulenciji - to je naziv njihove sposobnosti da prodru u korijenje simbiontskih biljaka. Najproduktivniji su visoko virulentni aktivni sojevi koji kombiniraju visoku stopu infekcije i proizvodnju du?i?nih spojeva.

Novi razvoj bio je rhizotorfin, lijek koji sadr?i fino dispergirani treset i bakterije nodula. Njegova proizvodnja svojevrsni je odgovor stranim proizvo?a?ima. Odr?avanjem potrebne kiselosti i vla?nosti u briketu mogu?e je odr?ati aktivnost bakterija, njihovu sposobnost dugog ?ivota i razmno?avanja.

Povoljni uslovi i ?ivot bakterija unutar nodula

Nodule bakterije pokazuju razli?itu efikasnost fiksacije du?ika ovisno o uvjetima u kojima ?ive i razmno?avaju se. To je kiselost tla, njegova vla?nost, kao i prisustvo organskih tvari (ugljikohidrata), kalija, fosfora. Relativno nedavno otkriveno je pozitivno djelovanje na kvr?ice molibdena. Njegovi preparati, zajedno sa vapnenjem, dovode do zna?ajnog pove?anja koli?ine proteina u zrnu mahunarki. Djelovanje bora i molibdena je zbog ?injenice da sudjeluju u radu enzima dehidrogenaze.

Postoje kvr?ice sa razli?itom efikasno??u fiksacije du?ika. Osetljivost na uslove stani?ta u velikoj meri zavisi od biljaka doma?ina i njihovih zahteva za kvalitetom zemlji?ta. Tako su kvr?i?asti mikroorganizmi djeteline otporniji na visoku kiselost tla od njihovih srodnika koji sara?uju s lucernom.

Optimalna temperatura za ove mikroorganizme je 24-26°C. Njihovi preparati se mogu ?uvati u neaktivnom stanju na temperaturi od -2 do -4°C.

Njihova pojava u ?elijama korijena po?inje prodiranjem kroz korijenske dla?ice. Prvo se unutar dlake formira vrpca, zatim bakterije prodiru u korijenje biljaka, poti?u?i njihov rast i stvaranje kvr?ica. Prema savremenim podacima, kvr?i?ne bakterije mogu ?ivjeti samo u poliploidnim (koje nose pove?an broj kromosomskih setova) stanicama korijena biljaka.

Zanimljivo je da bakterije nodula pokazuju visok stepen polimorfizma. Odgovor na pitanje o razlozima takve raznolikosti oblika nije ubrzo prona?en. Slobodno?ivi mikroorganizmi kvr?ica ili mlade ?elije koje se nalaze u kulturama naj?e??e imaju oblik ?tapi?a (bacila). Ponekad su to koki, L-oblici s razli?itim stupnjevima pokretljivosti. Podijeljeni su vezicama, a s godinama dobivaju karakteristi?ne pojaseve. Sve bakterije koje fiksiraju du?ik su Gram negativne. Masne naslage se vremenom akumuliraju u njihovim ?elijama – upravo to uzrokuje nastanak pojasastih oblika.

Nodule bakterije bile su prva grupa mikroba koji fiksiraju du?ik poznatih ?ovje?anstvu.

Prije oko 2.000 godina farmeri su primijetili da je uzgoj mahunarki vratio plodnost osiroma?enom tlu. Ovo posebno svojstvo mahunarki empirijski je povezano s prisustvom osebujnih kvr?ica ili kvr?ica na njihovom korijenu, ali dugo vremena nisu mogli objasniti razloge za ovu pojavu.

Bilo je potrebno mnogo vi?e istra?ivanja da bi se dokazala uloga mahunarki i bakterija koje ?ive na njihovom korijenu u fiksaciji atmosferskog plina du?ika. Ali postepeno, radom nau?nika iz razli?itih zemalja, priroda je otkrivena i svojstva ovih divnih stvorenja su detaljno prou?avana.

Bakterije kvr?ica ?ive s mahunarkama u simbiozi, odnosno donose obostranu korist jedna drugoj: bakterije apsorbiraju du?ik iz atmosfere i pretvaraju ga u spojeve koje biljke mogu koristiti, a one zauzvrat opskrbljuju bakterije tvarima koje sadr?e ugljik, koje rane apsorbiraju iz zraka u obliku uglji?nog dioksida.

Izvan kvr?ica na umjetnim hranjivim podlogama kvr?ice se mogu razviti na temperaturama od 0 do 35°C, a najpovoljnije (optimalne) su temperature reda 20-31°C. Najbolji razvoj mikroorganizama obi?no se opa?a u neutralnom okru?enju (pri pH 6,5-7,2).

U ve?ini slu?ajeva kisela reakcija tla negativno utje?e na vitalnu aktivnost kvr?i?nih bakterija; u takvim se tlima formiraju neaktivne ili neefikasne (ne fiksiraju du?ik u zraku) njihove rase.

Prvi istra?iva?i bakterija kvr?ica pretpostavili su da se ovi mikrobi mogu naseliti na korijenu ve?ine vrsta mahunarki. Ali tada se pokazalo da oni imaju odre?enu specifi?nost, imaju svoje "ukuse" i "iznajmljuju" budu?e "stanovanje" u strogom skladu sa svojim potrebama. Jedna ili druga rasa bakterija kvr?ica mo?e u?i u simbiozu s mahunarkama samo odre?ene vrste.

Trenutno se bakterije kvr?ica dijele u sljede?e grupe (prema biljkama doma?inima na kojima se naseljavaju):

• kvr?ice lucerne i slatke djeteline;
• kvr?ice djeteline;
• korijenske kvr?ice gra?ka, grahorice, brade i sto?nog graha;
• bakterije sojinih nodula;
• kvr?ice lupine i seradele;
• bakterije kvr?ica graha;
• nodusne bakterije kikirikija, kravljeg gra?ka, kravljeg gra?ka itd.

Mora se re?i da specifi?nost nodulnih bakterija u razli?itim grupama nije ista. Izbirljivi "stanari" ponekad izgube svoju skrupuloznost. Dok se bakterije kvr?ica djeteline razlikuju po vrlo strogoj specifi?nosti, isto se ne mo?e re?i za bakterije kvr?ica gra?ka.

Sposobnost formiranja kvr?ica nije karakteristi?na za sve mahunarke, iako je op?enito rasprostranjena me?u predstavnicima ove ogromne porodice. Od 12 hiljada vrsta mahunarki, posebno su prou?avane 1063. Ispostavilo se da njih 133 nisu u stanju da formiraju kvr?ice.

?ini se da sposobnost simbioze sa fiksatorima du?ika nije jedinstvena za mahunarke, iako su u poljoprivredi jedine va?ne kulture za fiksiranje du?ika. Utvr?eno je da atmosferski du?ik vezuju bakterije koje ?ive u kvr?icama na korijenu sisara, krkavine, ov?arke, blistavog bora, krapa, je?a, suptropskih biljaka roda casuarina. Sposoban za fiksiranje du?ika i bakterija koje ?ive u ?vorovima li??a nekih tropskih grmova.

Fiksaciju du?ika provode i aktinomiceti koji ?ive u kvr?icama korijena johe i, mogu?e, gljive koje ?ive u korijenu ljulja i nekih biljaka vrijeska.

Ali za poljoprivredu, naravno, mahunarke su od najve?eg prakti?nog interesa. Ve?ina navedenih biljaka koje nisu mahunarke nemaju poljoprivrednu vrijednost.

Pitanje je vrlo va?no za praksu: kako bakterije nodula ?ive u tlu prije nego ?to zaraze korijenje?

Ispostavilo se da rizobija mo?e dugo opstati u tlu u nedostatku "doma?ina" - mahunarki. Uzmimo primjer. U Moskovskoj poljoprivrednoj akademiji nazvanoj po K. A. Timiryazevu postoje polja koja je postavio D. N. Pryanishnikov. Na njima se iz godine u godinu uzgajaju iste poljoprivredne kulture i ?uva trajni ugar na kojem se gotovo 50 godina ne uzgaja nijedna biljka. Analiza tla ove ugare i polja trajne ra?i pokazala je da se u njima u zna?ajnim koli?inama nalaze kvr?i?ne bakterije. Pod trajnom ra?om ih ima nekoliko vi?e nego u paru.

Shodno tome, rizobije relativno dobro pre?ivljavaju u nedostatku mahunarki i mogu ?ekati jako dugo da se sretnu s njima. Ali pod ovim uslovima, oni gube svoju izuzetnu sposobnost da poprave bunker. Me?utim, bakterije sa “zadovoljstvom” zaustavljaju svoj “slobodan na?in ?ivota”, ?im im se na putu na?e odgovaraju?a mahunarka, odmah prodiru u korijenje i stvaraju svoje ku?ice kvr?ica.

U slo?enom procesu formiranja nodula sudjeluju tri faktora: dva ?iva organizma – bakterije i biljke, izme?u kojih se uspostavljaju bliski simbiotski odnosi, i uslovi okoline. Svaki od ovih faktora je aktivni u?esnik u procesu formiranja nodula.

Jedna od va?nih karakteristika kvr?i?nih bakterija je njihova sposobnost da lu?e takozvane stimulativne supstance; ove tvari uzrokuju brzi rast tkiva korijena.

Njihova druga bitna osobina je sposobnost da prodiru u korijenje pojedinih biljaka i izazovu stvaranje kvr?ica, drugim rije?ima, njihova zarazna sposobnost, koja je, kao ?to je ve? spomenuto, razli?ita za razli?ite rase kvr?i?nih bakterija.

Uloga mahunarke u stvaranju kvr?ica odre?ena je sposobno??u biljaka da lu?e tvari koje stimuliraju ili inhibiraju razvoj bakterija.

Na osjetljivost biljke mahunarke na infekciju bakterijama kvr?ica uvelike utje?e sadr?aj ugljikohidrata i du?i?nih tvari u njenim tkivima. Obilje ugljikohidrata u tkivima mahunarke stimulira stvaranje kvr?ica, dok pove?anje sadr?aja du?ika, naprotiv, inhibira ovaj proces. Dakle, ?to je ve?i odnos C/N u biljci, to je bolji razvoj kvr?ica.

Zanimljivo je da du?ik sadr?an u tkivima biljke, takore?i, ometa uvo?enje "vanzemaljskog" du?ika.

Tre?i faktor - spoljni uslovi (osvetljenje, baterije itd.) tako?e ima zna?ajan uticaj na nastanak nodula.

No, vratimo se na karakterizaciju odre?enih vrsta kvr?i?nih bakterija.

Infektivna sposobnost, ili sposobnost stvaranja ?vorova, ne ukazuje uvijek na to koliko aktivno nodusne bakterije fiksiraju atmosferski du?ik. "Performanse" bakterija kvr?ica u fiksaciji du?ika ?esto se nazivaju njihovom efikasno??u. ?to je ve?a efikasnost, ve?a je efikasnost ovih bakterija, to su one vrednije za biljku, a samim tim i za poljoprivredu uop?te.

Rase nodulnih bakterija nalaze se u tlu, djelotvorne, nedjelotvorne i prelazne izme?u ove dvije grupe. Infekcija mahunarki efikasnom rasom bakterija kvr?ica poti?e aktivnu fiksaciju du?ika. Neefikasna rasa uzrokuje stvaranje kvr?ica, ali u njima ne dolazi do fiksacije du?ika, pa se gra?evinski materijal uzalud tro?i, biljka hrani svoje "goste" "uzalud".

Postoje li razlike izme?u u?inkovitih i nedjelotvornih rasa nodulnih bakterija? Do sada nisu prona?ene takve razlike u obliku ili pona?anju na umjetnim hranjivim podlogama. Ali noduli formirani efikasnim i neefikasnim rasama pokazuju neke razlike. Na primjer, postoji mi?ljenje da je efikasnost povezana s volumenom tkiva korijena zara?enog bakterijama (u efektivnim rasama je 4-6 puta ve?i nego u neefikasnim) i trajanjem funkcionisanja ovih tkiva. U tkivima inficiranim efektivnim bakterijama uvijek se nalaze bakteroidi i crveni pigment, koji je sasvim identi?an krvnom hemoglobinu. Zove se leghemoglobin. Neefikasni ?vorovi imaju manji volumen inficiranog tkiva, nedostaje im leghemoglobin, bakteroidi se ne otkrivaju uvijek i izgledaju druga?ije nego kod efikasnih nodula.

Ove morfolo?ke i biohemijske razlike se koriste za izolaciju efektivnih rasa nodulnih bakterija. Obi?no su vrlo u?inkovite bakterije izolirane iz velikih, dobro razvijenih ?vorova ru?i?aste boje.

Gore je ve? re?eno da „rad“ bakterija kvr?ica i njegova „efikasnost“ zavise od niza vanjskih uvjeta: temperature, kiselosti okoli?a (pH), osvjetljenja, opskrbe kisikom, sadr?aja hranjivih tvari u tlu itd.

Utjecaj vanjskih uvjeta na fiksaciju atmosferskog du?ika bakterijama korijenskih nodula mo?e se ilustrirati na nekoliko primjera. Dakle, zna?ajnu ulogu u efikasnosti fiksacije du?ika igra sadr?aj nitrata i amonijumovih soli u tlu. U po?etnim fazama razvoja mahunarki i formiranja kvr?ica, prisustvo malih koli?ina ovih soli u tlu ima blagotvoran u?inak na simbiotsku zajednicu; a kasnije ista koli?ina du?ika (naro?ito njegov nitratni oblik) inhibira fiksaciju du?ika.

Posljedi?no, ?to je tlo bogatije du?ikom dostupnim biljci, to je fiksacija du?ika slabija. Du?ik sadr?an u tlu, kao iu tijelu biljke, takore?i sprje?ava privla?enje novih dijelova iz atmosfere. Od ostalih nutrijenata, molibden ima primjetan u?inak na fiksaciju du?ika. Kada se ovaj element du?ika doda u tlo, vi?e se akumulira. To se o?ito obja?njava ?injenicom da je molibden dio enzima koji fiksiraju atmosferski du?ik.

Sada je pouzdano utvr?eno da se mahunarke uzgajane na tlima koje sadr?e nedovoljnu koli?inu molibdena razvijaju zadovoljavaju?e i formiraju kvr?ice, ali uop?e ne upijaju atmosferski du?ik. Optimalna koli?ina molibdena za efikasnu fiksaciju azota je oko 100 g natrijum molibdata po 1 ha.

Uloga mahunarki u pobolj?anju plodnosti tla

Dakle, mahunarke su veoma va?ne za pobolj?anje plodnosti zemlji?ta. Akumuliranjem du?ika u tlu sprje?avaju iscrpljivanje njegovih rezervi. Uloga mahunarki je posebno velika u onim slu?ajevima kada se koriste za zelena gnojiva.

Ali prakti?are poljoprivrede, naravno, zanima i kvantitativna strana. Koliko se du?ika mo?e akumulirati u tlu pri uzgoju odre?enih mahunarki? Koliko je azota ostalo u zemlji?tu ako je usev potpuno uklonjen sa polja, ili ako mahunarke miri?u na zeleno ?ubrivo?

Poznato je da u slu?aju infekcije mahunarki efektivnim rasama kvr?i?nih bakterija, one mogu vezati od 50 do 200 kg du?ika po hektaru usjeva (u zavisnosti od tla, klime, biljnih vrsta itd.).

Prema poznatim francuskim nau?nicima Pochon i De Bergac, u normalnim poljskim uslovima, mahunarke fiksiraju pribli?no slede?e koli?ine azota (u kg/ha):

Korijenski ostaci jednogodi?njih i vi?egodi?njih mahunarki u razli?itim uslovima uzgoja i na razli?itim tlima sadr?e razli?ite koli?ine du?ika. U prosjeku, lucerna godi?nje ostavlja oko 100 kg du?ika po hektaru u tlu. Detelina i lupina mogu da skladi?te oko 80 kg vezanog azota u tlu, godi?nje mahunarke ostavljaju do 10-20 kg azota po hektaru u tlu. Uzimaju?i u obzir povr?ine koje su u SSSR-u zauzimale mahunarke, sovjetski mikrobiolog E. N. Mishustin izra?unao je da oni godi?nje vrate oko 3,5 miliona tona du?ika na polja na?e zemlje. Pore?enja radi, isti?emo da je ?itava na?a industrija 1961. proizvela 0,8 miliona tona azotnih ?ubriva, a 1965. godine 2,1 milion tona. Tako azot koji iz vazduha izdvajaju mahunarke u simbiozi sa bakterijama zauzima vode?e mesto u azotu. bilans poljoprivrede u na?oj zemlji.

Paleontolo?ki dokazi sugeriraju da su neke biljke koje pripadaju grupi Eucaesalpinioideae bile najstarije mahunarke koje su imale kvr?ice.

U modernim vrstama mahunarki na korijenima mnogih ?lanova porodice Papilionaceae prona?ene su nodule.

Filogenetski primitivniji predstavnici porodica kao ?to su Caesalpiniaceaer Mimosaceae u ve?ini slu?ajeva ne formiraju kvr?ice.

Od 13.000 vrsta (550 rodova) mahunarki, prisustvo kvr?ica je do sada otkriveno samo kod oko 1300 vrsta (243 roda), ?to prvenstveno uklju?uje biljne vrste koje se koriste u poljoprivredi (vi?e od 200).

Nakon formiranja kvr?ica, mahunarke sti?u sposobnost apsorpcije atmosferskog du?ika. Me?utim, oni se mogu hraniti vezanim oblicima du?ika - amonijevim solima i du?i?nom kiselinom. Samo jedna biljka, Hedysarum coronarium, asimilira samo molekularni azot. Stoga, bez nodula u prirodi, ova biljka ne postoji.

Nodule bakterije opskrbljuju mahunarku du?ikom koji se fiksira iz zraka. Biljke, zauzvrat, opskrbljuju bakterije proizvodima metabolizma ugljikohidrata i mineralnim solima koje su im potrebne za rast i razvoj.

Godine 1866., poznati botani?ar i zemljoradnik M. S. Voronin vidio je najmanja "telad" u ?vori?ima na korijenu mahunarki. Voronin je iznio hrabre pretpostavke za to vrijeme: povezao je stvaranje kvr?ica s djelovanjem bakterija, a poja?anu diobu stanica tkiva korijena s reakcijom biljke na bakterije koje su prodrle u korijen.

20 godina kasnije, holandski nau?nik Beijerinck izolovao je bakterije iz kvr?ica gra?ka, grahorice, chiny, pasulja, seradele i lizalice i prou?avao njihova svojstva, testiraju?i sposobnost da zaraze biljke i izazovu stvaranje kvr?ica. On je ove mikroorganizme nazvao Bacillus radicicola. Budu?i da bakterije koje formiraju spore pripadaju rodu Bacillus, a bakterije nodula nemaju tu sposobnost, A. Prazhmovsky ih je preimenovao u Bacterium radicicola. B. Frank je predlo?io uspje?nije generi?ko ime za kvr?i?ne bakterije - Rhizobium (od gr?kog rhizo - korijen, bio - ?ivot; ?ivot na korijenu). Ovaj naziv se ukorijenio i jo? uvijek se koristi u literaturi.

Za ozna?avanje vrste bakterija kvr?ica, uobi?ajeno je da se generi?kom nazivu Rhizobium doda pojam koji odgovara latinskom nazivu biljne vrste iz ?ijih su kvr?ica izolirane i na kojima mogu formirati kvr?ice. Na primjer, Rhizobium trifolii - bakterija kvr?ica djeteline, Rhizobium lupini - bakterija kvr?ica vu?ije itd. U slu?ajevima kada su kvr?ice sposobne formirati kvr?ice na korijenu razli?itih vrsta mahunarki, odnosno izazvati tzv. unakrsnu infekciju, tzv. Ime vrste je kao da je kolektivno - ono odra?ava upravo tu sposobnost "unakrsne infekcije". Na primjer, Rhizobium leguminosarum - kvr?ica bakterija gra?ka (Pisum), le?e (Lens), ?inova (Lathyrus).

Morfologija i fiziologija nodulnih bakterija. Nodule bakterije karakterizira nevjerojatna raznolikost oblika - polimorfizam. Mnogi istra?iva?i su skrenuli pa?nju na to kada su prou?avali bakterije nodula u ?istoj kulturi u laboratorijskim uslovima i tlu. Nodule bakterije mogu biti u obliku ?tapa i ovalne. Me?u ovim bakterijama postoje i filtrabilni oblici, L-oblici, kokoidno nepokretni i pokretni organizmi.

Mlade bakterije kvr?ice u ?istoj kulturi na hranjivim podlogama obi?no imaju oblik ?tapi?a (Sl. 143, 2, 3), veli?ina ?tapi?a je pribli?no 0,5 - 0,9 X 1,2 - 3,0 mikrona, pokretne, mno?e se dijeljenjem. U ?tapi?astim stanicama kvr?i?nih bakterija djeteline uo?ena je podjela ligacijom. Sa starenjem, ?elije u obliku ?tapa mogu krenuti u pupanje. Prema Gramu, ?elije se boje negativno, njihova ultrafina struktura je tipi?na za gram-negativne bakterije (Sl. 143, 4).

Starenjem bakterije kvr?ica gube pokretljivost i prelaze u stanje takozvanih opasana ?ipka. Ovo ime su dobili zbog izmjenjivanja gustih i labavih dijelova protoplazme u stanicama. Ispruganost ?elija se dobro detektuje kada se posmatra pod svetlosnim mikroskopom nakon tretmana ?elija anilinskim bojama. Gusti dijelovi protoplazme (pojas) su obojeni gore od prostora izme?u njih. U luminiscentnom mikroskopu, trake su svijetlozelene, razmaci izme?u njih ne svijetle i izgledaju tamno (Sl. 143, 1). Pojasevi se mogu nalaziti u sredini kaveza ili na krajevima. Opasavanje ?elija vidljivo je i na dijagramima elektronske difrakcije, ako se preparat pre gledanja ne tretira kontrastnim sredstvima (Sl. 143, 3). Vjerojatno je s godinama bakterijska stanica ispunjena masnim inkluzijama koje ne percipiraju boju i, kao rezultat, uzrokuju prugaste ?elije. Faza "pojasanih ?tapi?a" prethodi fazi formiranja bakteroida - ?elija nepravilnog oblika: zadebljale, razgranate, sferi?ne, kru?kolike i tikvice (sl. 144). Termin "bakteroidi" je u literaturu uveo J. Brunhorst 1885. godine, primjenjuju?i ga na formacije neobi?nog oblika, mnogo ve?e od ?tapi?astih bakterijskih stanica, koje se nalaze u tkivima nodula.

Bakteroidi sadr?e vi?e granula volutina i karakterizira ih ve?i sadr?aj glikogena i masti od ?elija u obliku ?tapa. Bakteroidi uzgojeni u umjetnim hranjivim podlogama i formirani u tkivima nodula fiziolo?ki su istog tipa. Vjeruje se da su bakteroidi oblici bakterija s nepotpunim procesom diobe. Nepotpunom diobom stanica kvr?i?nih bakterija nastaju dihotomno granati oblici bakteroida. Broj bakteroida raste sa starenjem kulture; njihov izgled je olak?an iscrpljivanjem hranjivog medija, nakupljanjem metaboli?kih proizvoda i uno?enjem alkaloida u podlogu.

U starim (dvomjese?nim) kulturama nodulnih bakterija, pomo?u elektronskog mikroskopa, mogu?e je identificirati jasno definirane sferne formacije u mnogim ?elijama (Sl. 145) - artrospore. Njihov broj u ?elijama varira od 1 do 5.

Kvr?ice razli?itih vrsta mahunarki rastu razli?itom brzinom na hranjivim podlogama. Brzorastu?e bakterije uklju?uju rizobiju gra?ka, djeteline, lucerne, krmnog pasulja, grahorice, so?iva, chiny, slatke djeteline, piskavice, graha, slanutka i pti?je noge; do spororastu?e - kvr?ice vu?ije, soje, kikirikija, seradele, mungo, kravljeg gra?ka, esparzeta, draka. Potpuno formirane kolonije brzorastu?ih kultura mogu se dobiti 3. - 4. dana inkubacije, kolonije spororastu?ih kultura - 7. - 8. dana.

Brzorastu?e bakterije kvr?ica karakterizira peritrihijski raspored flagela, dok su spororastu?e bakterije monotrihijalne (Tablica 42, 1–5).

Osim flagela, u stanicama kvr?i?nih bakterija formiraju se filamentozni i perlasti izrasli kada se uzgajaju na teku?im podlogama (tablice 42, 43). Njihova du?ina dose?e 8 - 10 mikrona. Obi?no se nalaze na povr?ini ?elije peritrihijalno, sadr?e od 4 do 10 ili vi?e po ?eliji.

Kolonije brzorastu?ih bakterija kvr?ica imaju boju pe?enog mlijeka, ?esto prozirne, sluzave, glatkih rubova, umjereno konveksne i na kraju rastu na povr?ini agar podloge. Kolonije spororastu?ih bakterija su konveksnije, male, suhe, guste i u pravilu ne rastu na povr?ini podloge. Sluz koju proizvode kvr?ice je slo?eno jedinjenje polisaharidnog tipa, koje uklju?uje heksoze, pentoze i uronske kiseline.

Nodule bakterije su mikroaerofili (razvijaju se s malim koli?inama kisika u okoli?u), me?utim, preferiraju aerobne uvjete.

Nodule bakterije koriste ugljikohidrate i organske kiseline kao izvor ugljika u hranljivim medijima, a razne mineralne i organske spojeve koji sadr?e du?ik kao izvor du?ika. Kada se uzgajaju na podlozi s visokim sadr?ajem tvari koje sadr?e du?ik, bakterije kvr?ica mogu izgubiti sposobnost da prodru u biljku i formiraju kvr?ice. Stoga se bakterije kvr?ica obi?no uzgajaju na biljnim ekstraktima (bujon graha, gra?ka) ili ekstraktima tla. Fosfor neophodan za razvoj mogu se dobiti bakterijama nodula iz mineralnih i organskih spojeva koji sadr?e fosfor; mineralna jedinjenja mogu poslu?iti kao izvor kalcijuma, kalijuma i drugih mineralnih elemenata.

Za suzbijanje strane saprofitne mikroflore pri izolaciji bakterija kvr?ica iz kvr?ica ili direktno iz tla, preporu?uju se hranjive podloge s dodatkom kristalno ljubi?ice, tanina ili antibiotika.

Za razvoj ve?ine kultura nodulnih bakterija potrebna je optimalna temperatura u rasponu od 24 - 26 °. Na 0° i 37°C rast prestaje. Obi?no se kulture nodulnih bakterija u laboratorijskim uslovima ?uvaju na niskim temperaturama (2 - 4 °C).

Mnoge vrste bakterija kvr?ica sposobne su sintetizirati vitamine B, kao i tvari za rast kao ?to je heteroauxin (findoleoctena kiselina).

Sve bakterije kvr?ica su pribli?no podjednako otporne na alkalnu reakciju podloge (pH = 8,0), ali nejednako osjetljive na kiselu.

Specifi?nost, virulencija, kompetitivnost i aktivnost nodulnih bakterija. Koncept specifi?nosti nodulnih bakterija je kolektivan. Karakterizira sposobnost bakterija da formiraju kvr?ice u biljkama. Ako govorimo o bakterijama kvr?ica op?enito, onda je za njih stvaranje kvr?ica samo u skupini mahunarki ve? samo po sebi specifi?no - imaju selektivnost za mahunarke.

Me?utim, ako uzmemo u obzir pojedine kulture kvr?i?nih bakterija, ispada da me?u njima ima i onih koje su sposobne zaraziti samo odre?enu, nekad ve?u, nekad manju, grupu mahunarki, te je u tom smislu specifi?nost bakterija kvr?ica. je selektivna sposobnost u odnosu na biljku doma?ina. Specifi?nost bakterija kvr?ica mo?e biti uska (bakterije kvr?ica djeteline inficiraju samo grupu djetelina - specifi?nost vrste, a bakterije kvr?ica vu?ije ?ak se mogu okarakterizirati sortnom specifi?no??u - inficiraju samo alkaloidne ili bezalkaloidne sorte lupine). Uz ?iroku specifi?nost, bakterije kvr?ica gra?ka mogu zaraziti biljke gra?ka, brade i mahune, a bakterije kvr?ica gra?ka i graha mogu zaraziti biljke gra?ka, odnosno sve ih karakterizira sposobnost "unakrsne zaraze". Specifi?nost nodulnih bakterija je u osnovi njihove klasifikacije.

Specifi?nost nodulnih bakterija nastala je kao rezultat njihove dugotrajne adaptacije na jednu biljku ili grupu njih i genetskog prijenosa ovog svojstva. S tim u vezi, postoji i razli?ita prilagodljivost bakterija kvr?ica na biljke unutar grupe unakrsne infekcije. Dakle, bakterije kvr?ica lucerne mogu formirati kvr?ice u slatkoj djetelini. Ipak, OHPI su prilago?eniji lucerni, a bakterije slatke djeteline su prilago?enije slatkoj djetelini.

U procesu infekcije korijenskog sistema mahunarki bakterijama kvr?ica, virulentnost mikroorganizama je od velikog zna?aja. Ako specifi?nost odre?uje spektar djelovanja bakterija, tada virulentnost nodulnih bakterija karakterizira aktivnost njihovog djelovanja unutar ovog spektra. Virulencija se odnosi na sposobnost bakterija kvr?ica da prodru u tkivo korijena, umno?e se tamo i izazovu stvaranje kvr?ica.

Va?nu ulogu igra ne samo sama sposobnost prodiranja u korijenje biljke, ve? i brzina tog prodiranja.

Da bi se utvrdila virulencija soja kvr?i?nih bakterija, potrebno je utvrditi njegovu sposobnost da izazove nastanak nodula. Kriterij virulencije bilo kojeg soja mo?e biti minimalni broj bakterija koji osigurava sna?niju infekciju korijena u odnosu na druge sojeve, ?to kulminira stvaranjem kvr?ica.

U tlu, u prisustvu drugih sojeva, virulentniji soj ne?e uvijek prvi zaraziti biljku. U ovom slu?aju treba uzeti u obzir njegovu konkurentsku sposobnost, koja ?esto maskira svojstvo virulencije u prirodnim uslovima.

Neophodno je da virulentni sojevi imaju i kompetitivnost, odnosno da mogu uspje?no konkurirati ne samo predstavnicima lokalne saprofitne mikroflore, ve? i drugim sojevima nodulnih bakterija. Pokazatelj konkurentnosti soja je broj nodula koje on formira kao postotak od ukupnog broja kvr?ica na korijenu biljke.

Va?no svojstvo bakterija kvr?ica je njihova aktivnost (efikasnost), odnosno sposobnost da asimiliraju molekularni du?ik u simbiozi sa mahunarkama i zadovolje potrebe biljke doma?ina u njoj. Ovisno o tome u kojoj mjeri bakterije kvr?ica doprinose pove?anju prinosa mahunarki (Sl. 146), one se obi?no dijele na aktivne (djelotvorne), neaktivne (nedjelotvorne) i neaktivne (nedjelotvorne).

Soj bakterija neaktivan za jednu biljku doma?ina u simbiozi sa drugom vrstom mahunarki mo?e biti prili?no efikasan. Stoga, kada se karakteri?e soj u smislu njegove efikasnosti, uvek treba nazna?iti u odnosu na koju biljnu vrstu doma?ina se manifestuje njegovo dejstvo.

Aktivnost nodulnih bakterija nije njihovo trajno svojstvo. ?esto u laboratorijskoj praksi dolazi do gubitka aktivnosti u kulturama nodulnih bakterija. U tom slu?aju se ili gubi aktivnost cijele kulture, ili se pojavljuju pojedina?ne ?elije sa niskom aktivno??u. Do smanjenja aktivnosti nodulnih bakterija dolazi u prisustvu odre?enih antibiotika, aminokiselina. Jedan od razloga za gubitak aktivnosti nodulnih bakterija mo?e biti utjecaj faga. Pasiranjem, odnosno vi?ekratnim prolaskom bakterija kroz biljku doma?ina (prilago?avanje odre?enoj biljnoj vrsti), mogu?e je dobiti efikasne sojeve od neefikasnih.

Izlaganje g-zracima omogu?ava dobijanje sojeva sa pove?anom efikasno??u. Poznati su slu?ajevi nastanka visoko aktivnih radiomutanta bakterija nodula lucerke iz neaktivnog soja. Upotreba jonizuju?eg zra?enja, koje direktno uti?e na promjenu genetskih karakteristika ?elije, po svoj prilici, mo?e biti obe?avaju?a tehnika u selekciji visoko aktivnih sojeva kvr?i?nih bakterija.

Infekcija biljke mahunarki bakterijama kvr?ica. Da bi se osigurao normalan proces infekcije korijenskog sustava bakterijama kvr?ica, potrebno je imati prili?no veliki broj ?ivih bakterijskih ?elija u zoni korijena. Mi?ljenja istra?iva?a o broju ?elija potrebnih da bi se osigurao proces inokulacije su razli?ita. Tako je, prema ameri?kom nau?niku O. Allenu (1966), potrebno 500-1000 ?elija za inokulaciju biljaka sa malim sjemenom, a najmanje 70 000 ?elija po sjemenu za inokulaciju biljaka s velikim sjemenom. Prema australskom istra?iva?u J. Vincentu (1966.), u trenutku inokulacije, svako sjeme treba sadr?avati najmanje nekoliko stotina ?ivih i aktivnih ?elija bakterija nodula. Postoje dokazi da pojedina?ne ?elije tako?e mogu da napadnu tkivo korena.

Tokom razvoja korijenskog sistema mahunarke, umno?avanje kvr?i?nih bakterija na povr?ini korijena stimulira se izlu?ivanjem korijena. Produkti razaranja korijenskih klobuka i dla?ica tako?er igraju va?nu ulogu u obezbje?ivanju pogodnog supstrata kvr?i?astim bakterijama.

U rizosferi mahunarki, razvoj bakterija kvr?ica je o?tro stimuliran, a kod ?itarica se ovaj fenomen ne opa?a.

Na povr?ini korijena nalazi se sloj sluzave tvari (matriks), koji se formira bez obzira na prisustvo bakterija u rizosferi. Ovaj sloj je jasno vidljiv kada se pregleda u svjetlosno-opti?kom mikroskopu (sl. 147). Kvr?i?aste bakterije nakon inokulacije obi?no hitaju u ovaj sloj i akumuliraju se u njemu (Sl. 148) zbog stimulativnog djelovanja korijena, koje se manifestira ?ak i na udaljenosti do 30 mm.

U tom periodu, koji prethodi uno?enju bakterija kvr?ica u tkivo korijena, bakterije u rizosferi su izuzetno pokretne. U ranim studijama, u kojima je za istra?ivanje kori?ten svjetlosni mikroskop, bakterije nodula koje se nalaze u zoni rizosfere dobile su naziv schwermers (gonidija ili zoospore) - "rojenje". Koriste?i Faereusovu metodu (1957), mogu?e je uo?iti formiranje izuzetno brzih kolonija ?vermera u predjelu vrha korijena i korijenskih dla?ica. Kolonije ?vermera postoje vrlo kratko - manje od jednog dana.

Postoji niz hipoteza o mehanizmu prodiranja bakterija kvr?ica u korijen biljke. Najzanimljivije od njih su sljede?e. Autori jedne od hipoteza navode da bakterije kvr?ica prodiru u korijen o?te?enjem epidermalnog i kortikalnog tkiva (posebno na mjestima gdje se bo?ni korijeni granaju). Ova hipoteza je postavljena na osnovu istra?ivanja Brila (1888), koji je izazvao stvaranje kvr?ica u mahunarkama probijanjem korijena iglom koja je prethodno bila uronjena u suspenziju bakterija kvr?ica. Kao poseban slu?aj, takav put implementacije je sasvim stvaran. Na primjer, kod kikirikija kvr?ice se prete?no nalaze u pazuhu grana korijena, ?to sugerira prodiranje bakterija kvr?ica u korijen kroz praznine tokom klijanja bo?nih korijena.

Zanimljiva i ne neutemeljena hipoteza je prodiranje bakterija kvr?ica u tkivo korijena kroz korijenske dla?ice. Ve?ina istra?iva?a prepoznaje prolazak bakterija kvr?ica kroz korijenske dla?ice.

Vrlo je uvjerljiva pretpostavka P. Darota i F. Mercera (1965) da bakterije nodula prodiru u korijen u obliku malih (0,1 - 0,4 mikrona) kokoidnih stanica u intervalima (0,3 - 0,4 mikrona) celulozne fibrilarne mre?e primarne omota? korijenskih dla?ica. Elektronsko mikroskopske fotografije (sl. 149) povr?ine korijena, dobivene metodom replike, i ?injenica skupljanja ?elija bakterija kvr?ica u rizosferi leguminoza potvr?uju ovu poziciju.

Mogu?e je da bakterije nodula mogu prodrijeti u korijen kroz epidermalne stanice mladih vrhova korijena. Prema Prazhmovsky (1889), bakterije mogu prodrijeti u korijen samo kroz mladu ?elijsku membranu (od korijenskih dla?ica ili epidermalnih ?elija) i nisu u potpunosti u stanju da prevladaju kemijski izmijenjeni ili plutasti sloj korteksa.To mo?e objasniti da se ?vorovi obi?no razvijaju u mlada podru?ja glavnog korijena i bo?nih korijena.

Nedavno je hipoteza o auksinu dobila veliku popularnost. Autori ove hipoteze smatraju da bakterije kvr?ica prodiru u korijen stimuliraju?i sintezu v-indoloctene kiseline (heteroauksina) iz triptofana, koji je uvijek prisutan u izlu?evinama korijena biljaka. Prisustvo heteroauksina povezano je sa zakrivljeno??u korijenskih dla?ica, ?to se obi?no uo?ava kada je korijenski sistem inficiran bakterijama kvr?ica (Sl. 150).

Izvor v-indolioctene kiseline u trenutku zaraze biljke, o?igledno, nisu samo biljke koje lu?e triptofan kroz korijenski sistem, koji mnoge vrste bakterija, uklju?uju?i korijenske nodule, mogu pretvoriti u 8-indolioctenu kiselinu. U sintezi heteroauksina mogu u?estvovati i same bakterije nodula, a mogu?e i druge vrste mikroorganizama u tlu koji ?ive u zoni korijena.

Me?utim, hipoteza o auksinu ne mo?e se bezuslovno prihvatiti. Djelovanje heteroauksina je nespecifi?no i uzrokuje zakrivljenost korijenskih dla?ica kod raznih biljnih vrsta, a ne samo kod mahunarki. Istovremeno, bakterije kvr?ica uzrokuju zakrivljenost korijenskih dla?ica samo kod mahunarki, pokazuju?i prili?no zna?ajnu selektivnost. Kada bi razmatrani efekat odredila samo v-indolioctena kiselina, onda ne bi bilo takve specifi?nosti. Osim toga, priroda promjena u korijenskim dla?icama pod utjecajem nodulnih bakterija je ne?to druga?ija nego pod utjecajem heteroauksina.

Tako?er treba napomenuti da su u nekim slu?ajevima nezakrivljene korijenske dla?ice izlo?ene infekciji. Zapa?anja pokazuju da je kod lucerke i gra?ka 60-70% korijenskih dlaka uvijeno i uvijeno, a kod djeteline - oko 50%. Kod nekih vrsta djeteline ova reakcija je zabilje?ena u najvi?e 1/4 zara?enih dla?ica. U reakciji zakrivljenosti, o?igledno, stanje korijenske dlake je od velike va?nosti. Rastu?e korijenske dlake najosjetljivije su na djelovanje tvari koje proizvode bakterije.

Poznato je da bakterije kvr?ica uzrokuju omek?avanje zidova korijenskih dla?ica. Me?utim, ne stvaraju ni celulazu ni pektinoliti?ke enzime. S tim u vezi, sugerirano je da bakterije kvr?ica prodiru u korijen zbog lu?enja sluzi polisaharidne prirode, ?to uzrokuje sintezu enzima poligalakturonaze u biljkama. Ovaj enzim, uni?tavaju?i pektinske tvari, utje?e na ljusku korijenskih dla?ica, ?ine?i je plasti?nijom i propusnijom. U malim koli?inama, poligalakturonaza je uvijek prisutna u korijenskim dla?icama i, o?igledno, uzrokuju?i djelomi?no otapanje odgovaraju?ih komponenti membrane, omogu?ava ?eliji da se raste?e.

Neki istra?iva?i vjeruju da bakterije kvr?ica prodiru u korijen zahvaljuju?i satelitskim bakterijama koje proizvode pektinoliti?ke enzime. Ova hipoteza je postavljena na osnovu sljede?ih ?injenica. Prilikom mikroskopije korijenskih dla?ica, mnogi istra?iva?i su primijetili prisutnost svjetlosne mrlje oko koje se nakupljaju kvr?i?ne bakterije. Ova mrlja mo?e biti znak po?etka maceracije (destrukcije) tkiva protopektinazom, sli?no istom znaku koji se opa?a kod biljaka kod mnogih bakterijskih bolesti. Osim toga, utvr?eno je da avirulentne kulture bakterija kvr?ica u prisustvu bakterija koje proizvode pektinoliti?ke enzime postaju sposobne prodrijeti u korijen.

Treba napomenuti jo? jednu hipotezu, prema kojoj bakterije kvr?ica ulaze u korijen prilikom formiranja prstasto izbo?ine na povr?ini korijenske dlake. Difrakcija elektrona presjeka korijenske dlake koja potvr?uje ovu hipotezu (Sl. 150, 3) prikazuje korijensku dlaku savijenu u obliku dr?ke ki?obrana, u ?ijem se zavoju nalazi nakupljanje bakterija kvr?ica. Kvr?i?ne bakterije kao da su uvu?ene (progutane) korijenskom dlakom (sli?no pinocitozi).

Hipoteza invaginacije se u su?tini ne mo?e odvojiti od auksinske ili enzimske hipoteze, budu?i da se invaginacija javlja kao rezultat izlaganja auksinu ili enzimskom faktoru.

Proces uno?enja bakterija kvr?ica u tkivo korijena je isti kod svih vrsta mahunarki i sastoji se od dvije faze. U prvoj fazi dolazi do infekcije korijenskih dla?ica. U drugoj fazi, proces formiranja nodula se intenzivno odvija. Trajanje faza je razli?ito kod razli?itih biljnih vrsta: kod Trifolium fragiferum prva faza traje 6 dana, kod Trifolium nigrescens - 3 dana.

U nekim slu?ajevima vrlo je te?ko otkriti granice izme?u faza. Najintenzivnije uno?enje bakterija kvr?ica u korijenske dla?ice doga?a se u ranim fazama razvoja biljke. Druga faza se zavr?ava tokom masovnog formiranja nodula. ?esto se prodiranje bakterija kvr?ica u korijenske dla?ice nastavlja ?ak i nakon ?to se ?vori?i formiraju na korijenu. Ova takozvana suvi?na ili dodatna infekcija nastaje jer infekcija dla?ica ne prestaje dugo vremena. U kasnijim fazama infekcije, ?vori?i se obi?no postavljaju ni?e du? korijena.

Vrsta razvoja, struktura i gusto?a korijenskih dla?ica ne utje?u na brzinu uno?enja kvr?i?nih bakterija. Mjesta formiranja nodula nisu uvijek povezana s lokacijama inficiranih dla?ica.

Nakon prodora u korijen (kroz korijensku dlaku, epidermalnu ?eliju, mjesta o?te?enja korijena), bakterije kvr?ica se potom kre?u u tkiva korijena biljke. Najlak?e bakterije prolaze kroz me?u?elijske prostore.

Jedna ?elija ili grupa bakterijskih ?elija mogu prodrijeti u tkivo korijena. Ako je uvedena posebna ?elija, ona mo?e nastaviti da se kre?e kroz tkivo kao jedna ?elija. Na?in infekcije korijena pojedina?nim ?elijama karakteristi?an je za biljke lupine.

Me?utim, u ve?ini slu?ajeva, invazivna ?elija, aktivno se razmno?avaju?i, formira takozvane infektivne niti (ili infektivne tji) i ve? u obliku takvih niti se kre?e u biljna tkiva.

Termin "infekciona nit" nastao je na osnovu prou?avanja procesa infekcije u svjetlosnom mikroskopu. Po?ev?i od Beijerinckovog rada, na nit infekcije se po?elo gledati kao na sluzavu masu nalik hifama koja sadr?i bakterije koje se razmno?avaju.

U su?tini, nit infekcije je kolonija umno?enih bakterija. Njegov po?etak je mjesto gdje je jedna ?elija ili grupa ?elija prodrla. Mogu?e je da se kolonija bakterija (i, posljedi?no, budu?a infekcijska nit) po?ne formirati na povr?ini korijena prije uno?enja bakterija u korijen.

Broj zara?enih korijenskih dla?ica zna?ajno varira me?u pojedina?nim biljkama. Obi?no se infektivne niti pojavljuju u deformisanim, uvrnutim korijenskim dla?icama. Me?utim, postoje naznake da se sli?ne niti ponekad nalaze u ravnim dla?icama. ?e??e se u korijenskim dla?icama uo?ava jedna granasta nit, rje?e dvije. U nekim slu?ajevima postoji nekoliko niti u jednoj korijenskoj dlaki, ili u nekoliko zajedni?kih niti infekcije, koje stvaraju jedan ?vor (Sl. 151).

Procenat inficiranih korijenskih dla?ica u ukupnom broju deformiranih dla?ica je neobja?njivo nizak. Obi?no se kre?e od 0,6 do 3,2, povremeno dosti?u?i 8,0. Udio uspje?nih infekcija je jo? manji, jer me?u infektivnim nitima ima mnogo (do 80%) takozvanih abortivnih niti koje su prestale da se razvijaju. Brzina napredovanja normalno razvijaju?ih infektivnih niti u biljci je 5-8 mikrona na sat. Ovom brzinom, put kroz korijensku dlaku du?ine 100-200 mikrona mo?e pro?i kroz nit infekcije u roku od jednog dana.

Morfolo?ko - anatomske karakteristike nodula u njihovoj ontogenezi. Prema na?inu formiranja, kvr?ice mahunarki dijele se na dvije vrste: 1. tip - ?vori?i nastaju prilikom diobe ?elija pericikla (korijenskog sloja), obi?no se nalaze uz protoksilem (prvi u vremenu za formiranje ?ila) - endogeni tip formiranja nodula; Tip 2 - noduli nastaju iz korteksa korijena kao rezultat uno?enja patogena u parenhimske ?elije korteksa i endoderma (unutra?nji sloj primarnog korteksa) - egzogeni tip formiranja nodula.

U prirodi prevladava potonji tip. Tkiva centralnog cilindra korijena sudjeluju samo u formiranju vaskularnog sistema nodula i endogenog i egzogenog tipa.

Unato? razli?itim pogledima na prirodu pojave egzo- i endotipskih nodula, proces njihovog razvoja je u osnovi isti. Me?utim, ni jedan ni drugi tip formiranja nodula ni u kom slu?aju ne treba poistovje?ivati s procesom formiranja bo?nih korijena, unato? ?injenici da postoje neke sli?nosti u njihovom nastanku. Dakle, formiranje nodula i bo?nih korijena doga?a se istovremeno i, osim toga, u istoj zoni korijena.

Istovremeno, brojne karakteristike u razvoju bo?nih korijena i nodula nagla?avaju duboke razlike u vrsti njihovog formiranja. Bo?ni korijeni nastaju u periciklusu. Ve? u prvim trenucima razvoja povezani su sa sredi?njim cilindrom glavnog korijena, od kojeg se granaju sredi?nji cilindri bo?nih korijena, i uvijek nastaju naspram zraka primarnog drveta. Formiranje nodula, za razliku od bo?nog korijena, mogu?e je bilo gdje. Na samom po?etku formiranja kvr?i?nog tkiva nema vaskularne veze sa centralnim cilindrom korijena, ona nastaje kasnije. Plovila se obi?no formiraju du? periferije nodula. Oni su preko traheidne zone povezani sa sudovima korena i imaju sopstvenu endodermu (Sl. 152).

Razlika u prirodi nodulacije i bo?nih korijena posebno je jasno uo?ena kod seradele, budu?i da se kortikalno tkivo glavnog korijena ove biljke - mjesto prvih nodula - sastoji od relativno malog sloja ?elija i noduli postaju vidljivi vrlo brzo. nakon infekcije korijena bakterijama. Prvo formiraju spljo?tene izbo?ine na korijenu, ?to ih omogu?ava razlikovati od konusnih izbo?ina bo?nih korijena. Nodule se razlikuju od bo?nih korijena po nizu anatomskih karakteristika: odsustvu sredi?njeg cilindra, korijenskih kapica i epiderme, te prisutnosti zna?ajnog sloja kore koji prekriva kvr?icu.

Formiranje kvr?ica (sl. 153, 1, 2) mahunarki doga?a se u periodu kada korijen jo? ima primarnu strukturu. Po?inje podjelom kortikalnih stanica koje se nalaze na udaljenosti od 2 - 3 sloja od krajeva infektivnih niti. Slojevi korteksa, probijeni infektivnim nitima, ostaju nepromijenjeni. Istovremeno, kod seradele se dioba kortikalnih stanica doga?a direktno ispod zara?ene korijenske dlake, dok se kod gra?ka podjela stanica bilje?i samo u pretposljednjem sloju korteksa.

Podjela sa formiranjem radijalne strukture tkiva nastavlja se na unutra?nje jezgro ?elija. Javlja se bez odre?enog smjera, nasumi?no, i kao rezultat toga nastaje meristem (sistem obrazovnih tkiva) nodula koji se sastoji od malih zrnastih ?elija.

Podijeljene ?elije korteksa se mijenjaju: jezgra su zaobljena i pove?avaju se u veli?ini, posebno nukleoli. Nakon mitoze, jezgra se raspr?uju i, bez da poprime svoj izvorni oblik, po?inju se ponovo dijeliti. Pojavljuje se sekundarni meristem. Ubrzo se u endodermu i periciklu javljaju znaci po?etne diobe, koja se u biv?im vanjskim stanicama javlja uglavnom tangencijalnim septama. Ova podjela se kona?no prote?e na zajedni?ki meristematski kompleks, ?ije su male ?elije izdu?ene, vakuole nestaju, a jezgro ispunjava ve?i dio ?elije. Formira se takozvani primarni ?vor, u plazmi ?elija u ?ijoj plazmi nema nodusnih bakterija, budu?i da su u ovoj fazi jo? uvijek unutar niti infekcije. Dok se formira primarni ?vor, niti infekcije se granaju mnogo puta i mogu pro?i ili izme?u ?elija - intercelularno (slika 154), ili kroz ?elije - intracelularno - i uneti bakterije (slika 155).

Me?ustani?ne infektivne niti, zbog aktivne reprodukcije kvr?i?nih bakterija u njima, ?esto poprimaju bizaran oblik - formiraju se u obliku d?epova (divertikula) ili baklji (vidi sliku 154).

Proces kretanja infekcijskih niti od ?elije do ?elije nije sasvim jasan. O?igledno, zarazne niti, kako smatra kanadski mikrobiolog D. Jordan (1963.), lutaju u obliku golih sluzavih niti u me?u?elijskim prostorima biljnog tkiva sve dok iz nekih jo? neobja?njivih razloga ne po?nu invaginirati u citoplazmu susjednih stanica. .

U nekim slu?ajevima, invaginacija niti infekcije javlja se u jednoj, u nekim slu?ajevima - u svakoj susjednoj ?eliji. Kroz ove invaginirane tubularne ?upljine (divertikule), sadr?aj niti zatvoren u sluzi. Najaktivniji rast infektivnih niti obi?no se javlja u blizini jezgra biljne ?elije. Probijanje niti je pra?eno pomicanjem jezgra, koje se kre?e prema mjestu infekcije, pove?ava se, mijenja oblik i degenerira. Sli?na slika se uo?ava i kod gljivi?ne infekcije, kada jezgro ?esto juri ka hifama koje napadaju, privla?i se o?te?enjem kao mjesto najve?e fiziolo?ke aktivnosti, pribli?ava se niti, nabubri i uru?ava se. O?igledno, ovo je karakteristi?no za odgovor biljke na infekciju.

U jednogodi?njim biljkama zarazne niti se obi?no pojavljuju u prvom periodu infekcije korijena, u vi?egodi?njim biljkama - tokom dugog perioda razvoja.

Bakterije se mogu osloboditi iz niti infekcije u razli?ito vrijeme i na razli?ite na?ine. Izlazak bakterija je u pravilu vrlo dug proces, posebno kod vi?egodi?njih biljaka. Obi?no je osloba?anje bakterija iz zarazne niti u citoplazmu biljke doma?ina povezano s unutarnjim pritiskom koji je rezultat intenzivnog razmno?avanja bakterija u niti i njihovog izlu?ivanja sluzi. Ponekad bakterije iskliznu iz niti u grupama okru?ene sluzi infektivnog konca, u obliku vezikula (mjehurastih formacija) (Sl. 157). Budu?i da vezikule nemaju membrane, izlazak bakterija iz njih je vrlo jednostavan. Nodule bakterije tako?er mogu u?i u biljne stanice pojedina?no iz me?u?elijskog prostora (Sl. 156).

Nodule bakterije koje su iza?le iz niti infekcije nastavljaju da se razmno?avaju u tkivu doma?ina. Njihovo razmno?avanje tokom ovog perioda odvija se konstrikcionom deobom (Sl. 158). Ve?ina bakterija se razmno?ava u citoplazmi ?elije, a ne u infekcijskoj niti. Inficirane ?elije stvaraju budu?e bakteroidno tkivo.

Ispunjene brzomno?e?im stanicama bakterija kvr?ica, biljne stanice po?inju se intenzivno dijeliti. U trenutku mitoti?ke diobe inficiranih stanica, kvr?i?ne bakterije se mogu akumulirati na dva suprotna pola mati?ne stanice i pasivno u?i u ?elije k?eri. Svaka od neinficiranih ?elija je pod sna?nim stimulativnim dejstvom kvr?i?nih bakterija i kao rezultat toga se tako?e deli. Zahvaljuju?i ovoj sna?noj mitoti?koj diobi meristematskih ?elija, bakterije nodula se ?ire u tkiva nodula i pove?ava se volumen bakteroidne regije.

Zara?eno tkivo, koje se sastoji od gusto le?e?ih ?elija koje se aktivno dijele, prvo ima oblik skra?enog konusa. Nakon toga, zbog postepenog rasta ovog konusa i istovremene podjele i razvoja meristematskih stanica, tkivo ?vori?a raste i gubi oblik konusa.

Dakle, ?vor se pove?ava prvo kao rezultat radijalne i tangencijalne diobe jezgre ?elija, a zatim zbog pove?anja njihove veli?ine i istovremene diobe. Nakon ?to se biljne stanice potpuno napune bakterijama, mitoza se zaustavlja. Me?utim, ?elije nastavljaju da se pove?avaju u veli?ini i ?esto su jako izdu?ene. Njihova veli?ina je nekoliko puta ve?a od veli?ine neinficiranih biljnih stanica, koje se nalaze izme?u njih u bakteroidnoj zoni nodula.

Veza mladog ?vori?a s korijenom mahunarke ostvaruje se zahvaljuju?i vaskularno-vlaknastim snopovima. MS Voronin (1866.) prvi put je uo?io vaskularne fibrozne snopove. Vrijeme nastanka vaskularnog sistema u kvr?icama razli?itih vrsta mahunarki je razli?ito. Dakle, kod kvr?ica soje po?etak razvoja vaskularnih snopova poklapa se s trenutkom prodora kvr?i?nih bakterija u dva sloja parenhima krave. Sa rastom nodula, provodni sistem raste, grana se i okru?uje bakteroidnu regiju.

Paralelno sa procesom diferencijacije vaskularnog sistema, iz vanjskog sloja primarnog nodula formira se endoderm ?vora. Tada je kvr?ica zaobljena, njen periferni ?elijski sloj je okru?en korom nodula.

Epiderma korijena puca, a ?vori? nastavlja da se razvija i pove?ava veli?inu.

Koriste?i svjetlosni mikroskop na uzdu?nim presjecima zrelih nodula, obi?no se jasno razlikuju 4 karakteristi?ne zone diferencijacije tkiva: korteks, meristem, bakteroidna zona i vaskularni sistem. Sva tkiva ?vorova diferenciraju se u akropetalnom nizu jer meristem pokre?e nove ?elije.

Kora nodula - ljuska nodula, koja obavlja za?titnu funkciju. Kora se sastoji od nekoliko redova neinficiranih parenhimskih ?elija, ?ija su veli?ina i karakteristike razli?ite kod razli?itih mahunarki. Naj?e??e ?elije korteksa imaju izdu?en oblik i ve?e su u usporedbi s drugim stanicama nodula.

U kori kvr?ica vi?egodi?njih drvenastih vrsta ?esto se nalaze ?elije sa plutastim membranama koje sadr?e smole, tanin i tanine.

Meristem nodula nalazi se ispod ?elija korteksa i predstavlja zonu intenzivnog dijeljenja i neinficiranih ?elija. Meristem nodula karakteriziraju gusto raspore?ene, bez me?u?elijskih prostora, male stanice tankih stijenki nepravilnog oblika. Meristemske ?elije kvr?ica sli?ne su ?elijama drugih vrsta meristematskog tkiva (vrh korena, vrh stabljike). Meristemske ?elije ?vorova sadr?e gustu, fino granularnu citoplazmu s ribozomima, Golgijevim tijelima, protoplastidima, mitohondrijama i drugim strukturama. Postoje male vakuole. U sredi?tu citoplazme nalazi se veliko jezgro s nuklearnom membranom, porama i jasno definiranim nukleolom. Funkcije meristematskih ?elija su formiranje ?elija korteksa nodula, bakteroidne regije i vaskularnog sistema. U zavisnosti od lokacije meristema, kvr?ice imaju razli?ite oblike: sferi?ne (gra?ak, pasulj, seradela, kikiriki) ili cilindri?ne (lucerna, grahorica, ?in, bagrem, djetelina) (Sl. 159). Meristem, koji se nalazi u odvojenim podru?jima du? periferije kvr?ice, dovodi do stvaranja kvr?ica u obliku mufa u lupini.

Meristem kvr?ica funkcionira dugo, ?ak i za vrijeme nekroze nodula, kada su ve? ispunjeni liziranom bakteroidnom masom i uni?tenim biljnim stanicama.

Bakteroidna zona ?vori?a zauzima njegov sredi?nji dio i ?ini od 16 do 50% ukupne suhe mase nodula. U prvom periodu formiranja nodula to je u su?tini bakterijska zona (Sl. 160), budu?i da je ispunjena bakterijskim ?elijama koje su u bakterijskoj, a ne bakteroidnoj fazi razvoja. Ipak, kada je u pitanju zona tkiva kvr?ica koja sadr?i bakterije, uobi?ajeno je da se zove bakteroid.

Bakteroidna regija nodula sastoji se uglavnom od ?elija inficiranih bakterijama kvr?ica i dijelom od neinficiranih ?elija koje se nalaze uz njih, ispunjenih pigmentima, taninima, a do jeseni - ?krobom.

U nodusima nastalim od efektivnih sojeva kvr?i?nih bakterija, prosje?ni relativni volumen bakteroidne zone je ve?i nego kod nodula nastalih uvo?enjem neefikasnih sojeva.

U nekim slu?ajevima, volumen bakteroidne regije dosti?e maksimum u ranom periodu ?ivota nodula i nakon toga ostaje relativno konstantan. Bakteroidna zona je probijena gustom mre?om infektivnih niti, a okru?ena je vaskularnim fibroznim snopovima du? periferije.

Oblik bakteroida u kvr?icama razli?itih vrsta mahunarki mo?e biti razli?it (tabela 44). Dakle, u wikiju, rang i gra?ak, oni su dvogranati ili ra?vasti. Za djetelinu i esparzetu preovla?uju?i oblik bakteroida je sferni, kru?koliki, nabrekli, jajoliki, a za slanutak okrugli. Oblik bacteroides graha, seradele, pti?je noge i lupine je gotovo ?tapi?ast.

Bakteroidi ispunjavaju ve?inu biljne ?elije, sa izuzetkom centralne zone jezgra i vakuola. Dakle, postotak bakteroida u bakteroidnoj zoni kvr?ice ru?i?aste boje iznosi 94,2 od ukupnog broja nodulnih bakterija. Bakteroidne ?elije su 3-5 puta ve?e od bakterijskih ?elija (Sl. 161.1, 2).

Bakteroidi nodulnih bakterija su od posebnog interesa zbog ?injenice da su gotovo jedini stanovnici kvr?ica mahunarki u periodu intenzivnog vezivanja atmosferskog du?ika na njih. Neki istra?iva?i smatraju bakteroide patolo?kim degenerativnim oblicima i ne povezuju proces fiksacije du?ika s bakteroidnim oblikom kvr?i?nih bakterija. Ve?ina istra?iva?a smatra da su bakteroidi najizdr?ljiviji i najaktivniji oblici kvr?i?nih bakterija i da mahunarke fiksiraju atmosferski du?ik samo uz njihovo u?e??e (Sl. 162).

Vaskularni sistem nodula pru?a vezu izme?u bakterije i biljke doma?ina. Hranjive tvari i metaboli?ki proizvodi se transportuju kroz vaskularne snopove. Vaskularni sistem se rano razvija i dugo funkcioni?e.

Potpuno formirane ?ile imaju specifi?nu strukturu: sastoje se od ksilemskih traheida, floemskih vlakana, sitastih cijevi i prate?ih stanica.

Ovisno o vrsti mahunarki, veza nodula se vr?i kroz jedan ili vi?e vaskularnih snopova. Na primjer, kod gra?ka postoje dva diferencirana vaskularna ?vora u bazi nodula. Svaki od njih se obi?no dva puta dihotomno grana, a kao rezultat toga, 8 snopova prolazi kroz nodul od mjesta drugog dihotomnog grananja. Mnoge biljke imaju samo jedan grozd, a istovremeno su u jednoj kvr?ici Sesbania grandiflora u dobi od godinu dana uspjele nabrojati do 126. Nerijetko je vaskularni sistem kvr?ice izvana odvojen od kore. sloj djelomi?no ili potpuno suberiziranih stanica, nazvan endoderm nodula, pri?vr??en za endodermu korijena. Endoderm ?vori?a je vanjski sloj neinficiranog gove?eg parenhima, smje?ten izme?u tkiva ?vori?a i korteksa korijena.

Kod ve?ine biljnih vrsta kvr?ice se formiraju prema opisanom tipu. Stoga je formiranje nodula rezultat slo?enih pojava koje po?inju izvan korijena. Nakon po?etnih faza infekcije dolazi do stvaranja ?vori?a, zatim do ?irenja bakterija u zoni tkiva ?vori?a i fiksacije du?ika.

Sve faze razvoja kvr?i?nih bakterija, prema ?e?kom mikrobiologu V. Kasu (1928), mogu se pratiti na dijelovima nodula. Dakle, u gornjem dijelu nodula, na primjer, lucerna sadr?i uglavnom male stanice u obliku ?tapi?a koji se dijele, malu koli?inu mladih bakteroida, ?iji se broj postepeno pove?ava kako se kvr?ica razvija. U srednjem, ru?i?astom dijelu ?vori?a nalaze se prete?no bakteroidne ?elije i rje?e male ?tapi?aste ?elije. U podno?ju kvr?ice u ranim fazama vegetacije biljke doma?ina, bakteroidi su isti kao i u njegovom srednjem dijelu, ali su do kraja vegetacije vi?e nabubreni i ranije degeneriraju.

Vrijeme pojave prvih vidljivih kvr?ica na korijenu razli?itih vrsta mahunarki je razli?ito (MV Fedorov, 1952). Njihova pojava kod ve?ine mahunarki naj?e??e se javlja tokom razvoja prvih pravih listova. Tako se formiranje prvih kvr?ica lucerke uo?ava izme?u 4. i 5. dana nakon nicanja, a 7. - 8. dana dolazi do ovog procesa. sve biljke. ?vori?i srpaste lucerke pojavljuju se nakon 10 dana.

U periodu funkcionisanja ?vorovi su obi?no gusti. Noduli formirani aktivnim kulturama bakterija su bjelkaste boje u mladoj dobi. Do trenutka ispoljavanja optimalne aktivnosti, postaju ru?i?asti. ?vori?i koji su nastali tokom infekcije neaktivnim bakterijskim kulturama su zelenkaste boje. ?esto se njihova struktura prakti?ki ne razlikuje od strukture nodula nastalih uz sudjelovanje aktivnih sojeva bakterija nodula, ali se prerano uni?tavaju.

U nekim slu?ajevima, struktura ?vorova formiranih od neaktivnih bakterija odstupa od norme. To se izra?ava u dezorganizaciji tkiva ?vori?a, koje obi?no gubi svoju jasno izra?enu zonsku diferencijaciju.

Ru?i?astu boju odre?uje prisustvo pigmenta u ?vori?ima, koji je po hemijskom sastavu sli?an hemoglobinu u krvi. S tim u vezi, pigment se naziva leghemoglobin (legoglobin) - Leguminosae hemoglobin. Legoglobin se nalazi samo u onim ?elijama nodula koje sadr?e bakteroide. Lokaliziran je u prostoru izme?u bakteroida i membrane koja ih okru?uje.

Njegova koli?ina se kre?e od 1 do 3 mg po 1 g kvr?ice, ovisno o vrsti mahunarke.

Kod jednogodi?njih mahunarki, do kraja vegetacije, kada se zavr?i proces fiksacije du?ika, crveni pigment prelazi u zeleni. Promjena boje po?inje na dnu nodula, kasnije njegov vrh postaje zelen. Kod vi?egodi?njih mahunarki ozelenjavanje kvr?ica se ne javlja ili se opa?a samo u podno?ju kvr?ice. U razli?itim vrstama mahunarki, prijelaz crvenog pigmenta u zeleni odvija se s razli?itim stupnjevima intenziteta i razli?itom brzinom.

Kvr?ice jednogodi?njih biljaka funkcioniraju relativno kratko. Kod ve?ine mahunarki nekroza kvr?ica po?inje tokom perioda cvatnje biljke doma?ina i obi?no se nastavlja od centra ka periferiji kvr?ice. Jedan od prvih znakova uni?tenja je formiranje sloja ?elija sa sna?nim zidovima u podno?ju nodula. Ovaj sloj ?elija, koji se nalazi okomito na glavnu ?ilu korena, odvaja ga od ?vori?a i odla?e razmenu hranljivih materija izme?u biljke doma?ina i tkiva ?vori?a.

U ?elijama degeneriraju?eg tkiva nodula pojavljuju se brojne vakuole, jezgra gube sposobnost bojenja, neke od stanica bakterija nodula liziraju, a neke migriraju u okolinu u obliku malih ?elija kokoidnih artrospora.

Proces formiranja artrospora u tkivu liziraju?eg nodula prikazan je na slikama 163 - 165. Infektivne niti tako?e prestaju da funkcioni?u tokom ovog perioda (slika 166). ?elije doma?ini gube turgor i komprimiraju ih susjedne stanice za koje je to jo? karakteristi?no.

Stari ?vori?i su tamni, mlohavi, mekani. Prilikom rezanja iz njih viri vodenasta sluz. Proces uni?tavanja nodula, koji po?inje zatvaranjem ?elija vaskularnog sistema, olak?an je smanjenjem fotosintetske aktivnosti biljke, suho?om ili prekomjernom vla?no??u okoli?a.

U uni?tenom, sluzavom ?voru ?esto se nalaze protozoe, gljivice, bacili i mali ?tapi?asti ?vori?i.

Stanje biljke doma?ina uti?e na trajanje funkcionisanja nodula. Dakle, prema F. F. Yukhimchuku (1957), kastriranjem ili uklanjanjem cvjetova vu?ike mogu?e je produ?iti period njene vegetacije, a ujedno i vrijeme aktivne aktivnosti kvr?i?nih bakterija.

Kvr?ice vi?egodi?njih biljaka, za razliku od jednogodi?njih, mogu funkcionirati dugi niz godina. Tako, na primjer, karagana ima vi?egodi?nje kvr?ice, u kojima se proces starenja ?elija odvija istovremeno sa stvaranjem novih. Kod glicinije (kineske glicinije) funkcioni?u i vi?egodi?nje kvr?ice koje formiraju sferi?ne otekline na korijenu doma?ina. Do kraja vegetacijske sezone, bakteroidno tkivo vi?egodi?njih kvr?ica degradira, ali cijeli nodul ne umire. Sljede?e godine ponovo po?inje s radom.

Faktori koji odre?uju simbiotski odnos bakterija kvr?ica sa mahunarkama. Za simbiozu, koja osigurava dobar razvoj biljaka, neophodan je odre?eni set uslova sredine. Ako su uslovi okoline nepovoljni, onda ?e, ?ak i uprkos visokoj virulenciji, konkurentskoj sposobnosti i aktivnosti mikrosimbionta, efikasnost simbioze biti niska.

Za razvoj kvr?ica optimalan sadr?aj vlage je 60 - 70% ukupnog vla?nog kapaciteta tla. Minimalna vla?nost tla pri kojoj je jo? mogu? razvoj kvr?i?nih bakterija u tlu je pribli?no jednaka 16% ukupnog kapaciteta vlage. Kada je vla?nost ispod ove granice, bakterije kvr?ica se obi?no vi?e ne razmno?avaju, ali ipak ne umiru i mogu dugo ostati u neaktivnom stanju. Nedostatak vlage dovodi i do odumiranja ve? formiranih nodula.

?esto se u podru?jima s nedostatkom vlage razvijaju mnoge mahunarke bez stvaranja kvr?ica.

Budu?i da se bakterije kvr?ica ne razmno?avaju u nedostatku vlage, u slu?aju su?nog prolje?a, inokulirano (vje?ta?ki zara?eno) sjeme se mora uneti dublje u tlo. Na primjer, u Australiji se sjeme oblo?eno bakterijama nodula zakopava duboko u tlo. Zanimljivo je da su bakterije nodula u tlima su?ne klime otpornije na su?u od bakterija u tlima vla?ne klime. To pokazuje njihovu ekolo?ku prilagodljivost.

Vi?ak vlage, kao i njen nedostatak, tako?er je nepovoljan za simbiozu - zbog smanjenja stupnja aeracije u zoni korijena, dotok kisika u korijenski sistem biljke pogor?ava. Nedovoljna aeracija tako?er negativno utje?e na bakterije nodula koje ?ive u tlu, koje se, kao ?to znate, bolje razmno?avaju kada je kisik dostupan. Ipak, visoka aeracija u zoni korijena dovodi do ?injenice da molekularni reduktori du?ika po?inju vezivati kisik, smanjuju?i stupanj fiksacije du?ika kvr?ica.

Temperaturni faktor igra va?nu ulogu u odnosu izme?u kvr?i?nih bakterija i mahunarki. Temperaturne karakteristike razli?itih vrsta mahunarki su razli?ite. Tako?er, razli?iti sojevi kvr?i?nih bakterija imaju svoje specifi?ne temperaturne optimume za razvoj i aktivnu fiksaciju du?ika. Treba napomenuti da se optimalne temperature za razvoj mahunarki, formiranje kvr?ica i fiksaciju du?ika ne poklapaju. Dakle, u prirodnim uvjetima, formiranje nodula mo?e se primijetiti na temperaturama ne?to iznad 0 °C, fiksacija du?ika se prakti?ki ne doga?a u takvim uvjetima. Mo?da samo arkti?ke simbiotske mahunarke fiksiraju du?ik na vrlo niskim temperaturama. Obi?no se ovaj proces odvija samo na 10 °C i vi?e. Maksimalna fiksacija du?ika kod odre?enog broja mahunarki uo?ava se na 20 - 25 °C. Temperature iznad 30 °C negativno uti?u na proces akumulacije azota.

Ekolo?ka adaptacija na temperaturni faktor kod kvr?i?nih bakterija je mnogo manja nego kod mnogih tipi?nih saprofitskih oblika. Prema E. N. Mishustinu (1970), to je zbog ?injenice da su prirodno stani?te kvr?i?nih bakterija biljna tkiva, gdje temperaturne uvjete regulira biljka doma?in.

Reakcija tla ima veliki utjecaj na vitalnu aktivnost nodulnih bakterija i stvaranje kvr?ica. Za razli?ite vrste, pa ?ak i sojeve bakterija nodula, pH vrijednost stani?ta je ne?to druga?ija. Na primjer, bakterije kvr?ica djeteline su otpornije na niske pH vrijednosti od bakterija kvr?ica lucerne. O?igledno, tu uti?e i prilago?avanje mikroorganizama na okolinu. Detelina raste na kiselijim zemlji?tima od lucerne. Reakcija tla kao ekolo?ki faktor utje?e na aktivnost i virulentnost nodulnih bakterija. Najaktivnije sojeve je lak?e izolirati iz tla s neutralnim pH vrijednostima. U kiselim tlima ?e??i su neaktivni i slabo virulentni sojevi. Kisela sredina (pH 4,0 - 4,5) ima direktan utjecaj na biljke, posebno remete?i sinteti?ke procese metabolizma biljaka i normalan razvoj korijenskih dla?ica. U kiseloj sredini u inokuliranim biljkama, period funkcioniranja bakteroidnog tkiva naglo se smanjuje, ?to dovodi do smanjenja stupnja fiksacije du?ika.

U kiselim tlima, kako je primetio A. V. Peterburgski, soli aluminijuma i mangana prelaze u rastvor zemlji?ta, ?to negativno uti?e na razvoj korenovog sistema biljaka i na proces asimilacije azota, kao i na sadr?aj asimilabilnih oblika fosfora, kalcijuma, molibdena. a smanjuje se i uglji?ni dioksid. Nepovoljna reakcija tla najbolje se eliminira vapnenjem.

Veli?ina simbiotske fiksacije du?ika u velikoj je mjeri odre?ena nutritivnim uvjetima biljke doma?ina, a ne bakterijama kvr?ica. Kvr?ice kao endotrofni simbionti biljaka uglavnom zavise od biljke za dobivanje tvari koje sadr?e ugljik i mineralnih hranjiva.

Za bakterije kvr?ice tkivo doma?ina je takav hranljivi medij koji mo?e zadovoljiti i najzahtjevnije sojeve zbog sadr?aja svih vrsta nutrijenata u tkivu. Ipak, nakon uno?enja bakterija kvr?ica u tkivo biljke doma?ina, njihov razvoj je odre?en ne samo unutarnjim procesima, ve? uvelike ovisi i o djelovanju vanjskih faktora koji utje?u na cjelokupni tok infektivnog procesa. Sadr?aj ili odsustvo jednog ili drugog nutrijenta u okolini mo?e biti odlu?uju?i trenutak za manifestaciju simbiotske fiksacije du?ika.

Stepen snabdijevanja biljaka mahunarki dostupnim oblicima mineralnih azotnih jedinjenja odre?uje efikasnost simbioze. Na osnovu brojnih laboratorijskih i vegetativnih eksperimenata, poznato je da ?to je vi?e spojeva koji sadr?e du?ik u okoli?u, bakterijama je te?e prodrijeti u korijen.

Poljoprivredna praksa zahtijeva nedvosmisleno rje?enje problema - svrsishodnije je gnojiti mahunarke du?ikom, ili su u pravu oni istra?iva?i koji tvrde da mineralni du?ik potiskuje simbiotsku fiksaciju du?ika mahunarki i stoga je ekonomski isplativije takve biljke ne gnojiti nitrogen. Na Odsjeku za agronomsku i biolo?ku hemiju Moskovske poljoprivredne akademije. K. A. Timiryazev je proveo eksperimente ?iji su rezultati omogu?ili da se dobije slika pona?anja simbionta u uvjetima vegetacije i poljskih eksperimenata kada su biljke bile opskrbljene razli?itim dozama du?ika u okoli?u. Utvr?eno je da pove?anje sadr?aja rastvorljivih spojeva koji sadr?e azot u ?ivotnoj sredini u poljskim uslovima i optimalnim uslovima rasta biljaka ne spre?ava njihovu simbiozu sa kvr?i?nim bakterijama. Smanjenje udjela atmosferskog du?ika koji asimiliraju biljke uz pove?anu zalihu mineralnog du?ika ima samo relativni karakter. Apsolutna koli?ina du?ika koji bakterije asimiliraju iz atmosfere prakti?ki se ne smanjuje, ?ak se ?esto pove?ava u usporedbi s biljkama uzgojenim u prisutnosti korijenskih bakterija nodula, ali bez uno?enja du?ika u tlo.

Od velikog zna?aja za aktiviranje apsorpcije azota mahunarkama je ishrana fosforom. Pri niskom sadr?aju fosfora u mediju, bakterije prodiru u korijen, ali se ne stvaraju kvr?ice. Mahunarke imaju neke posebnosti u razmjeni spojeva koji sadr?e fosfor. Sjemenke mahunarki su bogate fosforom. Rezervni fosfor pri klijanju semena ne koristi se na isti na?in kao kod drugih useva – relativno ravnomerno za formiranje svih organa, ali je u ve?oj meri koncentrisan u korenu. Stoga, u ranim fazama razvoja, mahunarke, za razliku od ?itarica, svoje potrebe za fosforom u ve?oj mjeri zadovoljavaju na ra?un kotiledona, a ne rezervi tla. ?to je seme ve?e, to manje mahunarke zavise od fosfora u zemlji?tu. Me?utim, u simbiotskom na?inu postojanja, potreba za fosforom u mahunarkama je ve?a nego u autotrofnom na?inu. Stoga se s nedostatkom fosfora u mediju inokuliranih biljaka pogor?ava opskrba biljaka du?ikom.

Poznato je da mahunarke nose znatno vi?e kalijuma sa svojim usjevima od drugih poljoprivrednih kultura. Stoga, pota?a, a posebno fosfatno-kalijeva gnojiva zna?ajno pove?avaju produktivnost fiksacije du?ika mahunarkama.

Pozitivan u?inak kalija na stvaranje kvr?ica i intenzitet fiksacije du?ika u velikoj je mjeri povezan s fiziolo?kom ulogom kalija u metabolizmu ugljikohidrata biljke.

Kalcij je potreban ne samo za uklanjanje prekomjerne kiselosti tla. Ima specifi?nu ulogu u razvoju bakterija kvr?ica i u osiguravanju normalne simbioze bakterija s biljkom doma?inom. Potreba nodulnih bakterija za kalcijem mo?e se djelomi?no nadoknaditi stroncijumom. Zanimljivo je da bakterije kvr?ica tropskih usjeva koje rastu na kiselim lateritnim tlima ne zahtijevaju kalcij. Ovo opet pokazuje ekolo?ku adaptaciju bakterija nodula, budu?i da tropska tla sadr?e vrlo male koli?ine kalcija.

Simbiotska fiksacija du?ika tako?er zahtijeva magnezijum, sumpor i ?eljezo. S nedostatkom magnezija, reprodukcija nodulnih bakterija je inhibirana, njihova vitalna aktivnost se smanjuje, a simbiotska fiksacija du?ika je potisnuta. Sumpor i ?eljezo tako?er imaju blagotvoran u?inak na stvaranje ?vorova i proces fiksacije du?ika, posebno igraju?i nesumnjivu ulogu u sintezi leghemoglobina.

Od elemenata u tragovima posebno isti?emo ulogu molibdena i bora. Uz nedostatak molibdena, ?vori?i se slabo formiraju, u njima je poreme?ena sinteza slobodnih aminokiselina, a sinteza leghemoglobina je potisnuta. Molibden, zajedno sa ostalim elementima promjenjive valence (Fe, Co, Cu), slu?i kao posrednik u prijenosu elektrona u redoks enzimskim reakcijama. S nedostatkom bora, vaskularni snopovi se ne formiraju u ?vorovima, a kao rezultat toga, razvoj bakteroidnog tkiva je poreme?en.

Na stvaranje kvr?ica u mahunarkama veliki utjecaj ima metabolizam ugljikohidrata u biljkama, koji je odre?en brojnim faktorima: fotosintezom, prisustvom uglji?nog dioksida u okoli?u i fiziolo?kim karakteristikama biljaka. Pobolj?anje prehrane ugljikohidratima ima pozitivan u?inak na proces inokulacije i akumulaciju du?ika. S prakti?ne ta?ke gledi?ta, upotreba slame i svje?eg stajnjaka slame za gnojidbu mahunarki kao izvora ugljikohidrata je od velikog interesa. Ali u prvoj godini nakon uno?enja slame u tlo, otrovne tvari se akumuliraju tokom njenog raspadanja. Treba napomenuti da nisu sve vrste mahunarki osjetljive na toksi?ne produkte raspadanja slame; gra?ak, na primjer, ne reagira na njih.

Biolo?ki faktori igraju odre?enu ulogu u simbiozi bakterija kvr?ica i mahunarki.

Velika se pa?nja poklanja utjecaju mikroflore rizosfere na bakterije nodula korijena, koji mogu biti i stimulativni i antagonisti?ki, ovisno o sastavu mikroorganizama rizosfere.

Mnogi radovi su posve?eni prou?avanju faga bakterija nodula. Ve?ina faga je sposobna da lizira razli?ite vrste bakterija; neki su specijalizirani samo za odre?ene vrste ili ?ak sojeve nodulnih bakterija. Fagi mogu sprije?iti uno?enje bakterija u korijen, uzrokovati lizu stanica u tkivu nodula. Fagi nanose veliku ?tetu liziranjem preparata nodulnih bakterija u biljkama koje proizvode nitragin.

Me?u raznim vrstama insekata koji o?te?uju bakterije kvr?ica, isti?e se prugasti kvr?ica, ?ije li?inke uni?tavaju kvr?ice na korijenu mnogih vrsta mahunarki (uglavnom jednogodi?njih). Rasprostranjen je i ?ekinjasti ?i?ak.

U rano prole?e ?enke nodulesnog ?i?aka pola?u 10 do 100 jaja. Nakon 10 - 15 dana iz jaja se razvijaju male (do 5,5 mm), crvolike, savijene, bijele larve svijetlosme?e glave koje se hrane uglavnom kvr?icama i korijenskim dla?icama. Novoizlegle li?inke prodiru u kvr?icu i hrane se njenim sadr?ajem. Starije larve uni?tavaju nodule izvana. Jedna larva za 30-40 dana uni?ti 2-6 nodula. Posebno veliku ?tetu nanose u suhom i vru?em vremenu, kada se razvoj biljaka usporava.

Kvr?ice lucerne i nekih drugih vrsta mahunarki tako?er o?te?uje veliki lucerni ?i?ak.

?enke kornja?a pola?u do 400 jaja, iz kojih se razvijaju beznoge, lu?ne, ?u?kastobijele, sa sme?om glavom, larve prekrivene sme?im ?ekinjama. Njihova du?ina je 10 - 14 mm. Ciklus razvoja velikog ?i?aka lucerne traje dvije godine.

U stepskim krajevima, stepska nematoda je prona?ena na korijenu lucerke, djeteline i soje. Prije polaganja jaja, ?enke prodiru u korijen, gdje pola?u od 12 do 20 jaja. U korijenu, li?inke prolaze kroz tri larvalne faze razvoja, naru?avaju?i funkcije korijena i nodula.

Rasprostranjenost nodulnih bakterija u prirodi. Kao simbiotski organizmi, kvr?i?ne bakterije se ?ire u tlu, prate?i odre?ene vrste mahunarki. Nakon uni?tenja kvr?ica, stanice kvr?i?nih bakterija ulaze u tlo i po?inju postojati na ra?un raznih organskih tvari, poput drugih mikroorganizama tla. Gotovo sveprisutna rasprostranjenost kvr?i?nih bakterija dokaz je njihove visoke prilagodljivosti razli?itim zemlji?nim i klimatskim uvjetima, sposobnosti vo?enja simbioti?kog i saprofitnog na?ina ?ivota.

?ematiziraju?i trenutno dostupne podatke o rasprostranjenosti nodulnih bakterija u prirodi, mo?emo napraviti sljede?e generalizacije.

U netaknutim i kultivisanim tlima obi?no su u velikim koli?inama prisutne bakterije kvr?ica onih vrsta mahunarki koje se nalaze u divljoj flori ili se dugo uzgajaju na odre?enom podru?ju. Broj bakterija kvr?ica uvijek je najve?i u rizosferi mahunarki, ne?to manji u rizosferi drugih vrsta, a malo je u tlu udaljenom od korijena.

U tlu se nalaze i efikasne i neefikasne bakterije nodula. Postoji mnogo dokaza da dugotrajno saprofitsko postojanje kvr?i?nih bakterija, posebno u tlima s nepovoljnim svojstvima (kisela, slana), dovodi do smanjenja, pa ?ak i gubitka aktivnosti bakterija.

Unakrsna infekcija razli?itih vrsta mahunarki ?esto u prirodi i poljoprivrednoj praksi dovodi do pojave kvr?ica na korijenu koje ne fiksiraju aktivno molekularni du?ik. To, u pravilu, ovisi o odsustvu odgovaraju?ih vrsta nodulnih bakterija u tlu.

Ova pojava se posebno ?esto uo?ava kada se koriste nove vrste mahunarki, koje su ili zara?ene neefikasnim vrstama unakrsnih bakterija ili se razvijaju bez nodula.

Kvr?ice u biljkama koje nisu mahunarke.korijenske nodule ili formacije koje nalikuju kvr?icama rasprostranjene su na korijenima ne samo mahunarki. Nalaze se kod golosjemenja?a i kritosjemenja?a.

Postoji do 200 vrsta raznih biljaka koje ve?u du?ik u simbiozi s mikroorganizmima koji formiraju kvr?ice na svom korijenu (ili li??u).

Kvr?ice golosjemenja?a (redovi Cycadales - cikasi, Ginkgoales - ginko, Coniferales - ?etinari) imaju razgranati koraljni, sferi?ni ili perlasti oblik. Oni su zadebljani, modificirani bo?ni korijeni. Priroda patogena koji uzrokuje njihovo stvaranje jo? nije razja?njena. Endofiti golosemenja?a klasifikovani su kao gljive (fikomicete), aktinomicete, bakterije i alge. Neki istra?iva?i sugeriraju postojanje vi?estruke simbioze. Na primjer, vjeruje se da Azotobacter, nodule bakterije i alge u?estvuju u simbiozi kod cikasa. Tako?er, nije rije?eno pitanje funkcije nodula kod golosjemenja?a. Brojni nau?nici poku?avaju, prije svega, potkrijepiti ulogu nodula kao fiksatora du?ika. Neki istra?iva?i smatraju da su kvr?ice podokarpa rezervoari vode, a kvr?icama cikasa ?esto se pripisuje funkcija zra?nog korijena.

Kod brojnih predstavnika kritosjemenja?a, dikotiledonih biljaka, nodule na korijenu otkrivene su prije vi?e od 100 godina.

Najprije se zadr?imo na karakteristikama kvr?ica drve?a, grmlja i polugrmlja (porodice Coriariaceae, Myricaceae, Betulaceae, Casuarinaceae, Elaeagnaceae, Rhamnaceae) uklju?enih u ovu grupu. ?vorovi ve?ine predstavnika ove grupe su grozdovi ru?i?asto-crvene boje nalik koralju, koji s godinama dobijaju sme?u boju. Postoje dokazi o prisustvu hemoglobina u njima. Kod vrsta iz roda Elaeagnus (loch) kvr?ice su bijele boje.

?esto su noduli veliki. U kasuarini (Casuarina) dosti?u du?inu od 15 cm. Funkcioniraju nekoliko godina.

Biljke s nodulama uobi?ajene su u razli?itim klimatskim zonama ili ograni?ene na odre?eno podru?je. Dakle, Shepherdia i Ceanothus se nalaze samo u Sjevernoj Americi, Casuarina - uglavnom u Australiji. Lokhovy i morska krkavina mnogo su rasprostranjeniji.

Mnoge biljke iz razmatrane grupe rastu na tlima siroma?nim nutrijentima - pijesci, dine, stijene, mo?vare.

Najdetaljnije su istra?ene nodule johe (Alnus), posebno A. glutinosa, koje je 70-ih godina pro?log stolje?a otkrio M. S. Voronin (Sl. 167). Postoji pretpostavka da su nodule karakteristi?ne ne samo za moderne, ve? i za izumrle vrste johe, budu?i da su prona?ene na korijenima fosilne johe u tercijarnim naslagama doline rijeke Aldane - u Jakutiji.

Endofit u nodulama je polimorfan. Obi?no se javlja kao hife, vezikule i bakteroidi (slika 168). Taksonomski polo?aj endofita jo? nije utvr?en, budu?i da su se brojni poku?aji da se izolira u ?istu kulturu pokazali bezuspje?nim, a ako je bilo mogu?e izolirati kulture, ispostavilo se da nisu virulentne.

Glavni zna?aj cijele ove grupe biljaka, o?igledno, le?i u sposobnosti fiksiranja molekularnog du?ika u simbiozi s endofitom. Uzgajaju?i u podru?jima gdje uzgoj poljoprivrednog bilja nije ekonomski racionalan, oni igraju ulogu pionira u razvoju zemlji?ta. Tako godi?nji porast azota u tlu dina Irske (El Zelenortska ostrva) pod zasadima Casuarina equisetifolia dosti?e 140 kg/ha. Sadr?aj azota u zemlji?tu pod jovom je 30-50% ve?i nego u zemlji?tu breze, bora i vrbe. U osu?enom li??u johe du?ika je dvostruko vi?e nego u listovima drugih drvenastih biljaka. Prema prora?unima A. Virtanena (1962), gaj johe (prosje?no 5 biljaka na 1 m 2) daje pove?anje du?ika od 700 kg/ha za 7 godina.

Noduli su mnogo rje?i kod predstavnika porodice Zygophyllaceae (parnofilnih). Prvi ih je otkrio B. L. Isachenko (1913) na korijenskom sistemu Tribulus terrestris. Kasnije su nodule prona?ene i kod drugih vrsta Tribulusa.

Ve?ina ?lanova porodice Zygophyllaceae su kserofitni grmovi ili vi?egodi?nje biljke. Uobi?ajene su u pustinjama tropskih i suptropskih regija, a rastu na pje??anim dinama, pustinjama i umjerenim mo?varama.

Zanimljivo je napomenuti da tropske biljke kao ?to je jarkocrveni parhofilum formiraju kvr?ice samo pri visokim temperaturama i niskoj vla?nosti tla. Vla?nost tla do 80% ukupnog vla?nog kapaciteta sprje?ava nastanak kvr?ica. Kao ?to je poznato, obrnuti fenomen se opa?a kod mahunarki umjerene klime. Uz nedovoljnu vlagu, ne stvaraju kvr?ice.

Kvr?ice u biljkama porodice Parnolistaceae razlikuju se po veli?ini i polo?aju na korijenskom sistemu. Velike kvr?ice obi?no se razvijaju na glavnom korijenu i blizu povr?ine tla. Manji se nalaze na bo?nim korijenima i na ve?im dubinama. Ponekad se na stabljikama formiraju nodule ako le?e na povr?ini tla.

Kvr?ice kopnenog tribulusa na pijesku du? Ju?nog Buga izgledaju kao male bijele, blago ?iljaste ili okrugle bradavice. Obi?no su prekrivene pleksusom gljivi?nih hifa koje prodiru u koru korijena.

U svijetlocrvenom parnolistniku kvr?ice su krajnja zadebljanja bo?nih korijena biljaka. Bakteroidi se nalaze u ?vorovima; bakterije su vrlo sli?ne korijenskim nodulama.

Kvr?ice tropskih biljaka Tribulus cistoides su tvrde, zaobljene, pre?nika oko 1 mm, ?irokom bazom spojene sa korijenom, ?esto namotane na starim korijenima. ?e??e se nalazi na korijenu, naizmjeni?no, s jedne ili obje strane (Sl. 169). Nodule karakterizira odsustvo meristemske zone. Sli?an fenomen se bilje?i prilikom formiranja kvr?ica u crnogori?nim biljkama. ?vor stoga nastaje zbog diobe ?elija periciklusa stele.

Histolo?ko istra?ivanje nodula Tribulus cistoides u razli?itim fazama razvoja pokazalo je da im nedostaje mikroorganizama. Na osnovu toga, kao i nakupljanja velikih koli?ina ?kroba u kvr?icama, smatraju se formacijama koje obavljaju funkciju opskrbe biljkama rezervnim hranjivim tvarima.

Kvr?ice ?umske trske su sferi?ne ili ne?to izdu?ene formacije do 4 mm u pre?niku, ?vrsto sjede na korijenu biljaka (Sl. 170). Boja mladih kvr?ica je naj?e??e bijela, povremeno ru?i?asta, stara - ?uta i sme?a. ?vor je ?irokim vaskularnim snopom povezan sa centralnim cilindrom korijena. Kao i kod Tribulus cistoides, kvr?ice trske imaju koru, parenhim kore, endoderm, pericikli?ni parenhim i vaskularni snop (Sl. 171).

Bakterije u kvr?icama drvene trske veoma podsje?aju na bakterije korijenskih nodula mahunarki.

Nodule se nalaze na korijenu kupusa i rotkvice - predstavnika porodice krsta?a. Pretpostavlja se da ih formiraju bakterije koje imaju sposobnost da ve?u molekularni du?ik.

Me?u biljkama porodice madder, nodule se nalaze u kafi Coffea robusta i Coffea klainii. Granaju se dihotomno, ponekad spljo?tene i izgledaju kao lepeza. Bakterije i bakteroidne ?elije nalaze se u tkivima nodula. Bakterije, prema Stewartu (1932), pripadaju Rhizobiumu, ali ih je nazvao Bacillus coffeicola.

Na drijadi (trava jarebica) prona?ene su nodule u biljkama porodice ru?a. Dva druga ?lana ove porodice, Purshia tridentata i Cercocarpus betuloides, opisali su tipi?ne koraljne nodule. Me?utim, u literaturi nema podataka o strukturi ovih nodula i prirodi njihovog patogena.

Od porodice vrijeska mo?e se spomenuti samo jedna biljka - medvje?e uho (ili medvje?e bobice) koje ima kvr?ice na korijenskom sistemu. Mnogi autori smatraju da se radi o ektotrofnoj mikorizi nalik koralima.

U monokotiledonim biljkama kritosjemenja?a ?este su nodule me?u predstavnicima porodice ?itarica: livadski lisi?ji rep, livadska plav?ica, sibirska dlaka i slana trava. Na krajevima korijena nastaju kvr?ice; duguljaste su, zaobljene, vretenaste. U lisi?jem repu mladi ?vori?i su svijetli, prozirni ili prozirni, koji s godinama postaju sme?i ili crni. Podaci o prisutnosti bakterija u ?elijama nodula su kontradiktorni.

Listne nodule. Poznato je da preko 400 vrsta raznih biljaka formiraju kvr?ice na listovima. Najvi?e su prou?avane nodule Pavetta i Psychotria. Nalaze se na donjoj povr?ini listova du? glavne vene ili rasuti izme?u bo?nih vena, imaju intenzivnu zelenu boju. Kloroplasti i tanin su koncentrirani u nodulama. Starenjem se na nodusima ?esto pojavljuju pukotine.

Formirani ?vor je ispunjen bakterijama koje inficiraju listove biljke, o?igledno u vrijeme klijanja sjemena. Prilikom uzgoja sterilnog sjemena ne pojavljuju se kvr?ice i biljke razvijaju hloroti?ne. Pokazalo se da bakterije izolirane iz lisnih ?vorova Psychotria bacteriophyla pripadaju rodu Klebsiella (K. rubiacearum). Bakterije fiksiraju du?ik ne samo u simbiozi, ve? iu ?istoj kulturi - do 25 mg du?ika na 1 g upotrijebljenog ?e?era. Mora se pretpostaviti da oni igraju va?nu ulogu u ishrani biljaka du?ikom na neplodnom tlu. Postoji razlog za vjerovanje da oni opskrbljuju biljke ne samo du?ikom, ve? i biolo?ki aktivnim tvarima.

Ponekad se na povr?ini listova mogu vidjeti sjajni filmovi ili raznobojne mrlje. Nastaju - mikroorganizmi filosfere - posebna vrsta epifitskih mikroorganizama, koji su tako?er uklju?eni u ishranu biljaka du?ikom. Bakterije filosfere su prete?no oligonitrofili (?ive na zanemarivim ne?isto?ama spojeva koji sadr?e du?ik u mediju i po pravilu fiksiraju male koli?ine molekularnog du?ika), koji su u bliskom kontaktu s biljkom.

Nodule bakterije pripadaju rodu Rhizobium. Imaju sposobnost da fiksiraju du?ik iz atmosferskog zraka i sintetiziraju organska jedinjenja koja sadr?e du?ik. Ovi mikroorganizmi formiraju kvr?ice na korijenu nekih mahunarki, ulaze?i u simbiozu. Ove bakterije pretvaraju du?ik u spojeve koji su lako dostupni za apsorpciju od strane biljaka, a cvjetnice su, zauzvrat, izvor hranjivih tvari za bakterije nodula. Tako?e, ova vrsta bakterija je va?na karika u procesu oboga?ivanja tla du?ikom.

Nakon prodiranja u korijensku dlaku, bakterije izazivaju intenzivnu diobu korijenskih stanica, ?to rezultira pojavom ?vori?a. Bakterije se same razvijaju u tim ?vori?ima na korijenu, sudjeluju?i u asimilaciji du?ika. Tamo se pretvaraju u razgranate oblike - bakteroide koji apsorbiraju molekularni du?ik, amonijeve soli, aminokiseline, nitrate. Nodule bakterije koriste monosaharide, disaharide, alkohole, organske kiseline kao izvor ugljika.

Nodule bakterije imaju veli?ine od 0,5 do 3 mikrona. Ne formiraju spor, mobilni, gram-negativni. Potreban im je pristup kisiku za normalan tok metaboli?kih procesa. U laboratorijskim uvjetima kolonije nodulnih bakterija dobro rastu na temperaturi od 25 stupnjeva na gustom mediju. Imaju karakteristi?an zaobljen oblik, mukozne konzistencije, prozirne.

Kvr?ice ?ive na korijenu 10% biljaka iz porodice mahunarki. ?tavi?e, razli?ite vrste bakterija razvijaju se na korijenskom sistemu odre?enih vi?ih biljaka. Grahovina, gra?ak, gra?ak imaju Rh. Leguminosarum, u slatkoj detelini, lucerni - Rhizobium meliloti, u soji - Rh. Japonicum, u djetelini - Rh. trifolia. Ako korijenje mahunarki odumre, a kvr?ice se uni?te, bakterije kvr?ica ne umiru, ve? vode ?ivot saprofita.

Ove bakterije apsorbuju do 300 kg azota na 1 ha iz atmosferskog vazduha, dok tokom svog ?ivotnog delovanja u tlu ostaje vi?e od 50 kg jedinjenja koja sadr?e azot. Kako bi se pove?ao broj bakterija kvr?ica u tlu i, shodno tome, prinos gajenih mahunarki, prilikom sadnje sjemena dodaje se bakterijsko sredstvo nitragin, odnosno umjetno inficira sjeme mahunarki bakterijama kvr?ica.