Adaptări nutriționale ale plantelor fără margini Biologie

Plantele nu pot extrage azotul necesar din sol, astfel încât formează relații simbiotice cu rizobia care îl pot fixa ca amoniac.

obiective de invatare

Explicați procesul și importanța fixării azotului

Chei de luat masa

Puncte cheie

Azotul diatomic este abundent în atmosferă și sol, dar plantele sunt incapabile să-l folosească, deoarece nu au enzima necesară, azotaza, pentru a-l transforma într-o formă pe care o pot folosi pentru a produce proteine.
Bacteriile solului sau rizobia sunt capabile să efectueze fixarea biologică a azotului în care azotul atmosferic gazos (N2) este transformat în amoniac (NH3) pe care plantele îl pot folosi pentru a sintetiza proteinele.
Atât plantele, cât și bacteriile beneficiază de procesul de fixare a azotului; planta obține azotul de care are nevoie pentru a sintetiza proteinele, în timp ce bacteriile obțin carbon din plantă și un mediu sigur pentru a locui în rădăcinile plantei.

Termeni cheie

rizobie: oricare dintre diferitele bacterii, din genul Rhizobium, care formează noduli pe rădăcinile leguminoaselor și fixează azotul
fixarea azotului: conversia azotului atmosferic în amoniac și derivați organici, prin mijloace naturale, în special de microorganisme din sol, într-o formă care poate fi asimilată de plante
nodul: structuri care apar pe rădăcinile plantelor care se asociază cu bacterii simbiotice care fixează azotul

Fixarea azotului: interacțiuni cu rădăcina și bacteriile

Azotul este un macronutrient important deoarece face parte din acizi nucleici și proteine. Azotul atmosferic, care este molecula diatomică N2, sau dinitrogenul, este cel mai mare bazin de azot din ecosistemele terestre. Cu toate acestea, plantele nu pot profita de acest azot deoarece nu au enzimele necesare pentru a-l transforma în forme utile din punct de vedere biologic. Cu toate acestea, azotul poate fi „fixat”. Poate fi transformat în amoniac (NH3) prin procese biologice, fizice sau chimice. Fixarea biologică a azotului (BNF), conversia azotului atmosferic (N2) în amoniac (NH3), este realizată exclusiv de procariote, cum ar fi bacteriile solului sau cianobacteriile. Procesele biologice contribuie la 65% din azotul utilizat în agricultură.

Cea mai importantă sursă de BNF este interacțiunea simbiotică dintre bacteriile solului și plantele de leguminoase, inclusiv multe culturi importante pentru oameni. NH3 rezultat din fixare poate fi transportat în țesutul vegetal și încorporat în aminoacizi, care sunt apoi transformați în proteine vegetale. Unele semințe de leguminoase, precum soia și arahide, conțin niveluri ridicate de proteine și se numără printre cele mai importante surse agricole de proteine din lume.

Diagrama ciclului azotului: Reprezentarea schematică a ciclului azotului. A fost permisă fixarea azotului abiotic.

Fixarea azotului în culturi: Unele leguminoase comestibile obișnuite, cum ar fi (a) arahide, (b) fasole și (c) năut, sunt capabile să interacționeze simbiotic cu bacteriile solului care fixează azotul.

Bacteriile solului, numite în mod colectiv rizobie, interacționează simboliotic cu rădăcinile leguminoase pentru a forma structuri specializate numite noduli în care are loc fixarea azotului. Acest proces implică reducerea azotului atmosferic în amoniac prin intermediul enzimei azotazază. Prin urmare, utilizarea rizobiei este un mod natural și ecologic de fertilizare a plantelor, spre deosebire de fertilizarea chimică care folosește o resursă neregenerabilă, cum ar fi gazul natural. Prin fixarea simbiotică a azotului, planta beneficiază de utilizarea unei surse nesfârșite de azot din atmosferă. Procesul contribuie simultan la fertilitatea solului, deoarece sistemul rădăcinii plantelor lasă în urmă o parte din azotul disponibil biologic. Ca în orice simbioză, ambele organisme beneficiază de interacțiune: planta obține amoniac și bacteriile obțin compuși de carbon generați prin fotosinteză, precum și o nișă protejată în care să crească.

Rhizobia: Rădăcinile de soia conțin (a) noduli care fixează azotul. Celulele din noduli sunt infectate cu Bradyrhyzobium japonicum, o rizobie sau o bacterie „iubitoare de rădăcini”. Bacteriile sunt înglobate în vezicule (b) în interiorul celulei, așa cum se poate observa în această micrografie electronică de transmisie.

Micorize: relația simbiotică dintre ciuperci și rădăcini

Multe plante formează asociații numite micorize cu ciuperci care le oferă acces la nutrienți în sol, protejând împotriva bolilor și a toxicităților.

obiective de invatare

Descrieți relația simbiotică a micorizei și a rădăcinilor plantelor

Chei de luat masa

Puncte cheie

Deoarece nutrienții sunt adesea epuizați în sol, majoritatea plantelor formează relații simbiotice numite micorize cu ciuperci care se integrează în rădăcina plantei.
Relația dintre plante și ciuperci este simbiotică, deoarece planta obține fosfat și alte minerale prin ciupercă, în timp ce ciuperca obține zaharuri din rădăcina plantei.
Extensiile lungi ale ciupercii, numite hife, ajută la creșterea suprafeței sistemului radicular al plantelor, astfel încât să se poată extinde dincolo de zona de epuizare a nutrienților.
Ectomicorize sunt un tip de micorize care formează o teacă densă în jurul rădăcinilor plantei, numită manta, din care cresc hifele; în endomicorize, miceliul este încorporat în țesutul rădăcinii, spre deosebire de formarea unei învelișuri în jurul acestuia.
În endomicorize, miceliul este încorporat în țesutul rădăcinii, spre deosebire de formarea unei învelișuri în jurul acestuia; acestea se găsesc în rădăcinile majorității plantelor terestre.

Termeni cheie

micoriza: o asociere simbiotică între o ciupercă și rădăcinile unei plante vasculare
hifa: o structură lungă, ramificată, filamentoasă a unei ciuperci, care este principalul mod de creștere vegetativă
miceliu: partea vegetativă a oricărei ciuperci, formată dintr-o masă de hife ramificate, asemănătoare firelor, adesea subterane

Micorize: relația simbiotică dintre ciuperci și rădăcini

O zonă de epuizare a nutrienților se poate dezvolta atunci când există o absorbție rapidă a soluției solului, o concentrație scăzută de nutrienți, o rată redusă de difuzie sau o umiditate scăzută a solului. Aceste condiții sunt foarte frecvente; prin urmare, majoritatea plantelor se bazează pe ciuperci pentru a facilita absorbția mineralelor din sol. Micorizele, cunoscute sub numele de ciuperci radiculare, formează asociații simbiotice cu rădăcinile plantelor. În aceste asociații, ciupercile sunt de fapt integrate în structura fizică a rădăcinii. Ciupercile colonizează țesutul rădăcinii vii în timpul creșterii active a plantelor.