Азот считается одним из важнейших химических элементов, который оказывает влияние на развитие сельскохозяйственных растений. Это вещество воздействует на процесс фотосинтеза и количество хлорофилла в культурах. При этом азотфиксация представляет собой важный сельскохозяйственный процесс. Однако внесение азота в виде удобрений считается не единственным решением. Весьма эффективным вариантом считается применение азотфиксирующих бактерий.
Что такое бактерии
Этим термином называют представителей царства живой природы, которые представляют собой категорию прокариот. Они являются организмами, клетки которых не содержат ядра. Однако это не означает, что такие организмы полностью лишены наследственной информации. Молекулы ДНК свободно располагаются в клеточной цитоплазме. К тому же их окружает оболочка.
Бактерии отличаются микроскопическими размерами, а потому их изучением занимается микробиология. Исследователи определили, что прокариоты бывают одноклеточными или объединяются в колонии. Они характеризуются весьма примитивной структурой. Помимо ядра, в бактериях отсутствуют все типы пластид, митохондрии, лизосомы. Однако в любом случае их клетки способны осуществлять самые разные процессы жизнедеятельности. Для них характерно анаэробное дыхание без применения кислорода, бесполое размножение, формирование цисты в неблагоприятных условиях.
Основные классы
Основой классификации считаются различные признаки, одним из которых является форма клеток. Кокки отличаются округлой формой, вибрионы напоминают запятую, спириллы похожи на спираль, а бациллы являются палочковидными.
Помимо этого, классификация бактерий осуществляется с учетом особенностей клеточной структуры. Настоящие разновидности могут формировать вокруг своей клетки слизистую капсулу. К тому же они имеют жгутики. Цианобактерии имеют процесс фотосинтеза и относятся к лишайникам.
Многие разновидности бактериальных микроорганизмов отличаются склонностью к симбиозу, который представляет собой взаимовыгодное сожительство. Азотфиксирующие бактерии селятся на корнях бобовых культур и формируют клубеньки. Эти микроорганизмы трансформируют атмосферный азот, который важен для полноценного развития культур.
Способы питания
Прокариоты представляют собой организмы, которые могут питаться любыми способами. К примеру, пурпурные и зеленые бактерии отличаются автотрофным типом питания – благодаря использованию солнечной энергии. Благодаря присутствию пластид они отличаются разными оттенками, но обязательно включают хлорофилл.
Важно учитывать, что процесс фотосинтеза у бактерий и растений значительно отличается. В первом случае вода не представляет собой обязательный реагент. В качестве поставщика электронов может выступать водород или сероводород. Потому выделения кислорода во время такого процесса не происходит.
Значительная категория бактериальных микроорганизмов отличается гетеротрофным типом питания. Это означает, что они пользуются готовыми органическими элементами. Для насыщения нужными веществами бактерии применяют остатки отмерших организмов. При этом гнилостные микроорганизмы способны приводить к разложению любой органики. Их также называют сапротрофами.
Отдельные бактерии растений способны вступать в симбиоз с другими организмами. Так, совместно с грибами они входят в состав лишайников. При этом азотфиксирующие клубеньковые бактерии способны к взаимовыгодному сосуществованию с корневой системой бобовых культур.
Кто такие хемотрофы
Важной категорией, которая выделяется по виду поглощения питательных веществ, считаются хемотрофы. Они представляют собой микроорганизмы, которые считаются одним из видов автотрофов. При этом вместо солнечной энергии эти бактерии применяют энергию химической взаимосвязи различных элементов. К хемотрофам, в частности, относятся азотфиксирующие бактерии. Они вызывают окисление ряда неорганических соединений и при этом обеспечивают себя нужным количеством энергии.
Ареал обитания азотфиксирующих бактерий
В целом, бактерии отличаются повсеместным распространением. При этом азотфиксирующие разновидности обитают в грунте, а если сказать точнее, на корнях бобовых культур.
Строение тела
Функции клубеньковых бактерий связаны с их структурой. Увидеть такие микроорганизмы удается невооруженным глазом. Они селятся на корневой системе бобовых и злаковых культур и проникают в растения. При этом формируются утолщения, в которых наблюдаются обменные процессы.
Растения для нормальной жизнедеятельности нуждаются в азоте. В природе содержится достаточное количество этого элемента. К примеру, в воздухе его количество достигает 78 %. Однако культуры не могут поглощать данное вещество в таком виде. Азотфиксирующие микроорганизмы способны усваивать азот из атмосферы. После чего они трансформируют это вещество в форму, которая доступна для культур.
Производительность
Чтобы лучше понять функцию азотфиксирующих микроорганизмов, стоит рассмотреть пример хемотрофной бактерии, которая называется азоспириллум. Этот организм обитает на корневой системе злаковых растений – пшеницы или ячменя. Он по праву занимает лидирующие позиции среди продуцентов азота. На 1 гектар посевных площадей этот организм отдает до 60 килограммов этого вещества.
К азотфиксирующим бактериям бобовых культур относятся ризобитумы, синоризобиумы и прочие. Они тоже отличаются высокой производительностью. Такие растения способны вырабатывать до 390 килограммов азота на 1 гектар земли. На многолетних бобовых культурах формируются бактерии, которые отличаются максимальной продуктивностью. Этот параметр достигает 560 килограммов на 1 гектар посевных площадей.
Особенности жизнедеятельности
В зависимости от особенностей процессов жизнедеятельности все азотфиксирующие микроорганизмы можно соединить в две категории. Первая группа считается нитрифицирующей. В этом случае обменные процессы заключаются в цепочке химических трансформаций. При этом аммоний преобразуется в нитриты, которые представляют собой соли азотной кислоты. В свою очередь, нитриты трансформируются в нитраты. Они тоже представляют собой соли этого соединения. В таком виде азот лучше поглощается корнями культур.
Вторая группа носит название денитрификаторов. Они осуществляют обратный процесс. При этом нитраты, которые присутствуют в грунте, трансформируются в газообразный азот. В результате наблюдается круговорот этого вещества в природе.
Среди процессов жизнедеятельности также стоит выделить и размножение. Оно осуществляется при помощи деления клеток надвое. Намного реже это происходит путем почкования. Также бактериальные микроорганизмы могут размножаться половым путем. Этот способ называется конъюгацией, в ходе которого происходит обмен генетической информацией.
Так как корни культуры выделяют большое количество ценных элементов, бактерий на них селится очень много. Они трансформируют растительные остатки в вещества, которые могут поглощать растения. Как следствие, слой грунта вокруг наделяется особенными характеристиками. Его именуют ризосферой.
Как бактерии попадают в корень
Есть несколько вариантов внедрения бактериальных клеток в ткани корней. Это случается в результате повреждения покровных тканей или в зонах скопления молодых клеток корней. Также хемотрофы могут проникать внутрь культур в зоне корневых волосков. После чего они инфицируются.
В результате активного деления клеток бактерий формируются клубеньки. После чего появляются инфекционные нити, которые продолжают проникать в ткани растений. Со временем тут образуется особенное вещество, которое называется легоглобином. На этапе появления оптимальной активности клубеньки становятся розовыми. Это связано с наличием пигмента.
Значение в хозяйстве
Людям давно удалось установить, что, если перекопать бобовые с грунтом, урожайность растений улучшится. Однако суть заключается не в процессе вспахивания. Такой грунт лучше насыщается азотом, который важен для развития культур. Именно поэтому азотфиксирующие бактерии называют фабрикой по производству нитратов.
Азотфиксирующие бактерии представляют собой важные микроорганизмы, которые активно используются в сельском хозяйстве. Это обусловлено их способностью получать из воздуха азот и трансформировать его в доступную для растений форму.
