Ціанобактерії симбіоз - Довідник хіміка 21
Хімія та хімічна технологія
Ціанобактерії симбіоз
Важливе значення в природі мають деякі лишайники, що являють собою симбіоз гриба та азотфіксуючих ціанобактерій. Вони розвиваються в субарктичних зонах, на скелях у горах та інших безплідних ділянках, будучи, таким чином, піонерами заселення суші.[c.225]
СИМБІОЗИ РОСЛИН З ЦІАНОБАКТЕРІЯМИ[c.183]
Як зазначалося вище, дуже чутливий до О2 процес азотфіксації. Незважаючи на це, здатність фіксувати N2 широко поширена серед прокаріотів, що відрізняються ставленням до молекулярного кисню, вона властива хемотрофам і фототрофам, у тому числі ціанобактеріям, що здійснюють кисневий фотосинтез. Фіксувати N2 можуть вільноживучі форми та прокаріоти, що знаходяться в симбіозі з еукаріотних організмів.[c.341]
Деякі фототрофні еубактерії є в асоціаціях з іншими організмами. Такі асоціації низки зелених сіркобактерій з хемоорганотрофними бактеріями, прохлорофіт з асцидіями, ціанобактерій з грибами, мохами, папоротями, водоростями, вищими рослинами. Якщо в симбіозах один із компонентів — азотфіксуючі ціанобактерії, вони в першу чергу постачають партнера зв'язаним азотом. В інших випадках конкретна природа зв'язків між симбіонтами незрозуміла.[c.325]
Рибосоми хлоропластів дуже подібні до бактеріальних рибосом, тоді як рибосоми мітохондрій дещо більше відрізняються від останніх тому простежити походження мітохондрій складніше. Проте схожість між білками дає підстави припускати, що ті. та інші органели походять від бактерій, які вступили у стійкий симбіоз (як ендосимбіонти) з якимись примітивними еукаріотичними клітинами, як вважають, мітохондріям.дали початок пурпурові бактерії, а хлоропластам (пізніше) – ціанобактерії або близькі до них організми. Хоча багато генів цих древніх бактерій все ще використовуються для синтезу білків органели, більша їх частина з неясних причин включилася в ядерний геном, де вони кодують ферменти, які подібні до бактеріальних і синтезуються на рибосомах в цитозолі, а потім переходять в органеллу.[c.502]
Основний механізм спрямований на перетворення молекулярного азоту на аміак за допомогою складної ферментативної системи — нітрогенази. Нітрогеназа міститься в бульбочкових бактеріях, що живуть у симбіозі з вищими рослинами, та бере участь у процесі симбіотичної фіксації азоту. Крім того, в організмах вільноживучих азотфіксуючих бактерій (мікобактерії, ціанобактерії, азотобактер, спірили та ін) нітрогеназа регулює процеси несимбіотичної фіксації. Значна частина з 13 ТОВ видів бобових рослин здатна до симбіотичної фіксації азоту, причому у значних кількостях. Особливо ефективно цей процес протікає у таких культурних рослин, як горох, соя та ін. Відомо також близько 250 видів рослин інших сімейств, здатних симбіотично фіксувати азот (вільха, лисохвіст, обліпиха тощо). Симбіотична фіксація азоту щорічно може збагачувати 1 га ґрунту на 200 - 300 кг азоту, тоді як несимбіотична - всього на 15-30 кг.[c.362]
Рибосоми хлоропластів дуже подібні до бактеріальних рибосом, тоді як рибосоми мітохондрій дещо більше відрізняються від останніх. Тому простежити походження мітохондрій складніше. Проте подібність між іншими білками дає підстави припускати, що обидві органели походять від бактерій, які вступили в тісний симбіоз з якимись примітивними еукаріотичними клітинами, як вважають, мітохондріям.дали початок пурпурові бактерії, а хлоропластам (пізніше)-ціанобактерії. Хоча багато генів цих древніх бактерій все ще використовуються для синтезу білків усередині органели, більша їх частина з неясних причин включилася в ядерний геном.[c.70]
В асоціаціях з клітинами та рослинами ціанобактерії інтенсивно розмножуються, утворюють гетероцисти та виявляють НДА. Формування гетероцистів, відповідальних у даної ціанобактерії за фіксацію молекулярного азоту, та реєстрація НДА свідчать про здійснення азотфіксації. У спеціальних дослідах, поставлених із спільною культурою тканини люцерни та А. variabilis, було показано, що стимуляція зростання НГА та утворення гетероцист у ціанобактерії (рис. 41) відбуваються, очевидно, за рахунок метаболітів клітин люцерни, що дифундують через агар. Цікаво, що й у природних асоціаціях вищі рослини викликають стимуляцію освіти гетероцист та НДА у ціанобіонту. Однак у отриманих штучним шляхом системах частка гетероцист не досягала максимально високих значень, відомих для природних симбіозів ціанобактерій та вищих рослин (W. Stewart et al., 1983). Істотною особливістю ціанобактерій у штучних асоціаціях є її інтенсивне зростання, яке у природних асоціаціях із рослинами, навпаки, пригнічено. Таким чином, отримані в експерименті системи мають значний інтерес для вивчення на клітинному рівні механізмів впливу рослини-господаря на симбіотичні ціанобактерії.[c.87]
Прикладом високорозвиненого ектосимбіозу між мікроорганізмами можуть бути лишайники. У таломі лишайника гриб і водорість (або ціанобактерія) настільки тісно пов'язані між собою, що утворюють єдине рослинне тіло (рис. 17.4). З такого симбіозу користуються обидва партнери. Як правило, формотворчимкомпонентом є грибна частина лишайника-мікобіонту. Гриб отримує від клітин водорості органічні речовини (продукти фіксації СОз), сам забезпечує водорость мінеральними солями та захищає її від несприятливих впливів, особливо від висихання. Фікобіонтами в лишайнику можуть бути зелені водорості та ціанобактерії. Можна розділити партнерів та культивувати їх окремо, а також створювати штучні лишайники. Ці комбіновані організми заселяють екстремальні місцеперебування, в яких жоден з партнерів не міг би жити поодинці.[c.512]
Раніше припускали, що еукаріотична клітина виникла шляхом симбіозу з ціанобактерією, яка перетворилася на хлоропласт. Однак ціанобактерії не утворюють хлорофілу Ь, властивого фототрофам-еукаріотів. У той же час показано, що за аналізом 16S рРНК хлоропласти та ціанобактерії (у тому числі прохлорофіти) мають одного загального предка. Тому симбіонтом, що перетворився на хлоропласт, скоріше є представник прохлорофіт, що синтезує хлоропластний тип хлорофілу.[c.198]
Ціанобактерії часто існують у симбіозах з вищими рослинами (водна папороть Azolla + АпаЬаепа) та грибами (лишайники), а представники роду Pro hloron є симбіонтами асцидій.[c.203]
Практичне застосування діазотрофів у діяльності людини полягає, в основному, у внесенні цих мікроорганізмів або в ґрунт (вільноживучі бактерії - у вигляді добрива азотобактеріну), або на коріння або насіння рослин (симбіотичні бактерії - у вигляді нітрагіну). Ціанобактерії ефективно працюють на рисових полях, а у В'єтнамі гарним зеленим добривом служить водяна папороть Azolla в симбіозі з АпаЬаепа. Продовжуються роботи з впровадження //-генів інші корисні мікроорганізми.[c.215]
Раніше згадувався ряд прикладів симбіозів між мікро- та макроорганізмами (клубеньки, ціанобактерії + Azolla, рубець жуйних, нормальна мікробіота кишечника людини та тварин). Як экзосимбиоз можна як ризосферу, тобто. простір грунту навколо коренів, де кількість мікроорганізмів значно вища, ніж у іншому грунті. Мікоризу (і актинорізу), тобто. симбіоз між корінням рослин та міцелієм грибів (або актиноміцетів), вже можна розглядати як частковий ендосімбіоз, тому що міцелій проникає всередину коріння, утворюючи такий симбіоз.[c.269]
У чому подібність і відмінність симбіозів рослин із ризобіями та ціанобактеріями[c.190]
Найбільш ефективними джерелами енергії для мікроорганізмів є окисне фосфорилювання та фотосинтез. Однак сполучення азотфіксації з цими процесами утруднено тим, що нітрогеназа дуже чутлива до вільного кисню вона незворотно інактивується навіть при невеликих концентраціях Ог- Тому у мік-робів-азотфіксаторів є різноманітні механізми, що дозволяють вирішувати кисневий парадокс, що виникає ,-т. від вільного кисню, зберігаючи високу інтенсивність одержання енергії. У вільноживучих діазотрофів це досягається або тим, що гени, що кодують нітрогеназу, активуються тільки в анаеробних або мікроаерофільних умовах (вільноживучі еубактерії, архебактерій), або тим, що азотфіксуючі клітини утворюють щільну оболонку, яка дуже повільно пропускає кисень (гетероцисти). При симбіозах між мікробами-азотфіксаторами та рослинами функцію захисту нітрогенази від кисню виконує, як правило, господар.[c.163]
Мікроорганізми без зв'язаного азоту можуть зростати діазо-трофно як на світлі (на мінімальному середовищі, т.е.е. при автотрофному С-питанні), так і в темряві (на середовищі з джерелами вуглецю, тобто при гетеротрофному С-живленні). Це відкриває широкі можливості для генетичного аналізу процесів, пов'язаних із азотфіксацією у симбіотичних ціанобактерій. Для рослин залежність від симбіозу з ціанобактеріями виражена по-різному для Azolla він є облігатним, а для Gunnera і Antho eros — факультативним.[c.184]
При симбіозі з Gunnera ціанобактерії не асимілюють амонію, що утворився в результаті нітрогеназної реакції, а експортують його в рослинну клітину. Первинну асиміляцію амонію у цій симбіотичній системі (як і у разі бобово-ризобіального симбіозу) виконує господар.[c.186]
При розгляді даних про генетичний контроль двох різних типів азотфіксуючих систем – бобово-ризобіального симбіозу та симбіозу рослин з ціанобактеріями – можна бачити ряд загальних рис, що характеризують ці взаємодії (табл. 4.6). По-перше, обидві групи симбіозів базуються на сигнальних взаємодіях партнерів, причому сигнали впливають безпосередньо на експресію генів. В результаті спостерігається координована регуляція та диференціальна експресія генів партнерів, що призводить до морфогенезу симбіотичних структур та до тісної метаболічної інтеграції рослин та бактерій. По-друге, в обох системах основні ефекти взаємодії - азотфіксація та розвиток структур симбіозу - контролюються різними генними системами і можуть бути роз'єднані за допомогою генетичних методів.[c.187]
Ми вже відзначали прокаріотичний характер генетичної системи органел, який особливо яскраво виражений у хлоропластів, і згадували про те, що він може бути обумовлений походженням органел від бактерій-ендо-симбіонтів (симбіотична гіпотеза,див. 1). Відповідно до цієї гіпотези еукаріотичні клітини на початку свого еволюційного шляху були примітивними організмами без мітохондрій і хлоропластів, а потім вступили в тісний симбіоз з бактеріями і пристосували їхню систему окисного фосфорилювання для своїх потреб. Так як мітохондрії тварин і рослин дуже подібні, вважають, що подія, що призвела до виникнення цих органел, відбулося на ранньому етапі еволюції еукаріотичної клітини ще до поділу ліній тварин і рослин. Ймовірно, пізніше внаслідок окремої еволюційної події клітиною було захоплено ціанобактерії (майбутні хлоропласти), що призвело до виникнення перших рослинних клітин (див. рис. 1-21).[c.67]
Деякі фототрофні прокаріоти є в асоціаціях з іншими організмами. Такі асоціації низки зелених сіркобактерій з хемоорганотрофними бактеріями, прохлорофіт з асцидіями, ціанобактерій з грибами, мохами, папоротями, водоростями, вищими рослинами. Якщо в симбіозах, де один із компонентів - азот-[c.291]
Як зазначалося вище, дуже чутливий до молекулярного кисню процес азотфіксації. Незважаючи на це, здатність фіксувати N2 широко поширена серед прокаріотів, що належать до всіх фізіологічних груп, різним ставленням до молекулярного кисню вона властива як хемотрофам, так і фототрофам, у тому числі ціанобактеріям, що здійснюють кисневий фотосинтез. Фіксувати молекулярний азот можуть як вільноживучі форми, так і прокаріоти, що знаходяться в симбіозі з еукаріотних організмів.[c.305]
Відповідно до симбіотичної теорії походження пластид, хлоропласт – нащадок ціанобактерій, який був захоплений еукаріотичною клітиною шляхом ендоцитозу, що призвело до своєрідного симбіозу двох ранішесамостійних організмів. Природно, сенсорні здібності хлоропласту повинні проявитися вн> і клітини подібно до реактщі одноклітинного організму на зовнішній хімічний стимул. Це припущення узгоджується зі структурою пластиди. Хлоропласт оточений подвійною мембраною (оболонкою). Зовнішня мембрана хлоропласту малопроникна до різних сполук, і у неї вбудовані спеціальні транспортні білки. Між зовнішньою та внутрішньою мембранами знаходиться вузький міжмембранний простір. Внутрішня мембрана окру-[c.106]
Мікрофлора ґрунту характеризується великою різноманітністю мікроорганізмів, які беруть участь у процесах ґрунтоутворення та самоочищення ґрунту, кругообігу в природі азоту, вуглецю та інших елементів. У ґрунті мешкають бактерії, фіби, лишайники (симбіоз фібів з ціанобактеріями) та найпростіші.[c.63]
Атоми азоту амінокислот, пуринів, пірі-мідинів та інших біологічних молекул походять з NH4. Вищі організми не здатні включати N2 в органічні сполуки. Це перетворення - азотфіксація - здійснюється тільки бактеріями і синьо-зеленими водоростями (ціанобактеріями). Деякі з цих мікроорганізмів, а саме бактерії Rhizobium, заражають коріння бобових рослин і утворюють кореневі бульбашки, в яких відбувається азотфіксація (рис. 21.2). Взаємини між бактеріями та рослиною мають характер симбіозу. Вважається, що мікроорганізми переводять в органічну форму приблизно 210 кг N2 на рік.[c.230]
Дивитися сторінки де згадується термінЦіанобактерії симбіоз :[c.64] [c.456] [c.398] [c.400] [c.161] [c.183] [c. 184] [c.184] [c.186] [c.32] [c.56] [c.60] [c.68] [c.88] [c.69] [c.190] [c. 32] [c.460] Загальна мікробіологія (1987) - [c.514]