Mezglu baktērijas un zirņu simbioze. Mezgliņu baktēriju un pākšaugu simbioze

Mezgliņu baktērijas dzīvo ar pākšaugu augiem simbiozē, tas ir, viens otram nes savstarpēju labumu: mezglu baktērijas asimilē atmosfēras slāpekli un pārvērš to savienojumos, ko var izmantot pākšaugi; augi savukārt apgādā mezgliņu baktērijas ar oglekli saturošām vielām.

Pēc izskata mezgliņu baktērijas parasti ir mazi stieņi, kuru garums ir 1,2–3 µm un platums 0,5–0,9 µm. Dzīves procesā viņi iziet sarežģītu un diezgan ilgu šādu mazu radījumu attīstības ciklu, kas sastāv no dažādām fāzēm jeb posmiem. Atkarībā no attīstības fāzes mainās arī baktēriju izskats. Veidlapas parādās bumbiņu (koku) vai stieņu veidā, kustīgas vai nekustīgas.

Ārpus mezgliņiem (uz mākslīgām barotnēm) mezgliņu baktērijas var attīstīties temperatūrā no 0 līdz + 37 ° C, un tām vislabvēlīgākā (optimālākā) temperatūra ir + 20–31 ° C. Labākā attīstība parasti novēro neitrālā vidē (pie pH 6,5-7,2). Visām mezglu baktērijām ir aptuveni vienāda izturība pret vides sārmainu reakciju, taču tām ir pilnīgi atšķirīga attieksme pret skābām augsnēm.

Vairumā gadījumu augsnes skābā reakcija negatīvi ietekmē dzīvību mezgliņu baktērijas, V skābās augsnes Veidojas neaktīvas vai neefektīvas (nefiksē gaisa slāpekli) šo baktēriju rases. Interesanta mezgliņu baktēriju fizioloģiska iezīme ir to spēja sintezēt dažādus vitamīnus un augšanas vielas. Pētot iespēju, ka mezgliņu baktērijas var fiksēt slāpekli, ja tās audzē uz mākslīgām barotnēm, zinātnieki ieguva pēdējie gadi pozitīvi rezultāti. Tomēr baktēriju spēja piesaistīt slāpekli, atrodoties mezgliņos, ir svarīga lauksaimniecības praksē. pākšaugu augi.

Pirmie mezgliņu baktēriju pētnieki pieņēma, ka šīs baktērijas var izraisīt mezgliņu veidošanos lielākajā daļā pākšaugu veidu. Bet tad tika konstatēts, ka mezgliņu baktērijām ir specifiskums, tās apmetas augā, stingri ievērojot viņu vajadzības. Šī vai cita mezgla baktēriju rase var nonākt simbiozē tikai ar noteiktas sugas pākšaugiem.

Pašlaik mezgliņu baktērijas iedala šādās grupās (pēc augiem, uz kuriem tās apmetas): 1) lucernas un saldā āboliņa mezglu baktērijas; 2) āboliņa mezgliņu baktērijas; 3) zirņu, vīķu, porcelāna un pupu mezgliņu baktērijas; 4) sojas pupu mezgliņu baktērijas; 5) lupīnas un seradellas mezglu baktērijas; 6) pupiņu mezgliņu baktērijas; 7) zemesriekstu, govju zirņu, govju zirņu u.c. mezgliņu baktērijas.

Dažādu grupu mezgliņu baktēriju specifika atšķiras. Kamēr āboliņa mezgliņu baktērijas izceļas ar ļoti stingru specifiku, to nevar teikt par zirņu mezgliņu baktērijām.

Paleontoloģiskie dati liecina, ka senākie pākšaugi, kuriem bija mezgliņi, bija daži Eucaesalpinioideae grupas augi.

U mūsdienu sugas pākšaugi, mezgliņi ir atrodami uz daudzu Papilionaceae dzimtas pārstāvju saknēm.

Filoģenētiski primitīvāki tādu dzimtu pārstāvji kā Caesalpiniaceae, Mimosaceae, vairumā gadījumu neveido mezgliņus.

No 13 000 pākšaugu sugām (550 ģintīm) mezgliņu klātbūtne līdz šim ir konstatēta tikai aptuveni 1300 sugām (243 ģintīm). Tas galvenokārt ietver lauksaimniecībā izmantotās augu sugas (vairāk nekā 200).

Izveidojot mezgliņus, pākšaugi iegūst spēju absorbēt atmosfēras slāpekli. Taču tie spēj baroties arī ar slāpekļa saistītajām formām – amonija sāļiem un slāpekļskābi. Tikai viens augs - hedysarum coronarium - asimilē tikai molekulāro slāpekli. Tāpēc šis augs dabā nav sastopams bez mezgliņiem.

Mezglu baktērijas apgādā pākšaugu augu ar slāpekli, kas tiek fiksēts no gaisa. Augi savukārt apgādā baktērijas ar augšanai un attīstībai nepieciešamajiem ogļhidrātu metabolisma produktiem un minerālsāļiem.

1866. gadā slavenais botāniķis un augsnes zinātnieks M. S. Voroņins pākšaugu sakņu mezgliņos ieraudzīja sīkus “ķermeņus”. Voroņins par to laiku izteica drosmīgus pieņēmumus: viņš saistīja mezgliņu veidošanos ar baktēriju darbību, bet pastiprinātu sakņu audu šūnu dalīšanos ar auga reakciju uz baktērijām, kas bija iekļuvušas saknē.

20 gadus vēlāk nīderlandiešu zinātnieks Beijerins izdalīja baktērijas no zirņu, vīķu, porcelāna, pupu, seradellu un parasto aļģu mezgliņiem un pētīja to īpašības, pārbaudot to spēju inficēt augus un izraisīt mezgliņu veidošanos. Viņš šos mikroorganismus nosauca par Bacillus radicicola. Tā kā Bacillus ģintī ietilpst baktērijas, kas veido sporas, un mezglu baktērijām šīs spējas trūkst, A. Pražmovskis tās pārdēvēja par Bacterium radicicola. B. Franks ierosināja veiksmīgāku sugas nosaukumu mezgla baktērijām - Rhizobium (no grieķu rhizo — sakne, bio — dzīvība; dzīvība uz saknēm). Šis nosaukums ir iemantojis un joprojām tiek izmantots literatūrā.

Lai apzīmētu mezgliņu baktēriju sugu, ir ierasts pievienot terminu, kas atbilst sugas nosaukumam Rhizobium Latīņu nosaukums augu veids, no kura mezgliņiem tie ir izolēti un uz kuriem tie var veidot mezgliņus. Piemēram, Rhizobium trifolii - āboliņa mezgliņu baktērijas, Rhizobium lupini - lupīnas mezgliņu baktērijas u.c. Gadījumos, kad mezgliņu baktērijas spēj veidot mezgliņus uz saknēm. dažādi veidi pākšaugi, t.i., izraisa tā saukto krustenisko infekciju, sugas nosaukums ir it kā kolektīvs - tas atspoguļo tieši šo “krustinfekcijas” spēju. Piemēram, Rhizobium leguminosarum - zirņu (Pisum), lēcu (Lens) un zoda (Lathyrus) mezgliņu baktērijas.

Mezglu baktēriju morfoloģija un fizioloģija. Mezglu baktērijām ir raksturīga pārsteidzoša formu daudzveidība - polimorfisms. Daudzi pētnieki tam pievērsa uzmanību, pētot mezgliņu baktērijas tīrkultūrā laboratorijas apstākļos un augsnē. Mezglu baktērijas var būt stieņa formas vai ovālas. Starp šīm baktērijām ir arī filtrējamās formas, L-formas, nekustīgi kokos un kustīgi organismi.

Jaunajām mezgliņu baktērijām tīrkultūrā uz barotnes parasti ir nūjiņa forma (143., 2., 3. att.), nūjiņu izmērs ir aptuveni 0,5-0,9 X 1,2-3,0 mikroni, mobilas un vairojas daloties. Āboliņa mezgliņu baktēriju stieņveida šūnās tiek novērota dalīšanās ar šņorēšanu. Ar vecumu stieņa formas šūnas var progresēt līdz pumpuriem. Pēc Grama domām, šūnas krāsojas negatīvi, to īpaši smalkā struktūra ir raksturīga gramnegatīvām baktērijām (143., 4. att.).

Novecojot, mezgliņu baktērijas zaudē savu mobilitāti un pārvēršas par tā saukto jostu stieņu stāvokli. Viņi saņēma šo nosaukumu, jo šūnās mainījās blīvas un vaļīgas protoplazmas daļas. Šūnu joslas ir skaidri redzamas, skatoties gaismas mikroskopā pēc šūnu apstrādes ar anilīna krāsām. Protoplazmas blīvās zonas (jostas) ir iekrāsotas sliktāk nekā atstarpes starp tām. Fluorescējošā mikroskopā joslas ir gaiši zaļas, atstarpes starp tām nespīd un izskatās tumšas (143. att., 1). Jostas var atrasties būra vidū vai galos. Šūnu savilkšanās ir redzama arī elektronu difrakcijas shēmās, ja preparāts pirms apskates nav apstrādāts ar kontrastvielām (143., 3. att.). Iespējams, ar vecumu baktēriju šūna piepildās ar taukainiem ieslēgumiem, kas neuztver krāsu un rezultātā šūna kļūst svītraina. “Apjostu stieņu” stadija ir pirms bakterioīdu - šūnu veidošanās stadijas neregulāra forma: sabiezināts, sazarots, sfērisks, bumbierveida un kolbveida (144. att.). Terminu “bakterioīdi” literatūrā ieviesa J. Brunkhorsts 1885. gadā, attiecinot to uz neparastas formas veidojumiem, kas ir daudz lielāki par nūjiņveida baktēriju šūnām, kas atrodami mezgliņu audos.

,

Bacteroides satur liels daudzums volutin granulas un raksturo vairāk augsts saturs glikogēns un tauki nekā stieņu šūnas. Mākslīgās barības barotnēs audzēti un mezgla audos izveidotie bakteroidi fizioloģiski ir viena veida. Tiek uzskatīts, ka bakteroīdi ir baktēriju formas ar nepilnīgu dalīšanās procesu. Ja mezgliņu baktēriju šūnu dalīšanās ir nepilnīga, rodas dihotomiski zarojošas bakterioīdu formas. Bakteroīdu skaits palielinās līdz ar kultūras novecošanos; to parādīšanos veicina barības barotnes izsīkšana, vielmaiņas produktu uzkrāšanās un alkaloīdu ievadīšana vidē.

Vecās (divus mēnešus) mezgliņu baktēriju kultūrās elektronu mikroskops var atklāt skaidri definētus veidojumus daudzās šūnās sfēriska forma(145. att.) - artrosporas. To skaits šūnās svārstās no 1 līdz 5.

Barības barotnēs dažādu pākšaugu veidu mezgliņu baktērijas aug dažādos ātrumos. Strauji augošās ir zirņu, āboliņa, lucernas, pupiņu, vīķu, lēcu, porcelāna, saldā āboliņa, mātītes, pupu, aunazirņu, saldās zāles mezglu baktērijas; lēni augošas - lupīnas, sojas pupu, zemesriekstu, seradellu, mung pupu, govs zirņu, esparšu, ērkšķogu mezglu baktērijas. Pilnībā izveidotas kolonijas ātri augošas kultūras var iegūt 3. - 4. inkubācijas dienā, lēnas augšanas kolonijas - 7. - 8. dienā.

Ātri augošajām mezglu baktērijām ir raksturīgs karogiņu peritrihiāls izvietojums, bet lēni augošajām – monotrihiāls izkārtojums (42. tabula, 1-5).

Bez flagellas, audzējot šķidrā barotnē, mezgliņu baktēriju šūnās veidojas pavedienveidīgi un dzidras formas izaugumi (42., 43. tabula). To garums sasniedz 8-10 mikronus. Tie parasti atrodas peritrihāli uz šūnas virsmas, katrā šūnā saturot no 4 līdz 10 vai vairāk.

,

Ātri augošu mezgliņu baktēriju kolonijas ir cepta piena krāsā, bieži vien caurspīdīgas, gļotainas, ar gludām malām, vidēji izliektas un laika gaitā aug uz agara barotnes virsmas. Lēni augošo baktēriju kolonijas ir izliektākas, mazas, sausas, blīvas un, kā likums, neaug uz barotnes virsmas. Gļotas, ko ražo mezgliņu baktērijas, ir sarežģīts polisaharīda tipa savienojums, kas ietver heksozes, pentozes un uronskābes.

Mezglu baktērijas ir mikroaerofīlas (vide attīstās nelielā skābekļa daudzumā), tomēr dod priekšroku aerobiem apstākļiem.

Mezglu baktērijas izmanto ogļhidrātus un organiskās skābes kā oglekļa avotu uzturvielu barotnēs, bet dažādus minerālu un organisko slāpekli saturošus savienojumus kā slāpekļa avotu. Kultivējot barotnēs ar augstu slāpekli saturošu vielu saturu, mezgliņu baktērijas var zaudēt spēju iekļūt augā un veidot mezgliņus. Tāpēc mezgliņu baktērijas parasti tiek audzētas augu ekstrakti(pupiņu, zirņu buljons) vai augsnes ekstrakti. Mezglu baktērijas attīstībai nepieciešamo fosforu var iegūt no minerālu un organisko fosforu saturošiem savienojumiem; Minerālu savienojumi var kalpot kā kalcija, kālija un citu minerālu elementu avots.

Lai nomāktu svešu saprofītu mikrofloru, izolējot mezgliņu baktērijas no mezgliņiem vai tieši no augsnes, ieteicams uzturvielu barotnes ar pievienotu kristālvioletu, tanīnu vai antibiotikas.

Lai attīstītos lielākā daļa mezgliņu baktēriju kultūru, tas ir nepieciešams optimāla temperatūra 24-26° robežās. Pie 0° un 37°C augšana apstājas. Parasti mezgliņu baktēriju kultūras laboratorijas apstākļos uzglabā plkst zemas temperatūras(2-4 °C).

Daudzas mezgliņu baktēriju sugas spēj sintezēt B vitamīnus, kā arī augšanas vielas, piemēram, heteroauksīnu (-indoliletiķskābi).

Visas mezgliņu baktērijas ir aptuveni vienādi izturīgas pret vides sārmainu reakciju (pH = 8,0), bet nav vienlīdz jutīgas pret skābu vidi.

Mezglu baktēriju specifika, virulence, konkurētspēja un aktivitāte.

Koncepcija specifika mezglu baktērijas - kolektīvs. Tas raksturo baktēriju spēju augos veidot mezgliņus. Ja runājam par mezglu baktērijām kopumā, tad tām mezgliņu veidošanās tikai pākšaugu grupā ir pati par sevi specifiska - tām piemīt selektivitāte pret pākšaugiem.

Taču, ja ņem vērā atsevišķas mezgliņu baktēriju kultūras, izrādās, ka starp tām ir tādas, kas spēj inficēt tikai noteiktu, reizēm lielu, reizēm mazāku pākšaugu grupu, un šajā ziņā mezgla baktēriju specifiku. ir to selektīvā spēja attiecībā pret saimniekaugu. Mezglu baktēriju specifika var būt šaura (āboliņa mezgla baktērijas inficē tikai āboliņu grupu - sugas specifika, un lupīnas mezgla baktērijas var pat raksturot ar šķirnes specifiku - inficē tikai lupīnas alkaloīdu vai nealkaloīdu šķirnes). Ar plašu specifiku zirņu mezgliņu baktērijas var inficēt zirņu, porcelāna un pupiņu augus, bet porcelāna un pupiņu mezgliņu baktērijas var inficēt zirņu augus, t.i., tām visām ir raksturīga “savstarpējas infekcijas” spēja. Mezglu baktēriju specifika ir to klasifikācijas pamatā.

Mezgliņu baktēriju specifika radās to ilgstošas ​​adaptācijas rezultātā vienam augam vai to grupai un šīs īpašības ģenētiskai pārnešanai. Šajā sakarā krusteniskās infekcijas grupā ir atšķirīga mezgliņu baktēriju pielāgošanās spēja augiem. Tādējādi lucernā esošās mezgliņu baktērijas var veidot mezgliņus saldajā āboliņā. Bet tomēr tie ir vairāk pielāgoti lucernai, bet saldā āboliņa baktērijas - saldajam āboliņam.

Pākšaugu sakņu sistēmas inficēšanās procesā ar mezgliņu baktērijām tam ir liela nozīme virulence mikroorganismiem. Ja specifiskums nosaka baktēriju darbības spektru, tad mezgla baktēriju virulence raksturo to darbības aktivitāti šajā spektrā. Virulence attiecas uz mezgliņu baktēriju spēju iekļūt sakņu audos, vairoties tur un izraisīt mezgliņu veidošanos.

Svarīgu lomu spēlē ne tikai spēja iekļūt auga saknēs, bet arī šīs iespiešanās ātrums.

Lai noteiktu mezgliņu baktēriju celma virulenci, ir jānosaka tā spēja izraisīt mezgliņu veidošanos. Jebkura celma virulences kritērijs var būt minimālā summa baktērijas, kas nodrošina spēcīgāku sakņu inficēšanos salīdzinājumā ar citiem celmiem, kā rezultātā veidojas mezgliņi.

Augsnē citu celmu klātbūtnē virulentākais celms ne vienmēr inficēs augu pirmais. Šajā gadījumā tas ir jāņem vērā konkurētspēja, kas dabiskos apstākļos bieži maskē virulences īpašību.

Ir nepieciešams, lai virulentajiem celmiem būtu arī konkurētspēja, tas ir, tie varētu veiksmīgi konkurēt ne tikai ar vietējās saprofītiskās mikrofloras pārstāvjiem, bet arī ar citiem mezgla baktēriju celmiem. Celma konkurētspējas rādītājs ir mezglu skaits, no kuriem tas veidojas procentos kopējais skaits mezgliņi uz augu saknēm.

Svarīga mezgliņu baktēriju īpašība ir to aktivitāte(efektivitāte), t.i., spēja simbiozē ar pākšaugiem asimilēt molekulāro slāpekli un apmierināt saimniekauga vajadzības. Atkarībā no tā, cik lielā mērā mezgliņu baktērijas veicina pākšaugu ražas palielināšanu (146. att.), tās parasti iedala aktīvās (efektīvās), neaktīvās (neefektīvās) un neaktīvās (neefektīvās).

Baktēriju celms, kas ir neaktīvs vienam saimniekaugam simbiozē ar cita veida pākšaugu augiem, var būt diezgan efektīvs. Tāpēc, raksturojot celmu pēc tā efektivitātes, vienmēr jānorāda, attiecībā uz kuru saimniekaugu sugām tā iedarbība izpaužas.

Mezglu baktēriju darbība nav to pastāvīgais īpašums. Bieži laboratorijas praksē mezgliņu baktēriju kultūrās tiek novērots aktivitātes zudums. Šajā gadījumā vai nu tiek zaudēta visas kultūras aktivitāte, vai arī parādās atsevišķas šūnas ar zemu aktivitāti. Mezgliņu baktēriju aktivitātes samazināšanās notiek noteiktu antibiotiku un aminoskābju klātbūtnē. Viens no mezglu baktēriju aktivitātes zuduma iemesliem var būt fāgu ietekme. Pasāžas, tas ir, atkārtoti izlaižot baktērijas caur saimniekaugu (adaptācija konkrētai augu sugai), iespējams iegūt efektīvus celmus no neefektīviem.

Pakļaušana y-stariem ļauj iegūt celmus ar paaugstinātu efektivitāti. Ir zināmi gadījumi, kad no neaktīva celma radušies ļoti aktīvi lucernas mezgliņu baktēriju radiomutanti. Pieteikums jonizējošā radiācija, kas tieši ietekmē izmaiņas šūnas ģenētiskajās īpašībās, visticamāk, var būt daudzsološs paņēmiens ļoti aktīvo mezgliņu baktēriju celmu atlasē.

Pākšaugu auga inficēšanās ar mezgliņu baktērijām.

Lai nodrošinātu normālu sakņu sistēmas inficēšanās procesu ar mezgliņu baktērijām, ir nepieciešams pietiekams daudzums liels daudzums dzīvotspējīgas baktēriju šūnas sakņu zonā. Pētniekiem ir dažādi viedokļi par šūnu skaitu, kas nepieciešams, lai nodrošinātu inokulācijas procesu. Tātad, pēc amerikāņu zinātnieka O. Alena (1966) domām, sīksēklu augu inokulēšanai nepieciešamas 500-1000 šūnas, lielsēklu augu inokulācijai - vismaz 70 000 šūnu uz 1 sēklu. Saskaņā ar austrāliešu pētnieka J. Vincenta (1966) teikto, inokulācijas laikā katrā sēklā ir jābūt vismaz vairākiem simtiem dzīvotspējīgu un aktīvo mezgliņu baktēriju šūnu. Ir pierādījumi, ka atsevišķas šūnas var iebrukt sakņu audos.

Pākšaugu sakņu sistēmas attīstības laikā sakņu izdalījumi tiek stimulēti mezgliņu baktēriju savairošanos uz sakņu virsmas. Svarīga loma mezgliņu baktēriju nodrošināšanā ar piemērotu substrātu ir arī sakņu cepurīšu un matiņu iznīcināšanas produktiem.

Pākšaugu auga rizosfērā graudaugu augiem tiek strauji stimulēta mezgliņu baktēriju attīstība, šī parādība netiek novērota.

Uz saknes virsmas ir gļotādas vielas (matricas) slānis, kas veidojas neatkarīgi no baktēriju klātbūtnes rizosfērā. Šis slānis ir skaidri redzams, pētot gaismas optiskā mikroskopā (147. att.). Pēc inokulācijas mezglu baktērijas parasti steidzas uz šo slāni un uzkrājas tajā (148. att.), pateicoties saknes stimulējošajai iedarbībai, kas izpaužas pat līdz 30 mm attālumā.

,

Šajā periodā, pirms mezgliņu baktēriju ievadīšanas sakņu audos, baktērijas rizosfērā ir ārkārtīgi mobilas. IN agrīnie darbi, kurā pētījumos izmantots gaismas mikroskops, rizosfēras zonā esošajām mezglu baktērijām tika dots nosaukums švermers (gonidijas jeb zoosporas) – “spiegojošs”. Izmantojot Fahraeus (1957) metodi, var novērot ārkārtīgi ātri kustīgu švermeru koloniju veidošanos sakņu gala un sakņu matiņu zonā. Švermeru kolonijas pastāv ļoti īsu laiku - mazāk nekā dienu.

Par iespiešanās mehānismu mezgliņu baktērijas auga saknē ir vairākas hipotēzes. Interesantākie no tiem ir šādi. Vienas no hipotēzēm autori apgalvo, ka mezgliņu baktērijas saknē iekļūst caur epidermas un garozas audu bojājumiem (īpaši sānu sakņu atzarošanās vietās). Šī hipotēze tika izvirzīta, pamatojoties uz Brila (1888) pētījumiem, kas izraisīja mezgliņu veidošanos pākšaugu augos, caurdurot saknes ar adatu, kas iepriekš bija iegremdēta mezgliņu baktēriju suspensijā. Kā īpašs gadījumsŠis ieviešanas ceļš ir diezgan reāls. Piemēram, zemesriekstos mezgliņi pārsvarā atrodas sakņu zaru padusēs, kas liecina, ka sānu sakņu dīgšanas laikā mezgliņu baktērijas iekļūst saknē caur spraugām.

Interesanta un ne bez pamata ir hipotēze par mezgliņu baktēriju iekļūšanu sakņu audos caur sakņu matiņiem. Vairums pētnieku atpazīst mezgliņu baktēriju pārvietošanās ceļu caur sakņu matiņiem.

P. Darta un F. Mersera (1965) pieņēmums ir ļoti pārliecinošs, ka mezgliņu baktērijas iekļūst saknē mazu (0,1–0,4 µm) kokosveida šūnu veidā ar intervāliem (0,3–0,4 µm) no celulozes fibrilārā tīkla. sakņu matiņu primārais apvalks. Šo nostāju apstiprina ar replikas metodi iegūtās sakņu virsmas elektronmikroskopiskās fotogrāfijas (149. att.) un tas, ka pākšaugu rizosfērā mezgliņu baktēriju šūnas kļūst mazākas.

Iespējams, ka mezgliņu baktērijas var iekļūt saknē caur jauno sakņu galu epidermas šūnām. Pēc Pražmovska (1889) teiktā, baktērijas var iekļūt saknē tikai caur mazuļiem šūnu membrānu(sakņu matiņi vai epidermas šūnas) un pilnībā nespēj pārvarēt ķīmiski izmainītu vai suberizētu mizas slāni. Tas var izskaidrot, ka mezgliņi parasti veidojas uz jaunām galvenās saknes daļām un jaunām sānu saknēm.

IN Nesen Auksīna hipotēze ir ieguvusi lielu popularitāti. Šīs hipotēzes autori uzskata, ka mezgliņu baktērijas iekļūst saknē, stimulējot β-indoletiķskābes (heteroauksīna) sintēzi no triptofāna, kas vienmēr atrodas augu sakņu sekrēcijās matiņi, ko parasti novēro, kad sakņu sistēma ir inficēta ar mezgliņu baktērijām (150. att.).

β-indoletiķskābes avots augu inficēšanās laikā acīmredzami nav tikai augi, kas izdalās caur sakņu sistēma triptofāns, ko daudzu veidu baktērijas, tostarp mezgliņu baktērijas, var pārvērst par β-indoliletiķskābi. Heteroauksīna sintēzē var piedalīties arī pašas mezglu baktērijas un, iespējams, cita veida augsnes mikroorganismi, kas dzīvo sakņu zonā.

Tomēr auksīna hipotēzi nevar pieņemt bez nosacījumiem. Heteroauksīna darbība ir nespecifiska un izraisa sakņu matiņu izliekumu dažādām augu sugām, ne tikai pākšaugiem. Tajā pašā laikā mezgliņu baktērijas izraisa sakņu matiņu izliekumu tikai pākšaugu augiem, uzrādot diezgan ievērojamu selektivitāti. Ja attiecīgo efektu noteiktu tikai β-indoletiķskābe, tad šādas specifikas nebūtu. Turklāt sakņu matiņu izmaiņu raksturs mezgliņu baktēriju ietekmē ir nedaudz atšķirīgs nekā heteroauksīna ietekmē.

Jāņem vērā arī tas, ka dažos gadījumos inficējas arī neizliektie sakņu matiņi. Novērojumi liecina, ka lucernā un zirņos 60-70% sakņu matiņu izliecas un lokās, bet āboliņā - aptuveni 50%. Dažos āboliņa veidos šī reakcija tiek novērota ne vairāk kā 1/4 inficēto matiņu. Izliekuma reakcijā acīmredzami liela nozīme ir matu sakņu stāvoklim. Augošie sakņu matiņi ir visjutīgākie pret baktēriju radīto vielu iedarbību.

Ir zināms, ka mezgliņu baktērijas izraisa sakņu matiņu sieniņu mīkstināšanu. Tomēr tie neveido ne celulāzi, ne pektinolītiskos enzīmus. Šajā sakarā tika ierosināts, ka mezgliņu baktērijas iekļūst saknē polisaharīda rakstura gļotu sekrēcijas dēļ, kas liek augiem sintezēt fermentu poligalakturonāzi. Šis ferments, iznīcinot pektīna vielas, ietekmē sakņu matiņu membrānu, padarot to plastiskāku un caurlaidīgāku. Poligalakturonāze vienmēr atrodas nelielos daudzumos sakņu matiņos un, acīmredzot, izraisot daļēju attiecīgo membrānas komponentu izšķīšanu, ļauj šūnai izstiepties.

Daži pētnieki uzskata, ka mezgliņu baktērijas iekļūst saknē, pateicoties pavadošajām baktērijām, kas ražo pektinolītiskos enzīmus. Šī hipotēze tika izvirzīta, pamatojoties uz šādiem faktiem. Mikroskopējot sakņu matiņus, daudzi pētnieki atzīmēja gaišas vietas klātbūtni, ap kuru uzkrājas mezgliņu baktērijas. Šis plankums var liecināt par audu macerācijas (iznīcināšanas) sākumu ar protopektināzes palīdzību, kas ir līdzīga tai pašai zīmei, kas novērota augiem ar daudzām bakteriālām slimībām. Turklāt tika konstatēts, ka avirulentās mezgliņu baktēriju kultūras tādu baktēriju klātbūtnē, kas ražo pektinolītiskos enzīmus, spēj iekļūt saknē.

Jāpiemin vēl viena hipotēze, saskaņā ar kuru mezgliņu baktērijas iekļūst saknē, veidojoties pirkstam līdzīgai saknes mata virsmas invaginācijai. Saknes mata posma elektronu difrakcijas zīmējumā, kas apstiprina šo hipotēzi (150., 3. att.), redzams lietussarga roktura formā izliekts saknes matiņš, kura līkumā uzkrājas mezgliņu baktērijas. Šķiet, ka mezgliņu baktērijas ievelk (norij) sakņu mati (līdzīgi kā pinocitoze).

Invaginācijas hipotēzi būtībā nevar atdalīt no auksīna vai fermentatīvās hipotēzes, jo invaginācija notiek auksīna vai fermentatīvā faktora darbības rezultātā.

Mezgliņu baktēriju ievadīšanas process sakņu audos ir vienāds visiem pākšaugu veidiem un sastāv no divām fāzēm. Pirmajā fāzē notiek sakņu matiņu infekcija. Otrajā fāzē mezglu veidošanās process notiek intensīvi. Fāžu ilgums dažādās augu sugās ir atšķirīgs: Trifolium fragiferum pirmā fāze ilgst 6 dienas, Trifolium nigrescens - 3 dienas.

Dažos gadījumos ir ļoti grūti noteikt robežas starp fāzēm. Visintensīvākā mezgliņu baktēriju iekļūšana sakņu matiņos notiek augu attīstības sākumposmā. Otrā fāze beidzas mezgliņu masas veidošanās periodā. Bieži vien mezgliņu baktēriju ievadīšana sakņu matiņos turpinās arī pēc tam, kad uz saknēm ir izveidojušies mezgliņi. Šī tā sauktā pārmērīgā vai papildu infekcija rodas tāpēc, ka matu infekcija neapstājas. ilgu laiku. Vēlākos infekcijas posmos mezgliņi parasti atrodas zemāk gar sakni.

Sakņu matiņu attīstības veids, struktūra un blīvums neietekmē mezgliņu baktēriju iespiešanās ātrumu. Mezglu veidošanās vietas ne vienmēr ir saistītas ar inficēto matiņu atrašanās vietu.

Iekļūstot saknē (caur saknes matiņiem, epidermas šūnu un sakņu bojājuma vietām), mezgliņu baktērijas pārvietojas augu sakņu audos. Baktērijas visvieglāk iziet cauri starpšūnu telpām.

Sakņu audos var iekļūt viena šūna vai baktēriju šūnu grupa. Ja viena šūna ir iebrukusi, tā var turpināt pārvietoties pa audiem kā viena šūna. Sakņu inficēšanās ceļš ar atsevišķām šūnām ir raksturīgs lupīnas augiem.

Tomēr vairumā gadījumu iebrūkošā šūna, aktīvi vairojoties, veido tā sauktos infekcijas pavedienus (vai infekcijas pavedienus) un šādu pavedienu veidā pārvietojas augu audos.

Termins “infekcijas pavediens” radās, pētot infekcijas procesu gaismas mikroskopā. Sākot ar Beijerinck darbu, infekcijas pavedienu sāka uzskatīt par gļotādu hifām līdzīgu masu ar tajā ietvertām replicējošām baktērijām.

Būtībā infekcijas pavediens ir pavairotu baktēriju kolonija. Tās sākums ir vieta, kur ir iekļuvusi viena šūna vai šūnu grupa. Iespējams, ka uz saknes virsmas sāk veidoties baktēriju kolonija (un līdz ar to arī turpmākais infekcijas pavediens), pirms baktērijas iekļūst saknē.

Inficēto sakņu matiņu skaits atsevišķiem augiem ievērojami atšķiras. Parasti infekcijas pavedieni parādās deformētos, savītās sakņu matiņos. Tomēr ir pazīmes, ka līdzīgi pavedieni dažkārt ir sastopami taisnos matos. Visbiežāk sakņu matiņos novēro vienu zarojošu pavedienu, retāk divus. Dažos gadījumos vienā saknes matiņā ir vairāki pavedieni vai vairākiem ir kopīgi infekcijas pavedieni, kas rada vienu mezgliņu (151. att.).

Inficēto sakņu matiņu procentuālais daudzums kopējā deformēto skaitā ir neizskaidrojami zems. Parasti tas svārstās no 0,6 līdz 3,2, reizēm sasniedzot 8,0. Veiksmīgu infekciju īpatsvars ir vēl mazāks, jo starp infekcijas pavedieniem ir daudz (līdz 80%) tā saukto abortīvo pavedienu, kas ir pārstājuši attīstīties. Normāli attīstošo infekcijas pavedienu progresēšanas ātrums augā ir 5–8 mikroni stundā. Šādā ātrumā infekcijas pavediens vienā dienā var iziet cauri 100-200 mikronu garam saknes matiņam.

Mezglu morfoloģiskās un anatomiskās īpašības to ontoģenēzē.

Saskaņā ar veidošanās metodi pākšaugu mezgliņus iedala divos veidos:

1. tips - mezgli rodas pericikla (sakņu slāņa) šūnu dalīšanās laikā, kas parasti atrodas pretī protoksilēmai (pirmais asinsvadu veidošanās laikā) - endogēns mezgliņu veidošanās veids;

2. tips - mezgliņi rodas no sakņu garozas, patogēna ievadīšanas rezultātā garozas un endodermas parenhīmas šūnās (primārās garozas iekšējais slānis) - eksogēns mezgliņu veidošanās veids.

Dabā dominē pēdējais veids. Saknes centrālā cilindra audi piedalās tikai veidošanā asinsvadu sistēma gan endogēna, gan eksogēna tipa mezgliņi.

Neskatoties uz dažādiem viedokļiem par zkzo- un endotipu mezgliņu izcelsmi, to attīstības process būtībā ir vienāds. Taču ne vienu, ne otru mezglu veidošanās veidu nekādā gadījumā nevajadzētu identificēt ar sānu sakņu veidošanās procesu, neskatoties uz to, ka pastāv individuālas iezīmes līdzības to izcelsmē. Tādējādi mezgliņu un sānu sakņu veidošanās notiek vienlaicīgi un turklāt tajā pašā sakņu zonā.

Tajā pašā laikā vairākas sānu sakņu un mezglu attīstības pazīmes uzsver dziļas atšķirības to veidošanās veidā. Periciklā rodas sānu saknes. Jau no pirmajiem attīstības brīžiem tie ir saistīti ar galvenās saknes centrālo cilindru, no kura atzarojas sānu sakņu centrālie cilindri, un tie vienmēr rodas pret primārās koksnes staru. Mezglu veidošanās, atšķirībā no sānu saknes, ir iespējama jebkur. Pašā mezgla audu veidošanās sākumā nav asinsvadu savienojuma ar saknes centrālo cilindru, tas rodas vēlāk. Asinsvadi parasti veidojas gar mezgla perifēriju. Tie ir savienoti ar saknes traukiem caur traheīdas zonu un tiem ir savs endoderms (152. att.).

Atšķirība mezgliņu un sānu sakņu rašanās būtībā ir īpaši skaidri novērojama Seradella, jo šī auga galvenās saknes - pirmo mezgliņu vietā - garozas audi sastāv no salīdzinoši neliela šūnu slāņa un mezgliņiem. kļūst redzami ļoti ātri pēc saknes inficēšanās ar baktērijām. Tie vispirms veido saplacinātus izvirzījumus uz saknes, kas ļauj tos atšķirt no sānu sakņu koniskiem izvirzījumiem. Mezgli atšķiras no sānu saknēm ar vairākām anatomiskām iezīmēm: centrālā cilindra, sakņu vāciņu un epidermas neesamību un ievērojamu mizas slāni, kas pārklāj mezglu.

Pākšaugu mezgliņu veidošanās (153., 1., 2. att.) notiek periodā, kad saknei vēl ir primārā struktūra. Tas sākas ar kodolšūnu sadalīšanu, kas atrodas 2-3 slāņu attālumā no infekcijas pavedienu galiem. Garozas slāņi, kuros iekļūst infekcijas pavedieni, paliek nemainīgi. Tajā pašā laikā Seradella mizas šūnu dalīšanās notiek tieši zem inficētā sakņu apmatojuma, un zirnī šūnu dalīšanās tiek novērota tikai mizas priekšpēdējā slānī.

Sadalīšanās ar radiālās audu struktūras veidošanos turpinās līdz iekšējām kodola šūnām. Tas notiek bez noteikta virziena, nejauši, un tā rezultātā rodas mezgla meristēma (audzināšanas audu sistēma), kas sastāv no mazām granulētām šūnām.

Mainās sadalītās garozas šūnas: kodoli kļūst noapaļoti un palielinās, īpaši palielinās kodoli. Pēc mitozes kodoli izkliedējas un, neieņemot sākotnējo formu, atkal sāk dalīties.

Pupiņu salāti