Клубеньки с бактериями образуются на корнях растений, принадлежащих семейству бобовых (Fabaceae). Это семейство включает в себя такие известные растения, как горох, фасоль, соя, люцерна и клевер.
Процесс образования клубеньков является результатом симбиотических отношений между растением-хозяином и бактериями рода Rhizobium. Эти бактерии обладают способностью фиксировать атмосферный азот (N2), превращая его в аммоний (NH4+), который растения могут использовать для синтеза аминокислот, нуклеотидов и других азотсодержащих соединений.
Основные этапы образования клубеньков следующие:
Хемотаксис и прикрепление: Бактерии Rhizobium привлекаются к корню растения за счет выделяемых растением флавоноидов. Они прикрепляются к корневым волоскам.
Инфекция: После прикрепления бактерии проникают в клетки корневого волоска, вызывая его искривление и образование так называемой инфекционной нити. Эта нить направляется к корневым клеткам, через которые бактерии проникают в корень.
Формирование клубенька: Бактерии стимулируют деление клеток корня, что приводит к образованию клубенька. Внутри клубенька бактерии превращаются в так называемые бактероиды, которые способны фиксировать азот.
Фиксация азота: В клубеньках создаются условия для анаэробной фиксации азота. Бактерии используют фермент нитрогеназу для превращения молекулярного азота в аммоний. Растение, в свою очередь, снабжает бактерии углеводами, необходимыми для их энергетических потребностей.
Симбиотическая фиксация азота имеет огромное значение для экосистем и сельского хозяйства. Она позволяет растениям семейства бобовых расти на почвах, бедных азотом, улучшая их плодородие и уменьшая необходимость в применении азотных удобрений. Это не только экономически выгодно, но и экологически безопасно, так как снижает риск загрязнения окружающей среды избыточными азотными соединениями.