Azotobacter | ||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ||||||||||
tudományos osztályozás | ||||||||||
Tartomány:baktériumokTípusú:ProteobaktériumokOsztály:Gamma proteobaktériumokRendelés:PseudomonadalesCsalád:PseudomonadaceaeNemzetség:Azotobacter | ||||||||||
Nemzetközi tudományos név | ||||||||||
Azotobacter Beijerinck 1901 | ||||||||||
Fajták | ||||||||||
|
||||||||||
|
Az Azotobacter [1] ( lat. Azotobacter ) a talajban élő baktériumok nemzetsége , amely a nitrogénkötési folyamat eredményeként képes a gáznemű nitrogént oldható formává alakítani, amely a növények által felszívódásra képes .
Az Azotobacter nemzetség a Gram -negatív baktériumok közé tartozik, és az úgynevezett szabadon élő nitrogénfixálók csoportjába tartozik. A nemzetség képviselői semleges és lúgos talajban [2] [3] , vízben és egyes növényekkel társulva [4] [5] élnek . Különleges nyugalmi formákat - cisztákat - képeznek .
Fontos szerepet játszik a természetben zajló nitrogénkörforgásban, megköti a növények számára hozzáférhetetlen légköri nitrogént , és a kötött nitrogént ammóniumionok formájában juttatja a talajba. Az emberek által nitrogéntartalmú bioműtrágyák előállítására használják, néhány biopolimer gyártója .
A nemzetség első tagját, az Azotobacter chroococcum -ot Martin Beijerinck holland mikrobiológus és botanikus fedezte fel és írta le 1901-ben . Jelenleg hat faj található a nemzetségben.
Az Azotobacter nemzetséghez tartozó baktériumok sejtjei viszonylag nagyok (1-2 mikron átmérőjűek), általában oválisak, de pleomorfizmusuk van, vagyis eltérő alakúak lehetnek - a rúd alakútól a gömb alakúig . A mikroszkópos preparátumokon a sejtek egyenként, párban, szabálytalan csoportokban, esetenként különböző hosszúságú láncokban is elhelyezkedhetnek. Speciális nyugalmi formákat - cisztákat - alkotnak, nem képeznek spórákat .
Friss tenyészetekben a sejtek mozgékonyak a számos flagella miatt [6] . A későbbi tenyészetekben a sejtek mozdulatlanná válnak, szinte coccus alakúvá válnak, és vastag nyálkaréteget képeznek, amely a sejt kapszulát képezi. A sejt alakját a tápközeg kémiai összetétele is befolyásolja - a pepton például pleomorfizmust okoz, és többek között úgynevezett "gombaszerű" sejtek képződését idézi elő. Az Azotobacter nemzetség képviselőinek tenyészeteiben a pleomorfizmusra indukáló hatást a pepton összetételében a glicin aminosav fejti ki [7] .
Mikroszkóp alatt zárványok figyelhetők meg a sejtekben, amelyek egy része megfestődik, és néhány színtelen marad. A 20. század elején úgy tartották, hogy a festett zárványok "reproduktív szemcsék" vagy gonidiumok , és részt vesznek a sejtszaporodásban, egyfajta " csírasejtekként " [8] , de aztán bebizonyosodott, hogy a szemcsék igen. nem vesznek részt a sejtszaporodásban, és nem "kicsi, coccusszerű szaporodási sejtjei" a baktériumoknak - gonidiumoknak [9] . A festhető szemcsék volutinból állnak , míg a nem festhető szemcsék zsírcseppek. A pellet tartalék áramforrást jelent. [tíz]
CisztákAz Azotobacter nemzetség képviselőinek cisztái jobban ellenállnak a káros környezeti tényezők hatásának, mint a vegetatív sejtek - például a ciszták kétszer jobban ellenállnak az ultraibolya sugárzásnak , mint a vegetatív sejtek, ellenállnak a szárításnak, a gamma-sugárzásnak , a napsugárzásnak és az ultrahangnak , de nem ellenállnak a magas hőmérsékletnek. [tizenegy]
A ciszták képződését a tápközegben lévő tápanyagok koncentrációjának megváltoztatása és néhány szerves anyag (például etanol , n - butanol és β-hidroxi-butirát) hozzáadása idézi elő. A ciszták ritkán képződnek folyékony tápközegben [12] . Az encystációt kémiai tényezők indukálhatják, és anyagcsere -eltolódások, a katabolizmus és a légzés változásai, valamint a makromolekulák bioszintézisének megváltozása kíséri [13] . Az aldehid-dehidrogenáz [14] , valamint az AlgR válaszszabályozó [15] bizonyos jelentőséggel bír az encystation indukciójában .
Az Azotobacter ciszta egy gömb alakú test, amely az úgynevezett központi testből (a vegetatív sejt kicsinyített másolata nagyszámú vakuolával ) és egy kétrétegű membránból áll, amelynek belső részét intimának nevezik , és rostos szerkezetű. [16] , a külső részt pedig exinnek hívják , és egy sima, tükröződő szerkezet képviseli, hatszögletű kristályszerkezettel [ 17] . Az exint a tripszin részlegesen hidrolizálja , és a központi testtel ellentétben ellenáll a lizozim hatásának [18] . A központi test néhány kelátképző szerrel életképes állapotban izolálható [19] . A ciszta külső héjának fő összetevői az alkil-rezorcinolok, amelyek hosszú alifás láncokból és aromás gyűrűkből állnak. Az alkilrezorcinolok más baktériumokban, állatokban és növényekben is megtalálhatók [20] .
Ciszták csírázásaAz Azotobacter nemzetség képviselőinek cisztája a vegetatív sejt nyugalmi formája, amely szükséges a kedvezőtlen környezeti tényezők megtapasztalásához, és nem szolgál a szaporodáshoz . Az optimális feltételek, így az optimális pH-érték, hőmérséklet és a rendelkezésre álló szénforrás utánpótlása után a ciszták kicsíráznak, a keletkező vegetatív sejt egyszerű sejtosztódással újra szaporodik . Amikor a ciszták kicsíráznak, az exine ciszta megsérül, és egy nagy vegetatív sejt szabadul fel.
Mikroszkóposan a spórák csírázásának első megnyilvánulása a ciszták fénytörésének fokozatos csökkenése fáziskontraszt mikroszkóppal . A ciszták csírázása lassú folyamat, körülbelül 4-6 óra, ezalatt a központi test megnagyobbodik és felfogja a korábban az intimában lévő volutin szemcséket. Ekkor az exin felrobban, és a vegetatív sejt felszabadul az exinből, amelynek jellegzetes patkó alakja van [21] . Amikor a ciszta csírázik, metabolikus változások figyelhetők meg. Közvetlenül a szénforrás táptalajhoz történő hozzáadása után a ciszták elkezdik felszívni az oxigént és szén-dioxidot szabadítanak fel, a légzési sebesség a glükóz hozzáadása után 4 órával a maximális értékre nő . A fehérjék és az RNS szintézise szintén szénforrás hozzáadása után kezdődik, azonban a makromolekulák szintézisének felerősödése csak 5 órával a szénforrás hozzáadása után figyelhető meg. A DNS- szintézis és a nitrogénrögzítés 5 órával a glükóz nitrogénmentes tápközeghez való hozzáadása után indul meg [22] .
A ciszták csírázása során az intimában elektronmikroszkópos készítményeken látható elváltozások következnek be. Az intima szénhidrátokból , lipidekből és fehérjékből áll, és majdnem ugyanolyan térfogatot foglal el a sejtben, mint a központi test. A ciszták csírázása során az intima hidrolizálódik , és a sejt felhasználja a sejtkomponensek szintézisére [23] .
A redox reakciók során energiát kapnak, szerves vegyületeket használnak elektrondonorként. Növekedésükhöz oxigénre van szükségük, de csökkentett oxigénkoncentráció mellett is képesek növekedni , katalázt és oxidázt képezve . Szénforrásként képes különféle szénhidrátokat , alkoholokat és szerves savak sóit használni . A nitrogénfixálók minden elfogyasztott glükóz grammonként legalább 10 mikrogramm nitrogént képesek megkötni , a nitrogénkötés a molibdén ionok jelenlététől függ, a molibdén hiánya részben helyettesíthető vanádium ionokkal . Nitrogénforrásként nitrátok , ammóniumionok és aminosavak használhatók . A növekedés és a nitrogénkötés optimális pH -értéke 7,0-7,5, képes növekedni a 4,8 és 8,5 közötti pH-tartományban. [24] Az Azotobacter nemzetség képviselőinek hidrogénfüggő mixotróf növekedése is lehetséges mannózt tartalmazó nitrogénmentes táptalajon . A talajban hidrogén áll rendelkezésre, ezért az Azotobacter nemzetség képviselőinél természetes körülmények között nem kizárt a mixotrófia lehetősége. [25]
Az Azotobacter nemzetség képviselői szén- és energiaforrásként képesek szénhidrátokat (például mannitot , szacharózt , glükózt ), alkoholokat (beleértve az etanolt és butanolt) és szerves savak sóit, köztük a benzoátokat használni. A nemzetség képviselői nitrogénmentes táptalajon nőnek, amelyet szabadon élő nitrogénkötő és oligonitrofil szervezetek izolálására terveztek, például szénforrást (mannit, szacharóz vagy glükóz) és a szükséges nyomelemeket ( foszforforrás ) tartalmazó Ashby-féle táptalajon . kén , stb.), vagy több mikroelemet tartalmazó M táptalajon V. Fedorov [26] , valamint Beyerink folyékony táptalajon .
Sűrű táptalajokon a nemzetség képviselői 5-10 mm átmérőjű, pépes állagú, lapos, nyálkás telepeket, a folyékony táptalajokban filmeket alkotnak. Jellemző a pigmentáció is , a nemzetség képviselőinek kolóniái fajtól függően sötétbarnára, zöldre és más színűek lehetnek, vagy színtelenek is . Az Azotobacter nemzetség képviselői mezofil mikroorganizmusok , és 20-30 °C hőmérsékleten szaporodnak. [27]
Az Azotobacter nemzetség képviselői pigmenteket termelnek. Például az Azotobacter chroococcum nemzetség típusfaja sötétbarna vízoldható pigmentet termel (ez a képesség a specifikus jelzőben is tükröződik) melanint . Az Azotobacter chroococcum melanintermelése a nitrogénkötés során magas légzés mellett figyelhető meg, és feltehetően a nitrogenáz rendszert is megvédi az aeroadaptáció során bekövetkező oxigéntámadástól [28] Más Azotobacter fajok is termelnek sárgászöldtől liláig terjedő pigmenteket. [29] A nemzetség tagjai zöldes fluoreszkáló pigmentet is képesek előállítani, amely sárgászöld fénnyel fluoreszkál, és egy pigmentet, amely kék-fehér fénnyel fluoreszkál. [harminc]
Az AvOP törzs Azotobacter vinelandii kromoszómájának nukleotidszekvenciájának meghatározása részben megtörtént. Az Azotobacter vinelandii kromoszóma egy 5 342 073 bázispár méretű , körkörös DNS -molekula és 5043 gént tartalmaz , ebből 4988 fehérjét kódol , a G+C párok aránya 65%. [31] Megfigyelték az Azotobacter nemzetség képviselőinek ploiditásában az életciklus során bekövetkezett változást : a tenyészetek öregedésével a sejtekben lévő kromoszómák száma és a DNS-tartalom növekszik - a növekedés állófázisában a tenyészetek több mint A kromoszóma 100 másolata sejtenként. Friss tápközegbe kerülve visszaáll az eredeti DNS-tartalom (egy példányban) [32] A kromoszómális DNS mellett az Azotobacter nemzetség képviselőiben is találtak plazmidokat [33] , és lehetőség nyílik a transzformáció lehetőségére az Azotobacter nemzetség képviselőiben is. Az Azotobacter nemzetség exogén plazmid-DNS-sel is bizonyítást nyert [34] .
Az Azotobacter nemzetség képviselői semleges és enyhén lúgos talajban mindenütt jelen vannak, és nem izolálják őket a savas talajoktól. [35] Az északi és déli sarki régiók szélsőséges talajviszonyaiban is előfordultak, a rövid helyi növekedési időszakok és a viszonylag alacsony pH-érték ellenére, az Északi-sarkvidéken agyagban és vályogban (beleértve a tőzeges és homokos vályogot is ), Antarktiszi régió — tengerparti talajban [36] Száraz talajban e nemzetség képviselői cisztaként akár 24 évig is életben maradhatnak. [37]
Az Azotobacter nemzetség képviselőit vízi élőhelyekről is izolálták, beleértve az édesvízi tározókat [38] , és a brakkos lápokat [39] . Az Azotobacter nemzetség egyes képviselői a növényekhez kötődnek és a rizoszférában találhatók , bizonyos kapcsolatokat létesítve a növénnyel [40] - a nemzetség képviselőit a mangrovefák rizoszférájából izolálták más nitrogénmegkötő és denitrifikáló baktériumokkal együtt [41] ] .
Egyes törzsek az Eisenia fetida giliszta gubóiban is megtalálhatók . [42]
Az Azotobacter nemzetség képviselői szabadon élő nitrogénfixálók, vagyis a Rhizobium nemzetség képviselőivel ellentétben molekuláris nitrogént kötnek ki a légkörből anélkül, hogy szimbiotikus kapcsolatba lépnének a növényekkel, bár a nemzetség egyes tagjai a gazdanövényhez kötődnek. [43] A nitrogénkötést gátolja a rendelkezésre álló nitrogénforrások, pl. ammóniumionok , nitrátok jelenléte . [44]
Az Azotobacter nemzetség képviselői a nitrogénkötés végrehajtásához szükséges enzimek teljes komplexével rendelkeznek: ferredoxinok , hidrogenázok és a legfontosabb enzim - nitrogenáz . A nitrogénkötés folyamata energiafüggő, és energia beáramlást igényel ATP formájában . A nitrogénkötés folyamata rendkívül érzékeny az oxigén jelenlétére, ezért az Azotobacter nemzetség képviselői kifejlesztettek egy speciális védelmi mechanizmust az oxigén hatása ellen - az úgynevezett légzésvédelmet, amelyet a légzés jelentős fokozásával hajtanak végre. amely csökkenti az oxigén koncentrációját a sejtekben. [45] Létezik egy speciális Shethna fehérje is, amely védi a nitrogenázt, és részt vesz az oxigén által kiváltott sejthalál megelőzésében: azok a mutánsok, amelyek nem termelik ezt a fehérjét, oxigén jelenlétében elpusztulnak a nitrogénkötés során, ha nincs nitrogénforrás a környezetben. [46] Az Azotobacter -t homocitrát ionok játsszák . [47]
A nitrogenáz komplex a nitrogénkötésben részt vevő legfontosabb enzim . Az Azotobacter nemzetség képviselői többféle nitrogenázzal - Mo [51][50][49]tartalmú, molibdénion-függetlenvanádiumés alternatív nitrogenázokkal rendelkeznek:48][nitrogenázzal-Fe- 5 ° C -ra nem csökken ; kevésbé aktív, mint a hagyományos nitrogenáz [53] [54] . Az aktív nitrogenáz képződésében fontos szerepet játszik a Mo-Fe-nitrogenáz P- klaszterének érése [55] , valamint a nitrogenáz Mo-Fe kofaktora [56] prekurzora , a GroEL chaperon , fontos szerepet játszik a nitrogenáz végső átrendeződésében [57] . A nitrogenáz aktivitás szabályozása arginin csapadék képződésével valósítható meg [58] A nitrogenáz szintézise az ún. nif gének. [59] A nitrogénkötést a nifLA operon szabályozza , a NifA termék szabályozza a nif gének transzkripcióját, a NifL antagonista hatást fejt ki a NifA hatására válaszul az elnyelt nitrogénre, és a sejt oxigénellátásának szintjétől függően. , a nifLA operon expresszióját pozitív szabályozási mechanizmus szabályozza. [60] A NifL egy flavoprotein , amely redox - függő kapcsolón keresztül modulálja a nitrogénkötő gének transzkripciós aktiválását . [61] Egy kétkomponensű szabályozórendszer, amely két fehérjéből ( a NifA- enhanszerből és a NifL-szenzorból) áll, amelyek egymással komplexeket alkotnak, a génexpresszió szabályozásának atipikus és nem mindennapi rendszere más szervezetek között. [62]
A nitrogénkötés fontos szerepet játszik a természetben zajló nitrogénciklusban . A nitrogénkötés a legfontosabb nitrogénforrás, és az Azotobacter nemzetség képviselői a molekuláris nitrogén megkötésével döntő szerepet játszanak a talaj nitrogénkörforgásában. Ezenkívül a nemzetség képviselői szintetizálnak bizonyos biológiailag aktív anyagokat, köztük néhány fitohormont , például auxinokat [63] , ezáltal serkentik a növények növekedését és fejlődését [64] , amelyek biológiai növénynövekedés-stimulátorok és a növények növekedéséhez szükséges szintetizáló faktorok [65] ] . A nemzetség képviselőinek exopoliszacharidjai hozzájárulnak a nehézfémek mobilizációjához a talajban, hozzájárulva a nehézfémekkel, például kadmiummal , higannyal és ólommal szennyezett talajok öntisztulásához . [66] Az Azotobacter nemzetség egyes tagjai bizonyos klórtartalmú aromás vegyületek biológiai lebontására is képesek , mint például a 2,4,6-triklór-fenol ( 2,4,6-Trichlorophenol ) – egy korábban használt rovarirtó , gombaölő szer . valamint mutagén és rákkeltő hatású, xenobiotikus és szennyező gyomirtó szer . [67]
Molekuláris nitrogénmegkötő képességük miatt, ezáltal növelve a talaj termékenységét és serkentve a növények növekedését, az Azotobacter nemzetség képviselőit a mezőgazdaságban [68] használják nitrogéntartalmú biotrágyák, köztük az Azotobacterin [69] előállítására, és a nemzetség képviselői a mezőgazdaságban is felhasználják poliszacharid - alginsav (E400 ) [70] [71] [72] , amelyet a gyógyászatban ( savlekötő szerként ), az élelmiszeriparban (fagylalt, pudingok és krémek élelmiszer-adalékanyagaként) és fémek bioszorpciójában használnak [73] és poli(3-hidroxi-butirát) ( Polyhydroxybutyrate ) [74] . Az Azotobacter beijerinckii az Abe I restrikciós enzim termelője , amely felismeri a CCTCAGC aszimmetrikus heptanukleotid szekvenciát. [75]
Az Azotobacter nemzetséget 1901-ben írta le Martin Beijerinck holland mikrobiológus és botanikus, az ökológiai mikrobiológia egyik megalapítója az első általa izolált és leírt Azotobacter chroococcum , az első aerob szabadon élő nitrogénfixáló alapján. [76]
Lipman ( Lipman ) 1903-ban írta le az Azotobacter vinelandii Lipmant , 1903 , és egy évvel később az Azotobacter beijerinckii Lipmant , 1904 -et, amelyet magáról Martin Beijerinckről neveztek el. 1949- ben Nikolai Alekszandrovics Krasilnyikov orosz mikrobiológus leírta az Azotobacter nigricans Krasil'nikov, 1949 , 1981 - ben Thompson és Skyrman által két alfajra osztott fajt : Azotobacter nigricans subsp. nigricans Krasil'nikov, 1949 és Azotobacter nigricans subsp. achromogenes Thompson és Skerman , 1981 , ugyanabban az évben Thompson és Skerman leírta az Azotobacter armeniacus fajt Thompson és Skerman, 1981 . Page és Shivprasad 1991 1991 - ben leírtak egy mikroaerofil nátriumion- függő aerotoleráns fajt Azotobacter salinestris Page és Shivprasad 1991 . [77]
Korábban a nemzetség képviselői az Azotobacteraceae Pribram családba tartoztak, 1933 , de aztán a 16S rRNS nukleotid szekvenciák vizsgálata alapján átkerültek a Pseudomonadaceae családba . 2004 -ben filogenetikai vizsgálatot végeztek, és megállapították, hogy az Azotobacter vinelandii ugyanabban a kládban található , mint a Pseudomonas aeruginosa baktérium . [78] 2007 - ben felmerült, hogy az Azotobacter , Azomonas és Pseudomonas nemzetségek rokonok, és szinonimák lehetnek . [79]
Taxonómiai sémabaktériumok birodalma | ||||||||||||||||||||||
törzs Proteobaktériumok | több mint húsz fajta, köztük Actinomycetes , Firmicutes , Cyanobacteria , Aquiificae , Dictyoglomi | |||||||||||||||||||||
osztályú Gamma Proteobaktériumok | osztályok : Alpha Proteobacteria ( Rickettsia nemzetség stb.), Beta Proteobacteria ( Neisseria nemzetség stb.), Delta Proteobacteria (Bdellovibrio nemzetség , Desulfovibrio stb . ), Epsilon Proteobacteria | |||||||||||||||||||||
rendeljen Pseudomonadales | még körülbelül tizenöt rend, köztük az Enterobacteriales ( Yersinia , Salmonella , Erwinia stb. nemzetség), Oceanospirillales ( Alcanivorax nemzetség stb.), Pasteurellales ( Hemophilus influenzae stb.) | |||||||||||||||||||||
család Pseudomonadaceae | család Moraxellaceae | |||||||||||||||||||||
Azotobacter nemzetség | még körülbelül tizenöt | |||||||||||||||||||||
hat féle | ||||||||||||||||||||||
Az Azotobacter nemzetségbe korábban az Azotobacter agilis (1938-ban Vinogradsky vitte át az Azomonas nemzetségbe ), az Azotobacter macrocytogenes ( 1981-ben az Azomonotrichon nemzetségbe és az Azomonas nemzetségbe 1982-ben ) és az Azipallus in the Azotobacterferred faj is tartozott. 1981 ) .
Szótárak és enciklopédiák | |
---|---|
Taxonómia | |
Bibliográfiai katalógusokban |