RHIZOBIUM: CIRI, MORFOLOGI, HABITAT DAN MANFAAT - BIOLOGI - 2025

Rhizobium adalah genus bakteri yang memiliki kemampuan mengikat nitrogen dari atmosfer. Secara umum, bakteri dengan kemampuan mengikat nitrogen dikenal sebagai rhizobia. Hubungan antara tumbuhan dan mikroorganisme ini telah dipelajari secara ekstensif.

Prokariota ini hidup dalam hubungan simbiosis dengan tanaman yang berbeda: kacang-kacangan, seperti kacang-kacangan, alfalfa, lentil, kedelai, dan lainnya.

Sumber: Oleh Stdout, melalui Wikimedia Commons

Mereka secara khusus terkait dengan akarnya dan menyediakan tanaman dengan nitrogen yang mereka butuhkan. Tanaman, pada bagiannya, menawarkan tempat berlindung bagi bakteri. Hubungan simbiosis yang erat ini menyebabkan sekresi molekul yang disebut leghemoglobin. Simbiosis ini menghasilkan proporsi N _{2 yang} signifikan di biosfer.

Dalam hubungan ini, bakteri menyebabkan pembentukan bintil-bintil di akar, yang dibedakan dengan apa yang disebut "bakteroides".

Sebagian besar penelitian yang telah dilakukan pada genus bakteri ini hanya memperhitungkan keadaan simbiosisnya dan hubungannya dengan tumbuhan. Untuk alasan ini, sangat sedikit informasi yang berkaitan dengan gaya hidup individu bakteri dan fungsinya sebagai komponen mikrobioma tanah.

karakteristik

Bakteri dari genus Rhizobium dikenal terutama karena kemampuannya untuk mengikat nitrogen dan menjalin hubungan simbiosis dengan tanaman. Faktanya, ini dianggap sebagai salah satu hubungan paling dramatis yang ada di alam.

Mereka heterotrofik, yang menandakan bahwa mereka harus memperoleh sumber energinya dari bahan organik. Rhizobium tumbuh secara normal dalam kondisi aerobik dan nodul terbentuk pada suhu 25-30 ° C dan pH optimum 6 atau 7.

Namun, proses fiksasi nitrogen membutuhkan konsentrasi oksigen yang rendah untuk melindungi nitrogenase (enzim yang mengkatalisis proses).

Untuk menangani jumlah oksigen yang tinggi, ada protein yang mirip dengan hemoglobin yang bertanggung jawab untuk menyerap oksigen yang dapat mengganggu proses tersebut.

Hubungan simbiosis yang dibangun prokariota ini dengan legum memiliki dampak ekologi dan ekonomi yang tinggi, itulah sebabnya ada banyak literatur tentang hubungan yang sangat spesifik ini.

Proses infeksinya tidak sederhana, melibatkan serangkaian langkah di mana bakteri dan tumbuhan saling mempengaruhi aktivitas pembelahan sel, ekspresi gen, fungsi metabolisme dan morfogenesis.

Proses infeksi

Bakteri ini adalah model biologis yang sangat baik untuk memahami interaksi yang terjadi antara mikroorganisme dan tumbuhan.

Rhizobia ditemukan di tanah, di mana mereka menjajah akar dan memasuki tanaman. Umumnya, kolonisasi dimulai di rambut akar, meskipun infeksi juga mungkin terjadi melalui lision kecil di epidermis.

Ketika bakteri berhasil menembus bagian dalam tumbuhan, biasanya ia menetap untuk sementara waktu di ruang intraseluler tumbuhan. Saat nodul berkembang, rhizobia memasuki sitoplasma struktur ini.

Perkembangan dan jenis nodul

Perkembangan nodul melibatkan serangkaian peristiwa sinkron di kedua organisme. Nodul diklasifikasikan sebagai determinate dan indeterminate.

Yang pertama berasal dari pembelahan sel di korteks bagian dalam dan memiliki meristem apikal yang persisten. Mereka dicirikan dengan memiliki bentuk silinder dan dua area yang berbeda.

Di sisi lain, nodul yang ditentukan dihasilkan dari pembelahan sel di bagian tengah atau luar korteks akar. Dalam kasus ini tidak ada meristem yang persisten dan bentuknya lebih bulat. Nodul yang matang dapat berkembang dengan pertumbuhan sel.

Pembentukan bakteriida

Dalam bintil, diferensiasi menjadi bakteroides terjadi: bentuk pengikat N _2- . Bacteroides, bersama dengan membran tanaman, membentuk simbiosom.

Dalam mikroba-kompleks tumbuhan ini, tumbuhan bertanggung jawab untuk menyediakan karbon dan energi, sedangkan bakteri menghasilkan amonia.

Dibandingkan dengan bakteri yang hidup bebas, bakteri mengalami serangkaian perubahan dalam transkriptomnya, di seluruh struktur selulernya, dan dalam aktivitas metabolisme. Semua perubahan ini terjadi untuk beradaptasi dengan lingkungan intraseluler, di mana satu-satunya tujuan mereka adalah fiksasi nitrogen.

Tanaman dapat mengambil senyawa nitrogen yang disekresikan oleh bakteri dan menggunakannya untuk sintesis molekul esensial, seperti asam amino.

Sebagian besar spesies Rhizobium cukup selektif dalam jumlah inang yang dapat mereka infeksi. Beberapa spesies hanya memiliki satu inang. Sebaliknya, sejumlah kecil bakteri dicirikan sebagai promiscuous dan memiliki spektrum inang potensial yang luas.

Ketertarikan antara rhizobia dan akar

Daya tarik antara bakteri dan akar legum dimediasi oleh zat kimia yang dikeluarkan oleh akar. Ketika bakteri dan akarnya berdekatan, serangkaian peristiwa terjadi di tingkat molekuler.

Flavonoid akar menginduksi gen nodus pada bakteri. Ini mengarah pada produksi oligosakarida yang dikenal sebagai LCO atau faktor nodus. LCO mengikat reseptor, dibentuk oleh motif lisin, di rambut akar, sehingga memulai peristiwa pensinyalan.

Ada gen lain - selain nod - yang terlibat dalam proses simbiosis, seperti exo, nif, dan fix.

Leghemoglobin

Leghemoglobin adalah molekul protein, khas dari hubungan simbiosis antara rhizobia dan kacang-kacangan. Sesuai dengan namanya, ini sangat mirip dengan protein yang lebih terkenal: hemoglobin.

Seperti analog darahnya, leghemoglobin memiliki perbedaan yang memiliki afinitas tinggi terhadap oksigen. Karena proses pengikatan yang terjadi pada nodul dipengaruhi secara merugikan oleh konsentrasi oksigen yang tinggi, protein bertanggung jawab untuk mempertahankannya agar sistem tetap berfungsi dengan baik.

Taksonomi

Sekitar 30 spesies Rhizobium telah dikenal, yang paling dikenal adalah Rhizobium cellulosilyticum dan Rhizobium leguminosarum. Ini milik keluarga Rhizobiaceae, yang juga merupakan rumah bagi genera lain: Agrobacterium, Allorhizobium, Pararhizobium, Neorhizobium, Shinella, dan Sinorhizobium.

Urutannya adalah Rhizobiales, kelasnya adalah Alphaproteobacteria, Filum Proteobacteria dan Kingdom Bacteria.

Morfologi

Rhizobia adalah bakteri yang menginfeksi akar tumbuhan polong secara selektif. Mereka bercirikan gram negatif, memiliki kemampuan untuk bergerak dan bentuknya mengingatkan pada tongkat. Dimensinya memiliki lebar antara 0,5 hingga 0,9 mikrometer dan panjang 1,2 dan 3,0 mikrometer.

Ini berbeda dari bakteri lain yang menghuni tanah dengan menghadirkan dua bentuk: morfologi bebas yang ditemukan di tanah dan bentuk simbiosis di dalam inang tanamannya.

Di luar morfologi koloni dan pewarnaan gram, ada metode lain di mana bakteri dari genus Rhizobium dapat diidentifikasi, ini termasuk tes pemanfaatan nutrisi, seperti katalase, oksidase, dan penggunaan karbon dan nitrogen.

Demikian pula, uji molekuler telah digunakan untuk identifikasi, seperti penerapan penanda molekuler.

Habitat

Secara umum, rhizobia yang termasuk dalam famili Rhizobiaceae menunjukkan kekhasan terkait terutama dengan tumbuhan dari famili Fabaceae.

Keluarga Fabaceae terdiri dari kacang-kacangan - biji-bijian, lentil, alfalfa, dan beberapa spesies yang dikenal karena nilai gastronomi mereka. Keluarga itu termasuk dalam Angiospermae, menjadi keluarga paling banyak ketiga. Mereka tersebar luas di dunia, mulai dari daerah tropis hingga daerah kutub.

Hanya satu spesies tumbuhan non-legum yang diketahui menjalin hubungan simbiosis dengan Rhizobium: Parasponea, genus tumbuhan dalam famili Cannabaceae.

Selain itu, jumlah asosiasi yang dapat dibentuk antara mikroorganisme dan tumbuhan bergantung pada banyak faktor. Terkadang asosiasi dibatasi oleh sifat dan spesies bakteri, sementara dalam kasus lain tergantung pada tanaman.

Di sisi lain, dalam bentuk bebasnya, bakteri merupakan bagian dari flora alami tanah - hingga terjadi proses nodulasi. Perhatikan bahwa meskipun legum dan rhizobia ada di dalam tanah, pembentukan bintil tidak dapat dipastikan, karena strain dan spesies anggota simbiosis harus sesuai.

Manfaat dan aplikasi

Fiksasi nitrogen adalah proses biologis yang penting. Ini melibatkan pengambilan nitrogen di atmosfer, dalam bentuk N ₂ dan direduksi menjadi NH ₄ ⁺ . Dengan demikian, nitrogen dapat masuk dan digunakan dalam ekosistem. Proses ini sangat penting dalam berbagai jenis lingkungan, baik itu darat, air tawar, laut atau Arktik.

Nitrogen tampaknya menjadi elemen yang membatasi, dalam banyak kasus, pertumbuhan tanaman dan bertindak sebagai komponen pembatas.

Dari sudut pandang komersial, rhizobia dapat digunakan sebagai penambah di bidang pertanian berkat kemampuannya dalam memperbaiki nitrogen. Untuk itulah, terjadi perdagangan terkait dengan proses inokulasi bakteri tersebut.

Inokulasi rhizobium memiliki pengaruh yang sangat positif terhadap pertumbuhan tanaman, bobot dan jumlah biji yang dihasilkan. Manfaat ini telah dibuktikan secara eksperimental oleh lusinan penelitian dengan kacang-kacangan.

Referensi

1. Allen, EK, & Allen, ON (1950). Sifat biokimia dan simbiosis dari rhizobia. Ulasan Bakteriologis, 14 (4), 273.
2. Jiao, YS, Liu, YH, Yan, H., Wang, ET, Tian, ​​CF, Chen, WX,… & Chen, WF (2015). Keragaman rhizobial dan karakteristik nodulasi dari tumbuhan polong yang sangat promiscuous Sophora flavescens. Interaksi Molekuler Tumbuhan-Mikroba, 28 (12), 1338-1352.
3. Jordan, DC (1962). Bakteri dari genus Rhizobium. Ulasan bakteriologis, 26 (2 Pt 1-2), 119.
4. Leung, K., Wanjage, FN, & Bottomley, PJ (1994). Ciri simbiosis Rhizobium leguminosarum bv. isolat trifolii yang mewakili jenis kromosom menempati bintil mayor dan minor subclover yang tumbuh di lapangan (Trifolium subterraneum L.). Mikrobiologi terapan dan lingkungan, 60 (2), 427-433.
5. Poole, P., Ramachandran, V., & Terpolilli, J. (2018). Rhizobia: dari saprofit hingga endosimbion. Ulasan Alam Mikrobiologi, 16 (5), 291.
6. Somasegaran, P., & Hoben, HJ (2012). Buku Pegangan untuk rhizobia: metode dalam teknologi legum-Rhizobium. Springer Science & Business Media.
7. Wang, Q., Liu, J., & Zhu, H. (2018). Mekanisme Genetik dan Molekuler yang Mendasari Kekhususan Simbiosis dalam Interaksi Legum-Rhizobium. Frontiers in plant science, 9, 313.