Азотфиксирующие микроорганизмы

Существуют две группы азотфиксирующих микроорганизмов:

1. Одна из них находится в симбиозе с высшими растениями, образуя клубеньки на корнях. К этой группе относятся клубеньковые бактерии.

2. Микроорганизмы другой группы обитают в почве независимо от растений. К ним относятся свободноживущие микроорганизмы.

Симбиотические азотфиксирующие микроорганизмы. Наиболее значимые клубеньковые (симбиотические) бактерии относятся к родам Rhizobium, Bradyrhizobium. Все штаммы ризобий и брадиризобий обнаруживают сродство к определенному кругу хозяев. Их видовое название обычно соответствует латинскому названию того растения, из клубеньков которого выделены бактерии (Rhizobium trifolii – растение-хозяин клевер и т. д.).

Симбиоз устанавливается при прорастании семян бобовых растений. В молодых клубеньках большинство бактерий представляют собой палочковидные клетки, в дальнейшем они становятся разветвленными, булавовидными, сферическими и называются бактероиды. На стадии бактероидов происходит фиксация молекулярного азота. В конце периода роста растения бактерии отмирают, а вещества клеток поглощает растение-хозяин.

К симбиотическим азотфиксаторам относятся и актиномицеты рода Frankia, цианобактерии и др. Хозяевами для этих симбионтов являются более 200 видов покрытосеменных и голосеменных растений, в том числе древесные. В результате симбиоза клубеньки образуются на корнях или на листьях.

Свободноживущие азотфиксирующие микроорганизмы. Установлено, что способностью фиксировать азот обладают бактерии рода Azotobacter, Clostridium, Beijerinckia, большинство аноксигенных фототрофных бактерий, многие цианобактерии, некоторые виды псевдомонад, спорообразующие бактерии, хемолитоавтотрофные бактерии, метилотрофные и др. бактерии.

Механизм фиксации молекулярного азота. Связывание азота – это восстановительный процесс и первым его продуктом является аммиак. Процесс восстановления происходит на ферментном комплексе – нитрогеназе, которая катализирует восстановление молекулярного азота до аммиака в присутствии АТФ и восстановителя. Нитрогеназа состоит из двух компонентов: Fe-белка ( содержит железо и серу) и FeMо - белка (в состав входит молибден, железо и сера). И сам процесс фиксации, и нитрогеназа крайне чувствительны к молекулярному кислороду. Поэтому у азотфиксирующих бактерий есть особые механизмы, которые предохраняют нитрогеназу от высокого парциального давления кислорода. Например, в клубеньках бобовых растений синтезируется защитное вещество – пигмент леггемоглобин, который обладает высоким сродств о м к кислороду. Клубеньки с леггемоглобином имеют розовый цвет и способны фиксировать молекулярный азот. У многих бактерий нитрогеназа образуется только тогда, когда она необходима, т.е. в отсутствие подходящего источника связанного азота.

Установлено, что имеются гены азотфиксации (nif-гены). Они локализуются в Sуm-плазмидах (от англ. Sym biosis inducing), могут передаваться в другие бактериальные клетки путем конъюгации.