Rhizobia in duurzame landbouw: specificiteit is de sleutel
Stikstof - essentieel voor plantengroei
Stikstof is essentieel voor de groei van planten en de chlorofylsynthese. Het is een van de meest overvloedige elementen op aarde, maar een tekort aan stikstof is waarschijnlijk het meest voorkomende voedingsprobleem waar planten wereldwijd mee te maken hebben. Een zeer hoog percentage van de totale stikstof in de bodem is in organische vorm, deze stikstofvorm is niet direct beschikbaar voor planten. Planten kunnen stikstof uit de bodem opnemen in de vorm van nitraat (NO3-) en ammonium (NH4+). Stikstof is ook het meest voorkomende element in de atmosfeer, maar planten kunnen hun benodigde stikstof niet rechtstreeks uit de lucht halen.
Deze gramnegatieve bodembacteriën zijn in staat om stikstof te fixeren.
De rol van Rhizobium in stikstoffixatie
Dit is waar rhizobia (Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Mesorhizobium en andere) van pas kunnen komen. Deze gramnegatieve bodembacteriën zijn in staat om stikstof te binden. Rhizobia kunnen stikstof uit de lucht (N2) omzetten in ammoniak (NH3).
Vestiging van Rhizobium en nodulatie
De gastheerplanten, in dit geval peulvruchten, scheiden een chemisch signaalmolecuul flavonoïde af om de Rhizobium-soort aan te trekken waarmee het kan interageren. De Rhizobium reageert op deze hulpkreet door de wortelharen te koloniseren. De bacteriën verankeren zich aan het wortelhaaroppervlak en zowel de plant als de bacteriën produceren verbindingen die resulteren in een stevigere hechting. Vervolgens produceren de rhizobia verbindingen die Nod-factoren worden genoemd en die ervoor zorgen dat de gekoloniseerde wortelharen gaan krullen (gevolgd door nog veel meer processen om de nodulatie te voltooien). Hierna dringen de Rhizobium bacteriën de wortelharen binnen. Zodra de bacteriën de wortel zelf bereiken, stimuleren ze celdelingen die leiden tot de vorming van de knobbel.
Rhizobium-gewasspecificiteit - een precieze interactie
De interactie tussen Rhizobia en gewassen is zeer specifiek. Rhizobia vormen alleen symbiotische relaties met peulgewassen en zelfs die interactie is zeer specifiek. De Nod-factoren die ervoor zorgen dat de gekoloniseerde wortel gaat krullen, zijn geïdentificeerd als lipochito-oligosacchariden. Variaties in deze structuren bepalen de compatibiliteit tussen de 𝑅ℎ𝑖𝑧𝑜𝑏𝑖𝑢𝑚 soort en een specifieke gastheerplant.
Succesvolle voorbeelden van combinaties zijn sojabonen met Bradyrhizobium japonicum, luzerne met Sinorhizobium melilotii, erwtenmet Rhizobium leguminosarum bv. Viceae, lotus met Mesorhizobium loti of bonenmet Rhizobium legumninosarum bv. Phaseoli.
Sommige rhizobiasoorten zijn relatief goede stikstoffixeerders, terwijl andere dat niet zijn, en kolonisatie door slechte stikstoffixeerders kan de mate van nodulatie van effectieve stikstoffixeerders onderdrukken.
(De hierboven genoemde microbiële genera bestaan allemaal uit een grote verscheidenheid aan soorten en stammen. De precieze gunstige effecten van deze microben hangen af van de specifieke soort en stam die wordt gebruikt.)
Formulating Biologicals for Agriculture
