MIKROBIOLOGIJA RIZOSFERE

Rizosfera obuhvata zonu zemljišta uz koren biljke (uključujući tkivo i samu

površinu korena) koja je pod njegovim direktnim uticajem i predstavlja područje

odvijanja složenih interakcija između mikroorganizama, biljaka i zemljišta. Biljni koren

je glavni izvor hrane za mikroorganizme te je njegova okolina odnosno rizosfera izuzetno

povoljna sredina za razvoj mikroorganizama.

U oblasti biljnog korena razlikuju se sledeće zone: rizoplan – sama površina

korena, rizosfera (u užem smislu) - zona zemljišta oko samog korena i edafosfera –

okolno zemljište (Sl. 1).

Rizosfera se prema udaljenosti od korena može podeliti u dve zone: spoljna

(egzorizosfera) obuhvata sloj zemljišta do 0,5 cm od korena, a unutrašnja (histosfera)

obuhvata tanki sloj na samoj površini korena.

Slika 1. Koren bijlke sa pripadajućom rizosferom

Površina ove zone zavisi od tipa zemljišta, biljke domaćina i uslova koji vladaju u

zemljištu. Stimulativni efekat na mikroorganizme poznat kao “Rizosferni efekat” je

uslovljen interakcijom zemljišta i rizosferne mikroflore, kao i njihovim odnosom.

Hemijska i fizička svojstva ove zone se veoma razlikuju od svojstava zemljišta udaljenog

od zone korena, a biologija ove komleksne zone je takođe veoma specifična.

EKSUDATI KORENA

Koren je podzemni organ biljke koji štiti biljku i obezbeđuje usvajanje hraniva i

vode. Rast i razvoj korena treba da obezbedi adekvatno snabdevanje hranivima i određen

je uglavnom biljnom vrstom, vodnim potencijalom zemljišta i njegovom interakcijom sa

strukturom zemljišta (Sl. 2). Rizosfera se formira oko svakog korena i prati njegov rast,

pritom svaki koren menja fizička, hemijska i biološka svojstva zemljišta i njegovu

neposrednu okolinu.

Slika 2. Korenske dlačice i ćelije koje se odvajaju sa površine korena

Oslobađanjem eksudata koren ispoljava uticaj na mikroorganizme, njihovu brojnost

i aktivnost. U rizosferi su prisutne mnoge organske materije (luče ih same biljke), ali i

najveća količina mineralnih biljnih asimilativa za više biljke, jer je to područje najveće

razmene materije i energije između biljnog korena i okolne sredine.

Proizvodi korena su sve materije koje koren oslobađa u rizosferu.

Iako su to uglavnom jedinjenja ugljenika, tu spadaju i joni, ponekad

kiseonik, čak i voda. Mogu se klasifikovati na osnovu toga da li imaju

funkcionalnu ulogu (ekskrecije i sekrecije) ili nefunkcionalnu ulogu

(difuzati i ostaci korena). Smatra se da ekskrecije olakšavaju interni

metabolizam, kao što je respiracija, dok sekrecije olakšavaju eksterne

procese kao što su nabavka hraniva. I ekskrecija i sekrecija su procesi

koji zahtevaju energiju, a pojedini eksudati se mogu ponašati kao jedni

ili drugi. Na primer protoni koji nastaju pri izvajanju CO2 tokom

respiracije smatraju se ekskrecijama, dok se oni nastali od organskih

kiselina koje su uključene u usvajanje hraniva se smatraju sekrecijama.

Podela eksudata korena:

Difuzati: šećeri, organske kiseline (anjoni), aminokiseline, voda,

neorganski joni, O2, riboflavin itd.

Ekskrecije: CO2, bikarbonatni joni, protoni, elektroni, etilen itd.

Sekrecije: sluzaste materije, protoni, elektroni, enzimi, siderofore,

alelohemikalije itd.

Ostaci korena (lizati): ćelije korena i njihov sadržaj.

Biljke oslobađaju u rizosferu različita jedinjenja, uglavnom organska, koja su

nastala kao produkti fotosinteze ili drugih procesa koji se normalno odvijaju u biljci.

Relativna i apsolutna količina ovih jedinjenja variraju u zavisnosti od biljne vrste,

sorte, starosti biljke, uslova sredine kao što su svojstva zemljišta, izloženost fizičkom,

hemijskom i biološkom stresu itd.

Organska jedinjenja koja oslobađa koren biljaka:

Šećeri i polisaharidi: arabinoza, dezoksiriboza, fruktoza, galaktoza, glukoza, maltoza,

manoza, sluzastim materijama različitog sastava, oligosaharidi, rafinoza, ramnoza, riboza,

sukroza, ksiloza i dr.

Aminokiseline: alanin, arginin, asparagin, citrulin, aspartat, cistein, cistin, cistationin,

glutamin, glutamat, glicin, homoserin, histidin, izoleucin, leucin, lizin, metionin, ornitin,

fenilalanin, prolin, serin, treonin, triptofan, tirozin, valin i dr.

Organske kiseline: sirćetna, aldonska, askorbinska, buterna, limunska, propionska,

ćilibarna, piruvinska, benzoeva, vinska, malonska, jabučna, valerianska i dr.

Masne kiseline: linolna, linoleinska, oleinska, palmitinska, stearinska i dr.

Steroli: kampesterol, holesterol, sitosterol, stigmasterol i dr.

Faktori rasta: amino benzoeva kiselina, biotin, holin, metil nikotinska kiselina, niacin,

pantotenat, vitamin B1 (tiamin), B2 (riboflavin), B6 (piridoksin)

Enzimi: amilaze, invertaze, peroksidaze, fenolaze, fosfataze, poligalakturonaze, proteaze

Flavanoni i nukleotidi: adenin, flavanon, guanin, uridin ili citidin

Ostalo: Auksini, benzokinon, skopoletin, hidrocianična kiselina, 8-hidroksikinolin,

glukozidi, luteolin, etanol, inozitol, različiti polipeptidi itd.

Eksudati korena selektivno stimulišu mikrobiološku aktivnost u rizosferi i

rizoplanu. Postoji intenzivna kompetivna aktivnost obligatnih saproba, nespecijalizovanih

parazita korena i gljiva koje naseljavaju koren u borbi za eksudate korena. Patogen koji

izaziva bolesti korena mora da se „suoči” sa gljivama iz rizosfere i rizoplana pre nego što

dospe u tkivo korena.

RIZOSFERNA MIKROFLORA

Rizosferu naseljavaju posebni mikroorganizmi čija je uloga: razgradnja različitih

korenskih izlučevina i priprema biljnih asimilativa. Mikrobiološke grupe i drugi članovi

rizosferne zajednice su bakterije, gljive, nematode, protozoe, alge i mikroartropode.

Rizosferu naseljavaju mnogi organizmi koji imaju neutralni efekat na biljku, ali i

organizmi koji ispoljavaju štetan ili koristan efekat. Mikroorganizmi koji negativno utiču

na rast biljke su patogene gljive, oomicete, bakterije i nematode. Brojni mikroorganizmi

ispoljavaju pozitivan efekat na biljku uključujući azotofiksirajuće bakterije, endo- i

ektomikorizne gljive, PGPR (rizobakterije promotore biljnog rasta) i gljive. U rizosferi

dominiraju predstavnici bakterija i gljiva. Broj mikroorganizma u rizosferi je 10 pa i 100

veći u odnosu na okolno zemljište. Velika razlika u broju mikroorganizama naročito se

ispoljava kod bakterija (100:1) dok je kod algi i protozoa do 3:1. U rizosfernom zemljištu

zastupljene su sve grupe mikroorganizama, ali su naročito povoljni uslovi za

amonifikatore i slobodne azotofiksatore.

MIKROORGANIZMI NEPOSREDNO VEZANI ZA TKIVO

KORENA

Unutrašnja (histosferna) mikroflora je još specifičnija prema biljnoj vrsti pa čak i sorti jer

živi direktno na korenu, a neke vrste ulaze i u koren. Najzastupljeniji su simbiotski i asocijativni

azotofiksatori, celulolitiče bakterije iz roda Cytophaga i mikorizne gljive.

U samom tkivu korena razvijaju se kvržične bakterije, kao i mikorizne gljive, čija je

uloga aktivno vezivanje azota i snabdevanje biljaka mineralnim asimilativima

mineralizacijom organskih ostataka i sintezom raznih biološki aktivnih materija.

Kvržične bakterije

Mikroorganizmi azotofiksatori žive u simbiozi sa leguminoznim biljkama i odlikuje

ih sposobnost azotofiksacije. Simbiozni azotofiksatori pripadaju rodovima Rhizobium,

Bradyrhizobium, Azorhizobium, Synorhizobium, Mellorhizobium i Allorhizobium

(kvržične bakterije).

Slika 3. Simbiozni azotofiksator Bradyrhizobium japonicum i kvržice na korenu soje

Bakterije u kvržicama uz pomoć enzima nitrogenaze vrše fiksaciju azota iz vazduha

(Sl. 3). Fiksirani azot predaju biljci, a biljka obezbeđuje bakterije energijom i ugljenim

hidratima. Količina fiksiranog azota koja se na ovaj način vraća u biološko kruženje

može biti i do 400 kg ha-1 godišnje.

Mikorizne gljive

Jedan od najrasprostranjenijih oblika simbioze je pojava mikorize, u kojoj više

biljke i gljive stupaju u specifične odnose. Razlikuju se dve vrste mikorize: ektomikoriza

i endomikoriza (Sl. 4).

Slika 4. Endomikoriza (levo) i ektomikoriza (desno)

Ektomikorize

Ektomikoriza je simbiotska zajednica u kojoj se vegetativno telo gljive (micelijum)

razvija na površini korenova viših biljaka, gde formira omotač nazvan fungalna futrola.

Hife ektomikorize ne prodiru u ćelijske zidove, mada mogu ići između ćelija korteksa

praveći na taj način mrežu – Hartigova mreža.

Ektomikoriza se najčešće javlja na korenovima drvenastih vrsta iz rodova Fagus i

Pinus, ali i većina ostalih viših biljaka stupa u ovaj vid odnosa sa gljivama.

Slika 5. Ektomikoriza vrste Pinus strobus - Hartigova mreža (levo) i roda Fagus (desno)

Endomikorize

Endomikoriza je simbiotska zajednica u kojoj se vegetativno telo gljive (micelijum)

najvećim delom razvija između kortikalnih ćelija korena biljke ili u njima. Javlja se i kod

drvenastih i kod zeljastih biljaka, a u njoj učestvuju gljive iz podrazdela Zygomycotina,

koje nisu usko specijalizovane i mogu zahvatiti više vrsta u okviru zajednice.

Razlikuju se tri tipa endomikorize:

- vezikularno-arbuskularni

- erikoidni i

- mikoriza orhideja

Vezikularno-arbuskularni (VA) tip endomikorize većinom kod zeljastih biljaka,

ali i kod drvenastih u tropskim oblastima.

Slika 6. Arbuskule (levo) i vezikule (desno) vrste Glomus u ćelijama kore korena

Vezikularno-arbuskularni (VA) tip endomikorize se javlja većinom kod zeljastih

biljaka, ali i kod drvenastih u tropskim oblastima. Hife gljiva su isprepletane i grade

arbuskule ili grade strukture za skladištenje organskih materija – vezikule (Sl. 6).

Erikoidna endomikoriza je karakteristična za red Ericales (Sl. 7).

Slika 7. Erikoidna endomikoriza kod Woollsia pungens

Endomikoriza orhideja je obligatna za sve vrste familije Orchidaceae, a posebno

u periodu kada ne mogu samostalno da sintetišu organske materije. Naime, semena

orhideja su jako sitna i nemaju rezervne hranljive materije, tako da se za njihovo klijanje

troše materije obezbeđene od strane gljiva koje stupaju u endosimbiozu sa embrionom.

Slika 8. Endomikoriza orhideja Dactylorhiza fuchsii (levo), ćelije primarnog

korteksa Cephalanthera longifolia (sredina), splet hifa u ćeliji (desno)

Kod nekih biljaka formira se mikoriza pri kojoj micelijum gljiva formira smotuljke

u kortikalnim ćelijama korena i oblaže koren u vidu gustog spoljašnjeg micelijuma –

ekendomikoriza ili arbutoidna mikoriza (prvi put otkrivena kod roda Arbutus).

Poseban tip ekendomikorize se javlja kod saprofitskog roda Monotropa označena

kao monotropoidna ekendomikoriza. Kod ovog tipa mikorize hife koje prodiru u

kortikalni deo korena ne formiraju smotuljke, već su u vidu negranatih haustorija.

Spoljašnjim hifama koren biljke je povezan sa korenovima drugih biljaka od kojih se

snabdeva organskim materijama, pa se takav odnos naziva indirektni parazitizam.

Aktinorize

Aktinorize su zajednice između aktinomiceta i korena biljaka. Najpoznatija

aktinoriza je između aktinomicete iz roda Frankia i neleguminoznih biljaka iz familija

Rosaceae, Myricaceae, Betulaceae i dr. Ove bakterije formiraju krupne nodule na korenu

ovih biljaka (ponekad veličine teniske loptice) i u njima se vrši fiksacija elementarnog

azota koji biljka koristi za svoje potrebe, a biljka aktinomicetu snabdeva izvorima

energije.

Slika 9. Aktinoriza roda Alnus (levo), nodule koje formira Frankia (desno)

MIKROORGANIZMI NA SAMOJ POVRŠINI KORENA (RIZOPLAN) I

ZONI ZEMLJIŠTA OKO KORENA (RIZOSFERA)

Mikroorganizmi u rizosferi su najviše koncentrisani oko najkativnijih delova

korena – korenovih dlačica. Rizosferni mikroorganizmi imaju ulogu u snabdevanju

biljaka neophodnim hranivima (N, P, K, Fe), stimulaciji rasta biljaka i biološkoj kontroli

štetočina u zemljištu.

U rizosferi su prisutni brojni predstavnici asporogenih bakterija (Pseudomonas,

Bacterium, Corynebacterium) – azotofiksatori, nitrifikatori, sulfofikatori; sporogenih

bakterija, aktinomiceta i gljiva. Acremonium, Alternaria, Cladosporium, Cephalosporium

i Fusarium su dominantne vrste gljiva. Zastupljenost pojedinih grupa mikroorganizama

varira u zavisnosti od biljne vrste, pa čak i sorte, tipa zemljišta, primenjenih

agrotehničkih mera, faze razvoja biljke.

Brojnost pojedinih vrsta bakterija u rizosferi je veća pri većim dozama N, ali je zato

brojnost fluorescentnih pseudomonada smanjena. Zastupljenost pojedinih bakterija i

aktinomiceta u značajnoj je u vezi sa uslovima koji vladaju u različitim agroklimatskim

zonama, posebno sa temperaturom i količinom padavina. Takođe, visoke korelacije

zabeležene su između brojnosti rizosfernih mikroorganizama i pH zemljišta, kao i

sadržaja K, Ca i Mg.

Biljni koren i biofilm - mikroorganizmi u asocijaciji sa njim, utiču na hemiju

zemljišta uključujući pH i transformacije azota u zemljištu. Biljke usvajaju hraniva kao

katjone i anjone. U istraživanjima je utvrđeno da različito usvajanje ovih jona utiče na pH

rizosfere. Među najvažnijim jonima su nitratni NO3- i amonijum jon NH4

+. Na primer

usvajanje amonijum jona dovodi do otpuštanja H+ jona, a time smanjuje pH rizosfere,

dok usvajanje NO3- jona uzrokuje oslobađanje OH- i povećava pH rizosfere. Međutim,

ova promena pH je lokalizovana u regionu korena i ne utiče na pH okolnog zemljišta.

Koristeći različite tehnike izolacije izolovani su i identifikovani brojni

mikroorganizmi iz rizosfere različitih biljnih vrsta.

Ovi mikroorganizmi se primenjuju u poljoprivrednoj proizvodnji kao

bifertilizatori, biostimulatori i biopesticidi, kako bi se omogućilo snabdevanje biljaka

neophodnim hranivima uz istovremeno očuvanje životne sredine i proizvodnju

zdravstveno bezbedne hrane. Rizobakterije koje se najčešće koriste u proizvodnji

mikrobioloških preparata pripadaju rodovima Azotobacter, Azospirillum, Bacillus,

Pseudomonas i dr., a njihova primena ispoljila je pozitivan efekat kod mnogih ratarskih i

povrtarskih biljnih vrsta.

PGPR (Plant Growth Promoting Rhizobacteria) predstavljaju heterogenu grupu

bakterija koja se može naći u rizosferi, na površini korena i u asocijaciji sa korenom i

ispoljava pozitivan uticaj na rast biljaka i prinos.

Mikroorganizmi promotori biljnog rasta ispoljavaju efekat na rast i razviće biljaka i

prinos preko različitih mehanizama koji mogu biti direktni ili indirektni, a uključuju

povećanje sadržaja hraniva u rizosferi, biološku fiksaciju azota, proizvodnju vitamina,

fitohormona, sintezu materija rasta – auksina, giberelina, citokinina, abscisinske kiseline i

etilena, obezbeđivanje biljaka pristupačnim fosforom, smanjenje ili sprečavanje štetnih

efekata patogenih mikroorganizama uglavnom preko sinteze antibiotika, kompeticije za

hranljive materije i interakcije sa drugim korisnim mikroorganizmima i dr. Brojne

rizobakterije uključujući Pseudomonas, Bacillus, Azospirillum, Azotobacter,

Aeromonas, Azoarcus, Clostridium, Klebsiella, Enterobacter,

Gluconacetobacter, Achromobacter, Paenibacillus, Serratia,

Streptomyces pokazale su stimulativni efekat na rast biljaka.