Paleontologiniai duomenys rodo, kad kai kurie augalai, priklausantys Eucaesalpinioideae grupei, buvo seniausi ankštiniai augalai, turintys mazgelius.
Šiuolaikinėse ankštinių augalų rūšyse ant daugelio Papilijonaceae šeimos atstovų šaknų rasta gumbų.
Filogenetiškai primityvesni tokių šeimų kaip Caesalpiniaceae Mimosaceae atstovai mazgelių dažniausiai nesudaro.
Iš 13 000 ankštinių augalų rūšių (550 genčių) gumbų buvimas iki šiol nustatytas tik maždaug 1300 rūšių (243 gentyse). Tai visų pirma apima žemės ūkyje naudojamas augalų rūšis (daugiau nei 200).
Susiformavę mazgeliai, ankštiniai augalai įgyja savybę sugerti atmosferos azotą. Tačiau jie gali maitintis surištomis azoto formomis – amonio druskomis ir azoto rūgštimi. Tik vienas augalas, Hedysarum coronarium, pasisavina tik molekulinį azotą. Todėl be mazgelių gamtoje šis augalas nepasitaiko.
Mazgelių bakterijos aprūpina ankštinį augalą azotu, kuris fiksuojamas iš oro. Savo ruožtu augalai aprūpina bakterijas angliavandenių apykaitos produktais ir mineralinėmis druskomis, kurių joms reikia augimui ir vystymuisi.
1866 metais garsus botanikas ir dirvožemio mokslininkas M.S. Voroninas ant ankštinių augalų šaknų esančiuose mazgeliuose pamatė mažiausius „veršelius“. Voroninas iškėlė drąsias to meto prielaidas: mazgelių susidarymą jis susiejo su bakterijų veikla, o padidėjusį šaknies audinio ląstelių dalijimąsi – su augalo reakcija į bakterijas, prasiskverbusias į šaknį.
Po 20 metų olandų mokslininkas Beijerinckas išskyrė bakterijas iš žirnių, vikių, šermukšnių, pupelių, seradelių ir ledinukų gumbelių ir ištyrė jų savybes, išbandydamas jų gebėjimą užkrėsti augalus ir sukelti mazgelių susidarymą. Šiuos mikroorganizmus jis pavadino Bacillus radicicola. Kadangi sporas formuojančios bakterijos priklauso Bacillus genčiai, o mazginėms bakterijoms šio gebėjimo trūksta, A. Pražmovskis jas pervadino Bacterium radicicola. B. Frankas pasiūlė sėkmingesnį bendrinį mazginių bakterijų pavadinimą – Rhizobium (iš graikų rhizo – šaknis, bio – gyvybė; gyvybė ant šaknų). Šis pavadinimas prigijo ir vis dar vartojamas literatūroje.
Nurodant mazgelių bakterijų rūšį, įprasta prie bendro pavadinimo Rhizobium pridėti terminą, atitinkantį lotynišką augalų rūšies, iš kurios gumbelių jie yra išskirti ir ant kurių gali susidaryti mazgeliai, pavadinimą. Pavyzdžiui, Rhizobium trifolii – dobilo mazgelių bakterijos, Rhizobium lupini – lubino mazgelių bakterijos ir kt. Tais atvejais, kai gumbelių bakterijos gali suformuoti mazgelius ant įvairių ankštinių augalų šaknų, t. y. sukelti vadinamąją kryžminę infekciją, rūšies pavadinimas yra tarsi kolektyvinis – tai atspindi šį „kryžminį užkrėtimą“. gebėjimas. Pavyzdžiui, Rhizobium leguminosarum - žirnių (Pisum), lęšių (Lens), gretų (Lathyrus) mazginės bakterijos.
Mazgelių bakterijų morfologija ir fiziologija – mazginės bakterijos pasižymi nuostabia formų įvairove – polimorfizmu. Daugelis mokslininkų atkreipė į tai dėmesį tirdami gumbelių bakterijas grynoje kultūroje laboratorinėmis sąlygomis ir dirvožemyje. Mazgelių bakterijos gali būti lazdelės formos ir ovalios. Tarp šių bakterijų taip pat yra filtruojamų formų, L formų, kokoidinių nejudančių ir judrių organizmų.
Jaunos mazginės bakterijos grynoje kultūroje ant maistinių medžiagų dažniausiai yra lazdelės formos, lazdelių dydis yra maždaug 0,5-0,9 X 1,2-3,0 mikronų, judrios, dauginasi dalijantis. Dobilų mazginių bakterijų lazdelės formos ląstelėse stebimas dalijimasis perrišimo būdu. Su amžiumi lazdelės formos ląstelės gali pradėti formuotis. Anot Gramo, ląstelės nusidažo neigiamai, jų itin smulki struktūra būdinga gramneigiamoms bakterijoms.
Senstant, mazgelių bakterijos praranda savo mobilumą ir pereina į vadinamųjų juostinių strypų būseną. Šį pavadinimą jie gavo dėl to, kad ląstelėse keitėsi tankios ir laisvos protoplazmos dalys. Ląstelių dryžuotumas gerai aptinkamas, kai ląsteles apdorojus anilino dažais žiūrima pro šviesos mikroskopą. Tankios protoplazmos atkarpos (juostė) nudažomos blogiau nei tarpai tarp jų. Fluorescenciniame mikroskope juostos šviesiai žalios, tarpai tarp jų nešviečia ir atrodo tamsiai Juostos gali būti ląstelės viduryje arba galuose. Ląstelių raišteliai taip pat matomi elektronų difrakcijos modeliuose, jei preparatas prieš peržiūrą neapdorojamas kontrastinėmis medžiagomis. Tikriausiai su amžiumi bakterijų ląstelė prisipildo riebalinių intarpų, kurie nesuvokia spalvos ir dėl to ląstelė yra dryžuota. „Diržuotų lazdelių“ stadija yra prieš bakterioidų susidarymo stadiją – netaisyklingos formos ląstelės: sustorėjusios, išsišakojusios, sferinės, kriaušės ir kolbos formos. nei lazdelės formos bakterijų ląstelės, randamos mazgelių audiniuose.
Bakteroidai turi daugiau volutino granulių ir pasižymi didesniu glikogeno ir riebalų kiekiu nei lazdelės formos ląstelės. Dirbtinėse maistinėse terpėse išauginti ir mazgelių audiniuose susiformavę bakterioidai fiziologiškai yra tos pačios rūšies. Manoma, kad bakterioidai yra bakterijų formos, kurių dalijimosi procesas yra nepilnas. Neužbaigus mazginių bakterijų ląstelių dalijimąsi, atsiranda dichotomiškai išsišakojusios bakterioidų formos. Bakteroidų skaičius didėja senstant kultūrai; jų atsiradimą palengvina maistinės terpės išeikvojimas, medžiagų apykaitos produktų kaupimasis, alkaloidų patekimas į terpę.
Ryžiai. 3
Senose (dviejų mėnesių amžiaus) mazginių bakterijų kultūrose, naudojant elektroninį mikroskopą, daugelyje ląstelių galima nustatyti aiškiai apibrėžtus sferinius darinius – artrosporas. Jų skaičius ląstelėse svyruoja nuo 1 iki 5.
Ryžiai. 4
Įvairių rūšių ankštinių augalų gumbinės bakterijos auga skirtingu greičiu maistinėse terpėse. Sparčiai augančios bakterijos yra žirnelių, dobilų, liucernos, pašarinių pupelių, vikių, lęšių, saldžių dobilų, ožragės, pupų, avinžirnių ir paukščių pėdų rizobijos; į lėtai augančias - lubinų, sojų pupelių, žemės riešutų, seradelių, mung pupelių, galvijų žirnelių, esparnių, ožkų gumbelių bakterijas. Visiškai susiformavusias greitai augančių kultūrų kolonijas galima gauti 3 - 4 inkubacijos dieną, lėtai augančių kultūrų kolonijas - 7 - 8 d.
Sparčiai augančios mazginės bakterijos pasižymi peritrichoziniu žvynelių išsidėstymu, o lėtai augančios bakterijos yra monotrichinės.
Auginant ant skystos terpės mazginių bakterijų ląstelėse, be žvynelių, susidaro siūlinės ir į karoliukus panašios ataugos, kurių ilgis siekia 8-10 mikronų. Paprastai jie yra ląstelės paviršiuje peritrichialiai, vienoje ląstelėje jų yra nuo 4 iki 10 ar daugiau.
Greitai augančių mazginių bakterijų kolonijos yra kepinto pieno spalvos, dažnai permatomos, gleivingos, lygiais kraštais, vidutiniškai išgaubtos ir ilgainiui auga agaro terpės paviršiuje. Lėtai augančių bakterijų kolonijos yra labiau išgaubtos, mažos, sausos, tankios ir, kaip taisyklė, terpės paviršiuje neauga. Gleivės, kurias gamina mazgelių bakterijos, yra sudėtingas polisacharido tipo junginys, apimantis heksozes, pentozes ir urono rūgštis.
Mazginės bakterijos yra mikroaerofilos (jos vystosi esant nedideliam deguonies kiekiui aplinkoje), tačiau joms labiau patinka aerobinės sąlygos.
Mazgelių bakterijos naudoja angliavandenius ir organines rūgštis kaip anglies šaltinį maistinėse terpėse, o įvairius mineralinius ir organinius azoto turinčius junginius – kaip azoto šaltinį. Auginant terpėse, kuriose yra daug azoto turinčių medžiagų, gumbelinės bakterijos gali prarasti gebėjimą prasiskverbti į augalą ir formuoti gumbus. Todėl gumbelių bakterijos dažniausiai auginamos ant augalų ekstraktų (pupelių, žirnių sultinio) arba dirvos ekstraktų. Vystymuisi reikalingo fosforo mazginės bakterijos gali gauti iš mineralinių ir organinių fosforo turinčių junginių; mineraliniai junginiai gali būti kalcio, kalio ir kitų mineralinių elementų šaltinis.
Pašalinei saprofitinei mikroflorai slopinti, išskiriant gumbelių bakterijas iš mazgelių arba tiesiai iš dirvožemio, rekomenduojamos maistinės terpės su krištoliniu violetiniu, taninu ar antibiotikais.
Daugumos mazgelių bakterijų kultūrų vystymuisi reikalinga optimali temperatūra 24–26 °. Prie 0° ir 37°C augimas sustoja. Dažniausiai mazginių bakterijų kultūros laikomos laboratorinėmis sąlygomis žemoje temperatūroje (2-4 °C).
Daugelio rūšių mazgelių bakterijos gali sintetinti B grupės vitaminus, taip pat augimo medžiagas, tokias kaip heteroauksinas (beta-indolacto rūgštis).
Visos mazginės bakterijos yra maždaug vienodai atsparios šarminei terpės reakcijai (pH = 8,0), bet nevienodai jautrios rūgštinei.
Mazgelių bakterijų specifiškumas, virulentiškumas, konkurencingumas ir aktyvumas – mazginių bakterijų specifiškumo samprata yra kolektyvinė. Jis apibūdina bakterijų gebėjimą formuoti mazgelius augaluose. Jei kalbėtume apie gumbelines bakterijas apskritai, tai joms gumbelių susidarymas tik ankštinių augalų grupėje jau savaime yra specifinis – jos turi selektyvumą ankštiniams augalams.
Tačiau jei nagrinėsime atskiras gumbelinių bakterijų kultūras, paaiškėja, kad tarp jų yra ir tokių, kurios sugeba užkrėsti tik tam tikrą, kartais didesnę, kartais mažesnę, ankštinių augalų grupę, ir šia prasme gumbinių bakterijų specifika. yra selektyvus augalo šeimininko atžvilgiu gebėjimas. Mazgelių bakterijų specifiškumas gali būti siauras (dobilų gumbelių bakterijos užkrečia tik dobilų grupę – rūšies specifiškumas, o lubinų gumbų bakterijos netgi gali pasižymėti veislės specifiškumu – užkrečia tik alkaloidines arba alkaloidų neturinčias lubinų veisles). Žirnių gumbelių bakterijos, pasižyminčios plačiu specifiškumu, gali užkrėsti žirnių, smakro ir pupelių augalus, o žirnių ir pupelių gumbų bakterijos – žirnių augalus, t. Mazgelių bakterijų specifiškumas yra jų klasifikavimo pagrindas.
Mazgelių bakterijų specifiškumas atsirado dėl jų ilgalaikio prisitaikymo prie vieno augalo ar jų grupės ir šios savybės genetinio perdavimo. Šiuo atžvilgiu taip pat skiriasi mazgelių bakterijų prisitaikymas prie kryžminės infekcijos grupės augalų. Taigi, liucernos gumbų bakterijos gali suformuoti mazgelius saldžiuosiuose dobiluose. Nepaisant to, jie labiau prisitaikę prie liucernos, o saldžiųjų dobilų bakterijos – prie saldžiųjų dobilų.
Ankštinių augalų šaknų sistemos užsikrėtimo gumbelinėmis bakterijomis procese didelę reikšmę turi mikroorganizmų virulentiškumas. Jei specifiškumas lemia bakterijų veikimo spektrą, tai mazginių bakterijų virulentiškumas apibūdina jų veikimo aktyvumą šiame spektre. Virulentiškumas reiškia mazgelių bakterijų gebėjimą prasiskverbti į šaknies audinį, ten daugintis ir sukelti mazgelių susidarymą.
Svarbų vaidmenį vaidina ne tik pats gebėjimas prasiskverbti į augalo šaknis, bet ir šio įsiskverbimo greitis.
Norint nustatyti mazgelių bakterijų padermės virulentiškumą, būtina nustatyti jos gebėjimą sukelti mazgelių susidarymą. Bet kurios padermės virulentiškumo kriterijus gali būti minimalus bakterijų skaičius, užtikrinantis stipresnę šaknų infekciją, palyginti su kitomis padermėmis, kurios baigiasi mazgų susidarymu.
Ryžiai. 5
Dirvožemyje, esant kitoms padermėms, virulentiškesnė padermė ne visada pirmiausia užkrės augalą. Šiuo atveju reikėtų atsižvelgti į jo konkurencingumą, kuris dažnai užmaskuoja virulentiškumo savybę natūraliomis sąlygomis.
Būtina, kad ir virulentinės padermės būtų konkurencingos, t.y. galėtų sėkmingai konkuruoti ne tik su vietinės saprofitinės mikrofloros atstovais, bet ir su kitomis gumbelinių bakterijų padermėmis. Padermės konkurencingumo rodiklis yra jos suformuotų mazgelių skaičius procentais nuo bendro gumbelių skaičiaus ant augalų šaknų.
Svarbi mazginių bakterijų savybė yra jų aktyvumas (efektyvumas), t.y. gebėjimas simbiozėje su ankštiniais augalais pasisavinti molekulinį azotą ir tenkinti jame augalo šeimininko poreikius. Priklausomai nuo to, kiek gumbų bakterijos prisideda prie ankštinių augalų derliaus didinimo, jos dažniausiai skirstomos į aktyvias (efektyvias), neaktyvias (neefektyvias) ir neaktyvias (neefektyvias).
Bakterijų padermė, neaktyvi vienam augalui šeimininkui, simbiozėje su kitos rūšies ankštiniais augalais, gali būti gana veiksminga. Todėl apibūdinant štamą pagal jo veiksmingumą, visada reikia nurodyti, kuriai augalų šeimininko rūšiai pasireiškia jo poveikis.
Mazgelių bakterijų veikla nėra nuolatinė jų nuosavybė. Dažnai laboratorinėje praktikoje mazginių bakterijų kultūrų aktyvumas prarandamas. Tokiu atveju arba prarandamas visos kultūros aktyvumas, arba atsiranda atskiros mažo aktyvumo ląstelės. Mazgelių bakterijų aktyvumas sumažėja esant tam tikriems antibiotikams, amino rūgštims. Viena iš mazginių bakterijų veiklos praradimo priežasčių gali būti fago įtaka. Pasažuojant, t.y. pakartotinai pernešant bakterijas per augalą šeimininką (adaptacija prie tam tikros augalų rūšies), iš neveiksmingų galima gauti efektyvių padermių.
Ryžiai. 6 - Granuliuotos medžiagos sluoksnis šaknies plauko paviršiuje (1) atliekant elektroninį mikroskopinį tyrimą (pagal P. Dart, F. Mercer, padidinimas X 30 000) ir gleivingas zoogley sluoksnis (2), kuriame yra dobilų šaknų plaukai panardintas, po šviesos mikroskopu (didinimas x 80)
Gama spindulių poveikis leidžia gauti didesnio efektyvumo deformacijas. Yra žinomi atvejai, kai iš neaktyvios padermės atsirado labai aktyvių liucernos mazgelių bakterijų radiomutantų. Tikėtina, kad jonizuojančiosios spinduliuotės, kuri turi tiesioginės įtakos ląstelės genetinių savybių pokyčiams, panaudojimas gali būti daug žadantis metodas atrenkant labai aktyvias mazginių bakterijų padermes.
Ankštinio augalo užkrėtimas gumbelinėmis bakterijomis – norint užtikrinti normalų šaknų sistemos užsikrėtimo gumbelinėmis bakterijomis procesą, šaknų zonoje būtina turėti pakankamai daug gyvybingų bakterijų ląstelių.
Vystantis ankštinio augalo šaknų sistemai, šaknų išskyros skatinamos gumbinių bakterijų dauginimąsi šaknies paviršiuje. Šaknų kepurėlių ir plaukelių naikinimo produktai taip pat atlieka svarbų vaidmenį aprūpinant gumbelių bakterijas tinkamu substratu.
Šaknies paviršiuje yra gleivinės medžiagos (matricos) sluoksnis, kuris susidaro nepriklausomai nuo bakterijų buvimo rizosferoje. Šis sluoksnis yra aiškiai matomas, kai tiriamas šviesos optiniu mikroskopu. Mazginės bakterijos po inokuliacijos dažniausiai veržiasi į šį sluoksnį ir jame kaupiasi dėl stimuliuojančio šaknies poveikio, kuris pasireiškia net iki 30 mm atstumu.
Yra nemažai hipotezių apie gumbelių bakterijų įsiskverbimo į augalo šaknį mechanizmą. Įdomiausi iš jų yra šie. Vienos iš hipotezių autoriai teigia, kad mazginės bakterijos prasiskverbia į šaknį per epidermio ir žievės audinių pažeidimus (ypač tose vietose, kur atsišakoja šoninės šaknys). Šią hipotezę iškėlė Brilio (1888 m.) tyrimais, kuris sukėlė mazgelių susidarymą ankštiniuose augaluose, pradurdamas šaknis adata, anksčiau panardinta į gumbelinių bakterijų suspensiją. Ypatingu atveju toks įgyvendinimo kelias yra gana realus. Pavyzdžiui, žemės riešutuose mazgeliai daugiausia yra šaknų šakų pažastyse, o tai rodo, kad dygstant šoninėms šaknims, gumbų bakterijos prasiskverbia į šaknį per tarpus.
Įdomi ir niekuo nepagrįsta hipotezė – gumbelių bakterijų prasiskverbimas į šaknies audinį per šaknies plaukelius. Dauguma tyrinėtojų pripažįsta mazgelių bakterijų prasiskverbimą per šaknų plaukelius.
Gali būti, kad mazgelių bakterijos gali prasiskverbti į šaknį per jaunų šaknų galiukų epidermio ląsteles. Pražmovskio (1889) teigimu, bakterijos gali prasiskverbti į šaknį tik per jauną ląstelės sienelę (šaknies plaukelių ar epidermio ląstelių) ir visiškai nepajėgios įveikti chemiškai pakitusio arba kamštinio žievės sluoksnio. Tai gali paaiškinti, kad mazgeliai dažniausiai susidaro jaunose pagrindinės šaknies dalyse ir atsirandančiose šoninėse šaknyse.
Pastaruoju metu auksino hipotezė sulaukė didelio populiarumo. Šios hipotezės autoriai mano, kad mazginės bakterijos prasiskverbia į šaknį, skatindamos p-indolacto rūgšties (heteroauksino) sintezę iš triptofano, kurio visada yra augalų šaknų sekrete. Heteroauksino buvimas yra susijęs su šaknų plaukelių kreivumu, kuris dažniausiai pastebimas, kai šaknų sistema yra užkrėsta mazgelių bakterijomis.
Ryžiai. 7
Akivaizdu, kad beta-indolilacto rūgšties šaltinis augalo užkrėtimo metu yra ne tik augalai, kurie per šaknų sistemą išskiria triptofaną, kurį daugelio rūšių bakterijos, įskaitant šaknų mazgelius, gali paversti beta-indolilacto rūgštimi. Heteroauksino sintezėje gali dalyvauti ir pačios mazginės bakterijos, o galbūt ir kitų rūšių dirvožemio mikroorganizmai, gyvenantys šaknų zonoje.
Heteroauksino veikimas yra nespecifinis ir sukelia įvairių augalų rūšių, ne tik ankštinių augalų, šaknų plaukelių kreivumą. Tuo pačiu metu gumbinės bakterijos sukelia šaknų plaukelių kreivumą tik ankštiniuose augaluose, tuo pačiu pasižymėdami gana dideliu selektyvumu. Jei nagrinėjamą poveikį lemtų tik β-indolacto rūgštis, tai tokio specifiškumo nebūtų, be to, šaknų plaukelių pokyčių pobūdis, veikiant mazgelinėms bakterijoms, yra kiek kitoks nei veikiant heteroauksinui.
Taip pat reikėtų pažymėti, kad kai kuriais atvejais nelinkę šaknų plaukeliai yra veikiami infekcijos. Stebėjimai rodo, kad liucernoje ir žirniuose 60-70% šaknų plaukelių yra susisukę ir susisukę, o dobiluose - apie 50%. Kai kuriose dobilų rūšyse ši reakcija pastebima ne daugiau kaip 1/4 užkrėstų plaukų. Akivaizdu, kad kreivumo reakcijoje didelę reikšmę turi plaukų šaknų būklė. Augantys šaknų plaukeliai jautriausi bakterijų gaminamų medžiagų veikimui.
Ryžiai. 8
mazgelis azotinė bakterija ankštinis augalas
Atkreiptinas dėmesys į dar vieną hipotezę, pagal kurią šaknies plauko paviršiuje susiformuojant į pirštą primenančiam išsikišimui, į šaknį patenka mazginės bakterijos. Šią hipotezę patvirtinantis šaknies plauko pjūvio elektronų difrakcijos modelis rodo skėčio rankenos pavidalu sulenktą šaknies plauką, kurio vingyje susikaupia mazgelių bakterijos. Mazgelių bakterijas tarsi įtraukia (praryja) šaknies plaukai (panašiai kaip pinocitozė).
Ryžiai. 9 - Ankštinių augalų šaknų plaukelių kreivumas, esant gumbelių bakterijoms: 1,2 - stoliai, x 120; 3 – itin plona dalis per plaukų šaknis. Padidėjęs X 10 000 (pagal K. Salmaną ir G. Fareusą)
Mazgelių bakterijų patekimo į šaknies audinį procesas yra vienodas visų tipų ankštiniuose augaluose ir susideda iš dviejų fazių. Pirmajame etape atsiranda šaknų plaukų infekcija. Antroje fazėje mazgelių formavimosi procesas vyksta intensyviai. Fazių trukmė skirtingose augalų rūšyse yra skirtinga: trifolium fragiferum pirmoji fazė trunka 6 dienas, Trifolium nigrescens - 3 dienas. Kai kuriais atvejais labai sunku nustatyti ribas tarp fazių. Intensyviausiai gumbų bakterijos patenka į šaknų plaukelius ankstyvosiose augalų vystymosi stadijose. Antroji fazė baigiasi masinio mazgelių susidarymo metu. Dažnai gumbelių bakterijų prasiskverbimas į šaknų plaukelius tęsiasi net tada, kai ant šaknų susiformuoja mazgeliai. Ši vadinamoji perteklinė arba papildoma infekcija atsiranda dėl to, kad plaukelių infekcija ilgai nesiliauja. Vėlesnėse infekcijos stadijose mazgeliai dažniausiai būna žemiau išilgai šaknies.
Įsiskverbusios į šaknį (per šaknies plaukelius, epidermio ląstelę, šaknų pažeidimo vietas), mazginės bakterijos persikelia į augalo šaknies audinius. Lengviausiai bakterijos prasiskverbia pro tarpląstelines erdves.
Į šaknies audinį gali prasiskverbti viena ląstelė arba bakterijų ląstelių grupė. Jei buvo įvesta atskira ląstelė, ji gali toliau judėti audiniu kaip viena ląstelė. Šaknų užsikrėtimo pavienėmis ląstelėmis būdas būdingas lubinų augalams.
Tačiau dažniausiai įsiveržusi ląstelė aktyviai daugindamasi suformuoja vadinamuosius infekcinius siūlus (arba infekcinius tji) ir jau tokių siūlų pavidalu persikelia į augalo audinius.
Terminas „infekcinis siūlas“ atsirado remiantis infekcijos proceso tyrimu šviesos mikroskopu. Pradedant Beijerincko darbais, infekcijos siūlas buvo pradėtas laikyti gleivėta, į hifus panašia mase su uždaru
Pagal formavimo būdą ankštinių augalų mazgeliai skirstomi į du tipus: 1-asis tipas - mazgeliai atsiranda dalijantis periciklo (šaknų sluoksnio) ląstelėms, dažniausiai esančioms prieš protoksilemą (pirmieji susiformuojant kraujagyslėms). ) - endogeninis mazgelių susidarymo tipas; 2 tipas - mazgeliai atsiranda iš šaknies žievės, kai patogenas patenka į žievės ir endodermos parenchimines ląsteles (pirminės žievės vidinį sluoksnį) - tai egzogeninis mazgelių formavimosi tipas.
Ryžiai. 10 - Pjūviai per ankštinių augalų mazginį audinį: 1 - skersinis pjūvis per žirnių mazgą. Kraujagyslinio audinio diferenciacijos pradžia mazge (pagal G. Bondą); d - išilginis pjūvis per rango mazgą. Padidėjęs x90
Gamtoje vyrauja pastarasis tipas. Šaknies centrinio cilindro audiniai dalyvauja tik formuojant endogeninio ir egzogeninio tipo mazgelių kraujagyslių sistemą.
Seradella ypač aiškiai pastebimas mazgelių ir šoninių šaknų formavimosi pobūdis, nes šio augalo pagrindinės šaknies žievės audinys - pirmųjų mazgelių vieta - susideda iš palyginti nedidelio ląstelių sluoksnio ir mazgeliai tampa labai matomi. greitai po šaknies užkrėtimo bakterijomis. Iš pradžių ant šaknies susidaro suplokštinti iškilimai, todėl juos galima atskirti nuo šoninių šaknų kūginių išsikišimų. Mazgeliai nuo šoninių šaknų skiriasi daugybe anatominių ypatybių: centrinio cilindro, šaknų dangtelių ir epidermio nebuvimo bei didelio mazgą dengiančio žievės sluoksnio.
Ryžiai. vienuolika - Tarpląstelinės infekcijos siūlai kišenės (dešinėje) ir deglo (kairėje) pavidalu su mazgelių bakterijomis. Rodyklė rodo bakterinę ląstelę, kuri ruošiasi patekti į augalo ląstelės citoplazmą. Padidėjęs X 20 000
Ankštinių augalų mazgeliai susidaro tuo laikotarpiu, kai šaknis dar turi pirminę struktūrą. Jis prasideda nuo žievės ląstelių, esančių 2-3 sluoksnių atstumu nuo infekcinių siūlų galų, dalijimosi. Žievės sluoksniai, prasiskverbę infekcinių siūlų, išlieka nepakitę. Tuo pačiu metu seradeloje žievės ląstelių dalijimasis vyksta tiesiai po užkrėstais šaknų plaukais, o žirniuose ląstelių dalijimasis pastebimas tik priešpaskutiniame žievės sluoksnyje.
Dalijimasis su radialinės audinio struktūros formavimu tęsiasi iki vidinių šerdies ląstelių. Jis atsiranda be konkrečios krypties, atsitiktinai, ir dėl to susidaro mazgo meristema (lavinamųjų audinių sistema), susidedanti iš mažų granuliuotų ląstelių.
Keičiasi suskirstytos žievės ląstelės: branduoliai suapvalėja ir didėja, ypač branduoliai. Po mitozės branduoliai išsisklaido ir, neįgavę pradinės formos, vėl pradeda dalytis.
Atsiranda antrinė meristema. Netrukus endodermoje ir pericikle atsiranda pradinio dalijimosi požymių, kurie buvusiose išorinėse ląstelėse daugiausia vyksta tangentinėmis pertvaromis. Šis dalijimasis galiausiai nusidriekia iki bendro meristeminio komplekso, kurio mažos ląstelės pailgėja, vakuolės išnyksta, branduolys užpildo didžiąją ląstelės dalį. Susidaro vadinamasis pirminis mazgelis, kurio ląstelių plazmoje mazgelių bakterijų nėra, nes šiuo metu jos vis dar yra infekcijos gijų viduje. Kol formuojasi pirminis mazgelis, infekcijos gijos išsišakoja daug kartų ir gali prasiskverbti arba tarp ląstelių – tarpląsteliniu būdu, arba per ląsteles – tarpląsteliniu būdu – ir įnešti bakterijas.
Ryžiai. 12 - Tarpląsteliniai infekciniai siūlai su mazgelių bakterijomis: 1 - išilginis pjūvis (pagal D. Goodchild ir F. Bergersen), 2 - skersinis pjūvis. Led away, x 35000
Tarpląsteliniai infekciniai siūlai dėl aktyvaus mazginių bakterijų dauginimosi juose dažnai įgauna keistą formą – susiformuoja kišenių (divertikulų) arba žibintuvėlių pavidalu.
Infekcijos gijų judėjimo iš ląstelės į ląstelę procesas nėra visiškai aiškus. Matyt, infekcinės gijos, kaip tikina kanadietis mikrobiologas D. Jordanas, nuogų gleivinių sruogų pavidalu klaidžioja tarpląstelinėse augalų audinių erdvėse, kol dėl kažkokių vis dar nepaaiškinamų priežasčių pradeda invaginuotis į gretimų ląstelių citoplazmą.
Kai kuriais atvejais infekcijos gijos įsiskverbimas vyksta vienoje, kai kuriais atvejais - kiekvienoje kaimyninėje ląstelėje. Per šias invaginuotas vamzdines ertmes (divertikulus) teka gleivėmis uždarytas siūlų turinys. Aktyviausias infekcinių siūlų augimas dažniausiai vyksta šalia augalo ląstelės branduolio. Siūlo prasiskverbimą lydi branduolio judėjimas, kuris juda infekcijos vietos link, didėja, keičia formą ir išsigimsta. Panašus vaizdas stebimas sergant grybeline infekcija, kai branduolys dažnai veržiasi link invazinių hifų, traukiasi prie pažeidimo kaip didžiausio fiziologinio aktyvumo vietos, priartėja prie siūlų, išsipučia ir griūva. Matyt, tai būdinga augalo reakcijai į infekciją.
Vienmečiuose augaluose infekciniai siūlai dažniausiai atsiranda pirmuoju šaknies užsikrėtimo laikotarpiu, daugiamečiuose – per ilgą vystymosi laikotarpį.
Ryžiai. 13
Bakterijos gali išsiskirti iš infekcijos gijos skirtingu laiku ir skirtingais būdais. Bakterijų pasišalinimas, kaip taisyklė, yra labai ilgas procesas, ypač daugiamečiuose augaluose. Paprastai bakterijų patekimas iš infekcijos gijos į augalo šeimininko citoplazmą yra susijęs su vidiniu slėgiu, atsirandančiu dėl intensyvaus bakterijų dauginimosi siūle ir jų išsiskyrimo su gleivėmis. Kartais bakterijos išslysta iš siūlų grupėmis, apsuptos infekcijos siūlų gleivių. pūslelių (pūslinių darinių) pavidalu. Kadangi pūslelės neturi membranų, bakterijų išėjimas iš jų yra labai paprastas. Mazgelių bakterijos į augalų ląsteles gali patekti ir pavieniui iš tarpląstelinių erdvių.
Iš infekcijos gijos atsiradusios mazginės bakterijos toliau dauginasi šeimininko audinyje. Jų dauginimasis šiuo laikotarpiu vyksta susiaurėjusio dalijimosi būdu. Didžioji dalis bakterijų dauginasi ląstelės citoplazmoje, o ne infekcijos gijoje. Užkrėstos ląstelės sukelia būsimą bakterioidinį audinį.
Užpildytos sparčiai besidauginančių mazginių bakterijų ląstelių, augalų ląstelės pradeda intensyviai dalytis. Užkrėstų ląstelių mitozinio dalijimosi metu mazginės bakterijos gali kauptis dviejuose priešinguose motininės ląstelės poliuose ir pasyviai patekti į dukterines ląsteles. Kiekvieną neužkrėstą ląstelę stipriai stimuliuoja mazgelių bakterijos ir dėl to dalijasi. Dėl šio energingo mitozinio meristematinių ląstelių dalijimosi mazginės bakterijos plinta į mazgelių audinius ir padidėja bakterioidinės srities tūris.
Užkrėstas audinys, sudarytas iš tankiai gulinčių ir aktyviai besidalijančių ląstelių, pirmiausia turi nupjauto kūgio formą. Vėliau dėl laipsniško šio kūgio augimo ir tuo pačiu meristematinių ląstelių dalijimosi bei vystymosi mazginis audinys auga, prarasdamas kūgio formą.
Taigi, mazgas pirmiausia padidėja dėl radialinio ir tangentinio branduolių ląstelių dalijimosi, o vėliau dėl jų dydžio padidėjimo ir tuo pačiu metu dalijimosi. Kai augalų ląstelės visiškai prisipildo bakterijų, mitozė sustoja. Tačiau ląstelės ir toliau didėja ir dažnai būna labai pailgos. Jų dydis yra kelis kartus didesnis nei neužkrėstų augalų ląstelių, kurios yra tarp jų mazgelio bakterioidinėje zonoje.
Jauno mazgo sujungimas su ankštinio augalo šaknimi atliekamas kraujagyslių pluoštinių ryšulių dėka. Pirmą kartą kraujagyslių pluoštinius ryšulius pastebėjo M.S. Voroninas (1866). Kraujagyslių sistemos atsiradimo laikas įvairių rūšių ankštinių augalų mazgeliuose yra skirtingas. Taigi sojos pupelių mazgeliuose kraujagyslių ryšulių vystymosi pradžia sutampa su mazgelių bakterijų prasiskverbimo į du karvės parenchimo sluoksnius momentu. Augant mazgeliui, laidžioji sistema auga, šakojasi ir supa bakterioido sritį.
Lygiagrečiai su kraujagyslių sistemos diferenciacijos procesu, mazgo endoderma susidaro iš išorinio pirminio mazgo sluoksnio. Tada mazgas suapvalinamas, jo periferinis ląstelių sluoksnis apgaubiamas mazgo žieve.
Šaknies epidermis nutrūksta, o mazgas toliau vystosi ir didėja.
Šviesos mikroskopu apžiūrint išilgines brandžių mazgelių pjūvius, paprastai aiškiai išskiriamos 4 būdingos audinių diferenciacijos zonos: žievė, meristema, bakteroidinė zona ir kraujagyslių sistema. Visi mazgelių audiniai diferencijuojasi akropetine seka, nes meristemos inicijuoja naujas ląsteles.
Ryžiai. 14
Mazgelio žievė – mazgo apvalkalas, atliekantis apsauginę funkciją. Žievė susideda iš kelių eilių neužkrėstų parenchiminių ląstelių, kurių dydis ir savybės skirtinguose ankštiniuose augaluose skiriasi. Dažniausiai žievės ląstelės yra pailgos formos ir yra didesnės, palyginti su kitomis mazgo ląstelėmis.
Ryžiai. 15
Daugiamečių sumedėjusių rūšių gumbelių žievėje dažnai randama ląstelių su kamštinėmis membranomis, kuriose yra dervų, tanino ir taninų.
Mazgelio meristema yra po žievės ląstelėmis ir yra intensyviai besidalijančių taip pat neužkrėstų ląstelių zona. Mazgelio meristemai būdingi tankiai išsidėstę, be tarpląstelinių tarpų, mažos plonasienės netaisyklingos formos ląstelės. Mazgelių meristemos ląstelės yra panašios į kitų meristeminio audinio ląsteles (šaknies viršūnė, stiebo viršūnė). Mazgelių meristemų ląstelėse yra tanki, smulkiai granuliuota citoplazma su ribosomomis, Golgi kūnais, protoplastidais, mitochondrijomis ir kitomis struktūromis. Yra mažos vakuolės. Citoplazmos centre yra didelis branduolys su branduoline membrana, poromis ir aiškiai apibrėžtu branduoliu. Meristematinių ląstelių funkcijos yra formuoti mazgelių žievės, bakterioidinės srities ir kraujagyslių sistemos ląsteles. Priklausomai nuo meristemos vietos, mazgeliai būna įvairių formų: rutuliški (žirniai, pupelės, seradelės, žemės riešutai) arba cilindriški (liucerna, vikiai, eilė, akacija, dobilai). Meristema, išsidėsčiusi atskirose vietose išilgai mazgo periferijos, veda prie lubinų formavimosi į mufinius mazgelius.
Mazgelių meristemos funkcionuoja ilgai, net ir mazgelių nekrozės metu, kai jie jau būna prisipildę lizuojančios bakterioidinės masės ir sunaikintų augalų ląstelių.
Bakteroidinė mazgo zona užima centrinę jo dalį ir sudaro nuo 16 iki 50% visos sausos mazgelių masės. Pirmuoju mazgelių formavimosi laikotarpiu tai iš esmės yra bakterijų zona, nes ji užpildyta bakterijų ląstelėmis, kurios yra bakterijų, o ne bakterioidinio vystymosi stadijoje. Nepaisant to, kalbant apie mazginio audinio zoną, kurioje yra bakterijų, įprasta ją vadinti bakterioidu.
Bakteroidinį mazgelio regioną daugiausia sudaro mazgelių bakterijomis užkrėstos ląstelės ir iš dalies šalia jų esančios neužkrėstos ląstelės, užpildytos pigmentais, taninais, o rudenį - krakmolu.
Ryžiai. 16 - Ankštinių augalų mazgelių forma: 1, 2 - žirniai; 3, 6 (dešinėje) - lubinai; 4 - žemės riešutai (pagal E. Schwinghamer); 5 - rangai, dobilai, viki, 6 (kairėje) - liucerna (pagal J. Datą); 7 - skirtingų rūšių laukiniai ankštiniai augalai (pagal A. R. Wernerio, N. Ya. Gordienko)
Mazgeliuose, susidariusiuose veiksmingų mazginių bakterijų padermių, vidutinis santykinis bakteroidinės zonos tūris yra didesnis nei mazgeliuose, susidariusiuose įvedus neefektyvias padermes.
Kai kuriais atvejais bakterioidinės srities tūris pasiekia maksimumą ankstyvuoju mazgelių gyvavimo laikotarpiu ir vėliau išlieka santykinai pastovus. Bakteroidinė zona prasiskverbia tankiu infekcinių siūlų tinklu, o išilgai periferijos yra apsupta kraujagyslių pluoštinių pluoštų.
Bakteroidų forma įvairių rūšių ankštinių augalų mazgeliuose gali būti įvairi. Taigi, wiki, rangas ir žirnis yra dvišakos arba šakutės. Dobilams ir esparmečiams vyraujanti bakterioidų forma yra sferinė, kriaušės formos, išbrinkusi, kiaušiniška, o avinžirniams – apvali. Pupelių, seradelių, paukščių pėdų ir lubino bakteroidų forma yra beveik lazdelės formos.
Bakteroidai užpildo didžiąją augalo ląstelės dalį, išskyrus centrinę branduolio zoną ir vakuoles. Taigi, rožinės spalvos mazgo bakterioidinėje zonoje bakterioidų procentas yra 94,2 viso mazgelių bakterijų skaičiaus. Bakteroidinės ląstelės yra 3-5 kartus didesnės nei bakterijų ląstelės.
Ryžiai. 17
Mazgelių bakterijų bakterioidai ypač domina tuo, kad jie yra beveik vieninteliai ankštinių augalų gumbelių gyventojai intensyvaus atmosferos azoto surišimo laikotarpiu. Kai kurie mokslininkai bakterioidus laiko patologinėmis degeneracinėmis formomis ir nesieja azoto fiksavimo proceso su mazginių bakterijų bakterioidine forma. Dauguma tyrinėtojų mano, kad bakterioidai yra gyvybingiausios ir aktyviausios gumbinių bakterijų formos ir kad ankštiniai augalai atmosferos azotą fiksuoja tik dalyvaudami.
Ryžiai. 18
Mazgo kraujagyslių sistema užtikrina ryšį tarp bakterijų ir augalo šeimininko. Maisto medžiagos ir medžiagų apykaitos produktai pernešami per kraujagyslių ryšulius. Kraujagyslių sistema vystosi anksti ir funkcionuoja ilgai.
Visiškai suformuoti indai turi specifinę struktūrą: jie susideda iš ksilemo tracheidų, floemo pluoštų, sieto vamzdelių ir juos lydinčių ląstelių.
Priklausomai nuo ankštinių augalų rūšies, glomerulų sujungimas atliekamas per vieną ar kelis kraujagyslių ryšulius. Pavyzdžiui, žirniuose mazgo apačioje yra du diferencijuoti kraujagyslių mazgai. Kiekvienas iš jų dažniausiai išsišakoja dichotomiškai po du kartus ir dėl to per mazgą iš antrojo dichotominio išsišakojimo vietos praeina 8 ryšuliai. Daugelis augalų turi tik vieną kekę, o tuo pačiu metu viename Sesbania grandiflora mazge, sulaukę vienerių metų, jie galėjo suskaičiuoti iki 126. Gana dažnai mazgo kraujagyslių sistema yra atskirta nuo išorinės šaknies pusės. jo žievė iš dalies arba visiškai suberizuotų ląstelių sluoksniu, vadinamu mazginiu endodermu, pritvirtintu prie šaknies endodermio. Mazgelio endoderma yra išorinis neužkrėstos galvijų parenchimos sluoksnis, esantis tarp mazginio audinio ir šaknies žievės.
Daugumoje augalų rūšių mazgeliai susidaro pagal aprašytą tipą. Todėl mazgelių susidarymas yra sudėtingų reiškinių, prasidedančių už šaknies, rezultatas. Po pradinių infekcijos fazių skatinamas mazgo formavimasis, vėliau bakterijų plitimas mazgo audinio zonoje ir azoto fiksacija.
Visi mazginių bakterijų vystymosi etapai, anot čekų mikrobiologo V. Kas (1928), gali būti atsekami ant mazgelių pjūvių. Taigi, pavyzdžiui, viršutinėje mazgo dalyje, liucernoje daugiausia yra mažų besidalijančių lazdelės formos ląstelių, nedidelis kiekis jaunų bakterioidų, kurių skaičius palaipsniui didėja, kai mazgas vystosi. Vidurinėje mazgelio dalyje randama rausvos spalvos, vyrauja bakterioidinės ląstelės, rečiau – smulkios lazdelės formos ląstelės. Ant mazgo pagrindo augalo šeimininko ankstyvosiose vegetacijos stadijose bakteroidai yra tokie patys kaip ir vidurinėje jo dalyje, tačiau vegetacijos pabaigoje jie labiau išbrinksta ir anksčiau išsigimsta.
Pirmųjų matomų gumbelių atsiradimo ant įvairių rūšių ankštinių augalų šaknų laikas skiriasi. Jų atsiradimas daugumoje ankštinių augalų dažniausiai atsiranda vystantis pirmiesiems tikriesiems lapams. Taigi tarp 4 ir 5 dienų po sudygimo stebimas pirmųjų liucernos mazgelių susidarymas, o 7 – 8 dieną šis procesas vyksta visuose augaluose. Pjautuvinės liucernos mazgeliai atsiranda po 10 dienų.
Veikimo laikotarpiu mazgeliai dažniausiai būna tankūs. Aktyvių bakterijų kultūrų suformuoti mazgeliai jauname amžiuje būna balkšvos spalvos. Pasireiškus optimaliam aktyvumui, jie tampa rausvi. Užsikrėtus neaktyviomis bakterijų kultūromis atsiradę mazgeliai yra žalsvos spalvos. Dažnai jų struktūra praktiškai nesiskiria nuo mazgelių, susidarančių dalyvaujant aktyvioms mazginių bakterijų padermėms, struktūros, tačiau jie sunaikinami per anksti.
Kai kuriais atvejais neaktyvių bakterijų suformuotų mazgelių struktūra nukrypsta nuo normos. Tai išreiškiama mazginio audinio dezorganizacija, kuri dažniausiai praranda aiškiai apibrėžtą zoninę diferenciaciją.
Rožinę spalvą lemia pigmento buvimas mazgeliuose, savo chemine sudėtimi panašus į kraujo hemoglobiną. Šiuo atžvilgiu pigmentas vadinamas leghemoglobinu (legoglobinu) – Leguminosae hemoglobinu. Legoglobinas randamas tik tose mazgelių ląstelėse, kuriose yra bakterioidų. Jis lokalizuotas erdvėje tarp bakterioidų ir juos supančios membranos.
Jo kiekis svyruoja nuo 1 iki 3 mg 1 g gumbelio, priklausomai nuo ankštinio augalo rūšies.
Ryžiai. 19
Vienmečiuose ankštiniuose augaluose iki vegetacijos pabaigos, kai baigiasi azoto fiksavimo procesas, raudonas pigmentas tampa žalias. Spalvos kaita prasideda nuo mazgo pagrindo, vėliau jo viršus pažaliuoja. Daugiamečiuose ankštiniuose augaluose gumbelių žalėjimas nevyksta arba pastebimas tik gumbelio apačioje. Įvairių tipų ankštiniuose augaluose raudonojo pigmento perėjimas prie žalios vyksta įvairaus intensyvumo ir skirtingu greičiu.
Vienmečių augalų mazgeliai funkcionuoja gana trumpai. Daugumoje ankštinių augalų gumbų nekrozė prasideda augalo šeimininko žydėjimo laikotarpiu ir dažniausiai tęsiasi nuo mazgo centro iki periferijos. Vienas iš pirmųjų sunaikinimo požymių yra ląstelių sluoksnio su galingomis sienelėmis susidarymas mazgo apačioje. Šis ląstelių sluoksnis, esantis statmenai pagrindiniam šaknies kraujagyslei, atskiria jį nuo mazgo ir atitolina maistinių medžiagų mainus tarp augalo šeimininko ir mazgo audinių.
Išsivylusio mazgelio audinio ląstelėse atsiranda daug vakuolių, branduoliai praranda gebėjimą dažytis, dalis mazgelių bakterijų ląstelių lizuojasi, dalis migruoja į aplinką mažų kokoidinių artrosporų ląstelių pavidalu.
Seni mazgeliai tamsūs, suglebę, minkšti. Perpjovus iš jų išsikiša vandeningos gleivės. Mazgelių naikinimo procesą, pradedant nuo kraujagyslių sistemos ląstelių kamščiavimo, palengvina sumažėjęs augalo fotosintezės aktyvumas, aplinkos sausumas ar per didelė drėgmė.
Sunaikintame, gleivingame mazge dažnai aptinkami pirmuonys, grybai, bacilos, mažos lazdelės formos mazgelio bakterijos.
Augalo šeimininko būklė turi įtakos mazgo funkcionavimo trukmei. Taigi, pasak F. F. Yukhimchuk (1957), kastruojant ar pašalinus lubinų žiedus, galima pailginti jo vegetacijos laikotarpį, o kartu ir mazginių bakterijų aktyvios veiklos laiką.
Daugiamečių augalų gumbai, skirtingai nei vienmečiai, gali funkcionuoti daugelį metų. Taigi, pavyzdžiui, karaganoje yra daugiamečių mazgų, kuriuose ląstelių senėjimo procesas vyksta kartu su naujų formavimu. Visterijoje (kinietiškoje wisteria) taip pat funkcionuoja daugiamečiai mazgeliai, formuojantys sferinius patinimus ant šeimininko šaknų. Iki vegetacijos pabaigos daugiamečių mazgelių bakterioidinis audinys suyra, bet visas mazgelis nemiršta. Kitais metais jis vėl pradės veikti.
Veiksniai, lemiantys mazginių bakterijų simbiotinį ryšį su ankštiniais augalais – simbiozei, užtikrinančiai gerą augalų vystymąsi, būtinas tam tikras aplinkos sąlygų rinkinys. Jei aplinkos sąlygos yra nepalankios, tai, nepaisant didelio mikrosimbionto virulentiškumo, konkurencingumo ir aktyvumo, simbiozės efektyvumas bus mažas.
Ryžiai. 20
Mazgelių vystymuisi optimalus drėgmės kiekis yra 60-70% visos dirvožemio drėgmės talpos. Minimali dirvožemio drėgmė, kuriai esant dar galimas gumbinių bakterijų vystymasis dirvožemyje, yra maždaug 16% visos drėgmės talpos. Drėgmei esant žemiau šios ribos, mazginės bakterijos dažniausiai nebedauginasi, tačiau nepaisant to jos nežūva ir gali ilgai išlikti neaktyvios. Drėgmės trūkumas taip pat lemia jau susidariusių mazgų mirtį.
Perteklinė drėgmė, kaip ir jos trūkumas, taip pat nepalankus simbiozei – sumažėjus aeracijos laipsniui šaknų zonoje, pablogėja augalo šaknų sistemos aprūpinimas deguonimi. Nepakankama aeracija neigiamai veikia ir dirvožemyje gyvenančias mazgines bakterijas, kurios, kaip žinia, geriau dauginasi, kai yra deguonies. Nepaisant to, didelė aeracija šaknų zonoje lemia tai, kad molekuliniai azoto reduktoriai pradeda surišti deguonį, sumažindami mazgelių azoto fiksacijos laipsnį.
Temperatūros faktorius vaidina svarbų vaidmenį mazginių bakterijų ir ankštinių augalų santykiuose. Įvairių rūšių ankštinių augalų temperatūros charakteristikos skiriasi. Taip pat skirtingos mazgelių bakterijų padermės turi savo specifinius temperatūros optimalius vystymuisi ir aktyviam azoto fiksavimui. Pažymėtina, kad optimalios temperatūros ankštiniams augalams vystytis, gumbų susidarymui ir azoto fiksavimui nesutampa. Taigi natūraliomis sąlygomis mazgelių susidarymas gali būti stebimas esant šiek tiek aukštesnei nei 0°C temperatūrai, tokiomis sąlygomis azoto fiksacija praktiškai nevyksta. Galbūt tik arktinės simbiotinės ankštinės kultūros fiksuoja azotą labai žemoje temperatūroje. Paprastai šis procesas vyksta tik 10°C ir aukštesnėje temperatūroje. Daugelio ankštinių augalų didžiausia azoto fiksacija stebima esant 20-25°C temperatūrai. Aukštesnė nei 30°C temperatūra neigiamai veikia azoto kaupimosi procesą.
Dirvožemio reakcija turi didelę įtaką mazginių bakterijų gyvybinei veiklai ir mazgelių susidarymui. Skirtingoms gumbelinių bakterijų rūšims ir net padermėms buveinės pH vertė šiek tiek skiriasi. Pavyzdžiui, dobilų gumbų bakterijos yra atsparesnės žemoms pH vertėms nei liucernos gumbų bakterijos. Akivaizdu, kad čia turi įtakos ir mikroorganizmų prisitaikymas prie aplinkos. Dobilai auga rūgštesnėse dirvose nei liucerna. Dirvožemio reakcija, kaip ekologinis veiksnys, turi įtakos mazginių bakterijų aktyvumui ir virulentiškumui. Aktyviausias padermes lengviau išskirti iš dirvožemio, kurio pH vertės neutralus. Rūgščiose dirvose dažniau pasitaiko neaktyvių ir silpnai virulentiškų padermių. Rūgšti aplinka (pH 4,0 - 4,5) daro tiesioginį poveikį augalams, ypač sutrikdydama augalų medžiagų apykaitos sintetinius procesus ir normalią šaknų plaukelių vystymąsi. Inokuliuotų augalų rūgštinėje aplinkoje bakterioidinio audinio veikimo laikotarpis smarkiai sumažėja, todėl sumažėja azoto fiksacijos laipsnis.
Rūgščiose dirvose, kaip pažymėjo A.V. Sankt Peterburge aliuminio ir mangano druskos patenka į dirvožemio tirpalą, neigiamai paveikdamos augalų šaknų sistemos vystymąsi ir azoto asimiliacijos procesą, taip pat sumažėja asimiliuojamų fosforo, kalcio, molibdeno ir anglies dioksido formų kiekis. Nepalankią dirvožemio reakciją geriausiai pašalina kalkinimas.
Mazgelių bakterijoms šeimininko audinys yra tokia maistinė terpė, kuri gali patenkinti net reikliausią padermę, nes audinyje yra visų rūšių maistinių medžiagų. Nepaisant to, po mazginių bakterijų patekimo į augalo šeimininko audinį, jų vystymąsi lemia ne tik vidiniai procesai, bet ir labai priklauso nuo išorinių veiksnių, turinčių įtakos visam infekcinio proceso eigai, veikimo. Vienų ar kitų maistinių medžiagų kiekis ar nebuvimas aplinkoje gali būti lemiamas momentas simbiotinės azoto fiksacijos pasireiškimui.
Ankštinių augalų aprūpinimo turimomis mineralinio azoto junginių formomis laipsnis lemia simbiozės efektyvumą. Remiantis daugybe laboratorinių ir vegetatyvinių eksperimentų, žinoma, kad kuo daugiau azoto turinčių junginių aplinkoje, tuo sunkiau bakterijoms prasiskverbti į šaknį.
Didelę reikšmę aktyvinant ankštinių augalų azoto pasisavinimą turi mityba fosforu. Esant mažam fosforo kiekiui terpėje, bakterijos prasiskverbia į šaknį, bet mazgeliai nesusidaro. Ankštiniai augalai turi tam tikrų fosforo turinčių junginių mainų ypatumų. Ankštinių augalų sėklose yra daug fosforo. Atsarginis fosforas sėklų dygimo metu naudojamas ne taip, kaip kitose kultūrose – palyginti tolygiai visiems organams formuotis, o labiau susikaupęs šaknyse. Todėl ankstyvosiose vystymosi stadijose ankštiniai augalai, skirtingai nei javai, savo fosforo poreikius labiau patenkina ne dirvos atsargų, o skilčialapių sąskaita. Kuo didesnės sėklos, tuo mažiau ankštiniai augalai priklauso nuo dirvožemio fosforo. Tačiau esant simbiotiniam egzistavimo būdui, ankštinių augalų fosforo poreikis yra didesnis nei autotrofiniuose. Todėl, kai pasėjamų augalų terpėje trūksta fosforo, pablogėja augalų aprūpinimas azotu.
Simbiotiniam azoto fiksavimui taip pat reikia magnio, sieros ir geležies. Trūkstant magnio, slopinamas mazginių bakterijų dauginimasis, mažėja jų gyvybinė veikla, slopinama simbiotinė azoto fiksacija. Siera ir geležis taip pat teigiamai veikia mazgelių susidarymą ir azoto fiksavimo procesą, ypač vaidina neabejotiną vaidmenį leghemoglobino sintezėje.
Iš mikroelementų ypač pastebime molibdeno ir boro vaidmenį. Trūkstant molibdeno, blogai formuojasi mazgeliai, juose sutrinka laisvųjų aminorūgščių sintezė, slopinama leghemoglobino sintezė. Molibdenas kartu su kitais kintamo valentingumo elementais (Fe, Co, Cu) tarnauja kaip tarpininkas perduodant elektronus redokso fermentinėse reakcijose. Esant boro trūkumui, mazgeliuose nesusidaro kraujagyslių ryšuliai, todėl sutrinka bakterioidinio audinio vystymasis.
Didelės įtakos gumbų susidarymui ankštiniuose augaluose turi augalų angliavandenių apykaita, kurią lemia daugybė veiksnių: fotosintezė, anglies dvideginio buvimas aplinkoje, augalų fiziologinės savybės. Angliavandenių mitybos gerinimas teigiamai veikia inokuliacijos procesą ir azoto kaupimąsi. Praktiniu požiūriu didelį susidomėjimą kelia šiaudų ir šiaudų šviežio mėšlo naudojimas ankštiniams augalams tręšti kaip angliavandenių šaltinį. Tačiau pirmaisiais metais po šiaudų įterpimo į dirvą, jiems irstant kaupiasi nuodingos medžiagos. Pažymėtina, kad ne visų rūšių ankštiniai augalai yra jautrūs toksiniams šiaudų skilimo produktams; pavyzdžiui, žirniai į juos nereaguoja.