34.19: I ruoli dei batteri e dei funghi nella nutrizione delle piante

Le piante hanno l'impressionante capacità di creare il proprio cibo attraverso la fotosintesi. Tuttavia, le piante spesso richiedono l'assistenza degli organismi nel terreno per acquisire i nutrienti di cui hanno bisogno per funzionare correttamente. Sia i batteri che i funghi hanno sviluppato relazioni simbiotiche con le piante che aiutano la specie a prosperare in un'ampia varietà di ambienti.

I batteri collettivi che risiedono dentro e intorno alle radici delle piante sono indicati come rizosfera. Queste specie batteriche che vivono nel suolo sono incredibilmente diverse. Anche se alcuni possono essere patogeni, la maggior parte hanno ruoli nella promozione della salute delle piante. In cambio, i batteri ricevono nutrimento dalle piante sotto forma di carboidrati, aminoacidi e acidi nucleici.

I batteri chiamati rizobatteri possono proteggere le piante producendo antibiotici o assorbendo metalli tossici nel terreno. Inoltre, i batteri aiutano le piante accedendo a depositi altrimenti inutilizzabili di nutrienti nel terreno. Ad esempio, le piante non dispongono del meccanismo molecolare per utilizzare direttamente l'azoto proveniente dall'atmosfera. Invece, assumono l'azoto sotto forma di ammonio (NH4) e nitrato (NO3- ), che è generato da batteri che si trovano nel suolo.

Durante un processo chiamato fissazione dell'azoto, i batteri che abitano il suolo convertono l'azoto atmosferico in ammoniaca. La fissazione dell'azoto richiede grandi quantità di ATP che i batteri derivano dai carboidrati forniti dalle piante. Altri gruppi di batteri convertono l'ammoniaca in nitrato durante un processo in due fasi chiamato nitrificazione. Questi processi forniscono alle piante forme di azoto che possono utilizzare per sintetizzare proteine e acidi nucleici.

I funghi partecipano anche a relazioni simbiotiche con le piante. Gli scienziati pensano che la relazione mutualistica tra le piante e i funghi micorriza sia stato un adattamento chiave nella colonizzazione della terra di successo, aiutando le prime piante ad acquisire elementi essenziali dal suolo. Moderna funzione delle micorizie nell'acquisizione dell'acqua, nella segnalazione dei fattori di crescita e nella protezione delle piante. Ectomicorrizie coprire le radici e contribuire ad assorbire acqua e minerali. Allo stesso tempo, le micorriza arbusale sono incorporate all'interno del tessuto radicale, aumentando il contatto tra le cellule vegetali e i filamenti ramificati del fungo, chiamati ife.

Le piante ricavano il nutrimento dalla fotosintesi,

ma hanno bisogno anche di minerali e sostanze nutrienti.

Alcune piante dipendono da organismi che popolano il suolo

per accedere efficientemente alle risorse del suolo.

I rizobatteri sono procarioti che vivono in associazione

con le radici delle piante.

Questa diversa classe di organismi ricava il nutrimento dalle

radici delle piante e forniscono sostegno

alle piante in vari modi.

Possono produrre, ad esempio, antibiotici

che proteggono la pianta, assorbono sostanze chimiche indesiderate

dal suolo, o facilitano l'acquisizione

di sostanze nutrienti essenziali.

L'azoto è un componente essenziale delle proteine e degli acidi nucleici.

Tuttavia, le piante non possono sfruttare l'azoto atmosferico,

perché non possiedono l'apparato necessario per convertirlo in forme

biologicamente utili.

Durante il processo di fissazione dell'azoto,

i procarioti convertono l'azoto atmosferico

in ammoniaca, che viene modificato in ammonio.

Altri procarioti convertono l'ammoniaca in nitrato.

Il nitrato e l'ammonio possono essere assorbiti e utilizzati dalle piante.

In legumi, come le piante di piselli e fagioli,

la fissazione dell'azoto avviene in strutture radicali specializzate

chiamate noduli.

In tale relazione simbiotica i rizobi

fissano l'azoto atmosferico e lo rendono

biodisponibile per le piante, mentre i batteri assorbono

sostante nutrienti fondamentali dal legume

col quale sono associati.

La maggior parte delle piante si associa anche a

funghi in una relazione vantaggiosa per entrambi.

I funghi, chiamati micorriza, ricavano nutrimento

dalla pianta.

In cambio, le micorrize riescono ad accedere

alle sostanze nutrienti del suolo che altrimenti sarebbero

inaccessibili per le piante.

Inoltre, i funghi facilitano l'acquisizione

di fosfato, rame e zinco.

I funghi funzionano anche da barriera fisica

contro agenti patogeni e producono antibiotici

che proteggono la pianta.