¿Por qué es importante la simbiosis rizobia-leguminosa?

Una relación simbiótica es una relación mutuamente beneficiosa entre dos organismos diferentes. La simbiosis rizobio-leguminosa es bastante especial, ya que tiene grandes beneficios para la agricultura y para mantener el equilibrio entre los organismos vivos.

El concepto de relación simbiótica no se limita a dos organismos. Entrelaza a todas las criaturas vivientes de todo el mundo, desde las visibles a simple vista hasta las que solo se pueden ver con un microscopio.

Simplemente eche un vistazo a su entorno y puede encontrar varios ejemplos de relaciones simbióticas. La relación entre flores y abejas es simbiótica. Las abejas consumen el néctar de la flor como alimento y para producir miel. En este proceso, el polen a menudo se adhiere a las abejas y termina en otra flor junto con la abeja, lo que resulta en la polinización. Esto beneficia tanto a las plantas como a las abejas.

Consideremos uno de los ejemplos más notables de simbiosis en el reino vegetal: la relación entre la bacteria rizobio y plantas leguminosas como frijoles, lentejas y guisantes.

Miel de abeja

Esta imagen representa la relación simbiótica entre dos organismos biológicamente diferentes: plantas y abejas. La abeja obtiene el néctar para producir miel y, al mismo tiempo, actúa como agente polinizador de la flor. (Crédito de la foto: Imágenes de dominio público)

¿Qué significa una relación simbiótica? ¿Por qué es importante?

La palabra “simbiosis” se deriva de la palabra griega “sym” que significa juntos y “bios” que significa vida. Esto significa que los organismos en una relación simbiótica funcionan de manera eficiente cuando trabajan juntos.

Los beneficios de una relación simbiótica no se limitan a los organismos involucrados. También son importantes para la biosfera en general. Esto se debe a que la biosfera proporciona alimento y refugio a otros organismos, puebla la tierra con plantas y árboles, mantiene la población de plantas y animales, ayuda en la evolución de los individuos, etc.

Ahora, imagine un escenario sin simbiosis. No habría arrecifes de coral, ni una amplia dispersión de semillas y polen, ni una gran variedad de plantas y árboles, ni una fuerza impulsora de la evolución.

Claramente, el concepto de simbiosis representa más que una simple relación.

¿Qué son los rizobios?

Los rizobios son una clase importante de bacterias presentes en grandes cantidades en el suelo. Estas bacterias especializadas a menudo viven en estrecha asociación con las plantas leguminosas.

A diferencia de la mayoría de las bacterias del suelo que son dañinas y causan infecciones en las plantas, los rizobios en realidad promueven el crecimiento de las plantas. Pertenecen a la clase de bacterias promotoras del crecimiento de las plantas y ayudan a las plantas a crecer a través de la “fijación de nitrógeno”.

Todos los organismos vivos necesitan nitrógeno para crecer, especialmente las plantas. Los rizobios pueden convertir el nitrógeno atmosférico en amoníaco, que es la forma en que promueve el crecimiento de las plantas, en un proceso llamado fijación de nitrogeno.

Uno puede preguntarse, la atmósfera está compuesta por un 78% de nitrógeno, entonces, ¿por qué las plantas no pueden tomarlo directamente del aire?

El nitrógeno atmosférico es inerte, lo que significa que no reacciona fácilmente con otros productos químicos, por lo que el gas no puede ser utilizado por plantas u otros organismos vivos. La fijación de nitrógeno por los rizobios y otras bacterias fijadoras de nitrógeno puede convertir el nitrógeno en formas que los organismos vivos pueden utilizar para su crecimiento y nutrición.

Vector de dibujos animados de información gráfica del ciclo del nitrógeno

El diagrama muestra el ciclo del nitrógeno. La fijación de nitrógeno por los rizobios a menudo constituye el primer paso para convertir el nitrógeno atmosférico en una forma que pueda ser utilizada por las plantas. Los rizobios convierten el nitrógeno en compuestos de amonio. Otro grupo de bacterias, las bacterias nitrificantes, convierte el amonio en nitratos, que luego pueden ser utilizados por las plantas. (Crédito de la foto: trgrowth / Shutterstock)

¿Por qué los rizobios establecen una relación simbiótica con las legumbres?

Sabemos que los rizobios no pueden fijar nitrógeno en el suelo sin una planta presente, más particularmente, una leguminosa.

El actor clave en el proceso de fijación de nitrógeno es la enzima nitrogenasa, que reduce el nitrógeno de la atmósfera a amoníaco. Un aspecto clave de la enzima nitrogenasa es su sensibilidad al oxígeno.

Entonces, la fijación de nitrógeno por los rizobios no puede ocurrir en el ambiente libre, ya que tiene oxígeno, entonces, ¿dónde ocurre este proceso?

Ocurre en pequeñas estructuras llamadas nódulos, en los pelos de las raíces de las plantas leguminosas. Los nódulos son pequeñas estructuras especializadas que se forman como resultado del intercambio de moléculas de señal entre rizobios y plantas leguminosas. El interior de los nódulos radiculares proporciona un ambiente con muy poco oxígeno (microaeróbico) para facilitar la fijación de nitrógeno. El proceso de formación de nódulos se denomina nodulación.

Los rizobios fueron aislados de los nódulos de las raíces de las leguminosas por primera vez en 1888 por Martinus Beijerinck.

Sin embargo, no todos los rizobios pueden nodular todas las plantas leguminosas. La interacción entre rizobios y leguminosas es muy específica. Existen ciertos factores genéticos que regulan la especificidad de la nodulación entre los socios involucrados.

Cuando hay escasez de nitrógeno en el suelo, las plantas leguminosas liberan sustancias químicas llamadas flavonoides, que atraen a los rizobios. Al detectar los flavonoides, los rizobios secretan “factores de inclinación”, que son las moléculas de señal clave.

Las células de la raíz de la planta tienen receptores que pueden reconocer y unirse a los factores de inclinación. La estructura química de los factores de cabeceo determinará la especificidad de la interacción, su capacidad para nodular la leguminosa huésped.

Este evento de reconocimiento provocará varios cambios en la planta, junto con el rizado del cabello de la raíz. Este rizado da como resultado la formación de una estructura tubular llamada hilo de infección. Rhizobia navegará a través del hilo de la infección, se dividirá activamente y eventualmente llegará al nódulo de la raíz donde puede realizar la fijación de nitrógeno.

Fijación de nitrógeno Fabaceae

El diagrama representa la relación simbiótica entre los rizobios y una planta leguminosa. (Crédito de la foto: Nefronus / Wikimedia commons)

¿Por qué la simbiosis rizobio-leguminosa es tan especial?

La planta-rizobios produce una molécula similar a la hemoglobina llamada leghemoglobina con una alta afinidad por el oxígeno. La parte de globina es producida por la planta, mientras que los rizobios proporcionan la parte hemo. La leghemoglobina proporciona oxígeno a los rizobios y simultáneamente protege la enzima nitrogenasa de los efectos nocivos del oxígeno.

Rhizobia convertirá el nitrógeno del aire en compuestos nitrogenados para la nutrición de las plantas. Dentro del nódulo, los rizobios se convertirán en una forma estructuralmente diferente llamada bacteroides y ya no utilizarán el nitrógeno fijado por ellos. Las plantas, a su vez, proporcionarán productos de carbono fotosintéticos como alimento para los rizobios. De esta manera, ambas especies permanecen en una relación simbiótica y continúan beneficiándose de la otra.

Los rizobios pueden proteger a las plantas contra los ataques de patógenos y plagas dañinos mediante mecanismos directos o indirectos. La nutrición mejorada de la planta debido a la fijación de nitrógeno mediada por rizobios hace que la planta sea más saludable y capaz de resistir indirectamente los ataques de patógenos.

Rhizobia mejora la nutrición de las plantas al aumentar la tasa de absorción de nutrientes por los pelos de las raíces del suelo. Los rizobios también producen antibióticos y varias otras sustancias que pueden proteger a la planta de otras bacterias patógenas.

Una palabra final

La relación entre rizobios y leguminosas es un ejemplo clásico de simbiosis. Los beneficios de esta interacción no se limitan a la nutrición; algunos de los compuestos producidos por los rizobios protegen a las plantas contra los ataques de patógenos y plagas nocivos. También confiere a las plantas la capacidad de resistir el estrés debido a la deshidratación y el cambio de temperatura, además de mejorar la calidad del suelo, el rendimiento de los cultivos y la calidad de los cultivos.