A gyökérgümők/ nodulusok/ a pillangós virágúak gyökérzetén a gyökérszőrös zónában kifejlődő sejtburjánzással létrejött gömbszerű képződmények, amelyek sejtjeiben nitrogénkötő baktériumok sajátos új formái: bakteroidok/ erősen módosult baktériumok / élnek a gazdanövénnyel szimbiózisban. A nitrogénkötő szimbiózis kialakulása során a pillangós virágú növényeken egy új szerv, a gyökérgümőjön létre.
- Gyökérgümõk/nodulusok/ szója gyökerén
A gümőkben az átalakult, specializált baktériumok a levegő nitrogén molekuláit ”megkötik”, pontosabban ammóniává redukálják, amely ebben a formában már a növény partner /gazdanövény/ számára is hasznosítható nitrogén forrás. A növény nitrogén anyagcseréje a továbbiakban már nem függ a talaj nitrogén tartalmától, míg cserébe a baktérium a növény fotoszintéziséből különböző szénvegyületekhez –cukrokhoz, szerves savakhoz –juthat. A szimbiózis kialakulása, a gümők kifejlődése bonyolult folyamat. A két partner térben és időben szorosan összehangolt „kommunikációjával” és szabályozott működésével valósul meg.
A szimbiózis során kialakult gümők/nodulusok/ két típusát különböztetjük meg:
- Determinált gyökérgümõk, néhány honos pillangós faj gyökerein
1. Elsősorban a trópusi pillangósokra jellemző nyílt növekedésű henger alakú indeterminált gyökérgümők.
2. A hazai fajok zömére jellemző korlátozott növekedésű és életű, gömbszerű determinált gyökérgümők.
Mindkét gümő tipusban a mozgás- és osztódóképességüket elvesztett bakteroidok egy növényi eredetű un peribakteriális membránnal körülvett térben élnek a továbbiakban. Az átmetszetben téglaszínű-sárgás nodulus színét a gümő fehérjéinek 25-30%-át adó leghemoglobin okozza, melynek szintézisét a gazdanövény génjei kódolják és a peribakteriális tér külső határán azt mintegy körülvéve helyezkedik el. A molekula a hemoglobinhoz hasonló oxigén kötő és szállító fehérje. Oxigénaffinitása -a molekula nagyobb hem „zsebe” miatt – tízszer nagyobb mint a hemoglobiné, ezért gyors és erős oxigénkötésre képes. Így érthető, hogy a gümőben az oxigén túlnyomó része kötött állapotban van. Az oxidatív, energiát termelő folyamatokhoz szükséges, de az anaerob közegben aktív, nitrogén kötő nitrogenáz működését gátló oxigén szabályozott mozgatását tehát a leghemoglobin biztosítja, a nitrogenáz védelme pedig az oxigén diffúzióját szabályozó gümő/nodulus/ szerkezet következménye.
- Borsó gyökér és nodulus. A bakteroidok csak elektronmikroszkópban láthatók!
A pillangósok gyökérgümőiben a Rhizobium-bakteroidok által ammóniává redukált nitrogén mennyisége igen jelentős, termesztett fajok esetén évente és hektáronként elérheti az 50-250 kg megkötött légköri nitrogént. A fixált nitrogén legnagyobb része a pillangós gazdanövény testébe épül, mintegy tizede pedig a talajba kerül.
Az együttműködés nemcsak a résztvevő partnerek számára előnyös, hanem alapvető jelentőségű a bioszféra nitrogén körforgalmában is. Becslések szerint a Rhizobiumok által a pillangósok gyökérgumóiban fixált légköri nitrogén mennyisége évente mintegy 35 millió tonna!
A borsó gyökérgümőiben nitrogéngyűjtő baktériumok élnek. igaz vagy hamis?