hotchpotch/wikipedia-multilingual-ir-pairs huggingface dataset:
علم تقنية النانو الفيروسي الفيروسات النباتية في تقنية النانو
يعد نظام الفيروسات النباتية النانونية على وجه الخصوص من بين الأكثر تطوراً واستغلالاً في مجال تقنية النانو لاستخداماتها المتعددة كجسيمات متناهية الصغر ذات هيكل حيوي وناقلات نانونية. أثبتت الدراسات بواسطة (Raja muthuramalingam واخرون في عام 2018 م) أن جسيمات النانو للفيروسات النباتية غير ممرضة لخلايا الثدييات. حيث ان فيروسات النبات لها حجم مناسب بشكل خصوصا لتطبيقات النانو ويمكنها أن تقدم العديد من المزايا منها: انها ذات هيكل موحد وقوية وقابلة للتحلل وسهلة الإنتاج.  يجدر الإشارة هنا، ان هنالك العديد من الأمثلة المتعلقة بوظيفة الجسيمات النانونية والعائدة إلى الفيروسات النباتية حيث تم تعديل سطحها الخارجي وحقنها بالمركبات المرادة في تجويفها الداخلي، هذه المرونة في هندسة الجسيمات النانونية هي الأساس الذي من خلاله ساعد للاستفادة الكاملة منها في قدرتها على التعدد وسعة تجويفها للحقن بالمواد النافعة وقدرتها على النقل والتوصيل للجزء المستهدف.
علم تقنية النانو الفيروسي الفيروسات النباتية في تقنية النانو
كتب جورج لومونوسوف في كتابه «التطورات الحديثة في علم الفيروسات النباتية» المصدر في عام 2011 م، إن كبسولات معظم فيروسات النبات عبارة عن هياكل بسيطة وقوية تتكون من نسخ متعددة من نوع واحد أو بضعة أنواع من وحدات البروتين الفرعية مرتبة إما بالتوازي المتناظر أو التناظر الحلزوني. حيث يمكن إنتاج الكبسولات بكميات كبيرة إما عن طريق إصابة النباتات أو عن طريق إنتاج الوحدات الفرعية في مجموعة متنوعة من الأنظمة غير المتجانسة. في ضوء بساطتها النسبية وسهولة إنتاجها جذبت جسيمات الفيروسات النباتية أو الجزيئات الشبيهة بالفيروسات الكثير من الاهتمام على مدار العشرين عامًا الماضية للتطبيقات في كل من التقنية الحيوية والتقنية النانونية. ونتيجة لذلك، تعرضت جزيئات الفيروس النباتية إلى كل من التعديل الوراثي والكيميائي وتم استخدامها لنقل المركبات المطلوبة وإدراجها في هياكل جزيئات معقدة. ومن المثير للاهتمام فإن الفيروسات النباتية التي تمت دراستها ليست من مسببات الأمراض البشرية، وليس لديها ميل طبيعي للتفاعل مع مستقبلات سطح الخلية البشرية. في الآونة الأخيرة تم استخدام فيروس مُمْرِض للنبات في تصنيع مواد نانونية معدنية هجينة نقية كموصلات حيوية.
علم تقنية النانو الفيروسي الفيروسات النباتية في تقنية النانو
تسبب الفيروسات العديد من الأمراض النباتية المدمرة والتي تكون مسؤولة عن الخسائر الهائلة في إنتاج المحاصيل وجودتها في جميع أنحاء العالم. قد تظهر النباتات المصابة مجموعة من الأعراض اعتمادًا على المرض، ولكن غالبًا ما يكون هنالك تجعد شديد في الورقة وتقزم (هو الشذوذ في النبات بالكامل) وإصفرار الأوراق (إما الورقة بأكملها أو بنمط من الخطوط أو البقع). تنتقل معظم الفيروسات النباتية عن طريق المخلوقات الحية الناقلة كالحشرات اوالديدان الخيطية اوالبلازميدات، والتي تتغذى على النبات أو في بعض الاحيان تتم الإصابة من خلال الجروح التي تحدث في النبات أثناء الممارسات الزراعية مثل التقليم. تم استخدام العديد من الفيروسات النباتية مثل فيروس فسيفساء التبغ كمنظمات نموذجية لفهم كيفية تعبير الفيروسات عن الجينات وتكرارها. سمح آخرون لتوضيح العمليات الكامنة وراء تثبيط الحمض النووي الريبوزي، والتي أصبحت معروفة الآن كآلية جينية أساسية تدعم العديد من مجالات علوم الأحياء.
علم تقنية النانو الفيروسي بعض خصائص الجسيمات النانونية الفيروسية
تأتي الفيروسات النباتية بأشكال وأحجام عديدة، على سبيل المثال يبلغ حجم فيروس فسيفساء التبغ 300 × 18 نانومتر على شكل أنبوب مجوف،  ويُشكل فيروس البطاطس خيوطًا مرنة يبلغ حجمها 515 × 13 نانومتر. الفيروسات الأخرى لها تناظر جغرافي وقياس ما بين 25-30   نانومترمنها: فيروس فسيفساء اللوبيا والفيروس  البكتيري والفيروسات المتعلقة بالثدييات.
هذه بعض الأمثلة فقط، فهنالك العديد من الفيروسات المختلفة التي يجري تصميمها ودراستها من أجل الاستخدامات المتعدده في الطب، بعض الأمثلة عليها: فيروسات النبات مثل فيروس تبرقش اللوبيا الملون وفيروس تبرقش البرسيم الأحمر وفيروس فسيفساء الكاكا وفيروس فسيفساء البابايا.
علم تقنية النانو الفيروسي بعض خصائص الجسيمات النانونية الفيروسية
يمكن تصميم الجسيمات النانونية القائمة على الفيروسات لتطبيقات محددة باستخدام عدد من مناهج الكيمياء الحيوية منها:
استخدام التعديل الوراثي لتعديل تسلسل الأحماض الأمينية لبروتين الكبسولة الفيروسية (المعروف أيضًا باسم بروتين الغلاف).
استخدامها لنقل الشحنات غير الحيوية أو الحيوية.
أخيرًا، بينما تظهر الفيروسات في الغالب كمواد صلبة هي بالأساس عبارة عن مواد ديناميكية تخضع لتغيرات توافقية تسمح بنقل الشحنة أو تغليفها في كبسولاتها الفيروسية.
يتم من خلال منصة تقنية الفيروسات النباتية دراسة العديد من الأنواع وتطويرها لاستخدامها في تطبيقات عدة منها:
ظاهرة العبور والارتباط الوراثي
ظاهرة العبور والارتباط في علم الوراثة (تكون الطفرات) هو نوع من الانتقال الجيني أو الانقسام الخلوي الذي قد يحدث أثناء مرحلة الإنقسام المنصف (MEIOSIS) في كل من المخلوقات الحية الجنسية وغير الجنسية، حيث تعد دراسة الارتباط والعبور الوراثي في المخلوقات غير الجنسية إحدى الطرق لفهم الطفرات الوراثية لأنها تعد المصدر الوحيد لمتابعة انتقال المورثات بالارتباط والعبور في خلية واحدة. بالإضافة إلى ذلك يمكن أن تؤدي ظاهرة العبور إلى التعبير عن الجينات المتنحية أو الغير متماثلة لدى الفرد وهذا التعبير له آثار مهمة لدراسة الأورام والجينات المتنحية الفتاكة. تحدث عملية الارتباط المتماثل أو العبور بشكل رئيسي بين الكروماتيدات الشقيقة بعد مرحلة التضاعف (ولكن قبل انقسام الخلايا)، وهذا النمط من العبور المتماثل بين الكروماتيدات الشقيقة عادةً يكون صامت وراثياً (أي متنحي الصفات)، ويجدر الإشارة هنا إلى أن نسبة العبور بين الكروماتيدات المتماثلة ولكن غير شقيقة حوالي 1 ٪ مقارنة بالعبور في الكروماتيدات الشقيقة في مرحلة الانقسام المباشر.
ظاهرة العبور والارتباط الوراثي إكتشافها
تم اكتشاف ظاهرة العبور الوراثي من اكتشاف الطفرة النقطية في ذبابة الفاكهة السوداء المسماة بحشرة الدروسفيلا، حيث لوحظ هذا الاكتشاف المزدوج أو الفسيفساء في حشرة الدروسفيلا ميلانوقستر (D. melanogaster) في أوائل عام 1925م، ولكن قام دكتور كورت ستيرن (Curt Stern) في عام 1936م بشرح تفصيلي لهذة الظاهرة كنتيجة للانقسام المباشر، قبل اكتشاف دكتور ستيرون لقد افترض العلماء أن ظاهرة الطفرة النقطية قد حدثت لأن بعض الجينات لديها القدرة على التخلص من الكروموسوم الذي توجد عليه،  ولكن بعد هذا الاكتشاف العديد من التجارب قامت بتوضيح ما قد يحدث أثناء الانقسام المباشر في دورة الخلية وآلية حدوث ظاهرة العبور والارتباط الوراثي.
ظاهرة العبور والارتباط الوراثي حدوثه
يمكن أن يحدث العبور في أي مرحلة من مراحل الانقسام ولكن يمكن ملاحظته بشكل واضح في الأفراد غير المتجانسة في صفات محددة، إذا حدث العبور بين الكروماتيدات غير الشقيقة في موقع محدد يؤثر هذا العبور في الصفات المحموله في تلك الجينات في نفس الموقع، ومن ثم كل من الكروموسومات المتجانسة سوف تكون كروماتيد الذي يحتوي على الصفات الوراثية مما ينتج عنه نمط ظاهري، ويعتمد النمط الظاهري الناتج على الطريقة التي تصطف بها الكروموسومات في مرحلة الطور البيني ما قبل الانقسام مباشرة، إذا حدث واحتوت هذه الكروماتيدات على أليلات مختلفة على نفس الجانب من الصف، فستظهر الخلايا الناتجة غير متجانسة وبذلك تكون غير قابلة للكشف بالرغم من حدوث عبور في الكروماتين، أما إذا اصطفت الكروماتيدات التي تحتوي على الأليلات متماثلة على نفس الجانب فإن الخلايا الناتجة ستكون متجانسة في هذا الموقع، مما ينتج عنه اكتشاف طفرة نقطية حيث تعرض إحدى خلاياه النمط الظاهري المتنحي متماثل اللزوجة بينما تحتوي الخلية الأخرى على النمط الظاهري للنوع البري المتجانس، وإذا استمرت تلك الخلايا الناتجة في التكرار والانقسام، فستستمر ظاهرة الطفرة النقطية في النمو مما ينتج عنه نمط جديد وهو النمط الظاهري الغير متجانس.
ظاهرة العبور والارتباط الوراثي حدوثه
العبور يحدث خلال الطور البيني من الانقسام الخلوي وقد اقترح أن العبور قد يحدث بالتحديد خلال G1 من الانقسام، عندما يكون الحمض النووي DNA في مرحلته المزدوجة، ويتضاعف خلال مراحل الانقسام واعادة تكوين الـ DNA،  ومن الممكن أيضًا حدوث كسر أو تلف في الـ DNA مما يؤدي إلى تكون العبور أو الطفرة خلال G1 ، ولكن من مميزات الـ DNA اصلاح أي خلل يحدث اثناء عملية التضاعف في مراحل الانقسام.
ظاهرة العبور والارتباط الوراثي حدوثه
في فطر الخميرة المعروف بـ Saccharomyces cerevisiae ينتج من حدوث الطفرة في جينات متعددة لازمة لعملية الانقسام المباشر وغير المباشرنتيجة لعبور المورثات إلى زيادة في حساسية الخلية للتثبيط الإشعاعي أو المواد الكيميائية السامة  على سبيل المثال الجين rad52 هو جين له دور فعال في عملية الانقسام المباشر  وكذلك الانقسام غير المباشر في الخلية  الخلايا الحاملة لطفرة في هذا الجين زادت حساسيتها للأشعة السينية وmethyl methanesulfonate وDNA crosslinking agent 8-methoxypsoralen-plus-UV light ، حيث يظهر أن الإصلاح التلقائي لـ DNA مهم وضروري لإزالة الأضرار الناتجة عن تلف الـ DNA من التعرض لهذه المركبات.
ظاهرة العبور والارتباط الوراثي الية العبور
آلية العبور الوراثي تشبه الية الانقسام الاختزالي، وهي تشمل على الكروماتيدات الشقيقة والعمليات المتعلقة في اصلاح وترميم الحمض النووي DNA المزدوج بواسطة إعادة التركيب المتماثل او المتجانس مثل single-strand annealing وهي إصلاح التلف في كروماتيد واحد، التي تعتمد على التكوين من خلال ترجمة المورثات في الكروماتيد الآخر وتسمى بـ (synthesis-dependent strand annealing)، وتحويل الجينات أو ترجمة الجينات بواسطة مايقابلها من الكروماتين الآخر. بالإضافة إلى ذلك، فإن العبور غير المتجانس غالبًا يعزى إلى الارتباط غير المتماثل في الكروماتين.
ظاهرة العبور والارتباط الوراثي طريقة حدوثه
هناك العديد من النظريات حول كيفية حدوث الطفرة أثناء عملية الانقسام، مثلاً في العبور البسيط يتداخل الكروماتيدان المتماثلان بالقرب أو في موقع قابل للكسر على الكروموسوم يعرف بـ (Chromosomal fragile site (CFS مما يؤدي إلى كسر او تلف مزدوج في كلا الكروماتيدان،  والذي يتم إصلاحه بعد ذلك باستخدام أحد الكروماتيدات وهذا ينتج عن عبور في مكانين مختلفين من الكروماتيد، في مثال آخر تشكل الكروماتيدات الشقيقة المتداخلة عبوراً مزدوجًا في موقع التضاعف الكروموسومي وهذا يتم إصلاحه لاحقًا بطريقة استبدال أو عبور المورثات. في كلا المثالين لا يمكن ضمان حدوث العبور الوراثي بشكل متجانس، أو حتى الارتباط على الجانبين المتجانسين وبالتالي فإن معظم أطوار الانقسام الخلوي لا تؤدي إلى عبورغالباً، أما العبور الغير متجانس ينتج عنه العديد من الآثار الضارة نتيجة لطفرات في جينات لا يمكن اصلاحها أو تعديلها.
ظاهرة العبور والارتباط الوراثي طريقة حدوثه
بدلاً من ذلك، يمكن أن يحدث العبور أثناء عملية ترميم وإصلاح الحمض النووي  وحالة التلف الشديد قد يتم اختيار الكروموسوم المتجانس ليكون القالب لتكوين الكروماتيد الجديد، وهذا يؤدي إلى نسخ نسخة واحدة من الأليل من الكروموسوم المتجانس ومن ثم ربطها في الكروموسوم التالف، والأثر الناتج من هذه الآلية هو تكون كروموسوم مماثل وآخر غير مماثل.
ظاهرة العبور والارتباط الوراثي المميزات والعيوب
من المعروف أن العبور الوراثي أو الطفرات تحدث في حشرة الدروسفيلا وبعض الفطريات التي تتكاثرلاجنسياً وفي الخلايا البشرية بشكل طبيعي، حيث قد يسمح بالتعبير عن الجينات المتنحية والمسببة للسرطان بشكل طبيعي وبالتالي تهيئ الخلية للانقسام وتكوين الورم السرطاني، كما أنه قد تنتج الخلية طفرة متجانسة للجين الحامل للورم السرطاني وهذا يؤدي إلى نفس النتيجة. على سبيل المثال تتسبب متلازمة بلوم في حدوث طفرة في هليكس RecQ والتي تلعب دورًا في تضاعف الحمض النووي وإصلاحه، تؤدي هذه الطفرة إلى ارتفاع معدلات تكرار العبور الوراثي أو الطفرة عند الفئران، وهذا المعدل هو بدوره مسؤول عن التسبب في حساسية الورم في تلك الفئران. في الوقت ذاته قد تكون الطفرة مفيدة وقد تلعب دورًا مهمًا في إصلاح التلف المزدوجة في الحمض النووي، وقد تكون مفيدة للمخلوق الحي إذا كان وجود أليلات سائدة متجانسة أكثر فعالية من غير المتجانسة، وهذا يشيع استخدامه في التجارب العلمية للمورثات أو الجينات في للمخلوقات الحية مثل حشرة الدروسفيلا، حيث يمكن احداث هذه الطفرات داخل المعمل من خلال استخدام الأشعة السينية ونظام إعادة التركيب FLP-FRT recombination system.
علم الأحياء الدقيقة في التربة
علم الأحياء الدقيقة في التربة هو دراسة المخلوقات الحية الدقيقة أو المجهرية التي تعيش داخل التربة لمعرفة وظائفها الحيوية وتأثيرها على خصائص التربة، في القدم يسود الاعتقاد بأن ظهور أول أنواع البكتيريا والمخلوقات الحية الدقيقة القديمة في محيطات الأرض منذ مليارات أو أربعة مليارات السنين حيث انها تقوم بـتثبيت النيتروجين الجوي أثناء عملية التكاثر لتنتج الأكسجين،  مما أدى إلى زيادة الكائنات الحية الدقيقة وأصبحت أكثر تطوراً،  وهذه المخلوقات الدقيقة لها فوائد عدة للتربة من ضمنها إنها تزيد من خصوبة التربة وو تعزز بنيتها. تصنف هذه المخلوقات الحية الدقيقة بالتربة إلى عدة ممالك أو مجموعات منها: البـكتيريا وبدائيات النواة (Actinobacteria) والفطريات والطحالب والأوليات، كل من هذه المجموعات لها خصائص ووظائف محدده في التربة.
علم الأحياء الدقيقة في التربة
حيث يوجد ما يقارب الـ 10 مليارات خلية بكتيرية في كل واحد جرام من التربة تعيش داخل وحول جذور النباتات، تعرف بـ (rhizosphere). في عام 2011 م، اكتشف فريق علمي أكثر من 33000 فصيلة من البكتيريا والـ (archaeal species) موجودة على جذور بنجر السكر.
ومن المعروف أيضا أن هذة المخلوقات الدقيقة الـ rhizobium سريعة الاستجابة والحساسية للتغيرات في الظروف البيئية المحيطة.
علم الأحياء الدقيقة في التربة البكتيريا
تعد البكتيريا والأركيا أصغر المخلوقات الحية في التربة بصرف النظر عن الفيروسات. البكتيريا والأركيا هي مخلوقات بدائية النواة يجدر الإشارة هنا إلى ان جميع المخلوقات الدقيقة الأخرى حقيقية النواة (مما يعني أن لديهم بنية خلية أكثر تطوراً مع عضيات داخلية وقدرة على القيام بعملية التكاثر الجنسي)، المخلوقات بدائية النواة لها بنية خلوية بسيطة للغاية تخلو من العضيات الداخلية في الخلية.  البكتيريا والاركيا هي من أكثر المخلوقات الحية الدقيقة وفرة وانتشار في التربة، حيث ان لها العديد من الوظائف الحيوية الهامة للتربة، بما في ذلك تثبيت النيتروجين.
علم الأحياء الدقيقة في التربة البكتيريا
واحدة من السمات الأكثر تميزا للبكتيريا هي القدرة على القيام بعمليات التحويل الكيميائي الحيوي، حيث يمكن للبكتيريا المسماة بـ Pseudomonas تحويل مجموعة واسعة من المواد الكيميائية والأسمدة، بالإضافة إلى أنه يمكن لجنس آخر يعرف باسم (Nitrobacter) وهي البكتيريا المستخدمة للنترات حيث يمكن لهذا الجنس أن يستمد طاقته فقط من خلال تحويل النتريت إلى نترات وتسمى هذه العملية ايضاً بالأكسدة الحيوية. هنالك جنس آخر يعرف بـ كلوستريديوم هو مثال للتنوع البكتيري لأنه على عكس معظم الأنواع المذكورة سابقاً له القدرة على النمو في بيئة خالية من الأكسجين وهذه العملية تعرف بالتنفس اللاهوائي. يجدر الإشارة هنا ان هنالك عدة أنواع من جنس الـ Pseudomonas ، مثل Pseudomonas aeruginosa لها القدرة على التنفس الهوائي واللاهوائي، باستخدام النترات كمستقبل للإلكترون الحر.
البكتيريا هي المسؤولة عن عملية تثبيت النيتروجين في التربة وهو القيام بتحويل النيتروجين في الغلاف الجوي إلى مركبات النيتروجين (مثل الأمونيا) التي يمكن الاستفادة منها من قبل النباتات، البكتيريا هي مخلوقات ذاتية التغذية تستمد طاقتها عن طريق صنع طعامها من خلال عملية الأكسدة بدلاً من التغذية على النباتات أو المخلوقات الحية الأخرى مثال على ذلك جنس الـ Nitrobacter، وهذا الجنس من البكتيريا هي المسؤولة عن تثبيت النيتروجين في التربة. يجدر الإشارة هنا إلى ان كمية البكتيريا ذاتية التغذية قليل جداً مقارنة بالبكتيريا المحللة أو غير ذاتية التغذية (حيث أنها تكتسب طاقتها من خلال تحليل النواتج النباتية أو المخلوقات الحية الدقيقة الأخرى)، ولكنها تعتبر ذات أهمية للتربة لأنه كل نبات ومخلوق حي يتطلبان النتروجين بطريقة ما.
علم الأحياء الدقيقة في التربة الفطريات الشعاعية (Actinomycetes)
الاكتينوميسيتات هي مخلوقات حية دقيقة توجد في التربة، وتصنف من البكتيريا لكنها قد تشترك في بعض الخصائص مع الفطريات، حيث أنه من المحتمل أن تكون نتيجة من التطور الحيوي بين الفصائل أو نتيجة للتقارب البيئة ونمط الحياة المشترك.
على الرغم من أنها تصنف من مملكة البكتيريا، إلا أن العديد من فصيلة الشعاعيات تشترك في الخصائص مع الفطريات، بما في ذلك الشكل والتفرع وتكوين الجراثيم البوغية وعمليات الأيض الثانوية.
واحدة من أكثر الخصائص البارزة في الاكتينومايسيتس هي قدرتها على إنتاج المضادات الحيوية مثل Streptomycin وneomycin وerythromycinوtetracycline، حيث يستخدم الستربتومايسين لعلاج السل والالتهابات التي تسببها بعض البكتيريا، ويستخدم نيومايسين للحد من خطر العدوى البكتيرية أثناء الجراحة، ويستخدم ايضاً الإريثروميسين لعلاج بعض الالتهابات التي تسببها البكتيريا، مثل التهاب الشعب الهوائية والسعال الديكي والالتهاب الرئوي والأذن والأمعاء والرئة والمسالك البولية والتهابات الجلد.
علم الأحياء الدقيقة في التربة الفطريات
توجد الفطريات بوفرة في التربة، ولكن تعد البكتيريا أكثر وفرة منها في التربة القاعدية خصوصاً، تكمن أهمية الفطريات في التربة كمصدر غذائي للعديد من المخلوقات الحية الأخرى، إلا أنها قد تسبب الأمراض للنباتات وبالإضافة إلى انها تبني بعض العلاقات التكافلية مع النباتات والمخلوقات الحية الأخرى والمفيدة لصحة التربة. الفطريات تقسم إلى أنواع متعددة حسب حجم وشكل ولون جراثيمها التناسلية الناتجة من التكاثر الجنسي، تتأثر الفطريات بالعوامل البيئة نفسها المؤثرة على نمو وتوزيع البكتيريا والاكتينوميسيتات. تعتبر جودة وكمية المادة العضوية في التربة معياراً لكثافة النمو الفطري، لأن معظم الفطريات تتغذى على المادة العضوية بالتربة، حيث يزدهر نمو الفطريات في البيئات الحمضية، في حين لا يمكن للبكتيريا والاكتينوميسيتات البقاء على قيد الحياة في البيئة عالية الحموضة مقارنة بالفطريات، مما يؤدي إلى وفرة الفطريات في المناطق الحمضية. تنمو الفطريات جيدًا أيضًا في التربة الجافة والقاحلة نظرًا لأن الفطريات هوائية التنفس (لها القدرة على امتصاص الاوكسين من الجو)، فكلما زاد محتوى الرطوبة في التربة، انخفضت نسبة الأكسجين المتاح للتنفس فيه.
علم الأحياء الدقيقة في التربة الطحالب
تعد الطحالب ذاتية التغذية حيث يمكنها أن تصنع غذائها بنفسها من خلال التمثيل الضوئي وهو عملية تحول الطاقة الضوئية إلى طاقة كيميائية يمكن تخزينها كمواد مغذية مفيدة لنمو الطحالب، فهذه العملية الحيوية تعتمد بشكل كلي على الضوء، لذلك فإن الطحالب تنتشر حيثما تتوفر أشعة الشمس والرطوبة المعتدلة، ولكن الطحالب لا تستطيع التعرض مباشرة إلى الشمس، لذا تعيش تحت سطح التربة مع توفر درجة الحرارة والظروف المعتدلة من الرطوبة، لدى الطحالب أيضا القدرة على تثبيت النيتروجين الجوي كما هو الحال في البكتيريا.
يمكن تقسيم الطحالب إلى ثلاث فصائل رئيسية:Cyanophyceae وChlorophyceae وBacillariaceae. فصيلة الـ Cyanophyceae المسماة بـ الطحالب الزرقاء المخضرة تحتوي على الكلوروفيل وهو المركب المسؤول عن اللون الأخضر المزرق فيها، وهو الجزيء الذي يمتص أشعة الشمس ويستخدم تلك الطاقة في إنتاج الكربوهيدرات من ثاني أكسيد الكربون والماء. اما الـ Chlorophyceae تحتوي على الكلوروفيل فقط مما يجعلها خضراء اللون، وتحتوي الـ Bacillariaceae على الكلوروفيل بالإضافة إلى أصباغ أخرى تجعل الطحالب بنية اللون.
علم الأحياء الدقيقة في التربة الطحالب
الطحالب الزرقاء المخضرة، أو Cyanophyceae ، هي المسؤولة عن تثبيت النيتروجين، حيث تعتمد كمية النيتروجين الذي يتم تثبيته بشكل كبير على العوامل الفسيولوجية والبيئية بدلاً من قدرات المخلوق الحي، ومن هذه العوامل شدة ضوء الشمس وتركيز مصدر النيتروجين غير العضوي والعضوي ودرجة الحرارة المحيطة والاستقرار البيئي.
علم الأحياء الدقيقة في التربة الأوليات
البروتوزوا هي مخلوقات حقيقية النواة كانت من أوائل المخلوقات الحية الدقيقة التي تتكاثر عن طريق الاتصال الجنسي، وهي خطوة تطورية مهمة في هذا النوع حيث تكون الأبواغ الزقية، وتتأثر الاوليات بنفس الظروف البيئية التي تعتمد عليها العديد من المخلوقات الحية الدقيقة في التربة. يمكن تقسيم البروتوزوا إلى ثلاث فئات: السوطيات واالاميبيات والبراميسيوم.
السوطيات هي أصغر فصائل البروتوزوا، ويمكن تقسيمها على أساس ما إذا كان يمكن للجنس المشاركة في عملية التمثيل الضوئي، لا يمكن للسوطيات التي لا تحتوي على الكلوروفيل أن تقوم بعملية التمثيل الضوئي لأن الكلوروفيل هو المركب الأساسي الذي يمتص أشعة الشمس، وهذا النوع غالباً توجد في التربة، لكن السوطيات التي تحتوي على الكلوروفيل تستطيع القيام بعملية التمثيل الضوئي وهي غالباً ما تكون في الماء. تصنف السوطيات حسب سوطها وهو الوسيلة المستخدمة للحركة في هذا الجنس، فبعض السوطيات تحتوي على عدة أسوط، بينما الأنواع الأخرى لها سوط واحد وهو يشبه فرعًا طويلًا ممتد من أحد أطرافها.
علم الأحياء الدقيقة في التربة الأوليات
الأميبا أكبر من السوطيات وتتحرك بطريقة مختلفة. يمكن تمييز الأميبا عن غيرها من البروتوزوا بخصائصها الشبيهة بـ pseudopodia وهي اللزوجة العالية. يعد البسيدوبوديوم أو «القدم الكاذبة» بمثابة انكماش أو نتوء مؤقت يظهر من جسم الأميبا والذي يساعدها في الانزلاق على الأسطح للحركة أو يساعدها أيضا في الحصول على الغذاء. لا تحتوي الأميبا على اسواط، كما أن الجراثيم الزوجية تتميز بلزوجة وتناسق يشبة الوحل أكثر من السوطيات.
البراميسيوم هي أكبر فصيلة في البروتوزوا، وتتحرك عبر أهداب قصيرة عديدة تنتج حركاتها اهتزازات خفيفة، تشبه أهدابها الشعيرات القصيره تحيط بها من جميع الجهات لذلك يمكن للاميبا أن تتحرك في اتجاهات مختلفة، ما يميزها بسرعة حركتها عن باقي الاوليات ويساعد في انتشارها مقارنة بالسوطيات أو الأميبيات.
علم الأحياء الدقيقة في التربة التناغم في العلاقات التكافلية
الهرمونات النباتية مثل حمض الصفصاف وحمض الياسمين والإيثيلين تعتبر منضمات رئيسية للمناعة في أوراق النبات، على سبيل المثال: النبات الحامل لطفرة ضعف القدرة في إفراز حامض الساليسيليك يكون شديد الحساسية للميكروبات التي تتطفل على النبات للحصول على الغذاء، في حين أن النبات المصاب بطفرة عدم القدرة في إفراز حمض الياسمين والإيثيلين يكون ذو حساسية مفرطة للحشرات والأحياء الدقيقة التي تتطفل على الخلايا النباتية من أجل الغذاء، يعد التعديل الجيني لمجتمع من المخلوقات الحية الدقيقة المتطفلة في جذور النباتات أكثر تعقيداً من إزالة بعض مسببات الأمراض داخل الاوراق النباتية. وبالتالي يتطلب لتنظيم العلاقات التكافلية والتطفلية في جذور النبات مع المخلوقات الحية االدقيقة آليات مناعية أخرى مختلفة عن تلك التي تتحكم في الميكروبات المتطفله على اوراق النبات.
علم الأحياء الدقيقة في التربة التناغم في العلاقات التكافلية
في دراسة أجريت عام 2015 م لتحليل تاثير مجموعة من الطفرات لـهرمون الأرابيدوبسيس (والتي تسبب خلل في افراز هذا الهرمون وتزيد من حساسية النبات) على العلاقة التكافلية مع سلالات من الأحياء الدقيقة في التربة المجاورة للجذور والبكتيريا التي تعيش داخل أنسجة الجذور، حفز هذا القصور في النبات على حدوث تغييرات في حساسية النبات بإفراز حمض الساليسيليك مما ادى إلى ارتفاع معدل النمو البكتيري في أنسجة الجذر الداخلية. كانت هذه النتيجة ظاهرة عامة في العديد من العائلات المصابة، مما يشير إلى أن حمض الساليسيليك قد يكون منظمًا أساسيًا لمناعة النبات من الأحياء الدقيقة المتطفلة الضارة.
تزيد هرمونات المناعة النباتية أيضًا من معدل النمو النباتي والتمثيل الغذائي بالإضافة إلى الاستجابات للجهد اللاحيوي، مما يعزز الية التنظيم المناعي الدقيقة من قبل حمض الساليسيليك للنمو الميكروبي الضار.
أثناء عملية التخصيب النباتي يتم اختيار السلالات ذات السمات الأفضل، ولكن ليس للعلاقة التكافلية مع الأحياء الدقيقة أي رابط بهذا الاختيار، مع العلم ان التغييرات الطفيفة في النمو التكافلي البكتيري مع النبات يمكن أن يكون لها تأثير كبيراً على مناعة النبات ووظائفها الحيوية، قد يسبب هذا بدوره من التقليل من الآثار الناتجة من العلاقة التكافلية مع الأحياء الدقيقة.
علم الأحياء الدقيقة في التربة التطبيقات الحيوية
يمكن للمخلوقات الحية الدقيقة في التربة أن تجعل المواد الغذائية من معادن مهمه للنبات متاحة في التربة وايضا قد تساهم هذه المخلوقات الدقيقة في إنتاج الهرمونات المحفزة للنمو وتحفز ايضاً الجهاز المناعي للنبات وقد تثير أو تضعف استجابات النبات الإجهاد بفعل الجفاف أو الرطوبة. بشكل عام، ينتج عن النمو الحيوي للأحياء الدقيقة في التربة تنوعًا نباتيا أكبر مع التقليل من الأمراض النباتية وزيادة المحصول.
يمكن أن تدمر الزراعة الـ rhiziobiome في التربة وهو النظام البيئي الحيوي للأحياء الدقيقة في التربة، باستخدام محسنات التربة مثل الأسمدة والمبيدات الحشرية دون التعويض عن آثارها السلبية الضارة للنظام البيئي الحيوي في التربة. على النقيض من ذلك، يمكن للتربة السليمة أن تزيد من الخصوبة بطرق متعددة بما في ذلك توفير المواد الغذائية مثل النيتروجين والحماية من الآفات والأمراض مع تقليل الحاجة إلى الماء والمدخلات الأخرى. قد يساعد هذا النظام البيئي التكافلي احياناً للزراعة في التربة التي لم تكن تعتبر قابلة للحياة.
علم الأحياء الدقيقة في التربة التطبيقات الحيوية
تعيش مجموعة البكتيريا المعروفة باسم ريزوبيا داخل جذور البقوليات وتقوم بتثبيت النيتروجين الجوي إلى مركبات مفيدة للنبات.
الجذريات الفطرية (Mycorrhizae) أو تسمى بـ الفطر الجذري والتي تشكل جذور أو خيوط رقيقة والتي تصل إلى حد بعيد في التربة يمكن وصفها بأنها امتدادا لجذور النباتات التي تعيش فيه أو معه، هذا النوع من العلاقة التكافلية تسهل امتصاص المياه للنبات بالإضافة إلى امتصاص مجموعة واسعة من المواد الغذائية في التربة.
يتم إطلاق ما يصل إلى 30٪ من الكربون المثبت من قبل النبات من الجذور ويطلق على هذه النواتج افرازات حيث يتضمن هذا الإفراز السكريات والأحماض الأمينية والفلافونويدات والأحماض الأليفاتية والأحماض الدهنية، التي قد تجذب وتغذي الأنواع الميكروبية المفيدة مع توفير الحماية من الأنواع الضارة.
علم الأحياء الدقيقة في التربة التطبيقات الحيوية
تقريباً كل المخلوقات الدقيقة التي تم اكتشافها عبارة عن مبيدات حيوية طبيعية، حيث تنتج حوالي مليار دولار سنويًا، أي أقل من 1٪ من سوق التعديل الكيميائي والتي تقدر بنحو 110 مليارات الدولارات. لفترة من الزمن قد تم تسويق بعض أنواع الميكروبات مثل الترايكوديرما (Trichoderma) وهي الفطريات التي تثبط نمو غيرها من الفطريات المسببة للأمراض، والسامة أو مثل Bacillus thuringiensis وهي قد تكون القاتلة للميكروبات الأخرى. أيضا يعد الـ Serenade وهو مبيد حيوي يحتوي على البكتيريا العصوية هذا النوع عبارة عن سلالة بكتيرية لها خصائص مضادة للفطريات والبكتيريا وبالإضافة إلى انها تعزز نمو النبات، يستخدم على هيئة سائل على النباتات وعلى التربة لمحاربة مجموعة من مسببات الأمراض، وهذا النوع له قبول شديد في كل من الزراعة التقليدية والعضوية.
علم الأحياء الدقيقة في التربة التطبيقات الحيوية
بدأت معظم الشركات الاسمدة الزراعية الكيميائية مثل باير (Bayer) الاستثمار في التقنية الحيوية، حيث في عام 2012 م اشترت Bayer شركة AgraQuest وهي المتخصصة في الأبحاث التقنية الحيوية بمقابل 425 مليون دولار، لتمول ميزانية الأبحاث السنوية البالغة 10 ملايين يورو هذه الأبحاث تتضمن اختبارات ميدانية لعشرات الفطريات والبكتيريا المكتشفة حديثاً كبديل للمبيدات الكيميائية أو تستخدم كمنشطات حيوية تعزيز صحة المحاصيل الزراعية ونموها وكثافتها. أقامت شركة Novozymes وهي شركة لتطوير الأسمدة ومبيدات الآفات الأحياء الدقيقة اتفاقية مع شركة مونسانتو لاستثمارالـ Monsanto في المخصبات الحيوية التي تحتوي على فطر التربة   <i></i>Penicillium bilaiae وbioinsecticide التي تحتوي على فطر  Metarhizium anisopliae. في عام 2014 م استحوذت شركتي Syngenta وBASF على شركات تقوم بتطوير منتجات حيوية، كما فعلت دوبونت في عام 2015 م ذلك ايضاً.