ไรโซเบียม

ไรโซเบียม (Rhizobium) เป็นจีนัสของแบคทีเรียที่อยู่ในปมรากของพืชตระกูลถั่ว มีรูปร่างไม่แน่นอน เปลี่ยนแปลงตลอดวงชีวิต แหล่งพลังงานของไรโซเบียมได้แก่ มอลโตส ซูโครส กลูโคสและแมนนิทอลแต่ไม่สามารถใช้เซลลูโลส แป้งและเพกตินเป็นแหล่งพลังงานได้  เมื่อมีคาร์บอนมากเกินไป ไรโซเบียมจะสะสมอาหารในรูป poly-3-hydroxybutyrate (PHB) เพื่อนำไปใช้ในช่วงมืด ภาวะอดอยากหรือสภาวะที่ปมรากเริ่มชรา ใช้ออกซิเจนเป็นตัวรับอิเล็กตรอน ถ้าอยู่ในปมรากจะได้ไนโตรเจนจากอากาศ ถ้าอยู่ในอาหารเลี้ยงเชื้อต้องเติมไนโตรเจนลงในอาหารด้วย แบ่งตามการเจริญในอาหารเลี้ยงเชื้อเป็น 2 กลุ่มคือ พวกเจริญเร็ว เกิดโคโลนีภายใน 3-5 วัน กับพวกเจริญช้า เกิดโคโลนีภายใน 5-10 วัน
== การจัดจำแนก ==
ไรโซเบียมแบ่งได้เป็น 3 กลุ่มคือ 
Rhizobium เป็นกลุ่มที่เจริญเร็ว เกิดปมกับถั่วอัลฟัลฟา ถั่วลันเตา และพืชตระกูลถั่วอื่น
Bradyrhizobium เป็นกลุ่มที่เจริญช้า เกิดปมกับถั่วเหลือง ถั่วพร้า และถั่วในเขตร้อนอื่น เป็นประชากรกลุ่มใหญ่ของไรโซเบียมในประเทศไทย ประมาณ 99% 
Azorhizobiumเป็นกลุ่มที่เกิดปมกับลำต้นพืชตระกูลถั่ว และตรึงไนโตรเจนเมื่ออยู่เป็นอิสระได้

การจัดจำแนกไรโซเบียมในปัจจุบันมี 5 วิธี ได้แก่ 
การจัดจำแนกโดย Fred (1932) และ Breed (1975) จัดให้อยู่ในดิวิชัน Protophyta คลาส Schizomycetes อันดับ Eubacteriales วงศ์ Rhizobiaceae สกุล Rhizobium
การจัดจำแนกตามพืชตระกูลถั่วที่ทำให้เกิดปม ใช้หลักความสามารถที่ทำให้พืชตระกูลถั่วเกิดปมได้เป็นเกณฑ์  วิธีนีเจแนกไรโซเบียมได้หลายชนิด และแบ่งถั่วเป็นกลุ่มได้ 20 กลุ่ม แต่มีความสัมพันธ์ชัดเจนเพียง 6 กลุ่ม นอกจากนั้นยังมีความไม่แน่นอนที่ไรโซเบียมบางสายพันธุ์ทำให้ถั่วต่างกลุ่มเกิดปมได้ อย่างไรก็ตาม ชื่อสปีชีส์ของไรโซเบียมในปัจจุบันกำหนดโดยวิธีนี้
การจัดจำแนกตามความสามารถในการผลิตกรดหรือด่าง ซึ่งแบ่งได้เป็น 2 ชนิดคือ ชนิดที่ผลิตกรด กับชนิดที่ผลิตด่างในอาหาร นิยมใช้เป็นวิธีที่ทดสอบข้อมูลเบื้องต้นของไรโซเบียม
การจัดจำแนกโดยใช้ข้อมูลจากดีเอ็นเอ
การจัดจำแนกโดยนำลักษณะหรือสมบัติต่างๆ มาเปรียบเทียบแล้วหาร้อยละความคล้ายคลึง
== วงชีวิต ==
วงชีวิตของไรโซเบียมมีขั้นตอนดังนี้ 
เซลล์รูปกลม ไม่เคลื่อนที่ พบในสารละลายดินที่มีฤทธิ์เป็นกลาง
เซลล์มีขนาดโตขึ้น รูปกลม พบในสภาพแวดล้อมที่มีฟอสเฟตหรือคาร์โบไฮเดรตบางชนิด
เซลล์ขยายเป็นรูปวงรี มีแฟลกเจลลา เคลื่อนที่ได้เร็ว
เซลล์ขยายตัวมากขึ้นจนเป็นท่อนยาวเล็ก เคลื่อนที่ช้าลง
เซลล์เป็นท่อนยาว สร้างท่อเส้นด้ายและเข้าสู่พืช
เซลล์ในปมรากอยู่ในรูปของแบคทีรอยด์ พร้อมที่จะแบ่งตัวมาเป็นเซลล์รูปกลมอีกครั้ง
== การเข้าสู่พืชตระกูลถั่ว ==
===การเกิดปมที่ราก===
เริ่มจากพืชตระกูลถั่วส่งสัญญาณทางเคมี เป็นสารกลุ่มฟลาโวนอยด์ หรือไอโซฟลาโวนอยด์ สารนี้จะไปกระตุ้นการทำงานของ nod gene ในไรโซเบียม เมื่อยีนนี้ทำงานจะกระตุ้นให้ไรโซเบียมสร้างและปล่อยสารที่กระตุ้นให้รากพืชโค้งงอและเกิดการแบ่งตัวของเนื้อเยื่อเจริญจนเป็นปม พร้อมกันนั้น ผนังเซลล์ของพืชจะออ่อนตัวลงและยอมให้ไรโซเบียมเข้าสู่เซลล์ได้ ถั่วบางชนิดที่ไม่มีรากขนอ่อน เช่นถั่วลิสง ไรโซเบียมจะเข้าทางรอยแตกที่รากแขนงแทงออกมา
===การเกิดปมที่ลำต้น===
พืชที่เกิดปมกับไรโซเบียมที่ลำต้นมีน้อย ที่ได้รับความสนใจเป็นพิเศษคือโสนแอฟริกันเพราะมีตำแหน่งการเกิดปมบนลำต้นที่ทราบล่วงหน้าได้ และเกิดขึ้นอย่างอิสระ ไม่ขึ้นกับไรโซเบียม ไรโซเบียมจะเข้าสู่ลำต้นทางรอยแตกหรือรอยแยกบนปุ่มกลม 
===ลักษณะของปมรากถั่ว===
ปมที่มีประสิทธิภาพในการตรึงไนโตรเจนต้องมีรูปร่างถูกต้องตามลักษณะของถั่ว ขนาดโตพอสมควร ผิวเรียบ ไม่ขรุขระ ควรจับเป็นกลุ่มบริเวณรากแก้ว มีสีแดงหรือสีชมพูของ legheamoglobin มีจำนวนปมมากพอสมควร 
โครงสร้างของปมรากพืชตระกูลถั่วมี 4 ชั้น ดังนี้
ชั้นนอกสุดเป็นเนื้อเยื่อพาเรงไคมา บางครั้งจะมีแทนนินด้วย
ชั้นเนื้อเยื่อเจริญ อยู่ด้านนอกถัดจากชั้นแรกเข้ามา ในถั่วบางชนิดเห็นชัด แต่บางชนิดไม่เห็นเลย
เนื้อเยื่อลำเลียง เกิดขึ้นหลังจากเกิดปมแล้ว โดยเจริญมาจากเนื้อเยื่อลำเลียงของรากพืช
ส่วนที่มีแบคทีรอยด์อยู่ เป็นบริเวณที่แยกจากเนื้อเยื่อลำเลียงอย่างชัดเจน มีแบคทีรอยด์จำนวนมาก มักมีสีแดงของ legheamoglobin
== ปัจจัยที่มีผลต่อการเจริญ ==
อุณหภูมิ อุณหภูมิที่ทำให้เกิดปมได้ดีที่สุดคือ 20 -30 องศาเซลเซียส ถ้าสูงหรือต่ำกว่านี้การเกิดปมจะลดลง ซึ่งอุณหภูมินี้เกี่ยวข้องกับการทำงานของเอนไซม์ไนโตรจีเนสด้วย
pH การตรึงไนโตรเจนที่เกิดในพืชตระกูลถั่วและไรโซเบียม เกิดที่ pH 5-8
แสง
* อิทธิพลของแสงจากการสังเคราะห์ด้วยแสง จะส่งผลต่อปริมาณคาร์โบไฮเดรตที่ส่งมายังราก ถ้าอัตราส่วนระหว่างคาร์บอนต่อไนโตรเจนไม่เหมาะสม การตรึงไนโตรเจนจะหยุด
* อิทธิพลของแสงสีแดง แสงสีแดงมีอิทธิพลต่อการแบ่งเซลล์ในรากพืชให้เกิดเป็นปมขึ้น
น้ำ ถ้าน้ำในดินต่ำมากจนน้ำหนักปมลดลงต่ำกว่า 80% ของน้ำหนักที่อุ้มน้ำเต็มที่ การตรึงไนโตรเจนจะหยุด ปมรากจะหลุดออก ถ้าน้ำท่วม การตรึงไนโตรเจนในรากจะต่ำมาก ถ้าน้ำขังนานเกินไป ปมจะเน่าไป
อิทธิพลของธาตุต่างๆ 
* ไนโตรเจน ไนโตรเจนต่ำจะกระตุ้นให้เกิดปมได้ดี ถ้าสูงเกินไปจะขัดขวางการเข้าสู่ปมของไรโซเบียม
* ฟอสฟอรัสและโพแทสเซียม ส่งผลต่อการเจริญของต้นถั่วมากกว่า
* แคลเซียม ช่วยให้ไรโซเบียมเพิ่มจำนวนก่อนเข้าสู่ปมราก การเข้าสู่รากพืชต้องการแคลเซียมสูง
* แมกนีเซียม มีความจำเป็นต่อการทำงานของ ATP และส่งผลต่อการเจริญของต้นถั่ว
* กำมะถัน เป็นองค์ประกอบของเอนไซม์ไนโตรจีเนส ถ้าไม่พอ การตรึงไนโตรเจนถูกจำกัด
* แมงกานีส สังกะสี ทองแดง อะลูมิเนียม ถ้ามีมากเกินไปจะทำให้เกิดปมได้น้อยลง
* โมลิบดินัม เป็นองค์ประกอบของเอนไซม์ไนโตรจีเนส ถ้าไม่พอ การตรึงไนโตรเจนถูกจำกัด
* โคบอลต์ เป็นองค์ประกอบของวิตามินบีสิบสอง เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ legheamoglobin
* โบรอน จำเป็นต่อการตรึงไนโตรเจนแต่ยังไม่ทราบกลไก
* แคดเมียม ถ้ามีมากเกินไปเป็นพิษต่อเอนไซม์ไนโตรจีเนส
* เหล็ก เป็นองค์ประกอบของไนโตรจีเนสและโปรตีนอื่นๆ เช่น legheamoglobin ไรโซเบียมจะสร้าง siderophore เพื่อช่วยในการนำเหล็กมาใช้ภายในเซลล์ การขาดเหล็กทำให้การพัฒนาของปมถูกจำกัด นอกจากนั้น เหล็กยังมีบทบาทสำคัญในการตรึงไนโตรเจนโดยเป็นโคแฟคเตอร์ในการสร้าง โปรตีนควบคุมการตรึงไนโตรเจน (NiFA) ที่ทำงานได้ 
อิทธิพลของก๊าซ
* ก๊าซไนโตรเจน ต้องมีในระดับที่เพียงพอ และขึ้นกับความสามารถในการแพร่เข้าสู่ปม
* ก๊าซไฮโดรเจน เป็นตัวให้อิเล็กตรอนแก่การตรึงไนโตรเจน และป้องกันอันตรายของออกซิเจนต่อไนโตรจีเนส ถ้ามีออกซิเจนมากไป
* แก๊สออกซิเจน ต้องมีปริมาณต่ำจึงจะเกิดการตรึงไนโตรเจนได้ดี ถ้ามากไปจะยับยั้งการทำงานของไนโตรจีเนส น้อยเกินไปไม่เพียงพอต่อการหายใจของไรโซเบียม legheamoglobin จะรวมกับออกซิเจนได้เป็น oxygenated legheamoglobin ซึ่งจะเป็นตัวรับอิเล็กตรอนในการหายใจของไรโซเบียมในปม
* ก๊าซคาร์บอนมอนอกไซด์ จับกับไนโตรจีเนสได้ดี จึงเป็นคู่แข่งขันกับก๊าซไนโตรเจน และยังแข่งขันกับแก๊สออกซิเจนในการจับกับ legheamoglobin ได้ด้วย ทำให้ความสามารถในการควบคุมปริมาณออกซิเจนของ legheamoglobin ลดลง
* ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ลดอัตราการหายใจของแบคทีรอยด์ในปมรวมทั้งไรโซเบียมในดิน
* ก๊าซอะเซทิลีน แข่งขันกับก๊าซไนโตรเจนในการจับกับไนโตรจีเนส
* ก๊าซเอทิลีน ทำให้การเกิดปมหยุดชะงัก
จุลินทรีย์ในดิน จุลินทรีย์บางชนิดสร้างสารปฏิชีวนะทำให้ไรโซเบียมหยุดการเจริญเติบโต จุลินทรีย์บางชนิด เช่น Bdellouibrio ทำลายเซลล์ของไรโซเบียมโดยตรง จุลินทรีย์บางชนิดสร้างสารที่เป็นประโยชน์ต่อไรโซเบียม เช่น Cytophaga ซึ่งย่อยสลายเซลลูโลสให้เป็นอาหารของไรโซเบียม
อินทรียวัตถุ ถ้ามีมากจะทำให้ไรโซเบียมมีชีวิตอยู่ในดินได้นานโดยไม่ต้องอาศัยพืชตระกูลถั่ว แต่สารอินทรีย์ที่เป็นพิษต่อไรโซเบียม เช่น กรดฟีโนลิก จะทำให้การเจริญของไรโซเบียมหยุดชะงักและเกิดการกลายพันธุ์ได้
บริเวณไรโซสเฟียร์ของพืช  สารอินทรีย์ที่ปล่อยออกมาจากรากพืชชนิดอื่นมีประโยชน์ต่อไรโซเบียมเช่นกัน เช่น สารที่ปล่อยออกมาจากรากพืชของพืชวงศ์ Polygonaceae Malvaceae Graminae แต่พืชบางชนิด เช่น ทานตะวัน จะปล่อยสารที่เป็นพิษต่อไรโซเบียม 
ฤดูกาลและการใช้พื้นที่ พื้นที่ป่าที่ไม่ถูกรบกวนมีไรโซเบียมน้อยกว่าพื้นที่ทำการเกษตร ประชากรของไรโซเบียมในดินในฤดูหนาวจะต่ำกว่าฤดูฝนและฤดูแล้ง 
สารปราบศัตรูพืช ทำให้การเจริญของไรโซเบียมหยุดะงักหรือเกิดการกลายพันธุ์ โดยเฉพาะสารกำจัดวัชพืช 
== การใช้ประโยชน์ ==
การใช้เป็นปุ๋ยพืชสด โดยนำไปคลุกกับพืชตระกูลถั่วก่อนปลูกเป็นปุ๋ยพืชสด 
การเพิ่มประสิทธิภาพของไรโซเบียมโดยการปรับปรุงพันธุ์หรือใช้ร่วมกับแบคทีเรียชนิดอื่น เช่น แบคทีเรียที่ผลิตยาปฏิชีวนะเพื่อเพิ่มการยึดครองพื้นที่และการเกิดปม หรือการการถ่ายฝากยีน nif จากไรโซเบียมไปยังพืช
การตัดต่อยีนที่ย่อยสลายสารพิษเข้าสู่ไรโซเบียม เพื่อให้ไรโซเบียมนั้นย่อยสลายสารพิษได้ด้วย เช่น การเพิ่มยีนที่ย่อยสลาย ไตรคลอโรเอทิลีน เข้าสู่ไรโซเบียมทำให้ไรโซเบียมนั้นย่อยสลายสารพิษได้
== อ้างอิง ==
== แหล่งข้อมูลอื่น ==
Current research on Rhizobium leguminosarum at the Norwich Research Park
สกุลแบคทีเรีย