Risosfäär

Risosfäär on taimejuurte pinda ja juurte lähisruumi ümbritsev muld, muda või vesi, milles mikroobide kooslust mõjutavad otseselt juured ja nende eritised. Peale mikroorganismide leidub risosfääris ka seeni ja loomi. Risosfääri koostis on taimede jaoks oluline selle pärast, et see on keskkond, kust taim saab oma elutegevuseks vajalikke aineid ja mikroelemente. 
Taimejuurte lähiümbruse mullakiht on tavaliselt mõne millimeetri paksune ja võib sisaldada 1010–1012 bakterirakku. Risosfääri struktuur ja koostis sõltuvad oluliselt mulla tüübist ja taime liigist, kuna taimeliigid eelistavad spetsiifilisi mikroobiliikide esinemist ja püüavad neid meelitada. Selle põhjuseks on see, et eriomased mikroobiliigid võivad eri moodi mõjutada selle keskkonna keemilist koostist ning potentsiaalselt mõjutada taime arengut ja kasvu. Tihti võib risosfäärist leida "Rhizobia" seltsi liike, kes on tavaliselt sümbiootilised lämmastiku fikseerijad. Sümbioos on suhe kahe liigi vahel, kus kumbki pool saab kasu. "Rhizobia" seltsi bakterid moodustavad õhu lämmastikust (N2) ammoniaagi (NH3), mis on taimede jaoks tähtis lämmastiku allikas. Taim omakorda tagab bakteritele hapnikuvaba keskkonna, et nende ensüümid töötaksid korralikult. Olulised on ka "Pseudomonas" perekonna liigid, kes moodustavad taimejuurte peal biokilet, kaitstes neid haigustekitajate eest. Risosfääris leidub ka "Bacillus", "Streptomyces", "Trichoderma" ja "Fusarium" liike.
Risosfäärsed interaktsioonid.
Interaktsioone jaotatakse mõju järgi kaheks: positiivsed ehk vähemalt ühele poole kasulikud interaktsioonid (sümbioos või soodustamine) ja negatiivsed ehk vähemalt ühele poole negatiivsed interaktsioonid (konkurents, kisklus, parasitism).
Positiivse taimedevahelise interaktsiooni illustreerimiseks võib tuua "Vicia faba "(põldoa) fütotoksiinid, mis kaitsevad naabertaimi taimetoiduliste loomade eest. Taimetoiduliste loomade tekitatud vigastused kutsuvad "Vicia fabas" esile fütotoksiinide sünteesi, mis levivad risosfäärsete taimedevaheliste interaktsioonide (ühenduste) kaudu naabertaimedesse. Need fütotoksiinid kutsuvad esile mittevigastatud naabertaimedes lenduvate ühendite sünteesi, mis meelitavad taimetoiduliste loomade parasiite. Tänu selle mehhanismile "Vicia faba" organismid võivad kaudselt reguleerida taimetoiduliste populatsiooni.
Negatiivse taim-bakter interaktsiooni näiteks võib tuua paljude taimede poolt eritatavaid antimikroobseid aineid, mis takistavad risosfääris taimepatogeenide levikut.
Anorgaanilised ained.
Üks olulisemaid makroelemente taimede jaoks on fosfor, mis kuulub nukleiinhapete, ATP, signaalmolekulide ja paljude teiste taime elutegevuse jaoks oluliste ainete koosseisu. Taimedele kättesaadava fosfori kontsentratsioon risosfääris ei ole stabiilne, mistõttu sõltub ta oluliselt reaktsioonidest, kus lahustuv fosfor eraldub mineraalidest. Taimedel on mitmeid mehhanisme, et omastada pinnasest fosforit. Osa taimi (näiteks "Lupinus albus "e. valge lupiin) eritavad risosfääri anorgaanilisi ioone selleks, et vabastada fosforit, näiteks, Ca-P mineraalidest, kuna anorgaanilised anioonid moodustavad Ca2+ tugevamaid komplekse, kui fosfor. Lisaks sellele, anorgaanilised anioonid alandavad mulla pH, mis soodustab oluliste mikroelementide (Zn, Ca, Mg) vabanemist mineraalidest risosfääri. Tuvihernes ("Cajanus cajan") eritab mulda 2,3-Dihüdroksü-2-[(4-hüdroksüfenüül)methüül]butaandiool hapet, mis kelaatub rauda FePO4st, vabastades PO4. Mõni taim (näiteks "Brassica campestris") loob enda lähedal sobiliku keskkonna spetsiifiliste bakterite jaoks (näiteks "Pseudomonas aeruginosa"). Need bakterid võivad toota siderofoore – aineid, mis moodustavad kelaate lahustumatu anorgaaniliste ainetega, suurendades nende kättesaadavust taimedele.
Uuringud on näidanud, et orgaaniliste anioonide kontsentratsiooni tõusmine risosfääris põhjustab raskmetallide (Cr3+, Cd2+, U-) kogunemist taimelehtedesse. See viitab sellele, et taimed võivad kasutada seda mehhanismi ka teiste elementide kättesaamiseks.
Juureeritised.
Taimed eritavad risosfääri mitmesuguseid aineid, igal neist on oma kindel funktsioon. Taimed võivad eritada orgaanilisi anioone (tsitraat, malaat, oksalaat, fumaraat, atsetaat jt), mis on olulisteks substraatideks mõnede mikroorganismide jaoks ning soodustavad mikro- ja makroelementide kättesaadavust taimedele. Eritatakse ka vett ja hapnikku, ensüüme ja süsiniku-sisaldavaid primaarseid ja sekundaarseid metaboliite. On näidatud, et 10–44% kogu taimes fikseeritud süsinikust eritatakse juurte kaudu. Juureeritised on ka oluliseks kaitsemehhanismiks taimepatogeenide eest. Taimed on võimelised eritama mulda flavonoide, mis on keemilised atraktandid mikroorganismidele ja on vajalikud taime ja mikroobide vaheliste interaktsioonide tekkimiseks. Mõned mikroorganismid, mida taimed meelitavad flavonoididega, võivad toota antibiootilisi aineid ja hävitada taimepatogeene. Juureeritised on ka olulised taimedevahelistes interaktsioonides. Näiteks, allelopaatia puhul mõjutavad taimed neid ümbritsevaid taimi, kasutades selleks spetsiifilisi fütotoksiine. Need fütotoksiinid võivad põhjustada naabertaimedes kasvuhäireid või elujõulisuse vähenemist. "Acroptilon repens "(roomav akroptilon) toodab ainet nimega 2-fenüülbenso[h]kromen-4-oon, mis piisava kontsentratsiooni juures võib mõjutada naabertaimede füsioloogiat, pärssida kasvu ja arengut.
Mikroorganismid risosfääris.
Bakteriaalne kooslus risosfääris on eriti oluline taimede jaoks ning eri bakteriliikide esinemine risosfääris võib mõjutada taimede elujõulisust. Taimed kasutavad mikroorganisme eri eesmärkidel, mille hulgas on toitainete saamine ja kaitse haigustekitajate eest. Näiteks lämmastiku nälja tingimustes kaunviljalised eritavad mulda spetsiifilisi flavonoide. Need flavonoidid põhjustavad "Rhizobium" perekonna bakterites "nod"-geenide aktivatsiooni, mis omakorda viib mikroorganismid nod-faktorite sünteesile. Nod-faktorid on keemilised signaalained (lipokitooligosahhariidid), mis suunavad taimi moodustama nooduleid – sfäärilisi moodustisi juurte peal, mille sees on lämmastiku fikseerivad bakterid. Selle tagajärjel kujuneb sümbiootiline suhe taime ja bakteri vahel. Tänu sellele taim saab lämmastikku (NH3 kujul) ja omakorda toodab leghemoglobiini, ensüümi, mis eemaldab noodulitest hapniku, et nitrogenaas (ensüüm lämmastiku fikseerimiseks) oleks võimeline töötama.
"Hordeum vulgare "(oder) ja lisaks veel mõned teised põllumajanduslikult olulised taimeliigid (mais, nisu, maasikas) kasutavad "Pseudomonas" perekonna esindajaid selleks, et kaitsta ennast haigustekitajatest. "Pseudomonas" perekonna bakterid on väga võimekad risosfääri koloniseerijad ja omandavad suhteliselt suurt kohanemisvõimet. Selle tõttu nad on võimelised kasutama palju erinevaid süsinikuallikaid. Taim eritab risosfääri orgaanilisi happeid ja suhkruid, mis on mulla tingimustes oluliseks toiduallikaks bakteritele. Tänu juurte poolt eritatud süsinikuühenditele hakkavad "Pseudomonas" perekonna esindajad aktiivselt koloniseerima juuri, esiteks moodustades mikrokolooniaid. Hiljem kolooniate rakud hakkavad produtseerima eksopolüsahhariide ja moodustama biokilet, mis ei lase patogeensetele bakteritele tekitada taimedele mingit kahju. Oluline tegur juurte koloniseerimisel on bakterite liikumisvõime. Juured pidevalt kasvavad, mis tähendab, et koloniseerida tuleb rohkem pinda. Kui bakterite liikumisvõime on piiratud (näiteks viburite valkude kodeerivad geenid on kahjustatud) – kaotab bakter kohe oma konkurentsivõimet juurte koloniseerimisel.
Obligatoorne taimeparasiit "Plasmodiophora brassicae" on eukarüoot ja nakatab ristõielisi. Nakatamine algab spoori sisenemisega juure rakku ning seda etappi nimetatakse juurekarva infektsiooni staadiumiks. Pärast seda moodustub spoorist primaarne plasmoodium, mis edasi lõigustub zoosporangiumiteks. Kui kaks zoospoori liituvad, siis moodustub sekundaarne zoospoor. Sekundaarne zoospoor on võimeline minema kortikaalsete rakkude sisse (juurekarvast läheb juure sisse), kutsudes esile sekundaarset infektsiooni. Sekundaarsest zoospoorist moodustub kortikaalrakus sekundaarne plasmoodium, mis põhjustab juurtes pahu kujunemist. Sekundaarsest plasmoodiumist moodustuvad küpsed spoorid, mis väljuvad taimerakku ja nakatavad uut organismi.