חיידקי חנקן בקטניות

חיידקי חנקן בקטניות  \  אהוד קלפון

 

בני אדם ובעלי חיים ניזונים מצמחי קטניות העשירים בחלבונים, סיבים תזונתיים, ויטמינים ומינראלים. שורשי הקטניות מקבעים חנקן אטמוספרי בעזרת חיידקים ומעשירים את הקרקע בחנקן לטובת הגידול הבא אחריהם. זה המקור הטבעי הגדול ביותר, של דישון קרקעות חקלאיות בחנקן, החשוב להתפתחות וגדילה של גידולי שדה, וליצירת מזון עשיר בחלבונים. בכל שנה מופקים בעולם 20 מיליון טון חנקן מהאטמוספרה.

חיידקי ריזוביום -Rhizobium  -, חיים באדמה וחודרים לשורשי הקטניות, שם הם מתרכזים במושבות בתוך פקעיות החנקן. הם הופכים חנקן האוויר Nitrogen - N2 לאמוניה, שהיא תרכובת חנקן ומימן - NH3 - הזמינה לצמחים. תרכובת זו משמשת להרכבת חומצות אמינו, שהן אבני היסוד והבניין של כל החלבונים. קיימות 20 חומצות אמינו, שהן תרכובות אורגניות, היוצרות חלבונים בכל היצורים. בצמחי הקטניות, מתקיימת תקשורת בין חיידקי ריזוביום לבין שורשי הצמח, וכך מתאפשרת חדירתם אל תוך השורשים מבלי שיחשבו לחיידקים פתוגנים שצריך להילחם בהם. הצמח נהנה מהסימביוזה על ידי העשרתו בחנקן הנחוץ לתאיו ליצירת חלבונים, והחיידקים נהנים מהסוכרים שמספק להם הצמח.
בחקלאות אורגאנית משתמשים בזבל ירוק (קטניות) וקומפוסט להעשרת הקרקע, במקום בדשנים כימיים.
מגדלים תלתן, בקיה, או צמחי קטניות אחרים, והופכים אותם לתוך הקרקע, להעשרתה בחנקן. לעתים מוסיפים בקטריות לקרקע (ביקטור) כדי שיחדרו לשורשי הקטניות, ישפרו את איכותם ויגדילו את יבולם. בתעשייה, משתמשים באמוניה - NH3 - הנמסה בקלות במים, להכנת דשן כימי חנקני שמוסיפים לקרקעות חקלאיות להעשרתן בחנקן.
צוות חוקרים מאוניברסיטת אוקלהומה בארה"ב ביחד עם 128 חוקרים מ 30 מדינות, הצליחו לפצח את רצף הגנום של צמח מהקטניות בשם Medicago truncatula כדי ללמוד על האבולוציה של סדרת הקטניות. הם גילו  שהסימביוזה של הצמח עם חיידקי ריזוביום התחילה לפני 58 מיליון שנים, כאשר התרחשה מוטציה שגרמה להתפתחות קשר סימביוטי ביניהם. תאי הקטניות רכשו גנים המאפשרים לחיידקים אלה להתמקם בתוכם לתועלתו של הצמח.
סדרת הקטניות כוללת בתוכה שלוש משפחות: משפחת הפרפרניים שבה יש אפונה, שעועית, תלתן, אספסת, בקיה ועוד, משפחת המימוזיים שבה יש מיני שיטה וינבוט השדה, ומשפחת הקסאלפיניים שבה יש חרוב מצוי וכליל החורש. לכולם יש פרי תרמיל עם זרעים, הנוצר משחלה עלית. בין צמחי הבר של ארץ ישראל, גדלים הרבה קטניות כגון תלתן, אספסת, אפון, קדד, בקיה, דבשה, טופח, קידה, תורמוס, רותם, ועוד כשלוש מאות מינים. בתזונה טובה של האדם רצוי לשלב קטניות מלאי חלבונים עם דגנים עשירים בפחמימות, כגון אורז ועדשים, דגנים מלאים עם חומוס ועוד.        
האוויר שאנו נושמים היום, מורכב מ 78% חנקן,  21% חמצן, 0.03% פחמן דו חמצני וגזים אחרים, אך בעבר הרכבו היה שונה. כדור הארץ נוצר  לפני 4.5 מיליארד שנים מערפילית גזים, שממנה נוצרו כל כוכבי הלכת במערכת השמש. הכדור הלוהט הלך והתקרר עם הזמן, נוצרה קליפה מוצקה סביבו וליבה לוהטת נשארה בתוכו. הליבה הלוהטת יצרה לחץ מבפנים על הקרום הדק שהתבקע בחלקים רבים, ומשם התפרצו גזים שיצרו את האטמוספרה הראשונית.
בתחילתה, הייתה מורכבת מ 85% אדי מים, 10% CO2 , וכן 5% גזים נוספים כמו חנקן , תרכובות גופרית ועוד. במהלך מאות מיליוני שנים, השתנתה האטמוספרה בהדרגה סביב כדור הארץ, והורכבה בעיקר מחנקן N2 , מתאן CH4 , אמוניה NH3 , פחמן דו חמצני CO2 ואדי מים. לא היה אז חמצן O2 באטמוספרה, שהופיע הרבה יותר מאוחר, רק לאחר שהופיעו מיקרואורגניזמים במים, שניצלו פחמן דו חמצני להרכב מזונותיהם, ופלטו חמצן לאוויר.

 

 

            

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                          

 

Comments