Rhizobium bakterileri, bitki kök sistemindeki nodülleri üç kademede oluştururlar (Haktanır ve Arcak, 1997);
1- Enfeksiyon Öncesi Dönem: Enfeksiyon öncesi dönemde konukçu bitki ile
bakteri arasında bir takım interaksiyonlar gerçekleşmektedir. İlk olarak bitki köklerinden triptofan maddesi salgılaması olmaktadır. Triptofan maddesi bakterilerin rizosfer bölgesinde çoğalmasını uyarmaktadır. Bakteriler ise indolasetik asit (IAA) oluştururlar. IAA hormonu bitki kökünün hızlı gelişmesini ve aynı zamanda kılcal köklerin kendine has bir yapı kazanmasını sağlamaktadır. Bakteriler poligalakturonaz (PG) enzimi salgılar bu da kök hücrelerini esnek duruma getirir. Kök hücreleri böylelikle bakterilerin girebileceği esnek yapı kazanmaktadır.
2- Enfeksiyon Şeridinin Oluşması: Kök hücrelerine bakterilerin girmesi ile
kılcal köklerde korteks hücrelerine ulaşan enfeksiyon şeridi oluşmaktadır. Bu yapının görevi kök meristem hücrelerindeki bakterileri korteks hücrelerine götürmektir. Bu esnada bakteriler süratle çoğalmaktadır aynı şekilde konukçu bitki hücreleri de çoğalmaya devam ederek nodül oluşumunu gerçekleştirirler (Şekil 2.1).
3- Nodül oluşumu: Oluşturulan enfeksiyon şeridi, korteks bölgesindeki
tetraploid (genel kromozon sayısının iki kat fazla olduğu hücre) hücresine ulaşır. Bu hücreler ile etrafındaki hücreler çoğalır ve kök yapısı şekli değişmektedir. Bakteriler hücre stoplaması içerisine enfeksiyon şeridini yarılması ile dağılırlar. Bakteriler bu esnada çubuk veya kısa çubuk şekillerini değiştirerek iri yapılı X, Y veya düzensiz bir şekil alırlar. Rhizobium bakterilerinin bu şekildeki biçimine bakteroid denilmektedir. Azot fiksasyonu sadece bakteroid formlarda gerçekleşir.
Baklagil bitkisinin köklerindeki büyük ve ana kök kısmına yakın bölümlerinde oluşan nodüller toprak içerisinde etkin bir bakteri varlığının belirtisidir. Küçük ve beyaz renkli nodül oluşumu ise fiksasyon yeteneği zayıf bakterilerin nodül oluşturduğunu göstermektedir.
Toprakta bulunan mineral N miktarı yüksek ise baklagillerin köklerindeki nodülasyon oluşumunu ve simbiyotik azot fiksasyonunu sınırlanmaktadır. Topraktaki yüksek amonyum varlığı nitrogenaz enzimin üretilmesini düşürmektedir. Amonyum glutamin oranlarını arttırmaktadır, bu durum ise glutamin sentetazı adenile olur bunun sonucunda nitrogenaz üretimi düşmektedir (Paul, 1989).
Topraktaki yüksek miktardaki nitrat (NO3-) sonucu karbon önemli miktarda nitrat asimilasyonunda harcanmakta olup nodüllerde azot fiksasyonu için gerekli olan karbon sınırlanmaktadır. Topraktaki fazla nitrit (NO2-) hemoglobinle birleşerek, nitritin nitrogenaz enziminin fonksiyonel olması için ihtiyaç olan oksijen regülasyonu işlevini ortadan kaldırabilir. Buna ilave olarak topraktaki su düzeyinin aşırı miktarda artması nodüller için ölümcül olabilir (Öğüt, 2001). Kök sıcaklığı 30 oC ve üzeri olduğunda bulaşma ve azot fiksasyon işlemlerinin ters olarak etkilenmektedir (Rupella ve Saxena, 1986). Yine düşük toprak sıcaklığı da kök gelişimini ve nodül oluşumunu olumsuz bir şekilde etkilemektedir (Öğüt, 2001).
Sepetoğlu (1987), uygun bulunan ekolojik koşullarda biyolojik azot fiksasyonu ile bitkinin tüz azot ihtiyacının karşılanmakta olduğunu ve bu gibi durumlarda verilen ek azot gübrelenmesine bitkinin cevap vermediğini bildirmiştir. Azotça fakir olan
topraklarda, bitkinin nodülasyon oluşturmadığını veya zayıf olduğu durumlarda ise bitkinin artan azot dozlarına cevap verdiğini bildirmiştir.
Balwant ve ark. (1984), tohumları Rhizobium bakterisi ile aşılamanın yanında molibden ve çinko uygulamasının sap ve kuru madde miktarını, bitkinin azot içeriğini ve azot alımını arttırdığını bildirmişlerdir. Kalbhor ve ark. (1988) Zn ve Mo uygulaması ile bitki kuru madde miktarının arttığını bildirmişlerdir.
Tillard ve Drevon (1989), yürütmüş oldukları 20 farklı tarla çalışmasında 12 nohut Rhizobium suşu kullanmışlar ve bitkilerin nodülasyon durumlarının ve simbiyotik etkinliklerinin farklı olduğunu bildirmişlerdir. Elde ettikleri bu sonuçları ise doğal Rhizobium suşlarının toprakta yeterince bulunmamasına ve diğer faktörlerin (sıcaklık, O2 , nem, vb.) yetersizliğine bağlı olabileceğini bildirmişlerdir (Mut, 1999).
Hafner ve ark. (1992), yaptıkları çalışmada P + Mo uygulamasına göre P + N uygulamasında nodül kuru madde ağırlığının 2,6 kat ve nitrogenaz enzim aktivitesinin 1,4 kat azaldığını buna ilave olarak yaprakların azot içeriklerinde de düşme meydana geldiğini bildirmişlerdir (Kacar ve Katkat, 1998).
Nodüllerin renkleri baklagillere özgü olan ve demir içeren bir hemoglobin maddesinden kaynaklanmaktadır. Bu maddeye leghemoglobin adı verilmektedir. Bitkinin köklerinde bulunan nodüllerin sayısı ve büyüklüğü azot fiksasyonu yapabilmeleri bakımından önemlidir. Nodüller içerisinde bulunan bakteroidler, azot fiksasyonunda çalışan nitrogenaz enzimini üretmektedirler. Bu enzim ise atmosfer azotunun biyolojik indirgenmesini katalizler (Haktanır ve Arcak, 1997).
Özdemir (1993), ILC-482 nohut çeşidi ile yaptığı saksı çalışmasında % 1 NaCl içeren toprakta bulunan nodül miktarının kontrol uygulamasına göre % 40 azaldığını, tuzluluk miktarı % 2’ye çıktığında ise nodül miktarının kontrol uygulamasına göre % 86 azaldığını bildirmiştir.
Molibden azot fiksasyonunda önemli bir besin elementtir. Molibden nitrogenaz ve nitrat redüktaz enzimlerinin yapısında yer almaktadır. Bu enzimlerde molibden metabolik işlevlerini değerlik değişikliği ile gerçekleştirmektir. Nitrogenaz enzimi N2 fikse eden mikroorganizmaların işlevlerinde temel enzim olarak görev yapmaktadır. Molibden noksanlığında baklagil bitkilerinde nodül kuru ağırlığında bir azalma meydana gelmekte dolayısıyla nitrogenaz enzim aktivitesi azalmaktadır. Sonuçta azot fiksasyonuda önemli derecede azalmaktadır. Kobalt Rhizobium bakterilerinin büyümeleri ve daha fazla N2 fikse etmeleri üzerine etkilidir (Kacar ve Katkat, 1998).
Doğan ve ark. (1999), Bursa kuru koşullarında buğday için en uygun ekim nöbeti sistemlerinin belirlenmesi için çalışma yürütmüşlerdir. Nohut ekiminden önce ne tohuma ne de toprağa bakteri aşılaması yapılmadığından köklerde nodozite oluşumunun gerçekleşmediğini, dolayısıyla nohuttan beklenen etkinliği tam olarak elde edemediklerini bildirmişlerdir.
N2fiksasyonundan gelen N oranının tahmini yüksek derecede değişkendir. Beck ve ark. (1991), nohut için atmosferik N’dan bitkinin ihtiyacı duyduğu azotun % 8-81 arasında karşılandığını bildirmektedir. Bu yararlanma koşullara göre değişmektedir. Örneğin; Alberta’da sulama koşullarında nohut yetiştirildiğinde N2 fiksasyonu % 85 kadar yükselmektedir (Rennie ve Dubetz, 1986); Avusturalyada, New South Wales’de kuru koşullar altında nohut N2 fiksasyonundan ürün N’unun ortalama % 57’ni almaktadır (Walley ve ark., 2005). Bu da gösteriyor ki topraktaki nem miktarı arttıkça fiksasyon ve buna bağlı olarak bitkinin kullanabildiği azot miktarı artmaktadır.
Erdoğan (2002), Hatay bölgesinde bazı nohut (Cicer arietinum L.) çeşitlerinin değişik Rhizobium ırkları ile aşılamanın nodül oluşumu ve tane verimine etkilerini araştırdığı çalışmasında, 3 Rhizobium ırkı ve 3 nohut çeşidini (İzmir-92, Aydın-92 ve Menemen- 92) kullanmış, üstün verim için çiçeklenme/bakla tutma dönemlerinde nohut bitkisinin azota önemli derecede ihtiyacı olduğunu bildirmiştir.
Werner (1987), yarayışlı demir ve molibdenin nitrogenaz enziminin yapısında yer almaları sebebiyle, düşüklüğü halinde nodülasyonu ve mikrobiyal N2 fiksasyonunu doğrudan olumsuz bir şekilde etkilediğini bildirmiştir (Gök ve ark. 2004).
Gök ve ark. (2004), yer fıstığı bitkisinde farklı Rhizobium spp. suşları ile aşılamanın kontrollü koşullarda (saksı denemesi) farklı demir (0, 15 ve 30 ppm Fe) ve molibden (0, 0,5 ve 1,0 ppm Mo) dozları altında nodül oluşumu, biyomas oluşumu ve N2- fiksasyonuna etkisini araştırmışlardır. Araştırma sonuçlarına göre; bakteri aşılamanın bitkide nodül sayısı bakımından bir etkisinin olmadığını; ancak bazı bakterilerin ortalama nodül ağırlığı ve buna bağlı olarak bitki başına nodül ağırlığını önemli derecede arttırdığını bildirmişlerdir. Fe ve Mo uygulamalarının nodül sayısı ve nodül ağırlığını önemli derecede arttırdığını buna ilave olarak hem kök hem de kök üstü gelişiminin artığını tespit etmişlerdir. Kök ve kök üstü kısımlarda azot konsantrasyonu ve bitki başına alınan toplam N miktarı yönünden bakteri aşılamasının olumlu yönde etkilediğini, bitki başına toplam azot miktarı yönünden Fe uygulamasının pozitif etkisinin olduğunu bildirmişlerdir.