Heterozyste
Die Bakterien können auch eine symbiotische Beziehung mit bestimmten Pflanzen eingehen. In einer solchen Beziehung reagieren die Bakterien nicht auf die Verfügbarkeit von Stickstoff, sondern auf Signale, die von der Pflanze für die Heterozystendifferenzierung erzeugt werden. Bis zu 60 % der Zellen können zu Heterozysten werden, die der Pflanze im Gegenzug zu gebundenem Kohlenstoff festen Stickstoff liefern. Das von der Pflanze erzeugte Signal und das Stadium der Heterozystendifferenzierung, das es beeinflusst, sind unbekannt. Vermutlich wirkt das von der Pflanze erzeugte symbiotische Signal vor der Aktivierung von NctA, da hetR für die symbiotische Heterozystendifferenzierung erforderlich ist. Für die symbiotische Verbindung mit der Pflanze wird nctA benötigt, da die Bakterien mit mutiertem nctA keine Pflanzen infizieren können.
Anabaena-AzollaEdit
Eine bemerkenswerte symbiotische Beziehung ist die von Anabaena-Cyanobakterien mit Azolla-Pflanzen. Anabaena leben auf den Stängeln und in den Blättern von Azolla-Pflanzen. Die Azolla-Pflanze betreibt Photosynthese und liefert gebundenen Kohlenstoff, den die Anabaena als Energiequelle für die Dinitrogenasen in den Heterozystenzellen nutzt. Im Gegenzug sind die Heterozysten in der Lage, die vegetativen Zellen und die Azolla-Pflanze mit gebundenem Stickstoff in Form von Ammoniak zu versorgen, was das Wachstum beider Organismen fördert.
Diese symbiotische Beziehung wird vom Menschen in der Landwirtschaft genutzt. In Asien werden Azolla-Pflanzen, die Anabaena-Arten enthalten, als Biodünger verwendet, wenn der Stickstoff begrenzt ist, sowie als Tierfutter. Verschiedene Stämme von Azolla-Anabaena sind für unterschiedliche Umgebungen geeignet und können zu Unterschieden in der Pflanzenproduktion führen. Es hat sich gezeigt, dass Reis, der mit Azolla-Anabaena als Biodünger angebaut wird, im Vergleich zu Kulturen ohne die Cyanobakterien eine wesentlich höhere Quantität und Qualität der Erzeugnisse aufweist. Azolla-Anabaena-Pflanzen werden vor und nach dem Anbau von Reispflanzen angebaut. Während die Azolla-Anabaena-Pflanzen wachsen, akkumulieren sie aufgrund der Wirkung der Nitrogenase-Enzyme und des organischen Kohlenstoffs aus der Photosynthese der Azolla-Pflanzen und der vegetativen Anabaena-Zellen gebundenen Stickstoff. Wenn die Azolla-Anabaena-Pflanzen absterben und sich zersetzen, geben sie große Mengen an gebundenem Stickstoff, Phosphor, organischem Kohlenstoff und vielen anderen Nährstoffen in den Boden ab und schaffen so eine reichhaltige Umgebung, die ideal für das Wachstum von Reispflanzen ist.
Die Beziehung zwischen Anabaena und Azolla wurde auch als mögliche Methode zur Beseitigung von Schadstoffen aus der Umwelt erforscht, ein Prozess, der als Phytoremediation bekannt ist. Es hat sich gezeigt, dass Anabaena sp. zusammen mit Azolla caroliniana erfolgreich Uran, einen toxischen Schadstoff aus dem Bergbau, sowie die Schwermetalle Quecksilber (II), Chrom(III) und Chrom(VI) aus kontaminiertem Abwasser entfernt.
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