Не патогенные бактерии почвы
Плодородие почвы создает «живое вещество», состоящее из миллиардов почвенных бактерий, микроскопических грибов и других живых организмов. Чем больше в почве полезных микроорганизмов, тем больше в ней и других повышающих плодородие обитателей и, в конечном итоге, выше и качественнее урожай.
В последние годы вопросы защиты сельскохозяйственных растений в системе возделывания культур выдвигаются на передний план и являются особенно актуальными, так как уровень развития патогенной микрофлоры в почве и на семенном материале достиг критического значения. В семенном фонде большинства хозяйств, практически отсутствует здоровый материал, почти каждая партия семян в той или иной мере заражена различными патогенными микроорганизмами. Данная ситуация усугубляется из года в год, так как не соблюдаются основные элементы технологии возделывания культур.
Важным элементом управления фитосанитарным состоянием посевов является контроль состава почвенных микромицетов, так как состояние микробиоты является основой жизни в почве для культурных растений, обеспечивающей стабильность их урожая. Микологический состав почвы в агроценозах зависит от многих факторов, однако определяется в основном предшествующей культурой. Качественный и количественный состав почвенной микробиоты влияет на супрессивность почвы, ее антифитопатогенный потенциал и «здоровье» в целом.
Супрессивность почвы – это показатель почвенного здоровья, проявляемый в подавлении и /или элиминировании из почвенной фито- топатосистемы отдельных видов фитопатогенов, обусловленный совокупным действием биологических, физико-химических и агрохимических свойств почвы.
Патогенностью называют способность паразита вызывать инфекционный процесс, обусловленный метаболитами гриба.
Как правило накопление большого количества растительных остатков в поверхностном слое почвы существенно увеличивает популяцию микроорганизмов, которые являются возбудителями болезней растений.
Патогенные грибы способны сохраняться в почве в течение нескольких лет. Продолжительность выживания при отсутствии основных хозяев, подавляющих патогенов, зависит от того, в какой форме гриб сохраняется. Так, например, хламидоспоры видов Fusarium способны сохраняться в почве свыше 5 лет. Некоторые виды грибов, являясь обитателями почвы, могут сохранять жизнеспособность чрезвычайно долго, такие как Ophiobolus, Gibellina, Rhizoctonia, Phomopsis, Verticillium, Rhizopus, Pythium, Alternaria, Cercosporella и др., в связи с чем севообороты в борьбе с ними часто не дают должного эффекта.
В сезоне 2016 года специалистами Научно-Консультационного отдела компании «Агротек» было отобрано и проанализировано 102 почвенных образца из ризосферно-прикорневой зоны сельскохозяйственных растений различных агроклиматических зон Краснодарского края (рис. 1). Образцы были взяты из пахотного горизонта озимой пшеницы, озимого ячменя, кукурузы, подсолнечника, сахарной свеклы, томатов.
Для проведения микологического анализа почвы использовали оригинальные методики. Экспозиция опыта составляла 14-15 дней, с дальнейшей идентификацией видового состава грибов. Подсчитывали содержание КОЕ (колоне-образующие единицы), тысяч штук в одном грамме абсолютно сухой почвы.
Были выделены и идентифицированы различные микромицеты, в основном представители группы несовершенных грибов с различной трофической приуроченностью, пространственной и временной частотой встречаемости. Видовой состав патогенов достаточно широк.
Основными факторами, способствующими заболеванию, являются:
— низкий уровень агротехники,
— высокая насыщенность посевов в севообороте зерновыми культурами,
— поверхностная обработка почвы,
— присутствие в посевах сорняков из семейства злаковых,
— благоприятные метеорологические условия (особенно характерно это для районов с неравномерным выпадением осадков, где воздушные засухи являются частым явлением).
В результате проведенного микологического анализа образцов почвы было установлено, что доминирующими в комплексе выделенных почвенных грибов являются виды родов Fusarium spp., Alternaria spp., Botrytis spp., Stachybotrys spp., Verticillium spp. (рис. 1).
Рис. 1. График встречаемости основных патогенов в ризосферно-прикорневой зоне почв различных сельскохозяйственных культур в Краснодарском крае
Преобладание в патогенном комплексе микромицетов грибов-токсинообразователей (Fusarium spp., Verticillium spp., Alternaria spp., Stachybotrys spp.) свидетельствует о микотоксикозе почвы, в результате чего культурные растения испытывают стресс, а их прорастание, рост и развитие замедляются, питание нарушается, корневая система неспособна полностью усваивать питательные элементы из почвенного раствора.
Fusarium spp. сохраняется в почве, на растительных остатках, а частично и в самих растениях. Конидии этого гриба могут переноситься водой, насекомыми, орудиями производства и воздушными течениями, которые вызывают гниль корней в фазу всходов, а также может развиваться в течение всей вегетации, поражая листья и генеративные органы растения, значительно снижая его урожайность и качество продукции (рис. 2).
Рис. 2. Габитусы микроструктур патогенных почвенных грибов Fusarium spp., выделенных из ризосферно-прикорневой зоны сельскохозяйственных культур
При фузариозе поражаются сосудистая система (фузариозное увядание) и ткани растения (гниль корней, плодов и семян). При фузариозных увяданиях поражения и гибель растений происходят из-за резкого нарушения жизненных функций вследствие закупорки сосудов мицелием гриба и выделения им токсических веществ. У пораженных растений наблюдается плохое цветение, пожелтение и опадание листьев, потемневшие слаборазвитые корни, общее увядание. На срезе стебля и листьев видны темные сосуды. При температуре ниже +16 °С больные растения достаточно быстро погибают.
Высокая зараженность почвы грибами рода Fusarium spp. свидетельствует о биологической гибкости видов этого рода, позволяющей им вести как сапротрофный, так и патогенный образ жизни, поражая практически все сельскохозяйственные культуры, возделываемые в севообороте. Химическая защита также не позволяет решить проблему с фузариозной инфекцией (Коростылева Л., Горьковенко В. И др., 2006 г.).
Для борьбы с заболеваниями, вызванными грибами рода Fusarium необходимо соблюдать севооборот (в случае насыщения севооборота культурами, которые накапливают фузарии, — вести учет КОЕ патогена в почве), активизировать работу антогонистов за счет внесения органических удобрений или микробиологических препаратов при заделке растительных остатков в почву.
Грибы рода Botrytis spp. встречались только в образцах почвы с полей, где предшествующей культурой была сахарная свекла (рис. 3).
Рис. 3. Габитусы микроструктур патогенных почвенных грибов Botrytis spp., выделенных из ризосферно-прикорневой зоны сельскохозяйственных культур
Грибы рода Verticillium spp. вызывают различные заболевания многих сельскохозяйственных культур в севообороте, являясь полифагом (рис. 4).
Рис. 4. Габитусы микроструктур патогенных почвенных грибов Verticillium spp., выделенных из ризосферно-прикорневой зоны сельскохозяйственных культур
Гриб вызывает побурение и потемнение сосудов проводящей системы больных растений. В пораженных сосудах обнаруживается мицелий гриба, скопление камеди — гуммиобразного вещества, закупоривающего сосуды.
Возможно и быстрое увядание растений, когда они погибают без видимых причин заболевания. Продуцируемые возбудителем токсины нарушают физиологические процессы в растении, влияя на различные стороны его обмена веществ, что приводит к гибели растения. Широко распространено вертициллезное увядание овощных и плодовых культур.
Одной из основных причин снижения всхожести является наличие гриба Alternaria spp. Симптомы болезни могут быть разными и зависят от условий окружающей среды. К ним относятся изреживание всходов, увеличение непродуктивной кустистости, белоколосость, либо потемнение зерна в зоне зародыша (рис. 5).
Рис. 5. Габитусы микроструктур патогенных почвенных грибов Alternaria spp., выделенных из ризосферно-прикорневой зоны сельскохозяйственных культур
Грибы рода Stachybotrys spp., развиваясь сапрофитно на мертвых частях растений (стерне, соломе, засохших стеблях различных сорняков), принимают участие в разложении растительной клетчатки. В процессе своей жизнедеятельности патоген образует токсическое вещество, выделяемое им в субстрат (рис. 6).
Рис. 6. Габитусы микроструктур патогенных почвенных грибов Stachybotrys spp., выделенных из ризосферно-прикорневой зоны сельскохозяйственных культур
Из супрессивной микофлоры во всех представленных почвенных образцах были выявлены грибы рода Penicillium spp. (рис. 7). Однако, при отсутствии грибов рода Trichoderma spp. они также становятся вредными, т.к. выделяют токсины, вызывающие стресс у растений.
Рис. 7. Габитусы микроструктур патогенных почвенных грибов Penicillium spp., выделенных из ризосферно-прикорневой зоны сельскохозяйственных культур
Плесневые грибы рода Penicillium spp. входят в группу почвенных грибов-токсинообразователей и, в частности, угнетают развитие в почве азотфиксирующей бактерии Azotobacter chroococcum. Грибы рода Penicillium spp., как и большинство других плесневых грибов, не только используют питательные вещества зерновок, но и своими токсичными выделениями отравляют зародыш и ростки семян.
Таким образом, в результате отобранных и проанализированных проб встречались в основном патогены, поражающие корневую систему и вегетативные органы растений.
Доля фитопатогенов в обогащенной растительными остатками почве не должна превышать 15% от общего числа микромицетов, но как видно из полученных данных это соотношение не достигнуто. Традиционно степень супрессивности почвы определяется наличием в ней грибов рода Trichoderma (рис. 8).
Рис. 8. Габитусы микроструктур патогенных почвенных грибов Trichoderma spp., выделенных из ризосферно-прикорневой зоны сельскохозяйственных культур
Плодородием почвы можно управлять, обогащая ее прикорневые слои полезными микроорганизмами, создавая благоприятные условия для их развития и размножения. К таким условиям относятся внесение органических удобрений, использование сидератов, пожнивных остатков на поверхности почвы, сев многолетних трав. Это приводит к снижению плотности популяций патогенов и гармоничному природному сосуществованию различных обитателей микромира.
Источник
Здоровье почвы — Ценность и типы почвенных бактерий
Оглавление
Роль почвенных бактерий
Микробы в почве является ключом к переработке углерода и азота. Чайная ложка плодородной почвы может содержать от 100 млн и до 1 млрд бактерий. Бактерии — это крошечные одноклеточные организмы шириной около 0,2-2,0 мкм (в среднем — 1 мкм) и длиной около 1-10 мкм. По размеру бактерии можно сравнить с частицами глины ( Бактерии в зависимости от их формы
До появления секвенирования ДНК, бактерии были классифицированы на основе их форм и биохимических свойств. Большинство бактерий принадлежат к трем основным формам: стержень (стержневые бактерии называются бациллы), сфера (сферические бактерии называются кокки) и спираль (спиральные бактерии называются спириллы). Также существуют тонкие ветвящиеся нити, называемые актиномицетами. Некоторые бактерии принадлежат к различным формам, которые являются более сложными, чем вышеуказанные формы.
Аэробные и анаэробные бактерии
Бактерии, которые нуждаются в кислороде для выживания, называются аэробные бактерии. Бактерии, которые не требуют кислорода для выживания, называются анаэробные бактерии. Анаэробные бактерии могут погибнуть, если находятся в окисленной среде.
Грамположительные и грамотрицательные бактерии
Распределение бактерий на грамположительные и грамотрицательные основывается на результатах метода Грама. Грамотрицательные бактерии являются самыми маленькими и имеют тенденцию быть более чувствительными к водному стрессу, в то время как грамположительные бактерии больше по размеру, имеют более толстую клеточную стенку, отрицательный заряд на внешней поверхности, и, как правило, противостоят водного стресса.
Автотрофные и гетеротрофные бактерии
Это один из важнейших видов классификации, он учитывает наиболее важный аспект роста бактерий и их размножения. Автотрофные бактерии (также известные как автотрофы) получают необходимый им углерод из углекислого газа. Некоторые автотрофы непосредственно используют солнечный свет для получения сахаров из углекислого газа, тогда как для других это зависит от различных химических реакций. Гетеротрофные бактерии получают углеводы и / или сахара из окружающей среды, в которой они находятся.
Классификация основана на филах
На основе морфологии, секвенирование ДНК, необходимых условий и биохимии, ученые классифицировали бактерии в 12 фил. Каждая фила соответствует числу видов и родов бактерий. Эта классификация включает бактерии, которые могут находиться в разных типах сред, например
- Бактерии, которые могут выживать в экстремальных температурах (экстремальные холода и жара)
- Бактерии, которые могут выживать в различных средах (сильно кислая и сильно щелочная среды)
- Аэробные бактерии по сравнению с анаэробными бактериями
- Автотрофные бактерии по сравнению с гетеротрофных бактериями и др.
Функции почвенных бактерий
Бактерии выполняют важные функции в почве, раскладывая органические остатки из ферментов, секретируется в почве. Есть четыре основных функциональных группы почвенных бактерий:
- Decomposers (деструкторы) — бактерии, которые потребляют простые сахара и соединения углерода, такие как корневые выделения и свежие растительные остатки.
- Mutualists — бактерии, формирующие партнерские отношения с растениями; пример: ризобии — азотфиксирующие бактерии.
- Lithotrophs (хемоавтотрофы) — бактерии, которые получают энергию из соединений азота, серы, железа или водорода, а не из углеродистых соединений.
- Бактерии также могут быть патогенами для растений.
Бактерии в почве превращают энергию органического вещества в формы полезны для других организмов. Ряд бактерий деструкторов (Decomposers) могут разрушать остатки пестицидов и некоторые другие загрязняющие вещества в почве. Эти бактерии особенно важны для иммобилизации или сохранения питательных веществ, тем самым предотвращая потери питательных веществ, таких как азот, с корневой зоны.
 |  |
Бактерии всех четырех групп выполняют важные функции, связанные с динамикой воды, круговоротом питательных веществ и противостояний болезней. Некоторые бактерии вырабатывают вещества, которые помогают связывать частицы почвы в микроагрегаты (2-200 мкм). Стабильные агрегаты улучшают инфильтрацию воды и повышают водоудерживающую способность почвы. Также популяции бактерий конкурируют с болезнетворными организмами в корнях и на поверхности растений.
Азотфиксирующие бактерии (ризобии)
Образуют симбиотические ассоциации с корнями бобовых. Ризобии является грамотрицательными бактериями. Создаются видимые глазом узелки в местах, где бактерии заражают растущий корень растения. Растение поставляет простые сахара к бактериям, а бактерии превращают атмосферный азот из воздуха в нитратной и аммонийную форму, которые растение может использовать. Когда листья или корни растения разлагаются, количество азота в почве увеличивается. Для фиксации бактериями атмосферного азота нужны анаэробные условия.
Нитрифицирующие бактерии
Сначала превращают аммоний в нитриты, а затем в нитрат, который является лучшей формой азота для большинства пропашных культур. Нитрифицирующие бактерии нужны почв с избыточным аэрацией. Нитрат легко выщелачивается из почвы, поэтому некоторые фермеры используют ингибиторы нитрификации, для снижения активности нитрифицирующих бактерий. Денитрифицирующие бактерии превращают нитраты в атмосферный азот или закись азота. Денитрификаторы является анаэробными бактериями, то есть они активны при отсутствии кислорода, например, в уплотненных почвах или внутри грунтовых микроагрегатов. В тяжелых глинистых почвах до 40-60% азота может быть потеряно при денитрификации.
Хотя существует множество бактерий в почве, только небольшая специализированная группа азотфиксирующих бактерий может фиксировать атмосферный азот. Фиксация азота не может происходить без участия специальных нитрогеназну ферментов конкретных бактерий. Азотфиксирующие бактерии присутствуют в большинстве типов почв (как симбиотические виды), однако они, как правило, составляют очень небольшой процент от общего количества популяций микроорганизмов и имеют низкую способность фиксации азота.
Сера, как и многие другие питательные вещества, трансформируется в почве таким же образом, как азот. Специальные бактерий в анаэробных условиях делают серу менее доступной для растений путем преобразования серы в сероводород в водонасыщенных грунтах, осаждая серу из почвы в виде нерастворимых сульфидов различных металлов. В хорошо аэрированных условиях, бактерии преобразуют серу из сульфидов металлов в сульфатную форму, через промежуточные стадии с образованием элементарной серы и тиосульфата.
Актиномицеты
Большая группа бактерий, которые растут как грибы и аналогичные грибам функционально. Актиномицеты по размеру (1-2 мкм) меньше грибов (10-50 мкм) и достаточно чувствительны к антибактериальным агентов. Когда фермеры пашут почву, именно актиномицеты ответственные за специфический «земляной» запах, источником которого является стрептомицины. Ряд антибиотиков производятся из актиномицетов, в том числе стрептомицин. Актиномицеты раскладывают много веществ и являются более активными при высоких значениях рН. Актиномицеты особенно важны в деградации трудно разлагаются соединений, таких как хитин, лигнин, кератин, грибковая целлюлоза и животные полимеры. При низком значении рН более активными в деградации подобных соединений являются грибы. Актиномицеты важные в формировании стабильного гумуса, что повышает структуру почвы, улучшает запас питательных веществ в почве и повышает качество почвы удерживать воду.
Преимущества почвенных бактерий
Различные виды бактерий процветают на разных источниках пищи и в различных микросреды. В общем, бактерии являются более конкурентоспособными, когда в ризосфере присутствуют легко усваиваемые (лабильные) субстраты (простые сахара). Это свежие остатки растений и соединения, которые находятся рядом с живыми корнями. Бактерии (особенно стержневые и грамотрицательные бактерии) и актиномицеты сконцентрированы в ризосфере вокруг корней. Актиномицеты могут составлять от 10 до 30% от общего объема микроорганизмов в ризосфере почвы, в зависимости от питающей доступности. Некоторые растения вырабатывают определенные типы корневых выделений, чтобы стимулировать рост защитных бактерий.
Многие бактерии производят слой из полисахаридов и гликопротеинов, которые покрывают поверхность клетки. Одни образуют слизистый слой, а другие образуют густую гелеобразную капсулу, которая уменьшает потерю воды из клетки бактерии. Эти вещества играют важную роль в цементировании песка, ила и глинистых частиц грунта в стабильные микроагрегаты, которые улучшают структуру почвы.
Для того чтобы бактерии могли выжить в почве, они должны адаптироваться к различным микросреды. Концентрации кислорода в почве могут широко варьироваться. Большие поры, заполненные воздухом, обеспечивают высокий уровень кислорода, способствует образованию аэробных условиях. В то же время мелкие микропоры могут быть анаэробной средой, где не хватает кислорода. Это разнообразие в грунтовых микросреды позволяет бактериям процветать при различных уровнях влажности почвы и содержание кислорода, так как даже после наводнения (насыщение почвы, недостаток кислорода) или обработки почвы (диффузия кислорода) существуют небольшие микросреды, где различные виды бактерий и микроорганизмов могут существовать.
Как естественная преемственность происходит в растительном сообществе, также преемственность происходит и в почве. Бактерии обладают способностью изменять грунтовые среды в пользу определенных растительных сообществ. На свежих отложениях, фотосинтезирующие бактерии, способные фиксировать атмосферный азот и углерод, производят органические вещества и другие питательные вещества, чтобы инициировать процессы круговорота питательных элементов в молодой почве. Бактерии доминируют в пропашных или разрушенных почвах, грунтах с высоким значением рН и почвах с высокой доступностью нитратного азота, который является идеальным местом для сорняков.
Поскольку почва разрушается меньше, а разнообразие растений увеличивается, грунтовая пища становится более сбалансированной и разнообразной, что делает питательные вещества почвы более доступными для высших растений. Различные микробные популяции и грибы, простейшие организмы и нематоды поддерживают утилизацию питательных веществ и болезнетворных организмов под контролем.
Источник