Бактерии почвенные. Среда обитания почвенных бактерий
Бактерии – наиболее древняя категория организмов, которые и сегодня существуют на нашем земном шаре. Самые первые бактерии возникли более 3,5 миллиарда лет назад. В течение практически миллиарда лет они были единственными активными созданиями на нашей планете. Тогда их туловище имело примитивное строение. Какие существуют бактерии почвенные, разновидности и среда обитания — все это рассматривается в рамках данной статьи.
Общая информация о бактериях
В состав земли входит масса различных микроорганизмов, среди которых есть и почвенные бактерии, плесень и грибы. Они разделяются на вредоносные и необходимые для развития растений.
Микроорганизмы отличаются и по условиям жизнедеятельности. Одни могут развиваться без доступа кислорода, а для других его наличие крайне необходимо. Существует также особая категория бактерий, которые могут развиваться как с кислородом, так и без него.
Роль почвенных бактерий в жизнедеятельности растений
Несут ли пользу растениям почвенные бактерии? Значение микроорганизмов в жизнедеятельности растений достаточно велико. Нужные агропочвенные бактерии ежедневно перерабатывают органику животных в необходимые минеральные вещества. При подобной переработке почва обогащается кальцием, железом, фосфором, азотом и многими другими необходимыми элементами.
Бактерии почвенные не только обогащают землю полезными элементами, но и улучшают физиологические качества грунта. Чем больше в составе почвы нужных бактерий, тем выше ее плодородность.
Наибольшее число необходимых организмов находится в области распространения крупнокорневой системы растения, а именно в ризосфере. В ней почвенные бактерии используют в качестве питания отмирающие части корневой системы.
Группы опасных почвенных микроорганизмов
Группы почвенных бактерий содержат такие виды, которые участвуют в фотосинтезе азота, углерода и фосфора. В составе почвы присутствуют не только полезные микроорганизмы, но и патогенные. Чаще всего болезнетворные бактерии живут в почве достаточно непродолжительно. Однако определенные виды являются постоянными ее жителями. Болезнетворные бактерии делятся на три категории:
• Бактерии, для которых земля является естественным биотоном. Они являются возбудителями ботулизма и актиномицеты.
• Бактерии, которые попадают в почву с органическими выделениями живых существ. Такие микроорганизмы могут сохраняться в земле достаточно длительное время. Они являются возбудителями сибиреязвенной палочки, столбняка и гангрены.
• Бактерии, которые также попадают в почву с органическими выделениями, однако сохраняются там сроком до одного месяца. Они могут стать причиной кишечной палочки, сальмонеллы, шигеллы и холеры. Все вредоносные бактерии разрушают не только полезные свойства почвы, но и корневую систему растений.
Среда обитания бактерий
Почвенные бактерии обитают в покрове земли достаточно неравномерно. Любая категория микроорганизмов проживает там, где она сможет отыскать для себя комфортную сферу обитания, питание и воду. Простые организмы присутствуют везде, где имеются базисные элементы – преимущественно в верхнем покрове грунта. Удивительно, но бактерии почвенные были также найдены и в нефтяных скважинах, глубина которых достигает более 16 километров.
Проживание около корневой системы
Как мы уже говорили ранее, наиболее излюбленное место почвенных бактерий — это верхний слой почвы. Ризосфера – это слой земли, находящийся вокруг корневой системы. Она плотно заселена микроорганизмами, которые питаются отходами растений, а также их белками и сахарами. Простейшие организмы, такие как черви, питаются микроорганизмами и также проживают в крупнокорневой сфере. Благодаря этому, круговорот полезных элементов и угнетение заболеваний совершается именно в ризосфере.
Растительная подстилка
Мало кому известно, где обитают почвенные бактерии. В данной статье мы постараемся наиболее подробно рассказать о их среде проживания.
Грибы – наиболее популярные редуценты растительных фрагментов. Бактерии почвенные не могут переносить некоторые необходимые элементы на большие расстояния. Именно это позволяет грибам развиваться. Именно в грибной растительной подстилке также присутствует огромное количество бактерий.
Гумус — это еще одна среда обитания почвенных бактерий. Только грибы производят определенные энзимы, которые необходимы для расщепления трудных элементов, находящихся в гумусе. Значительная часть важных элементов, которые содержатся в земле, ранее большое количество раз расщеплялась грибами и микроорганизмами. Соединения гумуса, которые получены вследствие расщепления, включают в себя небольшое количество легкодоступного азота.
На агропочвенных агрегатах
Еще одна среда обитания почвенных бактерий — агропочвенные агрегаты. На их поверхности содержание микроорганизмов гораздо выше, чем внутри. В середине могут проходить только те процессы, которые не требуют содержания кислорода. Большое количество агрегатов — это фекалии земельных червей и иных простых организмов. Между агропочвенными агрегатами передвигаются членистоногие и нематоды, которые не могут создать каналы непосредственно в почве.
Организмы, которые восприимчивы к потере влажности, так же как и почвенные бактерии, проживают в каналах, наполненных водой. Для питания влаголюбивых организмов необходима базисная часть грунта, которая на сельскохозяйственных территориях ежегодно активно снижается. Именно по этой причине есть потребность в использовании удобрений.
Вред почвенных бактерий
Полагаю, что каждый садовод однажды задумывался о том, опасны ли почвенные бактерии. В этой статье мы постараемся развеять все мифы и догадки, которые касаются данного вопроса. В грунте проживает огромное количество патогенных микроорганизмов. Например, в верхнем 30-ти сантиметровом слое почвы, размером в один гектар, живет около 30-ти тонн простых организмов. Имея сильный комплект ферментов, бактерии гниения расщепляют белки до аминокислот. Именно это является главным критерием в процессе разложения. Данные микроорганизмы приносят живым существам огромное количество проблем. Кстати, именно из-за работы данных простых организмов достаточно стремительно портятся продукты питания, которые рассчитаны на долгий срок хранения, а именно — соленья и замороженные фрукты и овощи. К счастью, хозяйки уже давно научились выходить из положения. Для более длительного хранения они используют процесс стерилизации и обработки продуктов. Однако определенные типы микроорганизмов все же могут испортить пищевые заготовки, несмотря даже на тщательную обработку.
Болезнетворные бактерии поступают в грунт благодаря зараженным живым существам. Как мы уже говорили ранее, определенные подвиды микроорганизмов и грибов могут находиться в земле десятилетиями. Это происходит вследствие их отличительной черты — формировать споры. Именно они защищают бактерии от негативных воздействий со стороны окружающей среды. Такие микроорганизмы стимулируют развитие одних из наиболее опасных заболеваний – сибирскую язву, отравление, гангрену и каталепсию.
Как бактерии попадают в почву
Если говорить проще, то агропочвенные бактерии – это часть состава грунта, но не самой земли, а ее плодородного слоя. В одной десертной ложке дерна содержится более одного миллиарда простых организмов, которые регулярно заняты либо конкретной стадией распада омертвевшей органики, либо фиксацией прибывающих в основу эклектических элементов и построением из них трудных базисных молекул.
Группы агропочвенных микроорганизмов берут свое начало с тех времен, когда остальные живые существа только зарождались и оставляли первые следы своей жизнедеятельности. Именно эти остатки и становились первым домом почвенных микроорганизмов. Обучившись изменять органику в грунт, бактерии проживают в ней и до настоящего времени, адаптируясь к меняющимся обстоятельствам окружающей среды.
Деление по функциям
Среди биологов существует многофункциональное деление агропочвенных микроорганизмов по их функциям:
1. Деструкторы – бактерии, которые проживают в грунте и минерализуют базисные соединения, находящиеся в верхнем слое земли. Их роль – преобразование остатков живых существ и растений в эклектические элементы.
2. Азотфиксирующие либо клубневые микроорганизмы – симбионты растений. Их значимость заключается в том, что только этот тип бактерий способен объединять неорганичные кислородные элементы и обеспечивать ими растения. Именно благодаря этому почва и растения получают важные минеральные вещества.
3. Хемоавтотрофы – микроорганизмы, которые сосредотачивают существующие неорганические вещества в базисные молекулы. Их значимость состоит в том, что они могут подвергать обработке накапливающиеся в основе эклектические элементы, а затем передавать их растениям.
Невероятный факт
Долгое время полагалось, что ощущать запахи могут только сложные организмы. Однако два года назад оказалось, что такой рецептор имеется также у дрожжевых бактерий и слизевиков.
Ученые приняли решение провести эксперимент и выяснить ощущают ли агропочвенные бактерии наличие в находящемся вокруг воздухе аммиака. Удивительно, но бактерии превзошли все надежды экспериментаторов. Благодаря данному исследованию, ученые выяснили, что микроорганизмы также способны различать запахи.
Подводим итоги
Почвенные бактерии играют важную роль в плодородии почвы и жизнедеятельности всех живых существ. В данной статье мы выяснили, где обитают почвенные бактерии и как они связаны с развитием растений и живых организмов.
При работе с грунтом стоит помнить, что там присутствуют не только полезные микроорганизмы, но и патогенные, которые могут стать возбудителями опасных для жизни заболеваний. Настоятельно рекомендуем надевать перчатки, а по окончании работы тщательно мыть руки. Будьте здоровы!
Источник
Почва как среда обитания бактерий
Почва – это разнородный по структуре субстрат, имеющий микромозаичное строение. Почва представляет собой совокупность множества очень мелких (от долей миллиметра до 3-5мм) агрегатов, пронизанных порами, омываемых почвенным раствором, протекающим по капиллярам.
Остатки растений и животных, гумусовые вещества — органический элемент почвы — распределены в ней не равномерно, а сосредоточены в отдельных микроочагах, часто устилая пленкой почвенные гранулы, создавая зоны, где протекает бурная, но непродолжительная деятельность микробных сообществ, заселяющих эти участки.
На поверхности почвенных частиц микроорганизмы располагаются небольшими микроколониями (по 20—100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толще сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и внутри комочков.
Природные микроколонии микробов представляют собой размножающиеся в естественной среде популяции, т.е. совокупности родственных между собой особей (клеток) одного вида, расположенных на ограниченном участке природного субстрата.
Диаметр почвенных гранул составляет 300—500мкм. Совокупность гранул образует сложную микроструктуру, состоящую из пор и капилляров, заполненных газами (состав их может быть разным) и почвенным раствором. Такой агрегат является простейшим природным очагом обитания микробов — своеобразной «микропланеткой». Диаметры подобных «планеток» 3—5мм и более. Если в очаге находится источник энергии (доступное для микробов органическое вещество), то такая совокупность (система) может служить примером простейшей микробной ценотической ячейки — устойчивого в течение определенного времени сообщества микроорганизмов. Главным моментом является присутствие энергетического очага, что создает начало пищевой цепи и служит своеобразным «мотором» для деятельности всего сообщества.
В микроучастке, где находится органический материал (концентрат энергии), поселяются микробы, требующие для своего развития высокой концентрации органического вещества, быстро размножающиеся и минерализующие его. Они являются характерными представителями экологической группы макрофитов — требовательных к пище микроорганизмов.
После исчерпания источников пищи деятельность этой группы микроорганизмов в очаге замирает и микробы переходят в состояние длительного покоя, близкого к анабиозу, вплоть до нового притока энергии и новой бурной вспышки их активности. Значительная часть биомассы бурно развившихся популяций микроорганизмов лизируется. Арена активной жизни — гранулы почвы — оказываются усеянными спорами, цистами и другими, переживающими неблагоприятные условия, формами.
В период высокой активности от очага, обогащенного органическим материалом, в окружающие микроучастки диффундируют растворимые органические вещества (в том числе вещества, выделяемые микроорганизмами). Это ведет к возникновению зоны, содержащей небольшие количества легко подвижных источников энергии. В этой сфере развивается микрофлора, растущая при низком содержании пищи в среде. Эти организмы представляют другую экологическую группу микрофитов – микробов, растущих при минимальных концентрациях органических веществ в почве и экономно использующих их.
При новом поступлении органического вещества в очаг тормозится развитие микрофитных бактерий и нередко следует за этим лизис (растворение) клеток. Часто популяции выживают. Завоеванная микрофитами территория утрачивается ими. В обогащенном источниками пищи очаге вновь активно размножаются требующие высокого уровня питания макрофиты. Так возникают микропульсации активности микроорганизмов и совершается длящаяся миллионы лет смена микробных сообществ.
Указанные процессы состоят из фаз различной длительности. Одни фазы длятся дольше (разложение значительных масс органического вещества), имеют сезонный характер (растительный опад осенью). Рядом соседствующие микроочаги могут развиваться в противоположных направлениях (обеднение и обогащение очага), что ведет к проявлению упоминавшейся ранее мозаичности. Поэтому почва всегда оказывается насыщенной разного рода микроорганизмами (находящимися, как правило, в состоянии покоя), готовыми к ответу (росту, использованию субстрата) при попадании в почву источников пищи и энергии. В 1см 2 сравнительно небогатой дерново-подзолистой почвы может содержаться до 20 млрд. клеток. Это составляет около 1% от веса самой почвы. В 30-сантиметровом слое на площади 1га в почвах разных типов содержится от 1,5-2 до 15-40т биомассы. Живой массой микробов с площади 1га можно загрузить целую колонну большегрузных автомашин.
По имеющимся в распоряжении ученых данным, биомасса всех обитающих на суше нашей планеты живых существ составляет от 10-12 до 10-13т (поверхность суши равна 51-Ю9 га), в том числе:
- суммарная биомасса животных организмов (сухой остаток) — 0,55-109т;
- суммарная биомасса растений (сухой остаток) — 55-1О9т;
- суммарная биомасса микроорганизмов (сухой остаток): (тундровые и пустынные почвы — 3,06-109m + другие почвы —71,4-109т) x 74,46 x 109т;
- биомасса простейших животных и почвенных водорослей (сухой остаток) — 1,5-109т.
Как легко убедиться, суммарная биомасса животных и высших растений, обитающих на суше, составляет около 56-109т. В то же время суммарная биомасса микроорганизмов, простейших и водорослей равна 76-109т. Несмотря на ориентировочность таких расчетов, все же становится очевидным, что биомасса существ, составляющих мир микробов, равна биомассе всех остальных обитателей суши и, возможно, превышает ее. То есть, микроорганизмы оказывают огромное влияние на природную среду.
Сообщества любых организмов, в том числе микроорганизмов, представляют собой не случайные скопления, а организованные объединения популяций, обладающих коллективными функциями и взаимодействием. Такие объединения обладают большой стабильностью, и многие воздействия на среду обитания (вспашка почв, внесение удобрений и др.) не разрушают типичных, для данного субстрата ценозов. Сообщества и популяции, их составляющие, обладают рядом особенностей: плотностью (количество особей на единице пространства), адаптивностью (способностью осваивать новые субстраты за счет фонда дремлющих форм, физиологической адаптации активной микрофлоры и др.). Популяции (не только особи!) обладают возрастом, стареют. Микробные ценозы могут быть неполноценными по составу — не содержать некоторых специализированных групп микробов. Важным свойством микробных ассоциаций является их способность к авторегуляции состава и деятельности.
К числу регуляторных механизмов микробных ассоциаций относится характер взаимоотношений между микробными популяциями. Он бывает различным и сложным. Широко распространены в природе антагонистические взаимоотношения и подавление продуцентами антибиотиков (в первую очередь грибами и актиномицетами) других организмов и изменение кислотности среды в зонах обитания организма при разложении органического вещества.
Антагонизм может быть и более драматическим. Хищники (простейшие) выедают бактерии и водоросли в значительных количествах. Взаимосвязь между хищниками и жертвами оказывается очень прочной: при падении числа особей жертв отмирает часть популяции хищника и, как следствие, возрастает численность клеток жертв, а затем и хищника. Устанавливается своеобразный пульсирующий характер взаимодействия.
Другим примером антагонистических взаимоотношений является паразитизм. В роли паразитов выступают внутриклеточные паразитические бактерии из рода Bdellovibrio и вирусы бактерий — бактериофаги.
Известны многочисленные примеры паразитирования бактерий на мицелии грибов, хищных грибов, активно захватывающих и лизирующих мелких почвенных червей (нематод).
Другим источником воздействий на микрофлору почв является сам субстрат. Хорошо известны явления токсичности почв за счет кислой реакции, наличия токсических соединений алюминия и др. Ученые исследуют также явление микробостазиса — свойства почвы задерживать рост и развитие обитающих в ней микробов. Механизмы этих процессов не изучены, но, по-видимому, связаны со специфическим влиянием продуктов жизнедеятельности микроорганизмов и веществ, попадающих в почву при отмирании и лизисе клеток. Почва как своеобразное «живое тело» сопротивляется избыточному развитию микроорганизмов, поддерживая их в дремлющем (латентном) состоянии и «разрешая» вспышки фаворитных групп, обеспеченных в краткие промежутки времени пищей и энергией.
Высшие растения, являясь основным источником питательных веществ для преобладающего числа микробного населения почв — гетеротрофов,— оказывают существенное влияние на микробные ценозы.
Зоны, непосредственно примыкающие к корням живых растений, являются областями активного развития микроорганизмов. Это связано, прежде всего, с выделениями из корней органических веществ, синтезированных растениями. Совокупность микроорганизмов, содержащихся в большом количестве в узкой зоне вокруг корней, называют ризосферной микрофлорой, а саму зону — ризоcферой. Кроме того, существует представление о ризоплане — непосредственной поверхности корня, заселенной микробами. Ясно, что метаболизм (обмен веществ) корней оказывает большое влияние на почвенную среду, прилегающую к корням. Важным источником стимуляции почвенного микронаселения является выделение корнями питательных веществ. Патогенные и симбиотические микроорганизмы привязаны к ним либо способны растворять стенку клеток корня и проникать внутрь цитоплазмы. Экзосмос органических веществ из корней растений обусловлен активными процессами, пассивной диффузией или выделениями из отмирающих клеток.
В продуктах экзосмоса корней обнаружено большое количество различных веществ, в том числе 10 разных сахаров, 23 аминокислоты, 10 витаминов, полисахаридные слизи, органические кислоты и др.
На ризосферную микрофлору влияют вид, возраст растений и их состояние, положение и характер распределения корней, тип почвы и окружение. Корни растений стимулируют или угнетают микробов в разной степени. Бобовые растения чаще всего стимулируют развитие микробов. В ризосфере клеверов, например, обнаруживается значительно больше микроорганизмов, чем в зоне корней злаков и деревьев. Корневые выделения растений в случае длительного выращивания одних и тех же культур растений (монокультур) на одних и тех же площадях приводят к так называемому «почвенному утомлению». Такая обстановка, в сочетании с монотонным по составу растительным опадом, вызывает селекцию отдельных групп и даже видов микроорганизмов и их чрезмерное развитие в почвах. Следствием этого являются стойкие заболевания растений (при развитии патогенных для растений микробов), уносящие урожай. В пределах поверхности одного корешка микрофлора оказывается разной, и обилие микроорганизмов нарастает к кончикам корней, где, например, отмечен наибольший экзосмос аминокислот.
Ризосферный эффект более ярко выражен в песчаных почвах и менее — в гумусных. В пустынных районах ризосфера является, по-видимому, единственной зоной, где активно развивается микрофлора. В любой почве изменения окружающей среды, включая агротехнические мероприятия, оказывают меньшее воздействие на микроорганизмы в ризосфере по сравнению с обитателями почвы. Ризосферная зона представляет собой своеобразную «буферную» систему, препятствующую воздействию среды на микрофлору.
Каждый вид микроорганизма способен расти, развиваться и размножаться в рамках внешних условий, которые отражают их уровень толерантности (устойчивости) или экологическую амплитуду. Эти рамки определены критическими величинами факторов. Отдельные организмы способны существовать при крайних (экстремальных) значениях факторов среды и часто становятся узкоспециализированными — облигатными (обязательными) по отношению к уровню действующего фактора. Таковыми являются облигатные галофиты, растущие в насыщенных растворах солей, многие облигатные термофилы, глубоководные барофильные бактерии (устойчивые к высокому давлению), выдерживающие давление 1400атм, облигатные анаэробы, погибающие при незначительных примесях кислорода в атмосфере. Ряд бактерий и грибов способны размножаться при 0°С, если водный раствор не замерзает (растворы солей, в отличие от чистой воды, замерзают при более низкой температуре).
Имеются многочисленные примеры исключительности микробного мира в целом по отношению к факторам среды в экстремальном (крайнем) выражении. Так, например, опасным температурным пределом для животных, включая простейших, является 50°С, максимум для грибов 56—60°С. Сине-зеленые водоросли активны в горячих источниках при 73—75°С, а некоторые флексибактерии активно размножаются в горячих гейзерах (90°С). Зона толерантности микробного мира поистине грандиозна, ее границы часто находятся на предельных значениях отдельных факторов. Эта особенность микроорганизмов обеспечивает им практически беспредельное развитие на нашей планете.
Большинство же микроорганизмов ограничено более узкими рамками, и их развитие либо задерживается, либо, в результате воздействия отдельных факторов, наступает гибель и разрушение клеток. Большую роль в выживаемости микроорганизмов в условиях, которые могут оказаться губительными, играют «факторы компенсации». Так, например, температурный барьер преодолевается микробами, не приспособленными к этому, при наличии питательных элементов. Термофильная бактерия Bacillus stearothermophilus развивается при низкой температуре при наличии в среде ростовых факторов. Arthrobacter globiiormismrtepaHTeH – при высокой и низкой температуре в присутствии солей (NaCl). Низкая температура придает Bacillus stearothermophilus нечувствительность к токсинам, не мешая ее росту.
Нет практически ни одного вещества (в первую очередь содержащего углерод), которое не могло бы быть разложено микроорганизмами. Самые устойчивые соединения — асфальты, битумы и новые синтезированные химическим путем соединения, не встречающиеся в природе, также атакуются микробами.
Все изложенные выше сведения, составляющие лишь фрагменты того, что известно современной микробиологии, дают основание самому читателю сделать вывод об огромной и исключительной роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе.
Источник