Бактерии играют крайне важную роль в почве, способствуя переработке органических отходов благодаря выделяемым ими ферментам. Существует четыре основные группы почвенных бактерий, каждая из которых выполняет уникальные функции.
Значение и среда обитания почвенных бактерий, способ питания и польза и вред
Оценить роль почвенных бактерий крайне затруднительно, ведь они выполняют жизненно важные функции в экосистеме. Рассмотрим подробнее, какие особенности имеют их среда обитания, виды, а также классификацию в зависимости от различных характеристик, способов питания и способов получения пищи. Важно также отметить, чем почвенные бактерии отличаются от гнилостных представителей.
- 1 Общая информация
- 2 Среда обитания
- 3 Виды почвенных бактерий
- 3.1 По форме клеточных стенок
- 3.2 По отношению к кислороду
- 3.3 По способности окрашиваться методом Грама
- 3.4 По типу питания
- 3.5 По функциям
Общая информация
Почвенные бактерии, взаимодействуя с грибами, активным образом способствуют разложению органических остатков, превращая их в минералы и гумус. Этот процесс имеет ключевое значение для существования различных биоценозов, ведь без него жизнь растений и животных была бы невозможна. Основной вклад бактерий состоит в том, что они перерабатывают растительные и животные ткани в гумус — ценное питательное вещество, необходимое новым растениям для их питания, роста и формирования. Гумус также улучшает структуру почвы и повышает ее плодородие, обогащая верхний слой полезными веществами.
Польза и вред, которые могут исходить от микроорганизмов в почве, зависят от их количества, состава и типов. Полезные микроорганизмы не всегда доминируют в почве; при определенных условиях могут активно размножаться патогенные микроорганизмы, такие как плесенью. Это приводит к ухудшению качества субстрата, который становится непригодным для нормальной жизнедеятельности растений. Плесень может сильно угнетать растения, что в итоге может даже привести к их гибели. Также в почве могут обитать носители различных инфекционных заболеваний, включая столбняк, сибирскую язву, кишечные инфекции и другие.
Среда обитания
Каждый тип микроорганизмов живет в определенных слоях почвы и питается различными органическими отходами. Основная масса почвенных бактерий сосредоточена в корневой зоне растений, где они активно перерабатывают как свежие растительные остатки, так и вещества, выделяемые корнями.
Для нормального роста растений необходимо, чтобы в почве обитали фотосинтезирующие бактерии. Эти полезные микроорганизмы фиксируют атмосферный азот, поглощают углерод, производят органические вещества, и связывают многие другие элементы питательных веществ, необходимые для растений и их роста, участвуя в круговороте веществ.
Значение
Текущий вид почвы стал результатом многолетних усилий различных бактериальных сообществ. Одноклеточные организмы за длительное время активной жизнедеятельности перерабатывают горные породы и мертвую органическую материю, сочетая их со своими выделениями. Постепенно микроорганизмы трансформировали сухие пустыни и скалистые участки в плодородные почвы, способные поддерживать жизнь.
Бактерии являются наиболее древними организмами на планете и могут быть как полезными, так и вредными для флоры и фауны. Они формируют важнейшую часть биосферы и способствуют поддержанию жизни на нашей планете. Микрофлора почвы варьируется, включая не только бактерии, но и грибы, плесени, которые тоже играют важную роль в экосистеме. В процессе роста и развития растений почвенные бактерии перерабатывают органические вещества животного происхождения, уничтожая их и превращая в полезные минералы.
Как результат, субстрат становится насыщенным полезными органическими субстанциями, а также такими элементами, как кальций, железо, азот и фосфор, которые важны для жизнедеятельности всех видов растений.
Микрофлора почвы не только обогащает ее состав, но и значительно улучшает структурные характеристики. В одном грамме почвы может содержаться до 1 миллиарда бактерий, что показывает недюжинное разнообразие этого микромира. Для изучения наличия и численности этих микроорганизмов применяются специализированные методы и оборудование, в частности световые микроскопы, метод посева и другие технологии. Видовой состав почвенных микроорганизмов изменяется со временем и подвержен воздействию различных факторов:
- типа почвы;
- совокупности доступных в ней веществ;
- глубины, на которой осуществляется исследование почвы.
Почвенные бактерии представляют собой мелкие одноклеточные существа, которые обитают в тонком водяном слое вокруг корней растений. Малые размеры этих организмов позволяют им легко адаптироваться и размножаться в условиях, которые могут меняться очень быстро.
Часто микроорганизмы имеют сферическую форму, иногда они могут быть представителями бактериальной или выпуклой формы.
В почве встречается также множество патогенных простейших. Исследования показывают, что основные пути их распространения связаны с загрязнением фекальными остатками живых существ. Такие микроорганизмы могут стать причиной заражения людей и животных опасными инфекциями, включая сибирскую язву, гангрену и разные кишечные инфекции.
Несмотря на наличие патогенных бактерий, которые могут причинить вред человеку, многие простейшие имеют важное значение.
- Их функции заключаются в активном участии в химических реакциях и процессах, благодаря чему значительно повышается биологическая активность грунта.
- Они участвуют в гумусообразовании, то есть в процессе создания и накопления органических веществ.
- Способствуют оздоровлению почвы, инициируя процесс самоочищения от патогенной микрофлоры.
- Способствуют поддержанию сбалансированного питания растений.
- Влияют на защиту представителей флоры, поддерживая их первичный рост.
- Способствуют образованию и улучшению корневой системы растений.
- Усиливают защитные механизмы растительных организмов, повышая их сопротивляемость различным инфекциям.
Обзор видов
Различные микроорганизмы, которые обитают в почве нашей планеты, разделяются на группы в зависимости от привычек питания, функциональных характеристик, среды обитания и множества других критериев. Существует несколько типов почвенных микроорганизмов, включая разлагающие бактерии, паразитов и симбионтов. Взаимоотношения между разными видами сапрофитов могут варьироваться от оказания взаимопомощи до серьезной конкуренции за ресурсы.
Спорообразующие бактерии разделяются на 12 видов в зависимости от структуры и предпочтений к среде обитания, что сильно влияет на их жизнедеятельность.
К примеру, термофильные организмы могут существовать лишь в теплых условиях. Эти одноклеточные существа играют свою роль в переработке многих веществ, в том числе и мочевины, что также является важным этапом питания растений и их роста.
Патогенная микрофлора почвы обычно становится следствием фекального загрязнения. Эти микроорганизмы могут поступать в почву из кишечника как животных, так и растений, оказывая влияние на процессы разложения. Среди патогенной микрофлоры основными представителями являются колиформные прокариоты. В случае попадания в почву, такие бактерии могут выживать в течение долгого времени, если существуют подходящие условия, например, достаточное прогревание почвы и отсутствие воздействия солнечных лучей.
Колиформные бактерии представляют собой одни из самых опасных, так как они проникают в почву из кишечника животных, создавая угрозу для здоровья человека.
Кроме того, бактерии, вырабатывающие высокотоксичные ферменты, такие как различные протеолитические ферменты, представляют собой серьезную угрозу для здоровья людей и животных.
По форме клеточных стенок
Классификация почвенных бактерий по форме их клеточных стенок основывается на методах геномных и микробиологических исследований. Согласно этому принципу выделяются три основных типа одноклеточных бактерий:
- бациллы — организмы с тонкой, стержневидной формой клеток;
- кокки — организмы с клетками, имеющими сферическую форму;
- спириллы — это спиролинейные организмы, которые обладают спиралевидной формой.
Также существуют микроорганизмы комплексного типа, к которым можно отнести разветвленные актиномицеты.
По отношению к кислороду
В зависимости от использования кислорода в своих жизненных циклах, почвенные организмы делятся на следующие типы:
- аэробные — для их жизнедеятельности необходим кислород;
- анаэробные бактерии — погибают в присутствии кислорода на определенной глубине.
По способности окрашиваться методом Грама
Метод Грама позволяет классифицировать бактерии по наличию защитной внешней оболочки, которая либо способствует, либо препятствует проникновению антибиотиков и красителей в клетку бактерии. Грамположительные бактерии — это крупные виды почвенных микроорганизмов, которые характеризуются наличием толстой оболочки, способной выживать даже в условиях водного стресса.
Грамотрицательные бактерии, как правило, являются более мелкими и не выдерживают водного стресса, что делает их более хрупкими.
Среди наиболее часто встречающихся грамотрицательных бактерий в почве можно выделить несколько групп.
Чем питаются?
Существуют разные способы получения энергии почвенными бактериями.
Некоторые из них являются автотрофами, что означает, что они могут производить свои питательные вещества.
Другие используют органические соединения в качестве источника пищи и делятся на гетеротрофы, которые могут быть дополнительно разделены на три группы.
- Паразиты. Эти микроорганизмы представляют собой патогенные организмы, которые извлекают пищу из других живых существ.
- Симбионты. Бактерии, известные как клубеньковые азотфиксаторы, адаптированы к жизни в прикорневой системе, образовывая шаровидные узлы. У этих бактерий продолговатая овальная или палочковидная форма. Чаще всего они образуют симбиоз с бобовыми растениями, такими как горох, чечевица и люцерна.
- Сапрофиты. Эти организмы, известные как бактерии разложения, обитают в верхних слоях почвы в больших количествах. Президент жизнедеятельности сапрофитов осуществляется за счет утилизации мертвых тканей, что ускоряет разложение органических веществ. Для нормальной жизнедеятельности сапрофиты требуют наличие азотсодержащих соединений, нуклеотидов, витаминов, белков и углеводов.
Бактерии обитают на всех уголках планеты. В почве они активно взаимодействуют с другими микроорганизмами и выполняют функции защитников, а также способствуют распределению питательных веществ. Почвенные бактерии очень быстро разлагают неживые органические вещества и преобразовывают их в гумус различных слоев почвы, что открывает возможности для их применения в экосистемах. Эти одноклеточные организмы являются жизненно необходимыми участниками круговорота веществ.
Для получения более детальной информации о почвенных бактериях и их значении можно обратиться к последующим разделам.
Актиномицеты
Актиномицеты представляют собой почвенные микроорганизмы, относящиеся к типу бактерий, которые обладают многими схожими характеристиками с грибами. Это сближение, вероятно, возникло в процессе конвергентной эволюции, поскольку организмы адаптированы к условиям их обитания и образу жизни.
Сходства с грибами
Хотя актиномицеты являются представителями царства бактерий, они имеют много общего с грибами, включая форму и характер ветвления, образование спор и выработку вторичных метаболитов.
- Их мицелий разветвляется аналогично грибному.
- Они формируют воздушные мицелии и конидии, аналогично грибам.
- Когда растут в жидкой культуре, актиномицеты образуют отдельные комки или гранулы, а не однородные суспензии, как у обычных бактерий.
Антибиотики
Одной из самых выдающихся особенностей актиномицетов является их способность вырабатывать антибиотики. Например, такие антибиотики, как стрептомицин, неомицин, эритромицин и тетрациклин, производятся именно ими. Стрептомицин используется для лечения туберкулеза и инфекций, вызванных некоторыми бактериями. Неомицин назначается для снижения риска бактериальных инфекций во время операций, в то время как эритромицин применяется для лечения различных инфекций, включая бронхит, коклюш и пневмонию.
Грибы
В почве существует множество грибов, однако их количество значительно меньше по сравнению с численностью бактерий. Грибки выполняют важную роль в экосистеме, служа источником пищи для более крупных организмов, создавая симбиотические отношения с растениями и участвуя в поддержании здоровья почвы. Грибки классифицируются, прежде всего, по размеру, форме и окраске их репродуктивных спор. Обычно факторы окружающей среды, влияющие на рост и распространение бактерий и актиномицетов, действуют аналогично на грибы. Качество и количество органического вещества в почве напрямую влияют на рост грибной популяции, поскольку большинство грибов нуждаются в органических веществах как в источнике питания. Грибки процветают в кислой среде; в то время как бактерии и актиномицеты не способны выживать в таких условиях. Это приводит к большему количеству грибов, чем бактерий, в кислых зонах. Грибки также эффективно развиваются в сухих, засушливых почвах, так как они аэробные организмы, и с повышением влажности доступность кислорода для них уменьшается.
Водоросли, в свою очередь, способны самостоятельно производить пищу через фотосинтез. Этот процесс позволяет преобразовать световую энергию в химическую, которой хватает для создания питательных веществ. Однако для активного роста водорослям необходимо постоянное освещение, так как для фотосинтеза требуется световая энергия. Поэтому водоросли обычно произрастают в местах с достаточным количеством солнечного света и умеренной влажности. Но они могут обитать и под поверхностью почвы, если там созданы такие же условия по температуре и влажности. Важно отметить, что водоросли также имеют уникальную способность фиксировать азот из окружающей среды.
Типы
Водоросли делятся на три главные группы: Cyanophyceae, Chlorophyceae и Bacillariaceae. Цианофиты содержат хлорофилл, который поглощает солнечную энергию и использует ее для синтеза углеводов из углекислого газа и воды, благодаря чему имеют сине-зеленый или фиолетовый окрас. Водоросли Chlorophyceae обычно содержат только хлорофилл, из-за чего выглядят зелеными, а Bacillariaceae обладают как хлорофиллом, так и пигментами, придающими им коричневатый цвет.
Сине-зеленые водоросли и азотфиксация
Цианофиты активно занимаются фиксацией азота. Объем фиксируемого ими азота определяется рядом физиологических и экологических факторов, а не только внутренними возможностями организма. К таким факторам относятся уровень солнечного света, соотношение неорганических и органических источников азота, температура и стабильность окружающей среды.
Простейшие
Протозоа представляют собой эукариотические микроорганизмы, которые стали одними из первых, способствующих половому размножению, что было важным эволюционным прорывом по сравнению с размножением спорами, от которых зависят многие другие почвенные микроорганизмы. Простейшие делятся на три класса: флагелляты, амебы и инфузории.
Жгутиковые
Флагелляты — самые мелкие представители группы простейших, которые можно дополнительно классифицировать по способности к фотосинтезу. Флагелляты, не имеющие хлорофилла, не способны к фотосинтезу, поскольку отсутствие этого пигмента делает невозможным поглощение солнечного света. Обычно такие жгутиковые обитают в почве, в то время как хлорофилло-содержащие флагелляты чаще встречаются в водной среде. Они передвигаются с помощью жгутиков, некоторые виды имеют несколько жгутиков, другие — только один, представляющий собой длинный придаток.
Амебы
Амебы являются более крупными организмами и обладают уникальным способом передвижения. Они отличаются от других простейших благодаря своим слизким свойствам и способности образовывать псевдоподии. Псевдоподия, или «ложные ноги», представляют собой временные выросты тела амебы, которые способствуют передвижению и захвату пищи. У амеб нет постоянных придатков, а их псевдоподии скорее напоминают слизь, чем хлыст.
Инфузории
Инфузории составляют наиболее многочисленную группу простейших и передвигаются при помощи множества коротких ресничек, создающих ритмичные движения. Эти реснички напоминают короткие волоски, и инфузории могут перемещаться в различных направлениях, что обеспечивает им большую подвижность по сравнению с жгутиконосцами и амебами.
Азотфиксирующие обитатели почв
Одной из самых известных групп микроорганизмов в домашних условиях являются узелковые бактерии.
Эти узловые бактерии являются единственными микроорганизмами, способными быстро насыщать почву азотом, что непосредственно повышает урожайность в таких местах.
Клубневые микроорганизмы включают те же клостридии (их аэробные разновидности), однако основные представители рода прокариот клубней — это Rhizobium.
Эти узловые микроорганизмы получили свое название в честь растения, с которым они образуют взаимную симбиоз.
Суть этого симбиоза заключается в образовании на корнях растения наростов, через которые растение получает молекулярный азот, который затем преобразуется в аммиак, а в ответ обеспечивает колонию бактерий необходимыми им питательными веществами.
Представители рода Rhizobium являются анаэробными. Это значит, что создание анаэробной среды также входит в их задачи в процессе симбиоза с растениями.
Хемолитотрофы
Данная группа бактерий относится к автотрофам. Это единственные существа на Земле, способные производить органические вещества из неорганических источников. Их роль в экосистеме нельзя переоценить, так как никакой другой организм не может заменить их функции в круговороте веществ.
Автотрофные организмы представлены несколькими основными группами:
- нитрифицирующие — это аэробные микроорганизмы, которые преобразуют неорганический азот в органику;
- окислители серы — аэробные прокариоты, которые включают неорганическую серу в состав органических молекул;
- железобактерии — это аэробные микроорганизмы, обитающие в кислых средах, которые связывают железо в неорганическом виде с органическими веществами;
- водородные и карбоксидобактерии — аэробные организмы, преобразующие молекулярный водород и углекислый газ.
Среди автотрофов нет патогенных видов, ведь их жизнедеятельность не предполагает размножение за счет органических веществ, что обычно служит причиной патогенности.
Патогенная микрофлора
Патогены в почве, как правило, являются следствием фекального загрязнения. Большинство из микробов, запускающих процессы разложения, проникают в почву из кишечников растений или животных.
Наиболее заметной патогенной микрофлорой являются колиформные прокариоты, широко известные как бактерии кишечной палочки. Они могут оставаться активными в почве длительное время, особенно при подходящих условиях, таких как отсутствие солнечного света и хорошее прогревание.
Колиформные бактерии, проникающие в почву из кишечника животных, представляют собой большую угрозу для человеческого здоровья. Они способны вызывать патологические изменения в органических тканях человека, что затрудняет их устранение на начальных стадиях.
Кроме этого, гнилостные бактерии, которые выделяют высокотоксичные протеолитические ферменты, такие как те, что вызывают гангрену и столбняк, также представляют собой серьезную угрозу для здоровья людей и животных.
Я обладаю высшим литературным образованием, пишу с 2012 года и также занимаюсь редактированием и публикацией статей, а моими хобби являются психология и кулинария.
Азотфиксирующие бактерии
Азотфиксирующие бактерии встречаются в различных типах почв и, как симбиотические организмы, составляют лишь небольшую долю общей микробной популяции, при этом обладая низкой азотфиксирующей способностью.
Сера, как и многие другие питательные вещества, подвергается преобразованию в почве аналогично процессу с азотом. Некоторые виды бактерий, находящиеся в условиях анаэробного разложения, затрудняют доступность серы для растений, преобразовывая ее в сероводород или в нерастворимые сульфиды в заболоченных почвах. В условиях хорошей аэрации они переводят серу из сульфидов в сульфатную форму через промежуточные этапы, образуя элементарную серу и тиосульфаты.
Актиномицеты
Эта большая группа бактерий проявляет схожесть с грибами как по морфологическим, так и по функциональным характеристикам. Актиномицеты имеют меньшие размеры по сравнению с грибами (от 1 до 2 мкм) и достаточно чувствительны к антибиотикам (10-50 мкм). Когда фермеры вспахивают почву, запах, выделяемый актиномицетами, часто ассоциируется с «земляным» запахом стрептомицина. Эти микроорганизмы способны производить антибиотики, такие как стрептомицин.
Актиномицеты распределяют вещества по среде и наиболее активно функционируют при высоких значениях pH. Они играют важную роль в разложении связанных со сложными соединениями, такими как хитин, лигнин, кератин, а также в переваривании полимеров животного происхождения. При низких значениях pH более эффективно разлагают подобные соединения грибы. Актиномицеты способствуют образованию стабильного гумуса, что улучшает структуру почвы, увеличивает запасы питательных веществ и повышает водоудерживающую способность почвы.
Преимущества почвенных бактерий
Разнообразные типы бактерий преуспевают на различных источниках пищи и в различных условиях. В общем, бактерии становятся наиболее конкурентоспособными, когда в ризосфере присутствуют легко усваиваемые субстраты (например, простые сахара). Это свежие растительные остатки и органические вещества, находящиеся в непосредственной близости от живых корней растений.
Большая часть бактерий (особенно палочковидные и грамотрицательные) и актиномицеты живут в ризосфере и составляют от 10% до 30% от общей массы микроорганизмов в этой зоне, в зависимости от доступности питательных веществ.
Защитная функция
Некоторые растения выделяют особые вещества экссудатов для того, чтобы поощрять рост полезных бактерий. Множество бактерий образуют полисахаридные и гликопротеиновые слои, которые создают защитные оболочки вокруг клеток. Некоторые формируют муцилагиновый слой, другие — плотную гелеобразную капсулу, что позволяет уменьшить потери воды из бактериальной клетки. Эти вещества крайне важны для соединения частиц песка, ила и глины, образующих устойчивые микроагрегаты, что улучшает структуру почвы.
Для успешного существования в почве бактериям необходимо адаптироваться к различным микрометода. Уровень кислорода может значительно варьироваться в почве. Крупные поры, заполненные воздухом, обеспечивают высокий уровень кислорода, поддерживая аэробные условия, в то время как микропоры создают анаэробную среду, в которой практически отсутствует кислород.
Такое разнообразие микроокружения в почве способствует выживанию бактерий при различных уровнях влажности и кислорода. Даже после подтоплений (парадоксально насыщение почвы, отсутствие кислорода) или обработки почвы (диффузия кислорода) могут оставаться области, где разные виды бактерий и микроорганизмов могут продолжать существовать. Как и в растительном сообществе, можно наблюдать естественную сукцессии.
Влияние на грунтовые среды
Бактерии способны улучшать почвенную среду в пользу определенных растительных сообществ. Фотосинтезирующие бактерии, которые могут фиксировать углерод и азот из воздуха, производят органические вещества и другие питательные вещества, которые необходимы для поддержания первого этапа круговорота питательных веществ в молодой почве.
Бактерии имеют доминирующее положение в почвах, где имеются сорняки или повреждения, а также в почвах с высоким pH и доступностью азота и нитратов, что служит идеальным условием для роста сорняков. С течением времени, по мере уменьшения эрозии и увеличения разнообразия растительности, питание почвы становится более сбалансированным и разнообразным, что делает питательные вещества более доступными для других растений.
Разнообразные популяции микроорганизмов, а также грибы, простейшие и нематоды работают совместно, контролируя использование питательных веществ и патогенных организмов.
Популярные запросы
сроки внесения калийных удобрений хлороз кукурузы листовая диагностика растений прожилки у листьев источники азота для растений прожилки листа это рн грунту что делают почвенные бактерии прожилки листа заказать анализ почвы источники органического вещества почвы ph кислого грунта дробязко юрій геннадійович анализ почвы лаборатория пш грунту шкала кислотности почвы простейшие питаются таблица ph для растений нормы внесения минеральных удобрений на 1 га слабокислая почва ph способы внесения минеральных удобрений поверхностное внесение навоза для чего нужен азот растениям калій для рослин состав почвы агро лаборатория виды почвенных бактерий для чего калий растениям когда лучше вносить сульфоаммофос
