Роль микроорганизмов в почве
Почвенная микробиология изучает микроорганизмы, их функции и взаимодействие в почвенной экосистеме.
Основные подходы к исследованию
Существуют два основных подхода к почвенной микробиологии:
Физиологический и таксономический – изучение организмов через их физиологию и классификацию.
Функциональный – фокус на микробных процессах и функциях в почве.
Роль микроорганизмов в почве
Почва представляет собой разнообразную среду обитания для микроорганизмов, которые играют ключевую роль в круговороте питательных веществ и очистке почвы от загрязнений.
Виды микроорганизмов
Бактерии и грибы: основные жители почвы.
Водоросли: важные для поддержания баланса.
Хищные животные и паразиты: контролируют популяции.
Роль продуцентов в круговороте веществ
Продуценты в почве, такие как бактерии и грибы, выполняют функции:
Формируют минеральные вещества.
Накапливают воду.
Фиксируют азот.
Накапливают энергию Солнца.
Экосистемы и устойчивость
Наиболее продуктивные экосистемы:
- Тропический дождевой лес.
Наиболее устойчивые биогеоценозы:
- Реки.
Заключение
Роль микроорганизмов в почве неоценима, их влияние простирается на все аспекты природы. Они являются незаменимыми участниками почвенной экосистемы и несут на себе огромную ответственность за баланс в природе.
Роль микроорганизмов в почве
Органические вещества, попадая в почву, становятся питанием для почвенной микрофлоры. Почвенная микрофлора разрушает остатки растений и животных, преобразуя одну часть в минеральное питание, а другую — в форму гумусовых веществ и живых тел почвенных организмов. Таким образом микроорганизмы напрямую влияют на рост растений, облегчая доступ к питательным веществам, таким как азот, фосфор и другие.
Влияние бактерий в почве
Бактерии, присутствующие в почве, могут играть важную роль в различных процессах. Они могут воспроизводить гормоны, стимулирующие рост корней и побегов у растений. Бактерии также защищают растения от патогенов, выделяя антибиотики и противогрибковые метаболиты. Некоторые бактерии способны усваивать азот из атмосферного воздуха и преобразовывать его в доступную для растений форму.
Важность грибов в почве
К микроорганизмам относят и микроскопические грибы. Гриб-симбиот микориза, создавая с растением взаимовыгодную связь, снабжает его водой и микроэлементами. Грибы-сапрофиты переводят органические вещества в форму, доступную для растений.
Полезные и вредные связи
Помимо активных и полезных связей между растениями и микроорганизмами, существуют и паразитические. Некоторые микроорганизмы являются возбудителями заболеваний растений, также могут приводить к большим потерям азота в почве.
Подведём итог
Важную роль в поддержании здоровья почвы и растений играют микроорганизмы, такие как бактерии и грибы. Понимание их взаимоотношений и влияния помогает развивать устойчивое сельское хозяйство и поддерживать плодородие почвы.
Решения от экспертов
На какие царства учёные разделяют живую природу?
- Бактерии
- Грибы
- Растения
- Животные
- Вирусы
Каково строение клетки?
- Ядро
- Цитоплазма
- Клеточная мембрана
- Хлоропласт (у растений)
- Вакуоль (у растений)
- Клеточная стенка (у растений)
Чем животные отличаются от других организмов?
- Не могут создавать органические вещества
- Живут активным образом
- Имеют развитые органы чувств для ориентации
Какие организмы носят название простейшие?
- Одноклеточные животные
- Микроскопические обитатели почвы
- Обитатели солёных и пресных вод
Какая роль грибов в природе?
Грибы участвуют в круговороте веществ, разлагая органические остатки.
Меры по предупреждению отравления грибами
- Не употреблять незнакомые грибы в пищу
- Обязательно отваривать перед употреблением
- При признаках отравления обратиться к врачу
- Выпить много тёплой воды и вызвать рвоту до прихода врача
Как питаются бактерии?
Бактерии питаются органическими веществами, разлагая их для своего развития.
Значение микроорганизмов в экосистемах
Микроорганизмы играют ключевую роль в круговороте веществ в природе, являясь неотъемлемой частью экосистем. Они участвуют в множестве биогеохимических процессов, включая круговороты углерода, азота, серы и других элементов, необходимых для жизни. Благодаря этим процессам микроорганизмы способствуют поддержанию баланса экосистем и обеспечивают циркуляцию питательных веществ в биосфере.
Углеродный цикл
В круговороте углерода микроорганизмы играют роль как в процессах разложения органического вещества, так и в процессах фотосинтеза и хемосинтеза. Бактерии и грибы разлагают мертвые растения, животных и другие органические материалы, превращая их в углекислый газ, воду и минеральные вещества, которые затем используются растениями для фотосинтеза. Таким образом, микроорганизмы помогают поддерживать уровень углерода в атмосфере и обеспечивают рециркуляцию углерода в экосистемах.
Азотный цикл
Азотный цикл также зависит от деятельности микроорганизмов. Бактерии, способные фиксировать атмосферный азот, преобразуют его в аммиак, который затем используется растениями для синтеза белков и нуклеиновых кислот. Другие микроорганизмы участвуют в нитрификации, превращая аммиак в нитраты, и в денитрификации, возвращая азот в атмосферу в форме азота или закиси азота.
Серный цикл
В серном цикле микроорганизмы также играют центральную роль, осуществляя окисление и восстановление серосодержащих соединений. Эти процессы важны для поддержания баланса серы в природе, что необходимо для жизни многих организмов.
Роль в круговороте других элементов
Микроорганизмы также участвуют в круговороте других элементов, таких как фосфор и железо, обеспечивая их доступность для растений и других организмов. Они играют важную роль в биоремедиации, процессе очистки загрязненной среды, разлагая или превращая токсичные вещества, такие как нефть, тяжелые металлы и химические отходы. Изучение микроорганизмов имеет важное значение для понимания и поддержания баланса природных экосистем.
Роль микроорганизмов в природе
Дополняя описанные аспекты, следует отметить, что микроорганизмы не только способствуют разложению органических веществ и круговороту элементов, но и играют важную роль в поддержании здоровья и плодородия почв.
Микроорганизмы, такие как бактерии, грибы и простейшие, участвуют в образовании почвенного гумуса, улучшая структуру почвы и обеспечивая растения необходимыми питательными веществами.
Роль микроорганизмов в водных экосистемах
В водных экосистемах микроорганизмы также играют важную роль в очищении воды и утилизации органических отходов. Они разлагают органические вещества, содержащиеся в воде, тем самым предотвращая её эвтрофикацию и поддерживая биологическое разнообразие водоемов.
Роль микроорганизмов в глобальных климатических процессах
Микроорганизмы также участвуют в глобальных климатических процессах. Например, метаногенные археи производят метан, один из парниковых газов, в процессе разложения органических веществ в анаэробных условиях, таких как болота или рисовые поля. Это влияет на глобальное потепление и климатические изменения.
Роль микроорганизмов в сельском хозяйстве
Важность микроорганизмов в круговороте веществ также проявляется в их использовании в сельском хозяйстве для улучшения плодородия почвы и биологической борьбы с вредителями. Использование биопрепаратов на основе полезных микроорганизмов способствует устойчивому развитию сельского хозяйства, уменьшая зависимость от химических удобрений и пестицидов.
Таким образом, микроорганизмы оказывают глубокое влияние на все аспекты биосферы, участвуя в поддержании баланса экосистем и обеспечивая жизненно важные процессы, необходимые для поддержания жизни на планете. Их роль в круговороте веществ в природе невозможно переоценить, и их изучение остаётся ключевым аспектом экологических и биологических исследований.
Примеры вирусов, обнаруженных в почве
Вирусы являются наиболее распространенными биологическими объектами на нашей планете и превышают количество клеточных организмов в морских и почвенных средах обитания. По оценкам, концентрация вирусов в почве составляет 10^9 вирусных частиц на грамм сухого веса.
Большинство почвенных вирусов представляют собой хвостатые бактериофаги, которые предпочитают заболоченную лесную почву более сухим сельскохозяйственным почвам. Некоторые из распространенных вирусов, обитающих в почве, включают небольшие сферические вирусные частицы, похожие по размеру на одноцепочечные (ss) РНК, содержащие бактериофаги семейства Leviviridae или некоторые вирусы растений, и более крупные сферические вирусы, похожие на двухцепочечные (ds) ДНК, содержащие вирусы семейств Partitiviridae, Chrysoviridae и Totiviridae.
Разнообразные вирусы семейств Myoviridae, Siphoviridae и Podoviridae с геномами размером от 45 до 270 кб обнаружены в поверхностных песках пустыни Сахара.
Почвы действуют как резервуары вирусов, но они, вероятно, не являются полностью статичными резервуарами, поскольку, по крайней мере, некоторые вирусы, по-видимому, легко перемещаются между средами.
Микориза
Микориза (Мycorrhiza) — образование, состоящее из корней растений и гиф грибов. Их симбиотическая связь способствует активному поглощению воды и ранее недоступных микроэлементов из почвы. Растение становится более устойчивым к стрессовым условиям и заболеваниям.
Лактобактерии
Лактобактерии (Lactobacillus) — полезные кисломолочные бактерии, которые можно встретить как в почве, так и в кишечнике человека и животных. Они защищают растения от вредных бактерий, разлагают органические вещества.
Сине-зеленые водоросли (цианобактерии) в почве
Цианобактерии – это фототрофные бактерии, которые важны в почвах, где доступны свет и вода.
Цианобактерии – это автотрофные эукариоты, которые состоят как из свободноживущих фотосинтезирующих бактерий, так и из эндосимбиотических организмов.
Сине-зеленые водоросли существуют в форме подвижных нитей клеток, которые удаляются, образуя новые колонии.
Сине-зеленые водоросли встречаются в колониальной или нитевидной форме, а нитевидные формы демонстрируют гетероцистозные или негетероцистозные нити.
Гетероцисты представляют собой толстостенные, крупные клетки, ответственные за фиксацию азота в анаэробных условиях.
Дрожжи
Дрожжи (Debarayomyces и Saccharomyces) выделяют гормоны, ускоряя деление клеток и рост растений, и создают барьеры для патогенных бактерий. Делают фосфор и азот доступным для растений, но при этом поглощают много калия и кальция, которые также необходимы растениям. Поэтому дрожжи следует применять по всем правилам и в меру.
Живучие и приспосабливающиеся к самым экстремальным условиям микроорганизмы когда-то положили начало всему живому на нашей планете. Без них не существовало бы такого богатого и разнообразного зеленого царства.
Всё в нашем мире взаимосвязанно, и поразительно, как микроскопические организмы могут влиять на окружающую среду. Важно создать все условия для питания почвенной микрофлоры и каждый год вносить в почву бактериальные удобрения — препараты, в которых содержатся полезные для растений бактерии. Например, нитрагин и ризоторфин содержат клубеньковую бактерию, которая поселяется на корнях бобовых растений и фиксирует азот из воздуха, превращая его в легкодоступную форму. Или фосфоробактерин, который содержит в 1 грамме от 8,5 млрд спор, способных переводить недоступные для растений фосфорные соединения в доступные.
В некоторых случаях сине-зеленые водоросли могут образовывать цветение водорослей, выделяя токсины в почву, которые прямо или косвенно влияют на растительность.
Потеря большого количества сообщества цианобактерий в почве влияет на сообщества бактерий, поскольку вызывает недостаток кислорода.
Микроорганизмы, обнаруженные в почве
Из-за разнообразия питательных веществ и основных факторов в почве обитает разнообразная группа микроорганизмов.
Почвенные микроорганизмы подразделяются на семь различных категорий: бактерии, грибы, вирусы, сине-зеленые водоросли, актиномицеты, простейшие и нематоды.
Каждая из этих групп имеет разные характерные особенности и свою роль в почве, в которой они обитают.
Такие микроорганизмы встречаются не только в поверхностной почве, но и в подповерхностной почве на глубине от сотен до тысяч метров под землей.
Как правило, количество микроорганизмов уменьшается с увеличением глубины в почвенном профиле, в первую очередь из-за уменьшения содержания органического вещества в почве.
Точный состав микробного сообщества в почве может меняться с изменениями в окружающей среде.
Распределение микроорганизмов в почве отличается от одной области почвы к другой. Узкая область почвы, находящаяся под прямым воздействием корней растений, называемая ризосферой, содержит больше микроорганизмов, чем другие части почвы.
Ризосфера – это динамичная среда, в которой корни растений выделяют множество соединений, которые поддерживают более высокие микробные популяции и активность, чем в насыпной почве.
Негативное воздействие простейших в почве
Поскольку большинство бактериальных сообществ в почве являются источником пищи для простейших, присутствие простейших в почве влияет на бактериальное разнообразие.
Некоторые простейшие могут быть вредны для растения, что снижает здоровье растений и урожайность.
Положительные эффекты простейших в почве
Простейшие имеют решающее значение в наземных экосистемах, где они действуют как бактериальные потребители, что приводит к минерализации органического почвенного азота с образованием аммония.
Сообщество простейших в почве также может быть использовано для оценки и мониторинга изменений в биотическом и абиотическом компоненте почвы, действуя таким образом как биоиндикаторы почвы.
Было обнаружено, что простейшие увеличивают биомассу растений независимо от содержания питательных веществ в растительной ткани.
Многие виды простейших питаются бактериями и другими микроорганизмами, что улучшает круговорот питательных веществ и поток энергии между микроорганизмами, животными и растениями.
Вирусы в почве
Вирусы – это генетические элементы, которые могут реплицироваться независимо от хромосом клетки, но не независимо от самих клеток.
Вирусы меньше бактерий и имеют размер от 20 до 30 нм в диаметре. Вирусы являются облигатными паразитами бактерий, грибов, насекомых, растений и животных, населяющих почву.
Вирусы могут действовать как спящие структуры или частицы, которые могут выживать в течение длительного периода в разных средах обитания.
Поскольку вирусы являются облигатными паразитами, их можно найти в любой точке мира, где есть жизнь.
Триходерма
Триходерма (Trichoderma) — нитчатый гриб, способный пронизывать почву и присасываться к другим грибам и растениям. Триходерма отвоёвывает территорию и выделяет антибиотики, терроризируя бактерии. При этом она положительно влияет на растения, поставляя белки, которые стимулируют растение к повышению фотосинтеза и устойчивости к болезням. Способна воспроизводить ауксиновый фитогормон, который стимулирует рост корней.
Положительные эффекты сине-зеленых водорослей в почве
Цианобактерии являются одними из первых микробных сообществ, колонизировавших наземные экосистемы.
Эти микроорганизмы играют важную роль в почве, фиксируя азот и углерод путем синтеза экзополисахаридов, которые повышают плодородие почвы и способность удерживать воду.
Применение цианобактерий в качестве инокулянтов для индуцирования образования биопорошка на почве – это новая технология, которая восстанавливает бесплодные деградированные районы и предотвращает процессы опустынивания.
Они играют важную роль в повышении физической структуры почвы, пористости и удержании влаги в почве благодаря своей волокнистой структуре.
Эти организмы также продуцируют слизистые вещества, выделяют фитогормоны, витамины, аминокислоты и вторичные метаболиты в почве.
Многие виды цианобактерий обладают внутренней способностью фиксировать атмосферный азот с помощью очень специализированной клетки, называемой гетероцистой.
Применение N2-фиксирующих цианобактерий в качестве потенциального источника N2-биоудобрения в полевых условиях действует как альтернатива обычно используемым органическим и химическим удобрениям.
Негативное воздействие вирусов в почве
Среди вирусного сообщества в почве четко выражены патогены растений, которые попадают в растение механическим путем, переносчики нематод или грибковые переносчики.
Вирусы также влияют на другие микробные сообщества бактерий, грибов и простейших, которые вызывают дисбаланс в биотическом компоненте почвы.
Вирусы могут даже влиять на физические и химические свойства почвы, воздействуя на биотические и абиотические компоненты почвы.
Бактерии в почве
Бактерии являются самыми маленькими и наиболее многочисленными клеточными организмами в почвах. Это прокариотические организмы, которые обычно имеют ширину от 0,5 до 1 мм и длину от 1 до 2 мм.
Крошечные бактерии, называемые ультрамикробактериями, могут быть всего 0,3 мм в диаметре с объемом клеток менее 0,1 мм3.
Хотя у бактерий существует множество форм клеток, включая стержневые, сферические, спиральные и нитевидные, наиболее распространенной формой клеток, обнаруживаемых в почве, является короткий стержень (коккоидный стержень).
Бактерии являются одной из наиболее распространенных групп микроорганизмов, обнаруженных в почве, причем большинство из них присутствует в ризосферном регионе.
Бактерии в ризосфере крупнее и имеют более высокие доли грамотрицательных и денитрифицирующих бактерий, чем в основной почве.
Сенная палочка
Сенная палочка (Bacillus subtilis) — очень распространенная бактерия, которая встречается повсюду. При попадании в почву или на части растения она размножается, выделяя антибиотики и фитогормоны, подавляя рост патогенной микрофлоры и способствуя росту растения. Наиболее эффективно её применение при температуре 18–36°С и в профилактических целях, опережая развитие вредных микроорганизмов.
Примеры бактерий, обнаруженных в почвах
Общие бактериальные, выделенные из почвы, включают Bacillus, Arthrobacter, Pseudomonas, Agrobacterium, Alcaligenes, Clostridium, Flavobacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Xanthomonas и Mycobacterium.
В отличие от простой морфологии, бактерии обладают наибольшим метаболическим разнообразием.
С точки зрения использования углерода различают автотрофы и гетеротрофы, а с точки зрения потребления энергии – хемоорганотрофы, хемолитотрофы и фототрофы.
Аэробные бактерии используют кислород в качестве акцептора электронов; анаэробные бактерии используют альтернативные акцепторы электронов, такие как нитрат, трехвалентное железо, сульфат, карбонат и органическое вещество.
Поскольку почва является олиготрофной (бедной питательными веществами) средой, считается, что большинство бактериальных клеток находятся в состоянии покоя.
Единственной областью в почве, где обычно встречаются метаболически активные микроорганизмы, является ризосфера, где питательные вещества не ограничены.
В заболоченных или сильно уплотненных почвах количество аэробных бактерий уменьшается, тогда как микроаэрофильных и, наконец, анаэробных бактерий будет увеличиваться.
В отличие от других почвенных микроорганизмов, большинство бактерий предпочитают богатые питательными веществами почвы с нейтральным или слабощелочным рН и близким соотношением C / N.
Примеры сине-зеленых водорослей, обнаруженных в почве
Сине-зеленые водоросли в почве присутствуют в самых разных влажных почвах, в основном вокруг корней растений в форме симбиотической ассоциации.
Эти организмы могут либо свободно встречаться в почве, либо в форме симбиотических отношений с растениями лишайниковидных грибов.
Виды цианобактерий имеют определенные структуры, такие как гетероцисты, которые участвуют в фиксации азота и, таким образом, присутствуют в анаэробной зоне почвы.
Некоторые из распространенных цианобактерий включают Nostoc, Prochlorothrix, Anabaena, Nodularia и др.
Сообщалось о цианобактериях из широкого спектра почв, которые процветают как на поверхности, так и под поверхностью.
Сине-зеленые водоросли в почве выживают при мезофильной температуре, которая чувствительна к кислотности / низкому pH (оптимальный диапазон pH 6,5-8,0) и условиям заболоченной почвы.
Пеницилл
Пеницилл (Penicillium) — распространенный гриб-паразит. Развиваясь в почве, он вырабатывает гиббереллины, которые стимулируют рост корней. Повышает иммунитет растений и участвует в разложении тканей растительных и животных организмов. Но не все виды пеницилла полезны, часть из них может поражать пищевые и сельскохозяйственные продукты, причиняя большие потери.
Положительное воздействие вирусов в почве
Основным способом благотворного действия вирусов в почвах является перенос генов между микробными хозяевами путем горизонтального переноса генов. Перенос генов позволяет передавать полезные характеристики между различными сообществами.
Другой способ, которым вирусы в почве могут принести потенциальную пользу растениям, заключается в заражении патогенных для растений организмов.
Вирусы различных микробов в почве как патогены играют важную роль в регулировании популяционной структуры их микробных хозяев.
Вирусные популяции могут также выступать в качестве резервуаров генов, участвующих во всех биохимических функциях их микробных хозяев, и путем рекомбинации между собой во время сопутствующих инфекций могут быть источником новых вариантов генов.