В почвах наиболее широко распространены микроорганизмы следующих групп: грибы, бактерии и актиномицеты.
Почвенные грибы представляют самую крупную экологическую группу, участвующую в минерализации органических остатков и в образовании гуминовых веществ. Грибы – наиболее древние организмы, они имеют сходные черты, как с растениями, так и с животными.
Сходство с растениями заключается в полярности клеток, неограниченном верхушечном росте, наличии клеточной стенки, вакуолей, поперечных перегородок, способностью к синтезу витаминов. Общие с животными признаки состоят в отсутствии хлорофилла, гетеротрофном типе питания, наличии в клеточной стенке хитина, а не целлюлозы, синтезе запасных углеводов в форме гликогена.
Грибы распространены повсеместно в природе, где есть хотя бы следы органических веществ. Их споры можно обнаружить на любых естественных субстратах, искусственных материалах и продуктах. Почти все грибы относятся к аэробным организмам.
В процессе метаболизма грибы выделяют в окружающую среду большое количество органических кислот, что способствует растворению труднодоступных минеральных веществ (например, фосфатов) и улучшению питания растений. Грибы могут осуществлять процесс гетеротрофной нитрификации, что имеет большое значение в кислых лесных почвах.
По численности и видовому разнообразию в почвах преобладаютбактерии.
Известно около 50 родов и свыше 250 видов почвообитающих бактерий.
В зависимости от строения клеточных стенок бактерии делятся на две большие группы – грамположительные и грамотрицательные.
Наиболее часто встречаются в почвах грамотрицательные бактерии:
- псевдомонады – мелкие одиночные подвижные бактерии, не образующие спор. Как правило, это аэробные организмы, но встречаются и анаэробы, например денитрификаторы – представители рода Pseudomonas;
- азотобактерии – довольно крупные подвижные палочки, большинство из них относятся к свободноживущим аэробным азотфиксаторам, например Azotobacter chroococcum;
- клубеньковые бактерии (Rhizobium, Bradirhizobium) – подвижные палочки, не образующие спор. Они живут в свободном состоянии в почве, но способны вступать в симбиотические отношения с бобовыми растениями. В этом случае они фиксируют азот атмосферы;
- энтеробактерии – многочисленная группа палочковидных бактерий, подвижных или неподвижных. К ним относятся: представители нормальной кишечной флоры млекопитающих (Escherichia coli), возбудители кишечных инфекций (Salmonella), патогенные для растений (Erwinia), обитатели воды и почв (Serratia, Proteus);
- почкующиеся бактерии размножаются путем образования почек. Сюда относятся нитрифицирующие бактерии рода Nitrobacter;
- миксобактерии и цитофаги – слизеобразующие скользящие бактерии, способны передвигаться по твердому субстрату, образуя плотные слизистые тяжи. Бактерии родов Polyangium и Cytophaga активно разлагают в почве целлюлозу. Цитофаги способны гидролизовать и другие полисахариды, например хитин.
Группа грамотрицательных бактерий объединяет фототрофные и хемотрофные организмы.
Наиболее широко распространены в почвах:
- спорообразующие бактерии, использующие органические соединения в аэробных и анаэробных условиях. Общий признак – способность образовывать покоящиеся клетки – споры, устойчивые к внешним воздействиям. Всего насчитывают более десятка родов этих бактерий;
- бациллы (Bacillus) – аэробные свободноживущие подвижные организмы палочковидной формы, могут образовывать подвижные колонии. Все виды относятся к гетеротрофам, способны вырабатывать гидролитические ферменты, в почвах участвуют в процессах разложения различных органических веществ (белков, полисахаридов). Они вызывают аммонификацию белков (B. mycoides, B. subtilis), мочевины (B. pasteurii), разложение фосфорорганических соединений (B. megaterium);
- анаэробные спорообразующие бактерии представлены в почвах Clostridium родами, Desulfomaculum, Anaerobacter. Это крупные палочки с закругленными или заостренными концами. Они участвуют в процессах гниения, сбраживания простых углеводов, крахмала, пектина, целлюлозы (Cl. pasteurianum), азотсодержащих гетероциклических соединений (Cl. acidiurici);
- коринеподобные бактерии включают группу родов Arthrobacter, Micrococcus, Rhodococcus, Cellulomonas. Многие из них являются постоянными обитателями почв, подстилок, живых или мертвых растительных субстратов. Это гетеротрофные организмы, участвующие в минерализации органических веществ в аэробных условиях. Бактерии рода Arthrobacter преобладают в почвах, бедных свежими органическими остатками, и в экстремальных условиях. Они составляют основную массу микробного населения в почвах тундр, пустынь и высокогорных районов, так как сохраняют жизнеспособность при многих неблагоприятных условиях (низкие температура и влажность, недостаток питательных веществ).
Актиномицеты ‑ это разветвленные или мицелиальные бактерии, различающиеся по морфологии, но сходные по биохимическим показателям и хемотаксономическим признакам.
Мицелий актиномицетов очень тонкий, меньше 1,5 мкм в диаметре.
Выделено несколько групп актиномицетов:
- нокардии (Nocardia) образуют мицелий, распадающийся на отдельные фрагменты, сходные с клетками некоторых коринеподобных бактерий. Нокардии не образуют спор. Они участвуют в конечной стадии процесса минерализации органических веществ, способны разлагать сложные соединения, в том числе молекулы гуминовых кислот;
- стрептомицеты (Streptomyces) наиболее широко распространены в почвах. Обычно образуют колонии – плотные, бархатистые или мучнистые в период формирования спороносцев на воздушном мицелии. Они выделяют различные пигменты. Среди стрептомицетов много продуцентов антибиотиков. Например, антибиотик стрептомицин образует Str. streptomycini. В почве стрептомицеты участвуют в разложении сложных органических соединений.
Как правило, фаги вызывают лизис клеток (растворение).
Газовая фаза
Газовая фаза почв – это воздух, заполняющий в почве поры, свободные от воды. Почвенный воздух занимает 20–25% от общего объема почвы.
Количество и состав почвенного воздуха оказывают существенное влияние на развитие и функционирование растений и микроорганизмов;
на растворимость и миграцию химических элементов, веществ и соединений в почвенном профиле;
на интенсивность и направленность почвенных процессов.
Состав атмосферного и почвенного воздуха (в объемных процентах)
Воздушная фаза ─ важная и наиболее лабильная составная часть почв, изменчивость которой отражает биологические и биохимические стадии почвообразования.
Почвенные бактерии. Бактерии разложения и гниения
Бактерии - важнейшее звено общего круговорота веществ в природе.
В \(1\) см³ поверхностного слоя лесной почвы содержатся сотни миллионов сапротрофных почвенных бактерий нескольких видов.
Растения создают сложные органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Многие бактерии, живущие в почве, в процессе своей жизнедеятельности превращают отмершие части растений и мёртвые организмы в перегной .
Они разлагают сложные вещества на простые, которые снова используют растения.
Другая группа почвенных бактерий разлагает перегной .
Хозяйственное значение бактерий гниения и брожения
Многие бактерии гниения вызывают порчу продуктов питания. Поэтому скоропортящиеся продукты хранят в холодильниках (при низкой температуре жизнедеятельность бактерий понижается).Обрати внимание!
Поскольку бактерии не могут жить без воды и погибают в растворах соли и сахара, продукты сушат, солят, маринуют, засахаривают, консервируют, коптят.
При консервировании плотно закрытые банки нагревают. При этом погибают не только бактерии, но и их споры. Поэтому консервы сохраняются долгое время.
Бактерии портят сено в стогах, если оно недостаточно хорошо высушено. Есть бактерии, которые портят рыболовные сети, редчайшие рукописи и книги в книгохранилищах. Для предохранения книг от порчи их окуривают сернистым газом.
С активностью бактерий брожения связано скисание молока, фруктовых и ягодных соков. При этом молоко превращается в простоквашу, а соки - в жидкость с большим содержанием уксуса.
Молоко для сохранения кипятят, стерилизуют (уничтожают бактерий), хранят в холодильнике, а соки для длительного хранения, как правило, консервируют в герметически закупоренных банках или специальных упаковках.
Молочнокислые бактерии при брожении превращают сахар в молочную кислоту, которая угнетает жизнедеятельность гнилостных бактерий. Это свойство бактерий брожения человек применяет при квашении капусты, солении огурцов, получении из молока различных молочнокислых продуктов (сметаны, творога, сыра и др.); образовании силоса из кукурузы и других сочных растений.
Некоторые бактерии брожения живут в кишечнике человека и зверей и способствуют перевариванию пищи. К таким бактериям относится, например, кишечная палочка .
Азотфиксирующие клубеньковые бактерии
Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности.Эти азотфиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.
Такие бактерии называют клубеньковыми .
Клубеньки белого люпина
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.
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 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. 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 Например, в верхнем 30-ти сантиметровом слое почвы, размером в один гектар, живет около 30-ти тонн простых организмов. Имея сильный комплект ферментов, 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.
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 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!
Почва - главный резервуар и естественная среда обитания микроорганизмов, принимающих участие в процессах ее формирования и самоочищения, а также в круговороте веществ (азота, углерода, серы, железа) в природе. Помимо неорганических веществ, почва состоит из органических соединений, образующихся в результате гибели и разложения живых существ. Микроорганизмы почвы обитают в водных и коллоидных плёнках, обволакивающих почвенные частицы. Состав микрофлоры почвы разнообразен и включает преимущественно спорообразующие бактерии, актиномицеты, спирохеты, архебактерии, простейшие, сине-зелёные водоросли, микоплазмы, грибы и вирусы. Состав микрофлоры зависит от вида почвы, способов её обработки, содержания органических веществ, влажности, климатических условий и других причин. В песчаных почвах преобладают аэробные организмы, в глинистых- анаэробы.
Число бактерий в почве. В почве содержится огромное число бактерий. Раньше их число измерялось сотнями тысяч на один грамм почвы. С.Н. Виноградский (1924) разработал метод непосредственного микроскопического подсчета бактерий в почве путем их окраски. После этого стало ясно, что число бактерий измеряется сотнями миллионов в 1 г. В бедных тундровых или песчаных почвах пустыни их насчитывается до J500 миллионов, в слабоподзолистых почвах - до одного миллиарда, а в богатых органическим веществом (чернозем) - до двух миллиардов и выше.
Два миллиарда бактерий в 1 г почвы составляют около 3% сухой массы почвы. Такое большое число бактерий позволяет считать, что большинство процессов, происходящих в почве, носит биологический характер, т.е. связано с жизнедеятельностью бактерий.
Если бы процесс накопления азота, так же как и углерода, шел только в одну сторону, то жизнь стала бы скоро на Земле невозможной из-за обилия неразложившихся органических остатков. Мы уже знаем, что жизнедеятельность бактерий является причиной разложения белковых веществ.
Разложение белков бактериями. Бактерии, разлагающие белковые вещества на более простые составные части, называются гнилостными бактериями или аммонификаторами, так как в результате разложения белков в среде накапливается аммиак. Разлагая сложные белковые вещества на простые минеральные соединения, бактерии сами питаются продуктами разложения и размножаются. Однако образуемая ими масса тел составляет лишь ничтожную долю от разложившегося вещества. В этой минерализующей деятельности и заключается та огромная полезная роль гнилостных бактерий, которую они играют в природе.
Процесс гниения протекает как в анаэробных, так и в аэробных условиях. Особенно быстро он проходит в аэробных условиях.
В факультативно-анаэробных условиях гниение белков осуществляется целым рядом бактерий. Из них можно отметить кишечную палочку и протея.
В аэробных условиях разложение белков производит сенная палочка и другие спорообразующие формы. Из неспорообразующих форм можно упомянуть небольшую палочку (1-2 мкм) - псевдомонас.
При гниении образуются вода, углекислый газ, аммиак, сероводород, метилмеркаптан (CH 3 SH). Очень характерными продуктами анаэробного расщепления белков являются дурно пахнущие продукты индол и скатол, возникающие в результате частичного разрушения аминокислоты триптофана в анаэробных условиях.
Высушенное белковое вещество не разлагается бактериями и может сохраняться очень долго. Сушеное или прокопченное мясо, сухой яичный порошок не портятся, если их хранить в сухом месте.
Одной из специальных групп аммонификаторов являются бактерии, разлагающие мочевину. Мочевина - главная составная часть мочи человека и большинства животных. Человек выделяет бактерии, разлагающие в день от 30 до 50 г мочевины. Под влиянием бактерий мочевина разлагается, образуется карбонат аммония. Последний быстро распадается на воду, аммиак и углекислый газ.
Процесс нитрификации. Образовавшийся в результате аммонификации аммиак или используется высшими растениями, или нитрифицируется. Процесс нитрификации заключается в окислении аммиака до азотной кислоты. Первая фаза нитрификации вызывается микробом, окисляющим аммиак до азотистой кислоты. Он получил название нитрозомонас. Вторая фаза вызывается бактерией нитробактер, окисляющей азотистую кислоту до азотной. В почве азотистая кислота не накапливается, так как обе эти бактерии встречаются всегда вместе, находясь в своеобразном симбиозе.
Нитрозомонас представляет собой снабженную жгутиком шарообразную бактерию, а нитробактер неподвижен и является маленькой палочкой. На первом этапе нитрификации выделяется больше энергии, чем на втором.
В первой фазе нитрификации выделяется 663,6 Дж (или 158 кал):
Во второй фазе нитрификации энергии освобождается значительно меньше:
Нитрификаторы синтезируют органическое вещество путем хемосинтеза за счет энергии окисления аммиака в азотистую кислоту, а азотистой кислоты в азотную. Нитрификаторы, так же как и зеленые растения, используют для питания углекислый газ.
С.Н. Виноградский обнаружил очень высокую чувствительность нитрификаторов к органическому веществу, которое действует на них как яд, причем нитрозомонас более чувствителен к органическому веществу, чем нитробактер. Малые концентрации органического вещества задерживают рост бактерий, а несколько большие окончательно его останавливают.
Нитрификация в почве. Нитрификация в почве идет несколько отлично от нитрификации в лабораторной обстановке. В первую очередь это касается влияния на этот процесс органического вещества. Если в лабораторной обстановке нитрификаторы проявляют очень высокую чувствительность к органическому веществу и в его присутствии не растут, то в природной обстановке наблюдается как раз обратная картина. Наличие органического вещества способствует процессу нитрификации, так как является источником образования аммиака.
Процесс денитрификации. С круговоротом азота в природе связан также и процесс денитрификации, обратный по своей сути процессу азотфиксации. Денитрификацией называется процесс восстановления нитратов до свободного азота.
Процесс денитрификации, в отличие от нитрификации и азотфиксации, вызывается целым рядом малоспецифических микроорганизмов, относящихся к неспороносным палочкам. Денитрифицирующие бактерии являются факультативными анаэробами. В условиях широкого доступа кислорода они денитрификации не производят. Стоит им, однако, попасть в анаэробные условия, как при наличии нитратов и доступного им органического вещества начинается процесс денитрификации. При нехватке кислорода микроорганизмы начинают отнимать его от нитратов, восстанавливая их. Одновременно при этом окисляется усвояемое ими органическое вещество - сахара или соли органических кислот. Наилучшими условиями для протекания процесса денитрификации являются анаэробные условия, наличие нитратов и подходящего для микроорганизмов органического вещества.
Круговорот азота в природе. Подведем итоги по круговороту азота в природе. Высшее растение синтезирует белок в своем теле из связанного минерального азота и углеводов. Растения поедаются животными, которые сами не в состоянии синтезировать белки из углеводов и минерального азота. Отмирая, животные и растения становятся пищей гнилостных бактерий, разлагающих белки до аммиака, эти же бактерии разлагают и белки, находящиеся в навозе. Аммиак усваивается растением или нитрифицируется. Азотфиксаторы связывают атмосферный азот и переводят опять в белковый, который в дальнейшем может разлагаться гнилостными бактериями. Здесь следует еще упомянуть о связывании азота электрическими разрядами в атмосфере, который в виде азотной кислоты с дождем попадает в почву. Так происходит круговорот азота в природе; он переходит из одной формы в другую, подтверждая великий закон природы - закон сохранения вещества, открытый М.В. Ломоносовым.
Микроорганизмы – древнейшие представители живых существ, появились на Земле, как считают специалисты, более трех миллиардов лет назад.
Большинство микроорганизмов – это невидимые невооруженным глазом одноклеточные (бактерии, актиномицеты, микоплазмы, риккетсии, спирохеты, простейшие) и многоклеточные (зеленые и сине – зеленые водоросли, несовершенные грибы), а также неклеточные (вирусы, фаги) формы.
В природе микроорганизмы распространены чрезвычайно широко.
Они обнаруживаются в большом количестве в почве, воде, в растительных и животных организмах. Токами воздуха заносятся в стратосферу на высоту более 20 км. Их находят в горячих гейзерах, нефтяных водах, на глубине более 10 км в морях и океанах.
Даже самые твердые скальные массивы населены различными организмами. Верхний слой скальных массивов, так называемая кора выветривания, насыщена бактериями и водорослями, микроскопическими грибами и актиномицетами, простейшими организмами, фагами, вирусами и пр.
В верхнем слое базальтовых пород насчитывается от нескольких десятков тысяч до нескольких миллионов на грамм субстрата. В условиях суровой Арктики на островах Северного Ледовитого Океана (Новая Земля, Северная Земля и др.) скальные породы содержат значительное число микроорганизмов.
О существовании на Земле невидимого мира чрезвычайно малых существ человечество существующей ныне цивилизации узнали немногим более трехсот лет тому.
Антонио Левенгук (1632 – 1723), будучи очень любознательным человеком, в свободное от основной работы время любил изготавливать и шлифовать стеклянные линзы. Рассматривая каплю дождевой воды при помощи сконструированного им микроскопа, обнаружил в ней массу маленьких живых существ, одни из которых были неподвижны, а другие активно двигались. Левенгук сделал зарисовки увиденного им при помощи микроскопа, а затем листы с рисунками и пояснительными записями предоставил в Королевское научное общество.
Вскоре и другими исследователями были обнаружены микроскопически малые живые существа были обнаружены в различных субстратах – в настое сенного отвара, в гниющем мясе, в крови больных животных и людей, а затем и в других материалах.
Почти двести лет с момента обнаружения микроорганизмов, микробиология оставалась лишь описательной наукой. Ученые открывали все новые и новые микроорганизмы, тщательно их описывали, зарисовывали их форму, но не могли объяснить какую роль они играют в природе, в жизни растительных и животных организмов, в том числе и в жизни человека.
Только во второй половине Х1Х века Луи Пастер (1822 – 1895), занимаясь проблемой скисания знаменитых марок французских вин, впервые доказал, что микробы принимают активное участие во многих процессах, происходящих в природе, в том числе в процессах брожения, круговорота веществ, являются возбудителями заразных заболеваний животных и человека.
Со времен Пастера микробиология начала усиленно развиваться и к настоящему времени изучены строение и свойства многих микроорганизмов, выяснена их роль в круговороте и превращении различных веществ в природе.
Основоположник биогеохимии В.И.Вернадский убедительно доказал, что биосфера сформировалась и развивалась в результате взаимодействия микроорганизмов, растений и животных, которые обеспечивали и обеспечивают непрерывный поток элементов в биогенном обмене веществ на нашей планете, включая элемент жизни – кислород.
Сам Луи Пастер говорил, что микробы – это бесконечно малые существа, играющие в природе бесконечно большую роль, и если бы они исчезли с лица планеты, то поверхность Земли была бы загромождена мертвыми органическими веществами.
Такие биологические особенности микроорганизмов, как малый вес, небольшие размеры и быстрое размножение способствуют переносу их токами воздуха на большие расстояния и накоплению их в большом количестве в различных субстратах.
Для них присущи высокая устойчивость к различным факторам окружающей среды, разнообразие физиологических свойств и большая приспосабливаемость к самым различным условиям обитания. Некоторые виды микроорганизмов обитают и размножаются в горячих источниках, температура воды в которых достигает более 800С, а другие – в холодных водах при минусовой температуре. Одни микроорганизмы живут и размножаются в соленых водах, другие – в щелочной среде. Микроорганизмы живут и размножаются там, где другие живые существа обитать не могут.
Со времен Левенгука и до наших дней постоянно идет процесс накопления данных о новых видах микроорганизмов, населяющих почву и недра, воздух и воду земли, обитающих в животных и растительных организмах.
Можно предположить, что первоначальной средой, в которой возникли, размножались и развивались микроорганизмы, была вода. Но когда на поверхности земной коры образовалась почва, постоянно обогащаемая органическими веществами, увлажняемая атмосферными осадками и обогреваемая солнечными лучами, она стала для микробов наиболее благоприятной средой обитания и их развития.
Микробное население почвы очень богато и разнообразно. Кроме бактерий в почве обитают в огромном количестве микроскопические грибы, актиномицеты, водоросли, фаги, вирусы, простейшие, микоплазмы, насекомые, черви и другие живые существа. Количество микробов в одном грамме почвы измеряется сотнями миллионов особей. Наиболее богата микроорганизмами окультуренная, возделываемая почва. Живая масса бактерий, грибов, актиномицетов и водорослей составляет свыше десяти тонн в пахотном слое одного гектара плодородных, хорошо окультуренных почв. Подсчитано, что общая масса микробных клеток на нашей планете примерно в 25 раз больше массы всех животных.
Наиболее бедной микроорганизмами является почва пустынь, где мало влаги и органических веществ. При этом, как по численности особей, так и по численности видов, преобладают бактерии, относящиеся по своим морфологическим, культуральным и биохимическим свойствам к различным физиологическим группам. Среди них имеются нитрифицирующие, азотфиксирующие, денитрифицирующие, целлюлозоразлагающие, железобактерии, серобактерии и др.
Микроорганизмы почвы играют очень важную роль в переработке значительного количества различных веществ – минеральных и органических. Они разрушают растительные и животные остатки, участвуют в процессах превращения продуктов их распада. При помощи микроорганизмов изменяется структура и химический состав почвы. Микроорганизмы, как биологические катализаторы, определяют основное свойство почвы – плодородие. Они синтезируют и выделяют разнообразные продукты метаболизма, которые входят в состав почвы, обуславливая ее плодородие. В процессе жизнедеятельности все население почвы производит биохимическую работу космического значения. Перерабатывая огромные массы органических и минеральных соединений, микроорганизмы непрерывно синтезируют новые органические и неорганические вещества.
Химическая деятельность микроорганизмов проявляется в непрерывном круговороте азота, фосфора, серы, углерода и других веществ. Микробиологические процессы круговорота азота имеют огромное значение как факторы оздоровления и плодородия почвы. Основные биохимические процессы круговорота азота состоят из нескольких этапов и участие в них принимают различные виды микробов.
В поверхностных слоях почвы находятся аэробные амонифицирующие бактерии родов Bacillus, Proteus, Escherichia, Pseudomonas, Serratia, нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфиксирующие, возбудители брожения клетчатки, пектина и др. В более глубоких слоях почвы располагаются микроорганизмы, вызывающие процессы брожения и гниения в анаэробных условиях.
В первом этапе разложения сложных органических соединений животного и растительного происхождения – гниении белков, сопровождающемся образованием зловонных, летучих соединений (индола, скатола, аммиака, сероводорода и пр.) принимают участие Proteus sp., Bac.subtilis, Bac.mesentericus, Bac.megatherium, Bac.sporogenes . На втором этапе – в разложении мочевины участвуют Sarcina urea, Urobacter pasteuri и др. В прцессах нитрификации и денитрификации участвуют Nitrosomonas europea, Bact.pyocyaneum, Bact.denitricans и др. Фиксация атмосферного азота осуществляется Bact.rodicicola, Azotobacter agifa, Azotobacter chroococcum и др.
Углерод, подобно азоту, имеет свой круговорот, при этом процессы распада безазотистых органических веществ обусловлены жизнедеятельостью микроорганизмов, а процессы созидательные – фотосинтезом зеленых растений. Круговорот углерода имеет отношение к разнообразным типам брожений, в которых участвуют различные микроорганизмы: в спиртовом – истинные дрожжи, мукоровые плесени; уксуснокислом – дрожжеподобные грибы Micoderma vini, Bact. Pasterianum; молочнокислом – Streptococcus lactis, Bact. Bulgaricum, E.coli, Bact.lactic и др; маслянокислом – Clostridium pasterianum; в брожении целлюлозы и пектиновых веществ – Granulobacter pectinovorum, Bac.cellulosa.
Сера составляет часть белка, участвует в круговороте веществ. Сероводород, образующийся при процессах гниения, ядовит для высших растений и непригоден для утилизации. Серобактерии рода Beggiatoa окисляют этот сероводород до серной кислоты и тем самым способствуют образованию солей серной кислоты (сульфатов), которые могут использоваться высшими растениями как питательный материал. Серобактерии играют важную роль в биологическом очищении сточных вод и являются показателями загрязнения воды и почвы.
Фосфор, входящий в состав животных и растительных организмов, в результате разложения микроорганизмами выделений, отмирающих частей и трупного материала, освобождается в виде фосфорной кислоты. Соли фосфорной кислоты. Соли фосфорной кислоты не пригодны для питания высших растений. Обитающий в почве Bac. mucoides, участвует в процессе преобразования нерастворимого фосфата в растворимую соль.
Железобактерии обеспечивают круговорот железа. К ним относятся представители родов Leptothrix, Crenothrix, Chlamidotrix, Cladotrix, Spirophyllum, Thiobacillus.
Железобактерии превращают находящееся в почве нерастворимое железо (Fe3) в растворимое (Fe2), доступное для усвоения растениями.
При нехватке железа нарушается состав гемоглобина у человека и животных, возникает анемия, у растений теряется способность образовывать хлорофилл, они теряют зеленую окраску и в результате у растений развивается заболевание – хлороз.
Все железобактерии являются постоянными обитателями почвы, водоемов, ключей, луж, болот, водопроводных труб. Среди них есть представители, обитающие в симбиозе с зелеными и сине – зелеными водорослями, с представителями простейших – жгутиковыми. В результате своей жизнедеятельности железобактерии переводят закисные формы железа в окисные, получая в результате этого энергию, которую используют для восстановления СО2. Эффект жизнедеятельности железобактерий чрезвычайно велик. Болдотная железная руда является продуктом жизнедеятельности железобактерий. Криворожское месторождение железной руды также является продуктом их жизнедеятельности.
Многие группы микроорганизмов, относящиеся к хемолитотрофам, фотоавтотрофам, гетеротрофам, участвуют в превращениях металлов с переменной валентностью.
В почве обнаруживаются различные активные вещества (ферменты, витамины, ауксины, антибиотики, токсины и многие другие соединения), являющиеся метаболитами микробов. Все эти вещества вместе с другими организмами придают почве свойства, отличающие ее от минеральной породы. Интенсивность жизненных процессов микробного населения определяет степень плодородия почвы. Интенсивность проявления биологических процессов зависит от климатических, географических условий, а также от времени года и многих других факторов.
Следует помнить и о том, что в почве обитают многие виды микроорганизмов, которые могут вызвать опасные инфекционные заболевания у растительных и животных организмов, в том числе и у людей. Среди них возбудители таких опасных заболеваний как сибирская язва, столбняк, газовая раневая инфекция, поверхностные и глубокие микозы, актиномикозы и другие.
Без учета деятельности микробного населения почвы невозможно решать многие проблемы связанные с почвоведением, медициной, земледелием, ветеринарией, животноводством, растениеводством.
