Грунтові бактерії та їх функції
Роль грунтових бактерій
Мікроби в грунті є ключем до переробки вуглецю і азоту. Чайна ложка родючого грунту може містити від 100 млн і до 1 млрд бактерій. Бактерії – це крихітні, одноклітинні організми шириною близько 0,2-2,0 мкм (в середньому – 1 мкм) і довжиною близько 1-10 мкм. За розміром бактерії можна порівняти з частинками глини (<2 мкм) і частинками мулу (2-50 мкм). Вони ростуть і живуть в тонких водних плівках навколо частинок грунту і навколо коренів рослин, в області яка називається різосфера. Невеликий розмір бактерій, дозволяє їм рости і адаптуватися до мінливих умов навколишнього середовища швидше, ніж для більш великих і складних мікроорганізмів.
Більшість грунтів є свого роду кладовищем для мертвих бактерій. Так як більшість бактерій живуть в умовах постійного голодування або водного стресу, то вони навчилися швидко адаптуватися до умов навколишнього середовища і миттєво репродукувати, коли вода і їжа знаходяться в достатку. Популяцію бактерій можна легко подвоїти за 30 хвилин. Бактерії так прості в структурі, що іноді їх називають `мішок ферментов`.
Класифікація бактерій
Бактерії поділяються на різні типи. Для спрощення, бактерії можуть бути згруповані наступним чином:
а) Бактерії в залежності від їх форми
До появи секвенування ДНК, бактерії були класифіковані на основі їх форм і біохімічних властивостей. Більшість бактерій належать до трьох основних форм: стрижень (стрижневі бактерії називаються бацили), сфера (сферичні бактерії називаються коки) і спіраль (спіральні бактерії називаються спірили). Також існують тонкі розгалужені нитки, звані актиноміцетами. Деякі бактерії належать до різних форм, які є більш складними, ніж вищевказані форми.
б) Аеробні і анаеробні бактерії
Бактерії, які мають потребу в кисні для виживання, називаються аеробні бактерії. Бактерії, які не вимагають кисню для виживання, називаються анаеробні бактерії. Анаеробні мікроорганізми можуть загинути, якщо знаходяться в окисленому середовищі.
в) Грампозитивні і грамнегативні бактерії
Розподіл бактерій на грампозитивні і грамнегативні грунтується на результатах методу Грама. Грамнегативні бактерії є найменшими і мають тенденцію бути більш чутливими до водного стресу, в той час як грампозитивні бактерії більше за розміром, мають більш товсту клітинну стінку, негативний заряд на зовнішній поверхні, і, як правило, протистоять водному стресу.
г) Автотрофні і гетеротрофні бактерії
Це один з найважливіших видів класифікації, він враховує найбільш важливий аспект зростання бактерій і їх розмноження. Автотрофні бактерії (також відомі як автотрофи) отримують необхідний їм вуглець з вуглекислого газу. Деякі автотрофи безпосередньо використовують сонячне світло для отримання цукрів з вуглекислого газу, тоді як для інших це залежить від різних хімічних реакцій. Гетеротрофні бактерії отримують вуглеводи і / або цукру з навколишнього середовища, в якій вони знаходяться.
д) Класифікація заснована на филах
На основі морфології, секвенування ДНК, необхідних умов і біохімії, вчені класифікували бактерії в 12 філ. Кожна філа відповідає числу видів і родів бактерій. Ця класифікація включає бактерії, які можуть перебувати в різних типах середовищ, наприклад:
1. Бактерії, які можуть виживати в екстремальних температурах (екстремальні холоди і спека)
2. Бактерії, які можуть виживати в різних середовищах (сильно кисле і сильно лужне середовище)
3. Аеробні бактерії в порівнянні з анаеробними бактеріями
4. Автотрофні бактерії в порівнянні з гетеротрофних бактеріями та ін.
Функції ґрунтових бактерій
Бактерії виконують важливі функції в грунті, розкладаючи органічні залишки. Є чотири основних функціональних групи грунтових бактерій:
1. Decomposers (деструктори) – бактерії, які споживають прості цукри і сполуки вуглецю, такі як кореневі виділення і свіжі рослинні залишки.
2. Mutualists – бактерії, що формують партнерські відносини з рослинами; приклад: ризобії – азотфіксуючі бактерії.
3. Lithotrophs (хемоавтотрофи) – бактерії, які отримують енергію з сполук азоту, сірки, заліза або водню, а не з вуглецевих з’єднань.
4. Бактерії також можуть бути патогенами для рослин.
Бактерії в грунті перетворюють енергію органічної речовини в форми корисні для інших організмів. Ряд бактерій деструкторів (Decomposers) можуть руйнувати залишки пестицидів і деякі інші забруднюючі речовини в грунті. Ці бактерії особливо важливі для іммобілізації або збереження поживних речовин, тим самим запобігаючи втрати поживних речовин, таких як азот, з кореневої зони.
Бактерії всіх чотирьох груп виконують функції, пов’язані з динамікою води, кругообігом поживних речовин і протистоянь хвороб. Деякі виробляють речовини, які допомагають зв’язувати частинки грунту в мікроагрегати (2-200 мкм). Стабільні агрегати поліпшують інфільтрацію води і підвищують водоутримуючу здатність грунту. Також популяції бактерій конкурують з хвороботворними організмами в коренях і на поверхні рослин.
Азотфіксуючі бактерії (ризобії)
Утворюють симбіотичні асоціації з корінням бобових. Ризобії є грамнегативними бактеріями. Створюються видимі оком вузлики в місцях, де бактерії заражають зростаючий корінь рослини. Рослина поставляє прості цукри до бактерій, а бактерії перетворюють атмосферний азот з повітря в нітратну і амонійну форму, які рослина може використовувати. Коли листя або коріння рослини розкладаються, кількість азоту в грунті збільшується. Для фіксації бактеріями атмосферного азоту потрібні анаеробні умови.
Нітрифікуюючі бактерії
Спочатку перетворюють амоній в нітрит, а потім в нітрат, який є кращою формою азоту для більшості просапних культур. Нітрифікуючі бактерії потрібні грунтів з надмірною аерацією. Нітрат легко вилуговується з грунту, тому деякі фермери використовують інгібітори нітрифікації, для зниження активності нитрифицирующих бактерій.
Денітрифікуючі бактерії
Можуть перетворювати нітрати в атмосферний азот або в газоподібні оксиди азоту. Денітріфікатори є анаеробними бактеріями, тобто вони активні при відсутності кисню, наприклад, в ущільнених грунтах або всередині ґрунтових мікроагрегатів. У важких глинистих ґрунтах до 40-60% азоту може бути втрачено при денітрифікації.
Хоча існує безліч бактерій в грунті, тільки невелика спеціалізована група азотфіксуючих бактерій може фіксувати атмосферний азот. Фіксація азоту не може відбуватися без участі спеціальних ферментів конкретних бактерій. Азотфіксуючі бактерії присутні в більшості типів ґрунтів (як симбіотичні види), проте вони, як правило, становлять дуже невеликий відсоток від загальної кількості популяцій мікроорганізмів і мають низьку здатність фіксації азоту.
Сірка
Трансформується в грунті таким же чином, як азот. Спеціальні бактерії в анаеробних умовах роблять сірку менш доступною для рослин шляхом перетворення сірки в сірководень в водонасичених грунтах, облягаючи сірку з грунту у вигляді нерозчинних сульфідів різних металів.
В добре аерованих умовах, бактерії перетворять сірку з сульфідів металів в сульфатну форму, через проміжні стадії з утворенням елементарної сірки і тіосульфату.
Актиноміцети
Велика група бактерій, які ростуть як гриби і аналогічні грибам функціонально. Актиноміцети за розміром (1-2 мкм) менше грибів (10-50 мкм) і досить чутливі до антибактеріальних агентів. Коли фермери орють грунт, саме актиноміцети відповідальні за специфічний “земляний” запах, джерелом якого є стрептоміцети.
Ряд антибіотиків виробляються з актиноміцетів, в тому числі стрептоміцин.
Актиноміцети розкладають багато речовин і є більш активними при високих значеннях рН. Вони особливо важливі в деградації речовин, що важко розкладаються, таких як хітин, лігнін, кератин, грибкова целюлоза і тварини полімери. При низькому значенні рН більш активними в деградації подібних з’єднань є гриби.
Актиноміцети важливі у формуванні стабільного гумусу, що підвищує структуру ґрунту, покращує запас поживних речовин в грунті і підвищує якість грунту утримувати воду.
Переваги грунтових бактерій
Різні види бактерій процвітають на різних джерелах їжі і в різних мікросередовища. Загалом, бактерії є більш конкурентоспроможними, коли в ризосфері присутні легко засвоювані (лабільні) субстрати (прості цукри). Це свіжі залишки рослин і з’єднання, які містяться поруч з живими корінням.
Бактерії (особливо стрижневі й грамнегативнібактерії) і актиноміцети сконцентровані в ризосфері навколо коренів. Актіномецети можуть становити від 10 до 30% від загального обсягу мікроорганізмів в ризосфері ґрунту, в залежності від живильної доступності. Деякі рослини виробляють певні типи кореневих виділень, щоб стимулювати зростання захисних бактерій.
Бактерії виробляють шар з полісахаридів і глікопротеїнів, які покривають поверхню клітини. Одні утворюють слизовий шар, а інші утворюють густу гелеобразную капсулу, яка зменшує втрату води з клітини бактерії. Ці речовини відіграють важливу роль в цементуванні піску, мулу і глинистих частинок грунту в стабільні мікроагрегати, які покращують структуру ґрунту.
Що потрібно для виживання бактрій
Для того щоб бактерії могли вижити в грунті, вони повинні адаптуватися до різних мікросередовища. Концентрації кисню в грунті можуть широко варіюватися. Великі пори, заповнені повітрям, забезпечують високий рівень кисню, що сприяє утворенню аеробних умов. У той же час дрібні мікропори можуть бути анаеробної середовищем, де не вистачає кисню. Це різноманітність в грунтових мікросередовища дозволяє бактеріям процвітати при різних рівнях вологості грунту і вміст кисню, тому що навіть після повені (насичення ґрунту, недолік кисню) або обробки грунту (дифузія кисню) існують невеликі мікросередовища, де різні види бактерій і мікроорганізмів можуть існувати.
Як природна спадкоємність відбувається в рослинному співтоваристві, також спадкоємність відбувається і в середовищі існування бактерій. Бактерії мають здатність змінювати грунтові середовища на користь певних рослинних угруповань. На свіжих відкладеннях, фотосинтезуючі бактерії, здатні фіксувати атмосферний азот і вуглець, виробляюти органічні речовини та інші поживні речовини, щоб ініціювати процеси кругообігу поживних елементів у ґрунті. Бактерії домінують в просапних або зруйнованих грунтах, грунтах з високим значенням рН і грунтах з високою доступністю нітратного азоту.
Оскільки грунт руйнується менше, а різноманітність рослин збільшується, грунтова їжа стає більш збалансованою і різноманітною, що робить поживні речовини грунту більш доступними для вищих рослин. Різноманітні мікробні популяції і гриби, найпростіші організми та нематоди підтримують утилізацію поживних речовин і хвороботворних організмів під контролем.
https://agrotest.com/wp-content/uploads/2018/05/21_item_file_final-174-177_str_02_15.pdf
Найчастіше запитують
Напишіть нам
і ми знайдемо можливість
для співпраці
