Почвенные бактерии — ценность и функции
Роль почвенных бактерий
Микробы в почве является ключом к переработке углерода и азота. Чайная ложка плодородной почвы может содержать от 100 млн и до 1 млрд бактерий).
Бактерии — это крошечные одноклеточные организмы шириной около 0,2-2,0 мкм (в среднем — 1 мкм) и длиной около 1-10 мкм. По размеру бактерии можно сравнить с частицами глины (<2 мкм) и частицами ила (2-50 мкм).
Они растут и живут в тонких водных пленках вокруг частиц почвы и вокруг корней растений, в области, называемой ризосферу. Небольшой размер бактерий, позволяет им расти и адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды быстрее, чем более крупных и сложных микроорганизмам.
Большинство почв является своего рода кладбищем для мертвых бактерий. Так как большинство бактерий живут в условиях постоянного голодания или водного стресса, то они научились быстро адаптироваться к условиям окружающей среды и мгновенно репродуцировать, когда вода и пища находятся в изобилии. Популяцию бактерий можно легко удвоить за 30 минут. Бактерии так просты в структуре, иногда их называют `мешок ферментов.
Классификация бактерий
Бактерии в основном делятся на типы. Для упрощения, бактерии могут быть сгруппированы в следующие группы:
Бактерии в зависимости от их формы
До появления секвенирования ДНК, бактерии были классифицированы на основе их форм и биохимических свойств. Большинство бактерий принадлежат к трем основным формам: стержень (стержневые бактерии называются бациллы), сфера (сферические бактерии называются кокки) и спираль (спиральные бактерии называются спириллы). Также существуют тонкие ветвящиеся нити, называемые актиномицетами. Некоторые бактерии принадлежат к различным формам, которые являются более сложными, чем вышеуказанные формы.
Аэробные и анаэробные бактерии
Бактерии, которые нуждаются в кислороде для выживания, называются аэробные бактерии. Бактерии, которые не требуют кислорода для выживания, называются анаэробные бактерии. Анаэробные бактерии могут погибнуть, если находятся в окисленной среде.
Грамположительные и грамотрицательные бактерии
Распределение бактерий на грамположительные и грамотрицательные основывается на результатах метода Грама. Грамотрицательные бактерии являются самыми маленькими и имеют тенденцию быть более чувствительными к водному стрессу, в то время как грамположительные бактерии больше по размеру, имеют более толстую клеточную стенку, отрицательный заряд на внешней поверхности, и, как правило, противостоят водного стресса.
Автотрофные и гетеротрофные бактерии
Это один из важнейших видов классификации, он учитывает наиболее важный аспект роста бактерий и их размножения. Автотрофные бактерии (также известные как автотрофы) получают необходимый им углерод из углекислого газа. Некоторые автотрофы непосредственно используют солнечный свет для получения сахаров из углекислого газа, тогда как для других это зависит от различных химических реакций. Гетеротрофные бактерии получают углеводы и / или сахара из окружающей среды, в которой они находятся.
Классификация основана на филах
На основе морфологии, секвенирование ДНК, необходимых условий и биохимии, ученые классифицировали бактерии в 12 фил. Каждая фила соответствует числу видов и родов бактерий. Эта классификация включает бактерии, которые могут находиться в разных типах сред, например
- Бактерии, которые могут выживать в экстремальных температурах (экстремальные холода и жара)
- Бактерии, которые могут выживать в различных средах (сильно кислая и сильно щелочная среды)
- Аэробные бактерии по сравнению с анаэробными бактериями
- Автотрофные бактерии по сравнению с гетеротрофных бактериями и др.
Функции почвенных бактерий
Бактерии выполняют важные функции в почве, раскладывая органические остатки из ферментов, секретируется в почве. Есть четыре основных функциональных группы почвенных бактерий:
- Decomposers (деструкторы) — бактерии, которые потребляют простые сахара и соединения углерода, такие как корневые выделения и свежие растительные остатки.
- Mutualists — бактерии, формирующие партнерские отношения с растениями; пример: ризобии — азотфиксирующие бактерии.
- Lithotrophs (хемоавтотрофы) — бактерии, которые получают энергию из соединений азота, серы, железа или водорода, а не из углеродистых соединений.
- Бактерии также могут быть патогенами для растений.
Бактерии в почве превращают энергию органического вещества в формы полезны для других организмов. Ряд бактерий деструкторов (Decomposers) могут разрушать остатки пестицидов и некоторые другие загрязняющие вещества в почве. Эти бактерии особенно важны для иммобилизации или сохранения питательных веществ, тем самым предотвращая потери питательных веществ, таких как азот, с корневой зоны.
 |  |
Бактерии всех четырех групп выполняют важные функции, связанные с динамикой воды, круговоротом питательных веществ и противостояний болезней. Некоторые бактерии вырабатывают вещества, которые помогают связывать частицы почвы в микроагрегаты (2-200 мкм). Стабильные агрегаты улучшают инфильтрацию воды и повышают водоудерживающую способность почвы. Также популяции бактерий конкурируют с болезнетворными организмами в корнях и на поверхности растений.
Азотфиксирующие бактерии (ризобии)
Образуют симбиотические ассоциации с корнями бобовых. Ризобии является грамотрицательными бактериями. Создаются видимые глазом узелки в местах, где бактерии заражают растущий корень растения. Растение поставляет простые сахара к бактериям, а бактерии превращают атмосферный азот из воздуха в нитратной и аммонийную форму, которые растение может использовать. Когда листья или корни растения разлагаются, количество азота в почве увеличивается. Для фиксации бактериями атмосферного азота нужны анаэробные условия.
Нитрифицирующие бактерии
Сначала превращают аммоний в нитриты, а затем в нитрат, который является лучшей формой азота для большинства пропашных культур. Нитрифицирующие бактерии нужны почв с избыточным аэрацией. Нитрат легко выщелачивается из почвы, поэтому некоторые фермеры используют ингибиторы нитрификации, для снижения активности нитрифицирующих бактерий.
Денитрифицирующие бактерии
Превращают нитраты в атмосферный азот или закись азота. Денитрификаторы является анаэробными бактериями, то есть они активны при отсутствии кислорода, например, в уплотненных почвах или внутри грунтовых микроагрегатов. В тяжелых глинистых почвах до 40-60% азота может быть потеряно при денитрификации. Хотя существует множество бактерий в почве, только небольшая специализированная группа азотфиксирующих бактерий может фиксировать атмосферный азот. Фиксация азота не может происходить без участия специальных нитрогеназну ферментов конкретных бактерий.
Азотфиксирующие бактерии
Присутствуют в большинстве типов почв (как симбиотические виды), однако они, как правило, составляют очень небольшой процент от общего количества популяций микроорганизмов и имеют низкую способность фиксации азота.
Сера, как и многие другие питательные вещества, трансформируется в почве таким же образом, как азот. Специальные бактерий в анаэробных условиях делают серу менее доступной для растений путем преобразования серы в сероводород в водонасыщенных грунтах, осаждая серу из почвы в виде нерастворимых сульфидов различных металлов. В хорошо аэрированных условиях, бактерии преобразуют серу из сульфидов металлов в сульфатную форму, через промежуточные стадии с образованием элементарной серы и тиосульфата.
Актиномицеты
Большая группа бактерий, которые растут как грибы и аналогичные грибам функционально. Актиномицеты по размеру (1-2 мкм) меньше грибов (10-50 мкм) и достаточно чувствительны к антибактериальным агентов. Когда фермеры пашут почву, именно актиномицеты ответственные за специфический «земляной» запах, источником которого является стрептомицины. Ряд антибиотиков производятся из актиномицетов, в том числе стрептомицин.
Актиномицеты раскладывают много веществ и являются более активными при высоких значениях рН. Особенно важны в деградации трудно разлагаются соединений, таких как хитин, лигнин, кератин, грибковая целлюлоза и животные полимеры. При низком значении рН более активными в деградации подобных соединений являются грибы. Актиномицеты важные в формировании стабильного гумуса, что повышает структуру почвы, улучшает запас питательных веществ в почве и повышает качество почвы удерживать воду.
Преимущества почвенных бактерий
Различные виды бактерий процветают на разных источниках пищи и в различных микросреды. В общем, бактерии являются более конкурентоспособными, когда в ризосфере присутствуют легко усваиваемые (лабильные) субстраты (простые сахара). Это свежие остатки растений и соединения, которые находятся рядом с живыми корнями.
Бактерии (особенно стержневые и грамотрицательные бактерии) и актиномицеты сконцентрированы в ризосфере вокруг корней. Актиномицеты могут составлять от 10 до 30% от общего объема микроорганизмов в ризосфере почвы, в зависимости от питающей доступности.
Защитная функция
Некоторые растения вырабатывают определенные типы корневых выделений, чтобы стимулировать рост защитных бактерий. Многие бактерии производят слой из полисахаридов и гликопротеинов, которые покрывают поверхность клетки. Одни образуют слизистый слой, а другие образуют густую гелеобразную капсулу, которая уменьшает потерю воды из клетки бактерии. Эти вещества играют важную роль в цементировании песка, ила и глинистых частиц грунта в стабильные микроагрегаты, которые улучшают структуру почвы.
Для того чтобы бактерии могли выжить в почве, они должны адаптироваться к различным микросреды. Концентрации кислорода в почве могут широко варьироваться. Большие поры, заполненные воздухом, обеспечивают высокий уровень кислорода, способствует образованию аэробных условиях. В то же время мелкие микропоры могут быть анаэробной средой, где не хватает кислорода.
Это разнообразие в грунтовых микросреды позволяет бактериям процветать при различных уровнях влажности почвы и содержание кислорода, так как даже после наводнения (насыщение почвы, недостаток кислорода) или обработки почвы (диффузия кислорода) существуют небольшие микросреды, где различные виды бактерий и микроорганизмов могут существовать. Как естественная преемственность происходит в растительном сообществе, также преемственность происходит и в почве.
Влияние на грунтовые среды
Бактерии обладают способностью изменять грунтовые среды в пользу определенных растительных сообществ. На свежих отложениях, фотосинтезирующие бактерии, способные фиксировать атмосферный азот и углерод, производят органические вещества и другие питательные вещества, чтобы инициировать процессы круговорота питательных элементов в молодой почве.
Бактерии доминируют в пропашных или разрушенных почвах, грунтах с высоким значением рН и почвах с высокой доступностью нитратного азота, который является идеальным местом для сорняков. Поскольку почва разрушается меньше, а разнообразие растений увеличивается, грунтовая пища становится более сбалансированной и разнообразной, что делает питательные вещества почвы более доступными для высших растений.
Различные микробные популяции и грибы, простейшие организмы и нематоды поддерживают утилизацию питательных веществ и болезнетворных организмов под контролем.
https://agrotest.com/wp-content/uploads/2018/05/20_item_file_maslov_01_15_no_rekl.pdf
Теги: комплексный анализ почвы
Популярные запросы
Напишите нам
и мы найдем возможность
для сотрудничества
