Участвуют в почвообразовании грибы или бактерии: Сравнение царств Грибы и Бактерии

Содержание

14. Роль микроорганизмов и животных в почвообразовании.

Роль микроорганизмов в почвообразовании
не менее значительна, чем роль растений.
Несмотря на малые размеры, они в силу
своей многочисленности имеют огромную
суммарную поверхность и потому активно
соприкасаются с почвой. На 1 га пахотного
слоя почвы площадь активной поверхности
бактерий достигает 5 млн м2. Вследствие
кратковременности жизненного цикла и
высокой размножаемости микроорганизмы
сравнительно быстро обогащают почву
значительным количеством органического
вещества. Ежегодное поступление в почву
сухого микробного вещества может
составлять 0,6 тга. Эта биомасса, богатая
протеинами, содержащая много азота,
фосфора, калия, имеет большое значение
для почвообразования и формирования
плодородия почвы.
Микроорганизмы
являются тем активным фактором, с
деятельностью которого связаны процессы
разложения органических веществ и
превращения их в почвенный перегной.
Микроорганизмы осуществляют фиксацию
атмосферного азота. Они выделяют
ферменты, витамины, ростовые и другие
биологические вещества. От деятельности
микроорганизмов зависит поступление
в почвенный раствор элементов питания
растений, а следовательно, плодородие
почвы.
Наиболее распространенным
видом микроорганизмов почв являются
бактерии. Их количество колеблется от
нескольких сотен тысяч до миллиардов
в 1 г почвы. В зависимости от способа
питания бактерии подразделяют на
гетеротрофные и автотрофные.
Гетеротрофные
бактерии используют углерод
органических соединений, разлагая
органические остатки до простых
минеральных соединений.
Автотрофные
бактерии усваивают углерод из
углекислоты воздуха и окисляют
недоокисленные минеральные соединения,
образующиеся в процессе деятельности
гетеротрофов.
По типу дыхания бактерии
делят на аэробные, развивающиеся при
наличии молекулярного кислорода, и
анаэробные, не требующие для своей
эволюции свободного кислорода. Подавляющее
большинство бактерий лучше всего
развивается при нейтральной реакции
среды. В кислой среде они малодеятельны.
Грибы —
сапрофиты — гетеротрофные организмы.
Они встречаются во всех почвах. Имея
ветвящийся мицелий, грибы густо
переплетают органические остатки в
почве. В аэробных условиях они разлагают
клетчатку, лигнин, жиры, белки и другие
органические соединения. Грибы участвуют
в минерализации гумуса почвы.
Грибы
способны вступать в симбиоз с растениями,
образуя внутреннюю или внешнюю микоризы.
В этом симбиозе гриб получает от растения
углеродное питание, а сам обеспечивает
растение азотом, образующимся при
разложении азотсодержащих органических
соединений почвы.
Водоросли распространены
во всех почвах, главным образом в
поверхностном слое. Содержат в своих
клетках хлорофилл, благодаря которому
способны усваивать углекислый газ и
выделять кислород. Водоросли активно
участвуют в процессах выветривания
пород и в первичном процессе
почвообразования.
Лишайники в
природе обычно развиваются на бедных
почвах, каменистых субстратах, в сосновых
борах, тундре и пустыне. Лишайник
представляет собой симбиоз гриба и
водоросли. Водоросль лишайника синтезирует
органическое вещество, которое использует
гриб, а гриб обеспечивает водоросли
водой и растворенными в ней минеральными
веществами.
Лишайники разрушают
породу биохимически — путем растворения
и механически — при помощи гифов и слоевищ
(тело лишайника), прочно срастающихся
с поверхностью.
С момента поселения
лишайников на горных породах начинается
более интенсивное биологическое
выветривание и первичное
почвообразование.
Простейшие представлены
в почве классами корненожек (амебы),
жгутиковых и инфузорий. Они питаются
преимущественно микроорганизмами,
населяющими почву. Отдельные виды могут
разлагать белки, углеводы, жиры и даже
клетчатку.
Вспышки деятельности
простейших в почве сопровождаются
уменьшением числа бактерий. Поэтому
принято считать проявление активности
простейших как показатель, отрицательный
для плодородия. В то же время некоторые
данные свидетельствуют, что в ряде
случаев с развитием амеб в почве
возрастает количество усвояемых форм
азота.
Микроорганизмы в почве образуют
сложный биоценоз, в котором различные
их группы находятся в определенных
взаимоотношениях, меняющихся в зависимости
от изменений условий почвообразования.
На
характер микробных биоценозов влияют
условия водного, воздушного и теплового
режимов почв, реакция среды (кислотная
или щелочная), состав органических
остатков и др. Так, с увеличением влажности
почвы и ухудшением аэрации усиливается
деятельность анаэробных микроорганизмов;
с увеличением кислотности почвенного
раствора угнетаются бактерии и
активизируются грибы.
Все группы
микроорганизмов чутко реагируют на
изменение внешних условий, поэтому в
течение года их деятельность очень
неравнозначна. При очень высоких и
низких температурах воздуха биологическая
деятельность в почвах замирает.
(Регулируя
условия жизнедеятельности микроорганизмов,
можно существенно влиять на плодородие
почвы. Обеспечивая рыхлое сложение
пахотного слоя и оптимальные условия
увлажнения, нейтрализуя кислотность
почв, мы благоприятствуем развитию
нитрификации и накоплению азота,
мобилизации других элементов питания
и в целом создаем благоприятные условия
для развития растений.)
Животные.
Почвенная фауна довольно многочисленна
и разнообразна, она представлена
беспозвоночными и позвоночными
животными.
Наиболее активные
почвообразователи из числа беспозвоночных
— дождевые черви. Многие ученые отмечали
их важную роль в почвообразовательном
процессе.
Дождевые черви распространены
практически повсеместно как в
окультуренных, так и в целинных почвах.
Их количество колеблется от сотен тысяч
до нескольких миллионов на 1 га. Перемещаясь
внутри почвы и питаясь растительными
остатками, дождевые черви активно
участвуют в переработке и разложении
органических остатков, пропуская через
себя огромную массу почвы в процессе
пищеварения. На поливных окультуренных
сероземах черви выбрасывают ежегодно
на поверхность площадью 1 га до 123 т
переработанной почвы в виде экскрементов
(копролитов). Копролиты представляют
собой хорошо агрегированные комочки,
обогащенные бактериями, органическим
веществом и углекислым кальцием. Дождевые
черви улучшают физические свойства
почв, делают их более рыхлыми, воздухо
— и водопроницаемыми, тем самым способствуя
повышению их плодородия.
Насекомые —
муравьи, термиты, шмели, осы, жуки и их
личинки — также участвуют в процессе
почвообразования. Проделывая в почве
многочисленные ходы, они разрыхляют
почву и улучшают ее водно — физические
свойства. Кроме того, питаясь растительными
остатками, они перемешивают их с почвой,
а отмирая, сами служат источником
обогащения почвы органическими
веществами.
Позвоночные животные —
ящерицы, змеи, сурки, мыши, суслики, кроты
— осуществляют огромную работу по
перемешиванию почвы. Проделывая в толще
почвы норы, они выбрасывают на поверхность
большое количество земли. Образовавшиеся
ходы (кротовины) засыпаются массой почвы
или породы и на почвенном профиле имеют
округлую форму, выделяющуюся по окраске
и степени уплотненности. В степных
районах землероющие животные настолько
сильно перемешивают верхние и нижние
горизонты, что на поверхности образуется
бугорковый микрорельеф, а почва
характеризуется как перерытый
(кротовинный) чернозем, перерытая
каштановая почва или серозем.

Многообразие грибов, их роль в природе — что это, определение и ответ

Классификация грибов

Низшие грибы

Дрожжи:

1 – отдельная клетка;

2—5 – почкование клеток;

Мукор по-другому называют белой плесенью. Его мицелий представляет собой переплетение гиф беловатого цвета и выглядит как пушистый белый налет.

Грибница (мицелий) мукора хотя и состоит из нитевидных гиф, по сути является одной огромной клеткой со множеством ядер.

Высшие грибы

Плесневые грибы развиваются сапротрофно в почве, на увлажненных продуктах, плодах и овощах, на животных и растительных остатках, образуя пушистые или паутинистые налеты (плесень) серого, зеленого, черного, сизого цвета.

Известным представителем плесневых грибов является пеницилл. Его мицелий состоит из разветвленных нитей и напоминает кисть, отсюда и его второе название «кистевик».

Другим представителем плесневых грибов является аспергилл. Его мицелий также состоит из разветвленных нитей, однако более тонкие концевые нити отходят от специального пузыря, а не от гифа.

Плесневые грибы:

1 – пеницилл;

2 – аспергилл.

Грибы-паразиты поражают преимущественно растения. У большинства таких грибов мицелий развивается внутри тканей корня, стебля, листа и плода, у некоторых – на поверхности органов растения. Также есть грибы, паразитирующие на животных и человеке.
Шляпочные грибы живут на богатой перегноем лесной почве (белый гриб, лисички), на полях и лугах (шампиньон луговой, опенок луговой), встречаются на гниющей древесине (опенок летний и зимний, вешенки).

В процессе их развития на мицелии формируются органы спороношения – плодовые тела, состоящие из ножки и шляпки. Ножка и шляпка образованы плотными пучками гиф. В шляпке можно различить два слоя: плотный верхний, часто окрашенный, покрытый кожицей, и нижний.

У одних грибов – пластинчатых – нижний слой шляпки состоит из радиально расположенных пластинок (у сыроежек, груздей, шампиньонов, бледной поганки). У белого гриба, подберезовика, подосиновика, масленка он состоит из многочисленных трубочек, поэтому их называют трубчатыми.

На пластинках, в трубочках образуются десятки миллионов спор. После созревания они высыпаются на почву, разносятся ветром, водой, насекомыми и другими животными, что способствует широкому распространению грибов.

Грибы имеют большое значение в природе:

Участвуют в круговороте веществ. Они разлагают органические вещества почвы до неорганических, которые далее усваиваются растениями.
Участвуют в почвообразовании. Почвенные грибы, в первую очередь плесневые, играют исключительную роль в процессах почвообразования. В грибах накапливаются органические вещества, которые после разрушения грибницы превращаются в перегной.
Образуют микоризу. Микориза – это объединение в одну систему корней растения и гифов гриба, она положительно влияет на жизнедеятельность растений и грибов. Ее могут образовывать шляпочные и многие плесневелые грибы. Шляпочные грибы вступают во взаимовыгодные отношения преимущественно с древесными растениями, а плесневелые — с травянистыми, включая большинство культурных видов.
Плодовые тела шляпочных грибов потребляют многие животные: млекопитающие (белки, мышевидные грызуны, барсуки, кабаны, косули), птицы, наземные моллюски и особенно насекомые.

Почвенные бактерии и грибы — Новый Южный Уэльс | Информационные бюллетени

Ключевые моменты

Почвенные бактерии и почвенные грибы являются началом пищевой цепи почвы, которая поддерживает другие почвенные организмы и функции здоровой почвы.

Различные популяции почвенных бактерий и грибов могут подавлять болезни корней.

Почвенные бактерии и грибы стимулируются почвенным покровом и внесением органических веществ.

Популяции почвенных бактерий быстро меняются в зависимости от влажности, времени года, типа культуры, ухода за стерней и т. д.

Почвенные грибы развиваются медленнее, и их сильно отбрасывают при возделывании.

Почвенные бактерии

Бактерии являются наиболее распространенными микробами в почве. Это одноклеточные организмы, и в одном грамме почвы могут быть миллиарды бактерий. Популяции бактерий могут увеличиваться или уменьшаться в течение нескольких дней в ответ на изменения влажности почвы, температуры почвы или углеродного субстрата. Некоторые виды бактерий очень хрупкие и могут быть уничтожены небольшими изменениями в почвенной среде. Другие чрезвычайно прочны, способны выдерживать сильную жару, холод или сушку. Некоторые бактерии зависят от конкретных видов растений.

Почвенные грибы

Почвенные грибы представляют собой микроскопические растительноподобные клетки, которые могут быть одноклеточными (например, дрожжи) или расти в виде длинных нитевидных структур или гиф, образующих массу, называемую мицелием. Они могут быть симбиотическими с корнями растений (рис. 1). Грибы, как правило, не так зависят от конкретных видов растений, как некоторые бактерии, и их популяции развиваются медленнее.

Рис. 1: Гифы микоризных грибов, выходящие из корней растений. Фото: Паула Флинн, Iowa State University Extension

Типы бактерий

Редуценты: играют важную роль на ранних стадиях разложения органических материалов (на более поздних стадиях преобладают грибы).

Фиксаторы азота: извлекают газообразный азот из воздуха и преобразуют его в формы, которые могут использовать растения, и могут добавлять в почву эквивалент более 100 кг/га азота в год. Бактерии Rhizobium живут в специальных клубеньках на корнях бобовых культур и могут быть инокулированы на семена бобовых культур. Другие свободноживущие азотфиксирующие бактерии связаны с небобовыми культурами, но инокуляция этими организмами не доказала свою эффективность в увеличении азотфиксации небобовых культур.

Подавители болезней: выпускают антибиотические вещества для подавления конкретных конкурентов. Ряд бактерий был коммерциализирован для подавления болезней. Их действие часто специфично для конкретных болезней определенных культур и может быть эффективным только при определенных обстоятельствах.

Актинобактерии: способствуют медленному расщеплению гуматов и гуминовых кислот в почвах и предпочитают некислые почвы с pH выше 5.

Окислители серы: Бактерии Thiobacillus могут превращать сульфиды (распространенные в почвенных минералах, но практически недоступные для растений) в сульфаты, форму, которую могут использовать растения.

Аэробы и анаэробы: Аэробные бактерии нуждаются в кислороде и преобладают в хорошо дренированной почве. Анаэробные бактерии не нуждаются в кислороде и предпочитают влажные, плохо дренированные почвы. Они могут производить токсичные соединения, которые ограничивают рост корней и предрасполагают растения к заболеваниям корней.

Группы грибов

Редуценты: необходимы для разрушения древесных органических веществ. Они играют важную роль в иммобилизации и удержании питательных веществ в почве. Органические кислоты, которые они производят, помогают создавать органические вещества почвы, устойчивые к разложению.

Мутуалисты: развивают взаимовыгодные отношения с растениями. Наиболее известны микоризные грибы, которые растут внутри корней растений. Арбускулярная микориза (ВАМ) наиболее распространена, особенно в ассоциациях сельскохозяйственных растений. У этих грибов есть арбускулы, наросты, образующиеся внутри корня растения, которые имеют множество мелких выступов в клетки корня, а также их гифы снаружи корня (рис. 1). Такая модель роста увеличивает контакт растения с почвой, улучшая доступ к воде и питательным веществам, а их масса гиф защищает корни от вредителей и патогенов.

Патогены: (включая хорошо известные грибы Verticillium, Phytophthora, Rhizoctonia и Pythium ) проникают в растение и разлагают живую ткань, что приводит к ослаблению или гибели растений. Там, где наблюдаются симптомы болезни, патогенные грибы обычно являются доминирующим организмом в почве. Почвы с высоким биоразнообразием могут подавлять передающиеся через почву грибковые заболевания.

Борьба с почвенными бактериями

Несмотря на то, что культивация практически не влияет на популяции бактерий, популяции бактерий угнетаются засушливыми условиями, кислотностью, засолением, уплотнением почвы и недостатком органических веществ. За исключением некоторых инокуляций семян, очень трудно создать желаемую популяцию бактерий, просто добавляя их в почву. Если популяции почвенных бактерий низкие, это, вероятно, связано с неблагоприятными условиями. Эффективные подходы (которые имеют множество преимуществ) для поддержания здоровых почвенных бактерий заключаются в решении проблем кислотности и уплотнения, обеспечении хорошего почвенного покрова и создании органического вещества.

Борьба с почвенными грибками

Вы можете стимулировать рост грибков в своей почве, предоставляя пищу (органические вещества), воду и минимальное воздействие на почву. Выращивание пастбищ и посевов, поддерживающих микоризные грибы, позволяет грибам размножаться в почве.

Группы растений, которые не образуют ассоциаций с микоризными грибами, включают семейство крестоцветных (например, горчица, рапс, брокколи), Chenopodiaceae (например, шпинат, свекла, солончак) и Proteaceae (банксия, макадамия). При включении этих растений в севооборот численность грибов снижается. Тот же самый эффект имеет голый пар.

Обработка почвы губительна для грибов, так как физически разрушает гифы и разрушает мицелий. Фунгициды широкого спектра действия токсичны для большинства грибов и приводят к снижению численности полезных видов.

Дополнительная литература и ссылки

Этот информационный бюллетень взят из серии информационных материалов «Основы почвенной биологии». Департамент первичной промышленности Нового Южного Уэльса располагает дополнительной информацией о почвенной биологии, включая полную серию «Основы почвенной биологии» (онлайн)

Авторы: Грег Рейд и Перси Вонг (Департамент первичной промышленности Нового Южного Уэльса), 2005

Перестроился: Стефани Альт .

Национальная программа мониторинга качества почвы финансируется Корпорацией исследования и развития зерна в рамках второй Инициативы по почвенной биологии.

Участвующие организации не несут никакой ответственности по причине небрежности или иным образом вытекающим из использования или публикации этой информации или любой ее части.

Роль почвенных бактерий | Огайолайн

Джеймс Дж. Хорман, доцент и преподаватель по вопросам сельского хозяйства и природных ресурсов

Микробы в почве напрямую связаны с повторным использованием питательных веществ, особенно углерода, азота, фосфора и серы. Бактерии представляют собой основной класс микроорганизмов, поддерживающих почву в здоровом и продуктивном состоянии.

Характеристики бактерий

Ingham (2009, стр. 18) утверждает, что «Бактерии представляют собой крошечные одноклеточные организмы, обычно шириной 4/100 000 дюйма (1 мкм). Чайная ложка продуктивной почвы обычно содержит от 100 миллионов до 1 миллиарда бактерий. Это столько же, сколько две коровы на акр. Тонна микроскопических бактерий может быть активной на каждом акре». Хотя бактерии могут быть маленькими, они составляют как самое большое количество, так и биомассу (вес) любого почвенного микроорганизма. На рис. 1 показаны простейшие инфузории, питающиеся бактериями.

Бактерии по размеру аналогичны частицам глинистой почвы (<0,2 мкм) и частицам ила (2-50 мкм). Они растут и живут в тонких пленках воды вокруг частиц почвы и вблизи корней в области, называемой ризосферой. Небольшой размер бактерий позволяет им быстрее расти и адаптироваться к изменяющимся условиям окружающей среды, чем более крупные и сложные микроорганизмы, такие как грибы.

Большинство почв — просто кладбище мертвых клеток бактерий. Бактерии настолько просты по строению, что их часто называют мешком с ферментами и/или растворимым мешком с удобрением (Dick, R., 2009).). Поскольку бактерии живут в условиях голода или нехватки воды в почве, они быстро размножаются при наличии оптимальных условий воды, пищи и окружающей среды. Популяция бактерий может легко удвоиться за 15-30 минут. Процветающие микробные популяции со временем повышают продуктивность почвы и урожайность.

Классификация бактерий

Большинство бактерий относятся к одной из следующих четырех категорий.

Форма бактерий

Когда ученые впервые начали классифицировать бактерии, они начали с изучения их основной формы. Бактерии обычно имеют три основные формы: палочки, сферы и спирали. Актиномицеты по-прежнему классифицируются как бактерии, но они похожи на грибы, за исключением того, что они меньше по размеру. Классифицировать бактерии по форме сложно, потому что многие бактерии имеют разную форму и разное расположение.

Аэробные и анаэробные бактерии

Большинство микробов, как правило, неактивны и могут проявлять лишь кратковременную активность в почве. Уровень кислорода в почве часто определяет активность почвенных бактерий (Dick, W., 2009).). Большинство почвенных бактерий предпочитают хорошо насыщенные кислородом почвы и называются аэробными бактериями, которые используют кислород для разложения большинства соединений углерода. Примеры аэробных бактерий включают род Aerobacter , который широко распространен в почве, и бактерии актиномицетов рода Streptomyces , которые придают почве приятный «земляной» запах (Lowenfels & Lewis, 2006).

Анаэробные бактерии предпочитают, а некоторым требуется среда без кислорода. Анаэробные бактерии обычно встречаются в уплотненной почве, глубоко внутри почвенных частиц (микросайтов) и влажных почвах, где кислород ограничен. Многие патогенные бактерии предпочитают анаэробные почвенные условия и, как известно, превосходят или уничтожают аэробные бактерии в почве. Многие анаэробные бактерии обнаруживаются в кишечнике животных и связаны с навозом и неприятными запахами (Lowenfels & Lewis, 2006).

Грамотрицательные и грамположительные бактерии

Когда в лаборатории используется краситель, бактерии можно классифицировать как «граммотрицательные» или «граммположительные». Окрашивающий агент прикрепляется к клеточным стенкам бактерий. Грамотрицательные бактерии, как правило, являются самыми мелкими бактериями и чувствительны к засухе и нехватке воды. Грамположительные бактерии намного больше по размеру, имеют более толстые клеточные стенки, отрицательные заряды на внешней поверхности клеточных стенок и склонны противостоять водному стрессу (Dick, R., 2009).). Bacteroides — анаэробные грамотрицательные бактерии, обитающие в кишечнике человека и животных. Listeria представляет собой грамположительные аэробные палочковидные бактерии, обнаруженные в зараженных пищевых продуктах.

Другие классификации бактерий

Другой способ классификации бактерий — по их росту и размножению. Автотрофные бактерии (также называемые автотрофами) перерабатывают углекислый газ, чтобы получить свой углерод. Некоторые автотрофные бактерии напрямую используют солнечный свет и углекислый газ для производства сахаров, в то время как другие зависят от других химических реакций для получения энергии. Водоросли и цианобактерии являются некоторыми примерами автотрофных бактерий. Гетеротрофные бактерии получают свои углеводы и/или сахара из окружающей среды или живого организма или клетки, в которой они обитают. Примеры включают Бактерии Arthrobacter , участвующие в нитрификации азота (Sylvia et al., 2005).

Благодаря новым достижениям в секвенировании ДНК большинство ученых классифицируют бактерии по типу среды, в которой они обитают. Бактерии могут жить в экстремальных условиях, например, в горячих источниках для серных бактерий, или в экстремально холодных условиях, например, в ледяной воде в Арктике. Бактерии также можно классифицировать по наличию в сильнокислой среде по сравнению с щелочной, аэробной по сравнению с анаэробной или автотрофной по сравнению с гетеротрофной средой (Dick, R., 2009).).

Функциональные группы бактерий

Бактерии выполняют множество важных экосистемных услуг в почве, включая улучшение структуры почвы и агрегацию почвы, повторное использование питательных веществ в почве и повторное использование воды. Почвенные бактерии образуют микроагрегаты в почве, связывая частицы почвы вместе со своими выделениями. Эти микроагрегаты подобны строительным блокам для улучшения структуры почвы. Улучшенная структура почвы увеличивает инфильтрацию воды и увеличивает водоудерживающую способность почвы (Ingham, 2009).).

Бактерии выполняют важные функции в почве, разлагая органические остатки ферментами, выделяемыми в почву. Ingham (2009) описывает четыре основные функциональные группы почвенных бактерий: редуценты, мутуалисты, патогены и литотрофы. Каждая функциональная группа бактерий играет роль в переработке питательных веществ в почве.

Разлагатели потребляют легко усваиваемые соединения углерода и простые сахара и связывают растворимые питательные вещества, такие как азот, в своих клеточных мембранах. Бактерии преобладают в пахотных почвах, но их эффективность в переработке углерода составляет всего 20-30 процентов (С). Бактерии имеют более высокое содержание азота (N) (10-30 процентов азота, соотношение C:N от 3 до 10), чем большинство микробов (Islam, 2008).

Среди мутуалистических бактерий есть четыре типа бактерий, которые превращают атмосферный азот (N ₂) в азот для растений. Существует три типа почвенных бактерий, которые фиксируют азот без растения-хозяина и свободно живут в почве, включая Azotobacter, Azospirillum и Clostridium .

Рисунок 2: Азотфиксирующие бактерии Rhizobium образуют клубеньки на корне сои.

Бактерии Rhizobium (граммотрицательные палочковидные бактерии) связываются с растением-хозяином: бобовыми (люцерна, соя) или клевером (красным, сладким, белым, малиновым) с образованием азотных клубеньков для фиксации азота для растения рост. Растение поставляет углерод Rhizobium в виде простых сахаров. Бактерии Rhizobium берут азот из атмосферы и преобразуют его в форму, которую может использовать растение. Для использования растениями атмосферный азот (N ₂ ) или химически активный азот соединяется с кислородом с образованием нитрата (NO ₃ ^— ) или нитрита (NO ₂ ^— ) или соединяется с водородом с образованием аммиака (NH ₃ + ^{) или аммоний (NH ₄ ⁺), которые используются растительными клетками для производства аминокислот и белков (Lowenfels & Lewis, 2006). На рис. 2 показаны азотфиксирующие бактерии.}

Многие почвенные бактерии перерабатывают азот в органических субстратах, но только азотфиксирующие бактерии могут перерабатывать азот в атмосфере в форму (связанный азот), которую могут использовать растения. Фиксация азота происходит потому, что эти специфические бактерии продуцируют фермент нитрогеназу. Азотфиксирующие бактерии, как правило, широко распространены в большинстве типов почв (как свободно живущие почвенные виды, так и виды бактерий, зависящие от растения-хозяина). Свободноживущие виды, как правило, составляют лишь очень небольшой процент от общей микробной популяции и часто представляют собой штаммы бактерий с низкой способностью связывать азот (Dick, W., 2009).).

Нитрификация — это процесс, при котором нитрифицирующие бактерии превращают аммиак (NH ₄ ⁺ ) в нитрит (NO ₂ ^— ), а затем в нитрат (NO ₃ — ^{). Бактерии и грибы обычно потребляются простейшими и нематодами, а микробные отходы, которые они выделяют, представляют собой аммиак (NH ₄ ⁺), который представляет собой доступный для растений азот. Нитритобактерии ( Nitrosomonas spp.) превращают аммиак в нитриты (NO ₂ ^–) и нитратные бактерии ( Nitrobacter spp.) могут затем превращать нитриты (NO ₂ ^–) в нитраты (NO ₃ ^–). Нитрифицирующие бактерии предпочитают щелочные почвенные условия или pH выше 7 (Lowenfels & Lewis, 2006). И нитрат, и аммиак являются доступными для растений формами азота; однако большинство растений предпочитают аммиак, потому что нитрат должен быть преобразован в аммиак в растительной клетке для образования аминокислот.}

Денитрифицирующие бактерии позволяют нитратам (NO ₃ ^— ) для преобразования в закись азота (N ₂ O) или диазот (N ₂ ) (атмосферный азот). Чтобы произошла денитрификация, должен возникнуть недостаток кислорода или анаэробные условия, чтобы бактерии могли отщеплять кислород. Эти условия обычны на запруженных или насыщенных полях, уплотненных полях или глубоко внутри микроагрегатов почвы, где кислород ограничен. Денитрифицирующие бактерии снижают азотное плодородие почв, позволяя азоту улетучиваться обратно в атмосферу. На насыщенной глинистой почве от 40 до 60 процентов почвенного азота может быть потеряно в результате денитрификации в атмосферу (Dick, W., 2009).).

Болезни растений вызывают патогенные бактерии, например, бактериальный ожог. Здоровые и разнообразные популяции почвенных бактерий вырабатывают антибиотики, которые защищают растения от болезнетворных организмов и патогенов растений. Разнообразные популяции бактерий конкурируют за одни и те же питательные вещества почвы и воду и, как правило, действуют как система сдержек и противовесов, сокращая популяции болезнетворных организмов. При высоком микробном разнообразии в почвах больше непатогенных бактерий, конкурирующих с патогенными бактериями за питательные вещества и среду обитания (Lowenfels & Lewis, 2006). Streptomycetes (актиномицеты) продуцируют более 50 различных антибиотиков для защиты растений от патогенных бактерий (Sylvia et al. , 2005).

Литотрофы (хемоавтотрофы) получают энергию из соединений, отличных от углерода (таких как азот или сера), и включают виды, важные для рециркуляции азота и серы. В условиях хорошей аэрации сероокисляющие бактерии делают серу более доступной для растений, в то время как в условиях насыщенной (анаэробной, с низким содержанием кислорода) почвы серовосстанавливающие бактерии делают серу менее доступной для растений.

Актиномицеты имеют крупные нити или гифы и действуют аналогично грибкам при обработке трудноразлагаемых органических остатков почвы (хитин, лигнин и т.д.). Когда фермеры вспахивают или обрабатывают почву, актиномицеты, умирая, выделяют «геосмин», который придает свежевспаханной почве характерный запах. Актиномицеты разлагают многие вещества, но более активны при высоких уровнях pH почвы (Ingham, 2009). Актиномицеты играют важную роль в формировании стабильного гумуса, который улучшает структуру почвы, улучшает хранение питательных веществ и увеличивает удержание воды.

Польза для почвы от бактерий

Бактерии растут во многих различных микросредах и определенных нишах в почве. Популяции бактерий быстро увеличиваются, и бактерии становятся более конкурентоспособными, когда легко усваиваемые простые сахара легко доступны в ризосфере. В этом регионе в изобилии встречаются корневые экссудаты, отмершие растительные остатки, простые сахара и сложные полисахариды. От 10 до 30 процентов почвенных микроорганизмов в ризосфере составляют актиномицеты, в зависимости от условий окружающей среды (Sylvia et al., 2005).

Многие бактерии образуют слой полисахаридов или гликопротеинов, который покрывает поверхность частиц почвы. Эти вещества играют важную роль в цементировании частиц песка, ила и глины в устойчивые микроагрегаты, улучшающие структуру почвы. Бактерии живут по краям минеральных частиц почвы, особенно глины и связанных с ней органических остатков. Бактерии играют важную роль в производстве полисахаридов, которые скрепляют частицы песка, ила и глины, образуя микроагрегаты и улучшая структуру почвы (Hoorman, 2011). Бактерии не перемещаются очень далеко в почве, поэтому большинство перемещений связано с водой, отрастанием корней или с другими представителями почвенной фауны, такими как дождевые черви, муравьи, пауки и т. д. (Lavelle & Spain, 2005).

В целом, большинство почвенных бактерий лучше себя чувствуют в почвах с нейтральным pH, хорошо насыщенных кислородом. Бактерии обеспечивают большое количество азота растениям, а азота часто не хватает в почве. Многие бактерии выделяют ферменты в почве, чтобы сделать фосфор более растворимым и доступным для растений. В целом, бактерии, как правило, доминируют над грибами в распаханных или нарушенных почвах, потому что грибы предпочитают более кислую среду без нарушения почвы. Бактерии также преобладают на затопленных полях, потому что большинство грибов не выживают без кислорода. Бактерии могут выживать в засушливых или затопленных условиях благодаря своему небольшому размеру, большому количеству и способности жить в небольших микроучастках в почве, где условия окружающей среды могут быть благоприятными. Как только условия окружающей среды вокруг этих микроучастков становятся более благоприятными, выжившие быстро увеличивают свою популяцию (Dick, W., 2009).). Простейшие, как правило, являются крупнейшими хищниками бактерий в пахотных почвах (Ислам, 2008).

Чтобы бактерии выжили в почве, они должны адаптироваться ко многим микросредам. Концентрация кислорода в почве сильно варьируется от одного микросайта к другому. Большие поры, заполненные воздухом, обеспечивают высокий уровень кислорода, что способствует аэробным условиям, в то время как более мелкие микропоры на расстоянии нескольких миллиметров могут быть анаэробными или лишенными кислорода. Это разнообразие почвенной микросреды позволяет бактериям процветать при различной влажности почвы и уровне кислорода, потому что даже после затопления (насыщение почвы, недостаток кислорода) или обработки почвы (введение кислорода) существуют небольшие микросреды, в которых могут жить разные виды бактерий и микроорганизмов. для повторного заселения почвы, когда условия окружающей среды улучшаются.

Естественная сукцессия происходит в ряде растительных сред, в том числе в почве. Бактерии улучшают почву, чтобы новые растения могли прижиться. Без бактерий новые популяции растений и сообщества борются за выживание или даже за существование. Бактерии изменяют почвенную среду, чтобы определенные виды растений могли существовать и размножаться. Там, где формируется новая почва, некоторые фотосинтезирующие бактерии начинают колонизировать почву, перерабатывая азот, углерод, фосфор и другие питательные вещества почвы для производства первого органического вещества. Почва, в которой преобладают бактерии, обычно распахана или разрушена, имеет более высокий pH почвы и азот, доступный в виде нитратов, что является идеальной средой для растений с низким уровнем сукцессии, называемых сорняками (Ingham, 2009).).

По мере того, как почва меньше нарушается и увеличивается разнообразие растений, почвенная пищевая сеть становится более сбалансированной и разнообразной, что делает почвенные питательные вещества более доступными в среде, более подходящей для высших растений. Разнообразные микробные популяции с грибками, простейшими и нематодами поддерживают рециркуляцию питательных веществ и контролируют болезнетворные организмы.

Резюме

Бактерии — самые маленькие и самые выносливые микроорганизмы в почве, способные выжить в суровых или меняющихся почвенных условиях. Бактерии эффективны только на 20–30% при переработке углерода, имеют высокое содержание азота (от 10 до 30% азота, соотношение C:N 3–10), более низкое содержание углерода и короткую продолжительность жизни. Существуют в основном четыре функциональные группы почвенных бактерий, включая редуцентов, муталистов, патогенов и литотрофов. Бактерии-редуценты потребляют простые сахара и простые соединения углерода, в то время как мутуалистические бактерии образуют партнерские отношения с растениями, включая азотфиксирующие бактерии (9).0043 Ризобия ). Бактерии также могут стать патогенами для растений, а литотрофные бактерии преобразуют азот, серу или другие питательные вещества в энергию и играют важную роль в круговороте азота и разложении загрязнений. Актиномицеты классифицируются как бактерии, но очень похожи на грибы и разлагают неподатливые (трудно разлагающиеся) органические соединения. Бактерии обладают способностью адаптироваться к различным почвенным микросредам (влажным или сухим, насыщенным кислородом или низким содержанием кислорода). Они также обладают способностью изменять почвенную среду, принося пользу определенным растительным сообществам по мере изменения почвенных условий.

Ссылки

Дик, Р. (2009). Лекция о почвенных бактериях в почвенной микробиологии, личная коллекция Р. Дика, Школа окружающей среды и природных ресурсов Университета штата Огайо, Колумбус, Огайо.
Дик, В. (2009). Лекция о биохимическом процессе в почвенной микробиологии, личная коллекция У. Дика, Школа окружающей среды и природных ресурсов Университета штата Огайо.
Хорман, Дж.Дж., Са, Дж.К.М., и Ридер, Р.К. 2011. Биология уплотнения почвы (пересмотренная и обновленная), Журнал беспахотного земледелия , том 9, № 2, стр. 583-587.
Ингхэм, Э. Р. (2009). Учебник по почвенной биологии , Глава 4: Почвенный грибок. Анкени И.А.: Общество охраны почв и водных ресурсов. стр. 22-23. www.soils.usda.gov/sqi/concepts/soil_biology
Ислам, К.Р. (2008). Лекция по физике почв, личная коллекция К. Ислама, Школа окружающей среды и природных ресурсов Университета штата Огайо, Колумбус, Огайо.
Лавель, П. и Спейн, А.В. (2005). Экология почвы , Глава 3: Почвенные организмы, Спрингер, Нью-Дели, Индия.
Ловенфельс, Дж. и Льюис, В. (2006). Объединение с микробами: Руководство садовода по почвенной пищевой сети , Глава 3: Бактерии, Timber Press, Портленд, Орегон.
Ридер, Р.К. (2012). Фотография бактерий Rhizobium и клубеньков, поражающих корни сои, личная коллекция Р. Ридера, отдел пищевой, сельскохозяйственной и биологической инженерии, Университет штата Огайо, Колумбус, Огайо.
Сильвия, Д.М., Хартель, П.Г. Фурманн, Дж.Дж. и Зуберер, Д.