Исследования почвенной микрофлоры
Биологические науки
Данилова Елена Даниловна, студент Вологодский государственный университет
Микробиология (от греч. mikros - малый, bios - жизнь, logos - учение) является одной из биологических наук. Она изучает строение, жизнедеятельность, закономерности и условия развития организмов, большинство которых можно видеть только с помощью микроскопа. [1]
Размеры многих из них настолько малы, что в капле воды их могут быть миллионы. Эти организмы называют микроорганизмами или микробами. Мир микробов богат и разнообразен. Большинство микроорганизмов одноклеточные, но имеются и многоклеточные, однако дифференциация клеток на ткани и органы у них отсутствует. Известны формы и не имеющие клеточного строения. Многие микроорганизмы принадлежат к низшим растительным организмам, некоторые - к низшим животным, но есть и такие, которые нельзя отнести ни к животным, ни к растениям. Микроорганизмы широко распространены в природе - в почве, воде и воздухе всех климатических зон. Множество различных микробов живет на поверхности тела и в кишечнике животных и людей, на растениях, на окружающих нас предметах и пищевых продуктах. [1]
Академик В. Л. Омелянский писал: «Невидимые, они постоянно сопровождают человека, вторгаясь в его жизнь то как друзья, то как враги». Существование многочисленных видов микробов обусловлено следующими основными факторами: их способностью потреблять разнообразную пищу, приспособляемостью к условиям существования, высокой выносливостью к теплу, холоду и недостатку влаги, способностью к быстрому размножению. Велико значение микроорганизмов в жизни нашей планеты. Они активно участвуют в различных превращениях веществ в природе. С их жизнедеятельностью связано образование каменного угля, нефти, некоторых руд, торфа. Большую роль играют микробы в почвообразовательных процессах, способствуя повышению урожайности сельскохозяйственных культур.
Используют микроорганизмы и в промышленном производстве органических кислот (молочной, масляной, лимонной и др.), ацетона, бутилового и этилового спиртов, витаминов, аминокислот, ферментных препаратов и антибиотиков.
Многие микроорганизмы с давних пор применяют в пищевой и легкой промышленности, а также в домашнем хозяйстве. С использованием дрожжей, например, производят пиво, тесто для хлеба. Молочнокислые бактерии используют в производстве различных кисломолочных продуктов, они же участвуют в процессах созревания сыров и квашения овощей. Микроорганизмы привлекают внимание исследователей и как потенциальные продуценты пищевого белка (дрожжи, цианобактерии и др.). Многие микроорганизмы, однако, играют отрицательную роль. [1]
Они могут являться возбудителями болезней человека, животных и растений, вызывать порчу пищевых продуктов и разрушение различных материалов, нанося большой ущерб народному хозяйству. Знание свойств микроорганизмов позволяет своевременно принимать соответствующие меры, направленные на предотвращение развития микроорганизмов при транспортировании и хранении продуктов. К наиболее распространенным методам консервирования продуктов относят охлаждение, замораживание, пастеризацию и стерилизацию продуктов, обработку их антисептиками (консервантами) и др. Таким образом, микробиология тесно связана с технологией производства и товароведением пищевых продуктов. Технологу и товароведу в практической деятельности постоянно приходится использовать знания микробиологии.
Микроорганизмы широко распространены в природе - в почве, воде и воздухе всех климатических зон. Множество различных микробов живет на поверхности тела и в кишечнике животных и людей, на растениях, на окружающих нас предметах и пищевых продуктах. [1]
Академик В. Л. Омелянский писал: «Невидимые, они постоянно сопровождают человека, вторгаясь в его жизнь то как друзья, то как враги». Существование многочисленных видов микробов обусловлено следующими основными факторами: их способностью потреблять разнообразную пищу, приспособляемостью к условиям существования, высокой выносливостью к теплу, холоду и недостатку влаги, способностью к быстрому размножению. [1]
Велико значение микроорганизмов в жизни нашей планеты. Они активно участвуют в различных превращениях веществ в природе. С их жизнедеятельностью связано образование каменного угля, нефти, некоторых руд, торфа. Большую роль играют микробы в почвообразовательных процессах, способствуя повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Используют микроорганизмы и в промышленном производстве органических кислот (молочной, масляной, лимонной и др.), ацетона, бутилового и этилового спиртов, витаминов, аминокислот, ферментных препаратов и антибиотиков. Многие микроорганизмы с давних пор применяют в пищевой и легкой промышленности, а также в домашнем хозяйстве. С использованием дрожжей, например, производят пиво, тесто для хлеба. Молочнокислые бактерии используют в производстве различных кисломолочных продуктов, они же участвуют в процессах созревания сыров и квашения овощей. [1]
Микроорганизмы привлекают внимание исследователей и как потенциальные продуценты пищевого белка (дрожжи, цианобактерии и др.).
Многие микроорганизмы, однако, играют отрицательную роль. Они могут являться возбудителями болезней человека, животных и растений, вызывать порчу пищевых продуктов и разрушение различных материалов, нанося большой ущерб народному хозяйству. [1]
Почва является естественной средой обитания микроорганизмов. Они находят в почве все условия, необходимые для своего развития, пищу, влагу, защиту от губительного влияния прямых солнечных лучей и высушивания.
Микрофлора почвы по количественному и видовому составу значительно колеблется в зависимости от химического состава почвы, ее физических свойств, реакции (рН), влагоемкости, степени аэрации. Существенно влияют также климатические условия, время года, способы сельскохозяйственной обработки почвы, характер растительного покрова и другие факторы. [1]
Неодинаково распространены микроорганизмы и по горизонтам почвы. Меньше всего их обычно содержится в самом поверхностном слое почвы толщиной в несколько миллиметров, где микроорганизмы подвергаются неблагоприятному воздействию солнечного света и высушивания. Особенно обильно населен микроорганизмами следующий слой почвы толщиной до 5- 10 см. По мере углубления число микроорганизмов снижается. На глубине 25-30 см количество их в 10-20 раз меньше, чем в поверхностном слое толщиной 1-2 см.
Меняется с глубиной и состав микрофлоры. В верхних слоях почвы, содержащих много органических веществ и подвергающихся хорошей аэрации, преобладают аэробные сапрофиты, способные разлагать сложные органические соединения. Чем глубже почвенные горизонты, тем они беднее органическими веществами; доступ воздуха в них затруднен, поэтому там преобладают анаэробные бактерии. [1]
Микрофлора почвы представлена разнообразными видами бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей и простейших животных.
К постоянным обитателям почвы относятся различные гнилостные, преимущественно спороносные, аэробные (Bacillussubtilis, В.cereusvar.mycoides, B.megaterium) и анаэробные (Clostridiumsporogenes, CI.putrificum) бактерии, а также бактерии, разлагающие клетчатку, нитрифицирующие, денитрифицирующие, азотфиксирующие, серо- и железобактерии.
Деятельность почвенных микроорганизмов играет большую роль в создании плодородия почвы. Последовательно сменяя друг друга, микроорганизмы осуществляют процессы круговорота веществ в почве. Органические вещества, попадающие в почву в виде остатков растений, трупов животных и с другими загрязнениями, постепенно минерализуются. Соединения углерода, азота, фосфора и других элементов из недоступных для растений форм преобразуются в усвояемые ими вещества. [1] Наряду с обычными обитателями почвы встречаются и болезнетворные микроорганизмы, преимущественно спорообразующие бактерии, например возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма и др. Поэтому загрязнение пищевых продуктов почвой представляет опасность.
При санитарной оценке почвы критерием служит титр кишечной палочки и количество сапрофитных бактерий. Также целесообразно определение CI.perfringensи энтерококков. [1]
Микроорганизмы в почве образуют ассоциации (сообщества), в которых каждая группа выполняет какую-либо экологическую функцию. Между этими группировками существуют определенные взаимоотношения.
Все живые организмы в процессе жизнедеятельности вступают друг с другом в различные взаимоотношения, формируя биологические связи: положительные и отрицательные.
Симбиоз в широком смысле слова - это долговременное сосуществование двух или нескольких организмов не причиняющих друг другу вреда. [2] Виды симбиоза [2]:
· Облигатный симбиоз - это сосуществование двух организмов, которые в определенных условиях не могут обходиться друг без друга. Примером являются комплексные симбиотические организмы - лишайники, в составе которых водоросль (автотрофный компонент) и грибница (гетеротрофный компонент) в определенных жестких условиях обитания друг без друга обходиться не могут.
· Мутуализм - это взаимовыгодное сосуществование двух организмов, однако связи в нем менее прочные, необлигатные. Примером могут служить бобовые растения и клубеньковые бактерии, которые при совместном обитании значительно увеличивают продуктивность своего партнера по симбиозу.
· Метабиоз - Это форма взаимоотношений, при которой продукты метаболизма одного вида микроорганизмов являются пищевым или энергетическим субстратом для другого вида. Такие взаимоотношения характерны для нитрифицирующих бактерий: продукт жизнедеятельности нитрификаторов первой фазы (азотистая кислота) служит энергетическим субстратом для возбудителей второй фазы.
· Синтрофия - Это явление совместного роста двух или нескольких видов микроорганизмов на среде, недоступной каждому виду в отдельности. Сюда относится обмен факторами роста в смешанных культурах бактерий или грибов.
· Комменсализм - Это сосуществование двух организмов, в котором пользу извлекает только один партнер, не нанося вреда другому. К комменсалам относится сапротрофная микрофлора слизистых оболочек и кожи, эпифитная микрофлора растений.
Положительные биологические связи широко используются в практике сельского хозяйства. В частности, способность к симбиотической азотофиксации у бобовых служит основанием для производства микробных биопрепаратов высокопродуктивных клубеньковых бактерий.
Отрицательные биологические связи. Отрицательными называются связи, при которых один из взаимодействующих организмов причиняет вред другому.
1. Хищничество - это удовлетворение своих пищевых потребностей за счет организма - жертвы при ее умерщвлении. К микроорганизмам-хищникам относятся многие инфузории и гриб-хищник Dactуlaria, который имеет приспособления для ловли почвенных нематод
2. Паразитизм - Удовлетворение своих пищевых потребностей за счет веществ живого организма - хозяина. Различают два вида микробного паразитизма:
o метаболический, Выраженный у паразита бактерий вибриона-пиявки Bdellovibrio, который поселяется в периплазматическом пространстве грамположительных бактерий и выкачивает из клетки все необходимые вещества;
o генетический характерен для вирусов бактерий - бактериофагов и риккетсий, способных использовать генетический аппарат клетки-хозяина для получения всех метаболитов.
3. Антагонизм - Это подавление жизнедеятельности одного организма другим. Встречается:
o пассивный (конкурентный) антагонизм -взаимодействия, при которых разные микроорганизмы используют одни и те же пищевые субстраты. Преимущество получают быстрорастущие и размножающиеся виды. Например, в свежем виноградном соке быстрее всего размножаются дрожжи и они определяют его судьбу.
o активный антагонизм - обусловлен выделением бактерицидных веществ - продуктов обмена. Например, молочнокислые бактерии, выделяя молочную кислоту в качестве основного продукта брожения тем самым угнетают гнилостные бактерии.
4. Антибиоз - Подавление жизнедеятельности других организмов путем выделения специфических веществ - Антибиотиков. Сильными продуцентами антибиотиков являются мицелиальные грибы, актиномицеты, некоторые бактерии.
Отрицательные биологические связи широко используются в практике сельского хозяйства, ветеринарии, медицине. Применение антибиотиков стало необходимостью в борьбе с различными инфекционными заболеваниями человека, животных и растений. Препараты антагонистов, хищников и паразитов второго порядка (паразиты паразитов) являются экологически чистым методом борьбы с вредителями и болезнями растений и все чаще используются в агрономической практике. [2]
Микроорганизмы почвы очень многочисленны и разнообразные. Среди них имеются бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы и водоросли, протозоа и близкие к этим группам живые существа.
Биологический круговорот в почве осуществляется с участием разных групп микроорганизмов. В зависимости от типа почвы содержание микроорганизмов колеблется. В садовых, огородных, пахотных почвах их насчитывается от одного миллиона до нескольких миллиардов микроорганизмов в 1 г почвы. В почве каждого садового участка присутствуют свои микроорганизмы. Они участвуют своей биомассой в накоплении органического вещества почвы. Они выполняют огромную роль в образовании доступных форм минерального питания растений. Исключительно велико значение микроорганизмов в накоплении биологически активных веществ в почве, таких как ауксины, гиббереллины, витамины, аминокислоты, стимулирующие рост и развитие растений. Микроорганизмы, образуют слизи полисахаридной природы, а также большое количество нитей грибов, принимают активное участие в формировании структуры почвы, склеивании пылеватых почвенных частиц в агрегаты, чем улучшают водно-воздушный режим почвы. [3]