Азотфіксуючі мікроорганізми

Азотфіксу́ючі мікрооргані́зми — мікроорганізми, що засвоюють молекулярний азот атмосфери. До активних азотфіксуючих мікроорганізмів належать вільноживучі в ґрунті й водоймах азотобактер і клостридій та симбіотичні мікроорганізми — бульбочкові бактерії. Атмосферний азот фіксують також певні види актиноміцетів, мікоризних грибів, дріжджів, спірохет, а також деякі ціанобактерії (синьо-зелені водорості), бактерії, що живуть у кишечнику багатьох тварин. Азотфіксуючі мікроорганізми відіграють важливу роль у кругообігу Нітрогену в природі, збагачують ґрунт азотом, перетворюючи його на доступні для рослин форми. Першим азотфіксуючі мікроорганізми виділив у 1898 український мікробіолог С. Виноградський (народився у м. Києві). Названо азотфіксуючі мікроорганізми на честь Л. Пастера Clostridium pasterianum.

Література

1. Умаров М. М., Кураков А. В., Степанов А. Л. Микробиологическая трансформація азота в почве. Москва : ГЕОС, 2007. 138 с.
2. Клименко І. І. Характеристика екотоксикологічного стану агроекотопів за показниками захисних функцій ґрунту // Агроекологічний журнал. 2014. № 2. С. 100–103.
3. Гресь Г. О. Профільне навчання. Спеціальна мікробіологія : в 2 ч. Харків : Основа, 2018. Ч. 1. 76 с.

Ґрунтові мікроорганізми – типи, приклади, фактори, значення

Що таке ґрунтові мікроорганізми або ґрунтова мікрофлора?

Термін «мікрофлора ґрунту» використовується для опису спільноти мікроорганізмів, які складають більшу частину органічної речовини ґрунту та меншу колоїдну кількість гумусу.

• Мікрофлора ґрунту складається з бактерій, грибів, водоростей і найпростіших, п’яти основних класів мікроорганізмів.
• Кожна субпопуляція мікроорганізмів, що утворюють мікробне співтовариство ґрунту, робить значний внесок у загальне здоров’я ґрунту та рослин, які він підтримує.
• Грунт харчові мережі складаються із спільнот мікроорганізмів, які живуть у ґрунті та на ґрунті.
• Ґрунтові мікроорганізми взаємодіють із біотичними компонентами навколишнього середовища, такими як рослини, тварини та людина, і разом вони утворюють харчову мережу.
• первинний виробники або учасниками першого трофічного рівня харчової мережі ґрунту є органічні матеріали ґрунту, такі як відходи рослин і тварин.
• Другий трофічний рівень складається з первинного споживачів як розкладачі та мутуалісти, як бактерії та гриби.
• Третій трофічний рівень ґрунту харчовий ланцюг складається з вторинних споживачів, таких як подрібнювачі та хижаки (такі як нематоди, членистоногі та найпростіші).
• На третинних споживачів у харчовій мережі ґрунту полюють більші тварини та птахи.

Що таке ґрунтова мікрофауна?

• За розміром вони менше 0.1 мм.
• Ґрунтова мікрофауна, така як нематоди та найпростіші, полює на основну частину ґрунту розкладачі та мутуалісти (бактерії, мікоризні та сапрофітні гриби).
• Через це вони служать і тим, і іншим хижаків і паразити (викликають хвороби культур).
• Деякі з них харчуються частинками ґрунту та тонким шаром води, що вкриває землю, але коріння є їх основним джерелом їжі.

Що таке ґрунтова мікрофлора?

• Основну частину цієї групи складають бактерії та гриби.
• Численні бактерії беруть участь у багатьох процесах трансформації ґрунту, включаючи вивітрювання гірських порід, розкладання органічної речовини та переробку поживних речовин.
• На додаток до ролі в розкладанні, гриби сприяють агрегації ґрунту та відновленню поживних речовин.

Що таке мікробіологія ґрунту?

• Мікробіологія ґрунту — це вивчення ґрунтових організмів, у тому числі їхньої ролі та екологічного впливу, який вони мають на ґрунт.

Фактори, що впливають на мікробне співтовариство в ґрунті

Як і у вищих рослин, живлення, ріст і діяльність ґрунтових мікроорганізмів (флори та фауни) повністю залежать від ґрунту. Основні змінні ґрунту, які впливають на чисельність, розподіл і активність ґрунтових мікроорганізмів. На достаток і різноманітність життя, а також на їхню поведінку глибоко впливає низка речей. На родючість ґрунту можуть вплинути зміни в активності мікробів, які можуть бути спричинені змінами будь-якої з вищезгаданих змінних. Усі ці елементи, які впливають на мікрофлору/організми та їх активність у ґрунті, коротко описані в наступних параграфах.

1. Культурні практики (обробка ґрунту)

• Ґрунтові організми реагують на культурну практику культивування ґрунту, сівозміну, внесення гною та добрив, вапнування та гіпсування, а також обприскування від шкідників, грибків і бур’янів.
• Аерація ґрунту та вплив сонячних променів, викликані оранкою та обробітком ґрунту, підвищують життєдіяльність живих організмів у ґрунті, особливо бактерій.
• Родючість ґрунту підвищується завдяки сівозміні, яка включає бобові, оскільки вони допомагають зберегти здорову популяцію мікроорганізмів, особливо азотфіксуючих бактерій.
• При вапнуванні кислих ґрунтів активізуються бактерії та актиноміцети, а популяція грибів зменшується.

2. Родючість ґрунту

• На кількість і активність ґрунтових мікробів істотно впливає загальна родючість ґрунту.
• Родючість ґрунту визначається наявністю таких поживних речовин, як азот, фосфор і калій, які необхідні рослинам і бактеріям.
• Але набагато більш істотний вплив на родючість грунту має грунтова мікрофлора.

3. Вологість ґрунту

• Мікроорганізми можуть використовувати воду (ґрунтову вологу) двояко: по-перше, як джерело поживних речовин і постачальника водню і кисню; по-друге, як розчинник і транспортер інших харчових інгредієнтів.
• Ідеальна вологість для мікробної діяльності та зростання популяції становить від 20% до 60%.
• Нестача кисню в ґрунті дозволяє анаеробній мікрофлорі процвітати у заболочених середовищах, тоді як аеробні мікроби пригнічуються.
• У той час як деякі бактерії в ґрунті гинуть від зневоднення тканин, інші перетворюються на стадії спокою, як спори чи цисти, щоб вижити в сухих умовах.

4. Температура ґрунту

• Швидкість фізіологічної активності, наприклад фермент на активність безпосередньо впливає температура, а на швидкість інших фізико-хімічних процесів, таких як дифузія та розчинність поживних речовин, вивітрювання та випаровування мінералів, температура впливає опосередковано.
• Існує загальна тенденція до збільшення біологічної активності в міру підвищення температури в певних межах.
• Звичайні ґрунтові організми мають активний діапазон температур приблизно від 0 °C до приблизно 60 °C. Однак дуже малоймовірно, що якийсь окремий вид буде активним у всьому ареалі.

5. Кореневі виділення

• На розподіл, щільність і активність ґрунтових мікроорганізмів впливають також кореневі виділення в ґрунті вирощування рослин.
• На якість і кількість мікроорганізмів у ризосфері впливають, прямо чи опосередковано, кореневі виділення та матеріал, що відшаровується з поверхонь коренів.
• Грунтові бактерії сильно реагують на цукри, органічні кислоти, амінокислоти, стерини, вітамінита інші фактори росту, знайдені в ексудатах коренів.

6. Природа ґрунту

• Розмір і склад мікробної популяції залежать від фізичного, хімічного та фізико-хімічного складу ґрунту, а також від його стану поживних речовин.
• Здорові ґрунти, як хімічно, так і фізично, мають ідеальний баланс повітря та води для процвітання мікробів.
• На наявність або відсутність тих чи інших мікробів та їх активність також впливають макро- і мікроелементи, органічні компоненти гумусу.

7. Органічна речовина ґрунту

• Враховуючи, що органічна речовина є основним джерелом як енергії, так і їжі для переважної більшості ґрунтових організмів, вона здійснює значний контроль над складом мікробного співтовариства.
• Органічна речовина безпосередньо чи опосередковано впливає на мікроорганізми ґрунту, їх популяцію та активність.
• У свою чергу, це впливає на здатність мікроорганізмів функціонувати в ґрунті, змінюючи його структуру та текстуру.

8. Світло

• Більшість мікроорганізмів, за винятком водоростей, сильно пошкоджуються прямими сонячними променями. Ось чому верхній сантиметр або два ґрунту зазвичай стерильні або вільні від мікроорганізмів: вони ніколи не піддаються впливу елементів.
• Наслідком дії сонячних променів є підвищення температури понад 45 градусів.

9. Грунтове повітря (аерація)

• Підвищена аерація ґрунту (кисень і, іноді, чадний газ) має вирішальне значення для росту мікробів.
• Щоб вижити, мікроби в ґрунті повинні поглинати кисень з повітря та виділяти вуглекислий газ.
• Ґрунтові мікроорганізми поділяються на три типи залежно від потреби в кисні: аеробні (потрібний кисень для аналогічних функцій), анаеробні (не потребують кисню) і мікроаерофільні (вимагають низької концентрації кисню).

10. РН грунту

• Екстремальні умови не є смертельними для більшості організмів, але вони змушують клітини витрачати енергію, підтримуючи стабільний рівень pH (pH 7.0).
• На склад ґрунтових мікроорганізмів як за кількістю, так і за якістю впливає реакція ґрунту.
• Гриби ростуть у кислому грунті від рН 4.5 до 6.5, тоді як актиноміцети віддають перевагу слаболужній реакції ґрунту. Більшість ґрунтових бактерій, синьо-зелених водоростей, діатомових водоростей і найпростіших потребують нейтральної або злегка лужної реакції між pH 4.5 і 8.0.
• На види бактерій, які процвітають у ґрунті, впливає низка факторів, зокрема діяльність людини.

11. Харчове та енергозабезпечення

• Додані рослинні залишки або органічні матеріали забезпечують життєдіяльність та енергію для переважної більшості ґрунтових мікроорганізмів.
• Біологічні процеси в мікробах потребують енергії.
• Автотрофи отримують свою енергію або від сонця, або від окислення простих неорганічних молекул (хемоавтотрофи), тоді як гетеротрофи використовувати енергію, що виділяється при окисленні складних органічних сполук у ґрунті (Фотоавтотроф).
• Таким чином, органічна речовина забезпечує як їжу, так і енергію для ґрунтових організмів.

12. Мікробні взаємодії

• На популяцію та активність ґрунтових мікроорганізмів сильно впливає характер асоціацій між різними організмами, незалежно від того, є вони симбіотичними чи ворожими.
• Найпростіші та певні мікобактерії, які харчуються бактеріями, можуть зменшити чи навіть знищити ці мікроби через їхню хижу природу.
• Бактерії та інші ґрунтові організми отримують вигоду від вивільнення органічних кислот грибами, збільшення кисню від діяльності водоростей, зміни реакції ґрунту тощо.

Види ґрунтових мікроорганізмів

• Ґрунт містить більше різноманітних мікроорганізмів, ніж будь-яке інше середовище на Землі, з концентрацією 10 7 в 10 10 клітин на грам.
• Жвавий мікробний ріст у ґрунті сприяє глобальному циклу елементів і доступності живлення для рослин.
• Не було б ні рослин, ні травоїдних тварин, і так далі по харчовому ланцюгу, якби не було ґрунтових бактерій.
• Велика різноманітність мікросередовищ існування забезпечується складними фізичними та хімічними факторами, які підтримують мікробні популяції ґрунту.
• Ґрунт складається як з твердих частинок, так і з заповнених повітрям і водою просторів між ними.
• Структура ґрунту впливає на загальний простір пор і, відповідно, на дифузію газу. Наприклад, оскільки піщані ґрунти мають більше відкритих місць для стоку води, ніж глинисті ґрунти, часто надають перевагу піщанішим ґрунтам.
• Пориста структура особливо важлива, оскільки вона створює ідеальні умови для росту мікробів.
• Тут мікроорганізми живуть у гідрофобному середовищі, захищеному тонкими водяними плівками на поверхні частинок, з великою кількістю кисню, легко доступного для поповнення на основі дифузії.

Існує сім основних класів мікроорганізмів у ґрунті. Іншими словами, вони є

1. Бактерії
2. Гриби
3. Актиноміцети
4. Протозоа
5. Синьо-зелені водорості (ціанобактерії)
6. Віруси
7. Нематоди

Бактерії як ґрунтові мікроорганізми

• Бактерії значно переважають чисельністю та типом усіх інших мікроорганізмів ґрунту.
• Лише в одному грамі ґрунту їх міститься понад кілька мільйонів, а потенційно навіть кілька мільярдів.
• Кількість і типи ґрунтових бактерій часто підраховують за допомогою прямих мікроскопічних методів або підрахунку пластин.
• Прокаріотичні види, такі як бактерії та археї, є найменшими у ґрунті після вірусів.
• Ґрунтові мікроорганізми відіграють вирішальну роль у навколишньому середовищі, особливо у фіксації азоту, і є найчисленнішими серед усіх ґрунтових істот.
• Мінерали ґрунту можуть бути колонізовані певними бактеріями, які потім можуть впливати на їх вивітрювання та розкладання.
• На різноманітність бактерій у ґрунті впливає його загальний хімічний склад. Чим більша концентрація мінералів, тим більший потенціал для ріст бактерій у цьому місці.
• Агрегати, які утворюють ці бактерії, корисні для ґрунту в цілому.

Типи та приклади бактерій, знайдених у ґрунті

Варіації рН ґрунту, температури, вмісту вологи та наявності поживних речовин впливають на популяцію бактерій. Бактерії в ґрунті можна приблизно розділити на такі категорії залежно від їх функції.

1. Розкладачі

• Вони допомагають перетворити мертві рослини та тварин на корисні поживні речовини. Перш ніж гриби зможуть почати роботу, бактерії повинні спочатку розщепити мертву органічну речовину.
• Деякі поширені приклади включають Bacillus subtilis і Pseudomonas fluorescens.

2. Азотфіксатори або нітрифікуючі бактерії

• Ці мікроби перетворюють азот з повітря у форму, яку можуть використовувати рослини.
• Нітритоутворюючі бактерії (Nitrosomonas spp.), по-перше, перетворюють аміак на нітрити (NO2-), а нітратоутворюючі бактерії (Nitrobacter spp.), по-друге, перетворюють нітрити на нітрати (NO3-).
• Підвищується родючість ґрунту, сприяють лужному середовищу.

3. Денітрифікатори

4. Мутуалісти

• Мутуалістичні бактерії під назвою Rhizobium зв’язуються з корінням бобових, утворюючи кореневі бульбочки, які відповідають за фіксацію атмосферного азоту в ґрунті.
• Азотфіксуючі бактерії, які не обмежені певним середовищем, включають види Azotobacter, Azospirillum і Clostridium.

5. Патогенні бактерії

• Хвороби рослин, такі як бактеріальний опік, бактеріальний рак і чорна гниль, викликаються лише кількома видами бактерій. Вони можуть швидко поширюватися та завдавати значної шкоди багатьом різним видам культур, від листя до землі.
• Бактеріальна плямистість помідорів викликається Pseudomonas syringae, а рак цитрусових — Xanthomonas axonopodis pv. цитрі.

6. Пригнічувачі захворювань

• Деякі види ґрунтових бактерій виробляють антибіотики, які захищають рослини від хвороботворних або патогенних організмів або хвороб рослин.
• Різноманітні популяції бактерій змагаються за одні й ті самі поживні речовини, мінерали та воду, щоб зберегти гомеостазу ґрунтового середовища.

7. Окисники сірки

• Деякі бактерії (такі як Thermothrix, Thiobacillus тощо) перетворюють ґрунтові сульфіди на сульфати.
• Сульфіди не можуть бути використані рослинами, тому вони повинні бути перетворені в форму, яку рослини можуть використовувати.

8. Актиноміцети або актинобактерії

• Вони являють собою тип ниткоподібних бактерій, які надають ґрунту характерний запах, форму та структуру шляхом виділення хімічної речовини геосмін.
• Як і гриби, вони розщеплюють органічні залишки, такі як хітин, лігнін тощо.

Позитивний вплив бактерій у ґрунті

• Популяції ґрунтових бактерій надають численні екосистемні послуги, які мають прямий і опосередкований вплив на здоров’я та продуктивність ґрунту.
• Багато ґрунтових бактерій виділяють полісахариди або глікопротеїни, які покривають частинки ґрунту зовні. Як цементуючі речовини ці сполуки зміцнюють ґрунт.
• Бактерії беруть участь у кількох біогеохімічних циклах, включаючи цикл азоту та цикл вуглецю, де вони забезпечують широкий спектр поживних речовин для землі та рослин, які там ростуть.
• Природній спадкоємності сприяють мікроорганізми, які підвищують якість ґрунту, забезпечуючи постійну життєздатність нових груп рослин.
• Крім того, бактерії відіграють вирішальну роль у вивільненні поживних речовин і слідів Ферменти елементів з мінеральної фракції ґрунту, а також у ферментативному розкладі складних органічних і ґрунтових сполук до поживних речовин.
• Популяції ґрунтових бактерій є хорошими барометрами здоров’я ґрунту.

Негативний вплив бактерій у ґрунті

• Наявність патогенних бактерій у ґрунті потенційно може негативно вплинути на здоров’я рослин, що, у свою чергу, зменшує врожайність сільськогосподарських культур і, зрештою, призводить до втрати врожаю.
• Існують певні бактерії, які, як відомо, порушують тонкий екологічний баланс ґрунту, що призводить до зниження родючості та загального здоров’я ґрунту.
• Патогени, що живуть у ґрунті, є ще одним потенційним джерелом хвороби рослин.
• Рівень рН ґрунту, здатність до катіонного обміну та вміст поживних речовин – це лише деякі з хімічних властивостей, які можуть змінюватися в результаті виділення різних побічних продуктів.

Гриби як ґрунтові мікроорганізми

• У ґрунті можна знайти як грибки, так і бактерії.
• Корисні симбіотичні стосунки між рослинами та іншими видами, а також поживна цінність, яку гриби додають ґрунту, підкреслюють важливість грибів для екосистеми.
• Розмір, форма та колір репродуктивних спор, які використовуються для поширення грибка з покоління в покоління, є основними критеріями для класифікації грибів на різні види.
• Фактори навколишнього середовища, які впливають на поширення та чисельність бактерій і актиноміцетів, також мають значний вплив на популяції грибів.
• Більшості грибів потрібна органічна речовина як джерело живлення, тому якість і кількість органічної речовини в ґрунті безпосередньо пов’язані з ростом грибів.
• Гриби отримують більше від кислих ґрунтів, ніж бактерії.
• Оскільки гриби аеробні, або залежні від кисню, і чим вищий вміст вологи в ґрунті, тим менше для них кисню, гриби найкраще почуваються на сухих пустельних ґрунтах.

Типи та приклади грибів, знайдених у ґрунті

1. Розкладачі

• Активні розкладачі, такі як гриби, необхідні для розщеплення стійких до бактерій органічних сполук, таких як целюлоза, хітин, лігнін і пектин, усі з яких містяться в деревних або складних органічних залишках.
• Крім того, вони мають вирішальне значення для забезпечення поживними речовинами, оскільки вони знерухомлюють поживні речовини ґрунту.

2. Міцеліальні гриби

• Вони багатоклітинні і розширюють свій гіфи глибоко в землю, щоб створити міцелій, густу мережу.
• Міцелій обплутує частинки ґрунту, щоб полегшити їх зв’язування або агрегацію.
• Вони створюють заповнювачі водостійкого ґрунту.

3. Пригнічувачі захворювань

• Вони виробляють грибкові ферменти та антибіотикоподібні сполуки, які пригнічують ріст інших грибів, ґрунтових мікробів і хвороб.

4. Мутуалісти

• Арбускулярна мікориза (ВАМ) — арбускулоносний гриб. Ці вирости утворюються в кортикальних клітинах кореня, які мають численні крихітні виступи в клітинах кореня.
• Їхні гіфи виходять за межі кореня, що зміцнює зв’язок між ґрунтом і рослиною. Окрім збільшення доступності води та поживних речовин, вони захищають коріння від шкідників і хвороб.

5. Збудники

• Деякі спори видів Phytophthora, Rhizoctonia та Pythium руйнують живі тканини, викликаючи виразки, пухирі, в’янення та інші явні ознаки.
• Спори патогенних грибів залишаються латентними в ґрунті.

Позитивний вплив грибів на ґрунт

Гриби є життєво важливим компонентом біорізноманіття ґрунту, і ця різноманітна група організмів може допомогти у вирішенні глобальних проблем, таких як зміна клімату та голод. Відносини між грибами та рослинністю, а також циклом вуглецю та поживних речовин є тісними. Як результат, серед інших видів діяльності екосистеми, вони є ключовими факторами здоров’я ґрунту та поглинання вуглецю. Давайте розглянемо користь чаги.

1. Кругообіг поживних речовин

• Гриби здатні перетворювати поживні речовини у форми, які використовуються рослинами.
• Деякі гриби є розкладачами, що означає, що вони розкладають рослинні та тваринні речовини, таким чином обертаючи поживні речовини та збільшуючи їх доступність у ґрунті.
• Вони також можуть сприяти фіксації азоту та мобілізації фосфору, двох найважливіших елементів для росту рослин і врожаю.

2. Кругообіг вуглецю та регулювання клімату

• Важливими факторами, що вносять вуглець у ґрунт, є гриби. Вони роблять значний внесок у кругообіг вуглецю через харчову мережу ґрунту.
• Інші види, такі як мікоризні гриби, які живуть у симбіотичних стосунках з корінням рослин, забезпечують більш стабільне постачання вуглецю, ніж розкладачі.
• Гриби — гетеротрофні істоти; отже, вони покладаються на фотосинтетичний вуглець для виробництва енергії, причому деякі види отримують цей вуглець через ексудати коренів рослин.
• Рослини та гриби разом беруть участь у процесі, відомому як секвестрація вуглецю в ґрунті, яка передбачає поглинання вуглецю з атмосфери та зберігання його в ґрунті протягом десятиліть або навіть століть.
• Ця важлива діяльність не тільки підвищує родючість ґрунту, але також може допомогти зменшити додатковий вуглець, який людська діяльність додала в навколишнє середовище. Згідно з дослідженням, біорізноманітні ґрунти можуть поглинати до 10 тонн CO2 на гектар щороку.

3. Харчування та продовольча безпека

• Гриби є основним продуктом харчування багатьох людей у ​​всьому світі. Ці їстівні гриби багаті вітамінами B, C і D, клітковиною, такими мінералами, як калій, фосфор і кальцій, а також хорошим джерелом білка.
• З точки зору вмісту білка, гриби фактично перевищують овочі для ряду сортів. Як наслідок, їстівні гриби розглядаються як відповідна заміна м’яса у вегетаріанській/веганській дієті та в раціоні людей, які не мають доступу до м’яса.
• Крім того, їстівні гриби можна вирощувати з відходів сільського господарства, не вимагають родючого ґрунту та не конкурують з іншими продовольчими культурами за доступні ресурси.
• Отже, вирощування грибів може зменшити кількість сільськогосподарських відходів, одночасно збільшуючи постачання продовольства, доходи фермерів і можливості роботи.

4. Здоров’я людини

• Окрім користі для навколишнього середовища, гриби можуть принести користь здоров’ю людини. Насправді шість відсотків їстівних грибів містять терапевтичні сполуки, які можуть допомогти в профілактиці хвороб і зміцненні імунної системи.
• Шиітаке, наприклад, має противірусні властивості та може знизити рівень холестерину в сироватці крові. Відомо, що інші види мають ряд додаткових переваг, включаючи пригнічення розвитку пухлин і СНІДу, антиоксидантні властивості та протидіабетичні ефекти.

5 Охорона навколишнього середовища

• Різні забруднювачі навколишнього середовища, такі як пластик та інші продукти на основі нафти, фармацевтичні препарати та засоби особистої гігієни, а також нафта, розкладаються грибками.
• Деякі з цих сполук є стійкими отрутами, що означає, що вони довго розкладаються в навколишньому середовищі та накопичуються в організмі людини та інших організмів, спричиняючи шкідливі наслідки. Отже, гриби є потужним інструментом для зменшення забруднення навколишнього середовища.
• Крім того, дослідження показують, що певні види грибів можуть допомогти у відновленні екосистеми, сприяючи лісовідновленню в деградованих ґрунтах, а також виступати пестицидами як збудники хвороб членистоногих і нематод.

6. Стійкі матеріали

• Міцелій, коренева структура грибів, зараз використовується для заміни невідновлюваних матеріалів, таких як пластик, синтетика та предмети тваринного походження.
• Продукти, отримані з міцелію, піддаються біологічному розкладанню, для виробництва яких потрібно менше води та землі.
• Наразі доступні товари на основі міцелію включають упаковку, одяг, взуття, екологічно чисту шкіру та засоби для догляду за шкірою тощо.

Негативний вплив грибів на грунт

• Патогенні гриби в ґрунті є відповідальними за різноманітні хвороби рослин, атакуючи тканини рослин і залишаючи рослину-господаря слабкою та недоїдає.
• Гриби не тільки безпосередньо впливають на рослини, але й змінюють відносини між ними, зміщуючи конкурентний баланс між видами.
• Сіянці вразливі до ураження мікоризою та грибковими захворюваннями, що може мати негативний вплив на динаміку популяції рослин.

Водорості як ґрунтові мікроорганізми

• Водорості, як правило, складають менший відсоток населення ґрунту, ніж бактерії чи гриби.
• Зелені водорості і діатомові водорості є найпоширенішими формами, які можна побачити тут.
• Через їх фотосинтетичний склад вони зазвичай знаходяться на поверхні ґрунту або поблизу неї.
• Метаболічна діяльність водоростей у здоровому ґрунті затьмарюється діяльністю бактерій і грибів.
• Однак за певних умов водорості можуть проводити помітні та корисні зміни. Наприклад, через свою здатність до фотосинтезу та іншої метаболічної активності вони можуть розпочати накопичення органічної речовини на безплідних і деградованих ділянках. Було виявлено, що деякі пустельні ґрунти демонструють цю властивість.
• Є дані, що ціанобактерії, різновид оксигенних фотосинтезуючі бактерії, колонізує щойно відкриті поверхні скель, де їхні клітини накопичуються та викликають супутнє відкладення органічних матеріалів. Це створює живильну основу, на якій може процвітати більше видів бактерій.
• Початковий ріст водоростей і активність бактерій відкривають шлях для подальшого розвитку мікробів.
• Кислоти, що виробляються мікробний метаболізм поступово руйнують мінеральний вміст породи. Оскільки органічні речовини та розчинені мінерали продовжують накопичуватися, середовище стає сприятливим для розвитку лишайників, за ними мохів і, нарешті, вищих рослин.
• Саме ціанобактерії починають початкову стадію сукцесії гірських рослин — розкладання гірської породи в ґрунт.

Типи та приклади водоростей, знайдених у ґрунті

1. Cyanophyceae

2. Хлорофіцеї

3. Бацилярії

Позитивний вплив водоростей

• Відкладення ціанобактерій на голій поверхні скелі постачає органічну речовину або живильну основу для росту бактеріальних і грибкових видів.
• Постійно відкладаючи органічну речовину та розчинені мінерали на скелях, вони відіграють вирішальну роль у перетворенні скелі на ґрунт, сприяючи зростанню лишайників, мохів і, зрештою, вищих рослин.
• Особливо в тропічних регіонах вони допомагають зберегти родючий грунт. Окрім збільшення кількості органічного вуглецю в ґрунті, розкладання водоростей також забезпечує органічну речовину, необхідну бактеріям і грибам для процвітання. Як цементуючий агент, вони допомагають ґрунту агрегувати, що зберігає більше води та поживних речовин у землі.
• Завдяки процесу фотосинтезу водорості виробляють кисень, відокремлюючи вуглекислий газ із повітря та випускаючи його у воду, таким чином покращуючи циркуляцію кисню в надрах. Вони також допомагають руйнуванню гірських порід через вивітрювання та розвитку структури ґрунту.

Негативний вплив синьозелених водоростей на ґрунт

• Синьо-зелені водорості можуть спричинити цвітіння водоростей, які потім розкладаються та виділяють токсини в ґрунт, що може мати негативний вплив на рослини відразу чи пізніше.
• Коли популяція ціанобактерій у ґрунті різко падає, рівень кисню падає, а деякі мікроорганізми гинуть.

Найпростіші як ґрунтові мікроорганізми

• Джгутикові та амеби складають основну масу ґрунтових найпростіших, чия популяція коливається від десятків до сотень тисяч на грам у вологих ґрунтах з високим вмістом органічних речовин. Оскільки споживання бактерій є їх основним джерелом існування, вони становлять інтерес для мікробіологів.
• Той факт, що вони віддають перевагу певним видам мікробів, має наукове значення.
• Найпростіші можуть відігравати певну роль у підтримці певного балансу мікробного співтовариства в ґрунті, оскільки не всі бактерії можуть служити для них джерелом їжі.

Типи найпростіших, що зустрічаються в ґрунті

1. Джгутикові

• Багато залежить від цих найпростіших, оскільки вони є найпоширенішими та мають великий вплив на цикл поживних речовин. Ґрунтовий амоній, форма азоту, доступна для рослин, виробляється у великих кількостях в результаті їх живлення бактеріями.
• Вони здатні перетинати водний шар на частинках ґрунту, перемішуючи пристрій, схожий на батіг, який називається джгутиком.
• Вони живляться бактеріями, проникаючи в пори, куди великі найпростіші не можуть отримати доступ через їхній малий розмір і гнучкість.
• Джгутикові — справжні аероби, і виявлення їх у ґрунті означає, що там міститься щонайменше 6 частин на мільйон кисню.

2. Амеби

• Амеби — це справжні «змінювачі форми», яких ми всі бачили або про яких читали. Найпростіші амеби бувають двох форм: голі та ті, що мають насінники.
• Вони йдуть туди, куди їм потрібно, зводячи «псевдоножки», які схожі на ноги і допомагають їм подорожувати до найближчого скупчення бактерій.
• Голі можуть легко змінювати свою форму і досліджувати мікроскопічні ділянки, де є активність бактерій. Ця особливість значно підвищує їхню цінність у кругообігу поживних речовин.
• Глина — це один із типів ґрунту, який легко впізнати завдяки своїй пористій структурі. Голі амеби мають вирішальне значення для добробуту рослин і ґрунту в цих середовищах.
• Ті амеби, які створюють тестату, або міцну зовнішню оболонку, називаються амебами тестатами. Великі ґрунтові пори, знайдені в піску та мулі, ідеально підходять для їхнього поширення.

3. Інфузорії

• Вії, які по суті є крихітними волосками, рухаються навколо осередок як весла, що дозволяє клітині рухатися.
• Ці організми, які часто використовуються як попередник або діагностика анаеробних умов, є факультативними, тобто вони можуть виживати в середовищах з низьким вмістом кисню (нижче 6 частин на мільйон кисню).
• Війки створюють крихітні потоки води, які транспортують бактерії до зони живлення інфузорії — цитостому.
• Як і інші найпростіші, вони можуть зимувати в захисних цистах, поки грунтові умови не покращаться.

Позитивний вплив найпростіших у ґрунті

• Мінералізація поживних речовин найпростішими робить їх доступними для рослин та інших ґрунтових організмів.
• Клітинний азот менш поширений у найпростіших (і нематод), ніж у бактеріях, які вони споживають. (У найпростіших співвідношення вуглецю до азоту становить 10:1 або вище, тоді як у бактерій цей діапазон становить 3:1-10:1). Найпростіші не можуть отримати достатню кількість вуглецю з бактерій, які вони їдять, тому що бактерії мають занадто багато азоту. Амоній (NH4+) є побічним продуктом, коли присутній занадто багато азоту. Найчастіше це проявляється біля коренів рослини. Хоча більшість амонію швидко поглинається бактеріями та іншими організмами, рослина здатна використовувати невелику кількість. (Візуальний опис мінералізації та іммобілізації див. на малюнку, що додається.)
• Найпростіші відіграють певну роль у контролі чисельності бактерій. Найпростіші через свою пасовище сприяють розширенню бактеріальних популяцій (і, у свою чергу, швидкості розкладання та агрегації ґрунту). Хоча причини цього все ще обговорюються, ми можемо порівняти випас із обрізанням дерева: саме в потрібній кількості. заохочує розвиток, у той час як надмірна кількість гальмує його або змінює склад популяції бактерій.
• Найпростіші не тільки допомагають зменшити захворювання, конкуруючи з патогенами або харчуючись ними, але вони також є життєво важливим джерелом їжі для інших організмів ґрунту.

Негативний вплив найпростіших на ґрунт

• Оскільки раціон більшості найпростіших складається з ґрунтових бактерій, присутність найпростіших у ґрунті може впливати на різноманітність ґрунтових бактерій.
• Цілком можливо, що певні найпростіші є шкідливими для рослин і, таким чином, знижують здоров’я врожаю та продуктивність сільського господарства.

Актиноміцети як ґрунтові мікроорганізми

• На грам ґрунту припадає до мільйонів актиноміцетів.
• Nocardia, Streptomyces і Micromonosporium є основними родами всередині ґрунту.
• Актиноміцети здатні розкладати широкий спектр складних органічних сполук і, як наслідок, відіграють вирішальну роль у підвищенні родючості ґрунту.
• Виробництво антибіотиків є однією з найбільш характерних ознак актиноміцетів.
• Прикладами є стрептоміцин, неоміцин, еритроміцин і тетрациклін.

Позитивний вплив актиноміцетів у ґрунті

• Сприяти синтезу органічних кислот.
• Сприяти фіксації азоту.
• Розпад органічної речовини.
• Актиноміцети – бактерії, які сприяють росту рослин.
• Виробництво регуляторів росту рослин.
• Розвиток сидерофорів.
• Актиноміцети як стимулятори росту рослин.
• Актиноміцети як агенти біоконтролю.
• Актиноміцети як джерело синтезу гормону росту рослин (індол-3-оцтова кислота).
• Актиноміцети сприяють біокорозії.
• Актиноміцети виробляють численні ферменти, які розкладають складні органічні сполуки в ґрунті та відкладах, включаючи протеазу, целюлазу, амілазу, желатиназу, лектиназу, каталазу, хітиназу та уреазу.
• Актиноміцети відповідають за розщеплення пестицидів з різними хімічними структурами, таких як хлорорганічні сполуки, s-триазини, триазинони, карбамати, органофосфати, органофосфонати, ацетаніліди та сульфонілсечовини.
• Органічний фосфат мінералізується та вивільняється ферментом фосфатазою, який виділяється певними мікробами. Актинобактерії, тісно пов’язані з родами Saccharopolyspora, Thermobifida і Thermonospora.

Негативний вплив актиноміцетів у ґрунті

• Продукти актиноміцетів можуть зменшити мікробне різноманіття ґрунту.
• Актиноміцети викликають хвороби рослин і втрату врожаю.

Віруси як ґрунтові мікроорганізми

• Відходи рослинного і тваринного походження сприяють періодичному внесенню в грунт вірусів бактерій (бактеріофагів), вірусів рослин і тварин.
• Крім того, ґрунтові мікроби можуть переносити віруси.
• Було підраховано, що концентрація вірусів у ґрунті становить 109 вірусних частинок на грам сухої ваги.
• Маленькі сферичні вірусні частинки, які за розміром можна порівняти з одноланцюговими (ss) РНК містять бактеріофаги сімейства Leviviridae або певні віруси рослин, що мешкають у ґрунті, як і більші сферичні віруси, які можна порівняти з дволанцюговою (ds) ДНК, що містить віруси родин Partitiviridae, Chrysoviridae та Totiviridae.

Позитивний вплив вірусів у ґрунті

• Ґрунтові віруси виконують свою корисну роль переважно шляхом горизонтального переносу генів, переміщуючи гени від однієї групи мікробів до іншої. Передача генів прокладає шлях до обміну корисними ознаками між популяціями.
• Рослини також можуть отримати користь від вірусів, присутніх у ґрунті, оскільки вони можуть допомогти контролювати рослинно-патогенні організми.
• Патогени, такі як віруси, відіграють вирішальну роль у контролі мікробних популяцій господаря в ґрунті.
• Популяції вірусів можуть зберігати гени, необхідні для належного функціонування їхніх мікробів-господарів, а нові варіанти генів можуть утворюватися шляхом рекомбінації серед популяцій вірусів під час коінфекцій.

Негативний вплив вірусів на ґрунт

• Ґрунт є домом для різноманітних вірусів, але значна частка з них – це хвороби рослин, які заражають культури через посередників, таких як комахи, нематоди та гриби.
• Грунтові мікроби, включаючи бактерії, гриби та найпростіші, також піддаються впливу вірусів, що може призвести до незбалансованого біотичного середовища.
• Навіть на біотичні та абіотичні компоненти ґрунту можуть впливати віруси, що призводить до зміни фізичних і хімічних властивостей ґрунту.

Нематоди як ґрунтові мікроорганізми

• Нематоди скупчуються в безпосередній близькості від жертви. Навколо коренів, де накопичуються бактерії, багато організмів, що живляться бактеріями; організми, що харчуються грибами, зустрічаються поблизу грибної біомаси; а організми, що харчуються коренем, переважають біля коренів рослин, що переживають стрес або вразливі.
• У ґрунтах з великою кількістю нематод хижі нематоди, швидше за все, переважають.
• Нематоди, як правило, більш поширені в більш грубих ґрунтах через їх розмір.
• Нематоди мігрують через величезні (>1/500 дюйма або 50 м) щілини пор у водних плівках.
• Сільськогосподарські ґрунти часто містять менше 100 нематод на чайну ложку (сухий грам). На одну чайну ложку луки можуть містити від 50 до 500 нематод, тоді як лісові ґрунти зазвичай містять кілька сотень.
• Частка нематод, які живляться бактеріями та грибами, пропорційна кількості бактерій та грибів у ґрунті.
• Як правило, менш порушені ґрунти містять більшу кількість хижих нематод, що вказує на те, що хижі нематоди надзвичайно чутливі до широкого спектру порушень.

Позитивний вплив нематод у ґрунті

• Кругообіг поживних речовин: Подібно до найпростіших, нематоди відіграють вирішальну роль у мінералізації або вивільненні поживних речовин у доступних для рослин формах. Амоній (NH4+) утворюється, коли нематоди споживають бактерії або гриби, оскільки бактерії та гриби містять набагато більше азоту, ніж потрібно нематодам.
• Випасання: При низькій концентрації хробаків живлення нематодами збільшує швидкість росту популяції здобичі. Іншими словами, бактеріальні живильники сприяють росту бактерій, рослинні живильники сприяють розвитку рослин тощо. Нематоди зменшуватимуть популяцію своєї здобичі при більшій щільності. Це може знизити продуктивність рослин, згубно вплинути на мікоризні гриби та знизити швидкість руйнування та іммобілізації бактеріями та грибами. Хижі нематоди можуть управляти популяціями нематод, які харчуються бактеріями та грибами, таким чином обмежуючи надмірне випасання цих видів. Баланс між бактеріями та грибами та видовий склад мікробної спільноти може регулюватися випасом нематод.
• Розселення мікробів: Нематоди сприяють поширенню бактерій і грибків у ґрунті та вздовж коренів, транспортуючи живі та сплячі мікроорганізми на їх поверхні та в травному тракті.
• Джерело їжі: Нематоди є джерелом їжі для хижаків вищого рівня, таких як хижі нематоди, ґрунтові мікроартроподи та ґрунтові комахи. Крім того, на них паразитують бактерії і грибки.
• Придушення та розвиток хвороби: Деякі нематоди викликають захворювання. Інші, такі як нематоди, що живляться коренем, пожирають хвороботворні організми або обмежують їхній доступ до коренів. Це можуть бути потенційні агенти біоконтролю.

Негативний вплив нематод на ґрунт

• Хижі нематоди погіршують стан ґрунту, знищуючи корисні мікроорганізми.
• Нематоди — різновид паразитів рослин, які можуть завдати значної шкоди врожаю, ласуючи молодими сходами та корінням.

Що таке ризосфера?

• Ризосфера — це обмежена зона ґрунту або субстрату, на яку безпосередньо впливають кореневі виділення та кореневий мікробіом, який складається з споріднених ґрунтових мікроорганізмів.
• На сараї живляться численні бактерії та інші мікроби рослинні клітини, що називається ризовідкладенням, а білки та цукри, що виділяються корінням, називаються кореневими ексудатами, у ризосфері, що містить пори ґрунту.
• Цей симбіоз призводить до все більш складних взаємодій, які впливають на розвиток рослин і конкуренцію за ресурси.
• Завдяки кореневим виділенням і продуктам метаболізму симбіотичних і патогенних мікробних спільнот більшість поживних речовин і пригнічення хвороб антибіотиками, які потрібні рослинам, відбувається безпосередньо біля коренів.
• Крім того, ризосфера забезпечує територію для виробництва алелохімічних речовин, які використовуються для контролю сусідів і родичів.
• Ризоплан відноситься до кореневої поверхні, включаючи частинки ґрунту, пов’язані з нею. Петля зворотного зв’язку між рослиною та ґрунтом та інші фізичні процеси, що відбуваються на межі рослини з ґрунтом, є значними селективними силами в угрупованнях ризосфери та ризоплани та росту.

Значення ґрунтової мікрофлори/ґрунтових мікробів

• Мікроорганізми відіграють вирішальну роль у здоров’ї врожаю та ґрунту, але вони можуть бути як корисними, так і руйнівними.
• Сучасні дослідження ще не максимізували внесок мікроорганізмів у ґрунтові системи.
• Вплив ґрунтових мікроорганізмів на культуру та здоров’я ґрунту залежить від складу та активності існуючих ґрунтових мікроорганізмів, а також інших властивостей ґрунту.
• Фермерів просять бути обережними, застосовуючи підходи до управління, які потребують часу або грошей.
• Деякі предмети або методи можна оцінювати окремо для кожної ферми, тоді як інші слід оцінювати в невеликих випробуваннях.
• При внесенні корисних речовин можливе занесення інфекцій або інших мікроорганізмів зі згубною дією.
• На фермах заохочуються методи формування ґрунту, оскільки вони можуть мати позитивний вплив на біологічні спільноти ґрунту та покращити здоров’я ґрунту.

FAQ

Що таке ґрунтові мікроорганізми?

Ґрунтові мікроорганізми — це крихітні живі організми, які живуть у ґрунті та відіграють вирішальну роль у підтримці родючості ґрунту та функціонуванні екосистеми.

Які види мікроорганізмів зустрічаються в ґрунті?

Ґрунт є домом для різноманітних мікроорганізмів, включаючи бактерії, гриби, найпростіші, нематоди та археї.

Яка роль ґрунтових мікроорганізмів у здоров’ї ґрунту?

Ґрунтові мікроорганізми відіграють вирішальну роль у підтримці здоров’я ґрунту шляхом розкладання органічних речовин, кругообігу поживних речовин, покращення структури ґрунту та пригнічення хвороб рослин.

Як ґрунтові мікроорганізми впливають на ріст рослин?

Ґрунтові мікроорганізми можуть впливати на ріст рослин багатьма способами, зокрема, забезпечуючи поживними речовинами, сприяючи росту коренів і захищаючи рослини від хвороб.

Як ґрунтові мікроорганізми реагують на зміни в методах управління ґрунтом?

Ґрунтові мікроорганізми добре реагують на зміни в методах управління ґрунтом, таких як обробка ґрунту, внесення добрив і сівозміна. Зміни в управлінні можуть вплинути на чисельність і різноманітність ґрунтових мікроорганізмів, що може вплинути на здоров’я ґрунту та продуктивність сільськогосподарських культур.

Чи можуть ґрунтові мікроорганізми бути шкідливими для людини?

Хоча більшість ґрунтових мікроорганізмів нешкідливі або навіть корисні, деякі можуть бути патогенними для людини. Наприклад, ґрунтові бактерії, такі як Сальмонела і кишкова паличка можуть спричинити харчові захворювання.

Як ґрунтові мікроорганізми взаємодіють з іншими компонентами ґрунту?

Ґрунтові мікроорганізми складно взаємодіють з іншими компонентами ґрунту, такими як органічні речовини та мінерали. Наприклад, деякі мікроорганізми можуть розщеплювати складні органічні молекули на простіші форми, які рослини можуть використовувати для росту.

Як вчені вивчають ґрунтові мікроорганізми?

Вчені використовують різноманітні методи для вивчення ґрунтових мікроорганізмів, включаючи секвенування ДНК, мікроскопію та методи культивування.

Як фермери та садівники можуть підтримувати ґрунтові мікроорганізми?

Фермери та садівники можуть підтримувати ґрунтові мікроорганізми, застосовуючи методи збереження ґрунту, як-от скорочення обробітку ґрунту, висаджування покривних культур і застосування органічних поправок, як-от компосту.

Які проблеми пов’язані з вивченням ґрунтових мікроорганізмів?

Вивчення ґрунтових мікроорганізмів може бути складним завданням, оскільки їх часто важко виділити та ідентифікувати, а на їх діяльність може впливати широкий спектр факторів навколишнього середовища. Крім того, ґрунтові мікроорганізми дуже різноманітні, тому важко зробити загальні висновки щодо їх поведінки та функціонування.

посилання

• Бхатті, А.А., Хак, С., і Бхат, РА (2017). Благодійна роль актиноміцетів у здоров’ї ґрунту та рослин. Мікробний патогенез, 111, 458–467. doi:10.1016/j.micpath.2017.09.036
• Талвар, ХарлінКаур і Чатлі, Аншу. (2018). МІКРОФЛОРА ГРУНТУ: ОГЛЯД.. Міжнародний журнал передових досліджень. 6. 1502-1520. 10.21474/IJAR01/7960.
• Баласубраманян, А.. (2017). Грунтові мікроорганізми. 10.13140/RG.2.2.27925.12008.
• Гупта, Р., Мохапатра, Х. (2002). Мікрофлора ґрунту: виділення, підрахунок та ідентифікація. У: Mukerji, KG, Manoharachary, C., Chamola, BP (eds) Techniques in Mycorrhizal Studies. Спрінгер, Дордрехт. https://doi.org/10.1007/978-94-017-3209-3_3
• Baxi SN, Portnoy JM, Larenas-Linnemann D, Phipatanakul W; Робоча група з екологічних алергенів. Вплив грибів на людину та їх вплив на здоров’я. J Allergy Clin Immunol Pract. 2016 травень-червень;4(3):396-404. doi: 10.1016/j.jaip.2016.01.008. Epub 2016, 3 березня. PMID: 26947460; PMCID: PMC4861659.
• Гупта, Р.К., Аброл, І.П., Фінкл, С.В., Кіркхем, М.Б., Арбестайн, МС, Масіас, Ф., … Фенг, Ю. (2008). Мікробіологія ґрунту. Серія «Енциклопедія наук про Землю», 673–678. doi:10.1007/978-1-4020-3995-9_544
• https://www.biotecharticles.com/Agriculture-Article/Soil-Microorganisms-Key-Factors-Affect-Distribution-Activity-and-Population-3558.html
• https://rogitex.com/blogs/soil-for-humanity/the-role-of-beneficial-protozoa
• https://www.nrcs.usda.gov/wps/portal/nrcs/detailfull/soils/health/biology/?cid=nrcs142p2_053867#:~:text=Protozoa%20play%20an%20important%20role%20in%20mineralizing%20nutrients%2C%20making%20them,than%20the%20bacteria%20they%20eat.
• https://en.wikipedia.org/wiki/Soil_microbiology
• https://microbenotes.com/microorganisms-in-soil/
• http://ecoursesonline.iasri.res.in/mod/page/view.php?id=5227
• https://www.decadeonrestoration.org/stories/benefits-fungi-environment-and-humans
• https://ohioline.osu.edu/factsheet/anr-36
• https://www.emnz.com/research/effect-on-soil-microflora
• https://www.ijcmas.com/vol-4-3/Megha%20Bhatt,%20et%20al.pdf
• https://www.journalijar.com/article/25601/microflora-of-soil:-a-review/#:~:text=Microflora%20of%20soil%20is%20an,very%20heterogenous%20group%20of%20organisms.
• https://biologyreader.com/soil-microflora.html
• https://www.sciencedirect.com/topics/pharmacology-toxicology-and-pharmaceutical-science/soil-microflora
• https://www.slideshare.net/iamrahulsethi/presentation-on-microbial-flora-of-soil-by-rahul’https://www.holganix.com/blog/5-types-of-soil-microbes-and-what-they-do-for-plants
• https://www.brainkart.com/article/Soil-Microorganisms_35270/