Почвенные бактерии: значение и среда обитания, способ питания, польза и вред

Общая информация

Почвенные бактерии и грибы способствуют разложению органических остатков на минералы, и без этого процесса существование биоценоза было бы невозможным. Их основное значение заключается в том, что они превращают частицы тканей растений и животных в питательный гумус, который затем используется новыми растениями для питания, роста и развития. Положительное действие бактерий заключается в том, что производимый ими гумус формирует почву, делает верхний слой плодородным и улучшает структуру почвы.

Польза и вред почвенных микроорганизмов определяются их составом, видами и количеством. Полезные микроорганизмы не всегда преобладают в почве; если по какой-то причине размножаются вредные, такие как плесень, почва становится непригодной для использования. Негативное воздействие плесени проявляется в подавлении растений, что приводит к их гибели. Почва также может быть переносчиком опасных инфекционных заболеваний, таких как столбняк, сибирская язва, кишечные инфекции и другие.

Азотфиксирующие бактерии (ризобии)

Формируют симбиотические отношения с корнями бобовых растений. Ризобии — это грамотрицательные бактерии. Узелки, видимые глазом, образуются там, где бактерии поражают растущий корень растения. Растение обеспечивает бактерии простыми сахарами, а бактерии преобразуют атмосферный азот из воздуха в нитратную и аммонийную формы, которые растение может использовать. Когда листья или корни растения разлагаются, количество азота в почве увеличивается. Для фиксации атмосферного азота бактериями необходимы анаэробные условия.

Среда обитания

Различные типы микроорганизмов в почве питаются различными органическими остатками и живут в разных слоях. В основном они находятся в местах расположения корней растений. Микроорганизмы потребляют как свежие растительные остатки, так и вещества, находящиеся вблизи корневой системы растений.

Для успешного роста сельскохозяйственных культур фотосинтезирующие бактерии должны обитать преимущественно в почве. Эти микроорганизмы фиксируют атмосферный азот и углерод, производят органические вещества и фиксируют многие другие питательные вещества, которые питают растения и участвуют в круговороте соединений.

Что представляют собой азотфиксирующие бактерии

Одной из групп, наиболее часто встречающихся в почве, являются азотфиксирующие бактерии, или узелковые бактерии. Они способствуют скорейшему насыщению почвы азотом, что положительно скажется на урожайности участка. Основными представителями этой группы являются бактерии рода Rhizobium, но их гораздо больше, и они часто используются фермерами и садоводами.

Суть действия азотфиксирующих бактерий заключается в том, что они образуют на корневой системе растения небольшие выросты, через которые питательные вещества, азот и преобразованный аммиак прекрасно поглощаются и усваиваются. Взамен бактерия получает твердую пищу, которая помогает ей успешно продолжать свою жизнь.

Кроме того, бактерии этого вида вступают в симбиоз с растениями на участке, в результате чего возникают анаэробные условия. Это еще одна задача азотфиксирующих бактерий.

Мобилизует фосфор и делает его доступным

Метаболизм растений в значительной степени зависит от фосфора. При его недостатке азот не встраивается в белки и нуклеиновые кислоты (носители генетической информации) растений, а накапливается в виде нитритов и нитратов. У природы есть свои способы предотвращения таких негативных последствий, а именно наличие в почве фосфорно-мобилизующих бактерий. Bacillus megaterium считается лучшим примером. Он высвобождает фосфор из органических веществ и превращает его в растворимые соли фосфорной кислоты. Очевидно, что Bacillus megaterium играет важную роль в синергии между органическими и микробными удобрениями.

Правильное усвоение фосфора растениями предотвращает накопление нитритов и нитратов в плодах
Bacillus megaterium производит ряд биологически активных веществ, среди которых особое место занимают витамины В1, В3, В5, В6, В7, В12. Поэтому B. megaterium часто включают в состав микробных удобрений, которые используются для обработки семян, они оказывают благотворное влияние на первые стадии развития растений.

Классификация бактерий

Бактерии в основном делятся на роды. Для простоты бактерии можно разделить на следующие группы:

Бактерии в зависимости от их формы

До появления секвенирования ДНК бактерии классифицировались на основе их форм и биохимических свойств. Большинство бактерий относятся к трем основным формам: палочковидные (палочковидные бактерии называются бациллами), сферические (сферические бактерии называются кокками) и спиральные (спиральные бактерии называются спириллами). Существуют также тонкие ветвящиеся нити, называемые актиномицетами. Некоторые бактерии относятся к другим формам, более сложным, чем вышеперечисленные формы.

Аэробные и анаэробные бактерии

Бактерии, которым для выживания необходим кислород, называются аэробными бактериями. Бактерии, которым для выживания не требуется кислород, называются анаэробными бактериями. Анаэробные бактерии могут погибнуть, если окажутся в окисленной среде.

Грамположительные и грамотрицательные бактерии

Деление бактерий на грамположительные и грамотрицательные основано на результатах метода Грамма. Грамотрицательные бактерии самые маленькие и, как правило, более чувствительны к водному стрессу, в то время как грамположительные бактерии крупнее, имеют более толстую клеточную стенку, отрицательный заряд на внешней поверхности и, как правило, сопротивляются водному стрессу.

Автотрофные и гетеротрофные бактерии

Это один из самых важных типов классификации, который учитывает наиболее важный аспект роста и размножения бактерий. Автотрофные бактерии (также называемые автотрофами) получают необходимый им углерод из углекислого газа. Некоторые автотрофы напрямую используют солнечный свет для получения сахаров из углекислого газа, в то время как у других это зависит от различных химических реакций. Гетеротрофные бактерии получают углеводы и/или сахара из среды, в которой они живут.

Классификация основана на филах

Ученые классифицировали бактерии на 12 филов, основываясь на морфологии, последовательности ДНК, необходимых условиях и биохимии. Каждый филум соответствует количеству видов и родов бактерий. Эта классификация включает бактерии, которые встречаются в различных типах сред, таких как

• Бактерии, способные выживать при экстремальных температурах (сильный холод и жара)
• Бактерии, способные выживать в различных средах (сильнокислая и сильнощелочная среды)
• Аэробные и анаэробные бактерии
• Автотрофные бактерии против гетеротрофных бактерий и т.д.

Нитрифицирующие бактерии

Сначала они преобразуют аммоний в нитрит, а затем в нитрат, который является лучшей формой азота для большинства пропашных культур. Нитрифицирующие бактерии необходимы в чрезмерно аэрированных почвах. Нитрат легко вымывается из почвы, поэтому некоторые фермеры используют ингибиторы нитрификации для снижения активности нитрифицирующих бактерий. Денитрифицирующие бактерии превращают нитрат в атмосферный азот или закись азота. Денитрификаторы являются анаэробными бактериями, что означает, что они активны в отсутствие кислорода, например, в уплотненных почвах или внутри почвенных микроагрегатов. На тяжелых глинистых почвах до 40-60% азота может быть потеряно в результате денитрификации.

Хотя в почве обитает множество бактерий, только небольшая специализированная группа азотфиксирующих бактерий может фиксировать атмосферный азот. Фиксация азота не может происходить без специальных ферментов нитрогеназы, которые содержатся в определенных бактериях. Азотфиксирующие бактерии присутствуют в большинстве типов почв (как симбиотические виды), но они обычно составляют очень небольшой процент от общей микробной популяции и имеют низкую азотфиксирующую способность.

Сера, как и многие другие питательные вещества, преобразуется в почве так же, как и азот. Специальные бактерии в анаэробных условиях делают серу менее доступной для растений, превращая ее в сероводород в почве, насыщенной водой, осаждая серу из почвы в виде нерастворимых сульфидов различных металлов. В хорошо аэрируемых условиях бактерии преобразуют серу из сульфидов металлов в сульфатную форму, проходя промежуточные этапы с образованием элементарной серы и тиосульфата.

Зачем нужны деструкторы

К деструкторам относятся огромные колонии бактерий, которые постоянно живут в почве. Сюда входят как кислорододышащие бактерии, так и те, которые питаются за счет других процессов. Основным условием, по которому классифицируются деструкторы, является их способность расщеплять органические соединения.

Поэтому это относится не только к бактериям, но и к жукам, муравьям и термитам. Точнее, они разлагают большие скопления органики на более мелкие, с которыми уже работают бактерии этого типа. Представителей деструкторов можно обнаружить как в корневой зоне, так и в более глубоких слоях почвы, куда кислород вообще не доходит.

Виды почвенных бактерий

Вся бактериальная флора почвы делится на группы по структуре, потреблению кислорода, функциям, питанию и другим характеристикам.

По форме клеточных стенок

В структуре клеточной стенки почвенных микроорганизмов были обнаружены различия. Одноклеточные организмы можно разделить на 3 основные группы:

• бациллы, у которых клетка имеет цилиндрическую форму;
• кокки с шарообразной клеткой;
• спириллобактерии, которые имеют спиралевидную форму.

Есть бактерии со сложной формой, например, актиномицеты, которые имеют разветвленную форму.

По отношению к кислороду

Все почвенные бактерии делятся на группы, одна из которых потребляет кислород, а другая может обходиться без него. Это аэробные и анаэробные микроорганизмы. Соотношение с кислородом также определяет, какие реакции будут происходить с этими микроорганизмами. Анаэробные бактерии отвечают за процессы ферментации; при этом методе вырабатывается меньше энергии, чем при аэробном методе, который в этом отношении более эффективен.

По способности окрашиваться методом Грама

Метод основан на том, что некоторые виды почвенных микроорганизмов имеют внешнее защитное покрытие, которое непроницаемо. Такие бактерии считаются грамположительными, а те, которые окрашиваются красителями, — грамотрицательными. К ним относятся псевдомонады, азотобактер, одноклеточные узелковые бактерии, энтеробактерии, цитофаги, миксобактерии и нитрифицирующие бактерии. Грамположительные микроорганизмы: бациллы, анаэробные бактерии, корифеи и спорообразующие бактерии.

По типу питания

Микроорганизмы делятся на автотрофные и гетеротрофные бактерии. Автотрофные бактерии в процессе своей жизнедеятельности производят органические соединения из неорганических соединений, гетеротрофные бактерии используют органические соединения в качестве пищи.

По функциям

Нитрифицирующие виды микроорганизмов используются для повышения питательности почвы. Клубеньковые микроорганизмы фиксируют азот из воздуха и переносят его в почву, нитрифицирующий азот преобразует азот из аммонийной формы в нитратную, тем самым повышая его доступность для растений.

С точки зрения функциональности можно выделить эти группы микроорганизмов:

1. Деструкторы, которые поглощают свежие органические вещества, разлагают их и минерализуют.
2. Мутуалисты — способны существовать с растениями во взаимовыгодных условиях. Примером могут служить узелковые бактерии.
3. Хемоавтотрофы перерабатывают неорганические вещества, не содержащие углерода.
4. Патогены растений и животных — это возбудители, вызывающие заболевания у растений и животных.

Экспертное мнениеЗаречный Максим ВалерьевичАгроном с 12-летним стажем. Наш лучший специалист по кровле. Задать вопрос Все одноклеточные организмы, за исключением патогенов, преобразуют органическое вещество почвы, накапливают азот, нейтрализуют токсичные пестициды, предотвращают болезни растений и образуют почвенные микроагрегаты, повышающие влагоемкость почвы.

Подавляют фитопатогены и стимулируют рост

В роде Pseudomonas есть несколько вредных микроорганизмов, вызывающих серьезные заболевания растений. Однако в роде есть и полезные представители — сапротрофные бактерии, которые колонизируют корневую зону почвы и действуют как естественные регуляторы фитопатогенных микроорганизмов. К ним относятся Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Pseudomonas aureofaciens.

Сапротрофные бактерии населяют корневую зону
Pseudomonas fluorescens производят антибиотики и бактериоцины. Бактериоцины — это специфические белки, которые подавляют клеточную активность других штаммов того же или родственных видов бактерий. Поэтому P. fluorescens используется для борьбы с патогенными бактериями рода Pseudomonas, а также другими патогенами.
P. fluorescens также вырабатывают вещества, способствующие росту. Именно благодаря присутствию этих бактерий в корневой зоне растений в нейтральных или слабощелочных почвах происходят процессы подавления или вытеснения вредных микроорганизмов, которые могут вызвать болезни растений. Ученые называют такие почвы супрессивными.

Новый отечественный биопрепарат «Атлант» поможет вашим растениям быть сильными и здоровыми, а вам — получать здоровые, экологически чистые урожаи.
Применение биопрепарата «Атлант» способствует формированию правильного биоценоза микроорганизмов в корневой и прикорневой зоне растений; подавляет фитопатогены и вытесняет патогенную микрофлору; повышает плодородие почвы, обогащает почву азотом и фосфором; предотвращает листовые и стеблевые болезни; биохимически стимулирует собственный иммунитет растений; значительно повышает урожайность. Препарат выпускается в двух формах.
Атлант. Здоровье растений и почвы» представляет собой сухой порошок для измельчения растительного материала и семян перед посевом; его также добавляют в почву перед посадкой с последующей заделкой в почву.
Атлант. Питание и рост» — это порошок для приготовления водного раствора, который используется для замачивания растительного материала перед посадкой, а также для питания корней (полива) саженцев и растений в течение вегетационного периода.
«Атлант» — сила растений и ваше здоровье!

Избавляет растения от стресса, обогащает азотом и способствует самоочищению почв

Azotobacter chroococcum был впервые описан в 1901 году. Бактерия является свободноживущим азотфиксатором. Отсутствие азота означает отсутствие белка, хлорофилла; фактически, отсутствие растений. Кроме того, A. chroococcum синтезирует различные фитогормоны, включая ауксины; следовательно, он является естественным производителем веществ, стимулирующих рост растений.
A. chroococcum также производит экзополисахариды. Эти интересные вещества выполняют множество функций. Одним из них является способность мобилизовать тяжелые металлы в почве. Присутствие этой бактерии в почвенном слое способствует самоочищению почвы, загрязненной тяжелыми металлами — кадмием, ртутью и свинцом. Следует отметить, что способность к самоочищению является одним из двух показателей здоровой почвы (второй — затухание, о котором мы уже упоминали).

Удобрения, содержащие Azotobacter chroococum, помогают растениям справиться со стрессом
Экзополисахариды также существенно влияют на способность растений восстанавливаться после стрессов — негативных природных явлений, химических ожогов и т.д. Неудивительно, что A. chroococcum используется не только как один из основных ингредиентов микробных удобрений (активаторов), но и как часть инновационных антистрессовых программ для поддержки и восстановления растений после ожогов гербицидами, заморозков, повреждения градом и т.д.

Как питаются бактерии

Почвенные бактерии используют различные способы получения питательных веществ и энергии. Одни питаются органическими веществами, другие — неорганическими. Расщепляя органические вещества, они строят свои клетки, а неорганические вещества используют в качестве пищи.

Функции почвенных бактерий

Бактерии выполняют важные функции в почве, растворяя органические остатки с помощью выделяемых ферментов. Существует четыре основные функциональные группы почвенных бактерий:

• Разлагатели — бактерии, потребляющие простые сахара и углеродные соединения, такие как корневые выделения и свежие растительные остатки.
• Мутуалисты — бактерии, образующие партнерские отношения с растениями; пример: ризобии — азотфиксирующие бактерии.
• Литотрофы (хемоавтотрофы) — бактерии, которые получают энергию из соединений азота, серы, железа или водорода, а не из соединений углерода.
• Бактерии также могут быть патогенами для растений.

Бактерии в почве преобразуют энергию органических веществ в формы, полезные для других организмов. Ряд бактерий-разрушителей может разлагать остатки пестицидов и некоторые другие загрязняющие вещества в почве. Эти бактерии особенно важны для иммобилизации или удержания питательных веществ, тем самым предотвращая потерю питательных веществ, таких как азот, из корневой зоны.

Бактерии из всех четырех групп выполняют важные функции, связанные с динамикой воды, круговоротом питательных веществ и сопротивляемостью болезням. Некоторые бактерии вырабатывают вещества, которые помогают связывать частицы почвы в микроагрегаты (2-200 мкм). Стабильные агрегаты улучшают инфильтрацию воды и повышают водоудерживающую способность почвы. Бактериальные популяции также конкурируют с патогенами в корнях и на поверхности растения.

Актиномицеты

Большая группа бактерий, которые растут как грибы и функционально схожи с грибами. Актиномицеты меньше грибов (1-2 мкм) по размеру (10-50 мкм) и довольно чувствительны к антимикробным препаратам. Когда фермеры пашут почву, актиномицеты отвечают за специфический «земляной» запах, который издают стрептомицеты. Актиномицеты производят ряд антибиотиков, включая стрептомицин. Актиномицеты диспергируют многие вещества и более активны при высоких значениях рН. Актиномицеты особенно важны для разложения трудноразлагаемых соединений, таких как хитин, лигнин, кератин, грибковая целлюлоза и животные полимеры. При низких значениях pH грибки более активны в разложении таких соединений. Актиномицеты играют важную роль в образовании стабильного гумуса, который улучшает структуру почвы, улучшает хранение питательных веществ и увеличивает удержание воды в почве.

Преимущества почвенных бактерий

Различные типы бактерий процветают на различных источниках пищи и в различных микросредах. В целом, бактерии более конкурентоспособны, когда в ризосфере присутствуют легкоусвояемые (лабильные) субстраты (простые сахара). К ним относятся свежие растительные остатки и соединения, похожие на живые корни. Бактерии (особенно палочковидные и грамотрицательные бактерии) и актиномицеты концентрируются в ризосфере вокруг корней. Актиномицеты могут составлять от 10 до 30 процентов от общего числа микроорганизмов в ризосфере почвы, в зависимости от наличия питательных веществ. Некоторые растения производят определенные виды корневых выделений, которые стимулируют рост защитных бактерий.

Многие бактерии производят слой полисахаридов и гликопротеинов, которые покрывают поверхность клетки. Одни образуют муцилагиновый слой, другие — толстую гелеобразную капсулу, которая ограничивает потерю воды из бактериальной клетки. Эти вещества играют важную роль в цементировании частиц песка, ила и почвенной глины в устойчивые микроагрегаты, которые улучшают структуру почвы.

Для того чтобы бактерии могли выжить в почве, им необходимо адаптироваться к различным микросредам обитания. Концентрация кислорода в почве может сильно варьироваться. Большие поры, заполненные воздухом, обеспечивают высокий уровень кислорода и благоприятствуют аэробным условиям. В то же время мелкие микропоры могут обеспечивать анаэробную среду, в которой отсутствует кислород. Такое разнообразие почвенных микросреды позволяет бактериям процветать при различном уровне влажности почвы и кислорода, поскольку даже после затопления (насыщение почвы, отсутствие кислорода) или обработки почвы (диффузия кислорода) остаются небольшие микросреды, в которых могут жить различные виды бактерий и микроорганизмов.

Подобно тому, как естественная сукцессия происходит в растительном сообществе, сукцессия также происходит в почве. Бактерии обладают способностью изменять почвенную среду в пользу определенных растительных сообществ. На свежих осадках фотосинтезирующие бактерии, способные фиксировать атмосферный азот и углерод, производят органическое вещество и другие питательные вещества, которые запускают процессы круговорота питательных веществ в молодой почве. Эти бактерии преобладают в сорных или поврежденных почвах, почвах с высоким pH и почвах с высокой доступностью нитратного азота, которые являются идеальными местами для сорняков.

По мере уменьшения эрозии почвы и увеличения разнообразия растений, почвенная пища становится более сбалансированной и разнообразной, что делает питательные вещества почвы более доступными для высших растений. Различные популяции микроорганизмов, а также грибки, простейшие и нематоды держат под контролем использование питательных веществ и патогенов.

Читайте также: Доломитовая мука: что это такое, какую пользу и вред несёт продукт, как его использовать для удобрения