Навигация
Условия обитания микроорганизмов в почве и воде
58541
знак
1
таблица
2
изображения
3. Условия обитания микроорганизмов в почве и воде
Почва — среда обитания многочисленных видов микроорганизмов и крупнейший резервуар их в природе. Количество микробов в 1 г почвы измеряется обычно сотнями и тысячами миллионов клеток. Оно варьирует от 200 млн. в глинистой почве до 5 млрд. в черноземной почве. В 1 г пахотного слоя почвы содержится 1-10 млрд. бактерий, а в слое ее толщиной 15 см на площади в 1 га может содержаться от 1 до 5-6 тонн микробной массы. Даже в песках пустынь, где почти отсутствует влага, содержится до 100 000 микробов в 1 г. Численность и видовой состав их в почве зависят от содержания в ней органических веществ и влаги, структуры почвы, способа ее сельскохозяйственной обработки, климатических условий, характера растительного покрова, степени загрязнения почвы отходами хозяйственной деятельности человека и многих других факторов. Состав микрофлоры почвы складывается из различных комбинаций бактерий (сотни и тысячи видов), грибов, простейших и вирусов. Фактически она содержит представителей всех царств жизни — вирусов, архебактерий, эубактерий и эукариот во всем их многообразии, которое зависит от действия многих факторов. (9, 92)
Самый поверхностный слой почвы содержит ограниченное число микробов из-за действия солнечных лучей и высушивания. Главная масса микробов содержится на глубине 10-20 см, в нижележащих ее горизонтах количество микроорганизмов уменьшается, и на глубине 5-6 метров почва может быть уже стерильной, так как распространению микробов в глубину препятствует высокая поглотительная способность почвы.
Почва постоянно загрязняется различными отбросами, выделениями человека и животных, мертвыми растениями и животными. Огромная роль в процессах самоочищения почвы и в круговороте веществ в природе принадлежит микроорганизмам. В превращении органических веществ, поступающих в почву и образующихся в ней, принимают участие различные группы микробов: гнилостные, нитрифицирующие, азотфиксирующие, денитрифицирующие и другие.
Патогенные микроорганизмы попадают в почву с испражнениями, мочой, гноем, мокротой, слюной и другими выделениями, с трупами людей и животных, погибших от инфекционных заболеваний. Попадая в почву, значительная часть патогенных микроорганизмов, не образующих спор, рано или поздно погибает. Сроки выживания в почве возбудителей кишечных инфекций (дизентерии, брюшного тифа, холеры), чумы, бруцеллеза, туляремии, туберкулеза широко варьируют и составляют от нескольких часов до нескольких месяцев. Отмирание патогенных бактерий в почве зависит от ряда причин: высушивания; отсутствия необходимых питательных субстратов; действия антибиотических веществ, вырабатываемых почвенными бактериями и грибами; солнечных лучей; бактериофагов и т. п. Значительно дольше в почве сохраняются спорообразующие патогенные бактерии — аэробные и анаэробные — возбудители столбняка, газовой гангрены, ботулизма (их споры также сохраняются в почве многие годы, а при благоприятных условиях прорастают и бактерии размножаются, поддерживая тем самым свое существование в почве). Поэтому почва играет основную роль в эпидемиологии столбняка, газовой гангрены (особенно в военных условиях) и ботулизма, она является основным резервуаром возбудителей этих заболеваний. (13, 352)
Почва является важнейшим компонентом любого биогеоценоза, а следовательно, и биосферы в целом. Плодородие почвы в значительной мере определяет продуктивность естественных ценозов и агроценозов и, в свою очередь, зависит от жизнедеятельности организмов, ее населяющих.
Основы учения о почве заложены трудами выдающихся русских ученых: В.В. Докучаева, В.И. Вернадского, Б.Б. Полынова, С.П. Костычева, В.Р., Вильямса. В.В. Докучаев определил почву как особое природное тело, развивающееся под влиянием ряда факторов — материнской породы, климата, рельефа местности, возраста почвообразовательного процесса, а также жизнедеятельности растительных и животных организмов. Он первый обратил внимание на роль микроорганизмов в почвообразовательном процессе.
Современный уровень наших знаний о почве и ее обитателях свидетельствует о главенствующей роли микроорганизмов в процессах минерализации органических веществ, происходящих в почве и определяющих круговорот основных биогенных элементов в природе.
Почва является средой обитания для макро- и микроорганизмов. Для макроорганизмов почва выступает как целостная среда обитания. Для микроорганизмов почву следует рассматривать как сложную гетерогенную систему микросред с резко различными условиями обитания в каждом отдельном микролокусе. Так, микроорганизмы, поселяющиеся на поверхности почвенных агрегатов и внутри их, развиваются в совершенно разных условиях по доступности компонентов питательного субстрата, аэрации, влажности, температуры, pН и т. д.
Подавляющая масса микроорганизмов почвы (до 80—90%) находится в адсорбированном состоянии на поверхности почвенных агрегатов, корней растений или веществах органического опада. Лишь незначительное число микроорганизмов переходит в почвенный раствор. Большая часть микроорганизмов пребывает в почве в неактивном состоянии — в виде эндоспор, микроцист, покоящихся вегетативных клеток. Вся масса микроорганизмов составляет так называемый пул почвы или ее микробный запас. Роль пула почвы заключается в поддержании гомеостаза — равновесного состояния данного микролокуса по содержанию органических и минеральных веществ, гумуса, физиологически активных веществ, разлагающихся минералов и т. п. В свою очередь, микробный пул почвы характеризуется поступлением в нее продуктов органического опада, корневыми выделениями растений, наличием гумусовых веществ. Таким образом, почва, как среда обитания, оказывает селекционирующее влияние на ее микрофлору, а микробный пул почвы со своей стороны обладает сильным средообразующим действием.
Структура каждого микролокуса почвы гетерогенна и включает три фазы: твердую, жидкую и газообразную.
Твердая фаза почвы представлена в основном минеральными компонентами, а также органическими соединениями.
На твердой фазе почвы адсорбирована основная масса микроорганизмов. Адсорбированное состояние обеспечивает микроорганизмам непосредственный контакт с питательным субстратом, предотвращает их вымывание, повышает устойчивость к неблагоприятным условиям среды.
Жидкую фазу почвы составляет почвенный раствор, поднимающийся по капиллярам. Из почвенного раствора микроорганизмы усваивают воду и питательные вещества. В клетках большинства микроорганизмов осмотическое давление составляет 3 — 5 мПа, т. е. значительно выше, нежели в почвенном растворе (0,5*105 – 5*105 Па), при среднем значении влажности почвы 40— 60% от полной влагоемкости.
Содержание воздуха в почве зависит от ее структуры и влажности. Газовый состав почвенного воздуха существенно отличается от атмосферного. В нем содержится значительно больше CO2 — от 0,1 до 1,5% (в атмосфере 0,03% CO2) и относительно меньше кислорода — от 2 до 16% (в атмосфере 21% O2). Содержание CO2 и O2 в почвенном воздухе определяет соотношение аэробных и анаэробных форм микроорганизмов в структуре микробоценоза. (1, 150)
Микробиологические процессы, происходящие в почве, оказывают существенное влияние на газовый состав атмосферы. В процессах минерализации органических веществ, осуществляемых почвенной микрофлорой, в атмосферу выделяются CO2, оксид углерода (II), метан, водород, азот, оксиды азота (I и II), сероводород, а из атмосферы в почву поступает кислород.
Из внешних факторов окружающей среды на развитие почвенной микрофлоры влияют температура, кислотность почвенного раствора, степень засоления, механический состав почвы и др.
В почве выделяют различные группы микрофлоры.
Схема 3 «Микрофлора почвы».
Сапрофитные микроорганизмы, ведущие процессы минерализации веществ органического опада, С.Н. Виноградский предложил назвать зимогенной микрофлорой.
Микроорганизмы, разлагающие гумус почвы, С.Н. Виноградским названы автохтонной микрофлорой.
Микроорганизмы, развивающиеся за счет минимальных концентраций органических веществ, завершающие минерализацию органического опада в почве, получили название олиготрофной микрофлоры. Среди этой группы микроорганизмов выделяются олигонитрофилы, нуждающиеся в минимальной концентрации органических азотсодержащих веществ, и олигокарбофилы, потребляющие остаточные органические углеродсодержащие соединения. Олиготрофные микроорганизмы Г.А. Заварзиным трактуются как «микрофлора рассеяния». Эта группа микроорганизмов до сего времени слабо изучена. Очевидно, в ее состав входят различные специфические виды сапрофитных микроорганизмов, способные развиваться на очень бедных органических субстратах.
Микроорганизмы, потребляющие в качестве источника углерода CO2 или карбонаты и получающие энергию за счет реакций окисления минеральных соединений, объединены в группу автотрофной микрофлоры.
Для боле глубокого понимания роли почвенных микроорганизмов в процессах трансформации основных биогенных элементов в природе рассмотрим структуру микробоценоза. Процесс разложения веществ органического опада, поступающего в почву, начинает зимогенная микрофлора, представленная различными сапрофитными микроорганизмами. На первых этапах минерализацию легко доступных органических соединений ведут неспорообразующие бактерии родов Pseudomonas, Proteus и др. Дальнейший процесс глубокой минерализации органических веществ сопровождается сукцессией микроорганизмов. На смену неспорообразующим бактериям приходят различные виды бацилл (Bacillus subtilis, Bac. mesentericus и др.)
Частично продукты растительного и животного опада, а также микробные метаболиты превращаются в перегной, который постепенно минерализуется автохтонной микрофлорой. Последняя представляет собой специфическую подгруппу сапрофитных микроорганизмов, обладающих более мощным ферментативным аппаратом, способным окислять сложные циклические соединения. К таким микроорганизмам прежде всего относятся актиномицеты и проактиномицеты. Последние представлены различными видами рода Nocardia, образующими краснопигментные колонии.
Конечные этапы минерализации остаточных продуктов распада органических веществ и гумуса в минимальной концентрации осуществляют олиготрофные микроорганизмы. Эта группа микроорганизмов также тесно связана с типичными сапрофитами и, возможно, включает ряд специфических видов сапрофитных микроорганизмов, приспособившихся к развитию на бедных субстратах.
Неорганические соединения (NH3, H2S, Н2 др.), образующиеся при минерализации органических веществ, трансформируются в процессе жизнедеятельности автотрофных микроорганизмов. Последние используют минеральные соединения как источники энергии, окисляя их в реакциях энергетического метаболизма клетки.
Соотношение вышеперечисленных группировок микроорганизмов и определяет характерную структуру микробоценоза каждого зонального типа почвы. При составлении микробиологической характеристики почвы необходимо учитывать неравномерность распределения микроорганизмов в почвенных микролокусах, высокую динамичность численности и качественного состава почвенной микрофлоры, а также недостаточную разработанность систематики и идентификации большинства видов почвенных микроорганизмов. (16, 137)
Вода, как и почва, является естественной средой обитания для многих видов микроорганизмов всех царств жизни. Разнообразные микроорганизмы обитают как в воде открытых водоемов, так и в грунтовых водах: палочки, кокки, вибрионы, спириллы, спирохеты, различные фотосинтезирующие бактерии, грибы, простейшие, вирусы и плазмиды. Многие виды галофильных бактерий обитают в морских водах. Численность микроорганизмов в воде определяется главным образом содержанием в ней органических веществ, которые под влиянием микроорганизмов подвергаются совершенно таким же превращениям, как и в почве. В 1 мл воды количество микробов может превышать несколько миллионов. Грунтовые подземные воды чище, так как, просачиваясь через почву, вода подвергается своеобразной фильтрации, в результате которой большинство микробов задерживается в фильтрующем слое. Численность микроорганизмов в воде открытых водоемов подвержена колебаниям и зависит от климатических условий, времени года, а главным образом, от степени загрязнения рек, озер и морей сточными и канализационными водами и отходами промышленных, агропромышленных и других предприятий. В реки, озера, моря из прибрежных городов и других населенных пунктов выбрасывается такое количество сточных вод, несущих мириады микробов и содержащих огромное количество органических веществ, что вода не успевает самоочищаться. В результате возникла и сохраняется серьезная глобальная экологическая проблема.
По степени микробного загрязнения различают три категории воды (или зоны водоема):
1. Полисапробная зона — наиболее сильно загрязненная вода, бедная кислородом, богатая органическими веществами. В 1 мл воды содержание микроорганизмов достигает 1 млн. и более, преобладают E.coli и анаэробные бактерии, вызывающие процессы гниения и брожения.
2. Мезосапробная зона — вода, загрязненная умеренно, в ней активно происходит минерализация органических веществ с интенсивными процессами окисления и нитрификации. Содержание микроорганизмов в 1 мл воды — сотни тысяч бактерий, количество E.coli значительно меньше.
3. Олигосапробная зона — зона чистой воды, количество микроорганизмов в 1 мл воды — десятки или сотни, не более; E.coli отсутствует или встречается в количестве нескольких клеток на 1 л воды.
Питьевая вода считается хорошей, если общее количество бактерий в 1 мл — не более 100; сомнительной — 100 – 150; загрязненной — если содержание бактерий в 1 мл 500 и более.
Количество микроорганизмов в придонном слое ила озер и рек варьирует в пределах от 100 до 400 млн. на 1 г. (13, 220 )
Похожие работы
... биоклиматической зональности. Наибольшая фитомасса характерна для влажных тропических лесов, наибольшее количество мертвого органического вещества – для зоны бореальных хвойных лесов. Газы находятся не только в обособленной газовой оболочке планеты. В воде морей и океанов в растворенном состоянии содержится 4,32×1018 м3 газов. Это количество в 3 раза больше всего объема воды Мирового океана ...
... ) до 8-9 и выше (карбонатные и засоленные почвы), достигая максимума в щелочных солонцах и содовых солончаках (10-11). Наиболее низкими концентрациями и кислой реакцией характери-зуются почвенные растворы подзолистых и болотных почв таежной зоны. Концентрация их составляет несколько десятков миллиграммов на один литр раствора при рН от 5 до 6. Содержание основных катионов и анионов измеряется ...
... в ионном растворенном состоянии в Мировой океан. Поступившие в ионной форме химические элементы, как и на суше, в водной среде подвергаются воздействию живых организмов, продолжая круговорот. Миграция химических элементов в растворенном состоянии представляет собой гигантский планетарный процесс. Твердое вещество поверхности Земли не остается неподвижным. Оно также участвует в миграции, ...
... воды определялся в лаборатории завода им. Кирова. Эти данные говорят о очень высоком содержании хлоридов и о высокой минерализации воды Мраморного озера. Глава 2. Объекты и методы исследования. С целью выделения и изучения галофильных микроорганизмов были отобраны пробы воды из антропогенного водоема гипсового карьера оз. Мраморное (народное название). Исследовались пробы воды из оз. ...
0 комментариев