Бактерии для почвы

Бактерии почвенные. Среда проживания почвенных бактерий

Бактерии — наиболее старинная категория организмов, которые и сейчас есть у нас на земном шаре. Самые первые бактерии появились более 3,5 миллиарда лет тому назад. В течение фактически миллиарда лет они были единственными энергичными созданиями на нашей планете. Тогда их туловище имело примитивное строение. Какие есть бактерии почвенные, разновидности и среда проживания — все это рассматривается в рамках этой статьи.

Общая информация о бактериях

В состав земли входит много разных микроорганизмов, среди которых имеется и почвенные бактерии, плесень и грибы. Они делятся на вредоносные и нужные для развития растений.

Микроорганизмы выделяются и по условиям деятельности. Одни могут формироваться без доступа кислорода, а для остальных его наличие очень нужно. Есть также особенная категория бактерий, которые могут формироваться как с кислородом, так и без него.

Роль почвенных бактерий в деятельности растений

Несут ли пользу растениям почвенные бактерии? Значение микроорганизмов в деятельности растений очень велико. Необходимые агропочвенные бактерии каждодневно перерабатывают органику зверей в нужные минеральные вещества. При аналогичной переработке почва обогащается кальцием, железом, фосфором, азотом и прочими обязательными элементами.

Бактерии почвенные не только обогащают землю полезными элементами, но и совершенствуют телесные качества грунта. Чем больше в составе почвы необходимых бактерий, тем выше ее плодородность.

Самое большое число нужных организмов находится в области распространения крупнокорневой системы растения, а собственно в ризосфере. В ней почвенные бактерии применяют в качестве питания отмирающие части корневой системы.

Группы опасных почвенных микроорганизмов

Группы почвенных бактерий содержат такие разновидности, которые принимают участие в фотосинтезе азота, углерода и фосфора. В составе почвы присутствуют не только полезные микроорганизмы, но и патогенные. Очень часто вредоносные микроорганизмы проживают в почве достаточно непродолжительно. Впрочем конкретные виды являются регулярными ее жителями. Вредоносные микроорганизмы разделяют на три категории:

• Бактерии, для которых земля считается настоящим биотоном. Они считаются возбудителями ботулизма и актиномицеты.

• Бактерии, которые проникают в грунт с органическими выделениями живых существ. Такие микроорганизмы могут сохраняться в земля очень долго. Они считаются возбудителями сибиреязвенной палочки, столбняка и гангрены.

• Бактерии, которые также проникают в грунт с органическими выделениями, впрочем будут сохранены там сроком до 1 месяца. Они могут оказаться причиной кишечной палочки, сальмонеллы, шигеллы и холеры. Все болезнетворные микроорганизмы разрушают не только полезные свойства почвы, но и корневую систему растений.

Среда проживания бактерий

Почвенные бактерии живут в покрове земли достаточно неодинаково. Каждая категория микроорганизмов живет там, где она сможет найти для себя комфортабельную сферу проживания, питание и воду. Обычные организмы присутствуют везде, где есть базисные детали — преимущественно в верхнем покрове грунта. Необычайно, но бактерии почвенные были также найдены и в нефтяных скважинах, глубина которых может достигать более 16 километров.

Проживание около корневой системы

Как мы уже рассказывали раньше, наиболее любимое место почвенных бактерий — это дерн. Ризосфера — это земляной слой, находящийся вокруг корневой системы. Она плотно заселена микроорганизмами, которые питаются отходами растений, а еще их белками и сахарами. Очень простые организмы, например черви, питаются микроорганизмами и также живут в крупнокорневой сфере. За счёт этого, круговорот полезных компонентов и угнетение болезней происходит собственно в ризосфере.

Растительная подстилка

Мало кому известно, где живут почвенные бактерии. В этой публикации мы попробуем очень детально рассказать о их обстановке проживания.

Грибы — самые распространенные редуценты растительных частей. Бактерии почвенные не могут переносить некоторые обязательные элементы на длинные расстояния. Именно это дает возможность грибам формироваться. Собственно в грибной растительной подстилке также есть большое количество бактерий.

Гумус — это еще одна среда проживания почвенных бактерий. Только грибы делают конкретные энзимы, которые нужны для расщепления сложных компонентов, присутствующих в гумусе. Большая часть основных элементов, которые содержатся в земля, раньше огромное количество раз расщеплялась грибами и микроорганизмами. Соединения гумуса, которые получены вследствие расщепления, в себя включают немного легкодоступного азота.

На агропочвенных агрегатах

Еще одна среда проживания почвенных бактерий — агропочвенные агрегаты. На их поверхности содержание микроорганизмов гораздо больше, чем в середине. В середине как правило проходят только те процессы, которые не просят содержания кислорода. Огромное количество агрегатов — это фекалии земельных червей и других обычных организмов. Между агропочвенными агрегатами передвигаются членистоногие и нематоды, которые не как правило создают каналы конкретно в почве.

Организмы, которые чувствительны к потере влаги, также как и почвенные бактерии, живут в каналах, наполненных водой. Для питания влаголюбивых организмов нужна базисная часть грунта, которая на сельскохозяйственных территориях каждый год активно уменьшается. Собственно из-за этой причины есть необходимость в применении удобрений.

Вред почвенных бактерий

Считаю, что любой садовод как то думал о том, опасны ли почвенные бактерии. В данной статье мы попробуем разогнать все мифы и предположения, которые затрагивают такого вопроса. В грунте живет большое количество патогенных микроорганизмов. К примеру, в верхнем 30-ти сантиметровом слое почвы, размером в один гектар, живёт около 30-ти тонн обычных организмов. Имея крепкий набор ферментов, бактерии гниения расщепляют белки до аминокислот. Конкретно это считается основным критерием в процессе гниения. Данные микроорганизмы приносят живым существам большое количество проблем. Кстати, собственно из-за работы данных обычных организмов очень быстро портятся продукты питания, которые рассчитаны на продолжительный период времени хранения, а конкретно — соленья и замороженные фрукты и овощи. На счастье, домохозяйки уже давно научились выходить из положения. Для намного продолжительного хранения они применяют процесс стерилизации и обработки продуктов. Впрочем конкретные типы микроорганизмов все таки могут подпортить пищевые заготовки, несмотря даже на подробную обработку.

Вредоносные микроорганизмы поступают в почву благодаря зараженным живым существам. Как мы уже рассказывали раньше, конкретные категории микроорганизмов и грибов как правило находиться в земля десятками лет. Это происходит вследствие их характерной черты — формировать споры. Непосредственно они оберегают бактерии от негативных воздействий со стороны внешней среды. Такие микроорганизмы активизируют развитие одних из самых опасных болезней — сибирскую язву, отравление, гангрену и каталепсию.

Как бактерии проникают в грунт

Если сказать простым языком, то агропочвенные бактерии — это часть почвенного состава, однако не самой земли, а ее полезного слоя. В одной десертной ложечке верхнего слоя почвы содержится более одного миллиарда обычных организмов, которые постоянно заняты либо определенной стадией распада омертвевшей органики, либо фиксацией прибывающих в основу эклектических компонентов и построением из них сложных базисных молекул.

Группы агропочвенных микроорганизмов берут собственное начало с тех лет, когда другие живые создания только зарождались и оставляли первые следы собственной деятельности. Эти останки и стали первым домом почвенных микроорганизмов. Обучившись менять органику в почву, бактерии живут в ней и сейчас, адаптируясь к меняющимся обстоятельствам внешней среды.

Дробление по назначениям

Среди биологов есть универсальное дробление агропочвенных микроорганизмов по их функциям:

1. Деструкторы — бактерии, проживающих вдали в грунте и минерализуют базисные соединения, находящиеся в верхнем слое земли. Их роль — переустройство остатков живых существ и растений в эклектические детали.

2. Азотфиксирующие либо клубневые микроорганизмы — симбионты растений. Их важность состоит в том, что только данный тип бактерий способен соединять неорганичные кислородные детали и гарантировать ими растения. Собственно благодаря этому почва и растения получают важные минеральные вещества.

3. Хемоавтотрофы — микроорганизмы, которые сосредотачивают существующие неорганические вещества в базисные молекулы. Их важность заключается в том, что они могут подвергать отделке накапливающиеся в основе эклектические детали, а потом передавать их растениям.

Невозможный факт

Длительное время повелось, что чувствовать запахи могут только непростые организмы. Впрочем 2 года назад оказалось, что такой рецептор есть также у дрожжевых бактерий и слизевиков.

Ученые решили поэкспериментировать и узнать ощущают ли агропочвенные бактерии наличие в находящемся вокруг воздухе нашатырного спирта. Необычайно, но бактерии превзошли все надежды исследователей. Благодаря этому исследованию, ученые выяснили, что микроорганизмы также способны распознавать запахи.

Подводим итоги

Почвенные бактерии занимают важное место в плодородии почвы и деятельности всех живых существ. В этой публикации мы выяснили, где живут почвенные бактерии и как они связаны с появлением растений и живых организмов.

Во время работы с грунтом необходимо не забывать, что там присутствуют не только полезные микроорганизмы, но и патогенные, которые могут стать возбудителями опасных для жизни болезней. Настойчиво предлагаем одевать перчатки, а по завершении работы тщательно мыть руки. Будьте здоровы!

Почвы в том виде, в котором они есть на земле Земля, – рабочий результат бактериальных сообществ. Смешивая частицы горных пород и минералов с продуктами переработки отмершей органики и с продуктами своей деятельности, микроорганизмы шажок за шажком превращали безжизненные скалистые пустыни в покрытые плодородным гумусом территории, ставшие базой для реализации нового витка круговорота веществ на земле. Бактерии в почве – главные двигатели этого круговорота.

Как бактерии попали в грунт

Говоря со всей строгостью, почвенные бактерии – это и существует часть почвы. Точнее, не самой почвы, а ее полезного слоя – гумуса. В одной чайной ложечке гумуса живёт более одного миллиарда микроорганизмов, которые регулярно заняты либо конкретной стадией разложения отмершей органики, либо фиксацией поступающих в грунт неорганических веществ и построением из них трудных органических молекул.

Группа почвенных бактерий ведет собственную историю с тех лет, когда представители органической жизни (растения и животные) лишь начали выбираться на сушу и оставлять на скалистых морских берегах останки собственной деятельности. Вот эти останки и стали первым домом почвенных бактерий. Обучившись преобразовывать органику в грунт, микроорганизмы проживают в ней и до этого времени, приспосабливаясь к меняющимся условиям внешней среды.

В микробиологии есть практичное дробление почвенных микробов, которое выстраивается на том, какое экологическое значение имеют те либо другие микроорганизмы в процессе изменения органических и неорганических веществ:

1. Деструкторы – бактерии, которые проживают в почве и минерализуют (разлагают) органические соединения, попавшие в дерны. Их роль – превращать останки зверей и растений в неорганические вещества.
2. Азотфиксирующие или клубеньковые микробы – симбионты растений. Их роль состоит в том, что только виды клубеньковых микробов могут связывать неорганический погодный азот и снабжать им растение. Таким образом азотфиксаторы обогащают минеральный состав растительных тканей.
3. Хемоавтотрофы – собирают имеющуюся неорганику в органические молекулы, применяя при этом энергию хим. реакций, которые протекают в середине самой бактерии. Это группа автотрофов. Их роль состоит в том, что они могут обработать накапливающиеся в почве неорганические вещества и «кормить» ими растения.

Помимо названных, в почве присутствуют и остальные виды бактерий, которые не играют особенной роли и не имеют значения при формировании полезного слоя, но могут оказаться причиной губительного поражения живых тканей. Это болезнетворные микробы, которые проникают в грунт с зараженными органическими останками или переносятся с аэрозолями (потоки воздуха с мелкодисперсной взвесью).

Деструкторы

Это одна из наиболее многих групп, в которой могут быть как аэробные (дышащие кислородом) бактерии, так и анаэробные (дышащие за счёт протекания иных реакций). Какие из них преобладают – сказать тяжело. Биологи не придают значения выводу подобных соотношений.

В группу деструкторов входят не только бактерии. Также активно разлагают органику говоря иначе детритофаги (жуки-скоробеи, термиты, дождевые черви и т.д.). Их роль состоит в первичном разложении органических молекул на более обычные соединения, которые после отделывают бактерии-редуценты.

Редуценты (сапротрофы) выполняют конечное глубокое разложение, из-за которого создается специальная микрофлора, питающая растительность конкретной экосистемы.

1. В почве очень популярны представители класса Клостридии. Известны и азотфиксирующие Клостридии, и Клостридии-редуценты. Среди данного класса микроорганизмов встречаются и болезнетворные патогенные микробы, однако в почве такие могут находится только в качестве аллохтонных (случайных) прокариотов. Знаменитые почвенные Клостридии – анаэробные микробы, роль которых состоит в высвобождении углекислого газа из органических сахаров, находящихся в клетках тканей погибших растений.
2. Бациллы – еще одно семейство спорообразующих бактерий, которыми богаты почвы. Бациллы как правило аэробы и факультативные анаэробы, которые могут обитать в наличии кислорода, однако не могут им дышать. Среди Бацилл обнаружены самые большие виды, которые могут достигать размеров до 5 мкм. Наиболее известная Бацилла – Сенная палочка.
3. Еще одно семейство бактерий, которое сильно распространено в почвах – Псевдомонады. Это аэробные микроорганизмы, их не бывает среди анаэробов. Некоторые группы могут быть патогенными для растений. Псевдомонады могут расщеплять буквально любой субстрат. Их огромное количество на очистных сооружениях, также они перерабатывают искусственные и ядовитые отходы.

Главная территория проживания аэробных редуцентов – ризосфера, прикорневая область и область корней растений. Анаэробные редуценты проживают в более глубоких слоях почв, куда плохо проникает кислород.

Азотфиксирующие жители почв

Одна из очень востребованных в бытовых условиях групп микроорганизмов – клубеньковые бактерии.

Клубеньковые микробы — единственные микроорганизмы, благодаря которым можно быстро и с небольшими трудозатратами насытить почвы азотом, что со своей стороны существенно увеличивает урожайность на подобных полях.

К клубеньковым микробам относятся те же Клостридии (их аэробные роды), но главная группа клубеньковых прокариотов — это все же представители рода Ризобиум.

Этим клубеньковым микроорганизмам даже дают названия по наименованию того растения, мутуалистический объединение с которым формирует данный клубеньковый вирус.

Суть симбиоза клубеньковых микробов и растений заключается в том, что колония бактерий образовывает нарост на корне растения, через который растение получает преобразованный в нашатырный спирт молекулярный азот, а взамен снабжает колонию бактерий нужными ей питательными веществами.

Представители рода Ризобиум являются анаэробами. Создание анаэробных условий считается также одной из задач, которые решают данные бактерии при помощи симбиоза с растительностью.

Хемолитотрофы

Группа бактерий – автотрофов. Они единственные на земле организмы, которые могут из неорганических веществ продуцировать органические вещества. Их роль глобальна, потому как в круговороте веществ их не могут заменить никакие иные организмы.

Автотрофы предоставлены пятью ключевыми группами:

• нитрифицирующие – аэробные микробы, которые включают неорганический азот в органические соединения;
• окислители серы – аэробные прокариоты, включают неорганическую серу в органические молекулы;
• железобактерии – аэробные ацидофильные (проживают в средах с очень высокой кислотностью) бактерии, включающие в состав органики неорганическое железо;
• водородные и карбоксидобактерии – аэробные микроорганизмы, которые преобразуют молекулярный водород и углекислый газ.

Среди автотрофов нет патогенных видов, потому как главная причина патогенности – продуцирование процессов разложения (разложения органической материи). Автотрофам органика в качестве пищи не примечательна.

Патогенная микрофлора

Патогенные микроорганизмы в почве – результат фекального загрязнения. Фактически все микробы, провоцирующие процессы разложения, проникают в грунт из кишечников растений или зверей.

Главные представители патогенной микрофлоры – колиформные прокариоты, говоря иначе бактерии группы кишечной палочки. Попадая в грунт, эти микробы могут очень долго существовать, если к ним перекрыт доступ прямых лучей солнца и почва достаточно прогрета.

Особенно опасны для человека колиформные бактерии, попавшие в почвы из кишечника зверей. Они вызывают те формы гниения органических тканей человека, которые тяжело быстро остановить.

Более того, серьёзную опасность для зверей и человека несут бактерии гниения, вырабатывающие очень токсичные протеолитические ферменты, которые становятся основой гангрены и столбняка.

Как называются полезные для растений бактерии? И почему они полезные?

костя власов

полезные для растений бактерии
———
Фотосинтезирующие бактерии — независимые самоподдерживающиеся микроорганизмы. Эти бактерии синтезируют полезные вещества из корневых выделений растений, органических веществ и токсичных газов (к примеру, сероводорода) , применяя солнце и тепло почвы как источники энергии. Полезные вещества в себя включают аминокислоты, нуклеиновые кислоты, иные биологически энергичные вещества и сахара, помогающие развитию и росту растений. Эти вещества поглощаются растениями конкретно и также выступают в качестве пищи для развивающихся бактерий. Так, в ответ на увеличение числа фотосинтезирующих бактерий в почве растет содержание иных продуктивных микроорганизмов. К примеру, содержание микоризных грибков возрастает из-за общедоступности азотных соединений (аминокислот) , применяемых как субстрат, который выделяется фотосинтезирующими бактериями. А микориза, со своей стороны, делает лучше растворимость фосфатов в почвах, доставляя, подобным образом, растениям неприступный раньше фосфор.

Молочнокислые бактерии вырабатывают молочную кислоту из сахара и прочих углеводов, выполненных фотосинтезирующими бактериями и дрожжами. Напитки типа йогурта и рассолов делают с применением молочнокислых бактерий уже довольно давно. Молочная кислота — крепкий стерилизатор. Она подавляет вредные микроорганизмы и убыстряет разложение органического вещества. Более того, молочнокислые бактерии помогают разложению лигнинов и целлюлозы и ферментируют эти вещества.

МК бактерии способны подавить распространение плохого микроорганизма Fusarium, вызывающего заболевания растений. Увеличение численности Fusarium ослабляет растения, что вызывает развитие иных заболеваний и часто кончается вспышкой нематод. Численность нематод падает понемногу, по мере того, как бактерии молочной кислоты подавляют распространение Fusarium.

Дрожжи синтезируют антибиотические и полезные для растений вещества из аминокислот и Сахаров, продуцируемых фотосинтезирующими бактериями, веществами на основе органики и корнями растений.

Биологически энергичные вещества типа гормонов и ферментов, изготовленные дрожжами, активизируют точку роста и, исходя из этого, рост корня. Они секретируют (выделяют) полезные субстраты для продуктивных микроорганизмов типа молочнокислых бактерий и актиномицетов.

Актиномицеты, которые по собственному строению занимают переходное положение между бактериями и грибами, делают антибиотические вещества из аминокислот, выделяемых фотосинтезирующими бактериями и органическим веществом. Эти антибиотики подавляют рост вредных грибов и бактерий.

Актиномицеты могут сосуществовать с фотосинтезирующими бактериями. Подобным образом, две группы совершенствуют состояние почвы.

Ферментирующие грибы. Грибы типа Aspergillus и Penicillium быстро разлагают органические вещества, производя этиловый спирт, непростые эфиры и антибиотики. Они подавляют запахи и предохраняют инфицирование почвы опасными насекомыми и их личинками.

Каждая разновидность продуктивных микроорганизмов (фотосинтезирующие бактерии, молочнокислые бактерии, дрожжи, актиномицеты, грибы) имеют свою основную функцию, однако при этом, с одной стороны, поддерживают действие иных микроорганизмов, со второй — применяют вещества, изготовленные этими микроорганизмами. Явление это «сосуществования и сопроцветания» и есть объединение.

Когда ЭМ развиваются в почвах как объединение, кол-во полезных микроорганизмов возрастает. Микромир почвы становится богаче, и микробные экосистемы в почве отлично уравновешены, причем конкретные микроорганизмы, особенно патогенные, не развиваются. Подобным образом, подавляются заболевания почвы.

Корни растений выделяют вещества типа углеводов, аминокислот, органических кислот и активных ферментов. ЭМ применяют их для роста. В течение данного процесса они, со своей стороны, выделяют и благодаря этому предоставляют растения аминокислотами, нуклеиновыми кислотами, разными витаминами и гормонами. Более того, ЭМ в околокорневой зоне обр

Бактерии живут без исключения везде – в воздухе, в водной массе, в почве, в живых и мертвых тканях растений и зверей. Одни из них делают полезное дело человеку, иные нет. Вредные бактерии или, как минимум, часть из них знает большинство. Вот некоторые названия, обдуманно вызывающие у нас плохие чувства: сальмонелла, стафилококк, стрептококк, холерный вибрион, чумная палочка. А вот полезные бактерии для человека или названия некоторых из них знают наверное не все. Перечисление того, какие микроорганизмы полезны, а какие из бактерий вредные, занимает не одну страницу. Благодаря этому рассмотрим лишь немногие из наименований полезных бактерий.

Азотобактер (Azotobacter)

Микроорганизмы диаметром 1-2 мкм (0,001-0,002 мм) в большинстве случаев имеют овальную форму, что видно на фото, которая может изменяться от сферообразной до палочкообразной. Представители рода азотобактер проживают в слабощелочных и нейтральных почвах по всей планете аж до двоих полярных регионов. Также они встречаются в пресных водоемах и в солоноватых болотах. Способны пережидать плохие условия. К примеру, в сухой почве эти бактерии могут сохраняться до 24 лет, не теряя жизнеспособности. Азот считается одним из обязательных элементов для фотосинтеза растений. Своими силами выделять его из воздуха они не умеют. Бактерии рода Azotobacter полезны тем, что аккумулируют азот из воздуха, преобразовывая его в ионы аммония, которые выводятся в грунт и очень легко усваиваются растениями. Так же, эти микроорганизмы обогащают почву биологически энергичными веществами, стимулирующими рост растений, помогают очищению грунта от тяжёлых металлов, например, от свинца и ртути. Эти бактерии полезны человеку в подобных областях, как:

1. Фермерское хозяйство. Кроме того, что они сами по себе увеличивают плодородие почвы, их используют для получения биологических азотных удобрений.
2. Медицина. Способность представителей рода выделять альгиновую кислоту применяется для получения лекарственных средств от желудочно-кишечных болезней, зависящих от кислотности.
3. Пищевая промышленность. Уже упомянутая кислота, имеющая наименование альгиновой, применяется в пищевых добавках к кремам, пудингам, мороженому и т.д.

Бифидобактерии

Эти микроорганизмы длиной от 2 до 5 мкм имеют палочкообразную форму, слегка изогнутую, как видно на фото. Немаловажное место их проживания – кишечник. При плохих условиях бактерии с подобным наименованием быстро погибают. Они чрезвычайно полезны для человека благодаря следующим особенностям:

• снабжают организм витамином K, тиамином (B1), рибофлавином (B2), никотиновой кислотой (B3), пиридоксином (B6), фолиевой кислотой (B9), аминокислотами и белками;
• мешают развитию болезнетворных микробов;
• оберегают организм от попадания токсинов из кишечника;
• ускоряют переваривание углеводов;
• активируют пристеночное пищеварение;
• помогают всасыванию через стены кишечника ионов Ca, железа, витамина D.

Если молочная продукция имеет приставку к наименованию «био» (к примеру, биокефир), это означает, что в ней содержатся живые бифидобактерии. Эти продукты крайне полезны, но не долговечные.

В наше время начали возникать лекарства с содержанием бифидобактерий. Будьте осторожны при их приеме, так как, не обращая внимания на несомненную пользу данных микроорганизмов, полезность самих препаратов не доказана. Данные исследований довольно противоречивы.

Молочнокислые бактерии

К группе с подобным наименованием относят более 25 видов бактерий. Они имеют преимущественно палочкообразную, реже – шаровидную форму, как показано на фото. Их размер сильно может меняться (от 0,7 до 8,0 мкм) в зависимости от среды проживания. Живут они на листьях и плодах растений, в продуктах из молока. В организме человека они предоставлены во всем желудочно-кишечном тракте– от рта до прямой кишки. В подавляющем большинстве они совсем безвредные для человека. Эти микроорганизмы оберегают наш кишечник от гнилостных и патогенных микробов. Собственную энергию они получают от процесса молочнокислого брожения. Хорошие свойства данных бактерий известны человеку давно. Вот только некоторые области их использования:

1. Пищевая промышленность – производство кефира, сметанки, ряженки, сыра; квашение фруктов и овощей; приготовление кваса, теста и т.п.
2. Фермерское хозяйство – брожение силоса (силосование) тормозит развитие плесени и содействует лучшей сохранности корма для зверей.
3. Альтернативная медицина – лечение ран и ожогов. Вот почему ожоги от солнца рекомендуется мазать сметаной.
4. Медицина – производство препаратов для восстановления микрофлоры кишечника, женской системы репродукции после инфекции; получение антибиотиков и частичного заменителя крови с названием декстран; изготовление препаратов для лечения авитаминозов, желудочно-кишечных болезней, с целью улучшения процессов обмена.

Стрептомицеты

Этот род бактерий состоит практически из 550 видов. В приемлимых условиях они образовывают нити диаметром 0,4-1,5 мкм, напоминающие грибной мицелий, как видно по фото. Живут преимущественно в почве. Если вам доводилось когда-либо принимать такие лекарства, как эритромицин, тетрациклин, стрептомицин или левомицетин, то вы уже знаете, чем полезны эти бактерии. Они считаются изготовителями (продуцентами) очень разных препаратов, среди них:

• противогрибковые;
• антибактериальные;
• противоопухолевые.

В товарном производстве лекарственных средств стрептомицеты применяются с сороковых годов прошлого столетия. Помимо антибиотиков, эти полезные бактерии продуцируют следующие вещества:

1. Физостигмин – алкалоид, который в минимальных количествах применяется в медицине для уменьшения глазного давления при глаукоме. Большие дозы являются нервно-паралитическим ядом.
2. Такролимус – природное лечебное средство, которое используется для предостережения и лечения отторжения при трансплантации печени, почек, сердца, костного мозга. Это один из наименее ядовитых препаратов. При его применении реакция отторжения встречается очень нечасто.
3. Аллозамидин – средство для подавления развития ферментов, ускоряющих деградацию хитина. Очень хорошо используется для борьбы с насекомыми, грибами и малярийными плазмодиями (простейшими паразитами-возбудителями малярии у человека).

Ради справедливости необходимо выделить, что не все стрептомицеты одинаково полезны. Отдельные из них вызывают болезнь картофеля (паршу), иные являются основой разных заболеваний человека, также болезней крови.

Бактерии – самая старинная группа организмов из ныне существующих на Земля. Первые бактерии появились, возможно, более 3,5 млрд лет тому назад и в течении практически миллиарда лет были единственными живыми существами на нашей планете. Потому как это были первые представители настоящей природы, их тело имело примитивное строение.

По истечению определенного времени их строение усложнилось, но и до этого времени бактерии считаются наиболее примитивными одноклеточными организмами. Интересно, что некоторые бактерии и нынче ещё сберегли примитивные линии собственных древних прадедов. Это встречается у бактерий, живущих в горячих серных источниках и бескислородных илах на дне водоёмов.

Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества во внешнюю среду или пигментированием клеток.

Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук – голландский естествоиспытатель 17 столетия, первый раз создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.

Бактерии относят к прокариотам и выделяют в индивидуальное царство – Бактерии.

Форма тела

Бактерии – бесчисленные и разные организмы. Они отличаются по форме.

Способы передвижения

Среди бактерий есть двигающиеся и недвижымые формы. Двигающиеся передвигаются за счёт волнообразных сокращений или с помощью жгутиков (свернутые винтообразные нити), состоящих из особенного белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Находятся они у одних бактерий на одном конце клетки, у прочих – на 2-ух или по всей поверхности.

Но движение свойственно и многим другим бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые с наружной стороны слизью, способны к скользящему движению.

У определенных лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме есть газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Любая из них заполнена газом (ориентировочно – азотом). Регулируя кол-во газа в вакуолях, водные бактерии могут углубляться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии – перемещаться в капиллярах почвы.

Место проживания

В силу простоты организации и несложности бактерии очень популярны в природе. Бактерии обнаружены везде: в капле даже самой чистой родниковой воды, в крупинках почвы, в воздухе, на скалах, в полярных снегах, песках пустынь, на дне океана, в добытой с большой глубины нефти и даже в водной массе горячих источников с температурой около 80?С. Живут они на растениях, плодах, у разных зверей и у человека в кишечнике, полости рта, на конечностях, на поверхности тела.

Бактерии – самые очень маленькие и очень бесчисленные живые создания. Благодаря малым габаритам они без проблем попадают в любые трещины, щели, поры. Очень выносливы и приспособленые к разным условиям существования. Переносят высушивание, сильные морозы, нагревание до 90?С, не теряя одновременно способность к жизни.

Фактически не остаётся места на Земля, где не встречались бы бактерии, однако в разных количествах. Условия жизни бактерий многообразны. Одним из них нужен кислород воздуха, иные в нём не нуждаются и способны жить в бескислородной обстановке.

В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои атмосферы до тридцати километров. и больше.

Очень много их в почве. В 1 г. почвы находятся сотни миллионов бактерий.

В водной массе: в поверхностных слоях воды открытых водоёмов. Полезные водные бактерии минерализуют органические останки.

В живых организмах: вредоносные микроорганизмы проникают в организм из окружающей среды, но лишь в приемлимых условиях вызываю болезни. Симбиотические проживают в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу, синтезируют витамины.

Внешнее строение

Клетка бактерии одета особенной плотной оболочкой – клеточной стенкой, которая делает защитную и опорную функции, а еще добавляет бактерии постоянную, специфическую для неё форму. Клеточная стенка бактерии напоминает оболочку растительной клетки. Она проницаема: через неё питательные вещества свободно проходят в клетку, а продукты вещественного обмена выходят во внешнюю среду. Часто сверху клеточной стены у бактерий вырабатывается дополнительный слой защиты слизи – капсула. Толщина капсулы может в несколько раз превосходить диаметр самой клетки, но может быть и достаточно компактный. Капсула – не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые проникают бактерии. Она предохраняет бактерию от засыхания.

На поверхности некоторых бактерий есть длинные жгутики (один, два или много) или короткие тонкие ворсинки. Длина жгутиков может в несколько раз превосходить разметы тела бактерии. При помощи жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются.

Внутреннее строение

В середине клетки бактерии находится насыщенная неподвижная цитоплазма. Она содержит слоистое строение, вакуолей нет, благодаря этому разные белки (ферменты) и запасные питательные вещества располагаются в самом веществе цитоплазмы. Клетки бактерий не имеют ядра. В центре их клетки сконцентрировано вещество, несущее наследственную информации. Бактерии, — нуклеиновая кислота – ДНК. Однако это вещество не оформлено в ядро.

Внутренняя организация бактериальной клетки трудна и имеет собственные характерные особенности. Цитоплазма отсоединяется от клеточной стены цитоплазматической мембранной тканью. В цитоплазме отличают основное вещество, или матрикс, рибосомы и немного мембранных структур, выполняющих достаточно разные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы разной формы и размеров. Гранулы как правило состоят из соединений, которые служат энергетическим источником и углерода. В бактериальной клетке встречаются и капельки жира.

В центре клетки локализовано ядерное вещество – ДНК, не отграниченная от цитоплазмы мембранной тканью. Это аналог ядра – нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембранной тканью, ядрышком и набором хромосом.

Способы питания

У бактерий наблюдаются любые способы питания. Среди них есть автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы – организмы, которые способны своими силами образовывать органические вещества для собственного питания.

Гетеротрофы – организмы, использующие для собственного питания готовые органические вещества. Гетеротрофные бактерии делятся на сапрофитов, симбионтов и паразитов.

Вынимают питательные вещества из мёртвого и разлагающего органического материала. В большинстве случаев они выделяют в этот гниющий материал собственные пищеварительные ферменты, а потом всасывают и усваивают растворённые продукты.

Живут вместе с прочими организмами и часто приносят им ощутимую пользу. Бактерии, проживающие в утолщениях корней бобовых растений.

Живут в середине иного организма или на нём, укрываются и питаются его тканями. Вызывают разные болезни – бактериозы.

Растения нуждаются в азоте, но сами усваивают азот воздуха не могут. Некоторые бактерии объединяют имеющиеся в воздухе молекулы азота с другими молекулами, из-за чего получаются вещества, доступные для растений.

Эти бактерии поселяются в клетках молодых корней, что приводит к появлению на корнях утолщений, именуемых клубеньками. Такие клубеньки появляются на корнях растений семейства бобовых и остальных растений.

Корни дают бактериям углеводы, а бактерии корням – такие содержащие азот вещества, которые могут быть усвоены растением. Их сожительство взаимовыгодно.

Корни растений выделяют много органических веществ (сахара, аминокислоты и иные), которыми питаются бактерии. Благодаря этому в слое почвы, окружающем корни, поселяется очень много бактерий. Эти бактерии преобразовывают отмершие останки растений в доступные для растения вещества. Данный слой почвы называют ризосферой.

Есть несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:

• через повреждения эпидермальной и коровой ткани;
• через корневые волоски;
• лишь через молодую клеточную оболочку;
• благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты;
• благодаря стимуляции синтеза В-индолилуксусной кислоты из триптофана, всегда имеющегося в корневых выделениях растений.

Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из 2-ух фаз:

• заражение корневых волосков;
• процесс образования клубеньков.

Во многих случаях внедрившаяся клетка, активно размножается, образовывает говоря иначе инфекционные нити и уже в виде подобных нитей передвигается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают плодиться в ткани хозяина.

Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно разделяется. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения выполняется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки в большинстве случаев плотные. К моменту проявления самой лучшей активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.

Бактерии клубеньков формируют десятки и сотни килограммов азотных удобрений на гектаре почвы.

Вещественный обмен

Бактерии друг от друга отличаются обменом веществ. У одних он идёт при участии кислорода, у прочих – без его участия.

Большинство бактерий питается готовыми веществами на основе органики. Лишь отдельные из них (сине-зелёные, или цианобактерии), могут делать органические вещества из неорганических. Они сыграли существенную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.

Бактерии впитуют вещества снаружи, разрывают их молекулы на части, из данных частей собирают собственную оболочку и пополняют своё содержание (так они растут), а неиспользуемые молекулы выбрасывают наружу. Оболочка и мембранная ткань бактерии позволяет ей впитывать только необходимые вещества.

Если бы оболочка и мембранная ткань бактерии были полностью непроницаемыми, в клетку не попали бы никакие вещества. Если бы они были проницаемыми для всех веществ, содержание клетки перемешалось бы со средой – раствором, в которой живет бактерия. Для выживания бактерии нужна оболочка, которая необходимые вещества пропускает, а неиспользуемые – нет.

Бактерия поглощает находящиеся недалеко от неё питательные вещества. Что происходит потом? Если она может без посторонней помощи перемещаться (двигая жгут или выталкивая назад слизь), то она передвигается, пока не найдёт нужные вещества.

Если она перемещаться не может, то ждёт, пока диффузия (способность молекул одного вещества проникать в гущу молекул иного вещества) не принесёт к ней нужные молекулы.

Бактерии все вместе с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Преобразовывая разные соединения, они получают нужную для их деятельности энергию и питательные вещества. Процессы вещественного обмена, способы добычи энергии и потребности в материалах для построения веществ собственного тела у бактерий многообразны.

Одни бактерии нуждаются в готовых органических веществах – аминокислотах, углеводах, витаминах, — которые обязаны быть в обстановке, так как сами у них не получится их синтезировать. Такие микроорганизмы называются гетеротрофами. Они получают нужную им энергию при окислении органических веществ кислородом или при сбраживании (без участия кислорода). В зависимости от субстрата, на котором развиваются бактерии, отличают:

• сапрофитные формы – питаются мёртвым органическим веществом (молочно-кислые бактерии, бактерии гниении я и др.);
• бактерии-паразиты – развиваются исключительно на живых организмах (менингококки, гонококки, и др.);
• относятся и к паразитическому, и к сапрофитному жизненному образу (палочки сыпного тифа, сибирской язвы, бруцеллёза и др.).

Иные бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Их называют автотрофами. Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них отличают:

Бактерии-сапрофиты	Бактерии-симбионты	Бактерии-паразиты

Cинтезируют органические вещества за счёт энергии солнца.

Цианобактерии, пурпурные бактерии и зелёные бактерии

Синтезируют органические вещества за счёт химической энергии окисления серы – серобактерии; аммония и нитрита – нитрифицирующие; железа – железобактерии; водорода – водородные бактерии.

Синтезируют органическое вещество за счёт химической энергии метаболизма углеродных соединений, содержащих метильную группу, простейшими из которых считается метан.

Хемосинтез

Применение лучистой энергии – самый важный, но не путь только один создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве энергетического источника для подобного синтеза применяют не солнце, а энергию химических связей, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений – сероводорода, серы, нашатырного спирта, водорода, азотной кислоты, закисных соединений железа и марганца. Интеллигентное с применением этой химической энергии органическое вещество они применяют для построения клеток собственного тела. Благодаря этому этот процесс называют хемосинтезом.

Важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии. Эти бактерии проживают в почве и выполняют окисление нашатырного спирта, появившегося при гниении органических остатков, до азотной кислоты. Последняя, реагирует с минеральными соединениями почвы, превращаются в соли азотной кислоты. Данный процесс проходит в две фазы.

Железобактерии преобразовывают закисное железо в окисное. Интеллектуальная гидроокись железа садится и образовывает говоря иначе болотную металлическую руду.

Некоторые микроорганизмы есть за счёт окисления молекулярного водорода, обеспечивая таким образом автотрофный способ питания.

Специфической особенностью водородных бактерий считается способность переключаться на гетеротрофный жизненный образ при обеспечении их органическими соединениями и отсутствии водорода.

Подобным образом, хемоавтотрофы являются обычными автотрофами, так как своими силами синтезируют из неорганических веществ нужные органические соединения, а не берут их в готовом виде от иных организмов, как гетеротрофы. От фототрофных растений хемоавтотрофные бактерии выделяются полной независимостью от света как энергетического источника.

Бактериальный фотосинтез

Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зелёные), содержащие нестандартные пигменты – бактериохлорофиллы, способны поглощать энергию солнца, благодаря которой сероводород в их организмах расщепляется и отдаёт атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Данный процесс имеет очень много общего с фотосинтезом и выделяется лишь для тех, что у пурпурных и зелёных бактерий донором водорода считается сероводород (иногда – карбоновые кислоты), а у зелёных растений – вода. У тех и прочих отщепление и перенесение водорода выполняется благодаря энергии поглощённых лучей солнца.

Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, именуется фоторедукцией. Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:

Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезирующие бактерии играют важную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелёными растениями в форме солей серной кислоты, сера востанавливается и входит в состав протеиновых молекул. Дальше при разрушении отмерших растительных и зверей остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), создающий в почве доступные для растения сульфиты. Хемо- и фотоавтотрофные бактерии имеют важное значение в круговороте азота и серы.

Спорообразование

В середине бактериальной клетки появляются споры. В процессе спорообразования бактериальная клетка претерпевает ряд биопроцессов. В ней сокращается количество свободной воды, уменьшается ферментативная активность. Это обеспечивает стойкость спор к плохим условиям окружающей среды (большой температуре, большой концентрации солей, высушиванию и др.). Спорообразование присуще только маленькой группе бактерий.

Споры – не обязательная стадия цикла жизни бактерий. Спорообразование начинается лишь в случае дефицита питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут долгое время находиться в состоянии покоя. Споры бактерий могут выдержать продолжительное кипячение и достаточно долгое проммораживание. При наступлении прекрасных условий спора прорастает и становится жизнеспособной. Спора бактерий – это устройство к выживанию в плохих условиях.

Размножение

Размножаются бактерии делением одной клетки на две. Достигнув определённого размера, бактерия разделяется на две одинаковые бактерии. Потом любая из них начинает питаться, растёт, разделяется и так дальше.

После удлинения клетки понемногу образуется поперечная перегородка, а потом дочерние клетки расходятся; у большинства бактерий в конкретных условиях клетки после деления остаются связанными в отличительные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа разделений появляются различные формы. Размножение почкованием встречается у бактерий в виде исключения.

При приемлимых условиях дробление клеток у большинства бактерий происходит спустя каждые 20-30 минут. При подобном быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно заполнить все моря и океаны. Простой подсчёт показывает, что за день может появиться 72 поколения (720 000 000 000 000 000 000 клеток). Если перевести в вес – 4720 тонн. Но в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро погибают под воздействием солнца, при высушивании, недостатке пищи, нагревании до 65-100?С, благодаря борьбе между видами и т.д.

Бактерия (1), поглотившая достаточно пищи, возрастает в размерах (2) и начинает приготовляться к размножению (делению клетки). Её ДНК (у бактерии молекула ДНК замкнута в кольцо) удваивается (бактерия создает копию этой молекулы). Две молекулы ДНК (3,4) оказываются, прикреплены к стене бактерии и при удлинении бактерии расходятся по сторонам (5,6). В первую очередь разделяется нуклеотид, потом цитоплазма.

После расхождения 2-ух молекул ДНК на бактерии возникает перетяжка, которая понемногу делит тело бактерии на 2 половины, в любой из которых есть молекула ДНК (7).

Бывает (у сенной палочки), две бактерии слипаются, и между ними образуется перемычка (1,2).

По перемычке ДНК из одной бактерии переправляется в иную (3). Очутившись в одной бактерии, молекулы ДНК сплетаются, слипаются в определенных местах (4), после этого обмениваются участками (5).

Роль бактерий в природе

Круговорот

Бактерии – очень важное звено общего круговорота веществ в природе. Растения формируют непростые органические вещества из углекислого газа, воды и минеральных солей почвы. Эти вещества возвращаются в грунт с отмершими грибами, растениями и трупами зверей. Бактерии разлагают непростые вещества на обычные, которые опять применяют растения.

Бактерии разрушают непростые органические вещества отмерших растений и трупов зверей, выделения живых организмов и самые разнообразные отбросы. Питаясь этими веществами на основе органики, сапрофитные бактерии гниения преобразовывают их в перегной. Это своеобразные санитары нашей планеты. Подобным образом, бактерии активно принимают участие в круговороте веществ в природе.

Почвообразование

Потому как бактерии популярны фактически везде и встречаются в большом количестве, они в большинстве случаев формируют разные процессы, которые происходят в природе. Осенью падают листы кустарников и деревьев, отмирают надземные побеги трав, падают старые ветви, иногда падают стволы старых деревьев. Это все понемногу преобразуется в перегной. В 1 см3. слоя поверхности лесной почвы содержатся сотни миллионов сапрофитных почвенных бактерий разных видов. Эти бактерии преобразовывают перегной в разные минеральные вещества, которые могут быть поглощены из почвы корнями растений.

Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, применяя его в процессах деятельности. Эти азотофиксирующие бактерии живут своими руками или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков.

Эти бактерии выделяют азотные соединения, которые применяют растения. От растений бактерии получают углеводы и минеральные соли. Подобным образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериями есть узкая связь, полезная как одному, так и иному организму. Явление это называется симбиоза.

Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, помогая повышению урожая.

Распространение в природе

Микроорганизмы популярны везде. В виде исключения могут быть лишь кратеры активных вулканов и маленькие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни невысокие температуры Антарктики, ни кипящие струйки гейзеров, ни сочные солевые растворы в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые создания регулярно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Микроорганизмы – аборигены нашей планеты, активно осваивающие весьма невероятные натуральные субстраты.

Микрофлора почвы

Кол-во бактерий в почве чрезвычайно велико – сотни миллионов и миллиардов особей в 1 грамме. В почве их намного выше, чем в водной массе и воздухе. Общее кол-во бактерий в почвах меняется. Кол-во бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоёв.

На поверхности почвенных частиц микроорганизмы находятся маленькими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толщах сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и в середине комков.

Микрофлора почвы очень многообразна. Тут встречаются различные телесные группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и не споровые формы. Микрофлора – один из факторов образования почв.

Областью развития микроорганизмов в почве считается территория, примыкающая к корням живых растений. Её называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, находящихся в ней, — ризосферной микрофлорой.

Микрофлора водоёмов

Вода – природная среда, где в значимом количестве развиваются микроорганизмы. Главная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий кол-во бактерий в водной массе, наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Довольно богаты бактериями открытые водоёмы, реки. Самое большое кол-во бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. При удалении от берега и увеличении глубины кол-во бактерий уменьшается.

Чистая вода имеет 100-200 бактерий в 1 мл., а грязная – 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, тем более в поверхностном слое, где бактерии образовывают плёнку. В данной плёнке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и благодаря этому предохраняют замор рыбы. В иле больше спороносных форм, тогда как в водной массе преобладают неспороносные.

По видовому составу микрофлора воды сходна с микрофлорой почвы, однако встречаются и нестандартные формы. Разрушая разные отбросы, попавшие в воду, микроорганизмы понемногу выполняют говоря иначе биологическое очищение воды.

Микрофлора воздуха

Микрофлора воздуха менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, какое то время как правило находиться там, а потом оседают на поверхность земли и гибнут от минуса питания или под воздействием лучей ультрафиолета. Кол-во микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, периода года, загрязнённостью пылью и др. каждая порошинка считается носителем микроорганизмов. Более всего бактерий в воздухе над промышленными фирмами. Воздух деревенской местности чище. Наиболее свежий воздух над лесами, горами, снежными пространствами. Верхние воздушные слои содержат меньше микробов. В микрофлоре воздуха много пигментированных и спороносных бактерий, которые достаточно устойчивые, чем прочие, к лучам ультрафиолета.

Микрофлора человеческого организма

Человеческое тело, даже целиком здорового, всегда считается носителем микрофлоры. При соприкосновении человеческого тела с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разные микроорганизмы, также и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Очень часто загрязняются открытые части тела человека. На руках находят кишечные палочки, стафилококки. В полости рта насчитывают более 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными останками – отличная среда для развития микроорганизмов.

Желудок имеет кислую реакцию, благодаря этому главная масса микроорганизмов в нём погибает. Начав с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т.е. положительной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень многообразна. Каждый взрослый человек выделяет каждодневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т.е. больше особей, чем людей на земном шаре.

Внутренние органы, не соединяющиеся со средой из вне (мозг, сердце, печень, мочевой пузырь и др.), в большинстве случаев свободны от микробов. В эти органы микробы проникают только во время заболевания.

Бактерии в круговороте веществ

Микроорганизмы вообще и бактерии в особенности играют особую роль в биологически главных круговоротах веществ на Земля, совершая химические превращения, совсем недоступные ни растениям, ни животным. Разные этапы круговорота компонентов выполняются организмами различного типа. Существование каждой индивидуальной группы организмов зависит от химического превращения компонентов, выполняемого иными группами.

Круговорот азота

Циклическое превращение азотистых соединений играет важную роль в снабжении нужными формами азота разных по пищевым потребностям организмов биосферы. Более 90% общей фиксации азота вызвано метаболической активностью конкретных бактерий.

Круговорот углерода

Биологическое превращение органического углерода в углекислый газ, сопровождающееся восстановлением молекулярного кислорода, просит совместной метаболической активности очень разных микроорганизмов. Многие аэробные бактерии выполняют полное окисление органических веществ. В аэробных условиях органические соединения сначала расщепляются путём сбраживания, а органические конечные продукты брожения окисляются дальше в результате анаэробного дыхания, если есть неорганические акцепторы водорода (нитрат, сульфат или СО₂).

Круговорот серы

Для живых организмов сера доступна как правило в форме растворимых сульфатов или восстановленных органических соединений серы.

Круговорот железа

В определенных водоёмах с питьевой водой содержатся в больших концентрациях восстановленные соли железа. В подобных местах развивается своеобразная бактериальная микрофлора – железобактерии, окисляющие восстановленное железо. Они принимают участие в образовании болотных металлических руд и водных источников, не бедных солями железа.

Бактерии считаются самыми старыми организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет тому назад в архее. Около 2,5 млрд. лет они преобладали на Земля, формируя биосферу, принимали участие в образовании кислородной атмосферы.

После возникновения многоклеточных организмов между ними и бактериями появились бесчисленные связи, включая переустройство органических веществ органотрофами, и различного рода симбиотические отношения, паразитизм, порой внутриклеточный (риккетсии), и патогенез. Наличие бактерий и др. микроорганизмов в природных местах проживания считается самым важным аргументом, определяющим целость экологии, систем. В сложных условиях, неподходящих для существования иных организмов, бактерии могут представлять одну-единственную форму жизни.

Бактерии считаются одними из наиболее просто устроенных живых организмов (помимо вирусов). Считают, что они — первые организмы, возникшие на Земля.

какие живые организмы помогают появлению почвы? дождевые черви и многоножки, кроты и грызуны, бактерии и грибы

Alexey Khoroshev

Образование почвы и ее плодородие как правило зависят от растительности, микроорганизмов и почвенной фауны. Отмирающие корни – главный источник поступления в грунт органического вещества, из которого образуется перегной, окрашивающий почву в темный цвет до глубины широкого распространения в ней корневых систем. Извлекая детали питания с глубины пару метров и отмирая, растения одновременно с органическим веществом собирают детали азотного и минерального питания в верхних горизонтах почвы . При этом травянистые растения вынимают веществ на минеральной основе из почвы больше, чем деревянные. Каждой растительной формации отвечает комплекс микроорганизмов различного видового состава, меняющегося с изменением почвообразования. Между почвообразовательным процессом и организмами почвы есть теснейшая связь. Корни растений, как муфтой, одеты живым слоем микробных клеток – бактерий и грибов, полезных и вредных. При выборе соответствующих растений в севообороте можно вести борьбу с ненужными микроорганизмами почвы . Отмирающая зеленая растительность разлагается бактериями и грибами. Микроорганизмы активно меняют не только органическую, но и минеральную часть почвы . Жизнедеятельность их зависит от комплекса почвенных условий, которые могут или помогать, или удерживать развитие микробов.

Кол-во микроорганизмов в почве может достигать очень больших величин. В 1 г целинных почв насчитывается 0,5 – 2, в окультуренных – 2 – 3 и более миллиардов микробов. Вес сухой массы их может достигать 0,1-0,3 т/га и более. Более всего микроорганизмов в поверхностных горизонтах почвы (10 см) . Книзу кол-во их убывает; на глубине нескольких метров почва относительно стерильна. Наиболее благоприятна для микробиологических процессов температура от 20 до 40о. В отлично обработанной окультуренной почве микроорганизмов больше, чем в необработанной; их больше в пресных нейтральных и известковых почвах и меньше в засоленных. Черви и личинки перемешивают почву, вынося землю наверх из глубоких слоев и обогащают ее органическим веществом. Почвенная масса, прошедшая через кишечник дождевых червей, обогащается азотом и кальцием, приобретает большую емкость поглощения. Поэтому, дождевые черви совершенствуют химические и физические свойства почвы, делая больше пористость, аэрацию и влагоемкость ее. В сильно кислых и щелочных, заболоченных или очень сухих почвах дождевых червей нет.

В конце концов, почву насиляют позвоночные животные, в основном грызуны (суслики, байбаки, сурки, хомяки, хорьки, грызуны, слепыши, кроты) , образующие местами бесчисленные норы. Заполненные норы землероев, имеющие на почвенном разрезе вид овальных пятен разнообразного диаметра, известны с названием котловин. Перерытость почвы чаще отрицательно оказывает влияние на ее свойства, делая больше карбонатность и водопроницаемость до достаточно высокой потери воды на фильтрацию. Глубокая обработка почвы и поверхностное выравнивание делают меньше вредное действие землероев.

Бактерии (низшие растения)

Бактерии — довольно широко популярная в природе группа микроорганизмов. Бактериальная клетка невелика. Клетки наиболее очень маленьких шаровидных бактерий имеют в диаметре менее 0,1 мкм. Подавляющее большинство бактерий имеют форму палочек, прямых или изогнутых, у которых толщина не будет больше 0,5-1 мкм, а длина 2-3 мкм. Реже всего встречаются бактерии-«гиганты», клетки которых имеют в диаметре-5-10 мкм, а по длине могут достигать 30-100 мкм. Палочки, которые имеют форму спирали, называются спириллы, изогнутые — вибрионы. Бактерии, которые имеют форму шара,- кокки. Некоторые бактерии имеют булавовидную форму, ветвятся.

Все бактерии представлены особенным типом клеток, лишенных истинного ядра, окруженного ядерной мембранной тканью, т. е. относятся к прокариотам. В клетках бактерий отсутствуют митохондрии, хлоропласты.

Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук — голландский естествоиспытатель XVII в., первый раз создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз. По методу покраски, первый раз предложенного в 1884 г. Кристианом Грамом, бактерии разделяют на две группы: грамположительные и грамотрицательные.

Внутренняя организация бактериальной клетки трудна и имеет собственные характерные особенности. Клетка бактерий одета плотной оболочкой — клеточной стенкой. Она делает защитную и опорную функции и придаёт клетке постоянную, специфическую для нее форму. Толщина клеточной стены — 0,01 — 0,04 мкм. Ключевым структурным элементом стенок считается муреин. У грамположительных бактерий в состав клеточных стенок входят полисахариды, тейхоевые кислоты, которые связаны с каркасом стенок — муреином. В стенках грамотрицательных бактерий содержатся липопротеиды и липополисахариды, муреина меньше. Клеточная стенка многих бактерий сверху окружена слоем слизистого вещества — капсулой, ее толщина может в несколько раз превышать диаметр клетки, порой она довольно тонкая. Капсула — не обязательная часть клетки, она образуется в зависимости от условий, в которые проникают бактерии.

Цитоплазма отсоединяется от клеточной стены цитоплазматической мембранной тканью. В цитоплазме отличают основное вещество, или матрикс, рибосомы (в большинстве случаев свободные, некоторые связаны с мембранными тканями) и огромное количество мембранных структур, выполняющих у бактерий достаточно разные функции (аналоги митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи). В цитоплазме клеток бактерий часто содержатся гранулы разной формы и размеров. Но их нельзя рассматривать как постоянный признак. Гранулы как правило состоят из соединений, которые служат энергетическим источником и углерода (крахмала, гликогена, гранулезы, волютина, полиметафосфатов). В бактериальной, клетке встречаются и капельки жира.

В центре клетки локализовано ядерное вещество — дезоксирибонуклеиновая кислота (ДНК), не отграниченная от цитоплазмы мембранной тканью. Это аналог ядра — нуклеоид. Нуклеоид не обладает мембранной тканью, ядрышком и набором хромосом. Бактериальная ДНК не связана с ключевыми белками — гистонами — и в нуклеоиде размещена в виде пучка фибрилл.

Многие бактерии неподвижны. У бактерий, выделяющихся подвижностью, последняя обеспечивается жгутиками. У бактерий может быть один, два или много жгутиков, размещенных на одном-двух концах клетки, по всей поверхности. Диаметр их 0,01-0,03 мкм, длина может в несколько раз превышать длину клетки. Бактериальные жгутики имеют не простое строение и состоят из белка флагеллина.

В середине бактериальной клетки появляются споры. Спорообразование присуще только маленькой группе бактерий (бациллам, клостридиуму). Споры — не обязательная стадия цикла жизни бактерий. Спорообразование начинается лишь в случае дефицита питательных веществ или накоплении продуктов обмена. Бактерии в виде спор могут долгое время находиться в состоянии покоя.

Колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в среду или пигментированием клеток. Некоторые пигменты бактериальных клеток имеют антибиотические свойства, благодаря этому большое количество пигментированных микроорганизмов являются продуцентами антибиотиков.

Бактерии все вместе с другими группами микроорганизмов выполняют огромную химическую работу. Преобразовывая разные соединения, они получают нужную для их деятельности энергию и питательные вещества. Процессы вещественного обмена, способы добычи энергии и потребности в материалах для построения веществ собственного тела у бактерий многообразны.

Одни бактерии нуждаются в готовых органических веществах — аминокислотах, углеводах, витаминах, — которые обязаны быть в обстановке, так как сами они не могут их синтезировать. Такие микроорганизмы называются гетеротрофами. Они получают нужную им энергию при окислении органических веществ кислородом или при сбраживании (без участия кислорода). В зависимости от субстрата, на котором развиваются бактерии, отличают:

1. сапрофитные формы — питаются мертвым органическим веществом (молочнокислые бактерии, бактерии гниения и др.);
2. бактерии-паразиты — развиваются исключительно на живых организмах (менингококки, гонококки и др.).

Многие формы обладают способностью и к паразитическому, и к сапрофитному жизненному образу (палочки сыпного тифа, сибирской язвы, бруцеллеза и др.).

Иные бактерии все потребности в углероде, необходимом для синтеза органических веществ тела, удовлетворяют за счёт неорганических соединений. Их называют автотрофами.

Автотрофные бактерии способны синтезировать органические вещества из неорганических. Среди них отличают:

1. фотосинтезирующие бактерии (синтезируют органические вещества за счёт энергии солнца — цианобактерии, пурпурные бактерии и зеленые бактерии);
2. хемосинтетики (синтезируют органические вещества за счёт химической энергии окисления серы — серобактерии, аммония и нитрита — нитрифицирующие бактерии, железа — железобактерии, водорода — водородные бактерии);
3. метилотрофы (синтезируют органическое вещество за счёт химической энергии метаболизма углеродных соединений, содержащих метильную группу, простейшими из которых считается метан).

Размножение

Бактерии размножаются двойным (бинарным) делением. После удлинения клетки понемногу образуется поперечная перегородка, потом дочерние клетки расходятся; у большинства бактерий в некоторых условиях клетки после деления остаются связанными в отличительные группы. При этом в зависимости от направления плоскости деления и числа разделений появляются различные формы: у шарообразных бактерий пары клеток — диплококки, цепочки — стрептококки, пластинки, пакеты — сарцины. Палочкообразные бактерии также способны образовывать пары и цепочки. Размножение почкованием встречается у бактерий в виде исключения.

Распространение в природе

Микроорганизмы популярны везде. В виде исключения могут быть лишь кратеры активных вулканов и маленькие площадки в эпицентрах взорванных атомных бомб. Ни невысокие температуры Антарктики, ни кипящие струйки гейзеров, ни сочные солевые растворы в соляных бассейнах, ни сильная инсоляция горных вершин, ни жёсткое облучение атомных реакторов не мешают существованию и развитию микрофлоры. Все живые создания — растения, животные и люди — регулярно взаимодействуют с микроорганизмами, являясь часто не только их хранилищами, но и распространителями. Микроорганизмы — аборигены нашей планеты, первопоселенцы, активно осваивающие весьма невероятные натуральные субстраты.

Микрофлора почвы. Кол-во бактерий в почве чрезвычайно велико — сотни миллионов и миллиардов особей в 1 г (табл. 1 ).

Фотосинтезирующие бактерии

Таблица 1. Кол-во микроорганизмов в почвах СССР по данным прямого подсчета под микроскопом (по Е. Мишустину)
Почва	Кол-во микроорганизмов, млн. на 1 г почвы
Подзолистая
	Окультуренная	1800-3000

В почве их намного выше, чем в водной массе и воздухе. Общее кол-во бактерий в почвах меняется. По В. С. Виноградскому, бедные микрофлорой почвы содержат 200-500 млн. бактерий в 1 г, средние — до миллиарда, богатые — два и более миллиардов особей в 1 г. Кол-во бактерий зависит от типа почв, их состояния, глубины расположения слоев (табл. 2 ).

На поверхности почвенных частиц микроорганизмы находятся маленькими микроколониями (по 20-100 клеток в каждой). Часто они развиваются в толще сгустков органического вещества, на живых и отмирающих корнях растений, в тонких капиллярах и в середине комков.

Микрофлора почвы очень многообразна. Тут встречаются различные телесные группы бактерий: бактерии гниения, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серобактерии и др. Среди них есть аэробы и анаэробы, споровые и неспоровые формы. Микрофлора — один из факторов образования почв.

Областью энергичного развития микроорганизмов в почве считается территория, примыкающая к корням живых растений. Ее называют ризосферой, а совокупность микроорганизмов, находящихся в ней,- ризосферной микрофлорой.

Микрофлора прудов. Вода — природная среда, где в значимом количестве развиваются микроорганизмы. Главная масса их попадает в воду из почвы. Фактор, определяющий кол-во бактерий в водной массе,- наличие в ней питательных веществ. Наиболее чистыми являются воды артезианских скважин и родниковые. Довольно богаты бактериями открытые пруды, реки. Самое большое кол-во бактерий находится в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. Очень загрязнена вода в пригородной полосе за счёт сливов. Со сточными водами в пруды проникают патогенные микроорганизмы: бруцеллезная палочка, палочка туляремии, вирус полиомиелита, ящура, возбудители инфекций кишечника (палочки брюшного тифа, паратифа, дизентерийная палочка, холерный вибрион и др.). Бактерии долго будут сохранены в водной массе, благодаря этому она может быть источником инфекционых болезней. При удалении от берега и увеличении глубины кол-во бактерий уменьшается.

Чистая вода имеет 100-200 бактерий в 1 мл, а грязная — 100-300 тыс. и более. Много бактерий в донном иле, тем более в поверхностном его слое, где бактерии образовывают пленку. В данной пленке много серо- и железобактерий, которые окисляют сероводород до серной кислоты и благодаря этому предохраняют замор рыбы. Есть нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии. В иле больше спороносных форм (около 75 %), тогда как в водной массе преобладают неспороносные (около 97 %).

По видовому составу микрофлора воды сходна с микрофлорой почвы, однако в воде встречаются и нестандартные бактерии (Вас. fluorescens, Вас. aquatilis и др.). Разрушая разные отбросы, попавшие в воду, микроорганизмы понемногу выполняют говоря иначе биологическое очищение воды.

Микрофлора воздуха. Микрофлора воздуха менее многочисленна, чем микрофлора почвы и воды. Бактерии поднимаются в воздух с пылью, какое то время как правило находиться там, а потом оседают на поверхность земли и гибнут от минуса питания или под воздействием лучей ультрафиолета. Кол-во микроорганизмов в воздухе зависит от географической зоны, местности, периода года, загрязненности пылью и др. Каждая порошинка считается носителем микроорганизмов, благодаря этому их довольно много в помещениях закрытого типа (от 5 до 300 тыс. в 1 м3). Более всего бактерий в воздухе над индустриальными городами. Воздух деревенских местностей чище. Наиболее свежий воздух над лесами, горами, снежными пространствами. Верхние воздушные слои содержат меньше микробов. В микрофлоре воздуха много пигментированных и спороносных бактерий, которые достаточно устойчивые, чем прочие, к лучам ультрафиолета.

Микробиологическому исследованию воздуха уделяют очень немалое внимание, потому как воздушно-капельным путем могут распространяться инфекционные заболевания (грипп, скарлатина, дифтерия, туберкулез, ангина и др.).

Микрофлора человеческого организма. Человеческое тело, даже целиком здорового, всегда считается носителем микрофлоры. При соприкосновении человеческого тела с воздухом и почвой на одежде и коже оседают разные микроорганизмы, также и патогенные (палочки столбняка, газовой гангрены и др.). Кол-во микробов на кожных покровах одного человека составляет 85 млн.- 1212 млн. Очень часто загрязняются открытые части тела человека. На руках находят кишечные палочки, стафиллококки. В полости рта насчитывают более 100 видов микробов. Рот с его температурой, влажностью, питательными останками — отличная среда для развития микроорганизмов.

Желудок имеет кислую реакцию, благодаря этому главная масса микроорганизмов в нем погибает. Начав с тонкого кишечника реакция становится щелочной, т. е. положительной для микробов. В толстых кишках микрофлора очень многообразна. Каждый взрослый человек выделяет каждодневно с экскрементами около 18 млрд. бактерий, т. е. больше особей, чем людей на земном шаре.

Внутренние органы, не соединяющиеся со средой из вне (мозг, сердце, кровь, печень, мочевой пузырь и др.), в большинстве случаев свободны от микробов. В эти органы микробы проникают только во время заболевания.

У микроорганизмы, вызывающие инфекционные болезни, называются болезнетворными, или патогенными (табл. 3 ).

Они могут проникать в ткани и выделять вещества, которые разрушают барьер защиты организма. Факторы проницаемости высокоактивны, работают в небольших дозах, обладают ферментными качествами. Они увеличивают районное действие болезнетворных микроорганизмов, удивляют соединительную ткань, помогают развитию общей инфекции. Это инвазионные свойства микроорганизмов.

Вещества, угнетающие защитнце силы организма и усиливающие патогенное действие возбудителей, называются агрессинами. Вредоносные бактерии выделяют также токсины — токсичные продукты деятельности. Наиболее сильные яды, выделяемые бактериями во внешнюю среду, называются экзотоксинами. Их образовывают дифтерийная и столбнячная палочки, стафиллококк, стрептококк и др. У многих бактерий токсины выделяются из клеток исключительно после их смерти и разрушения. Такие токсины называются эндотоксинами. Их образовывает туберкулезная палочка, холерный вибрион, пневмококки, возбудитель сибирской язвы и др.

Есть бактерии, которые называются условнопатогенными, из-за того что в обыкновенных условиях они живут как сапрофиты, однако при ослаблении сопротивляемости человеческого организма или животного могут вызвать серьезные болезни.

Пастер Луи (1822-1895) — французский микробиолог и химик. Основоположник микробиологии и иммунологии. Предложил метод предохранительных прививок вакцинами, которые спасли и спасают миллионы людей от инфекционных заболеваний.

Например, кишечная палочка — обычный сапрофит кишечника — при неблагоприятных условиях может вызывать воспалительные процессы в почках, мочевом пузыре, кишечнике и других органах.

Большой вклад в борьбу с инфекционными болезнями животных и человека внес Луи Пастер.

Симбиоз клубеньковых бактерий и бобовых растений

Из 13 000 видов (550 родов) бобовых растений клубеньки выявлены пока только у 1300 видов (243 рода). Из этих растений более 200 видов — сельскохозяйственные растения. Благодаря клубенькам бобовые растения приобретают способность усваивать атмосферный азот.

Бактерии, вызывающие образование клубеньков у бобовых (клубеньковые бактерии), принадлежат к роду ризобиум. Эти бактерии свободно живут в почве, но фиксацию молекулярного азота способны осуществлять лишь в симбиозе с растением. Комплекс растение — ризобиум является примером настоящего симбиоза.

Растение обеспечивает бактерии питательными веществами и создает для них оптимальные условия существования, а бактерии снабжают растение азотом. Растение реагирует на бактерии уродливым разрастанием ткани, а в случае недостатка некоторых элементов питания (например, бора) бактерия может стать настоящим паразитом растения. В условиях обильного снабжения углеводами клубеньковая бактерия интенсивно фиксирует азот атмосферы.

Для клубеньковых бактерий характерно поразительное разнообразие форм — полиморфность. Они могут быть палочковидными, овальными, в форме кокков (подвижных и неподвижных). Клубеньковые бактерии — микроаэрофилы (развиваются при незначительном количестве кислорода в среде), однако предпочитают аэробные условия. В качестве источников углерода в питательных средах используют углеводы и органические кислоты, источников азота — разнообразные минеральные и органические азотосодержащие соединения. Клубеньковые бактерии обладают строгой специфичностью.

Существует несколько гипотез о проникновении клубеньковых бактерий в ткани корня:

1. через повреждения эпидермальной и коровой ткани;
2. через корневые волоски;
3. только через молодую клеточную оболочку;
4. благодаря стимуляции синтеза <5-индолилуксусной кислоты из триптофана,всегда имеющегося в корневых выделениях растений;
5. благодаря бактериям-спутникам, продуцирующим пектинолитические ферменты.

Процесс внедрения клубеньковых бактерий в ткань корня состоит из двух фаз: 1) инфицирование корневых волосков; 2) процесс образования клубеньков.

В большинстве случаев внедрившаяся клетка, активно размножаясь, образует так называемые инфекционные нити и уже в виде таких нитей перемещается в ткани растения. Клубеньковые бактерии, вышедшие из инфекционной нити, продолжают размножаться в ткани хозяина. Наполняющиеся быстро размножающимися клетками клубеньковых бактерий растительные клетки начинают усиленно делиться. Связь молодого клубенька с корнем бобового растения осуществляется благодаря сосудисто-волокнистым пучкам. В период функционирования клубеньки обычно плотные. К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.

Факторы, определяющие симбиотические взаимоотношения клубеньковых бактерий с бобовыми растениями:

1. Влажность — оптимальная влажность 60-70 % полной влагоемкости почвы.
2. Температура — температурные характеристики разных видов бобовых растений различны; предел — от 10 до 25-30 °С. Максимальная азотфиксация у ряда бобовых растений наблюдается при 20-25 °С.
3. Реакция почвы — нейтральные значения pH.
4. Степень обеспеченности бобовых растений доступными формами минеральных соединений азота, фосфрра, калия, кальция, магния, серы, железа, микроэлементов.
5. Биологические факторы — ризосферная микрофлора, насекомые.

Корневые клубеньки распространены не только у бобовых растений. Имеется около 200 видов различных растений, связывающих азот в симбиозе с микроорганизмами, образующими клубеньки на их корнях (или листьях). Изучены клубеньки на корнях ольхи, якорцев (из семейства парнолистниковых), вейника лесного. Обнаружены клубеньки на корнях капусты, редьки (семейство крестоцветных). Клубеньки на листьях образуют бактерии филлосферы, которые также участвуют в азотном питании растений.

Нитрагин — бактериальное удобрение, состоящее из нескольких штаммов клубеньковых бактерий.

Роль бактерий в природе

Микроорганизмы вообще и бактерии в частности играют большую роль в биологически важных круговоротах веществ на Земле, осуществляя химические превращения, совершенно недоступные ни растениям, ни животным. Различные этапы круговорота элементов осуществляются организмами разного типа. Существование каждой отдельной группы организмов зависит от химического превращения элементов, осуществляемого другими группами.

Циклическое превращение азотистых соединений играет первостепенную роль в снабжении необходимыми формами азота различных по пищевым потребностям организмов биосферы. Подсчитано, что количество азота, участвующего в круговороте, составляет 108-109 т в год. Свыше 90 % общей фиксации азота обусловлено метаболической активностью определенных бактерий.

Биологическая фиксация азота осуществляется свободноживущими бактериями (несимбиотическая фиксация азота) и бактериями, существующими в сообществе с растениями (симбиотическая фиксация азота). К первой группе относятся цианобактерии, азотобактер, фотосинтезирующие бактерии, некоторые виды клостридиум. Важнейшими микроорганизмами второй группы являются бактерии рода ризобиум, развивающиеся в клубеньках на корнях преимущественно бобовых растений. Проблема фиксированного азота имеет большое, значение для сельского хозяйства.

Превращение органического азота и образование аммиака. Значительное количество азота, запасенного в органических соединениях живых организмов, сохраняется в растительных и животных тканях и освобождается лишь после смерти этих организмов. Разложение органического азота с образованием аммиака бсуществляется микроорганизмами. Аммонификация — гидролиз сложных органических соединений (белков, нуклеиновых кислот) до более простых (аминокислот, органических азотистых оснований), которые затем расщепляются в результате дыхания и брожения. Осуществляется микроорганизмами рода бациллюс (картофельная, сенная, чудесная палочки). Разложение белка в анаэробных условиях — гниение — обычно не приводит к освобождению всего аминного азота в виде аммиака. Гнилостное разложение характерно для деятельности анаэробных бактерий рода клостридиум.

Нитрификация — превращение аммиака в нитрат, осуществляется в природе двумя высокоспециализированными группами аэробных бактерий. Происходит в два этапа: на первом аммиак окисляется до нитрита с помощью бактерий нитрозомонас и нитрозоцистис; на втором нитрит окисляется до нитрата с участием нитробактера. В результате совместной деятельности этих бактерий образуется нитрат — основное азотистое вещество почвы, используемое растениями в процессе роста.

Денитрификация — процесс восстановления нитрата до нитрита и газообразного азота. В ходе этого процесса связанный азот удаляется из почвы и воды с освобождением газообразного азота в атмосферу. В этом процессе участвуют бактерии родов псевдомонас и бациллюс, а также кишечная палочка, способная восстанавливать нитраты до нитритов.

Биологическое превращение органического углерода в углекислый газ, сопровождающееся восстановлением молекулярного кислорода, требует совместной метаболической активности разнообразных микроорганизмов. Многие аэробные бактерии (псевдомонады, бациллы, актиномицеты) осуществляют полное окисление органических веществ. В анаэробных условиях органические соединения первоначально расщепляются путем сбраживания, а органические конечные продукты брожения окисляются далее в результате анаэробного дыхания, если имеются неорганические акцепторы водорода (нитрат, сульфат или С0₂).

Брожение молочнокислое (аэробный процесс) — разложение углеводов (лактозы, мальтозы, сахарозы, глюкозы) до молочной кислоты. Осуществляется бактериями семейства лактобактерий (болгарская палочка, молочный стрептококк). Используется в пищевой (получение молочнокислых продуктов, квашение овощей), хлебопекарной промышленности, при силосовании кормов.

Брожение пропионовокислое (анаэробный процесс) — разложение углеводов и солей молочной кислоты до пропионовой, уксусной кислот, углекислого газа, воды. Осуществляется бактериями рода пропионибактериум, некоторыми видами клостридиум (Clos. propionicum). Используется в молочно-сыроварных производствах.

Брожение маслянокислое (анаэробный процесс)- разложение углеводов, белков с образованием масляной кислоты, углекислого газа, водорода. Осуществляется бактериями рода клостридиум (Clos, pasteurianum; Clos. butyricum).

Брожение пектиновых веществ (анаэробный процесс) — разложение пектиновых веществ до масляной, уксусной кислот, углекислого газа, воды. Осуществляется бактериями рода клостридиум (Clos. pectinovorum). Используется при первичной обработке волокнистых растений.

Окисление целлюлозы — гидролиз целлюлозы до глюкозы или целлобиозы, а затем окисление продуктов гидролиза. Осуществляется бактерией цельвибрио. Используется при росяном замачивании льна и других волокнистых культур.

Окисление сахаров или этилового спирта (уксуснокислое брожение) — окисление сахаров или этилового спирта до уксусной кислоты, которая затем может окисляться до углекислого газа. Осуществляется бактериями рода ацетобактер. Используется в производстве уксуса.

Для живых организмов сера доступна в основном в форме растворимых сульфатов или восстановленных органических соединений серы.

Прямое образование сероводорода из сульфата. Сероводород образуется из сульфата за счет деятельности сульфатредуцирующих бактерий, относящихся к родам спирилум и споровибрио (Spirillum desulfuricans vibrio; Sporovibrio desulfuricans). Роль этих бактерий в круговороте серы можно сравнить с ролью нитратредуцирующих бактерий в круговороте азота. Деятельность этих бактерий особенно заметна в иле на дне прудов и ручьев, в болотах и вдоль побережья моря (образование лечебных грязей).

Окисление сероводорода и серы осуществляется фотосинтезирующими и хемоавтотрофными бактериями. Может происходить в аэробных условиях под действием бесцветных серобактерий (Beggiatoa, Thiothrix, Thiobaciilus) и в анаэробных под действием фотосинтезирующих пурпурных и зеленых серобактерий (Chromatium, Thiospirillum). Такие окислительные реакции вызывают местное закисление почвы, поэтому серу обычно добавляют к щелочным почвам, чтобы увеличить их кислотность.

В некоторых водоемах с пресной водой содержатся в высоких концентрациях восстановленные соли железа. В таких местах развивается специфическая бактериальная микрофлора — железобактерии (группа Sphaerotilus, родва Gallionella), окисляющие восстановленное железо. Они участвуют в образовании болотных железных руд и водных источников, богатых солями железа. Отрицательное значение — закупорка водопроводных труб.

Хемосинтез

Использование лучистой энергии — важнейший, но не единственный путь создания органического вещества из углекислого газа и воды. Известны бактерии, которые в качестве источника энергии для такого синтеза используют не солнечный свет, а энергию химических реакций, происходящих в клетках организмов при окислении некоторых неорганических соединений — сероводорода, серы, аммиака, водорода, азотистой кислоты, закисных соединений железа и марганца. Образованное с использованием этой химической энергии органическое вещество они используют для построения клеток своего тела. Поэтому такой процесс называют хемосинтезом.

Важнейшую группу хемосинтезирующих микроорганизмов составляют нитрифицирующие бактерии, изучая которых, С. Н. Виноградский в 1887 г. и открыл процесс хемосинтеза. Эти бактерии живут в почве и осуществляют окисление аммиака, образующегося при гниении органических остатков, до азотной кислоты. Последняя, реагируя с минеральными соединениями почвы, превращается в соли азотной кислоты. Этот процесс происходит в две фазы:

• окисление аммиака до азотистой кислоты:

• окисление азотистой кислоты до азотной:

Первая реакция осуществляется бактериями, относящимися к родам нитрозомонас, нитрозоцистис, нитрозолобус и нитрозоспира. Бактерии второй фазы нитрификации относятся к родам нитробактер, нитроспина и нитрококк.

К хемосинтезирующим организмам относятся серобактерии, способные окислять сероводород:

При определенных условиях (недостатке сероводорода) образованная сера окисляется до серной кислоты:

Эти реакции осуществляют виды бактерий бежиатоа и тиотрикс.

Железобактерии превращают закисное железо в окисное:

Образованная гидроокись железа оседает и образует так называемую болотную железную руду. Эту реакцию осуществляют виды кренотрикс, галионелла и лептотрикс (см. рис.). Некоторые микроорганизмы существуют за счет окисления молекулярного водорода, обеспечивая тем самым автотрофный способ питания. Такие организмы относятся к водородным бактериям. Ассимиляция С0₂ у них, как и других хемоавтотрофов, происходит преимущественно по пентозофосфатному восстановительному циклу (циклу Кальвина).

Характерной особенностью водородных бактерий является способность переключаться на гетеротрофный образ жизни при обеспечении их органическими веществами и отсутствии Н₂. В настоящее время водородные бактерии привлекают к себе внимание в связи с такими практическими задачами, как получение пищевого и кормового белка, полноценного по аминокислотному составу, а также для регенерации атмосферы в замкнутых пространствах.

Таким образом, хемоавтотрофы являются типичными автотрофами, так как самостоятельно синтезируют из неорганических веществ необходимые органические соединения, а не берут их в готовом виде от других организмов, как гетеротрофы. От фототрофных растений хемоавтотрофные бактерии отличаются полной независимостью от света как источника энергии.

Бактериальный фотосинтез

Некоторые пигментосодержащие серобактерии (пурпурные, зеленые), содержащие специфические пигменты — бактериохлорофиллы, способны поглощать солнечную энергию, с помощью которой сероводород в их организмах расщепляется и отдает атомы водорода для восстановления соответствующих соединений. Этот процесс имеет много общего с фотосинтезом и отличается только тем, что у пурпурных и зеленых бактерий донором водорода является сероводород (изредка — карбоновые кислоты), а у зеленых растений — вода. У тех и других отщепление и перенесение водорода осуществляется благодаря энергии поглощенных солнечных лучей (см. рис.).

Такой бактериальный фотосинтез, который происходит без выделения кислорода, называется фоторедукцией или фотовосстановлением. Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:

Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезируощие бактерии играют существенную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелеными растениями в форме солей серной кислоты, сера восстанавливается и входит в состав белковых молекул. Далее при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), образующей в почве доступные для растений сульфиты. Хемо- и фото-автотрофные бактерии имеют существенное значение в круговороте азота и серы.

На нашем форуме вы можете задать вопросы о проблемах своего здоровья, получить поддержку и бесплатную профессиональную рекомендацию специалиста, найти новых знакомых и поговорить на волнующие вас темы. Это позволит вам сделать собственный выбор на основании полученных фактов.

Обратите внимание! Диагностика и лечение виртуально не проводятся! Обсуждаются только возможные пути сохранения вашего здоровья.

Среди микроорганизмов, известных своими полезными свойствами, выделяются азотфиксирующие бактерии. Они успешно производят две трети всего азота в почве, необходимого для нормального развития растений. Поскольку среди организмов, имеющих такие полезные для растений способности, есть бактерии различного происхождения, формы и способа питания, вначале нужно определить, как классифицируют бактерии, опираясь на их свойства.

Классификация

Размеры бактерий можно сопоставить с величиной частичек глины. В чайной ложке почвы можно обнаружить от ста миллионов до миллиарда различных микроорганизмов, основным местом жительства которых являются тонкие пленки, обволакивающие почвенные частицы и корни растений. Простота строения позволила ученым назвать эти бактерии «мешком ферментов».

Существующие классификации основаны на характерных особенностях этих микроорганизмов – их форме, поведении при окрашивании препаратов, способу питания, а также генетическом родстве.

Форма клеток

Такое примитивное деление было разработано тогда, когда о генетическом анализе никто даже не догадывался. Различают микроорганизмы округлой формы (кокки), продолговатые или стержневые (их называют бациллами), спиральные (спириллы) и имеющие разветвленную структуру (актиномицеты). Кроме того, существуют промежуточные формы, или агрегаты, состоящие из пар, цепочек или гроздьев.

Поведение при окраске по Граму

Было разработано после начала изучения бактерий при помощи их окрашенных препаратов. Грамположительные организмы имеют большие размеры, толстые клеточные стенки и высокую устойчивость к водному стрессу. Их внешняя стенка несет отрицательный электрический заряд. Грамотрицательные же мельче, и быстрее гибнут при отсутствии воды.

Аэробные и анаэробные

Первые не могут жить без кислорода, вторые же отлично обходятся без него, перерабатывая, например, соединения серы или углеводороды.

Аутотрофы и гетеротрофы

Первые способны самостоятельно перерабатывать углекислый газ, превращая его в необходимые для них органические вещества с использованием солнечного света. Ко вторым относятся те, что получают питание, разлагая готовую органику.

Наиболее современная классификация основана на генетическом родстве, выявляемом при секвенировании генома бактерий, а также необходимых условиях для их жизни.

Функции почвенных организмов в экосистеме

Почва – среда обитания разнообразных бактерий, которые могут быть как полезными, так и вредными для растений. В зависимости от того, какие функции возложены на данный вид азотфиксирующих бактерий, их классифицируют на 4 класса.

1. Сапрофиты, или деструкторы.Живут за счет разложения органических остатков, а также выделений корней. Потребляют простые сахара и другие углеродистые соединения. Их основная функция – переработка сложных органических соединений и приведение их в доступную для растений форму. Они также разрушают различные вредные вещества, попадающие в почву, и позволяют сохранить питательные вещества (например, прикорневой азот), обеспечивают круговорот веществ в природе.
2. Хемоавтотрофы. Живут, используя в качестве источника энергии не кислород, а серу, водород, железо, азот.
3. Вступающие в симбиоз. Симбиотические формируют взаимовыгодные союзы с растениями (как, например, клубеньковые бактерии). Наиболее известны из них грамотрицательные ризобии, которые обитают на корнях бобовых растений.
4. Болезнетворные. Это бактерии-патогены, живущие за счет растений, вызывающие различные болезни и постепенно убивающие их.

Фиксация азота: разнообразие форм

Азотфиксирующие бактерии выполняют огромную работу, помогая растениям усваивать атмосферный азот. Их работа на несколько порядков производительнее всех фабрик по производству минеральных удобрений, вместе взятых.

К числу таких азотфиксирующих бактерий относятся клубеньковые симбиотические, поселяющиеся на корнях растений семейства бобовых, и свободноживущие нитрифицирующие. Особняком держатся микроорганизмы-денитрификаторы.

1. Клубеньковые азотфиксирующие бактерии отлично видны на корнях бобовых – их проникновение внутрь корня сопровождается образованием утолщений, внутри которых создается подходящая среда обитания для анаэробных одноклеточных симбионтов. Растение делится с клубеньковыми азотфиксирующими бактериями синтезируемыми сахарами, они же усваивают атмосферный азот, переводя его в удобные для корней аммонийную и нитратную формы. Разложение бобовых растений существенно увеличивает количество азота в почве. Это свойство широко используется при выращивании сидератов – зеленых удобрений, которые после кратковременного культивирования срезаются и запахиваются в землю.
2. Нитрифицирующие бактерии. Их характерной особенностью является последовательное превращение аммония сначала в нитрит, а затем в более удобный для растений нитрат. Эти бактерии незаменимы для почв, содержащих большое количество воздуха. Почвенный нитрат способен быстро выщелачиваться и, чтобы избежать этого, земледельцы применяют специальные ингибиторы нитрификации.
3. Денитрификаторы. Эти бактерии осуществляют обратное превращение почвенных нитратов в азот или его закись. Они также относятся к анаэробным.

Азотфиксирующие бактерии встречаются среди различных родов прокариот (Клостридиум, Азотобактер, Азоспириллум, Псевдомонас, Ацетобактер, Агробактериум, Эрвиния, Клебсиелла, Бациллюс, Алкалигенес), а также среди сине-зеленых водорослей.

Многие из этих азотфиксирующих бактерий длительное время считались свободноживущими, пока не было обнаружено, что их количество в прикорневой зоне злаковых растений существенно превышает обычную численность в земле без растений. Доказан факт их функциональных и пространственных связей с корнями растений, что делает эти микроорганизмы похожими на клубеньковые бактерии, являющиеся признанными симбионтами растений.

Производительность

К наиболее полезным продуцентам азотистых соединений для злаковых культур относится азоспириллум. Производительность этой азотфиксирующей бактерии на различных грунтах колеблется от 34 до 60 кг на гектар пахотной земли. Интересно: как и клубеньковые бактерии, азоспириллум чувствителен к сортности растений, с которым он вступает в симбиоз. И если для разных сортов ячменя производительность микроорганизмов отличается в 3-3,5 раза, то разница между сортами пшеницы составляет от 250 до 450 раз.

Бобовые растения являются симбионтами различных видов клубеньковых азотфиксирующих бактерий. Это:

• 6 видов ризобиумов,
• 5 видов синоризобиумов,
• один вид азоризобиума.

Их связи с растениями весьма избирательны и часто не только видоспецифичны, но и сортоспецифичны. Клубеньковые симбионты способны отдавать в почву от 130 до 390 кг/га. Рекордсменами в продуктивности являются клубеньковые микроорганизмы, поселяющиеся на корнях многолетних бобовых. Их производительность колеблется от 220 до 560 кг/га. Корневая среда, обогащенная такими симбионтами, на 90% обеспечивает потребности бобовых в азоте.