Курсовая по микробиологии

     Наиболее  распространены бактерии, актиномицеты, микроскопические грибы, низшие водоросли, простейшие, вирусы и т. д. В настоящее время хорошо изучены бактерии, актиномицеты и грибы, т. с. виды, которые принимают активное участие в почвообразовательном процессе и в круговороте веществ [4].

     Бактерии

     Среди почвенных микроорганизмов наиболее распространены бактерии, численность  которых составляет 70% от всех почвенных  микроорганизмов. В необрабатываемых почвах их количество составляет 1 млн. на 1 г, а в окультуренных – миллиарды. В настоящее время разработаны точные лабораторные методы, позволяющие определить фактическое количество микроорганизмов в почве. Высокая численность бактерий, их общая и специфическая активность свидетельствуют об огромном значении бактерий для почвы.

     Бактерии  – одноклеточные организмы с  многочисленными и разнообразными морфологическими, анатомическими, физико-химическими  и биохимическими свойствами.

     Бактерии  имеют чрезвычайно маленькие  размеры, но играют важную роль в природе  и обладают рядом преимуществ  в борьбе за существование. Эти организмы способны' существовать при низких температурах и температуре, близкой к точке кипения воды. Они проявляют высокую активность и способность размножаться: численность некоторых из них за 20 мин может удваиваться. При необходимости они прекращают размножаться, резко снижают активность, образуют споры и, находясь в таком состоянии, способны переносить продолжительное обезвоживание, действие высокого давления и вакуума, низких и высоких температур и т. д. По всей вероятности, в своем большинстве бактерии приспособились к жизни в условиях, существовавших на ранних геологических этапах, и приобрели способность выживать при всех последующих резких изменениях климата.

     Актиномицеты

     Примерно 30% почвенной микрофлоры представлено актиномицетами. Эта микроорганизмы относительно устойчивы к недостатку влаги и широко распространены в  сухих почвах, особенно в летние месяцы. Поскольку они принимают  активное участие в процессах  минерализации, микрофлоры. При развитии в почве грибы образуют мицелий и накапливают большое количество биомассы, что имеет важное значение для плодородия почвы. Грибы устойчивы к кислой реакции и являются основными обитателями кислых почв.

     Микроскопические  грибы – многочисленная и разнообразная  группа микроорганизмов. Наибольшее значение среди них имеют плесневые  грибы, которые по сравнению с бактериями и актиномицетами считаются более высокоорганизованными. Плесневые грибы распространены особенно широко в верхнем и пахотном слоях, где их насчитывают до сотни тысяч на 1 г почвы.

     В почве микроскопические грибы играют важную роль, поскольку их ферментативный аппарат обладает высокой активностью, способен очень быстро осуществлять окисление и разложение углеводов, жиров, белков и принимает участие  в биохимических трансформациях различных органических веществ в почве.

     Водоросли

     В почве также встречаются микроскопические виды водорослей, которые в благоприятных условиях, особенно при достаточном обеспечении влагой, усиленно размножаются и покрывают почву зеленым налетом. Однако такое обилие водорослей в почве бывает кратковременным, и изменение условий внешней среды приводит к их гибели. Они повышают плодородие почвы, обогащая се запасами органического вещества. Выделяемая ими слизь способствует оструктурированию почвы. Водоросли обогащают почвенный раствор кислородом, выделяемым в процессе фотосинтеза, и тем самым создают условия, благоприятные для развития аэробных микроорганизмов, играющих, в свою очередь, важную роль в процессе корневого питания растений, особенно риса, на затопляемых площадях. Наибольшее практическое значение имеют синезеленые водоросли, обладающие способностью связывать атмосферный азот и обогащать им почву.

     Вирусы  и фаги

     В почве широко распространены и так  называемые ультрамикроскопические формы, к которым относятся вирусы. Это  особая группа живых существ, размножающаяся в тканях живых растений или животных.

     Вирусы, вызывающие гибель бактерий, называются бактериофагами. Они довольно широко распространены в почвах и способны вызывать лизис (гибель) важнейших групп  почвенных микроорганизмов. По мнению большинства исследователей, почвоутомление (клеверное, люцерновое) – результат накопления активных фагов.

     Численность и соотношение указанных микроорганизмов  в различных почвах зависят от конкретных условий - аэрации, влажности, свойств почвы, растительности и др.

     В некоторых почвах численность микроорганизмов  достигает максимума не в поверхностном горизонте, а на довольно значительной глубине; это зависит от свойств почвы и толщины гумусового горизонта. Количество аэробных бактерий наиболее высоко в поверхностных слоях и снижается в более глубоких горизонтах. Известно, что бациллы, образующие споры и хорошо приспосабливающиеся к неблагоприятным условиям, и наибольшей степени распространены в нижних слоях почвы. Существенное влияние на распространенность микроорганизмов в почвенных горизонтах оказывает растительный покров. Растения с глубоко проникающей корневой системой обогащают нижележащие слои почвы органическим веществом, улучшают аэрацию и таким образом способствуют увеличению численности микроорганизмов.

     На  численность и состав микроорганизмов  большое влияние оказывает наличие в почве органического вещества. На первом этапе минерализации органических остатков, когда субстрат богат легко минерализующимися органическими веществами, в почве усиленно размножаются не образующие споры бактерии. На следующем этапе минерализации преобладают спорогенные бактерии. Установлено, что актиномицеты, минерализующие труднорастворимые органические вещества, развиваются тогда, когда субстрат богат ими.

     По  мнению Мишустина, наличие В. megaterium и В. mesentericus может служить показателем происходящих в почве интенсивных процессов минерализации, в результате которых возрастает количество легкоусвояемых азотистых соединении. Обилие в почве таких видов микроорганизмов, как В. idosus и В. cereus, обладающих способностью легко усваивагь азотсодержащие вещества, свидетельствует о возможности процес минерализации труднорастворимых органических веществ. В. mycoid используют для питания легкорастворимые минеральные формы азота в связи с чем они встречаются в почвах с высокой степенью минерализации. Тот факт, что численность бактерий, не образующих споры, значительно превышает число спорогенных, свидетельствует о протекающих в почве процессах минерализации, т.е. о разложении органических остатков.

     Следовательно, почва – это благоприятная  среда для развития микрофлоры, которая  в ней живет, развивается и  погибает. Микроорганизмы используют питательные вещества почвы и, в  свою очередь, становятся их источником. Микроорганизмы осуществляют процессы, связанные биологическим круговоротом веществ, улучшают питание растений, содействуют самоочищению почвы  и т. д.

     Микрофлора, развивающаяся в почве, участвует  в поддержании повышении наиболее важного свойства почвы - ее плодородия.

     Широкая химизация земледелия на первое место  ставит вопросы о влиянии минеральных  удобрений и пестицидов на почвенную  микрофлору. Особенно актуальны исследования по выявлению причин низкой эффективности азотных удобрений и роли микрофлоры в процессах нитрификации, денитрификацин, биологической иммобилизации и др. При повсеместном использовании гербицидов в борьбе с болезнями и вредителями растении возникает проблема очистки почв от загрязнения остатками препаратов. [4]

     Основным  фактором, регулирующим численность микроорганизмов в почве, является содержание органики. Так, в 1 г черноземной почвы может присутствовать до 5×10⁷ клеток, а в песке пустынь – только до 10⁵. Большая часть микроорганизмов обитает в верхних горизонтах почвы (до глубины 5 -10 см), где присутствует наибольшее количество органических веществ. Особенно много микроорганизмов в прикорневой зоне растений (ризосфере), здесь между растениями и микроорганизмами обычно устанавливаются симбиотические взаимоотоношения.

     Каждый  тип почвы характеризуется особым видовым составом микроорганизмов, между которыми складываются тесные взаимоотношения. Можно сказать, что  почти каждый представитель почвенной микробиоты зависит в своем развитии от остальных представителей. Это способствует интенсификации осуществляемых микроорганизмами процессов превращения веществ и саморегуляции почвенных биоценозов. Такая саморегуляция заключается во взаимномвоздействии друг на друга почвенной микробиоты и состава почвы: микроорганизмы в процессе жизнедеятельности сильно изменяют состав среды обитания, но и сама среда при изменении свойств (поступление органики, вымывание веществ с осадками, выветривание и др.) способствует отбору определенной микробиоты. Саморегуляция делает микробиоценозы более устойчивыми к различным колебаниям внешних условий.

     Основная  часть микроорганизмов пребывает  в почвенных экосистемах в  иммобилизованном на твердых частичках (комки почвы, корни растений, части  отмерших растений, части отмерших растений и животных) состоянии. Это обеспечивает клеткам тесный контакт с субстратом и предотвращает их вымывание осадками и талыми водами. Лишь немногие микроорганизмы обитают в почве в свободном виде в жидкой фазе – почвенной влаге, поднимающейся по капиллярам. 

1.1.2 Биологическая активность  почв [5]

     Понятие биологической активности почвы относится к ее метаболизму. Чем быстрее и полнее почва может восстановить запасы веществ, израсходованных во время вегетации растений, тем выше ее биологическая активность.

     Биологическая активность почвы – это сумма происходящих в ней биологических процессов. Поэтому, казалось бы, почвы с богатой фауной и флорой должны быть биологически более активными, чем почвы, бедные живыми организмами. Однако это не совсем так. Биологическая активность почвы зависит не только от численности обитающих в ней живых микроорганизмов, но и от их видового состава, а также от многих других факторов, таких, как тип почвы, климатические и географические условия, время года, характер растительного покрова и т. п.

     Песчаные почвы имеют одну биологическую активность, наносные почвы или черноземы – другую. Один и тот же тип почвы в умеренном климате будет иметь иную биологическую активность, чем в тропиках. Потому говоря о биологической активности почвы, нужно учитывать всю совокупность условий и факторов, в которых данная почва сформировалась.

     Несмотря на все эти оговорки, понятие биологической активности широко применяется и, вероятно, еще долго сохранится в терминологии. Следовало бы, конечно, найти какой-нибудь абсолютный количественный показатель для ее выражения, однако исследования, проводившиеся в течение многих лет и в широких масштабах, до сих пор не дали результатов. Так, пытаются выразить биологическую активность почвы через численность обитающих в ней микроорганизмов, количество кислорода, используемое за единицу времени, активность некоторых ферментов и т. п. Ни один из этих показателей в отдельности не отражает сложности биологических и биохимических изменений, происходящих в почве. Например, численность почвенных микроорганизмов зависит от многих факторов: часто анализы, проводимые через небольшие промежутки времени, дают совершенно противоречивые результаты.

     То же относится и к дыханию почвы и к ферментативной активности. Несмотря на то, что биологическая активность почвы часто пропорциональна общей численности микроорганизмов в ней, эта численность еще не свидетельствует об интенсивности происходящих в этой почве биохимических превращений. Среди почвенных микроорганизмов имеются, с одной стороны, представители групп с многосторонними биохимическими способностями, а с другой – микроорганизмы со сравнительно слабым метаболизмом, способные осуществлять лишь немногие превращения. Теоретически в почве может быть масса микроорганизмов с низкой интенсивностью метаболизма, или, наоборот, сравнительно немногочисленная группа микроорганизмов, способная производить разносторонние преобразования минеральных и органических веществ почвы. Нужно также помнить, что при определении общей численности почвенных микроорганизмов учитываются только те формы, которые способны расти и развиваться на применяемых питательных средах.

     По этим причинам точное определение биологической активности почвы в абсолютных единицах очень трудно. Каждый отдельный показатель не может дать удовлетворительной характеристики, и поэтому для выражения биологической активности почвы чаще всего пользуются несколькими параллельно определяемыми показателями, между которыми стараются установить корреляции;

     Наиболее рациональными показателями биологической активности все же являются показатели ферментативной активности. Зная активность данного почвенного фермента, можно с большой вероятностью определить интенсивность тех или иных биохимических превращений в почве, которые в совокупности представляют ее метаболизм.

     Биологическая активность почвы – это совокупность биохимических реакций, происходящих в почве, которые приводят к возобновлению запаса использованных или разложившихся составных веществ. Благодаря биологической активности почва как природная система отличается своеобразным гомеостазом.

     Из этого следует, что биологическая активность почвы оказывает огромное влияние на условия роста и развития культурных растений. Такие агротехнические мероприятия, как вспашка, применение удобрений или плодосмен, решающим образом определяют жизнедеятельность микроорганизмов в почве, а тем самым и биологическую активность почвы. Нужно помнить, однако, что, располагая широким ассортиментом химических средств, земледелец зачастую применяет их нерационально и, таким образом, снижает биологическую активность почвы.