Ґрунти, які сьогодні присутні на Землі, були утворені в результаті життєдіяльності бактерій. Переробляючи мінеральні частинки гірських порід і змішуючи їх з продуктами переробки відмерлих органічних сполук і результатом власної життєдіяльності, мікроорганізми поступово перетворили безжиттєві скелясті долини нашої планети на родючі землі. Живі мікроорганізми і бактерії - найважливіший елемент ланцюга природного кругообігу в природі. Вважається, що саме вони є двигуном цього процесу.
У природі їх дуже багато: всього в одному грамі лісового грунту містяться десятки і навіть сотні мільйонів ґрунтових бактерій різних видів і підвидів.
Природний кругообіг
У процесі зростання рослини відтворюють складні органічні речовини з простих речовин: води, мінеральних солей і вуглекислого газу. Мікроорганізми, що живуть у ґрунті, в результаті своєї життєдіяльності переробляють відмерлі частини рослин і загиблі організми в перегній, розкладаючи тим самим складні речовини на прості. Ці компоненти рослини можуть знову використовувати для свого розвитку і зростання.
Поширення ґрунтових мікроорганізмів
Бактерій навколо нас великий натовп і поширені вони майже скрізь. Їх немає хіба що в кратерах діючих вулканів і на невеликих ділянках випробувальних полігонів, де проводяться вибухи атомної зброї. Жодні інші жорсткі умови навколишнього середовища не заважають існуванню бактерій. Вони спокійно переносять льодовики Антарктики і живуть у воді випалюючих киплячих джерел, спокійно пристосовуються до розпечених пісків спекотних пустель і живуть на скелястих схилах гірських вершин. Їх настільки багато, що цілком можливо, що деякі назви ґрунтовних бактерій ми ще навіть не знаємо. На Землі всі живі істоти постійно взаємодіють з мікрофлорою, часто виконуючи при цьому роль її зберігача і розповсюджувача.
Мікрофлора ґрунту дуже багата і різноманітна. Всього в одному кубічному сантиметрі може зустрічатися до мільярда бактерій. Однак популяція ґрунтових мікроорганізмів може змінюватися. Це залежить від типу і складу ґрунту, його стану, а також глибини шару, що вивчається.
Як харчуються бактерії
Ґрунтовані мікроорганізми можуть отримувати енергію кількома способами. Деякі з бактерій цієї групи є автотрофними, тобто можуть самостійно виробляти власні речовини для харчування, а якісь з них в якості харчування використовують в їжу органічні сполуки. Саме остання група, що представляє гетеротрофні бактерії, і заслуговує на окрему увагу. Серед гетеротрофних представників царства мікроорганізмів, виділяють три основні групи бактерій:
- Сімбіонти.
- Паразити.
- Сапрофіти.
У кожної з цих категорій не тільки різний спосіб харчування, але і спосіб життя абсолютно різний. Якісь види можуть існувати тільки в повітряному або кисломолочному середовищі, якимось мікроорганізмам для повноцінного існування потрібен процес гниття і розкладання, а якісь представники можуть прекрасно відчувати себе в безповітряному просторі. Такі бактерії можуть зустрічатися абсолютно скрізь на нашій планеті.
Ґрунтові бактерії
Середовище проживання таких бактерій - ґрунт. Вони являють собою найдрібніші одноклітинні мікроорганізми. Живуть ці істоти в найтонших водних плівках у ґрунті навколо кореневих систем різних рослин. Завдяки своїм невеликим розмірам, вони можуть рости, розвиватися і адаптуватися до швидко змінюються умов навколишнього середовища набагато швидше, ніж інші більш великі і складні мікроорганізми. Особливості їх форми дозволяють цим бактеріям чудово пристосовуватися до середовища проживання, тому їх будова за всю історію еволюції залишилася в незмінному вигляді. Зазвичай такі мікроорганізми мають форму кулі, палички або мають вигнуту геометрію.
У своїй більшості бактерії грунтовані є хемосинтетиками, тобто харчуються продуктами, отриманими в результаті окислювально-відновлювальних реакцій за участю вуглекислого газу. У процесі своєї життєдіяльності вони виробляють речовини, необхідні для зростання і розвитку інших мікроорганізмів.
Сімейство ґрунтових мікроорганізмів досить різноманітне. Тут присутні такі бактерії, як:
- Азотфіксатори, які здатні засвоювати молекули азоту і синтезувати його в органічні сполуки.
- Грунтовані бактерії гниття, які сприяють розпаду складних речовин на прості. Ці мікроби відіграють важливу ґрунтовну роль.
- Бактерії, що сприяють відновленню важких металів.
- Бактерії бродіння - масляно-, молочно- і оцтові.
- Хвороботворні мікроорганізми.
Азотофіксатори
Унікальною здатністю цієї групи ґрунтових бактерій є вміння засвоювати молекули азоту з повітря, що неможливо для рослин. Однак у результаті синтезу, виробленого азотофіксаторами, азот може засвоюватися рослинами. За образом існування ці бактерії поділяються на вільноживих і симбіонтів, тобто тих, яким необхідно взаємодіяти з іншими мікроорганізмами.
Клубенькові азотфіксатори - сімбіонти, які мають продовгувату овальну або паличкоподібну форму. Зазвичай вони вступають у взаємодію з бобовими культурами, такими як горох, чечевиця, люцерна тощо.
Оселившись у кореневій системі, вони утворюють шароподібні вузлики, які видно навіть неозброєним оком, і живуть всередині них. Симбіоз бактерій і рослини приносить обопільну вигоду. Цей вид мікроорганізмів постачає в кореневища азот, тоді як харчування ґрунтових бактерій відбувається за рахунок переробки продуктів, одержуваних безпосередньо з рослини і її відмерлих частинок. Для багатьох рослин клубенькові ущільнення - єдине джерело азовмісних сполук. Однак у середовищах з підвищеним вмістом азоту клубенькові мікроорганізми припиняють вступати у взаємодію з деякими рослинами. Вони дуже виборчі і активуються тільки в певних видах і сортах.
Сьогодні прийнято ділити фіксуючі азотні з 'єднання організми на дві групи. Перша група - це мікроби, здатні вступити в симбіоз з рослинами. До їх числа відносять такі види, як Rhizobium, Bradyrhizobium, Mezorhizobium, Sinorhizobium і Azorhizobium, які можуть жити і вільно, не вступаючи у взаємозв 'язок. Друга група ґрунтових асоціативних азотфіксаторів - це більш пристосовані до вільного існування в ґрунті. Як приклад ґрунтовних бактерій можна назвати Azospirillum, Pseudomonas, Agrobacterium, Klebsiella, Bacillus, Enterobacter, Flavobacterium Arthrobacter, Clostridium, Azotobacter, be
Бактерії гниття
Сапрофіти (бактерії гниття) зазвичай живуть на поверхні ґрунту. Вони мешкають у верхніх шарах ґрунту, на відмерлих частинах кореневих систем рослин, на поверхні загиблих личинок. Як джерело своєї життєдіяльності використовують органічну мертву тканину: у величезних кількостях виявляються на останках тварин, що впали листях і плодах рослин. Результатом їхньої життєдіяльності є швидке розкладання та утилізація мертвих тканин. Вони значною мірою покращують склад ґрунту, наповнюючи його поживними речовинами.
До сімейству сапрофітів належить велика частина представників ґрунтових бактерій. Існує два види подібних мікроорганізмів. Одні з них живуть у безкислородних середовищах, а іншим для повноцінної життєдіяльності обов 'язково потрібне повітря. Це вільні організми, які ніколи не вступають в симбіоз.
До поживних органічних сполук сапрофіти досить вимогливі. Будь-який перероблюваний ними продукт повинен містити певні компоненти, що впливає на процес їх зростання, розвитку і життєдіяльності. Обов 'язкові поживні з' єднання - це:
- азовмісні сполуки або певний набір амінокислот;
- вітаміни, білкові та вуглеводні сполуки;
- пептиди, нуклеотиди.
Як відбувається процес
Гниття органіки відбувається завдяки тому, що мікроорганізми, що сприяють розкладанню матерії, володіють метаболізмом. Внаслідок цього процесу руйнуються хімічні зв 'язки молекул тканини, що містить сполуки азоту. Харчування мікроорганізмів здійснюється внаслідок захоплення елементів, що містять білок і амінокислоти. У результаті ферментації продуктів, що надходять в організм бактерії, з білкових сполук вивільняється аміак і сірководень. Таким чином мікроорганізми отримують енергію для свого подальшого існування.
У природі бактерії гниття відіграють першорядну роль у відновленні та мінералізації ґрунту. Звідси і назва бактерій, що часто зустрічається, цього типу - редуцент. У процесі своєї життєдіяльності редуценти перетворюють органічні речовини і біомаси на найпростіші сполуки СО2, Н2О, NH3 та інші. Серед гнилісних бактерій широко поширені амоніфікуючі мікроорганізми - неспороутворюючі ентеробактерії, бацили, спороутворюючі клостридії.
Бактерії бродіння
Спосіб харчування ґрунтових бактерій бродіння укладено в переробці органічних цукрів. У природному середовищі вони зазвичай зустрічаються на поверхні рослин, плодів і ягід, у молочних продуктах і в різних шарах епітелію птахів, тварин, риб і людини. Внаслідок їхньої життєдіяльності відбувається скисання продуктів з утворенням молочної кислоти. Завдяки такій властивості їх повсюдно використовують у приготуванні всіляких заквасок і кисломолочних продуктів. Молочнокислі бактерії також є першорядними учасниками при заготівельному силосуванні рослинних кормів для сільськогосподарських тварин.
Ґрунтовані молочнокислі мікроорганізми переважно мають дві форми - можуть бути витягнуті у вигляді палички або мати сферичну форму.
Хвороботворні бактерії
Далеко не всі мікроорганізми, що мешкають в грунті, корисні для людини або тварин. Існують деякі вкрай небезпечні види. Найчастіше це паразитуючі сімбіонти. Шкода ґрунтовних бактерій може бути виявлена у вигляді виникнення найважчих захворювань, таких як тиф, холера, туберкульоз, сибірка та інші хвороби. Хвороботворні мікроорганізми можуть виявлятися на абсолютно будь-яких поверхнях. Улюблене місце проживання в природі - застійні водойми, організми тварин, птахів і риб.
Бактерії гниття (сапрофіти) та інші умовно патогенні мікроби, що потрапили в організм людини з навколишнього середовища, за наявності певних умов можуть викликати важкі захворювання як у людей, так і у тварин. Особливо схильні до такого впливу люди з ослабленим імунітетом і пацієнти, які страждають від авітамінозу, неврозів і постійної перевтоми. Бувають випадки, коли викликані резидентною мікрофлорою захворювання закінчуються летальним результатом.
Сапрофітні мікроорганізми, потрапивши в організм людини, можуть викликати бактеріальний шок, що розвивається внаслідок надходження в кров великої кількості умовно патогенних мікроорганізмів і продуктів їх життєдіяльності. Зазвичай подібне явище відбувається на тлі тривалих осередкових інфекцій.
Нерідко представники резидентної грунтової мікрофлори сприяють виникненню гнійно-запальних процесів і абсцесів в організмі.
Однак негативний вплив умовно патогенні мікроорганізми на організм живих істот можуть зробити лише при появі сприятливих для їх життєдіяльності факторів. Для поліпшення земельних ґрунтів, їх збагачення та мінералізації така мікрофлора необхідна. Адже без неї землі зовсім перестануть бути родючими, а це, безсумнівно, стане негативним фактором для природного кругообігу життя на Землі.
Боротьба зі шкідливими гостями
Добре відомо, що сапрофіти, потрапивши в продукти харчування, викликають їх псування. Як правило, такий процес супроводжений великим виділенням отруйних для людини речовин, сірководню та аміаку. Субстрат може нагріватися, доходячи часом до самозаймання. Тому людина створює умови, в яких мікроорганізми, що викликають гниття і розкладання, втрачають здатність до розмноження або зовсім гинуть. До подібних заходів відноситься пастеризація, стерилізація, соління, копчення, кип 'ятіння, засахарювання або висушування продуктів.
Функції та значення бактерій
Ґрунтовані мікроорганізми сприяють швидкому розкладанню неживої органічної субстанції, утворюючи при цьому високоякісний гумус у різних шарах ґрунту, необхідний для нормального розвитку рослин. Деякі бактерії здатні асимілювати ґрунтові джерела азоту, фосфору і заліза. Вони можуть трансформувати або перерозподіляти метаболіти між частинами рослини. Ендорфітні мікроорганізми, що живуть у внутрішніх шарах кореневої системи рослин, мають позитивний вплив на їх зростання і розвиток. Ця група бактерій не тільки бореться з патогенними мікроорганізмами, але навіть здатна продукувати для рослини вітаміни і гормони. Тому важливість ґрунтової мікрофлори складно переоцінити.