ЛЕКЦИЯ 12. ОСНОВЫ ПОЧВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ. СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ.

Предмет и задачи почвенной микробиологии.

Почвенная микробиология изучает роль микроорганизмов в процессах почвообразования, создания структуры почвы и почвенного плодородия в целом. Исключительная роль микроорганизмов для почвообразовательных процессов связана с их быстрым размножением (время генерации составляет 20 минут), в результате чего в 1 г почвы насчитывается до 10 млрд. прокариотных клеток, а их масса в 25 см слое достигает 10 т/га.

Виды микроорганизмов:

Задачи почвенной микробиологии:

1.Определение численности и качественного состава микрооганизмов по генетическим горизонтам почвы в географическом аспекте.

2.Выявление влияния почвенных факторов (химического состава, структуры, влажности, аэрации, температуры, величины рН и др.) на распределение и численность м/о.

3.Изучение зависимости качественного и количественного состава м/о почвы от хозяйственной деятельности человека – способа обработки почвы, чередования культур, внесения удобрений, орошения, дренажа и др.

4.Исследование направленности, скорости, взаимосвязи биохимических процессов, происходящих в почве при участии м/о.

5.Выявление сложных отношений почвенных микробов между собой и высшими растениями.

Методы почвенной микробиологии.

Используются разнообразные методы в микробиологии:

1.Метод приготовления жидких и твердых питательных сред на основе молока, мясного бульона, пивного сусла и др.

2. Методы стерилизации питательных сред, посуды, инструментов, рабочих столов и помещений.

3. Использование специальных инструментов (шпатели, петли, иглы) и посуды.

4. Метод приготовления чистых культур бактерий.

5. Метод количественного учета бактерий с помощью разведений и в камере Горяева.

6. Используют элективные среды для выделения определенных видов микробов.

7. Создают банки различных видов м/о.

8. Метод определения количества углекислого газа, выделяемого бактериями.

9. Метод изучения роста и накопления вторичных метаболитов.

10. Метод изучения ферментативной активности микробов.

Значение почвенных микроорганизмов.

Огромное значение м/о в почвообразовательных процессах связано с их высокой физиологической активностью. Они синтезируют множество ферментов, действующих в клетке и окружающей среде. Это способствует почвенному питанию растений, так как микробы разлагают почти все вещества почвы. Значение почвенных м/o:

1.С помощью м/о происходит создание почвенного плодородия, так как они способны разлагать органические вещества, минерализовать их, освобождать почву от остатков органических веществ (погибшие животные и растения), превращая их в доступные для растений формы минеральных элементов – азот, фосфор, серу, железо. М/о осуществляют не только разложение, но и синтез веществ, например синтез гумуса, определяющего рыхлую, комковатую структуру почвы и создающего резерв питательных элементов для растений.

2.М/о почвы, многократно отмирая, служат пищей для других групп организмов, служат основой для накопления гумуса почвы, что важно при первичном почвообразовании. Образуя на поверхности почвы пленки, цианобактерии и другие водоросли предохраняют почву от эрозии.

3.Особое значение в плодородии почвы имеют также м/о, способные фиксировать инертный в биологическом отношении газообразный азот воздуха и вовлекать его в метаболизм растений и биологический круговорот в природе.

4.Благодаря выделению различных кислот м/о почвы способствуют выветриванию горных пород и растворению недоступных для корней растений минеральных соединений. Они выделяют в окружающую среду гормоны, витамины, антибиотики.

Отрицательная роль микроорганизмов.

1.Осуществляют перевод доступных форм некоторых питательных веществ в недоступные для растений, например, NO₃^- в N₂ в процессе денитрификации.

2.Патогенные бактерии выделяют ядовитые вещества.

3.Некоторые виды микробов могут угнетать полезных для растений животных.

Особенности строения прокариотов.

Строение бактериальной клетки:

включения

клеточная оболочка

мембранные структуры

мембрана

кольцевая ДНК

рибосомы

цитоплазма

Большинство м/о относятся к прокариотам, для которых характерно следующее строение:

1.Отсутствие ядерной оболочки и оформленного ядра.

2.Отсутствие обособленных от цитоплазмы органелл.

3.Особое строение клеточной стенки. Большинство бактерий являются одноклеточными организмами, то есть одна клетка способна осуществлять функции, присущие целому организму (рост, развитие, размножение). Бактериальная клетка содержит 80% воды, а также белки, полисахариды, липиды, НК.

4.Цитоплазма (протопласт) имеет наружную мембрану, окруженную клеточной стенкой. У некоторых видов – слизистые капсулы, чехлы, жгутики, ворсинки. В состав клеточной стенки входят тейхоевые кислоты, аминокислоты, полисахариды, белки, липиды, она состоит из 2-3 слоев.

Функции клеточной стенки:

1. Механическая.

2. Защитная.

3. Транспортная.

4. Служит местом локализации ряда веществ

Многие прокариоты способны к активному движению (таксисам) – хемо-, аэро-, фототаксисы, другие движутся с помощью жгутигов, извивания, скольжения.

Мембраны.

У м/о слабо развиты мембранные структуры, они составляют 8-15% от сухой массы. У фототрофных и хемотрофных бактерий формируются мембранные структуры, выполняющие функции фотосинтеза и хемосинтеза. Функции мембран:

1.Участвуют в поглощении воды и элементов питания.

2.Участвуют в процессе передачи наследственной информации, так как на них закреплена кольцевая ДНК клетки.

3.На мембранах расположены ферментные комплексы, отвечающие за фотосинтез, хемосинтез, энергетические функции клетки.

Типичных органелл у прокариот нет. Есть внутриплазматические мембраны, которые выполняют функции энергообмена и выделения. Они оформлены в виде мезосом. У пурпурных бактерий есть тилакоиды, у зеленых – хлоросомы, у цианобактерий – фикобилисомы, выполняющие фотосинтетическую функцию. Хлоросомы примыкают к мембранам, содержат бактериохлорофилл.

Цитоплазма и рибосомы.

Цитоплазма (цитозоль) состоит из белков, содержит мембранные структуры, генетический аппарат клетки, включения, рибосомы. На рибосомах, как и у эукариот, осуществляется синтез белка.

Генетический аппарат бактериальной клетки.

Представлен 1 молекулой ДНК, имеющей форму кольца – бактериальной хромосомой. Это высокоупорядоченная, компактная и суперспирализованная структура. Она располагается в определенном месте в клетке, не отделена мембраной (нуклеотид). При делении бактериальной клетки происходит удвоение ДНК/

Запасные вещества.

Это полисахариды (гликоген, гранулеза), полипептиды, полифосфаты, сера и др. У бактерий воды и почвы могут быть аэросомы (газовые вакуоли), которые обеспечивают плавучесть клеток. При неблагоприятных условиях некоторые бактерии формируют специальные структуры, способствующие их выживанию (споры, эндоспоры, цисты, гормогонии, бактероиды, клубеньковые бактерии). При попадании в хорошие условия они начинают размножаться.