Тема 10. Микроэкологические методы исследования почвы. Свободноживущие и симбиотические микроорганизмы почвы: – обитатели почвы

Цель занятия.

1.Ознакомить студентов с основными биологическими свойствами свободноживущих и симбиотических микроорганизмов почвы: азотфиксаторов семейств Azotobacteriaceae, Rhizobiaceae. хемолитотрофных сероокисляющих, железо- и марганецокисляющих бактерий.

2.Освоить микроэкологические методы бактериологического исследования почвы.

Материалы и оборудование:

Набор готовых красок во флаконах в штативе, йодированный спирт, раствор Люголя, дистиллированная вода, предметные стекла, фильтровальная бумага, бактериологические петли, пинцеты, пробирки с микробными культурами в штативе. Микроскопы. Пробирки и чашки Петри с характерным ростом изучаемых микроорганизмов на питательных средах.

Методические указания.

ЛЕКЦИОННЫЙ МАТЕРИАЛ

Условия обитания микроорганизмов в почве.

Почва является благоприятной средой для обитания и размножения различных микроорганизмов. По количеству и разнообразию видов она является основным резервуаром, откуда микробы поступают в окружающую среду – воздух и воду. Группа почвенных микроорганизмов образует микробные биоценозы почвы и принимает участие в круговороте азота, серы, фосфора и других веществ, минерализации органических отбросов, процессах самоочищения. Существенную роль в формировании микробного биоценоза почвы играют высшие растения, насекомые и животные.

Содержание микроорганизмов в почве зависит от её химического состава, влажности, температуры, кислотности. До 90% микроорганизмов находится в адсорбированном состоянии на поверхности почвенных частиц.

Наиболее богат микроорганизмами слой перегноя, особенно у чернозёмов и каштановых почв. Так, в 1 г чернозема содержится до 3 млрд. клеток микроорганизмов; в бедных органическими веществами подзолистых почвах – от 300 млн до 2 млрд. В песчаных почвах, бедных питательными веществами и влагой, находится до 100 тысяч микроорганизмов. Микроорганизмы располагаются в почве неравномерно. Большая их часть сосредоточена в верхнем слое от 5 до 20 см, а уже на глубине 1 – 2 м количество микроорганизмов резко уменьшается.

Почвы различаются по содержанию воды: слишком сухие и слишком влажные ограничивают рост и развитие микроорганизмов. Оптимальна для большинства микроорганизмов влажность, равная 50-60% максимальной влагоемкости (наибольшего количества воды, которое почва может удерживать). Некоторые, например Clostridium pasteurianum, могут расти при 100 %-й влагоемкости почвы.

Для микроорганизмов важна концентрация солей в почвенном растворе. Засоленные почвы беднее микроорганизмами, однако некоторые грибы родов Aspergillus, Peniclillium хорошо развиваются на субстратах с 20-30% NaCl, некоторые почвенные микроорганизмы развиваются при высоких концентрациях минеральных солей (осмофильные).

Почвенный воздух отличается по составу от атмосферного. Экологически важным компонентом почвенного воздуха является количество СО₂, необходимого для автотрофных организмов. При растворении в воде он образует кислоту и, изменяя рН почвы, становится фактором, ограничивающим жизненные процессы микроорганизмов. Например, гриб Rhizoctonia solani погибает при концентрации СО₂ 10%. Почвенные микроорганизмы очень чувствительны к изменениям рН среды: грибы лучше растут в кислой среде, а бактерии – в нейтральной или слегка щелочной. Изменение рН почвы вызывает изменения в популяциях почвенных микроорганизмов.

Из внешних факторов, существенно влияющих на развитие микроорганизмов в почве, основным является температура. Лучше всего почвенные микроорганизмы развиваются при температуре 15-25^оС, но могут встречаться термофильные (оптимум 50°С) и криофильные (психрофильные), развивающиеся при температуре, близкой к 0 ^оС.

На распределение микроорганизмов в почве влияют корни растений, выделяющие во внешнюю среду органические вещества. На поверхности корней и в прикорневой зоне сосредоточено большое количество микроорганизмов.

Различные виды обработки почв (рыхление, орошение, вспашка, внесение удобрений) способствуют усиленному размножению микроорганизмов, поэтому в окультуренных почвах число их в несколько раз больше, чем в целинных.

Микробиоценозы почвы

В состав биоценоза почвы входят различные микроорганизмы, в том числе автотрофы и гетеротрофы. Среди них имеются свободно живущие азотфиксирующие бактерии рода азотобактер (Azotobacter), клубеньковые бактерии рода ризобиум (Rhisobium), нитрифицирующие бактерии родов нитрозомонас, нитробактер, псевдомонас, грибы, денитрифицирующие бактерии, уробактерии, серо- и железобактерии, актиномицеты, гнилостные микроорганизмы, а также простейшие, бактериофаги и многие другие организмы.

Из микробиологических процессов, происходящих в почве, наибольшее значение имеют минерализация растительных и животных остатков, образование гумуса и его разложение. Минерализация нерастворимых в воде соединений (целлюлозы, гемицеллюлозы) идет медленно, с участием немногих видов, прежде всего грибов.

В плодородном слое почвы могут быть обнаружены микроорганизмы из семейств энтеробактерий (Enterobacteriaceae), псевдомонад (Pseudomonadaceae), бацилл (Bacillaceae) и многих других. Такие микроорганизмы, попав в почву и размножаясь в ней, могут изменить рН в кислую сторону. Тогда в ней начинают особенно активно развиваться молочнокислые бактерии, дрожжи, плесневые грибы. При внесении избыточного количества разлагающихся органических веществ бурно размножаются различные аэробные и анаэробные гнилостные микроорганизмы, в том числе Proteus, Micrococcus, Streptococcus и др.

Изменение количественного и видового состава микробных биоценозов почвы обусловлено также влажностью, временем года, характером и степенью загрязнения.