Микрофлора почвы

Почва - естественная среда обитания микроорганизмов. Характер поч­вы и видовой состав ее микрофлоры неразрывно связаны. Основное место обитания микроорганизмов - твердая фаза, содержащая запасы питательных веществ.

Плотность микробного населения определяется, прежде всего, органи­ческими веществами. Так, в 1 г чернозема содержится до 3 млрд. клеток мик­роорганизмов; в бедных органическими веществами подзолистых почвах - от 300 млн до 2 млрд, в песках пустыни Сахары, где влияет и низкая влажность

среды, - около 1 млн.

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 °С, но могут встречать­ся термофильные (оптимум 50 °С) и криофильные, развивающиеся при тем­пературе, близкой к 0 °С. Микроорганизмы обитают главным образом в са­мом верхнем аккумулятивном, или перегнойном, горизонте почвенного про­филя, отличающегося большой амплитудой колебаний температур, завися­щей от времени года, характера местности и даже от времени суток, от тем­пературы воздуха, поэтому почвенные микроорганизм обладают большой пластичностью в отношении температур.

Почвенные микроорганизмы неодинаково распространены по горизон­там почвы. Наибольшее количество микроорганизмов обитает в верхнем 10­сантиметровом слое почвы. В нижних горизонтах органических веществ ма­ло и большинство бактерий находится в покоящемся состоянии, в основном в виде цист и спор. Чем глубже расположен горизонт почвы, тем меньше в нем микроорганизмов.

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.

Наиболее многочисленной группой среди микроорганизмов всех типов почв являются бактерии, составляющие от 65 до 96% общего числа клеток. В почвах, богатых гумусом (дерново-подзолистых, лесных и горно-луговых), влажных и холодных, преобладают неспорообразующие формы. В бурых и пустынных почвах с низким содержанием органических веществ и влаги при высокой температуре развиваются преимущественно споровые бактерии, бо­лее устойчивые к действию засухи и перегрева.

Количество грибов в почве не превышает 0,5-0,8% общего числа мик­роорганизмов и зависит от рН почвы. В сильно кислых подзолистых почвах (при рН около 4) грибы составляют до 3% всех 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.

Из микробиологических процессов, происходящих в почве, наиболь­шее значение имеют минерализация растительных и животных остатков, об­разование гумуса и его разложение. В растительном опаде содержатся сахара, аминокислоты, белки, которые быстро потребляются микроорганизмами, Минерализация нерастворимых в воде соединений (целлюлозы, гемицеллю­лозы) идет медленно, с участием немногих видов, прежде всего грибов. Лиг­нин - главный исходный продует для образования гумуса - наиболее устой­чивое соединение и разлагается микроорганизмами очень медленно - месяцы и годы.

Почвенные микроорганизмы условно подразделяются на несколько групп. Микроорганизмы, разлагающе свежий растительный опад, С. Н.Виноградский назвал зимогенной микрофлорой. В основном это бакте­рии родов Bacillus, Pseudomonas и др. Если в почве мало легкоразлагаемых питательных веществ, зимогенные микроорганизмы переходят в покоящуюся форму или даже погибают.

Автохтонные микроорганизмы постоянно живут в почве, и числен­ность их не зависит от поступления легкодоступных питательных веществ. Характерный представитель этой группы - бактерии рода Arthrobacter. Авто­хтонные микроорганизмы принимают активное участие в синтезе гумуса (ав­тохтонная микрофлора А) и его распаде (автохтонная микрофлора Б).

Олиготрофные микроорганизмы - виды, способные усваивать пита­тельные вещества из растворов с низкой концентрацией. Это бактерии родов Microcyclus, Hyphomicrobium, Agrobacter, Caulobacter и др.

Хемолитоавтотрофные бактерии - почвенные микроорганизмы, окис­ляющие неорганические субстраты. Группа включает нитрифицируюшие, тионовые, водородные, железобактерии и др.

В разных типах почв соотношение групп бактерий неодинаково, изме­няется и видовой состав представителей различных групп. Количественные показатели содержания микроорганизмов зависят от метода исследования.

Почва подвергается колоссальному антропогенному воздействию, по­

ступающие в почву загрязнители оказывают неблагоприятное воздействие на свойства почвы, ее плодородие, урожайность возделываемых культур.

Выделение почвенных микроорганизмов на питательных средах

Микробиологическое исследование включает определение общего ко­личества сапротрофных микроорганизмов, определение количества микроор­ганизмов различных эколого-трофических групп, определение микробов- антагонистов и выявление их активности, определение санитарно­показательных микроорганизмов (кишечной палочки).

Для обеспечения роста микроорганизмов в искусственных условиях используют питательные среды, которые должны соответствовать следую­щим требованиям:

1. Содержать все элементы, из которых строится клетка

2. Иметь достаточную влажность (не менее 20% воды)

3. Концентрация солей в среде должна обеспечить изотонию, т.е. соот­ветствовать концентрации солей в микробной клетке (для большинства мик­роорганизмов - 0,5%; галофильных - 3 %)

4. Концентрация водородных ионов (рН) среды должна быть опти­мальной для выращиваемого организма (диапазон рН 4,5-8,5)

5. Окисилительно-восстановительный потенциал (Eh) среды, опреде­ляющий концентрацию кислорода в среде, должен соответствовать потреб­ностям микроорганизма: для анаэробов - 0,12-0,06 В, для аэробов - более 0,08 В.

Таким образом, должен соблюдаться принцип создания условий, адек­ватных природным (для данного микроорганизма)

6. Кроме того, питательные среды, как и посуда, и другие материалы, должны быть стерильными, т.к. успех микробиологических работ во многом определяется созданием условий надежной стерильности.

Цель процесса стерилизации состоит в удалении или уничтожении всех живых микроорганизмов внутри или на поверхности предмета. Процессы стерилизации и дезинфекции основаны на действии все тех же биофизиче­ских или физико-химических факторов: Т, Eh - аэрация, рН, гидростатиче­ское давление и др. Эффективность стерилизации выражается в виде стати­стической вероятности выживания клеток. По окончании процессов стерили­зации вероятность выживания клетки должна составлять не более 10-6.

Факторы, которые надо учитывать при выборе метода стерилизации:

1. Конструкция и химический состав образца, подлежащего стерилиза­ции

2. Биологическое (вегетативные клетки или споры) и физическое (влажность, сухие клетки более устойчивы к каким-либо воздействиям) со­стояние микроорганизмов в образцах, подлежащих стерилизации.

3. Наследственная устойчивость микроорганизма к стерилизации и скорость его гибели

4. Исходное количество микроорганизмов в стерилизуемом образце

5. Эффективность стерилизующего агента

6. Продолжительность стерилизующего воздействия.

В общем случае для стерилизации используются: 1) пар - культураль­ные среды, оборудование, стеклянная посуда, 2) сухой жар - стеклянная по­суда и металлическое оборудование, 3) газ - инструменты, 4) фильтрация - растворы, 5) в особых случаях применяют радиоактивное облучение.

Воздействие влажным и сухим жаром имеет различный результат. Су­хие клетки выдерживают нагревание до гораздо более высоких температур и большее время, чем клетки влажные или в условиях полного насыщения во­дяными парами (табл. 4).

Таблица 4

Режимы и способы стерилизации

Сухой жар применяется для стерилизации стеклянной посуды (проби­рок, колб, чашек Петри, пипеток), а также жиров, смазок, минерального мас­ла, восков, порошков.

При обработке сухим жаром микроорганизмы погибают в результате окисления внутриклеточных компонентов. Споры бактерий более устойчивы к сухому жару, чем вегетативные клетки.