Почвенная микробиология - это раздел почвоведения, изучающий микроорганизмы, обитающие в почве, их функции и деятельность в почвенной экосистеме.

Микробиология почвы - это междисциплинарный предмет, который тесно связан с биохимией почвы и микробной экологией.

Это включает в себя понимание принципов почвоведения, микробиологии и химии биологических систем.

Существует два основных подхода к почвенной микробиологии. Первый подход заключается в изучении организмов путем изучения их физиологии и таксономии, а второй подход фокусируется на микробных процессах, то есть на том, что микроорганизмы делают в почве.

Почва - это гетерогенная среда обитания с постоянно меняющимися условиями окружающей среды для роста микроорганизмов.

Почвенные микроорганизмы присутствуют в большом количестве и обладают широким спектром метаболической активности и физиологических свойств, которые играют жизненно важную роль в круговороте питательных веществ в почве и необходимы для удаления загрязняющих веществ из почвы.

Почва содержит широкий спектр субстратов для микроорганизмов, от простых сахаров до самых сложных материалов, таких как гумус.

Почва также состоит из многочисленных микросайтов с уровнями питательных веществ, влажности, pH и Eh, изменяющимися на очень коротких расстояниях (мм или мм) и сверхурочно.

Следствием химической и физической неоднородности почвы является то, что почва таит в себе наибольшее разнообразие жизни.

Микроорганизмы, обнаруженные в почве

Из-за разнообразия питательных веществ и основных факторов в почве обитает разнообразная группа микроорганизмов.

Почвенные микроорганизмы подразделяются на семь различных категорий: бактерии, грибы, вирусы, сине-зеленые водоросли, актиномицеты, простейшие и нематоды.

Каждая из этих групп имеет разные характерные особенности и свою роль в почве, в которой они обитают.

Такие микроорганизмы встречаются не только в поверхностной почве, но и в подповерхностной почве на глубине от сотен до тысяч метров под землей.

Как правило, количество микроорганизмов уменьшается с увеличением глубины в почвенном профиле, в первую очередь из-за уменьшения содержания органического вещества в почве.

Точный состав микробного сообщества в почве может меняться с изменениями в окружающей среде.

Распределение микроорганизмов в почве отличается от одной области почвы к другой. Узкая область почвы, находящаяся под прямым воздействием корней растений, называемая ризосферой, содержит больше микроорганизмов, чем другие части почвы.

Ризосфера - это динамичная среда, в которой корни растений выделяют множество соединений, которые поддерживают более высокие микробные популяции и активность, чем в насыпной почве.

Бактерии в почве

Что такое бактерии?

Бактерии являются самыми маленькими и наиболее многочисленными клеточными организмами в почвах. Это прокариотические организмы, которые обычно имеют ширину от 0,5 до 1 мм и длину от 1 до 2 мм.

Крошечные бактерии, называемые ультрамикробактериями, могут быть всего 0,3 мм в диаметре с объемом клеток менее 0,1 ^мм3.

Хотя у бактерий существует множество форм клеток, включая стержневые, сферические, спиральные и нитевидные, наиболее распространенной формой клеток, обнаруживаемых в почве, является короткий стержень (коккоидный стержень).

Бактерии являются одной из наиболее распространенных групп микроорганизмов, обнаруженных в почве, причем большинство из них присутствует в ризосферном регионе.

Бактерии в ризосфере крупнее и имеют более высокие доли грамотрицательных и денитрифицирующих бактерий, чем в основной почве.

Примеры бактерий, обнаруженных в почвах

Биомасса бактерий, обнаруженных в почве, колеблется от 300 до 3000 кг / га. В грамме почвы содержится примерно от 10 ⁸ до 10 ⁹ бактерий, большинство из них (> 99%) не были или не могут быть выращены в лаборатории.

Общие бактериальные, выделенные из почвы, включают Bacillus, Arthrobacter, Pseudomonas, Agrobacterium, Alcaligenes, Clostridium, Flavobacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Xanthomonas и Mycobacterium.

В отличие от простой морфологии, бактерии обладают наибольшим метаболическим разнообразием.

С точки зрения использования углерода различают автотрофы и гетеротрофы, а с точки зрения потребления энергии - хемоорганотрофы, хемолитотрофы и фототрофы.

Аэробные бактерии используют кислород в качестве акцептора электронов; анаэробные бактерии используют альтернативные акцепторы электронов, такие как нитрат, трехвалентное железо, сульфат, карбонат и органическое вещество.

Поскольку почва является олиготрофной (бедной питательными веществами) средой, считается, что большинство бактериальных клеток находятся в состоянии покоя.

Единственной областью в почве, где обычно встречаются метаболически активные микроорганизмы, является ризосфера, где питательные вещества не ограничены.

В заболоченных или сильно уплотненных почвах количество аэробных бактерий уменьшается, тогда как микроаэрофильных и, наконец, анаэробных бактерий будет увеличиваться.

В отличие от других почвенных микроорганизмов, большинство бактерий предпочитают богатые питательными веществами почвы с нейтральным или слабощелочным рН и близким соотношением C / N.

Положительные эффекты простейших в почве

Простейшие имеют решающее значение в наземных экосистемах, где они действуют как бактериальные потребители, что приводит к минерализации органического почвенного азота с образованием аммония.

Сообщество простейших в почве также может быть использовано для оценки и мониторинга изменений в биотическом и абиотическом компоненте почвы, действуя таким образом как биоиндикаторы почвы.

Было обнаружено, что простейшие увеличивают биомассу растений независимо от содержания питательных веществ в растительной ткани.

Многие виды простейших питаются бактериями и другими микроорганизмами, что улучшает круговорот питательных веществ и поток энергии между микроорганизмами, животными и растениями.

Негативное воздействие простейших в почве

Поскольку большинство бактериальных сообществ в почве являются источником пищи для простейших, присутствие простейших в почве влияет на бактериальное разнообразие.

Некоторые простейшие могут быть вредны для растения, что снижает здоровье растений и урожайность.

Сине-зеленые водоросли (цианобактерии) в почве

Что такое сине-зеленые водоросли?

Цианобактерии - это фототрофные бактерии, которые важны в почвах, где доступны свет и вода.

Цианобактерии - это автотрофные эукариоты, которые состоят как из свободноживущих фотосинтезирующих бактерий, так и из эндосимбиотических организмов.

Сине-зеленые водоросли существуют в форме подвижных нитей клеток, которые удаляются, образуя новые колонии.

Сине-зеленые водоросли встречаются в колониальной или нитевидной форме, а нитевидные формы демонстрируют гетероцистозные или негетероцистозные нити.

Гетероцисты представляют собой толстостенные, крупные клетки, ответственные за фиксацию азота в анаэробных условиях.

Примеры сине-зеленых водорослей, обнаруженных в почве

Сине-зеленые водоросли в почве присутствуют в самых разных влажных почвах, в основном вокруг корней растений в форме симбиотической ассоциации.

Эти организмы могут либо свободно встречаться в почве, либо в форме симбиотических отношений с растениями лишайниковидных грибов.

Виды цианобактерий имеют определенные структуры, такие как гетероцисты, которые участвуют в фиксации азота и, таким образом, присутствуют в анаэробной зоне почвы.

Некоторые из распространенных цианобактерий включают Nostoc, Prochlorothrix, Anabaena, Nodularia и др.

Сообщалось о цианобактериях из широкого спектра почв, которые процветают как на поверхности, так и под поверхностью.

Сине-зеленые водоросли в почве выживают при мезофильной температуре, которая чувствительна к кислотности / низкому pH (оптимальный диапазон pH 6,5-8,0) и условиям заболоченной почвы.

Положительные эффекты сине-зеленых водорослей в почве

Цианобактерии являются одними из первых микробных сообществ, колонизировавших наземные экосистемы.

Эти микроорганизмы играют важную роль в почве, фиксируя азот и углерод путем синтеза экзополисахаридов, которые повышают плодородие почвы и способность удерживать воду.

Применение цианобактерий в качестве инокулянтов для индуцирования образования биопорошка на почве - это новая технология, которая восстанавливает бесплодные деградированные районы и предотвращает процессы опустынивания.

Они играют важную роль в повышении физической структуры почвы, пористости и удержании влаги в почве благодаря своей волокнистой структуре.

Эти организмы также продуцируют слизистые вещества, выделяют фитогормоны, витамины, аминокислоты и вторичные метаболиты в почве.

Многие виды цианобактерий обладают внутренней способностью фиксировать атмосферный азот с помощью очень специализированной клетки, называемой гетероцистой.

Применение N2-фиксирующих цианобактерий в качестве потенциального источника N2-биоудобрения в полевых условиях действует как альтернатива обычно используемым органическим и химическим удобрениям.

Негативное воздействие сине-зеленых водорослей в почве

В некоторых случаях сине-зеленые водоросли могут образовывать цветение водорослей, выделяя токсины в почву, которые прямо или косвенно влияют на растительность.

Потеря большого количества сообщества цианобактерий в почве влияет на сообщества бактерий, поскольку вызывает недостаток кислорода.

Вирусы в почве

Что такое вирусы?

Вирусы - это генетические элементы, которые могут реплицироваться независимо от хромосом клетки, но не независимо от самих клеток.

Вирусы меньше бактерий и имеют размер от 20 до 30 нм в диаметре. Вирусы являются облигатными паразитами бактерий, грибов, насекомых, растений и животных, населяющих почву.

Вирусы могут действовать как спящие структуры или частицы, которые могут выживать в течение длительного периода в разных средах обитания.

Поскольку вирусы являются облигатными паразитами, их можно найти в любой точке мира, где есть жизнь.

Примеры вирусов, обнаруженных в почве

Вирусы являются наиболее распространенными биологическими объектами на нашей планете и превышают количество клеточных организмов в морских и почвенных средах обитания.

По оценкам, концентрация вирусов в почве составляет 10 9 вирусных частиц на грамм сухого веса.

Большинство почвенных вирусов представляют собой хвостатые бактериофаги, которые предпочитают заболоченную лесную почву более сухим сельскохозяйственным почвам.

Некоторые из распространенных вирусов, обитающих в почве, включают небольшие сферические вирусные частицы, похожие по размеру на одноцепочечные (ss) РНК, содержащие бактериофаги семейства Leviviridae или некоторые вирусы растений, и более крупные сферические вирусы, похожие на двухцепочечные (ds) ДНК, содержащие вирусы семейств Partitiviridae, Chrysoviridae и Totiviridae.

Разнообразные вирусы семейств Myoviridae, Siphoviridae и Podoviridae с геномами размером от 45 до 270 кб обнаружены в поверхностных песках пустыни Сахара.

Почвы действуют как резервуары вирусов, но они, вероятно, не являются полностью статичными резервуарами, поскольку, по крайней мере, некоторые вирусы, по-видимому, легко перемещаются между средами.

Положительное воздействие вирусов в почве

Основным способом благотворного действия вирусов в почвах является перенос генов между микробными хозяевами путем горизонтального переноса генов. Перенос генов позволяет передавать полезные характеристики между различными сообществами.

Другой способ, которым вирусы в почве могут принести потенциальную пользу растениям, заключается в заражении патогенных для растений организмов.

Вирусы различных микробов в почве как патогены играют важную роль в регулировании популяционной структуры их микробных хозяев.

Вирусные популяции могут также выступать в качестве резервуаров генов, участвующих во всех биохимических функциях их микробных хозяев, и путем рекомбинации между собой во время сопутствующих инфекций могут быть источником новых вариантов генов.

Негативное воздействие вирусов в почве

Среди вирусного сообщества в почве четко выражены патогены растений, которые попадают в растение механическим путем, переносчики нематод или грибковые переносчики.

Вирусы также влияют на другие микробные сообщества бактерий, грибов и простейших, которые вызывают дисбаланс в биотическом компоненте почвы.

Вирусы могут даже влиять на физические и химические свойства почвы, воздействуя на биотические и абиотические компоненты почвы.