Бактерии-паразиты и их взаимодействие с окружающим миром. Бактерии и растения

Бактерии | Биология

Бактерии — одни из самых древних организмов на Земле. Несмотря на простоту своего строения, они живут во всех возможных средах обитания. Больше всего их насчитывается в почве (до нескольких миллиардов бактериальных клеток на 1 грамм почвы). Много бактерий в воздухе, воде, пищевых продуктах, внутри тел и на телах живых организмов. Бактерии были обнаружены в тех местах, где другие организмы жить не могут (на ледниках, в вулканах).

Обычно бактерия - это одна клетка (хотя бывают колониальные формы). Причем эта клетка очень мелкая (от долей мкм до нескольких десятков мкм). Но главной особенностью бактериальной клетки является отсутствие клеточного ядра. Другими словами, бактерии принадлежат прокариотам.

Бактерии бывают подвижными и неподвижными. В случае неподвижных форм передвижение осуществляется с помощью жгутиков. Их может быть несколько, а может быть только один.

Клетки разных видов бактерий могут сильно отличаться между собой по форме. Бывают шаровидные бактерии (кокки), палочковидные (бациллы), похожие на запятую (вибрионы), извитые (спирохеты, спириллы) и др.

Строение бактериальной клетки

У клеток многих бактерий имеется слизистая капсула. Она выполняет защитную функцию. В частности, защищает клетку от высыхания.

Как и у клеток растений, у бактериальных клеток есть клеточная стенка. Однако, в отличие от растений, ее строение и химический состав несколько иной. Клеточная стенка состоит из слоев сложного углевода. Ее строение таково, что позволяет проникать различным веществам внутрь клетки.

Под клеточной стенкой находится цитоплазматическая мембрана.

Бактерии относятся к прокариотам, так как в их клетках нет оформленного ядра. Они не имеют и хромосом, характерных для клеток эукариот. В состав хромосомы входит не только ДНК, но и белок. У бактерий же их хромосома состоит только из ДНК и представляет собой кольцевую молекулу. Такой генетический аппарат бактерий называется нуклеоид. Нуклеоид находится прямо в цитоплазме, обычно в центре клетки.

У бактерий нет настоящих митохондрий и ряда других клеточных органелл (комплекса Гольджи, эндоплазматической сети). Их функции выполняют впячивания клеточной цитоплазматической мембраны. Такие впячивания называются мезосомами.

В цитоплазме есть рибосомы, а также различные органические включения: белки, углеводы (гликоген), жиры. Также клетки бактерий могут содержать различные пигменты. В зависимости от наличия тех или иных пигментов или их отсутствия, бактерии могут быть бесцветными, зелеными, пурпурными.

Питание бактерий

Бактерии возникли на заре формирования жизни на Земле. Именно они «открыли» различные способы питания. Лишь потом, с усложнением организмов, четко выделились два крупных царства: Растения и Животные. Они отличаются между собой в первую очередь по способу питания. Растения являются автотрофами, а животные — гетеротрофами. У бактерий же встречаются оба типа питания.

Питание — это способ получения клеткой или организмом необходимых органических веществ. Их можно получить из вне или синтезировать самостоятельно из неорганических веществ.

Автотрофные бактерии

Автотрофные бактерии синтезируют органические вещества из неорганических. Процесс синтеза требует энергии. В зависимости от того, откуда автотрофные бактерии получают эту энергию их делят на фотосинтезирующие и хемосинтезирующие.

Фотосинтезирующие бактерии используют энергию Солнца, улавливая его излучение. В этом они сходны с растениями. Однако, если у растений в процессе фотосинтеза выделяется кислород, то у большинства фотосинтезирующих бактерий он не выделяется. То есть бактериальный фотосинтез анаэробен. Также зеленый пигмент бактерий отличается от аналогичного пигмента растений и называется бактериохлорофиллом. У бактерий нет хлоропластов. В основном фотосинтезирующие бактерии обитают в водоемах (пресных и соленых).

Хемосинтезирующие бактерии для синтеза органических веществ из неорганических используют энергию различных химических реакций. Энергия выделяется не во всех реакциях, а только в экзотермических. Некоторые такие реакции протекают в бактериальных клетках. Так в нитрифицирующих бактериях протекает реакция окисления аммиака в нитриты и нитраты. Железобактерии окисляют закисное железо в окисное. Водородные бактерии окисляют молекулы водорода.

Гетеротрофные бактерии

Гетеротрофные бактерии не способны синтезировать органические вещества из неорганических. Поэтому вынуждены получать их из окружающей среды.

Бактерии, питающиеся органическими остатками других организмов (в том числе мертвыми телами), называются бактериями-сапрофитами. По-другому их называют бактериями гниения. Таких бактерий много в почве, где они разлагают перегной до неорганических веществ, которые впоследствии используются растениями. Молочнокислые бактерии питаются сахарами, превращая их в молочную кислоту. Маслянокислые бактерии разлагают органические кислоты, углеводы, спирты до масляной кислоты.

Клубеньковые бактерии живут в корнях растений и питаются за счет органических веществ живого растения. Однако они связывают азот из воздуха и обеспечивают им растение. То есть в данном случае имеет место симбиоз. Другие гетеротрофные бактерии-симбионты обитают в пищеварительном аппарате животных, помогая переваривать пищу.

Существует много бактерий-паразитов. Такие бактерии живут в других живых организмах, питаются за их счет и наносят вред организму-хозяину.

Дыхание бактерий

В процессе дыхания происходит разрушение органических веществ с высвобождением энергии. Эта энергия в последствии тратится на различные процессы жизнедеятельности (например, на движение).

Эффективным способом получения энергии является кислородное дыхание. Однако некоторые бактерии могут получать энергию без кислорода. Таким образом, существуют аэробные и анаэробные бактерии.

Аэробным бактериям необходим кислород, поэтому они обитают в местах, где он есть. Кислород участвует в реакции окисления органических веществ до углекислого газа и воды. В процессе такого дыхания бактерии получают относительно большое количество энергии. Такой способ дыхания характерен для подавляющего числа организмов.

Анаэробные бактерии не нуждаются в кислороде для дыхания, поэтому могут обитать в бескислородной среде. Энергию они получают за счет реакции брожения. Данный способ окисления малоэффективен.

Размножение бактерий

В большинстве случаев для бактерий характерно размножение путем деления их клетки надвое. Перед этим происходит удвоение кольцевой молекулы ДНК. Каждая дочерняя клетка получает одну из этих молекул и, следовательно, является генетической копией материнской клетки (клоном). Таким образом, для бактерий характерно бесполое размножение.

В благоприятных условиях (при достаточном количестве питательных веществ и благоприятных условиях окружающей среды) бактериальные клетки делятся очень быстро. Так от одной бактерии за сутки могут образоваться сотни миллионов клеток.

Хотя бактерии размножаются бесполым путем, в ряде случаев у них наблюдается так называемый половой процесс, который протекает в форме конъюгации. При конъюгации две разные бактериальные клетки сближаются, между их цитоплазмами устанавливается связь. Части ДНК одной клетки переходят во вторую, а части ДНК второй клетки - в первую. Таким образом, при половом процессе у бактерий происходит обмен генетической информации. Иногда при этом бактерии обмениваются не участками ДНК, а целыми молекулами ДНК.

Споры бактерий

Подавляющее большинство бактерий в неблагоприятных условиях образуют споры. Споры бактерий — это в основном способ переживания неблагоприятных условий и способ расселения, а не способ размножения.

При образовании споры цитоплазма бактериальной клетки сжимается, а сама клетка покрывается плотной толстой защитной оболочкой.

Споры бактерий сохраняют жизнеспособность в течении длительного времени и способны переживать очень неблагоприятные условия (крайне высокие и низкие температуры, высыхание).

Когда спора попадает в благоприятные условия, то происходит ее набухание. После этого защитная оболочка сбрасывается, и появляется обычная бактериальная клетка. Бывает, что при этом происходит деление клетки, и образуется несколько бактерий. То есть спорообразование сочетается с размножением.

Значение бактерий

Огромна роль бактерий в круговороте веществ в природе. В первую очередь это относится к бактериям гниения (сапрофитам). Их называют санитарами природы. Разлагая остатки растений и животных, бактерии превращают сложные органические вещества в простые неорганические (углекислый газ, воду, аммиак, сероводород).

Бактерии повышают плодородие почвы, обогащая ее азотом. В нитрифицирующих бактериях протекают реакции, в процессе которых из аммиака образуются нитриты, а из нитритов — нитраты. Клубеньковые бактерии способны усваивать атмосферный азот, синтезируя азотистые соединения. Они живут в корнях растений, образуя клубеньки. Благодаря этим бактериям, растения получают необходимые им азотистые соединения. В основном в симбиоз с клубеньковыми бактериями вступают бобовые растения. После их отмирания почва обогащается азотом. Это нередко используется в сельском хозяйстве.

В желудке жвачных животных бактерии разлагают целлюлозу, что способствует более эффективному пищеварению.

Велика положительная роль бактерий в пищевой промышленности. Многие виды бактерий используются для получения молочнокислых продуктов, сливочного масла и сыра, квашения овощей, а также в виноделии.

В химической промышленности бактерии используются при получении спиртов, ацетона, уксусной кислоты.

В медицине с помощью бактерий получают ряд антибиотиков, ферментов, гормонов и витаминов.

Однако бактерии могут приносить и вред. Они не просто портят продукты питания, но своими выделениями делают их ядовитыми.

Существуют бактерии-паразиты. Бактериальными болезнями являются тиф, чума, ангина, туберкулез, столбняк и многие другие. Люди заражают друг друга не только при контакте, но и через воду, окружающие предметы. Споры болезнетворных бактерий могут долго сохранять жизнеспособность, переживать весьма неблагоприятные условия. Поэтому проводятся различные мероприятия, направленные на уничтожение болезнетворных бактерий и их спор: химическая и ультрафиолетовая обработка помещений, проветривание, пастеризация, кипячение, стерилизация. От многих бактериальных болезней уже изобретены предохранительные прививки. Однако главной защитой является личная гигиена.

biology.su

живая природа: роль бактерий в жизни растений

Услышав что-нибудь о бактериях, человек начинает представлять нечто вредное для здоровья. У многих бактерии ассоциируются исключительно с грязными руками или заболеваниями. Однако без этих организмов невозможно представить полноценное функционирование живой природы и ее составляющих – растений, животных, грибов, ведь бактерии играют свою исключительную роль.

Роль почвенных бактерий

Суть

Бактерии – это самые древние обитатели планеты Земля. Согласно исследованиям ученых, они являются первыми живыми организмами. Еще три с половиной миллиарда лет назад Землю населяли исключительно бактерии. Затем уже появились привычные для человека растения и животные.

Первые микроорганизмы имели весьма упрощенную структуру. Хотя по сей день представители некоторых их групп не развились под влиянием эволюции. Такую тенденцию можно увидеть на примере бактерий, которые населяют ил рек и озер, а также серные источники.

Если человек, не имеющий отношения к науке, увидит представителей многих видов групп бактерий, он обратит внимание на их яркий окрас.

Форма

В живой природе обитают бактерии самой разнообразной формы:

1. Кокки имеют форму шара.
2. Бациллы по внешнему виду напоминают палку.
3. Вибрионы круглые, с небольшим отростком.
4. Спириллы получили свое название из-за формы спирали.
5. Стрептококки соединены в цепочку.
6. Стафилококки подобны гроздям винограда.
7. Диплококки обитают в виде пар.

Передвижение

Все группы бактерий можно классифицировать в зависимости от их подвижности. В природе передвигающиеся микроорганизмы совершают движения с помощью жгутиков, представляющих закрученные нити. Некоторые бактерии сокращаются, что является толчком к их передвижению. Также организмы могут скользить. В этом им помогает наружный слой слизи.

Где они обитают

Бактерии имеют примитивную структуру, чем и объясняется их высокий уровень приспособляемости к условиям окружающей среды. Если задаться целью, эти живые организмы можно обнаружить везде – в подземных водах, грунте, песке и в источниках полезных ископаемых. Микроорганизмы ведут жизнедеятельность на поверхности растений, в организме человека и животных.

Если анализировать жизнеспособность всех существ живой природы, бактерии можно смело назвать самыми стойкими, ведь они приспосабливаются как к экстремально низким, так и высоким температурам, которые фиксируются в природе.

Как они питаются

• сапрофиты;
• паразиты;
• симбионты.

Сапрофиты в природе питаются продуктами разложения. Они направляют свои ферменты в гниль или мертвечину, после чего поглощают растворенный в ферментах продукт.

Симбионты поселяются на других живых организмах и создают благоприятное сосуществование. Такие бактерии участвуют в формировании корневой системы некоторых растений, а последние, в свою очередь, являются источником углеводов для микроорганизмов.

Организмы-паразиты обитают на других живых организмах (растениях, животных, грибах). Но такое сосуществование вредит организму, который заселен бактериями.

Распространение в природе

Если бы не было примитивных форм жизни, планета Земля и ее природа за считанные годы превратилась бы в огромную свалку из мертвых растений, животных и людей.

Микроорганизмы играют важную роль в формировании грунта, без которого не могут существовать различные растения, в том числе и те, которые употребляются в пищу людьми и животными. Для образования грунта необходимы мертвые частицы листьев, которые ежегодно опадают осенью. Примитивные формы жизни участвуют в процессе их распада. Особенно высока концентрация сапрофитов в почве лесов с лиственными и хвойными растениями. Микроорганизмы перерабатывают перегной в минералы, необходимые для жизнедеятельности растительных организмов.

Вода

Вода – это среда природы, условия которой являются благоприятными для жизнедеятельности и развития разных групп бактерий. Чем больше питательных веществ в воде, тем выше концентрация микроорганизмов в ней. Простые формы жизни селятся преимущественно в реках и озерах, особенно в их прибрежных зонах. По мере увеличения глубины водоемов концентрация бактерий снижается. Самая высокая концентрация разных групп микроорганизмов обнаружена в иле.

Микробы являются природными очистителями водоемов, так как участвуют в разрушении органического мусора, попавшего в воду. Однако бывает и в корне противоположное явление в природе – микроорганизмы провоцируют цветение водоема. Такая ситуация угрожающая для живых организмов (рыбы, растений, моллюсков), проживающих в воде.

Воздух

В воздушной среде фиксируется меньшая концентрация микроорганизмов, так как они не получают здесь необходимых для жизнедеятельности веществ. Чем чище воздух, тем меньше в нем бактерий, особенно это касается загородной и лесистой местности.

Микроорганизмы перемещаются в толще воздуха на пылинках. Поэтому высокая их концентрация наблюдается в зонах развитой промышленности.

Человек

Человеческий организм не может быть стерильным. В противном случае в нем не будут происходить жизненно важные процессы, к примеру, переваривание пищи. Наивысшая концентрация полезных микробов наблюдается в кишечнике, ротовой полости, на кожных покровах и половых органах. В нормально функционирующем желудке, печени, мозге, сердце, легких микроорганизмов нет. Однако их появление может обуславливаться некоторыми инфекционными заболеваниями.

При дефиците полезных микроорганизмов организм человека сталкивается с таким заболеванием, как дисбактериоз.

Химия

Микроорганизмы участвуют во многих химических реакциях, происходящих в живой природе. Бактерии участвуют в круговороте следующих веществ:

• азота;
• углерода;
• серы;
• железа.

Благодаря микроорганизмам, участвующим в молочном брожении, человечество знает такие продукты питания, как сыр, творог, кефир, йогурт.

Примечательным является то, что на жизнедеятельность самых простых форм жизни не могут повлиять даже атомные взрывы и ядерная зима.

probakterii.ru

паразиты - организмы, вызывающие заболевания у человека, животных и растений

Микроорганизмы многообразны и по-разному влияют на окружающий мир. Одни виды имеют огромное практическое значение для производственной сферы, другие играют не последнюю роль в жизнедеятельности других организмов, принося им пользу или вред. Ведь причиной большинства болезней растений, животных, людей являются вирусы, простейшие, грибы и бактерии-паразиты.

Взаимодействие микроорганизмов с окружающей средой

Различные типы бактерий по-разному влияют на окружающий мир. Одни приносят неоспоримую пользу, другие – вред.

По типу взаимодействия с окружающим миром микробы подразделяют на:

1. Симбионты, живущие во взаимовыгодном сотрудничестве с другими живыми организмами. Особое практическое значение имеют клубеньковые бактерии, которые живут в корнях бобовых культур, выделяют азот. Таким образом удобряя почву. Большая часть бактерий, составляющая нормальную микрофлору человека, не дает размножаться патогенным бактериям.
2. Сапрофитами называют вирусы, бактерии, грибы, простейшие, основная пища которых – отмершие органические остатки. Само название в переводе с греческого языка означает sapros – гнилой, phyton – растение. К ним относятся бактерии брожения (молочнокислые, уксуснокислые и др.). Такие микроорганизмы имеют огромное значение для производственной сферы. Сапрофиты могут приносить пользу и вред. Например, бактерии брожения используются в производстве. С их помощью изготавливают молочнокислую продукцию, уксус, спиртные напитки. Гнилостные бактерии приносят вред, так как являются причиной порчи продуктов питания. Сапрофиты способствуют возникновению болезней у растений.
3. Паразиты, название с греческого языка переводится как «нахлебник». К ним относятся вирусы, некоторые виды бактерий, грибов, простейших. Это своеобразные хищники, которые питаются органическими веществами, синтезируемыми другими организмами. Изучение жизнедеятельности паразитов имеет огромное значение для лечения различных болезней у растений, животных и человека.

Важно знать! Большая часть паразитирующих бактерий опасна тем, что ферменты, выделяемые в процессе жизнедеятельности бактерий, вызывают интоксикацию.

Патогенность микроорганизмов

Паразитирующие виды бактерий по степени влияния на человека разделяют на:

• безопасные;
• условно патогенные;
• патогенные;
• чрезвычайно опасные.

К безопасным видам микроорганизмов относят такие бактерии и вирусы, которые не вызывают заболеваний у человека. Хотя могут стать причиной болезни растений и животных.

Условно безопасные бактерии чаще всего это симбионты и сапрофиты, которые в обычных условиях не вызывают заболеваний. Но при влиянии определенных факторов (слабый иммунитет, переохлаждение, быстрое размножение непатогенной микрофлоры) представители этой группы становятся причиной болезни. К ним относят хеликобактер, энтеробактерии, псевдомонады, кампилобактерии.

Патогенные, их еще называют болезнетворные, бактерии вызывают различные заболевания (ангина, ОРЗ и другие легко поддающиеся лечению). К этой группе микроорганизмов относятся различные виды кокков, бацилл.

Чрезвычайно опасные бактерии способны за короткое время привести к смерти человека. Могут стать причиной эпидемических, пандемических вспышек заболеваний. К ним относятся возбудители ботулизма, столбняка, холеры.

Важно знать! Источником чрезвычайно опасных болезней зачастую являются животные (рыбы, грызуны, птицы и даже домашние любимцы).

Существование микроорганизмов вне хозяина

Многие типы бактерий могут вызывать заболевания различной степени тяжести у растений, животных и человека. При этом существует особый тип микроорганизмов – внутриклеточные паразиты, которые не могут существовать вне другого организма. Со смертью хозяина погибают сами. Другие могут не только существовать без хозяина, но и в процессе жизнедеятельности менять их. Поэтому патогенные микроорганизмы подразделяют на:

• облигатные паразиты, внутриклеточные;
• факультативные.

Облигатные паразиты получили такое название, потому что существуют только внутри клетки. К этой группе инфекций относятся риккетсии, вирусы, некоторые простейшие. Внутриклеточные паразиты зависят от другого организма и не могут существовать без него.

Ретровирус

Факультативные паразиты могут существовать вне хозяина. В отличие от внутриклеточных они могут сами синтезировать органические вещества или же впадать в анабиоз. В это время у них прекращается вся жизнедеятельность, они капсулируются – покрываются специальной оболочкой. Попадая в организм хозяина, они начинают активно размножаться.

Важно знать! Внутриклеточные паразиты, такие как вирусы и риккетсии, встраиваются в клетку хозяина. В результате она начинает вырабатывать только те вещества, которые необходимы для роста и размножения микроорганизмов.

Источники заражения

Бактерии вызывающие различные заболевания, могут передаваться не только от человека человеку, но и переноситься различными животными.

Существуют такие пути заражения:

1. Антропонозный – заболевание передается от одного человека другому.
2. Зоонозный. Источник заболевания – животные (рыбы, птицы, млекопитающие).
3. Протозоозный – возбудители заболевания передаются насекомыми и членистоногими.

Некоторые ученые выделили особый вид источников заражения, который называют сапронозным. К ним относят инфекции, которые обитают на неживых объектах.

Важно знать! Вирусы, бактерии, вызывающие заболевания у флоры, человеку не передаются, Но употребление в пищу больных растений может привести к сильному отравлению.

Паразитирующие виды бактерий – источник самых различных болезней растений, животных и человека. Даже непатогенные микроорганизмы при определенных обстоятельствах могут причинить непоправимый вред здоровью.

probakterii.ru

Взаимодействие микроорганизмов и растений

Роль микроорганизмов в жизни растений

Микроорганизмы в жизни растений выполняют функцию средообразования и общего питания. Они осуществляют разложение и минерализацию растительных остатков и органического вещества в целом, высвобождая и возвращая в почву минеральные элементы, необходимые для роста растений, а в атмосферу – CO2 некоторые другие газы. Микроорганизмы продуцируют стимуляторы роста и токсические для растения вещества и др. Микроорганизмы фактически создают почву.

Бактерии играют ключевую роль в обеспечении экосистем азотом. Активными и наиболее изученными азотфиксаторами являются симбиотические азотфиксирующие бактерии, особенно представители рода Rhizobium, Bradyrhizobium и Azospirillum. Существенную роль микроорганизмы, а именно грибы, играют и в обеспечении растений фосфором. Грибами обрастают корни растений с образованием микоризы. Ризосферные микроорганизмы могут оказывать и прямое защитное действие одних растений относительно других.

Существуют бактерии – стимуляторы роста. Это, например, некоторые штаммы бактерий рода Pseudomonas, которые защищают растения от заморозков, предотвращая кристаллообразование на наземных частях растения при кратковременном резком понижении температуры. Представители рода Bacillus, Agrobacterium и Pseudomonas являются «поставщиками» биоконтролирующих агентов.

Микроорганизмы оказывают на растения и много негативных воздействий. Кроме прямого паразитизма микроорганизмов на растениях имеют место и опосредованные негативные воздействия, например создание микроорганизмами анаэробиоза в переувлажнённых почвах. Если такие почвы богаты к тому же органическим веществом, то иногда имеет место массовое развитие сульфатредуцирующих бактерий, один из продуктов метаболизма которых – сероводород, крайне ядовитый для всего живого.

Роль растений в жизни микроорганизмов

Растения являются источниками питания для микроорганизмов, в первую очередь для гетеротрофных организмов, и для аэробных, и для анаэробных.

Микроорганизмы используют растения в качестве источника питания как пассивно, так и активно, паразитируя на них и часто приводя к гибели, т.е. растения, являются также частично и средой обитания для микроорганизмов. Растения оказывают какое-то селектирующее влияние на окружающее его и находящееся на нём микробное сообщество.

Растения осуществляют физическую защиту микроорганизмов, а также участвуют в их распространении. Во время роста растений имеет место физический перенос микроорганизмов как вглубь почвы, так и на поверхность, в надпочвенное пространство, и, следовательно, служат переносчиками (векторами) для микроорганизмов. При поедании растений животными разного уровня организации микроорганизмы попадают в желудочно-кишечный тракт этих животных. Часть микроорганизмов погибает, а часть с экскрементами опять попадает на поверхность растений и почву. Поэтому можно говорить о цикле микроорганизмов, где растения исполняют роль и переносчиков, и субстратов одновременно.

Микробно-растительные взаимодействия при росте и развитии растений

Логично начать с прорастания семян в почве. Однако семена растений, попадающие в почву, уже заселены микроорганизмами, т. е. микробно-растительные отношения начинаются гораздо раньше. Очень часто микроорганизмы уже находятся внутри созревшего семени. Потенциально семя растения может нести на (в) себе бактериальные клетки, их эндоспоры или цисты, конидиеспоры и / или обрывки гиф актиномицетов, обрывки мицелия грибов, цисты простейших, а также яйца нематод и вирусы. Численность микроорганизмов варьирует и зависит от географических и климатических факторов и др. Важную роль в контаминации поверхности семян, способности удерживаться на их поверхности играют такие характеристики микроорганизмов, как размеры и морфология, структура поверхности клеток, способность к длительному выживанию при обезвоживании, при воздействии света и т.д.

На поверхности и в покровах, а также в тканях разных семян можно обнаружить бактерии, принадлежащие к родам Agrobacterium, Arthrobacter, Bacillus, Burkholderia, Clavibacter, Clostridium, Curtobacterium, Erwinia, Pseudomonas, Rhizobacter, Rhizomonas, Streptomyces, Xanthomonas и др., Грибы родов: Acremonium, Alternaria, Aspergillus, Botrytis, Fusarium, Gibberella, Penicillium, Perenospora, Phoma, Phitophthora, Ustilago, Verticillium и др.

В семени растений, даже находящихся в состоянии глубокого покоя, протекают процессы метаболизма и, следовательно, происходят обменные процессы с окружающей средой.

При попадании в благоприятные условия влажности и температуры семя растения набухает и прорастает. При этом происходят соответствующие Молекулярно-генетические и физико-биохимические процессы. Влажность и температура оказывают соответствующее действие и на микроорганизмы, находящиеся на поверхности семени. Однако основное действие на микробное сообщество поверхности семян оказывает «выброс» органических веществ из набухающего и прорастающего семени. Концентрация и состав таких веществ вида специфичны.

Микробно-растительные взаимодействия в ризосфере и ризоплане

Прорастающее и развивающееся из семени в почве растение сталкивается с различными микроскопическими биологическими объектами. Будущее растение контактирует с ними как формирующейся корневой системой, так и стеблем, пока проростком. Корень контактирует с неспецифическими для него микроорганизмами, т. е. такими, контакт с которыми не приводит к его инфицированию, и со специфическими, инфицирующими корень микроорганизмами. Среди инфицирующих имеются непатогенные (клубеньковые бактерии, микоризные, эндо- и эктомикоризные грибы) и типичные патогенны.

Совокупность корневой системы с почвой представляет собой сложную экологическую нишу, заселенную полезными, вредными и нейтральными для растений микроорганизмами].

Пространство и почву, окружающие формирующийся корень, называют ризосферой. Считается, что первое определение понятия ризосферы было дано Хилтнером в 1904 году. В настоящее время под ризосферой понимают пространство вокруг корня от 0 до 2-8 мм в диаметре, в котором имеет место более обильное развитие микроорганизмов из-за стимулирования их роста корневыми выделениями, а в более широком смысле – корневыми депозитами. Пространство ризосферы иногда называют ещё эндоризосферой, включая в это понятие и ткани самого корня в противовес ризоплане, под которой подразумевают только то, что находится непосредственно на поверхности корня и прикреплено к корню. Корневые экссудаты представляют собой низкомолекулярные органические вещества, продукты фотосинтеза и метаболизма (сахара, органические и аминокислоты, спирты, гормоны, витамины и др.). Эти вещества «вытекают» из зоны растяжения корня в процессе его роста и развития.

Корневые ризодепозиты включают не только экссудаты, но и все другие вещества – высокополимерные слизи полисахаридной и белковой природы, ферменты, отмирающие и слущивающиеся поверхностные клетки с их содержимым, куски тканей, корневой чехлик, корневые волоски, летучие органические вещества и др. В виде ризодепозитов растение теряет более 30-40% продуктов фотосинтеза.

Имеет место и чисто механическое воздействие растущего корня на окружающую его эконишу.

Активная секреция клетками корня различных веществ обеспечивает питательными субстратами микроорганизмы, образующие с ним прочные ассоциации как внутри корневых тканей, так и на корневой поверхности (ризоплане), а также в почве, непосредственно окружающей корни (ризосфере). В связи с этим в ризосфере и ризоплане в значительных количествах концентрируются бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли и нематоды, существенно превышая количество этих же организмов в обычной почве. Одной из характеристик ризосферы различных растений, отражающей ее заселенность микроорганизмами, является количественное отношение R / S (rhizosphera / soil – ризосфера / почва). Величина R / S показывает, во сколько раз количество микроорганизмов определенной таксономической группы в ризосфере данного растения превышает количество этих микроорганизмов в почве. Для большинства бактерий величина R / S колеблется от 2 до 25. В ризосфере в отличие от свободной от корней почвы доминируют грамотрицательные бактерии, причем преобладают флуоресцирующие бактерии рода Pseudomonas. Некоторые штаммы бактерий Pseudomonas putida, P. Fluorescens, P. aureofaciens (chlororaphis), P. corrugata и др. способствуют значительному улучшению роста и развития растений. В настоящее время бактерии, обладающие совокупностью полезных для растений свойств, принято обозначать как PGPR (от Plant Growth-Promoting Rhizobacteria - ризобактерии, способствующие росту растений)].

Феномен более высокой плотности микроорганизмов вокруг корня за счёт потребления экссудатов и ризодепозитов называется ризосферным эффектом. Численность микроорганизмов в ризосфере может превышать их численность в окружающей почве от нескольких % до десятков % и даже на порядок.

Общая численность микроорганизмов зависит от типа почвы, растения и др. факторов.

biofile.ru

Все, что нужно знать о бактериях

В этот самый момент, человек, когда ты читаешь эти строки, ты получаешь пользу от работы бактерий. От кислорода, который мы вдыхаем, до питательных веществ, которые извлекает желудок из еды, нам нужно благодарить бактерий за процветание на этой планете. В нашем организме микроорганизмов, включая бактерий, больше, чем наших собственных клеток примерно в десять раз. По сути, мы больше микробы, чем люди.

Только недавно мы начали понемногу понимать микроскопические организмы и их влияние на нашу планету и здоровье, но история показывает, что много веков назад наши предки уже использовали мощь бактерий, ферментируя продукты питания и напитки (кто-нибудь слышал о хлебе и пиве?).

В 17 веке мы начали изучать бактерий уже непосредственно в наших телах в тесной связи с нами — во рту. Любопытство Антони ван Левенгука позволило обнаружить бактерии, когда он изучал бляшку между его собственными зубами. Ван Левенгук поэтически описал бактерий, обозначив бактериальную колонию на своих зубах как «немного белого вещества, похожего на застывшее тесто». Разместив образец под микроскопом, ван Левенгук увидел, что микроорганизмы движутся. Так они живые!

Вы должны знать, что бактерии сыграли важнейшую роль для Земли, став ключевым моментом в создании пригодного для дыхания воздуха и биологического богатства планеты, которую мы зовем домом.

В этой статье мы предоставим вам общую картину об этих крошечных, но очень влиятельных микроорганизмах. Мы рассмотрим хорошие, плохие и совершенно причудливые способы, которыми бактерии формируют историю человека и окружающей среды. Для начала рассмотрим, чем бактерии отличаются от других видов жизни.

Основы бактерий

Что ж, если бактерии незаметны невооруженному глазу, откуда мы можем знать так много о них?

Ученые разработали мощные микроскопы, чтобы взглянуть на бактерий — их размеры варьируются от одного до нескольких микрон (миллионной части метра) — и выяснить, как они соотносятся с другими формами жизни, растениями, животными,  вирусами и грибками.

Как вы, возможно, знаете, клетки — это строительные кирпичики жизни, из них состоят и ткани нашего тела, и дерево, которое растет за окном. Люди, животные и растения обладают клетками с генетической информацией, заключенной в мембране под названием ядро. Эти типы клеток, которые называются эукариотическими, обладают специальными органеллами, каждая из которых выполняет уникальную работу, помогая клетке работать.

Бактерии, однако, не имеют ядер, и их генетический материал (ДНК) свободно плавает внутри клетки. У этих микроскопических клеток нет органелл и они обладают другими методами воспроизводства и передачи генетического материала. Бактерии считаются прокариотическими клетками.

Основные категории бактерий ученые оценивают по следующим параметрам:

• Выживают ли бактерии в среде с кислородом или без
• Их форма: палочки (bacillus), круги (cocci) или спирали (spirillum)
• Являются ли бактерии грамотрицательными или грамположительными, то есть обладают ли внешней защитной мембраной, препятствующей окрашиванию внутренностей клетки
• Как бактерии перемещаются и изучают окружающую среду (у многих бактерий есть жгутики, крошечные плетевидные структуры, которые позволяют им передвигаться в среде)

Микробиология — наука о всех типах микробов, включая бактерии, археи, грибы, вирусы и простейшие — позволяет отличать бактерии от их микробных братьев.

Похожие на бактерии прокариоты, ныне классифицирующиеся как археи, когда-то были вместе с бактериями, но когда ученые узнали о них больше, они предоставили бактериям и археям собственные категории.

Микробное питание (и миазма)

Как и людям, животным и растениям, бактериям нужна пища для выживания.

Некоторые бактерии — автотрофы — используют основные ресурсы вроде солнечного света, воды и химических веществ из окружающей среды для создания пищи (подумайте о цианобактериях, которые превращали солнечный свет в кислород в течение 2,5 миллионов лет). Другие бактерии ученые называют гетеротрофами, потому что они черпают энергию из существующих органических веществ в качестве пищи (к примеру, мертвые листья на лесной почве).

Правда в том, что то, что может быть вкусным для бактерий, будет нам противно. Они развивались, чтобы поглощать все типы продуктов, от разливов нефти и побочных продуктов ядерного распада до человеческих отходов и продуктов разложения.

Но склонность бактерий к конкретному источнику питания может принести пользу обществу. К примеру, специалисты по искусствам из Италии обратились к бактериям, которые могут поедать избыточные слои соли и клея, снижающие долговечность бесценных художественных произведений. Умение бактерий перерабатывать органические вещества также очень полезно для Земли, как в почве, так и в воде.

Исходя из ежедневного опыта, вы хорошо знакомы с запахом, который вызывают бактерии, поглощающие содержимое вашей мусорной корзины, перерабатывая остатки пищи и испуская собственные газообразные побочные продукты. Однако этим все не ограничивается. Вы также можете обвинить бактерии в том, что они вызывают эти неловкие моменты, когда вы сами испускаете газы.

Одна большая семья

Бактерии растут и образуют колонии, когда выпадает шанс. Если еда и экологические условия являются благоприятными, они размножаются и образуют липкие скопления, так называемые биопленки, чтобы выжить на разных поверхностях — от горных пород до зубов вашего рта.

У биопленок есть свои плюсы и минусы. С одной стороны, они взаимовыгодны природным объектам (мутуализм). С другой же — они могут быть серьезной угрозой. К примеру, врачи, которые лечат пациентов с медицинскими имплантатами и устройствами, серьезно озабочены биопленками, поскольку они представляют собой этакую недвижимость для бактерий. После колонизации биопленки могут вырабатывать побочные продукты, которые токсичны — а иногда и смертельны — для человека.

Как и люди в городах, клетки в биопленке сообщаются друг с другом, обмениваются информацией о продуктах питания и потенциальной опасности. Но вместо того, чтобы звонить соседям по телефону, бактерии отправляют записки с помощью химических веществ.

Также бактерии не боятся жить самостоятельно. Некоторые виды разработали интересные способы, чтобы выживать в суровых условиях. Когда еды больше нет, а условия становятся невыносимыми, бактерии консервируют себя, создавая жесткую оболочку — эндоспору, которая помещает клетку в состояние покоя и сохраняет генетический материал бактерии.

Ученые находят бактерии в таких временных капсулах, которые хранились и 100, и даже 250 миллионов лет. Это говорит о том, что бактерии могут самостоятельно храниться в течение длительного времени.

Теперь, когда мы знаем, какие возможности предоставляют колонии бактериям, давайте разберемся, как они попадают туда — путем деления и размножения.

Размножение бактерий

Как бактерии создают колонии? Как и другим формам жизни на Земле, бактериям нужно самокопироваться, чтобы выживать. Другие организмы делают это путем полового размножения, но не бактерии. Но сначала давайте обсудим, почему разнообразие — это хорошо.

Жизнь проходит естественный отбор, ну или селективные силы определенной среды позволяют одному типу процветать и размножаться больше, чем другому. Возможно, вы помните, что гены — это механизм, который инструктирует клетку, что ей делать, и определяет, какого цвета будут ваши волосы и глаза. Вы получаете гены от своих родителей. Половое размножение приводит к мутациям, или случайным изменениям в ДНК, что создает разнообразие. Чем больше генетического разнообразия, тем больше шансов, что организм сможет приспособиться к ограничениям окружающей среды.

Для бактерий воспроизводство не зависит от встречи с правильным микробом; они просто копируют собственную ДНК и делятся на две идентичных клетки. Этот процесс, называемый двоичным делением, происходит, когда одна бактерия делится на две, копируя ДНК и передавая ее обеим частям разделенной клетки.

Поскольку в конечном итоге рожденная клетка будет идентична той, из которой была рождена, такой метод размножения не самый лучший для создания разнообразного генофонда. Как же бактерии приобретают новые гены?

Оказывается, бактерии используют хитрый трюк: горизонтальный перенос генов, или обмен генетическим материалом без воспроизводства. Есть несколько способов, которые используют бактерии для этого. Один способ включает сбор генетического материала из окружающей среды вне клетки — из других микробов и бактерий (через молекулы под названием плазмиды). Другой способ — вирусы, которые используют бактерии в качестве дома. Заражая новую бактерию, вирусы оставляют генетический материал предыдущей бактерии в новой.

Обмен генетическим материалом дает бактериям гибкость к адаптации, и они адаптируются, если чувствуют стрессовые изменения в окружающей среде, такие как нехватка продовольствия или химические изменения.

Понимание того, как адаптируются бактерии, чрезвычайно важно для борьбы с ними и  создания антибиотиков в медицине. Бактерии могут обмениваться генетическим материалом так часто, что порой лечение, которое работало раньше, уже не работает.

Ни высоких гор, ни большой глубины

Если задаться вопросом «где бактерии?», проще спросить «где бактерий нет?».

Бактерии обнаруживаются практически везде на Земле. Невозможно представить количество бактерий на планете одновременно, но по некоторым оценкам их число составляет (бактерий и архей вместе) 5 октиллионов — это число с 27 нулями.

Классификация видов бактерий чрезвычайно сложна по понятным причинам. Сейчас есть примерно 30 000 официально идентифицированных видов, но база знаний постоянно растет, и есть мнения, что перед нами только верхушка айсберга от всех видов бактерий.

Правда в том, что бактерии были вокруг на протяжении очень долгого времени. Они породили одни из самых древних окаменелостей, которым 3,5 миллиарда лет. Результаты научных исследований позволяют предположить, что цианобактерии начали создавать кислород примерно 2,3—2,5 миллиарда лет назад в мировом океане, насытив атмосферу Земли кислородом, которым мы дышим по сей день.

Бактерии могут выживать в воздухе, воде, почве, льде, на жаре, на растениях, в кишечнике, на коже — везде.

Некоторые бактерии являются экстремофилами, то есть могут противостоять экстремальным условиям, когда либо очень жарко или холодно, либо отсутствуют питательные вещества и химикаты, которые мы обычно ассоциируем с жизнью. Исследователи обнаружили такие бактерии в Марианской впадине, самой глубокой точке на Земле на дне Тихого океана, возле гидротермальных источников в воде и во льду. Встречаются также бактерии, которые любят высокую температуру — такие, например, окрашивают опалесцирующий бассейн в Йеллоустонском национальном парке.

Плохие (для нас)

Хотя бактерии делают важный вклад в здоровье человека и планеты, у них есть и темная сторона. Некоторые бактерии могут быть патогенными, то есть вызывать заболевания и болезни.

На протяжении истории человечества некоторые бактерии (понятно почему) получили плохую репутацию, вызвав панику и истерию. Взять, к примеру, чуму. Бактерия, вызывающая чуму — чумная палочка Yersinia pestis — не только убила более 100 миллионов человек, но и, возможно, внесла свой вклад в распад Римской империи. До появления антибиотиков, лекарств, которые способствуют борьбе с бактериальными инфекциями, их было очень сложно остановить.

Даже сегодня эти патогенные бактерии серьезно нас пугают. Благодаря выработке устойчивости к антибиотикам, бактерии, вызывающие сибирскую язву, пневмонию, менингит, холеру, сальмонеллез, ангину и прочие болезни, которые еще и остаются рядом с нами, всегда представляют опасность для нас.

Особенно верно это для золотистого стафилококка, бактерии, ответственной за стафилококковые инфекции. Эта «сверхбактерия» приводит к появлению многочисленных проблем в клиниках, поскольку пациенты весьма часто подхватывают эту инфекцию при внедрении медицинских имплантатов и катетеров.

Мы уже говорили о естественном отборе и о том, что некоторые бактерии вырабатывают разнообразные гены, которые помогают им справиться с условиями окружающей среды. Если у вас есть инфекция, и некоторые из бактерий в вашем теле отличаются от других, антибиотики могут поразить большую часть популяции бактерий. Но те бактерии, которые выживут, выработают устойчивость к лекарству и останутся, дожидаясь следующего шанса. Поэтому врачи рекомендуют завершать курс антибиотиков до конца, да и вообще обращаться к ним как можно реже, только в крайнем случае.

Биологическое оружие — еще один пугающий аспект этой беседы. Бактерий можно использовать как оружие в некоторых случаях, в частности, сибирскую язву так и использовали в одно время. Кроме того, не только люди страдают от бактерий. Отдельный вид — Halomonas titanicae — проявил аппетит к затонувшему океанскому лайнеру «Титаник», разъедая металл исторического корабля.

Конечно, бактерии могут приносить не только вред.

Героические бактерии

Давайте изучим хорошую сторону бактерий. В конце концов, эти микробы подарили нам такие вкусные продукты, как сыр, пиво, закваску и другие ферментированные элементы. Они также улучшают здоровье людей и используются в медицине.

Отдельных бактерий можно поблагодарить за формирование человеческой эволюции. Наука собирает все больше данных о микрофлоре — микроорганизмах, которые живут в наших телах, особенно в пищеварительной системе и кишечнике. Исследования показывают, что бактерии, новые генетические материалы и разнообразие, которое они приносят в наши тела, позволяют людям адаптироваться к новым источникам пищи, которые раньше не использовались.

Посмотрим на это с другой стороны: выстилая поверхность вашего желудка и кишечника, бактерии «работают» на вас. Когда вы едите, бактерии и другие микробы помогают вам разбивать и добывать питательные вещества из пищи, особенно углеводы. Чем разнообразнее бактерии, которых мы потребляем, тем больше разнообразия получают наши тела.

Хотя наши знания о наших же микробах весьма скудны, есть основания полагать, что отсутствие некоторых микробов и бактерий в организме может быть связано со здоровьем, метаболизмом и восприимчивости к аллергенам человека. Предварительные исследования на мышах показали, что метаболические заболевания вроде ожирения связаны с разнообразием и здоровой микрофлорой, а не нашей преобладающей точкой зрения «калории приходят, калории уходят».

Сейчас активно исследуются возможности внедрения определенных микробов и бактерий в организм человека, которые могут дать определенные преимущества, однако на момент написания статьи общие рекомендации по их использованию пока не были установлены.

Кроме того, бактерии сыграли важную роль в развитии научной мысли и человеческой медицины. Бактерии сыграли ведущую роль в развитии постулатов Коха 1884 года, которые привели к общему пониманию того, что болезни вызываются определенным видом микробов.

Исследователи, изучавшие бактерии, случайно открыли пенициллин — антибиотик, который спас множество жизней. Также совсем недавно в связи с этим был открыт легкий способ редактировать геном организмов, который может осуществить революцию в медицине.

По сути, мы только начинаем понимать, как извлекать пользу из нашего сожительства с этими маленькими друзьями. К тому же непонятно, кто истинный хозяин Земли: люди или микробы.

Июл 22, 2017Геннадий

zhizninauka.info

виды, какое значение имеют в круговороте веществ

Почвы в том виде, в котором они есть на планете Земля, – результат работы бактериальных сообществ. Смешивая частицы горных пород и минералов с продуктами переработки отмершей органики и с продуктами собственной жизнедеятельности, микроорганизмы шаг за шагом превращали безжизненные скалистые пустыни в покрытые плодородным гумусом территории, которые стали базой для реализации нового витка круговорота веществ на планете. Бактерии в почве – основные двигатели этого круговорота.

Как бактерии попали в почву

Строго говоря, почвенные бактерии – это и есть часть почвы. Вернее, не самой почвы, а ее плодородного слоя – гумуса. В одной чайной ложке гумуса живет более одного миллиарда микроорганизмов, которые постоянно заняты либо определенной стадией разложения отмершей органики, либо фиксацией поступающих в почву неорганических веществ и построением из них сложных органических молекул.

Группа почвенных бактерий ведет свою историю с тех времен, когда представители органической жизни (растения и животные) только начали выбираться на сушу и оставлять на скалистых морских берегах остатки своей жизнедеятельности. Вот эти остатки и стали первым домом почвенных бактерий. Научившись преобразовывать органику в почву, микроорганизмы живут в ней и поныне, приспосабливаясь к меняющимся условиям окружающей среды.

В микробиологии существует функциональное деление почвенных микробов, которое строится на том, какое экологическое значение имеют те или иные микроорганизмы в процессе преобразования неорганических и органических веществ:

1. Деструкторы – бактерии, которые живут в почве и минерализуют (разлагают) органические соединения, попавшие в верхние слои почвы. Их роль – превращать останки животных и растений в неорганические вещества.
2. Азотфиксирующие или клубеньковые микробы – симбионты растений. Их роль заключается в том, что только виды клубеньковых микробов могут связывать неорганический атмосферный азот и снабжать им растение. Тем самым азотфиксаторы обогащают минеральный состав растительных тканей.
3. Хемоавтотрофы – собирают имеющуюся неорганику в органические молекулы, используя при этом энергию химических реакций, которые протекают внутри самой бактерии. Это группа автотрофов. Их роль заключается в том, что они могут обработать накапливающиеся в почве неорганические вещества и «кормить» ими растения.

Кроме названных, в почве присутствуют и другие виды бактерий, которые не играют особой роли и не имеют значения при формировании плодородного слоя, но могут стать причиной губительного поражения живых тканей. Это болезнетворные микробы, которые попадают в почву с зараженными органическими остатками или переносятся с аэрозолями (воздушные потоки с мелкодисперсной взвесью).

Деструкторы

Это одна из самых многочисленных групп, в которой могут быть как аэробные (дышащие кислородом) бактерии, так и анаэробные (дышащие за счет протекания других реакций). Какие из них преобладают – сказать сложно. Микробиологи не придают значения выведению таких соотношений.

В группу деструкторов входят не только бактерии. Также активно разлагают органику так называемые детритофаги (жуки-скоробеи, термиты, дождевые черви и т.д.). Их роль заключается в первичном разложении органических молекул на более простые соединения, которые после обрабатывают бактерии-редуценты.

Редуценты (сапротрофы) осуществляют окончательное глубокое разложение, в результате которого создается особая микрофлора, питающая растительность определенной экосистемы.

1. В почве широко распространены представители класса Клостридии. Известны и азотфиксирующие Клостридии, и Клостридии-редуценты. Среди этого класса микроорганизмов встречаются и болезнетворные патогенные микробы, но в почве такие могут присутствовать только в качестве аллохтонных (случайных) прокариотов. Известные почвенные Клостридии – анаэробные микробы, роль которых заключается в высвобождении углекислого газа из органических сахаров, содержащихся в клетках тканей погибших растений.
2. Бациллы – еще одно семейство спорообразующих бактерий, которыми богаты почвы. Бациллы в основном аэробы и факультативные анаэробы, которые могут жить в присутствии кислорода, но не могут им дышать. Среди Бацилл обнаружены самые крупные виды, которые могут достигать размеров до 5 мкм. Самая известная Бацилла – Сенная палочка.
3. Еще одно семейство бактерий, которое широко распространено в почвах – Псевдомонады. Это аэробные микроорганизмы, их не бывает среди анаэробов. Некоторые группы могут быть патогенными для растений. Псевдомонады могут расщеплять буквально любой субстрат. Их большое количество на очистных сооружениях, также они перерабатывают синтетические и токсичные отходы.

Основная зона обитания аэробных редуцентов – ризосфера, прикорневая область и область корней растений. Анаэробные редуценты живут в более глубоких слоях почв, куда плохо проникает кислород.

Азотфиксирующие обитатели почв

Одна из самых популярных в быту групп микроорганизмов – клубеньковые бактерии.

Клубеньковые микробы — единственные микроорганизмы, с помощью которых можно быстро и с минимальными трудозатратами насытить почвы азотом, что в свою очередь значительно повышает урожайность на таких полях.

К клубеньковым микробам относятся те же Клостридии (их аэробные роды), но основная группа клубеньковых прокариотов — это все-таки представители рода Ризобиум.

Этим клубеньковым микроорганизмам даже дают названия по названию того растения, мутуалистический симбиоз с которым образовывает данный клубеньковый микроб.

Суть симбиоза клубеньковых микробов и растений состоит в том, что колония бактерий формирует нарост на корне растения, через который растение получает преобразованный в аммиак молекулярный азот, а взамен снабжает колонию бактерий необходимыми ей питательными веществами.

Представители рода Ризобиум являются анаэробами. Создание анаэробных условий является также одной из задач, которые решают данные бактерии с помощью симбиоза с растениями.

Хемолитотрофы

Группа бактерий – автотрофов. Они единственные на планете организмы, которые могут из неорганических веществ продуцировать органические вещества. Их роль глобальна, поскольку в круговороте веществ их не могут заменить никакие другие организмы.

Автотрофы представлены пятью основными группами:

• нитрифицирующие – аэробные микробы, которые включают неорганический азот в органические соединения;
• окислители серы – аэробные прокариоты, включают неорганическую серу в органические молекулы;
• железобактерии – аэробные ацидофильные (живут в средах с повышенной кислотностью) бактерии, включающие в состав органики неорганическое железо;
• водородные и карбоксидобактерии – аэробные микроорганизмы, которые преобразуют молекулярный водород и углекислый газ.

Среди автотрофов нет патогенных видов, поскольку основная причина патогенности – продуцирование процессов гниения (разложения органической материи). Автотрофам органика в качестве пищи не интересна.

Патогенная микрофлора

Патогенные микроорганизмы в почве – результат фекального загрязнения. Практически все микробы, провоцирующие процессы гниения, попадают в почву из кишечников растений или животных.

Основные представители патогенной микрофлоры – колиформные прокариоты, так называемые бактерии группы кишечной палочки. Попадая в почву, эти микробы могут довольно долго существовать, если к ним перекрыт доступ прямых солнечных лучей и почва достаточно прогрета.

Особенно опасны для человека колиформные бактерии, попавшие в почвы из кишечника животных. Они вызывают те формы гниения органических тканей человека, которые сложно оперативно остановить.

Кроме того, большую опасность для животных и человека несут бактерии гниения, вырабатывающие высокотоксичные протеолитические ферменты, которые становятся причиной гангрены и столбняка.

probakterii.ru

Азотфиксирующие бактерии, их среда обитания и симбиоз с растениями

Среди микроорганизмов, известных своими полезными свойствами, выделяются азотфиксирующие бактерии. Они успешно производят две трети всего азота в почве, необходимого для нормального развития растений. Поскольку среди организмов, имеющих такие полезные для растений способности, есть бактерии различного происхождения, формы и способа питания, вначале нужно определить, как классифицируют бактерии, опираясь на их свойства.

Классификация

Размеры бактерий можно сопоставить с величиной частичек глины. В чайной ложке почвы можно обнаружить от ста миллионов до миллиарда различных микроорганизмов, основным местом жительства которых являются тонкие пленки, обволакивающие почвенные частицы и корни растений. Простота строения позволила ученым назвать эти бактерии «мешком ферментов».

Существующие классификации основаны на характерных особенностях этих микроорганизмов – их форме, поведении при окрашивании препаратов, способу питания, а также генетическом родстве.

Форма клеток

Такое примитивное деление было разработано тогда, когда о генетическом анализе никто даже не догадывался. Различают микроорганизмы округлой формы (кокки), продолговатые или стержневые (их называют бациллами), спиральные (спириллы) и имеющие разветвленную структуру (актиномицеты). Кроме того, существуют промежуточные формы, или агрегаты, состоящие из пар, цепочек или гроздьев.

Поведение при окраске по Граму

Было разработано после начала изучения бактерий при помощи их окрашенных препаратов. Грамположительные организмы имеют большие размеры, толстые клеточные стенки и высокую устойчивость к водному стрессу. Их внешняя стенка несет отрицательный электрический заряд. Грамотрицательные же мельче, и быстрее гибнут при отсутствии воды.

Аэробные и анаэробные

Первые не могут жить без кислорода, вторые же отлично обходятся без него, перерабатывая, например, соединения серы или углеводороды.

Аутотрофы и гетеротрофы

Первые способны самостоятельно перерабатывать углекислый газ, превращая его в необходимые для них органические вещества с использованием солнечного света. Ко вторым относятся те, что получают питание, разлагая готовую органику.

Наиболее современная классификация основана на генетическом родстве, выявляемом при секвенировании генома бактерий, а также необходимых условиях для их жизни.

Функции почвенных организмов в экосистеме

Почва – среда обитания разнообразных бактерий, которые могут быть как полезными, так и вредными для растений. В зависимости от того, какие функции возложены на данный вид азотфиксирующих бактерий, их классифицируют на 4 класса.

1. Сапрофиты, или деструкторы. Живут за счет разложения органических остатков, а также выделений корней. Потребляют простые сахара и другие углеродистые соединения. Их основная функция – переработка сложных органических соединений и приведение их в доступную для растений форму. Они также разрушают различные вредные вещества, попадающие в почву, и позволяют сохранить питательные вещества (например, прикорневой азот), обеспечивают круговорот веществ в природе.
2. Хемоавтотрофы. Живут, используя в качестве источника энергии не кислород, а серу, водород, железо, азот.
3. Вступающие в симбиоз. Симбиотические формируют взаимовыгодные союзы с растениями (как, например, клубеньковые бактерии). Наиболее известны из них грамотрицательные ризобии, которые обитают на корнях бобовых растений.
4. Болезнетворные. Это бактерии-патогены, живущие за счет растений, вызывающие различные болезни и постепенно убивающие их.

Фиксация азота: разнообразие форм

Азотфиксирующие бактерии выполняют огромную работу, помогая растениям усваивать атмосферный азот. Их работа на несколько порядков производительнее всех фабрик по производству минеральных удобрений, вместе взятых.

К числу таких азотфиксирующих бактерий относятся клубеньковые симбиотические, поселяющиеся на корнях растений семейства бобовых, и свободноживущие нитрифицирующие. Особняком держатся микроорганизмы-денитрификаторы.

1. Клубеньковые азотфиксирующие бактерии отлично видны на корнях бобовых – их проникновение внутрь корня сопровождается образованием утолщений, внутри которых создается подходящая среда обитания для анаэробных одноклеточных симбионтов. Растение делится с клубеньковыми азотфиксирующими бактериями синтезируемыми сахарами, они же усваивают атмосферный азот, переводя его в удобные для корней аммонийную и нитратную формы. Разложение бобовых растений существенно увеличивает количество азота в почве. Это свойство широко используется при выращивании сидератов – зеленых удобрений, которые после кратковременного культивирования срезаются и запахиваются в землю.
2. Нитрифицирующие бактерии. Их характерной особенностью является последовательное превращение аммония сначала в нитрит, а затем в более удобный для растений нитрат. Эти бактерии незаменимы для почв, содержащих большое количество воздуха. Почвенный нитрат способен быстро выщелачиваться и, чтобы избежать этого, земледельцы применяют специальные ингибиторы нитрификации.
3. Денитрификаторы. Эти бактерии осуществляют обратное превращение почвенных нитратов в азот или его закись. Они также относятся к анаэробным.

Азотфиксирующие бактерии встречаются среди различных родов прокариот (Клостридиум, Азотобактер, Азоспириллум, Псевдомонас, Ацетобактер, Агробактериум, Эрвиния, Клебсиелла, Бациллюс, Алкалигенес), а также среди сине-зеленых водорослей.

Многие из этих азотфиксирующих бактерий длительное время считались свободноживущими, пока не было обнаружено, что их количество в прикорневой зоне злаковых растений существенно превышает обычную численность в земле без растений. Доказан факт их функциональных и пространственных связей с корнями растений, что делает эти микроорганизмы похожими на клубеньковые бактерии, являющиеся признанными симбионтами растений.

Производительность

К наиболее полезным продуцентам азотистых соединений для злаковых культур относится азоспириллум. Производительность этой азотфиксирующей бактерии на различных грунтах колеблется от 34 до 60 кг на гектар пахотной земли. Интересно: как и клубеньковые бактерии, азоспириллум чувствителен к сортности растений, с которым он вступает в симбиоз. И если для разных сортов ячменя производительность микроорганизмов отличается в 3-3,5 раза, то разница между сортами пшеницы составляет от 250 до 450 раз.

Бобовые растения являются симбионтами различных видов клубеньковых азотфиксирующих бактерий. Это:

• 6 видов ризобиумов,
• брадиризобиумы типа С,
• 5 видов синоризобиумов,
• один вид азоризобиума.

Их связи с растениями весьма избирательны и часто не только видоспецифичны, но и сортоспецифичны. Клубеньковые симбионты способны отдавать в почву от 130 до 390 кг/га. Рекордсменами в продуктивности являются клубеньковые микроорганизмы, поселяющиеся на корнях многолетних бобовых. Их производительность колеблется от 220 до 560 кг/га. Корневая среда, обогащенная такими симбионтами, на 90% обеспечивает потребности бобовых в азоте.

probakterii.ru

Смотрите также

• 
  Значения для растения
• 
  Все зеленые растения
• Растение с корнем
• 
  Корень растений это
• 
  Растения это цветы
• 
  6 класс растения
• 
  Семя растений это
• 
  Растение в доме
• 
  Биология о растениях
• 
  Лекарственные растения на
• 
  Растения или животные