Микробиологија на почвата
Микробиологија на почвата ― проучување на микроорганизмите во почвата, нивните функции и како тие влијаат на својствата на почвата.[1] Се верува дека пред две и четири милијарди години, првите древни бактерии и микроорганизми се појавиле на океаните на Земјата. Овие бактерии можеле да го сврзат азотот, со текот на времето да се размножуваат и како резултат да испуштаат кислород во атмосферата.[2][3] Ова довело до понапредни микроорганизми,[4][5] кои се важни бидејќи влијаат на структурата и плодноста на почвата. Почвените микроорганизми може да се класифицираат како бактерии, актинобактерии, габи, алги и праживотни. Секоја од овие групи има особености кои ги дефинираат и нивните функции во почвата.[6][7]
До 10 милијарди бактериски клетки го населуваат секој грам почва во и околу корените на растенијата, регион познат како ризосфера. Во 2011 година, еден истражувачки состав открил повеќе од 33.000 бактериски и археални видови на корени од шеќерна репка.[8]
Составот на ризобиомот може брзо да се менува како одговор на промените во околината.
Бактерија
уредиБактериите и археите, најмалите организми во почвата, освен вирусите, се прокариотски. Тие се најзастапените микроорганизми во почвата и служат за многу важни цели, вклучително и врзување на азотот.[9]
Некои бактерии можат да ги колонизираат минералите во почвата и да помогнат да влијаат на атмосферските влијанија и разградувањето на овие минерали. Целокупниот состав на почвата може да ја одреди количината на бактерии кои растат во почвата. Колку повеќе минерали се наоѓаат во областа може да резултира со поголемо изобилство на бактерии. Овие бактерии, исто така, ќе образуваат агрегати што го зголемува целокупното здравје на почвата.[10]
Биохемиски дејствија
уредиЕдна од најистакнатите особености на бактериите е нивната биохемиска разновидност.[11] Бактерискиот род наречен Pseudomonas може да метаболизира широк спектар на хемикалии и ѓубрива. Спротивно на тоа, друг род познат како Nitrobacter може да ја добие својата енергија само со претворање на нитрит во нитрат, кој е исто така познат како оксидација. Родот клостридни е пример за разновидност на бактериите бидејќи тој, за разлика од повеќето видови, може да расте во отсуство на кислород, дишејќи анаеробно. Неколку видови на Pseudomonas, како што е Pseudomonas aeruginosa, можат да дишат и аеробно и анаеробно, користејќи нитрат како терминален примател на електрони.[9]
Врзување на азот
уредиАзотот е често најограничувачката хранлива материја во почвата и водата. Бактериите се одговорни за дејството на врзување на азотот, што е преобратување на атмосферскиот азот во соединенија што содржат азот (како што е амонијак) што може да ги користат растенијата. Автотрофните бактерии ја црпат својата енергија така што ја создаваат сопствената храна преку оксидација, како видот Nitrobacter, наместо да се хранат со растенија или други организми. Овие бактерии се одговорни за врзување на азотот. Количеството на автотрофни бактерии е мало во споредба со хетеротрофните бактерии (спротивно од автотрофните бактерии, хетеротрофните бактерии добиваат енергија со конзумирање на растенија или други микроорганизми), но се многу важни затоа што речиси на секое растение и организам на некој начин му е потребен азот.[6]
Актинобактерии
уредиАктинобактериите се почвени микроорганизми. Тие се вид на бактерии, но делат некои особености со габите кои најверојатно се резултат на конвергентна еволуција поради заедничкото живеалиште и начин на живот.[12]
Сличности со габите
уредиИако тие се членови на царството бактерии, многу актинобактерии споделуваат особености со габите, вклучувајќи ги својствата на обликот и разгранувањето, образувањето спори и производството на второстепени метаболити.
- Мицелиумот се разгранува на сличен начин како кај габите
- Тие образуваат воздушен мицелиум, како и конидија.
- Нивниот раст во течна култура се јавува како различни грутки или пелети, наместо како еднооблична матна суспензија како кај бактериите.
Антибиотици
уредиЕдна од најзначајните особености на актиномицетите е нивната способност да произведуваат антибиотици. Стрептомицин, неомицин, еритромицин и тетрациклин се само неколку примери на овие антибиотици. Стрептомицин се користи за лекување на туберкулоза и инфекцији предизвикани од одредени бактерии, а неомицин се користи за намалување на ризикот од бактериска инфекција за време на операцијата. Еритромицин се користи за лекување на одредени инфекции предизвикани од бактерии, како што се бронхитис, пертусис (голема кашлица), пневмонија и ушни инфекции, цревата, белите дробови, уринарниот тракт и кожата.
Габи
уредиГабите ги има во изобилство во почвата, но бактериите се позастапени. Габите се важни во почвата како извори на храна за други, поголеми организми, патогени, корисни симбиотски врски со растенијата или другите организми и здравјето на почвата. Габите може да бидат поделени на видови врз основа првенствено на големината, обликот и бојата на нивните размножувачки спори. Повеќето фактори на животната средина кои влијаат на растот и распространетоста на бактериите и актиномицетите, исто така, влијаат и на габите. Квалитетот како и квантитетот на органската материја во почвата има директна корелација со растот на габите, бидејќи повеќето габи трошат органска материја за исхрана. Во споредба со бактериите, габите имаат релативно корист од киселите почви.[13] Габите исто така растат добро на суви, суви почви бидејќи габите се аеробни или зависни од кислород, и колку е поголема содржината на влага во почвата, толку помалку кислород е присутен за нив.
Алги
уредиАлгите можат сами да создаваат хранливи материи преку фотосинтеза. Фотосинтезата ја претвора светлосната енергија во хемиска енергија што може да се складира како хранливи материи. За да растат алгите, тие мора да бидат изложени на светлина бидејќи фотосинтезата бара светлина, така што алгите обично се распределуваат рамномерно секаде каде што има сончева светлина и умерена влага. Алгите не мора да бидат директно изложени на Сонцето, но можат да живеат под површината на почвата со еднооблични услови за температура и влага. Алгите исто така се способни да вршат врзување на азот.[6]
Видови
уредиАлгите може да бидат поделени во три главни групи: цијанобактерии, хлоробактерии и силикатни алги. Цијанобактериите содржат хлорофил, кој е молекулата што ја прима сончевата светлина и ја користи таа енергија за да создаде јаглехидрати од јаглерод диоксид и вода, а исто така и пигменти кои ја прават сино-зелена до виолетова боја. хлоробактериите обично имаат само хлорофил во нив што ги прави зелени, а силикатните алги содржат хлорофил, како и пигменти кои ја прават алгата кафеава боја.[6]
Сино-зелени алги и врзување на азотот
уредиСино-зелените алги или цијанобактериите се одговорни за врзување на азотот. Количината на азот што ја поправаат зависи повеќе од физиолошките и еколошките фактори, а не од способностите на организмот. Овие фактори вклучуваат интензитет на сончева светлина, концентрација на неоргански и органски извори на азот и температура и стабилност на околината.[12]
Праживотни
уредиПраживотните се еукариоти кои биле едни од првите микроорганизми кои се размножувале полово, значаен еволутивен чекор од удвојувањето на спорите, како оние од кои зависат многу други почвени микроорганизми. Праживотните можат да бидат поделени во три категории: флагелати, амеби и цилијати.[12]
Флагелати
уредиФлагелатите се најмалите членови на групата праживотни и можат дополнително да бидат поделени врз основа на тоа дали можат да учествуваат во фотосинтезата. Флагелатите што не содржат хлорофил не се способни за фотосинтеза бидејќи хлорофилот е зелениот пигмент кој ја прима сончевата светлина. Овие флагелати најчесто се наоѓаат во почвата. Флагелатите кои содржат хлорофил обично се појавуваат во водни услови. Флагелатите може да се разликуваат по нивните флагели, што е нивното средство за движење. Некои имаат неколку флагели, додека други видови имаат само една што наликува на долга гранка или додаток.[12]
Амеби
уредиАмебите се поголеми од флагелатите и се движат на поинаков начин. Амебите може да се разликуваат од другите праживотни по нивните својства слични на полжав и псевдопод. Псевдоподиум или „лажно стапало“ е привремено набивање од телото на амебата што помага да се повлече по површините за движење или помага да се повлече храна. Амебата нема постојани додатоци и псевдоподиумот е повеќе конзистентност на лигите отколку флагелум.[12]
Цилијати
уредиЦилијатите се најголеми од групата праживотни и се движат со помош на кратки, бројни цилии кои произведуваат удирачки движења. Цилиите наликуваат на мали, кратки влакна. Тие можат да се движат во различни насоки за да го придвижат организмот, давајќи му поголема мобилност од флагелатите или амебаите.[12]
Регулација на составот
уредиРастителни хормони, салицилна киселина, јасмонска киселина и етилен се клучни регулатори на вродениот имунитет во лисјата на растенијата. Мутантите кои се оштетени во синтезата и сигнализацијата на салицилна киселина се преосетливи на микробите кои го колонизираат растението домаќин за да добијат хранливи материи, додека мутантите нарушени во синтезата и сигнализацијата на јасмонска киселина и етилен се преосетливи на тревопасни инсекти и микроби кои ги убиваат клетките домаќини за да ги извлечат хранливите материи. Предизвикот за модулирање на заедница на разновидни микроби во корените на растенијата е повеќе вклучен отколку оној за чистење на неколку патогени од внатрешноста на листот на растенијата. Следствено, за регулирање на составот на микробиомот на коренот може да бидат потребни имунолошки механизми различни од оние што ги контролираат фолијарните микроби.[14]
Студијата од 2015 година анализирала панел на мутанти на хормонот Arabidopsis оштетен во синтезата или сигнализацијата на поединечни или комбинации на растителни хормони, микробната заедница во почвата во непосредна близина на коренот и во бактериите кои живеат во коренското ткиво. Промените во сигнализацијата на салицилна киселина стимулирала размножувачка промена во релативното изобилство на бактериска фила во ендофитскиот оддел. Овие промени биле доследни кај многу семејства во засегнатата фила, што укажува дека салицилната киселина може да биде клучен регулатор на структурата на заедницата на микробиомот.[14]
Класичните одбранбени хормони на растенијата исто така функционираат во растот на растенијата, метаболизмот и абиотските стресни реакции, прикривајќи го прецизниот механизам со кој салицилната киселина го регулира овој микробиом.[14]
За време на припитомувањето на растенијата, луѓето избирале особини поврзани со подобрување на растенијата, но не и за растителни поврзаности со корисен микробиом. Дури и мали промени во изобилството на одредени бактерии може да имаат големо влијание врз одбраната и физиологијата на растенијата, со само минимални ефекти врз целокупната структура на микробиомот.[14]
Биохемиска активност
уредиПовеќето почвени ензими се произведуваат од бактерии, габи и корени. Нивната биохемиска активност е фактор и за стабилизација и за разградување на структурата на почвата. Ензимската активност е повисока кај парцелите што се оплодени со ѓубриво во споредба со неорганските ѓубрива. Микрофлората на ризосферата може да ја зголеми активноста на ензимите таму.[15]
Примени
уредиЗемјоделство
уредиМикробите можат да ги направат хранливите материи и минералите во почвата достапни за растенијата, да произведуваат хормони кои го поттикнуваат растот, го стимулираат имунолошкиот систем на растението и предизвикуваат или намалуваат реакции на стрес. Општо земено, поразновиден почвен микробиом резултира со помалку растителни болести и поголем принос.
Земјоделството може да го уништи ризиобиомот на почвата (микробен екосистем) со користење на измени на почвата, како што се ѓубриво и пестициди, без да се надомести нивните ефекти. Спротивно на тоа, здравата почва може да ја зголеми плодноста на повеќе начини, вклучително и снабдување со хранливи материи како што е азот и заштита од штетници и болести, додека ја намалува потребата за вода и други внесувања. Некои пристапи може дури и да дозволат земјоделство во почви кои никогаш не биле сметани за остварливи.[8]
Групата бактерии наречени ризобија живеат во корените на мешунките и го врзуваат азотот од воздухот во биолошки корисен облик.[8]
Микоризите или коренските габи образуваат густа мрежа од тенки филаменти кои допираат далеку во почвата, делувајќи како продолжетоци на корените на растенијата на кои живеат или во кои живеат. Овие габи го олеснуваат навлегувањето на вода и широк спектар на хранливи материи.[8]
До 30% од јаглеродот сврзан од растенијата се излачува од корените како таканаречени ексудати - вклучувајќи шеќери, аминокиселини, флавоноиди, алифатични киселини и масни киселини - кои привлекуваат и хранат корисни микробни видови додека ги одбиваат и убиваат штетните.[8]
Почвени микробиолози
уредиПоврзано
уредиНаводи
уреди- ↑ Tayyab, Muhammad; Yang, Ziqi; Zhang, Caifang; Islam, Waqar; Lin, Wenxiong; Zhang, Hua (2021-09-01). „Sugarcane monoculture drives microbial community composition, activity and abundance of agricultural-related microorganisms“. Environmental Science and Pollution Research (англиски). 28 (35): 48080–48096. doi:10.1007/s11356-021-14033-y. ISSN 1614-7499. PMID 33904129 Проверете ја вредноста
|pmid=(help). - ↑ Farquhar, James; Bao, Huiming; Thiemens, Mark (2000-08-04). „Atmospheric Influence of Earth's Earliest Sulfur Cycle“. Science (англиски). 289 (5480): 756–758. Bibcode:2000Sci...289..756F. doi:10.1126/science.289.5480.756. ISSN 0036-8075. PMID 10926533.
- ↑ Canfield, Donald (2014). Oxygen. Princeton University Press (англиски). ISBN 9781400849888.
- ↑ Falkowski, Paul (2015). Life's Engines. Princeton University Press (англиски). ISBN 9781400865727.
- ↑ Jelen, Benjamin I.; Giovannelli, Donato; Falkowski, Paul G. (2016). „The Role of Microbial Electron Transfer in the Coevolution of the Biosphere and Geosphere“. Annual Review of Microbiology. 70 (1): 45–62. doi:10.1146/annurev-micro-102215-095521. PMID 27297124.
- ↑ 6,0 6,1 6,2 6,3 Rao, Subba. Soil Microbiology. Fourth ed. Enfield: Science Publishers, 1999. Print.
- ↑ Islam, Waqar; Saqib, Hafiz Sohaib Ahmad; Adnan, Muhammad; Wang, Zhenyu; Tayyab, Muhammad; Huang, Zhiqun; Chen, Han Y.H. (11 август 2021). „Differential response of soil microbial and animal communities along the chronosequence of Cunninghamia lanceolata at different soil depth levels in subtropical forest ecosystem“. Journal of Advanced Research (англиски). doi:10.1016/j.jare.2021.08.005. ISSN 2090-1232.
- ↑ 8,0 8,1 8,2 8,3 8,4 Vrieze, Jop de (14 август 2015). „The littlest farmhands“. Science. 349 (6249): 680–683. Bibcode:2015Sci...349..680D. doi:10.1126/science.349.6249.680. ISSN 0036-8075. PMID 26273035.
- ↑ 9,0 9,1 Wood, Martin. Soil Biology. New York: Chapman and Hall, 1989. Print
- ↑ Vieira (2020). „Bacterial colonization of minerals in grassland soils is selective and highly dynamic“. Environmental Microbiology. 22 (3): 917–933. doi:10.1111/1462-2920.14751. PMID 31325219.
- ↑ Falkowski, Paul G.; Fenchel, Tom; Delong, Edward F. (23 мај 2008). „The Microbial Engines That Drive Earth's Biogeochemical Cycles“. Science (англиски). 320 (5879): 1034–1039. Bibcode:2008Sci...320.1034F. CiteSeerX 10.1.1.474.2161. doi:10.1126/science.1153213. ISSN 0036-8075. PMID 18497287.
- ↑ 12,0 12,1 12,2 12,3 12,4 12,5 Sylvia, David M., Jeffry J. Fuhrmann, Peter G. Hartel, and David A. Zuberer. Principles and Applications of Soil Microbiology. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1998. Print.
- ↑ Msimbira, Levini A.; Smith, Donald L. (2020). „The Roles of Plant Growth Promoting Microbes in Enhancing Plant Tolerance to Acidity and Alkalinity Stresses“. Frontiers in Sustainable Food Systems. 4: 106. doi:10.3389/fsufs.2020.00106. ISSN 2571-581X.
- ↑ 14,0 14,1 14,2 14,3 Haney, Cara H.; Ausubel, Frederick M. (21 август 2015). „Plant microbiome blueprints“. Science. 349 (6250): 788–789. Bibcode:2015Sci...349..788H. doi:10.1126/science.aad0092. ISSN 0036-8075. PMID 26293938.
- ↑ Glinski, J.; Horabik, J., уред. (2011). Encyclopedia of Agrophysics. Springer. стр. 63–65.