- 18 -
Оглавление
Введение
1. Обзор исследовательской литературы
1.1 Почва как среда обитания микроорганизмов
1.2 Некоторые физиологические группы почвенных бактерий
1.3 Значение микроорганизмов почвы
2. Материалы и методы эмпирического исследования
2.1 Объект исследования
2.2 Количественный учет
2.2.1 Определение количества клеток высевом на плотные питательные среды (чашечный метод Коха)
2.2.2 Определение количества клеток высевом в жидкие среды (метод предельных разведений)
2.2.3 Подсчет клеток на фиксированных окрашенных мазках (метод Виноградского - Брида)
2.3 Среды и условия культивирования
3. Результаты и их обсуждение
Заключение
Список использованной литературы
Приложение
Почва является важнейшим компонентом любого биогеоценоза, а, следовательно, и биосферы в целом. Плодородие почвы в значительной мере определяет продуктивность природных ценозов и агроценозов и, в свою очередь, зависит от жизнедеятельности населяющих ее микроорганизмов. Изменения, происходящие в микробоценозах почв, в связи с различным использованием человеком земель являются объективными показателями качества почв. Для человечества важной является задача сохранения плодородия почв, поэтому необходимо продолжать изучать и устанавливать определенные микробиологические критерии, позволяющие оценить антропогенную нагрузку на почву.
Цель работы: изучение динамики численности отдельных физиологических групп почвенных микроорганизмов в зависимости от антропогенной нагрузки на примере серой лесной почвы и чернозема выщелоченного.
Для достижения данной цели решали следующие задачи:
1) определить общую численность бактерий в образцах серой лесной почвы и чернозема выщелоченного;
2) определить численность основных физиологических групп аэробных и анаэробных бактерий (сапротрофы, азотфиксаторы, маслянокислые бактерии, сульфат- и железоредукторы) в почвенных образцах;
3) определить соотношение аэробных и анаэробных бактерий;
4) выявить основные закономерности динамики численности бактерий в связи с интенсификацией сельскохозяйственного использования почвы;
5) установить особенности динамики численности исследованных групп бактерий в зависимости от типа почвы.
1. Обзор исследовательской литератур
Для микроорганизмов почва выступает как сложная гетерогенная система микросред с резко различающимися условиями обитания в каждом отдельном микролокусе. Так, микроорганизмы, обитающие на поверхности почвенных агрегатов и внутри них, развиваются в совершенно разных условиях по доступности питательных веществ, кислорода, влажности, температуры, рН и др. В результате этого, почва содержит огромное количество и биоразнообразие микроорганизмов, которые и обуславливают протекание ряда почвообразовательных процессов. Кроме того, микроорганизмы являются необходимым звеном в круговороте всех биогенных элементов, участвующих в почвообразовании и в поддержании почвенного плодородия [5]. По мнению Д. Г. Звягинцева [8], до сих пор из почвы удалось выделить далеко не все обитающие в них микроорганизмы, нет четких представлений о специфике развития микробов в почвах, трудно описать кинетику вызываемых ими процессов. Численность микроорганизмов измеряется величинами порядка 106 - 109 кл/г почвы.
Состав и количество микроорганизмов почвы зависит от многих факторов: влажности, температуры, от характера и количества питательных веществ, кислотности и др. Плодородные почвы с большим количеством органических веществ содержат значительно большее число микроорганизмов, чем глинистые почвы или почвы пустынь. Распределение микробов в почве также неравномерно. Верхний слой (1,0-2,0 см) содержит меньше микроорганизмов, так как они быстро отмирают под действием прямых солнечных лучей и высушивания. Слой, глубиной 10,0-20,0 см, наиболее заселен разнообразными микроорганизмами, под влиянием которых в нем протекают различные биохимические процессы [5]. С глубиной количество микробов постепенно снижается в связи с уменьшением питательных веществ, концентрации кислорода, изменением рН и окислительно-восстановительных условий и в связи с этим, изменяется доступность для микроорганизмов ряда биогенных элементов.
Микрофлора почвы чрезвычайно разнообразна в видовом отношении. В ней встречаются различные физиологические группы микроорганизмов: сапротрофные, олиготрофные, нитрифицирующие, азотфиксирующие, денитрифицирующие, целлюлозоразрушающие, бродильные, сульфат - и железовосстанавливающие бактерии и др. Среди них могут быть аэробные и анаэробные микроорганизмы, спорообразующие и неспорообразующие, пигментированные и непигментированные, гигрофильные и ксерофильные и т.д. Кроме того, в почве содержатся разнообразные грибы, простейшие, водоросли, вирусы [1].
Сапротрофные аэробные и анаэробные бактерии
Сапротрофные бактерии (гр. sapros - гнилой; throphe - пища) осуществляют процесс минерализации органических веществ различного происхождения в аэробных и в анаэробных условиях. К этому причастны гетеротрофные прокариоты различных таксономических и физиологических групп. Минерализация органических соединений в аэробных и микроаэробных условиях при участии аэробных и факультативно анаэробных гетеротрофных бактерий происходит с образованием, главным образом, низкомолекулярных соединений - СО2, Н2О, NH3, H2S и др. Анаэробная биодеградация органических соединений происходит в три-четыре последовательных этапа. Начальной стадией разрушения органических веществ является их гидролиз до простых соединений (аминокислоты, моносахара, глицерол, жирные кислоты и т.д.). К анаэробным бактериям, осуществляющим этот процесс в природе, относятся, например, некоторые представители рода Clostridium. На втором этапе действуют микроорганизмы, сбраживающие образованные на первой стадии органические вещества в анаэробных условиях с образованием, главным образом, летучих жирных кислот (уксусная, молочная, пропионовая, масляная, янтарная и др. кислоты) и Н2. К бактериям, осуществляющим процесс брожения, относятся, например, уксуснокислые, молочнокислые, маслянокислые, пропионовокислые бактерии. На последней стадии анаэробного разложения органического вещества продукты брожения при участии высокоспециализированных групп метанобразующих и сульфатвосстанавливающих бактерий расходуются с образованием CH4 и H2S, соответственно [11].
Азотфиксирующие бактерии
Азотфиксирующие бактерии (азотфиксаторы), усваивают молекулярный азот атмосферы (N2). В процессе азотфиксации N2 восстанавливается до NН4+, который реагирует с кетокислотами, образуя аминокислоты. Азотфиксаторы живут либо свободно в почве (свободно живущие или ассоциативные азотфиксаторы), либо в симбиозе с высшими растениями (симбиотические азотфиксаторы). Ежегодно азотфиксирующие бактерии вовлекают в азотный фонд почвы нашей планеты до 190 млн. т азота [2].
Железовосстанавливающие бактерии
Бактерии данной физиологической группы при окислении различных органических соединений (углеводов, органических кислот, спиртов, гумусовых соединений почвы и др.) осуществляют восстановление Fe(III) до Fe(II). Железоредукция может носить ассимиляционный и диссимиляционный характер. В первом случае восстановление железа является результатом взаимодействия Fe(III) с восстановленными продуктами метаболизма, во втором - процессом, который дает энергию для процессов жизнедеятельности [3].
Сульфатвосстанавливающие бактерии
Микроорганизмы восстанавливают сульфат для двух целей. Во-первых, подобно большинству растений, многие бактерии способны извлекать из данного процесса серу для синтеза серосодержащих клеточных компонентов (ассимиляционная сульфатредукция). Во-вторых, прокариоты способны осуществлять диссимиляционную сульфатредукцию (или сульфатное дыхание), при этом сульфат в анаэробных условиях служит конечным акцептором электронов при окислении различных органических веществ (сахаров, спиртов, органических кислот, аминокислот и пр.), в результате образуется токсичный H2S.
Маслянокислые бактерии
Возбудители маслянокислого брожения - строгие анаэробы, широко распространены в почве (как правило, содержатся в 90 % почвенных образцов), навозе, загрязненных водоемах, в разлагающихся растительных остатках, молоке, на поверхности растений. В процессе масляннокислого брожения углеводы сбраживаются бактериями до масляной кислоты, могут образовываться также уксусная кислота, бутиловый спирт и ацетон.
Благодаря жизнедеятельности почвенных микробов, большинство которых являются редуцентами, происходит разложение и минерализация животного и растительного опада с образованием гумусовых веществ, процесс самоочищения почвы от ксенобиотиков, попадающих в нее в результате хозяйственной деятельности человека (пестициды, нефтепродукты, нитроароматические вещества, пластмассы, полиэтилен и т.д.). С помощью микроорганизмов почвы осуществляется биологический круговорот многих минеральных элементов (углерод, кислород, сера, азот, фосфор, железо и марганец).
Микробы поддерживают на определенном уровне состав азота в почве. Из-за неравномерных потерь (вымывание водой, улетучивание в атмосферу) содержание азота в почве сильно уменьшилось бы, если бы микробы постоянно не возвращали молекулярный атмосферный азот в почву в результате процесса азотфиксации.
Микроорганизмы участвуют также в изменениях структуры и химического состава органической фракции почвы. Так, все процессы образования новых веществ и биологической минерализации идут благодаря длинной цепи последовательных и тесно переплетающимися между собой реакций, осуществляемых микроорганизмами. При этом минеральные элементы могут переходить из окисленного состояния в восстановленное, и обратно. Часть веществ вовлекается в состав резервных веществ почвы - гумусовых кислот.
Обычно биологические реакции обратимы. Как правило, они образуют цепи повторяющихся биологических процессов. Соотношения между разными физиологическими группами микроорганизмов в разных типах почв и в зависимости от антропогенной нагрузки неодинаковы и могут быстро изменяться под действием тех или иных факторов, что может служить диагностикой состояния почвы. В результате антропогенной нагрузки на почвы в связи с их хозяйственным использованием меняются условия обитания микроорганизмов, а, следовательно, изменяется соотношение основных физиологических групп микроорганизмов [7].
Объектом исследования служили 6 почвенных образцов с различной антропогенной нагрузкой, 3 из которых относятся к серой лесной легкосуглинистой почве (Брянская обл.):
1) S101 - целина, растительность: клевер и злаки (контроль);
2) S102 - залежь, растительность: люпин (слабая антропогенная нагрузка;
3) S103 - интенсивное земледелие, кукуруза (значительная антропогенная нагрузка), и 3 образца чернозема выщелоченного (Тамбовская область);
Страницы: 1, 2
