Благоприятные условия для развития микроорганизмов в почве

Благоприятные условия для развития микроорганизмов в почве

Глава 6. Распространение микроорганизмов в природе — Л. Б. Богоявленская

Микроорганизмы распространены в окружающей среде повсеместно. Они находятся в почве, воде, воздухе, организме человека и животных. Микроорганизмы участвуют в процессах превращения веществ, усвоении их растениями и животными.

Микроорганизмы обладают способностью приспосабливаться (адаптироваться) к самым различным условиям окружающей среды. Они встречаются в разнообразных сочетаниях (ассоциациях) и количествах. Каждый объект имеет свою, характерную для него микрофлору. Наши знания об особенностях распространения микроорганизмов помогают предупреждать инфекционные болезни и даже ликвидировать некоторые из них.

Микрофлора почвы

В почве микроорганизмы находят наиболее благоприятные условия для своего развития. Органические вещества, минеральные соединения, достаточная влажность почвы создают условия для накопления в ней огромного количества микроорганизмов.

Наиболее богата микроорганизмами культурная, возделываемая почва (до 5 млрд. в 1 г почвы), наименее — почва пустынь, бедная влагой и органическими веществами (200 млн. в 1 г).

Неодинаково также число микроорганизмов в почве в различных климатических условиях: в южных областях оно значительно выше. Неравномерно распределение их и в разных слоях почвы. Так, в поверхностном слое почвы, вследствие губительного действия солнечных лучей и высыхания, микроорганизмов сравнительно мало, на глубине 10-20 см число их достигает максимума и затем, по мере углубления, количество их стремительно падает.

Микрофлора почвы очень разнообразна; она состоит из нитрифицирующих, азотфиксирующих, денитрифицирующих, целлюлозоразлагающих бактерий; серо- и железобактерий, грибов, водорослей, простейших. Большинство микроорганизмов, обитающих в почве, принимает участие в круговороте веществ в природе: разложении органических веществ до неорганических, усвоении минеральных элементов и фиксации атмосферного азота растениями. С помощью микроорганизмов изменяется структура и химический состав почвы.

Почва может служить путем передачи возбудителей инфекций. С выделениями человека и животных, трупами и отбросами в почву попадают патогенные бактерии. Большинство из них из-за недостатка питательных веществ, влияния солнечного света и действия микробов-антагонистов быстро погибает. Однако некоторые микроорганизмы сохраняются в течение времени, достаточного для распространения инфекции (от нескольких часов до нескольких месяцев). Имеются и микроорганизмы, длительно (многие годы) сохраняющиеся в почве, через которую и происходит заражение животных и человека. К таким относятся спорообразующие бактерии: возбудители сибирской язвы, столбняка, газовой гангрены. И, наконец, для некоторых микроорганизмов почва — постоянное место обитания: возбудители ботулизма, актиномицеты и др.

Микрофлора воды

Вода открытых водоемов является естественной средой обитания многих микроорганизмов. В воду они попадают из почвы, с выделениями человека и животных, отбросами, сточными водами.

Обычная микрофлора почвы — сапрофиты. В воде обитают псевдомонады, микрококки, вибрионы. Помимо этого, в воду могут попасть, сохраниться и даже размножиться возбудители инфекционных болезней. Так, например, кишечная палочка и возбудители брюшного тифа переживают в воде длительное время, а возбудители холеры размножаются.

Интенсивность обсеменения воды микроорганизмами и состав микрофлоры зависят от степени загрязнения водоема, особенно органическими соединениями. Вблизи от населенных мест, в которых водоемы загрязняют сточными, хозяйственными и промышленными водами, количество микроорганизмов в воде особенно велико, а микрофлора более разнообразна.

В воде постоянно происходят процессы самоочищения — микроорганизмы погибают от действия солнечных лучей и химических веществ, осаждения, воздействия антибиотических веществ, вырабатываемых другими микроорганизмами, водорослями, грибами.

Вода морей и океанов также богата микроорганизмами, но там их значительно меньше, чем в пресноводных открытых водоемах. Особенно много микроорганизмов в слое придонного ила, на котором они образуют тонкую пленку. Наиболее чистыми являются почвенные воды, попадающие на поверхность через артезианские скважины и родники.

Вода играет большую роль в передаче инфекционных болезней. Возбудители кишечных инфекций, полиомиелита, туляремии, лептоспироза нередко вызывают «водные» эпидемии, а для холеры вода служит основным путем передачи инфекции.

Определение чистоты воды и предупреждение ее загрязнения- одно из обязательных мероприятий в борьбе с инфекционными болезнями.

Микрофлора воздуха

Воздух не содержит питательных субстратов, нужных для развития микроорганизмов. Кроме того, солнечная радиация, смена температуры и другие факторы оказывают неблагоприятное воздействие на микроорганизмы. Несмотря на это, в воздухе постоянно находится значительное количество микроорганизмов, которые попадают в воздух с пылью с поверхности почвы. Наиболее часто в воздухе встречаются споры грибов и бактерий, пигментные сапрофитные бактерии, плесневые и дрожжевые грибы, различные кокки.

Количество микроорганизмов в воздухе колеблется в широких пределах.

Наиболее загрязнен воздух крупных промышленных городов. В сельской местности воздух значительно чище, а меньше всего микроорганизмов содержится в воздухе над лесом, горами, морями.

В верхних слоях атмосферы микроорганизмов меньше, чем в нижних; зимою меньше, чем летом; в помещениях больше, чем под открытым небом. Особенно много бактерий в плохо проветриваемых помещениях при отсутствии влажной уборки.

Патогенные микроорганизмы попадают в воздух вместе с капельками слюны и мокроты, при кашле, чиханье, разговоре больных людей, а также с пылью с загрязненных предметов и инфицированной почвы.

Микроорганизмы находятся в воздухе в виде аэрозоля (капельках жидкости или в мельчайших твердых частицах, взвешенных в воздухе).

Вдыхая воздух, загрязненный патогенными микроорганизмами, человек может заболеть. Такой путь передачи инфекции называется воздушно-капельным (воздушно-пылевым).

Малоустойчивые патогенные микроорганизмы передаются обычно лишь на расстоянии, близком от больного (возбудителя кори, гриппа, коклюша); с частицами пыли переносятся кокки, споры и более устойчивые микроорганизмы. К последним относятся возбудители сибирской язвы, туберкулеза и др. Эпидемии заболеваний, распространяющихся через воздух, обычно возникают зимой при скоплении людей в закрытых помещениях, недостаточно проветриваемых и при отсутствии ежедневной влажной уборки.

Читайте также: Деградация почв в сельском хозяйстве

Для предотвращения этих заболеваний применяют марлевые маски, которыми пользуется медицинский персонал, больные, сотрудники детских учреждений.

Микрофлора организма человека

Нормальная миклофлора человека сложилась в результате взаимодействия микро- и макроорганизма в процессе эволюции. Совокупность микробных видов, характерных для отдельных органов и полостей организма — биоценоз — необходимое условие нормальной жизнедеятельности организма. Нарушение биоценоза, появление необычных для него микроорганизмов, особенно болезнетворных, вызывает развитие заболевания.

Плод человека во время беременности стерилен. Уже при родах в организм ребенка из родового канала матери попадают микроорганизмы. Они также поступают с кожи матери, рук персонала, окружающих предметов и воздуха.

В течение жизни человека характер микрофлоры меняется, но в целом он постоянен и характерен для отдельных органов. Внутренние органы человека обычно стерильны (кровь, мозг, печень и др.). Органы и ткани, сообщающиеся с окружающей средой, содержат микроорганизмы.

Микрофлора кожи довольно постоянна. Она представлена стафилококками, стрептококками, дифтероидами, спорообразующими бактериями, дрожжеподобными грибами. Питательным субстратом для них являются выделения сальных и потовых желез, отмершие клетки и продукты распада. Микроорганизмы, попавшие на чистую здоровую кожу, обычно погибают от воздействия выделений разных желез и бактерий, постоянно обитающих на коже.

Загрязнение кожи способствует развитию патогенных микроорганизмов, поэтому очень важно постоянно поддерживать чистоту кожи.

Микрофлора полости рта обильна и разнообразна. Постоянная температура, влажность, наличие питательных веществ, щелочная реакция слюны создают благоприятные условия для развития микроорганизмов. Преобладают различные виды кокков, молочно-кислые бактерии, дифтероиды, спирохеты; встречаются веретенообразные палочки, актиномицеты и дрожжеподобные грибы.

Микроорганизмы полости рта играют большую роль в развитии кариеса зубов, стоматита, воспаления мягких тканей. В первой стадии воспалительного процесса преобладают стрептококки, бактероиды, актиномицеты. По мере развития кариеса к ним присоединяются гнилостные бактерии: протей, клостридии и др. В предупреждении этих заболеваний большое значение имеет гигиена рта.

Микрофлора желудочно-кишечного тракта. Обычно микрофлора желудка крайне скудна из-за губительного действия кислого желудочного сока. В тонком кишечнике, несмотря на щелочную реакцию, микроорганизмов также немного в связи с неблагоприятным действием ферментов. В толстом кишечнике условия для размножения микроорганизмов более благоприятны. На протяжении жизни человека микрофлора толстого кишечника меняется: у грудных детей преобладают молочно-кислые бактерии, у взрослых обычно обнаруживают бактероиды, бифидобактерии, кишечную палочку, фекальный стрептококк и др. Около трети каловых масс составляют различные микроорганизмы.

Микрофлора дыхательных путей. Человек вместе с воздухом вдыхает огромное количество микроорганизмов. Однако большинство из них задерживается в полости носа или выводится наружу с помощью мерцательного эпителия верхних дыхательных путей. В носоглотке и зеве обычно встречаются стафилококки, стрептококки, дифтероиды и др. При ослаблении организма (охлаждении, истощении, травмах) микроорганизмы — постоянные обитатели верхних дыхательных путей — могут вызывать различные заболевания, поражая при этом и нижние отделы дыхательного тракта (бронхиты, воспаление легких).

Микрофлора слизистой оболочки глаз очень скудна из-за действия на нее лизоцима, содержащегося в слезах. Все же на конъюнктиве встречаются стафилококки и дифтероиды.

Микрофлора влагалища изменяется в течение жизни женщины. У девочек преобладает кокковая флора, у взрослых женщин — палочка Дедерлейна.

Нормальная микрофлора человека — необходимое условие сохранения его здоровья. Нарушение микробных биоценозов в разных органах и системах организма ведет к развитию патологических процессов, снижению защитных сил организма, развитию дисбактериоза.

Контрольные вопросы

1. Чем характеризуется микрофлора почвы, воды, воздуха?

2. Какова роль нормальной микрофлоры тела человека?

Условия обитания микроорганизмов в почве.

Почва является благоприятной средой для обитания и размножения различных микроорганизмов. По количеству и разнообразию видов она является основным резервуаром, откуда микробы поступают в окружающую среду – воздух и воду. Группа почвенных микроорганизмов образует микробные биоценозы почвы и принимает участие в круговороте азота, серы, фосфора и других веществ, минерализации органических отбросов, процессах самоочищения. Существенную роль в формировании микробного биоценоза почвы играют высшие растения, насекомые и животные.

Содержание микроорганизмов в почве зависит от её химического состава, влажности, температуры, кислотности. До 90% микроорганизмов находится в адсорбированном состоянии на поверхности почвенных частиц.

Наиболее богат микроорганизмами слой перегноя, особенно у чернозёмов и каштановых почв. Так, в 1 г чернозема содержится до 3 млрд. клеток микроорганизмов; в бедных органическими веществами подзолистых почвах – от 300 млн до 2 млрд. В песчаных почвах, бедных питательными веществами и влагой, находится до 100 тысяч микроорганизмов. Микроорганизмы располагаются в почве неравномерно. Большая их часть сосредоточена в верхнем слое от 5 до 20 см, а уже на глубине 1 – 2 м количество микроорганизмов резко уменьшается.

Почвы различаются по содержанию воды: слишком сухие и слишком влажные ограничивают рост и развитие микроорганизмов. Оптимальна для большинства микроорганизмов влажность, равная 50-60% максимальной влагоемкости (наибольшего количества воды, которое почва может удерживать). Некоторые, например Clostridium pasteurianum, могут расти при 100 %-й влагоемкости почвы.

Для микроорганизмов важна концентрация солей в почвенном растворе. Засоленные почвы беднее микроорганизмами, однако некоторые грибы родов Aspergillus, Peniclillium хорошо развиваются на субстратах с 20-30% NaCl, некоторые почвенные микроорганизмы развиваются при высоких концентрациях минеральных солей (осмофильные).

Читайте также: Цветок фикус бенджамина почва

Почвенный воздух отличается по составу от атмосферного. Экологически важным компонентом почвенного воздуха является количество СО₂, необходимого для автотрофных организмов. При растворении в воде он образует кислоту и, изменяя рН почвы, становится фактором, ограничивающим жизненные процессы микроорганизмов. Например, гриб Rhizoctonia solani погибает при концентрации СО₂ 10%. Почвенные микроорганизмы очень чувствительны к изменениям рН среды: грибы лучше растут в кислой среде, а бактерии – в нейтральной или слегка щелочной. Изменение рН почвы вызывает изменения в популяциях почвенных микроорганизмов.

Из внешних факторов, существенно влияющих на развитие микроорганизмов в почве, основным является температура. Лучше всего почвенные микроорганизмы развиваются при температуре 15-25 о С, но могут встречаться термофильные (оптимум 50°С) и криофильные (психрофильные), развивающиеся при температуре, близкой к 0 о С.

На распределение микроорганизмов в почве влияют корни растений, выделяющие во внешнюю среду органические вещества. На поверхности корней и в прикорневой зоне сосредоточено большое количество микроорганизмов.

Различные виды обработки почв (рыхление, орошение, вспашка, внесение удобрений) способствуют усиленному размножению микроорганизмов, поэтому в окультуренных почвах число их в несколько раз больше, чем в целинных.

Влияние внешних условий на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов

Из внешних факторов, влияющих на жизнь почвенных микроорганизмов, следует назвать химический состав, влажность, аэрацию и температуру почвы, концентрацию и рН почвенного раствора, свет и некоторые другие.

Подавляющее большинство почвенных микроорганизмов является сапрофитами. Поэтому чем богаче почва органическими веществами, тем лучше развиваются в ней микроорганизмы. Наряду с органическими веществами на распределение микроорганизмов в почве оказывает влияние и содержание минеральных элементов. Так, например, молибден усиливает развитие азотфиксаторов, бор – нитрификаторов, цинк и марганец – простейших животных. Наоборот, повы­шение содержания тяжелых металлов снижает процесс фиксации азота, губительно действует на ряд других микробиологических процессов, протекающих в почве.

Очень сильное влияние на рост и размножение микроорганизмов оказывает содержание воды в почве и концентрация почвенного раствора. Активная их жизнедеятельность протекает только при достаточно высокой влажности почвы. Оптимальным для большинства обитателей почвы является содержание воды, равное 60 . 10 % от полной влагоемкости. Избыток воды в торфяной почве резко снижает активность многих микроорганизмов и их численность. Количество нитрификаторов уменьшается здесь по сравнению с той же, но осушенной почвой в 600 раз, целлюлозоразлагающих бактерий – в 100 раз и т.д. Осушение заболочен­ных лесных почв таежной зоны уже с первых лет приводит к двойному усилению активности микробного населения, в частности целлюлозоразлагающих групп микроорганизмов, повышению количества многих спорообразующих бактерий и актиномицетов.

Почвенная засуха резко отрицательно воздействует на жизнь микроорганизмов. Различают физическую сухость субстрата, на котором поселяются микроорганизмы (недостаток воды), и физиологическую, создающуюся при высоком осмотическом давлении почвенного раствора, например в условиях засоленных почв и соленых озер. Наиболее устойчивы к физической засухе почвы споры бактерий, цисты (например, азотобактера), мелкие бактерии с толстыми грамположи­тельными стенками и акинеты (покоящиеся клетки) цианобактерий. Споры бактерий могут выдерживать условия без воды в течение сотен лет, азотобактер – до 10 лет. Совершенно неустойчивы к почвенной засухе микоплазмы, спирохеты и некоторые другие микроорганизмы.

В засоленных почвах обитают галофильные бактерии, способные развиваться при содержании хлористого натрия 12 %, а экстремальные галофилы даже лучше растут и размножаются в соленой воде озер при концентрации NaCl 20–30 %. В значительной степени это связано с особенностями строения их оболочки, которая состоит в основном из липопротеидов и не содержит пептидогликана. Для стабилизации клеточной стенки им необходима высокая концентрация ионов натрия, хлора, магния. В их отсутствие стенка растворяется, а цитоплазма постепенно разрушается.

Дрожжи также довольно устойчивы к высокой концентрации раствора, устойчивы и некоторые почвенные водоросли. Туберкулезная палочка до 6 недель может жить в очень концентрированном растворе поваренной соли, теряя лишь способность к размножению.

По отношению к кислороду все микроорганизмы делятся на аэробов и ана­эробов. Аэробы требуют для своего роста и развития молекулярный кислород, используя его в качестве конечного акцептора электронов в процесс е дыхания. Анаэробные микроорганизмы способны жить без кислорода, получая энергию в процессах брожения или анаэробного дыхания. Облигатные анаэробы живут только в отсутствие кислорода, а факультативные анаэробы, например дрожжи, способны жить как в кислородной, так и в бескислородной среде. Примером облигатно анаэробных микроорганизмов служит род Clostridium. Кислород для них является ядом. Облигатные анаэробы в присутствии О₂ гибнут от накопления перекиси водорода, так как у них отсутствует каталаза – фермент, разлагающий Н₂О₂, а также из-за инактивации ферментов при очень высоком окислительно-восстановительном потенциале среды.

Содержание кислорода в почвенном воздухе меньше, чем в атмосфере. Даже в хорошо аэрированной почве содержится обычно 8 – 10% О₂. Этого количества кислорода вполне достаточно для нормального развития аэробных микроорганизмов. Но в затапливаемой водой или очень уплотненной почве содержание кислорода резко понижается (до 1- 2%).

В почвенном воздухе содержится большое количество СО₂ (до 3%), а при вытеснении воздуха водой, затапливающей почву, содержание ее достигает 10 % и более. Такие дозы СО₂ могут отрицательно влиять на рост и развитие микроорганизмов почвы. Есть немало прокариот, устойчивых к повышенному парциальному давлению СО₂. Цианобактерии, например, не прекращают роста при содержании углекислоты выше 12 %.

Читайте также: Почему плодородны вулканические почвы

Все микроорганизмы по отношению к температуреразделяются на 3 основные группы: психрофиды (холодолюбивые), мезофилы и термофилы (теплолюбивые). Между термофилами и мезофилами имеются и промежуточные группы.

При отрицательной температуре почвы большинство бактерий переходит в состояние анабиоза – скрытой жизни, когда жизнедеятельность организма макси­мально затормаживается. При температуре ниже 0 °С некоторая активность физиологических процессов проявляется только у психрофилов. Из последних следует назвать облигатных психрофилов, обитающих в условиях Арктики и высоких гор, а также некоторые дрожжи, получившие широкое распространение в холодных вечно мерзлотных почвах тундры. Очень устойчивы к низкой температуре споры грибов и особенно бактерий, выдерживающие охлаждение до -190 и даже до -253 °С.

Термофилы активно растут и размножаются в местах разложения больших масс органического вещества – навозе, компостах, нижних слоях подстилки. Наиболее устойчивые из этой группы микроорганизмов выдерживают температуру до +80 и даже + 90°С. Вместе с тем они очень чувствительны к недостатку воды в почве. По этой причине их мало в южных почвах, которые часто испытывают засуху.

Повышение температуры выше максимума приводит к резкому нарушению метаболизма микроорганизмов и ультраструктуры их клеток. Белки цитоплазмы коагулируют, мембраны разрушаются, что ведет к смерти клеток.

Жизнедеятельность микроорганизмов в сильной степени зависит от реакции среды,в частности почвенного раствора. Для различных физиологических групп микробов оптимальные пределы рН не совпадают. Так, например, грибы предпочитают более кислую реакцию (рН 3 – 6), бактерии – нейтральную или ще­лочную с оптимумом рН 7 – 8. Лишь уксуснокислые и серные бактерии и некоторые другие лучше развиваются в условиях сильнокислой среды.

Азотобактер в условиях кислых почв при недостатке кальция не встречается. Аммонифицирующие бактерии хорошо развиваются при рН, равной 6,5 – 8,0, денитрифицирующие –7,0 – 8,7. Клубеньковые бактерии по-разному относятся к рН почвы в зависимости от хозяина. Например, люпиновые предпочитают более кислую среду, чем люцерновые.

Бактерии, выносящие сильнокислую среду, называют ацидофилами. Облигатные (экстремальные) ацидофилы, например бактерии из рода Thiobacillus, могут выдерживать рН среды равное 1.

Изменение рН в ту или другую сторону от оптимальных значений ведет к изменению заряда цитоплазматической мембраны микробной клетки, а это, в свою очередь, меняет скорость поступления ионов в клетку, активность ферментов. В особо экстремальных случаях эти изменения заряда могут привести к коагуляции биоколлоидов (белков и других жизненно важных соединений). Поверхность коллоидов резко уменьшается, что снижает процессы дыхания, синтез веществ и другие стороны метаболизма.

Светнужен лишь микроскопическим водорослям, цианобактериям, пурпурным и зеленым бактериям, которые на свету осуществляют фотосинтез. Для большинства же микроорганизмов свет не только не необходим для их жизнедеятельности, но является отрицательным фактором. Особенно неблагоприятны ультрафиолетовые лучи, которые действуют разрушительно на нуклеиновые кислоты. На этом основана обработка фруктовых соков ультрафиолетовыми лучами.

Основная масса различных физиологических групп микроорганизмов уже на рассеянном свету прекращает размножаться, а прямой свет оказывает бактерицидное действие. Характерно, что споры грибов и бактерий оказываются так же чувствительны к свету, как и вегетативные тела, а иногда даже менее стойки к нему. На этом основано использование света для борьбы с нежелательной патогенной микрофлорой. Так, при строительстве санаториев, больниц отводят наиболее освещаемые места, а сами здания строятся с большими окнами, пропускающими много света.

На количественный и качественный состав, а также на активность микроорганизмов почвы могут оказывать влияние радиоактивные вещества. Содержание их в различных почвах обычно невелико: от 3 до 9 · 10 -4 % (торий), от 9 до 58 · 10 -5 % (уран) и от 2 до 9 · 10 -11 % (радий). Доказано стимулирующее воздействие небольших доз проникающей радиации на активность и рост микроорганизмов. Азотобактер под влиянием малых доз радиации усиливает процесс азотфиксацию, у клубеньковых бактерий повышается способность проникать в ткани корней бобовых растений. Искусственно повышенный фон радиации может вызывать мутагенный эффект, приводить к повреждениям структур, а очень высокий – вызывать летальный исход. Растения и микроорганизмы в естественных условиях способны аккумулировать в десятки и сотни раз больше радиоактивных веществ, чем их содержится в окружающем субстрате.

Зная отношение микробов к факторам внешней среды, можно так регулировать их жизнедеятельность, в частности в почве, чтобы направить процессы в нужную сторону, создать наиболее благоприятные условия для минерального питания растений. Это, в свою очередь, будет способствовать увеличению биологической продуктивности и урожайности растений.

Чувствительность микроорганизмов к неблагоприятным факторам используется в быту. Для более длительного сохранения пищевых продуктов их подвер­гают кипячению, высушиванию, засолке (20 – 30% раствор поваренной соли), используют высокое содержание сахара при приготовлении варенья, сильнокислую среду (маринование, квашение овощей, мочение фруктов и т.д.), антисептирование при копчении мясных и рыбных продуктов через образование смол и альдегидов, замораживание и др. В сельском хозяйстве кислая среда используется при силосовании кормов.

• Свежие записи
  • Как избавиться от мошек в цветах комнатных растений
  • Что добавить в воду чтобы цветы дольше стояли
  • Какие цветы сочетаются друг с другом на клумбе
  • Жмых от кофе как удобрение для комнатных цветов
  • Белый липкий налет на комнатных цветах как избавиться