Механизм действия почвенных микроорганизмов

Основные механизмы стимуляции роста растений микроорганизмами следующие: фиксация атмосферного азота; перевод органических соединений гумуса в вещества, которые могут усваиваться растениями; синтез фитогормонов; подавление роста фитопатогенных микроорганизмов.

Азотфиксация (диазотрофность) – это связывание азота атмосферы и перевод его в азотсодержащие соединения микроорганизмами или цианобактериями.

Азот – обязательный компонент аминокислот, пуриновых и пиримидиновых оснований, из которых затем синтезируются белки и нуклеиновые кислоты. Растения, как правило, в качестве единственного источника азота могут использовать аммиак или растворимые нитраты. В почве очень мало растворимых неорганических солей азота, т.е. все живые системы зависят от атмосферного азота организмов, способных его усваивать и фиксировать. Так, азотфиксирующие бактерии живут в качестве симбионтов в корневых клубеньках бобовых растений.

Хемосинтез открыт крупным отечественным ученым С.Н. Виноградским. Это процесс усвоения диоксида углерода и синтеза органических веществ за счет энергии, которая выделяется при химических реакциях окисления неорганических соединений. Он протекает у микроорганизмов, которые не содержат хлорофилла.

К ним относятся:

Серные бактерии (род Thiobacillus) – они получают энергию для синтеза органических веществ при окислении сероводорода: 2 H₂S + О₂ → 2 Н₂О + S₂.

Далее при окислении серы, выделяется энергия, которая используется для биосинтезов: S₂ + 3 O₂ + 2 H₂O → 2 H₂SO₄.

Нитрифицирующие бактерии – они получают энергию для биосинтеза органических веществ при окислении аммиака и азотистой кислоты:

2 NH₃ + З О₂ → 2 HNO₂ + 2 Н₂О (род Nitrosomonas)

2 HNO₂ + О₂ → 2 HNO₃ (род Nitrobacter)

Денитрифицирующие бактерии (Pseudomonas fluorescens, Bacterium stutzeri и др.) - восстанавливают нитраты с образованием N₂ или N₂О. Денитрификация происходит в тех участках почвы, где недостаточно кислорода.

Водородные бактерии - получают энергию при окислении водорода:

2 Н₂ + О₂ → 2 Н₂О

Хемосинтезирующие бактерии – окисляют оксиды железа (II) и марганца (II) в трехвалентные соединения этих металлов.

Аммонификация – это распад белково-азотистых соединений растительных и животных остатков с образованием аммиака под действием бактерий, актиномицетов, грибов и др.

Фосфор, наряду с азотом, является лимитирующим элементом питания растений. Процесс мобилизации фосфора из трудноподвижных фосфатов (нуклеиновых кислот, нуклеопротеинов, перегнойных соединений) осуществляют разные микроорганизмы-кислотообразователи.

Моно- и полисахариды легко распадаются под влиянием ферментов целлюлозоразрушающих микроорганизмов (микобактерии родов Polyangium, Mycococcus, Cytophaga, Sporocytophaga; грибы родов Trichoderma, Aspergillus, Chaetomium, Fusarium; актиномицеты). При этом образуется вода, диоксид углерода, органические кислоты, спирты, альдегиды и др.

Медленно разлагаются в почве лигнины. Это высокомолекулярные соединения, продукты конденсации оксикониферилового спирта. В древесине их содержится до 30 %. Разрушают лигнин бактерии из родов Achromobacter, Pseudomonas, некоторые грибы и актиномицеты.

В процессе жизнедеятельности микроорганизмы почвы синтезируют биологически активные вещества: витамины (никотиновую кислоту, рибофлавин, биотин, пантотеновую кислоту, витамин В₁₂ и др.) и ауксины. Водорастворимые витамины являются коферментами ферментов. Поэтому насыщение витаминами ферментных систем повышает их каталитическую активность. Это стимулирует реакции метаболизма, а значит, и роста растений.

Регулировать биотехнологические процессы с участием микрофлоры почвы можно следующими приемами:

· направленное воздействие на микробный ценоз почв для стимуляции роста и размножения органически ценных ассоциаций микроорганизмов, способных к синтезу различных БАВ;

· введение севооборотов и чередование культур, оказывающих позитивное действие на микробиологические процессы и повышающие плодородие почвы;

· регулирование микробиологических процессов путем внесения удобрений, почвоудобрительных микробных препаратов, рациональной мелиорации.

Вопросы для самоконтроля

1) Что такое биотехнология?

2) Сформулируйте цель и задачи биотехнологии в области животноводства.

3) Сформулируйте цель и задачи биотехнологии в области растениеводства.

4) Чем занимается почвенная биотехнология?

5) Каковы основные этапы развития почвенной биотехнологии?

6) Охарактеризуйте основные физико-химические параметры почвы.

7) Что собой представляет гумус?

8) Каким образом почвенная микрофлора формирует гумус?

9) Какие группы бактерий обитают в почве? Охарактеризуйте их.

10) От каких факторов зависит распределение бактерий в почве?

11) Какова роль микробов-антагонистов в улучшении плодородия почвы?

12) Как классифицируют почвы в зависимости от их микробиологических свойств?

13) Каковы основные механизмы стимуляции роста растений микроорганизмами?

14) Что такое азотфиксация?

15) Что такое хемосинтез?

16) Что такое аммонификация?

17) Какие приемы можно использовать для регулирования биотехнологических процессов с участием микрофлоры почвы?

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Основная

1. Блинов, В.А. Общая биотехнология: Курс лекций. В 2-х частях. Ч. 2. – Саратов: ФГОУ ВПО «Саратовский СГАУ», 2004. – 144 с. – ISBN 5-7011-0436-2

2. Елинов, Н.П. Основы биотехнологии / Н.П. Елинов. – СПб.: Наука, 1995. – ISBN 5-02-026027-4

3. Клунова, С.М. Биотехнология: учебник / С.М. Клунова, Т.А. Егорова, Е.А. Живухина. – М.: Академия, 2010. – 256 с. – ISBN 978-5-7695-6697-4

4. Сельскохозяйственная биотехнология / Шевелуха В.С. и др. – М.: Высшая школа, 2003. – 427 с. – ISBN: 5-06-004264-2

5. Тарантул, В.З. Толковый биотехнологический словарь русско-английский: справочное издание [Электронный ресурс] / В.З. Тарантул. – М.: Языки славянских культур, 2009. – 936 с. – ISBN: 978-5-95-51-0342-6 – Доступ с сайта научной библиотеки СГАУ – ЭБС IPRbooks

Дополнительная

1. Биологические препараты. Сельское хозяйство. Экология: Практика применения / ООО «ЭМ-Кооперация» / сост.: Костенко Т.А., Костенко В.К.; под ред. П.А. Кожевина. – Саранск: ГУП РМ «Республиканская типография «Красный Октябрь», 2008. – 296 с. – ISBN 978-5-7493-1236-2

2. Биотехнология: учебное пособие для вузов, в 8 кн., под ред. Егорова Н.С., Самуилова В.Д. – М., 1987.

3. Блинов, В.А. Биотехнология (некоторые проблемы сельскохозяйственной биотехнологии) / В.А. Блинов. – Саратов: ОГУП «РИК «Полиграфия Поволжья», 2003. – 196 с.

4. Блинов, В.А. ЭМ-технология – сельскому хозяйству / В.А. Блинов. – Саратов, 2003. – 205 с.

5. Журнал «Биотехнология» (аннотации статей) (ссылка доступа – http://www.genetika.ru/journal)

6. Интернет-журнал «Коммерческая биотехнология» (ссылка доступа – http://cbio.ru)

7. Оn-line-журнал «Биотехнология. Теория и практика» (ссылка доступа – http://www.biotechlink.org)

Лекция 2