Шорин С.С., Шаушеков Т.К., Мусина Р.Т.,

Мулдашов Е.Д., Рымжан Т.М., Серик М.С., Асылбек Ж.М.

Карагандинский государственный университет имени академика Е.А. Букетова, Казахстан

Симбиотические взаимоотношения микроорганизмов с высшими растениями и их роль в почвообразовании

Одним из центральных вопросов современной биологической науки является вопрос о взаимодействии микроорганизмов с высшими растениями, обеспечивающем регуляцию жизненных процессов в биосфере. Именно взаимодействие микроорганизмов с высшими растениями регулирует слаженность физиологических процессов, упорядоченность развития организмов, способность их к адаптации в меняющихся условиях.

В настоящее время биологические исследования характеризуются особым вниманием к вопросам повышения урожайности растений и уменьшения их заболеваемости за счет увеличения плодородия почв при помощи микроскопически малых организмов.

«Мириады микробов населяют стихии и повсюду окружают нас. Незримо они сопутствуют человеку на всём его жизненном пути, властно вторгаясь в его жизнь то в качестве врагов, то как друзья. В громадном количестве они встречаются в пище, которую мы принимаем, в воде, которую мы пьём, в воздухе которым мы дышим и в почве…» так образно характеризовал микрофлору, которая нас окружает, выдающийся русский микробиолог В.Л. Омелянский. По-видимому, в биосфере нет такой среды, в которой не встречались бы микроорганизмы. Всюду, где есть хотя бы какие-то источники энергии, углерода и азота, обязательно встречаются и микроорганизмы, различающиеся по своим физиологическим свойствам [1].

Микроорганизмы, несмотря на свою малую величину играют огромную роль в природе и жизни человека. Микробы совершают круговорот веществ, разрушают сложные органические вещества, образующиеся в зелёных растениях, участвуют в процессах самоочищении воды и почвы. В превращении органических веществ, поступающих в почву и образующихся в ней, принимают участие различные группы микробов: гнилостные, нитрифицирующие, азотфиксирующие, денитрифицирующие и др.

Живые организмы - обязательный компонент почвы. Количество их в хорошо окультуренной почве может достигать нескольких миллиардов в 1 г почвы, а общая масса - до 10 т/га. Основная их часть - микроорганизмы. Доминирующее значение принадлежит растительным микроорганизмам (бактерии, грибы, водоросли, актиномицеты). Животные организмы представлены простейшими (жгутиковые, корненожки, инфузории), а также червями. Довольно широко распространены в почве моллюски и членистоногие (паукообразные, насекомые). Почвенные организмы разрушают отмершие остатки растений и животных, поступающие в почву [2,3].

Растения вступают в тесные взаимоотношения с содержащейся в почве микрофлорой. Некоторые бактерии и грибы, обитающие в почве и на корнях, постепенно переходят в наземную часть развивающегося растения и расселяются на ней. Отсюда неизбежно взаимодействие высших растений и микроорганизмов [4].

Слой культивированной почвы в несколько сантиметров содержит десятки килограммов живых микроорганизмов на 1 га. Без них не могли бы нормально развиваться и жить большинство культурных растений.

В почве остается от 45% до 80% растительных остатков (корни, частично стебли растений и т. д.). Они легко разлагаются почвенными бактериями [5,6].

Таким образом, из отмерших остатков растений, микроорганизмов, почвенных животных и продуктов их жизнедеятельности образуется органическое вещество почвы. Первичное органическое вещество, поступившее в почву, подвергается сложным превращениям, включающим процессы разложения, вторичного синтеза в форме микробной плазмы и гумификации. Сочетание названных процессов приводит в биологически активных почвах к образованию сложной смеси органических веществ [7,8].

В результате проявления разного типа взаимоотношений между живыми членами биогеоценоза создаются особые функциональные единицы, названные консорциями. Под консорцией в биогеоценологии понимают совокупность популяций, жизнедеятельность которых определяется центральным видом – эдификатором. Обычно это автотрофный организм – растение, которое образует ядро консорции. С ним связаны разные гетеротрофные организмы, образующие вокруг центра круги 1-, 2-, 3-го порядка и др. (концентры) в зависимости от степени их связи с эдификатором консорции. Консорты разных кругов последовательно разрушают органические вещества, созданные центральным видом и другими автотрофами, и используют заключенную в них энергию. Они зависят от основного вида либо энергетически, либо топически, либо от того и другого вместе. Среди консортов различают следующие функциональные группы (по Т.А. Работнову): биотрофы питаются тканями живого растения, эккрисотрофы используют выделения живого растения через корни и листья, сапротрофы разлагают мертвые ткани растения. Кроме того, в удаленных концентрах есть паразиты животных и паразиты паразитов [9,10,11].

В том числе, растения выделяют во внешнюю среду различные органические соединения – сахара, органические кислоты, нуклеотиды, аминокислоты, витамины, стимуляторы роста, представляющие собой легкодоступный и весьма разнообразный субстрат для питания микроорганизмов. Поэтому не случайно, что корневая система и наземные органы растений обильно населены микроорганизмами [12].

Растение кормит микроорганизмы, а ризосферные бактерии разлагают гумус и обеспечивают растение минеральным питанием. Когда вегетативный период заканчивается, растения выделяют ингибиторы и тормозят развитие микроорганизмов».

Таким образом, симбиотические взаимоотношения микроорганизмов с высшими растениями разнообразны. При таком контакте пользу получают оба организма, не нанося друг другу вреда [13,14].

Особую группу превращения органических веществ в почве представляют высокомолекулярные, преимущественно циклического строения промежуточные продукты окисления, гидролиза и брожения белков, дубильных веществ, лигнина, частично смол и восков, способных к реакциям полимеризации, конденсации и в целом к синтезу новых органических веществ, более устойчивых к разложению, чем исходные.

Из ходя выше приведенных видно, что почва – это не только субстрат, на котором растут растения, из которого они черпают минеральные элементы питания, она представляет собой сложную систему с различными протекающими в ней биологическими и биохимическими процессами. В почве происходят разнообразные биохимические превращения, устанавливается сложная взаимосвязь между микроорганизмами.

Почвенные микроорганизмы составляют значительную часть любой биогеосистемы – экологической системы, включающей почву, косное (неживое) и биокосное (живое или произведенное живыми организмами) вещества – и активно участвуют в ее жизнедеятельности. Почва обладает высокой буферной способностью, т.е. долгое время может не изменять своих свойств под воздействием загрязнителей. Микроорганизмы почв обладают высокой чувствительностью к антропогенному воздействию. Поэтому они являются хорошими индикаторами загрязненности окружающей среды. Так, по виду микрофлоры, преимущественно обитающей (или, наоборот, отсутствующей) на данной территории, можно определить не только степень загрязнения, но и его вид (какое именно загрязняющее вещество превалирует на данном участке). Например, индикаторами сильного антропогенного загрязнения является отсутствие коккоидных форм микроводорослей из отдела Chlorophyta. Наиболее устойчивыми к загрязнению оказались нитчатые формы синезеленых водорослей (цианобактерий Cyanophyta) и зеленых водорослей [15,16].

Вместе с тем, микроорганизмы сами являются очистителями окружающей среды. Дело в том, что питательными веществами для многих бактерий являются абсолютно несъедобные для высших организмов вещества. В большинстве случаев данные вещества (такие, как нефть, метан и т.п.) являются для таких бактерий прямыми источниками энергии, без которой они не выживут. В некоторых других случаях такие вещества не являются для бактерий жизненно важными, но бактерии могут их поглощать в больших количествах без вреда для себя. Еще до приспособления бактерий в качестве биофильтров и биоочистителей, до появления искусственных загрязнителей, микроорганизмы уже эффективно выполняли очистительную роль в природе.

Оценка состояния обитающих в почве организмов, их биоразнообразия имеет важное значение при решении задач природоохранной практики: выделении зон экологического неблагополучия, расчете ущерба, нанесенного деятельностью человека, определении устойчивости экосистемы и воздействии тех или иных антропогенных факторов. Микроорганизмы и их метаболиты позволяют проводить раннюю диагностику любых изменений окружающей среды, что важно при прогнозировании изменений окружающей среды под воздействием природных и антропогенных факторов.

Литературы

1. Бабьева И. П., Зенова Г. М. Биология почв. М.: МГУ, 2004.

2. Кожевин П. А. Микробные популяции в природе. М.: МГУ, 2000.

3. Авраменко И.Ф. Микробиология: учеб. пособие. – М.: Колос, 1999.

4. Громов Б. В., Павленко Г. В. Экология бактерий. Л.: ЛГУ, 1989.

5. Гусев М. В., Минеева Л.А. Общая микробиология. М.: МГУ, 1993.

6. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.: Наука, 1990. 270 с.

7. Звягинцев Д. Г. Почва и микроорганизмы. М.: МГУ, 1985.

8. Андрус Д. и др. Введение в химию окружающей среды. М.: Мир, 1999.

9. Лыков A.М., Коротков A.А., Громакова Т.Г. Земледелие с почвоведением. - М.: Агропромиздат, 1985.

10. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология: учебник. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1987.

11. Микроорганизмы в сельском хозяйстве / отв. ред. Н.А. Красильников. – М.: Изд-во Московского университета, 2004.

12. Нарциссов В. Т. Научные основы систем земледелия. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Колос, 1982.

13. Нетрусов А.И., Котова И.Б. Микробиология: учебник. - М.: Академия, 2006.

14. Почвоведение: учебник/ под. ред. И.С. Кауричева. – 4-е изд. – М.: Агропромиздат, 1989.

15. Пяткин К.Д., Кривошеин Ю.С. Микробиология. – 4-е изд., перераб., и доп. – М.: Медицина, 1981.

16. Экология микроорганизмов: учебник / под. ред. А.И. Нетрусова. – М.: Академия, 2004.