Vlastnosti distribuce různých typů bakterií v přírodě

Jedním z destrukčních mikroorganismů je bakterie Rhodococcus globerulus. Může být použit pro recyklaci uhlovodíků a čištění vody a půdy.

Výzkumný tým z Ústavu biochemie a fyziologie mikroorganismů Ruské akademie věd studoval schopnost dvou kmenů bakterií Rhodococcus, izolovaných z různých kontaminovaných půd, rozkládat benzoáty, látky běžné v potravinářském průmyslu jako přírodní konzervanty (skupina E ). Biochemici objevili podobné mechanismy pro kódování informací o enzymech degradujících benzoáty v DNA různých bakterií. Výsledky studie podpořené grantem Ruské vědecké nadace (RSF) byly zveřejněny v časopise Biochemistry.

Benzoáty jsou sloučeniny kyseliny benzoové (C₆H5COOH). Kyselina benzoová je aromatická sloučenina (tj. obsahující ve své struktuře benzenový kruh C₆H₆), která je široce rozšířena v životním prostředí. Benzoáty mají antimikrobiální a protiplísňové vlastnosti (mají biodegradativní vlastnosti): zabraňují množení bakterií fermentace kyseliny máselné, kvasinek a potlačují aktivitu patogenních buněčných enzymů. Díky svým antiseptickým vlastnostem se sloučeniny kyseliny benzoové široce používají v potravinářském průmyslu jako přírodní konzervant (skupina E). Škodlivost benzoátů je stále kontroverzní otázkou, ale proces rozkladu kyseliny benzoové mikroorganismy lze považovat za „výchozí bod“ při studiu schopnosti bakterií rozkládat jiné, mnohem nebezpečnější aromatické sloučeniny. Problém čištění životního prostředí neztratil v posledních desetiletích na své naléhavosti. Biochemici přispívají k boji proti znečištění životního prostředí hledáním kmenů mikroorganismů se zvýšenou biodegradační schopností. Bakterie jsou schopny rozkládat škodlivé sloučeniny díky přítomnosti vysoce specifických enzymů – proteinových katalyzátorů, které urychlují biochemické procesy v buňkách. Výzkum v posledních desetiletích ukázal, že mikroby obsahují širokou škálu degradačních enzymů odpovědných za rozklad škodlivých chemikálií.

Vědci zkoumali schopnost dvou zástupců rodu Rhodococcus, izolovaných z územně vzdálených kontaminovaných půd, rozkládat benzoát v koncentraci až 10 g/l a prokázali stabilitu bakteriálních buněk v přirozených podmínkách prostředí i během cyklické nebo katastrofické změny podmínek. Srovnávací charakteristiky nám umožňují dojít k závěru, že tyto enzymy si byly obecně podobné, a to především z hlediska substrátové specifity (schopnosti katalyzovat destrukci určité látky). Nicméně rysy distribuce biodegradačních genů v bakteriích objevené biochemiky z Ústavu biochemie a fyziky Ruské akademie věd naznačují, že cesty distribuce těchto genů mezi mikroby různých druhů mají mnohem větší omezení, než se dříve věřilo. .

„Jeden z genů kódujících unikátní cestu pro odbourávání toxických chlorfenolů byl donedávna nalezen pouze u jediného kmene Rhodococcus – Rhodococcus opacus. Dnes již není pochyb o tom, že genetická informace může být přenášena z organismu na organismus pomocí různých mobilních genetických prvků. Naše studie však ukázala, že gen kódující klíčový enzym pro destrukci 2-chlorfenolu není mezi bakteriemi tak rozšířen a byl nalezen pouze ve velmi omezeném okruhu degradujících bakterií,“ uvedl vedoucí laboratoře enzymatické degradace organických sloučenin na Ústavu biochemie a fyziologie mikroorganismů Ruské akademie věd, doktorka biologických věd Ljudmila Golovleva. Studium biodegradačního potenciálu bakterií lze využít nejen v čistírnách odpadních vod, ale také při výrobě biopaliv, například při rozkladu celulózy mikroby. Přírodní kmeny mají oproti modifikovaným řadu nepopiratelných výhod. Především jde o jejich stabilitu při vystavení nepříznivým vnějším podmínkám, proto je studium „přírodních“ bakterií neméně prioritním úkolem než jejich genetická modifikace. Na adresu [email protected] zasílejte tiskové zprávy o vědeckém výzkumu, informace o nejnovějších publikovaných vědeckých článcích a oznámení o konferencích, jakož i údaje o grantech a získaných oceněních.

Půdní mikrobiologie je mezioborový předmět, který úzce souvisí s půdní biochemií a mikrobiální ekologií.

To zahrnuje pochopení principů pedologie, mikrobiologie a chemie biologických systémů.

Existují dva hlavní přístupy k půdní mikrobiologii. Prvním přístupem je studium organismů studiem jejich fyziologie a taxonomie, zatímco druhý přístup se zaměřuje na mikrobiální procesy, tedy to, co mikroorganismy dělají v půdě.

Půda je heterogenní stanoviště s neustále se měnícími podmínkami prostředí pro růst mikroorganismů.

Půdní mikroorganismy jsou přítomny ve velkém množství a mají širokou škálu metabolických aktivit a fyziologických vlastností, které hrají zásadní roli v koloběhu živin v půdě a jsou nezbytné pro odstraňování znečišťujících látek z půdy.

Půda obsahuje širokou škálu substrátů pro mikroorganismy, od jednoduchých cukrů až po nejsložitější materiály, jako je humus.

Půda se také skládá z mnoha mikromíst s hladinami živin, vlhkosti, pH a Eh, které se mění na velmi krátké vzdálenosti (mm nebo mm) a přesčas.

Důsledkem chemické a fyzikální heterogenity půdy je, že půda skrývá největší rozmanitost života.

Mikroorganismy vyskytující se v půdě

ИKvůli rozmanitosti živin a základních faktorů je půda domovem různorodé skupiny mikroorganismů.

Půdní mikroorganismy jsou klasifikovány do sedmi různých kategorií: bakterie, houby, viry, modrozelené řasy, aktinomycety, prvoci a hlístice.

Každá z těchto skupin má jiné vlastnosti a svou roli v půdě, ve které žije.

Takové mikroorganismy se nacházejí nejen v povrchové půdě, ale také v podpovrchové půdě stovky až tisíce metrů pod zemí.

Obecně se počet mikroorganismů snižuje s rostoucí hloubkou v půdním profilu, především v důsledku úbytku organické hmoty v půdě.

Přesné složení mikrobiálního společenství v půdě se může měnit se změnami v prostředí.

Distribuce mikroorganismů v půdě se liší od jedné oblasti půdy k druhé. Úzká oblast půdy přímo vystavená kořenům rostlin, nazývaná rhizosféra, obsahuje více mikroorganismů než jiné části půdy.

Rhizosféra je dynamické prostředí, ve kterém kořeny rostlin vylučují různé sloučeniny, které podporují vyšší mikrobiální populace a aktivitu než v objemné půdě.

Bakterie v půdě

Co je to bakterie?

Bakterie jsou nejmenší a nejhojnější buněčné organismy v půdě. Jsou to prokaryotické organismy, které jsou typicky 0,5 až 1 mm široké a 1 až 2 mm dlouhé.

Drobné bakterie nazývané ultramikrobakterie, mohou mít průměr pouhých 0,3 mm s objemem buněk menším než 0,1 mm3.

Ačkoli mají bakterie mnoho buněčných tvarů, včetně tyčinkových, kulovitých, spirálovitých a vláknitých, nejběžnějším buněčným tvarem nalezeným v půdě je krátká tyčinka (kokoidní tyčinka).

Bakterie jsou jednou z nejběžnějších skupin mikroorganismů nacházejí se v půdě, přičemž většina z nich je přítomna v oblasti rhizosféry.

Bakterie v rhizosféře jsou větší a mají vyšší podíl gramnegativních a denitrifikačních bakterií než v objemné půdě.

Příklady bakterií nalezených v půdě

Biomasa bakterií nacházející se v půdě se pohybuje od 300 do 3000 kg/ha. Na gram půdy připadá přibližně 10 8 až 10 9 bakterií, z nichž většina (> 99 %) nebyla nebo nemůže být pěstována v laboratoři.

Běžné bakteriální izolované z půdy zahrnují Bacillus, Arthrobacter, Pseudomonas, Agrobacterium, Alcaligenes, Clostridium, Flavobacterium, Corynebacterium, Micrococcus, Xanthomonas a Mycobacterium.

Na rozdíl od jednoduché morfologie, bakterie mají největší metabolickou rozmanitost.

Z hlediska využití uhlíku se rozlišují autotrofy a heterotrofy a z hlediska spotřeby energie se rozlišují chemoorganotrofy, chemolithotrofy a fototrofy.

Aerobní bakterie použít kyslík jako akceptor elektronů; anaerobní bakterie používají alternativní akceptory elektronů, jako je dusičnan, železité železo, síran, uhličitan a organická hmota.

Protože půda je oligotrofní (na živiny chudé) prostředí, většina bakteriálních buněk je považována za spící.

Jedinou oblastí v půdě, kde se typicky vyskytují metabolicky aktivní mikroorganismy, je rhizosféra, kde živiny nejsou omezeny.

V podmáčených nebo silně utužených půdách počet aerobních bakterií klesá, zatímco mikroaerofilních a nakonec anaerobních bakterií přibývá.

Na rozdíl od jiných půdních mikroorganismů většina bakterií preferuje půdy bohaté na živiny s neutrálním nebo mírně zásaditým pH a podobnými poměry C/N.

Pozitivní účinky prvoků v půdě

elementární jsou rozhodující v suchozemských ekosystémech, kde působí jako bakteriální spotřebitelé, což vede k mineralizaci organického půdního dusíku za vzniku amonia.

Společenstvo prvoků v půdě lze také použít k hodnocení a sledování změn v biotických a abiotických složkách půdy, čímž působí jako půdní bioindikátory.

Bylo zjištěno, že prvoci zvyšují rostlinnou biomasu bez ohledu na obsah živin v rostlinné tkáni.

Mnoho druhů prvoků se živí bakteriemi a další mikroorganismy, což zlepšuje koloběh živin a tok energie mezi mikroorganismy, zvířaty a rostlinami.

Negativní účinky prvoků v půdě

Protože většina bakteriálních společenství v půdě poskytuje potravu pro prvoky, přítomnost prvoků v půdě ovlivňuje bakteriální diverzitu.

Někteří prvoci mohou být pro rostlinu škodliví, snižují zdraví rostlin a výnos.

Modrozelené řasy (sinice) v půdě

Co je modrozelená řasa?

Sinice jsou fototrofní bakterie, které jsou důležité v půdách, kde je dostupné světlo a voda.

Sinice jsou autotrofní eukaryota, která se skládají jak z volně žijících fotosyntetických bakterií, tak z endosymbiotických organismů.

Modrozelené řasy existují ve formě pohyblivých vláken buněk, které jsou odstraněny za účelem vytvoření nových kolonií.

Modrozelené řasy se vyskytují v koloniální nebo vláknité formě a vláknité formy vykazují heterocystická nebo neheterocystická vlákna.

Heterocysty jsou tlustostěnné, velké buňky, zodpovědný za fixaci dusíku za anaerobních podmínek.

Příklady modrozelených řas nalezených v půdě

Modrozelené řasy v půdě jsou přítomny v široké škále vlhkých půd, hlavně kolem kořenů rostlin ve formě symbiotické asociace.

Tyto organismy se mohou vyskytovat buď volně v půdě, nebo ve formě symbiotických vztahů s rostlinami lišejníků.

Druhy sinic mají určité struktury, jako jsou heterocysty, které se podílejí na fixaci dusíku a jsou tak přítomny v anaerobní zóně půdy.

Některé z běžných sinic zahrnují Nostoc, Prochlorothrix, Anabaena, Nodularia et al.

Cyanobakterie byly hlášeny z široké škály půd, které se daří nad i pod povrchem.

Modrozelené řasy v půdě přežívají při mezofilních teplotách, který je citlivý na kyselost/nízké pH (optimální rozsah pH 6,5-8,0) a podmáčené půdní podmínky.

Pozitivní účinky modrozelených řas v půdě

Sinice patří mezi první mikrobiální společenstva, která kolonizují suchozemské ekosystémy.

Tyto mikroorganismy hrají důležitou roli v půdě fixací dusíku a uhlíku prostřednictvím syntézy exopolysacharidů, které zvyšují úrodnost půdy a schopnost zadržovat vodu.

Aplikace sinic jako inokulantů k vyvolání tvorby bioprášku na půdě je nová technologie, která obnovuje neúrodné, degradované oblasti a zabraňuje procesům dezertifikace.

Hrají důležitou roli při zvyšování fyzikální struktury půdy, pórovitosti a zadržování půdní vlhkosti díky své vláknité struktuře.

Tyto organismy také produkují slizovité látky, vylučují v půdě fytohormony, vitamíny, aminokyseliny a sekundární metabolity.

Mnoho druhů sinic má vnitřní schopnost fixovat atmosférický dusík pomocí velmi specializované buňky zvané heterocysta.

Použití sinic fixujících N2 jako potenciálního zdroje biohnojiva N2 v polních podmínkách působí jako alternativa k běžně používaným organickým a chemickým hnojivům.

Negativní účinky modrozelených řas v půdě

V některých případech mohou modrozelené řasy tvořit květy řas a uvolňovat do půdy toxiny, které přímo nebo nepřímo ovlivňují vegetaci.

Úbytek velkého množství společenstva sinic v půdě ovlivňuje bakteriální společenstva, protože způsobuje nedostatek kyslíku.

Viry v půdě

Co jsou viry?

Viry – Jedná se o genetické prvky, které se mohou replikovat nezávisle na chromozomech buňky, nikoli však nezávisle na buňkách samotných.

Viry jsou menší než bakterie a mají velikost 20 až 30 nm v průměru. Viry jsou obligátní parazité bakterií, hub, hmyzu, rostlin a zvířat, kteří obývají půdu.

Viry mohou působit jako spící struktury nebo částice, které mohou přežívat po dlouhou dobu v různých biotopech.

Protože viry jsou obligátní parazité, lze je nalézt kdekoli na světě, kde je život.

Příklady virů nalezených v půdě

Viry jsou nejběžnější biologické objekty na naší planetě a převyšují počet buněčných organismů v mořských a půdních biotopech.

Koncentrace virů v půdě se odhaduje na 10 virových částic na gram sušiny.

Většina půdních virů jsou ocasaté bakteriofágy, které preferují podmáčené lesní půdy před suššími zemědělskými půdami.

Některé z běžných virů nalezených v půdě jsou zahrnují malé kulovité virové částice podobné velikosti jako jednovláknová (ss) RNA obsahující bakteriofágy rodiny Leviviridae nebo některé rostlinné viry a větší kulovité viry podobné dvouvláknové (ds) DNA obsahující viry rodin Partitiviridae, Chrysoviridae a Totiviridae.

Různé rodiny virů Myoviridae, Siphoviridae a Podoviridae s genomy o velikosti od 45 do 270 kb byly nalezeny v povrchových píscích saharské pouště.

Půdy fungují jako rezervoáry pro viry, ale pravděpodobně se nejedná o zcela statické rezervoáry, protože se zdá, že alespoň některé viry se mezi prostředími snadno pohybují.

Hlavním způsobem, jakým viry působí příznivě v půdě, je přenos genů mezi mikrobiálními hostiteli prostřednictvím horizontálního přenosu genů. Přenos genů umožňuje přenos prospěšných vlastností mezi různými komunitami.

Dalším způsobem, jak mohou viry v půdě potenciálně prospívat rostlinám, je infikování rostlinných patogenních organismů.

Viry různých mikrobů v půdě jako patogeny hrají důležitou roli v regulaci populační struktury jejich mikrobiálních hostitelů.

Virové populace mohou také působit jako rezervoáry genů zapojených do všech biochemických funkcí jejich mikrobiálních hostitelů a vzájemnou rekombinací během koinfekcí mohou být zdrojem nových genových variant.

Negativní účinky virů v půdě

Mezi virovým společenstvím v půdě jsou jasně viditelné rostlinné patogeny, které vstupují do rostliny mechanicky, přenašeči háďátek nebo přenašeči hub.

Viry ovlivňují i ​​další mikrobiální společenstva bakterií, hub a prvoků, která způsobují nerovnováhu v biotické složce půdy.

Viry mohou dokonce ovlivnit fyzikální a chemické vlastnosti půdy ovlivněním biotických a abiotických složek půdy.

Vytvořte si na webu přihlášku, co nejdříve vás budeme kontaktovat a zodpovíme všechny vaše dotazy.