Окислительно-восстановительные условия почвы.

КУРСОВАЯ РАБОТА

по теме:
«Распространение основных групп микроорганизмов в почвах разных типов»

Выполнила

студентка 2 курса 204 группы:

Самсонова Ольга Дмитриевна

_ФИО

Проверила:

Селицкая Ольга Валентиновна

_{ученая степень, ученое звание, ФИО}

Оценка ___________________

Дата защиты_______________

Москва, 2017

Аннотация.

Данная курсовая работа посвящена «Распространение основных групп микроорганизмов в почвах разных типов». Она состоит их двух частей: теоритической и практической. В первой излагаются данные об основных группах микроорганизмов и их распределении в почве. Что касается второй, то там делалось описание эксперимента по выявлению из данной почвенной навески (серозема) конкретных видов микроорганизмов и их определение.

Данная тема актуальна в наше время, Исследования микробного мира в почве находятся в сфере экологии микроорганизмов. Основная суть этой науки улавливается даже из самого термина «экология» (от греч. «ойкос» - дом, местообитание). Экологические исследования микроорганизмов проводятся в их «доме», т.е. естественной среде. Ни на каком ином уровне, изучая наследственные свойства микробов, химический состав и тонкое строение клетки, нельзя получить тех сведений, которые добываются при экологических исследованиях.
Именно поэтому изучение сообществ микроорганизмов в естественной среде по-прежнему актуально. Дальнейшее изучение
этой темы позволит наиболее широко и эффективно использовать микроорганизмы на благо человечества.

Содержание:

Аннотация…………………………………………………………………….…. 2
Содержание ……………………………………………………………………...3
Введение …………………………………………………………………………4
Глава 1. Теоретическая часть……………………………………………………5
1.1 факторы влияющие на формирование микробных ценозов почв различных типов. …………………………………………………………………….….5
1.2 температурный режим почвы ……………………………………………....5
1.3 воздушный режим почвы …………………………………………………...7
1.4. Влажность почвы …………………………………………………………...8
1.5. окислительно-восстановительные условия почвы………………………..9
1.6. кислотность почвы ........................................................................................11
1.7.Численность микроорназмов в почвах разных типов ………………….....11
1.8. роль микроорганизмов в разрушении органических соединений……….12

1.9. Основные группы микроорганизмов ……………………………………...14
1.10. сапротровная группировка микроорганизмов …………………………..14
1.11. актиномицеты……………………………………………………………...16
1.12. грибы и дрожжи ………………………………………………….………..19
1.12. целлюлозоразрушающие микроорганизмы ……………………………..21
1.13.олиготрофные микроорганизмы ………………………………….……....21
1.14.Почвообразующие водоросли …………………………………………….23
Заключение по теоретической части ………………………………….……….24
Глава 2. Общий микробиологический анализ сероземной почвы………..… 26
2.1 Характеристика объекта исследования. .......................................................26
Глава 3. Характеристика объектов и методов исследования ..........................29
3.1 Методы исследований ……………………………………………………....29
3.2 Техника посева ……………………………………………………………...29
3.3 Приготовление почвенной суспензии и посев …………………………....30
3.4Посев на плотную питательную среду МПА ................................................31
3.5 Посев на полную дрожжевую среду(ПДС) ..................................................32
3.6Посев на среду Ваксмана ................................................................................32
3.7 Метод обрастания комочков почвы. Среда Эшби ......................................33
3.8 Определение влажности почвы …………………………………………....33
Глава 4. Результаты исследований …………………………………………....35
4.1 Количественная и качественная характеристика микроорганизмов, использующих органические формы азота ...........................................................35
4.2 Количественная и качественная характеристика микроскопических грибов и дрожжей в почве (среда ПДС) ……………………………………….....37
4.3 Количественная и качественная характеристика аэробных азотфиксирующих бактерий ....................................................................................................40
4.4 Количественная и качественная характеристика актиномицетов, использующих минеральные формы азота, в почве (среда Ваксмана) …………….41
Заключение по практической части ………………………………………….45
Выводы ………………………………………………………………………...46
Список литературы………………………………………………………….... 47

Введение.

Почва - одна из наиболее благоприятных сред для существования микроорганизмов. Особенности почвы как среды обитания микробов состоит в том, что это трехфазная система с очень развитой твердой поверхностью, которая соседствует с жидкой и газовой фазами. Твердые частицы и агрегаты делят почву на многочисленные частично и полностью изолированные микрозоны, в котором создаются резко отличающиеся, а часто даже противоположные условия. Клетки микробов имеют микроскопические размеры, и средой их обитания является микросреда. Сотни и тысячи таких микросред сосредоточены в каждом грамме почвы. Почва - это комплекс одновременно существующих, но совершенно различных микросред.

Долгое время микроорганизмы вообще и почвенные в частности рассматривались как космополиты, более или менее однородно распределенные по поверхности земного шара. Предполагалось, что почвы различаются лишь по численности, но не по составу их микронаселения. Однако микроорганизмы - весьма обобщенное понятие. Оно включает в себя существ, относящихся к разным таксонам, вплоть до царств и доменов. Поэтому ясно что один тип микробов, в силу различия своих характеристик и свойств по сравнению с другими группами микроорганизмов, зачастую будет большей частью своей численности обитать в одной зоне почвы, в то время как другой тип - в соответственно другой зоне. То же самое касается и почв: ее типы различаются по физическим, химическим и прочим свойствам и характеристикам и соответственно часто имеют свою уникальную биосистему, в том числе и микробиосисему. Поэтому ясно, что удельный вес различных групп микроорганизмов у различных типов почв отнюдь не одинаков.

Глава 1. Теоретическая часть

Факторы, влияющие на формирование микробных ценозов почв различных типов

На активность микроорганизмов и формирования их сообществ в почве влияет ряд природных и антропогенных факторов. Среди них температура почвы, ее влажность, воздушный режим, окислительно-восстановительный потенциал, кислотность и механические свойства, а также биотические факторы.

Температурный режим почвы

Температура почвы определяется географическим фактором и сезоном года. Наблюдается и суточные колебания температуры, которые сильнее всего сказываются в поверхностном слое почвы. Сезонные колебания температуры влияют на весь профиль почвы. В криофильных почвах на определенной глубине залегает постоянный слой, подавляющий активность микроорганизмов.

В одной и той же зоне температурный режим почвы зависит также от ее способности поглощать тепловые лучи, теплоизлучения, от характера растительности и т.д.

Что касается микроорганизмов, то по отношению к температуре их принято делить на следующие группы: психрофилы, размножающиеся при относительно низких положительных температурах; мезофилы, которые растут при обычных температурах окружающей среды; термофилы, нуждающиеся в высоких температурах.

Основная масса почвенных микроорганизмов принадлежит к мезофилам. Доказано, что оптимум и максимум температуры для большинства почвенных мезофильных микроорганизмов меняется в зависимости от климата. Бактерии в южных почвах, как правило, имеют более высокие температрные оптимум и максимум.

В этом сказывается приспособительная реакция микроорганизмов к условиям среды. Она отсутствует лишь у видов бактерий, завершающих процесс минерализации органических остатков (Bacillus megaterium, B. Subtilis, B. Mesentericus и др.) (см. рис.1). В основном это спорообразующие виды. Для их существования температурная адаптация не имеет столь большого значения.

Рис.1(Bacillus Subtilis )

В почвах южной зоны, как правило, обитают микроорганизмы, предъявляющие повышенные требования к теплу. Например, южные почвы значительно богаче теплолюбивыми грибами рода Aspergillus(рис.2), в то время как в северных преобладают виды рода Penicillium, способные развиваться при более низких температурах.

Рис.2 гриб рода Aspergillus

Рис.3 колонии гриба рода рода Penicillium

Теплолюбивые микроорганизмы при оптимальной для них температуре более активны, чем психрофильные. Термофилы обладают исключительно высокой биохимической активностью. В связи с этим в южных почвах при благоприятных условиях микробиологические процессы протекают более энергично, чем в северных. Однако термофильных микроорганизмов даже в южных почвах мало, и существенной роли в почвенных процессах они не играют. Это объясняется тем, что при сильном нагревании почва быстро пересыхает, создавая неблагоприятную обстановку для размножения термофилов.

Сопоставление температуры почвы разных климатических зон с потребностью мезофильных форм бактерий в тепле

Воздушный режим почвы

Воздушный режим почвы также имеет большое значение для микробиологических процессов, чем температура и влажность. Воздух содержит в почвенных порах, которые составляют в отдельных случаях от 25 до 70% общего объема почвы. Содержание воздуха в почве подвержено сильным колебаниям в зависимости от ее увлажнения, уплотнения и т.д.

В связи с потреблением почвенными организмами и корнями растений содержание кислорода в почвенном воздухе ниже, чем в атмосфере. В затопленных почвах иногда кислорода почти нет. В воздухе содержащейся почвы кислорода около 2%, в хорошо взрыхленной - до 20%.

В почвенном воздухе обычно повышено содержание диоксида углерода, который выделяют микроорганизмы и корни растений. Чаще всего CO2 составляет 0,3-1,5 % в почвенном воздухе (в атмосферном - 0,03%). В затопленных почвах количество CO2 повышается до 10%. В атмосфере щелочных почв диоксид углерода почти отсутствует. В целом газовый состав почвенного воздуха подвержен суточным и сезонным колебаниям.

Большое количество CO2 ежесуточно выделяется из почвы, а вместо него из атмосферы поступает воздух. Данный процесс, получивший название дыхание почвы, имеет огромное значение для жизни растительного мира.

Аэробные микроорганизмы хорошо переносят повышенное содержание в воздухе CO2. Нередко при этом отмечается даже улучшение их роста при обогащении воздуха диоксидом углерода. Тем не менее при 1-1,5% и более активность некоторых групп микроорганизмов подавляется. Вероятно, отчасти по этой причине в нижних горизонтах пахотного слоя меньше микроорганизмов, чем в верхних.

Вместе с тем аэробные цианобактерии лучше развиваются при повышенном содержании CO2 в почве. Оптимальная для них концентрация углекислого газа равна 1%, максимальная для ряда представителей достигает 12% и выше.

Влажность почвы

Огромное влияние на жизнедеятельность микроорганизмов оказывает влажность почвы. Вода, составляющая жидкую фазу почвы, содержит то или иное количество растворенных веществ. Растения и микроорганизмы усваивают питательные вещества в основном из почвенного раствора.

По величине осмотического давления клетки микроорганизмов почвы существенно различаются. Большинство из них способны развиваться в почве при наличии по крайней мере гигроскопичной влаги. В южных почвах микробы адаптированы к более сухим условиям существования, чем в северных. Некоторые актиномицеты и ряд грибов развиваются даже при крайне низкой влажности почвы.

Можно считать, что мобилизационные, агрономически желательные процессы лучше всего протекают при влажности почвы, приближающейся к 60% полной влагоемкости. При таком увлажнении в почве достаточно воды и воздуха, находящихся между почвенными агрегатами. При более сильном увлажнении воздух из почвы вытесняется, что подавляет аэробные микробиологические процессы. Подобная обстановка, например, создается на залитых водой рисовых полях, где относительно благоприятные аэробные условия имеются лишь в самом поверхностном слое почвы.

Установлено, что аммонификация и нитрификация лучше всего проходят при влажности почвы, равной 60% полной влагоемкости. Оптимум фиксации азота несколько сдвинут в сторону более высокой влажности. Это, очевидно, объясняется тем, что молекулярный азот связывает многие бактерии, склонные к анаэробиозу.

В природной обстановке влажность почвы сильно колеблется, особенно резко в неорошаемых почвах южной зоны. Здесь в период дефицита влаги нередко подавляется деятельность бактерий, но активизируются актиномицеты и грибы. При значительном иссушении активная деятельность микроорганизмов в почве вообще прекращается. В сухих степях наиболее энергичные микробиологические процессы вообще протекают не летом, а весной и осенью, т.е. при более низкой температуре, но достаточной влажности.

Таким образом, в почвенных процессах огромное значение имеет сочетание условий температуры и влажности: как высокая, так и низкая температура подавляют эти процессы в почве.

Следует отметить, что при низкой влажности почвы, не обеспечивающей сколько-нибудь интенсивного развития организмов, в ней могут достаточно активно работать разнообразные ферменты. Это показывает, что в период дефицита влаги почва не представляет собой инертный субстрат. В полевых условиях благоприятный водный режим может быть создан обработкой почвы, поливом, мелиорацией и т.д.

Температурно-водный режим оказывает большое влияние на формирование микробных сообществ почвы. Наблюдения свидетельствуют о закономерной смене микробных сообществ в ходе распада органического вещества. Так, в первые фазы разложения растительных остатков на них развиваются грибы и неспорообразующие бактерии. Позднее увеличивается число бацилл и актиномицетов. Происходит также смена систематических групп микроорганизмов. В разных климатических зонах разложение органического вещества идет с неодинаковой скоростью, что существенно сказывается на составе микрофлоры почвы .

Окислительно-восстановительные условия почвы.

Обеспеченность почвы кислородом связана с ее окислительно-восстановительными условиями, характеризующимися величиной окислительно-восстановительного потенциала (Eh). В верхнем слое подзолов значение Eh обычно колеблется в пределах 600-750 мВ, в черноземах - 350-600, в сероземах - 350-400 мВ. Приведенные показатели усреднены, так как почва представляет собой гетерогенную среду и в отдельных ее зонах наблюдаются существенные колебания значений Eh.

В нормально увлажненных почвах создаются более или менее аэробные условия. Относительно анаэробную обстановку можно наблюдать лишь внутри отдельных комочков почвы, потому что микроорганизмы, находящиеся на поверхности агрегатов, поглощают кислород, не пропуская его внутрь комка. В течение вегетационного периода значение окислительно-восстановительного потенциала в почве также более или менее колеблется.

К аэробным микроорганизмам почвы относят мицельные грибы, большинство актиномицетов (см.рис 4) и значительную часть других бактерий. Аэробные бактерии и актиномицеты могут существовать при относительно небольших запасах кислорода, что делает понятным из размножение в глубоких слоях почвы.

Рис.4 Actinomyces

Большинство аэробных бактерий при росте на жидких питательных средах снижают значение Eh до 100-120 мВ. Многие из них могут жить и в анаэробных условиях (например, за счет восстановления нитратов и т.д.).

Возникает вопрос о месте обитания в почве анаэробных микроорганизмов, к которым в основном относятся бактерии. Максимальная численность анаэробных бактерий наблюдается в верхних слоях почвы. Это связано с тем, что здесь имеется небольшое количество органических веществ, а анаэробные микрозоны, в которых эти микроорганизмы размножаются, возникают в каждом комочке почвы .

Кислотность почвы

На характер микрофлоры большое влияние оказывает активная кислотность почвы. По величине pH почвы могут быть разделены на следующие группы: сильнокислые (pH 3-4), кислые (4-5), слабокислые (5-6), нейтральные (6-7), щелочные (7-8), сильнощелочные (8-9) и выше.

В подзолах значение pH - 7,5.

Одна и та же величина реакции среды может иметь неодинаковое значение в жизнедеятельности микроорганизмов в разных почвах. Так, в подзолах уже небольшое снижение pH вызывает освобождение алюминия, токсичного для ряда микроорганизмов; такого не наблюдается в богатых кальцием черноземах. Поэтому подкисление подзолов вызывает более сильное подавление микробиологических процессов, чем подкисление в той же степени черноземов.

К алюминию особо чувствительны актиномицеты, азотобактер и многие водоросли. Повышенное содержание этого элемента переносят грибы и ряд бактерий. Отчасти вследствие этого северные почвы бедны актиномицетами и азотобактером.

Микроорганизмы одной и той же систематической группы неодинаково относятся к кислотности среды. Так, большинство бактерий почвы не развивается при значении реакции среды ниже pH 4,5-5, но некоторые из них (например, Thiobacillus thiooxidans) могут сохраняться в жизнеспособном состоянии даже при pH 0,9. Минимальные значения кислотности среды для грибов составляет pH 2-3, но некоторые грибы рода Mortierella не выносят подкисления. Чувствительны к низким значениям реакции среды актиномицеты.

Не смотря на разную кислото- и щелочеустойчивость, все группы микроорганизмов проявляют активную жизнедеятельность в нейтральной среде. Поэтому нейтрализация кислых и снижение pH щелочных почв приводят к активизации микробиологических процессов, благоприятных для возделывания культурных растений.