Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

«Микроорганизмы как индикаторы загрязнения окружающей среды»

Выполнила

студентка2 курса

203 группы

факультета ПАЭ

Яценко В.С.

Проверила

Карепина Т.А.

Москва 2008г.

Аннотация

Данная работа освящает некоторые вопросы, касающиеся экологической функции микроорганизмов. Влияние на микроорганизмы различных неблагоприятных факторов окружающей среды. Сейчас тема данной работы весьма актуальна, поскольку вопрос о факторах загрязнения окружающей среды строит очень остро. В работе раскрывается такая функция микроорганизмов, как биоиндикация.

1. Введение

Почва является продуктом жизнедеятельности микроорганизмов, которые осуществляют процесс ее формирования, самоочищения, круговорота веществ (азота, углерода, серы и др.) в природе. Основные группы почвенных организмов: бактерии, грибы, актиномицеты, многочисленные водоросли. Эти организмы характеризуются исключительно малыми размерами. Для них характерна короткая продолжительность жизни, высокая чувствительность к изменениям окружающей среды и способность продуцировать токсиканты (микотоксины).

Известны случаи усиления токсичности почв в условиях антропогенного воздействия в результате увеличения численности микробов ингибиторов. Основными дезинфекторами биосферы служат почвенные и водные сапрофитные микроорганизмы. Обладая разнообразной ферментной системой, позволяя этому компоненту биоты трансформировать различные природные и неприродные соединения, уникальным механизмом адаптации, определяющее быстрое приспособление к новым условиям существования, высокой скоростью размножения, обеспечивающей колонизацию поступающего субстрата, микроорганизмы способны осуществлять природозащитные функции в биосфере, сохранять ее гомеостаз.

Кроме этого микроорганизмы используют как индикаторы состояния природной среды. Отражением антропогенного воздействия служат морфологические изменения микробных популяций, кинетика их роста и развития, структурные преобразования микробных сообществ, биохимическая активность. Микробные реакции на воздействие антропогенного фактора проявляются быстро, достаточно отчетливо, что позволяет в короткие стоки выявить наиболее ранимые экологические зоны, прогнозировать их состояние при сохранении или устранении антропогенного воздействия.

2. Микробиологическая и биохимическая диагностика, и индикация почв

Микробиологическая и биохимическая характеристики почв - это наиболее сложный раздел почвенной биодиагностики. Микроорганизмы очень чуткие индикаторы, резко реагирующие на различные изменения в окружающей среде. Следствием этого является высокая динамичность микробиологических показателей не только в пространстве, но и во времени. Кроме того, неравномерность распределения микрофлоры в почвенной толще, обуславливающая разнообразие значений численности микроорганизмов и требующая многократности анализов, недостаточная разработанность микробной систематики и идентификации видов усложняют использование микробиологических показателей в диагностических целях.

Анализ такой сложной системы как микробные сообщества возможен с точки зрения их функциональной, морфологической, таксономической и экологической структуры.

Функциональная структура - соотношение различных «физиологических» (азотфиксаторы, нитрификаторы, денитрификаторы и т.д.) или эколого-трофических (гидролитики, олиготрофы и т.д.) групп.

1) Соотношение физиологических групп изучается методом посева в различных средах. Такая характеристика микробоценозов часто встречается в научной литературе. В настоящее время доказано, что одни и те же виды микроорганизмов могут в разных условиях осуществлять даже противоположные физиологические процессы, например, азотфиксацию и денитрификацию, окисление и восстановление. В то же время каждый физиолого-биохимический процесс в почве строится на «принципе дублирования», т.е. на функционировании нескольких дублирующих друг друга групп микроорганизмов.

2) С точки зрения пищевых предпочтений микроорганизмов и на основе взаимодействия эколого-трофических групп микробиологами предлагаются различные схемы функционирования микробной системы. Так С.М.Виноградский разделил почвенную микрофлору на две эколого-трофические группы: зимогенную (используют растительные остатки, поступающие в почву) и автохтонную (истинно почвенная группировка, использующая гумусовые соединения). Е.Н. Мишустин, дополнил их олиготрофной, способны существовать на бедных питательными веществами субстратах, завешают процесс минерализации органических веществ и автотрофной или хемолитотрофной (трансформаторы минеральных соединений почвы). Г.А. Заварзин выделил 10 типов микрофлор, взаимодействующих друг с другом в соответствии с их трофическими возможностями в сочетании с их соотношением с экологическими факторами. Большинство микроорганизмов в почве находится в виде ассоциаций, партнерами которых могут быть представители различных таксонометрических и эколого-трофических групп, например актиномицеты с водорослями. В каждом варианте механизмы взаимодействия различны и не могут укладываться в единую схему функционирования.

Морфологическая структура - набор и соотношение групп микробных клеток разных форм и размеров, наблюдаемых при прямой микроскопии почв. Точность описания морфологической структуры зависит от точности используемого метода. Для биодиагностики морфологического описания микробных сообществ недостаточно, т.к. часто «микробные пейзажи» разных типов почв однообразны и сложно выявить их особенности.

Таксономическая структура - соотношение бактерий, грибов, актиномицетов в разных почвах. На основании таких соотношений дана микробиологическая характеристика большинству типов зональных почв и выявлены такие закономерности как, например, увеличение доли бацилл и актиномицетов с севера на юг и увеличение бактериального вклада в процесс деструкции целлюлозы в южных почвах по сравнению с грибами в северных. Установлены закономерности распространения в почвах разных природно-климатических зон бактерий, принадлежащих к разным таксонам (азотобактер, железобактер, микобактерии и др.). Анализ видовой структуры микробных сообществ проводится крайне редко, что обусловлено сложностью и трудоемкостью видовой идентифкации микроорганизмов.

Экологическая структура - набор и соотношение экологических групп микроорганизмов, например их жизненных форм. В почвенной микробиологии широко используется выделение групп микроорганизмов по отношению к тому или иному экологическому фактору, например соотношение аэробов и анаэробов является хорошим показателем состояния почвенной микрофлоры - спорообразующие анаэробные бактерии (клостридии) доминируют в почвах разных природных зон там, где идет активное разложение органического вещества, т.е. в верхних почвенных горизонтах. По отношению к температурному фактору: мезофиллы (развиваются во всех почвах), психрофилы (арктический и субарктический пояса), психротолерантные (бореальный) , термотолерантные (тропический). По отношению к другим факторам среды (влажность, солевой режим, рН и др.) так же выделяются специфические группы микроорганизмов.

Таким образом, специфичность микробоценозов разных почв отражается не столько валовыми характеристиками (численность, состав), сколько особенностями структуры. Выбор способа микробиологической оценки почвы зависит от целей индикационных исследований.

Микробиологические индикационные исследования требуют учета эколого-географических особенностей микробных сообществ. Попытка ряда исследователей перенести учение о природных зонах В.В. Докучаева на закономерности распределения почвенных микроорганизмов была безуспешной. Однако рядом исследователей (Е.Н. Мишустин, Н.А. Красильников, И.П. Бабьева, Д.Г. Звягинцев, З.И. Никитина другие) было показано, что географический фактор, резко изменяющий процесс превращения веществ в почве, влияет и на микробные ассоциации, участвующие в этих процессах.

Т.е. численность и соотношение различных группировок микроорганизмов в различных почвах определяется темпами разложения органических остатков и их количеством. Для микрофлоры всех почв характерна сезонная, сточная динамичность, но она не стирает специфических признаков, определяющих состав микробонаселения отдельных почвенных типов. По мере движения с севера на юг возрастает общая численность микроорганизмов в почве, увеличивается ее «биогенность» (насыщенность жизнью), увеличивается доля бацилл актиномицетов, работающих на более поздних этапах трансформации органических остатков в разных экологических условиях - в условиях теплого климата создаются условия для более глубокой переработки органики и процессы деструкции идут энергичнее, что создает благоприятные условия для развития бацилл и актиномицетов.

Кроме структуры одним из показателей особенностей микробных сообществ является запас латентных форм - микробный пул. Это величина не зависит от сезона, а определяется особенностями самой почвы и факторами среды, которые влияют на почвенные свойства. Для характеристики микробоценозов используются соотношение активных и латентных клеток, отношение минимальных значений численности к их средней величине за определенный интервал времени (коэффициент резерва З.И. Никитиной), а также собственно микробная биомасса, являющаяся важнейшей характеристикой интенсивности продукционного процесса почвенных микроорганизмов. Биомасса грибов в почвенной толще превышает бактериальную во всех типах зональных почв, но особенно заметно преобладание грибной биомассы в лесных почвах.

Соотношение грибной и бактериальной биомассы в почвах (по И.П. Бабьевой, Г.М. Зеновой, 1989) (г/м):

Почвы	Грибная биомасса (Г)	Биомасса бактерий (Б)	Г: Б
Тундровая перегнойная глеевая Дерново-подзолистая Чернозем типичный мощный Краснозем типичный Песчано-пустынная	98.1 377.2 157.7 111.0 24.6	7.5-41.8 37.3 94.0 18.5 5.0	2-12 10 1.6 6 5

Для микробиологической характеристики почв используют не только прямые методы учета микроорганизмов, но и косвенные - биохимические и физиологические. Например, биомассу бактерий - по специфической для прокариот мурамовой кислоте, грибов - по хитину. Микробную активность по уровню АТФ, полифосфатов, содержанию ДНК и РНК, аминокислот. Наиболее общими являются методы, позволяющие оценить суммарные биологические процессы по исходным или конечным продуктам: активность почвенного «дыхания» по поглощению О2 или выделяют СО2, активность азотфиксации по восстановлению ацетилена, аммонифицирующая активность по способности накапливать аммиачный азот и т.п.

Основную группу составляют методы определения активности отдельных ферментов в почвах, характеризующие биологическую активность почв. При этом устанавливается не количественное содержание ферментов в почве, а их потенциальная активность.

3. Влияние пестицидов на почвенные микроорганизмы и обеззараживание почвы

Пестициды - химические препараты, используемые для борьбы с вредителями и возбудителями болезней растений, сорняками, вредителями древесины и другого растительного сырья, пищевых продуктов и т.п. Пестициды относятся к разным классам органических и неорганических соединений.

По целевому назначению пестициды подразделяются на следующие основные группы: инсектициды - для уничтожения насекомых, акарициды - клещей, фунгициды - возбудителей грибных болезней сельскохозяйственных культур и древесных пород, бактерициды - возбудителей бактериальных болезней, нематоциды - возбудителей нематодных болезней, моллюскициды слизней, зооциды - вредных позвоночных, гербициды - сорняков. К пестицидам относиться также репелленты - средства, отпугивающие вредных насекомых, клещей и др.; аттрактанты - вещества, привлекающие насекомых, которых затем они уничтожают; хемостерилянты - препараты, вызывающие бесплодие у насекомых, клещей, грызунов.

Кроме своего непосредственного целевого воздействия пестициды оказывают многостороннее побочное влияние на биосферу, масштабы которого сравнимы с глобальными экологическими факторами.

Пестициды как токсиканты окружающей среды. Проблема токсичности пестицидов для биоты стоит очень остро. Основная опасность пестицидов заключается во включении их в биологический круговорот.

По токсичности для человека и теплокровных животных пестициды делят на 4 группы: сильнодействующие препараты, высокотоксичные, среднетоксичные, малотоксичные. Наиболее выраженным токсическим действием обладают пестициды хлорорганической и фосфорорганической групп, органические соединения меди, ртутьорганические соединения и производные фенола.

Почвенные микроорганизмы как компонент биогеоценозов испытывают разноплановое воздействие со стороны пестицидов, а как звено пищевых цепей участвуют в их передаче к высшим организмам и человеку. Воздействуя на отдельные микроорганизмы, пестициды влияют и в целом на экосистемы, модифицируя их. Часто такие модификации приводят к необратимому нарушению экологического равновесия. Так же почвенные микроорганизмы могут осуществлять трансформацию и минерализацию пестицидов. Они используют пестициды в качестве источника углерода и энергии. С этими процессами связана проблема детоксикации пестицидов в окружающей среде.

Пестициды влияют на активность микробиологических процессов в почве. Гербициды в целом угнетают дыхание почвы и процесс нитрификации. Но также отмечена стимуляция дыхания в почве малыми дозами пестицидов.

Влияние пестицидов на численность микроорганизмов в почве. Согласно Домшу, численность чувствительных организмов сильно сокращается, или же они вообще исчезают из почвенных проб, загрязненных пестицидами. Сильнее всего снижается численность нитрификаторов от фунгицидов, значительно уменьшается количество почвенных грибов; бактерии и актиномицеты подавляются ими меньшей степени. При фумигации почвы метилбромидом, хлорпикрином, метилизоцинатом резко сокращалась численность всех групп микроорганизмов. Биоцидные свойства подобных препаратов не были постоянными, и через некоторое время активизация жизнедеятельности микроорганизмов. Существуют сведения об угнетающем действии ряда пестицидов на численность разных групп микроорганизмов: каптан и ПХНБ снижал численность патогенных грибов, эптатоксафен и гептахлор - бактерий, цинеб - спорообразующих бактерий, прометрин и аретит - устойчивых к стрептомицину бактерий, эптам, дикват, атразин - грибов. Численность микроорганизмов снижается не сразу, а через несколько недель после внесения препарата. Грибы угнетаются большим числом веществ, меньшими концентрациями и в течении более длительного времени, чем бактерии и актиномицеты.

При внесении в почву некоторых пестицидов отмечена стимуляция роста микроорганизмов. Например, при внесении капана и паратионметила увеличивается численность многих групп бактерий, актиномицетов и сапротрофных грибов. В повышенных дозах паратионметил стимулирует целлюлозоразрушающие и нитрифицирующие бактерии. Линдан и дильдрин увеличивают численность аммонифицирующих, а атразин - нитрифицирующих бактерий. Многолетнее применение триазиновых гербицидов увеличивало число выделяемых из почвы видов грибов.

Отмечается также индифферентное отношение микроорганизмов к пестицидам. Например, установлено, что в производственных и даже повышенных дозах триазиновые гербициды не влияют на численность целлюлозоразрушающих микроорганизмов. В обычно применяемых дозах гербициды, как правило не токсичны или слабо токсичны для большинства микроорганизмов.

Из всех систематических групп микроорганизмов наиболее сильно угнетаются грибы. Отдельные виды родов Penicillium, Fusarium, Humicola, Rhizoctonia, Phytium, Mucor, Rhizopus, Trichoderma подавляются в наибольшей степени. Из бактерий наиболее устойчивы к пестицидам псевдомонады, коринебактерии, флавобактерии и агробактерии. Ежегодное внесение в почву гербицида симазина изменяло видовой состав актиномицетов рода Streptomyces в сторону появления новых доминантов, снижался индекс видового разнообразия. Наиболее наглядно влияние препарата было выражено на протяжении первого месяца после внесения. Многолетнее применение триазиновых гербицидов приводило к перегруппировке доминантных форм грибов, число типичных видов уменьшалось, появлялись устойчивые формы.

Гербициды вносят в почву в небольших количествах - несколько килограммов на 1 га. Водорастворимые препараты не создают в местах внесения токсичных для большинства микроорганизмов концентраций. При распылении порошков и эмульсий образуются микрозоны, в которых селекционируется микрофлора, разлагающая пестицид, но основное микронаселение почвы остается незатронутым. В то же время использование гербицидов несколько снижает количество гумуса по сравнению с необработанными почвами. Это объясняется тем, что гербициды уменьшают поступление в почву растительных остатков сорняков.

Обычно применяемые в практике дозировки пестицидов, как правило, не влияют на жизнь почвы. Однако иногда происходит задержка процесса нитрификации, так как нитрификаторы очень чувствительны к различного рода сильным воздействиям. Отмечается большая чувствительность по сравнению с другими сапротрофными микроорганизмами азотобактера и клубеньковых бактерий. Малоустойчивы к гербицидам микроскопические грибы и водоросли.

Несомненно, что не все микроорганизмы одинаково чувствительны к определенным препаратам. Каждое химическое соединение больше всего поражает какую-то свою «мишень». Разработка этого вопроса может способствовать выявлению микробиологических показателей наличия и детоксикации определенных гербицидов в почве.

Подтвердить выше сказанное можно примерами. Э.А. Штиной было установлено, что Phormidium tenne погибают при незначительных концентрациях 2,4-Д, а другие организмы (Chlorella vulgaris, Nostos punctiform) весьма устойчивы к действию этого гербицида. Ю.В. Круглов показал, что чувствительность водоросли Chlorella vulgaris к некоторым гербицидам приближается к чувствительности растений овса. Из этого можно сделать вывод, что Chlorella может быть использована как тест-организм при выяснении токсичности гербицидов для растений.

На срок обезвреживания в почве применяемых обычно на практике доз гербицидов влияет целый ряд факторов: биологические и химические свойства почвы, ее температура, влажность и т.д. Что касается инсектицидов есть данные, которые свидетельствуют о довольно быстром распаде в почве фосфорорганических соединений (1,5-4 месяца). Хлорорганисческие соединения устойчивее.

Для примера рассмотрим влияние пестицидов на взаимоотношения бобовых растений с клубеньковыми бактериями. Гербициды, ингибирующие фотосинтез (симазин, атразин), не действуют на образование клубеньков, но процесс азотфиксации подавляется ими вследствие недостатка ассимилятов для клубеньковых бактерий. Отдельные гербициды депрессируют активность находящихся в клубеньках бактерий и снижают азотфиксацию. Таким образом, для бобовых культур следует особенно тщательно подбирать гербициды и желательно употреблять их в сниженных дозах.

В целом, один и тот же пестицид может вызывать угнетение, стимуляцию и проявлять индифферентное отношение, даже если судить по одному и тому же показателю микробиологической активности.

Наиболее общие закономерности реакции почвенных микроорганизмов на пестициды. Установлено, что наиболее ярко действие пестицидов проявляется при их систематическом применении. Внесенные в производственных дозах пестициды не влияют на почвенные микроорганизмы либо вызывают временное, сроком на 2 - 3 месяца, подавление наиболее чувствительных форм с последующим восстановлением нормальных признаков и свойств микробиоты. Существенно изменяют равновесие в микробной системе при однократном внесении лишь высокие дозы пестицидов. Одним из наиболее распространенных следствий многолетнего применения пестицидов является перегруппировка видового состава микробных сообществах почв.

4. Загрязнение почв тяжелыми металлами

Тяжелые металлы в последнее время стали опасными загрязнителями почв, понижающими их биологическую активность, снижающими продуктивность и ухудшающими качество сельскохозяйственной продукции. Многие тяжелые металлы являются необходимыми для нормального роста организмов микроэлементами и в малых дозах они нужны для работы многих ферментов. Однако сверхвысокие концентрации тяжелых металлов приводят к негативным последствиям. Прежде всего, они подавляют нормальную работу ферментов.

Тяжелые металлы могут сильно понижать биологическую активность почв. Прежде всего, они понижают ферментативную активность почв, снижают уровень азотфиксации и дыхания почв, а так же ведут к перестройкам в микробных сообществах, приводят к доминированию резистентных видов. Попытки найти виды, индикаторные на загрязнения тяжелыми металлами не увенчались успехом.

С помощью микроорганизмов можно перевести ионы тяжелых металлов в металлорганические соединения, где они не будут проявлять свою токсичность. Таким образом, очищается природная вода от металлов, которые оседают вместе с илом на дно водоема. С помощью органоминеральных соединений возможно опустить металлы в нижние горизонты почвы, но ими можно загрязнить грунтовые воды. Некоторые металлы, например, ртуть, подвергаются метилированию и поступают в атмосферу, но при этом загрязняется атмосфера.

Значение биодиагностики в данном случае обусловлено высокой чувствительностью биологических систем к повышенному содержанию тяжелых металлов.

1) Ранняя индикация на уровне биохимических и физиологических реакций. Основана на изменении активности ферментов при загрязнении субстратов тяжелыми металлами. Например, свинец оказывает сильное воздействие на активность таких ферментов как пероксидаза, кислая фосфотаза, малатдегидрогеназа.

2) Косвенная индикация - оценка влияния тяжелых металлов на рост и продуктивность растений, в качестве индикационных признаков используются анатомические и морфологические отклонения.

3) Биоиндикационная устойчивость растений к тяжелым металлам.

Методы микробиологической и биохимической диагностики также применимы при оценке загрязнения почв тяжелыми металлами. Хорошим индикатором является уровень азотфиксирующей активности. Продуктивность и микробная биомасса, таксономическая структура микробоценозов являются индикационными признаками длительного загрязнения почв.

5. Грибы как индикаторы загрязнения почв тяжелыми металлами

Среди гетеротрофных эукариотических организмов важное место в экосистемах занимают грибы. Одна из наиболее обширных и разнообразных экологических групп грибов, использующихся в целях биоиндикации - почвенные грибы. В почве развиваются многочисленные микроскопические грибы и мицелий грибов - макромицетов, образующих в почве или на ее поверхности крупные плодовые тела. Известные макромицеты относятся к аскомицетам и базидиомицетам. Грибы в большом количестве развиваются в гумусовом горизонте почвы, заселяют ризосферу растений, лесную подстилку. Среди почвенных грибов многие образуют микоризу на корнях различных групп высших растений.

Группа водных грибов объединяет как первично водные низшие грибы из классов хитридиомицетов и оомицетов, так и высшие грибы - аскомицеты и дейтеромицеты, вторично перешедшие в водную среду из наземной. Водные сапротрофные грибы играют большую роль в разложении органического вещества в водоемах.

При загрязнении почв тяжелыми металлами у многих микромицетов происходит усиление споруляции. Например, при дозе кадмия 100 мг/кг почвы количество грибных спор возрастает в 2 - 5 раз. А содержание мицелия почвенных микромицетов при высоком загрязнении тяжелыми металлами может снижаться в 2 - 3 раза.

При промышленном и транспортном загрязнении тяжелыми металлами комплекс почвенных микромицетов обедняется, снижается разнообразие видов, упрощается структура, индекс разнообразия Шеннона уменьшается в 1,5 - 2 раза. Чем беднее почвы, тем более сильное влияние оказывают тяжелые металлы на микромицеты. При небольших дозах загрязнения разнообразие видов может несколько увеличиваться. При высоком загрязнении соединениями ртути и кадмия в дерново-подзолистых почвах начинают преобладать виды Aspergillus niger и Aspergillus terreus, не типичные для этих почв.

Наибольшая чувствительность к тяжелым металлам проявляется у видов, имеющих узкий ареал распространения. В оподзоленных почвах один из самых чувствительных видов Mortierella ramannia, в черноземах - Acremonium ramosum. Наиболее устойчивы к загрязнению виды с широкими ареалами. В черноземных почвах с высоким содержанием тяжелых металлов обильно представлены грибы рода Penicillium. Высокие концентрации кадмия выдерживает Paecy/omyces lilacinus.

Устойчивые к высоким загрязнениям тяжелыми металлами виды рода Penicillium обладают фитотоксичным действием на прорастание семян. У чувствительных видов тяжелые металлы тормозят развитее спорангиев, снижают скорость спорообразования, прорастания спор, рост мицелия.

Микробиологическая диагностика загрязнений экосистем тяжелыми металлами (на примере свинца):

Содержание Pb, мг/кг	Содержание стерильных актиномицетов, % в парующей почве	Содержание актиномицетов Niger, (тыс.в 1 г)	Число видов бацилл	Содержание фитопатогенных грибов, %
				Fusarium	Alternaria
40	10 - 15	-	7 - 8	-	-
80	20	-	5 - 6	-	-
800	25 - 30	32	3 - 4	20	18
8000	50 - 70	303,5	1 - 2	не определяли
80000	90	не определяли	не определяли

Тяжелые металлы, попадающие в окружающую среду в результате производственной деятельности человека, являются одним из самых опасных загрязнений биосферы. Такие элементы, как ртуть, свинец, кадмий, медь, относят «к критической группе веществ, индикаторов стресса окружающей среды». Эти металлы имеют тенденцию закрепляться в отдельных звеньях биологического круговорота, аккумулироваться в биомассе микроорганизмов и растений, а по трофическим цепям попадать в организмы животных и человека. Так же тяжелые металлы определенным образом влияют на экологическую обстановку, подавляя развитие и биологическую активность многих организмов.

Проблема взаимодействия тяжелых металлов и микроорганизмов исследуется в нескольких главных направлениях: изучение изменений различных биохимических, физиологических, генетических и других особенностей микроорганизмов при их контакте с металлами в условиях чистой культуры. Токсическое действие металлов на микроорганизм проявляется в ингибировании их метаболизма, в изменении кинетики роста и морфологии.

Основной вывод, который из этого следует, - нельзя допускать загрязнения почв тяжелыми металлами.

6. Минеральные удобрения как фактор воздействия на видовой состав почвенных микроорганизмов

Практика использования удобрений постоянно расширяется. Эффективность применения минеральных удобрений зависит не только от физиологических особенностей растений, времени внесения, нормы и сочетания удобрений, но и от изменения почвенной среды как биогенной системы, от характера протекающих в почве микробиологических процессов. Минеральные удобрения нередко поступают в почву в большем количестве, чем требуется.

Решение проблемы рационального и эффективного использования минеральных удобрений возможно только на основе комплексного подхода, важное значение в котором принадлежит микробиологическим исследованиям.

Внесение минеральных удобрений резко интенсифицирует микробиологические процессы в почвах.

Минеральные удобрения, вносимые в умеренных дозах, активизируют жизнедеятельность организмов многих физиологических групп. В почвах взрастает количество аэробных и анаэробных азотфиксаторов, денитрификаторов, аммонификаторов, целлюлозоразрушающих бактерий, актиномицетов и грибов, микроорганизмов автохтонной группировки. Но иногда наблюдается и угнетение минеральными удобрениями отдельных групп микроорганизмов и снижение активности проводимых ими процессов: азотфиксации, разложения целлюлозы и фосфорорганических соединений. В длительно удобряемых дерново-подзолистых почвах агробиостанции МГУ внесение азотных удобрений отдельно и совместно с калийными вызывало уменьшение числа азотфиксирующих, аммонифицирующих и целлюлозоразлагающих микроорганизмов. Фосфорные и калийные удобрения, напротив, способствовали повышению количества этих бактерий (Степанова, 1963). Известкование этих почв оказывало положительное действие на численность аммонификаторов, азотфиксаторов и нитрификаторов.

Применение минеральных удобрений, как правило, увеличивает численность бактерий, актиномицетов грибов в почвах. Но также следует отметить, что иногда количество микроорганизмов в почве остается неизменной, а порой даже снижается.

Увеличение количества грибов в почве, также происходит после подкисления почв удобрениями, а рост бактерий и актиномицетов - при изменении рН среды в нейтральную или слабощелочную сторону.

К внесению высоких доз удобрений устойчивы грибы рода Penicillium.

Неоднозначность характера действия минеральных удобрений на численность микроорганизмов во многом определяется влиянием различных экологических факторов: влажность и температура почвы, степень ее окультуренности, а так же возделываемая культура.

Заключение

На современном этапе развития науки, техники и сельского хозяйства невозможно представить себе отрасль, где микробиологические процессы не имели бы значения. На свойствах и жизнедеятельности микроорганизмов основаны технологические процессы в различных отраслях промышленности и сельскохозяйственного производства. Микроорганизмы активно участвуют в круговороте веществ в природе. Возможно, именно они могут решить проблемы питания, охраны окружающей среды.

Возникает необходимость глубокого анализа характера микробиологических процессов, идущих в почвах; знания основных функций, присущих микроорганизмам; умение ориентироваться и оценивать возможные последствия воздействия тех или иных агротехнических приемов в целом на характер микрофлоры и деятельность микроорганизмов. В дальнейшем это позволит выбрать наиболее перспективные из них, успешно управлять процессами повышения плодородия почвы и урожайности сельскохозяйственных культур.

Без понимания сущности микробиологических процессов почвы, умения анализировать роль микроорганизмов, ответственных за их течение, немыслима успешная деятельность будущих агрономов, а также совершенствование современных технологий выращивания сельскохозяйственных культур.

Показатели, характеризующие состояние почвенной биоты и биологическую активность почв, используются для контроля за изменениями в почвах, которые происходят при включении в них разного рода посторонних веществ, чаще всего антропогенного происхождения.

II. Практическая часть

Задачей практической части данной работы является проведение полного микробиологического анализа почвы, в состав которого входят:

1. Качественная и количественная оценка микроорганизмов на мясо- пептонном агаре (МПА);

2. Качественная и количественная оценка микроорганизмов на крахмало- аммиачном агаре (КАА);

3. Выявления и определение группы нитрифицирующих бактерий;

4. Выявление и определение группы денитрифицирующих бактерий;

5. Определение относительной населённости почвы аэробными целлюлозоразрушающими микроорганизмами;

6. Определение биологической активности почвы.

Исследуемый образец почвы: дерново-подзолистая ( Тверская область).

1. Определение влажности почвы.

Для того чтобы определить влажность почвы взвешивают пустой бюкс, затем бюкс с 10г влажной почвы. Далее сушат в сушильном шкафу при температуре 105 и доводят до постоянной массы. После определяют содержание воздушно сухой почвы в 1г влажной почвы

A% =(b-c)/ (c-a)

где a - масса пустого бюкса, b - масса бюкса с сырой почвой, c - масса бюкса с сухой почвой.

a=23,2

b=33,3

c=33,2

A%=(33,3-33,2)/(33,2-23,2)=1%.

2. Приготовление почвенной суспензии и посев на питательные среды

На стерильное часовое стекло, предварительно взвешенное, стерильным шпателем помещают 10 г почвы.

Навеску почвы переносят в колбу емкостью 250 мл, содержащую 90 мл стерильной водопроводной воды, интенсивно взбалтывают вращательным движением в течение 10 мин и дают отстояться грубым частицам почвы.

Затем методом разведения готовят суспензии, содержащие разное количество почвы. С этой целью из предыдущего разведения стерильной пипеткой переносят по 10 мл суспензии в последующую колбу, содержащую также 90 мл стерильной водопроводной воды. Каждую колбу встряхивают в течение минуты.

Из полученных разведений проводят посев на плотные и жидкие среды. При глубинном посеве берут 1 мл почвенной суспензии из более высокого разведения, чем при поверхностном. Суспензию вносят в стерильную чашку Петри, заливают охлажденным до 45 0 расплавленным агаром и перемешивают с ним.

Для учета количества микроорганизмов почвы на жидких средах из каждого разведения, начиная с самого высокого, стерильной пипеткой необходимо взять по 1 мл суспензии и перенести в жидкие среды.

Если численность отдельных групп микроорганизмов в почве небольшая, их выделяют методом обрастания комочков почвы. На пластинах отмытых от следов хлора и прокипяченных, пропитанных 3-5 мл элективной среды по поверхности раскладывают по трафарету 30-40 комочков почвы диаметром 1-2 мм, чашки помещают в термостат.

Для проведения общего микробиологического анализа необходимо сделать посев микроорганизмов на плотные среды - мясо-пептонный агар (МПА) и крахмало-аммиачный агар (КАА), и жидкие среды - среду Виноградского, среду Гильтая. Для обнаружения азотобактера используется метод обрастания комочков почвы.

Все засеянные чашки Петри и пробирки ставят в термостат с температурой 28-30 0 на определенный срок инкубации, затем вынимают и учитывают результат.

Плотные питательные среды:

1. МПА (мясо-пептонный агар) - учитывается численность сапрофитных микроорганизмов, использующих в качестве источника питания органические формы азота.

2. КАА (крахмало-аммиачный агар) - выявляется численность микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота.

3. Среда Гетчинсона - применяется для учета денитрофицирующих бактерий.

4. Среда Эшби - выявление азотфиксирующих аэробных микроорганизмов путем раскладывания комочков почвы.

Жидкие питательные среды:

1. Среда Гильтая - применяется для определения денитрифицирующих бактерий.

2. Среда Виноградского - используют для определения анаэробных азотфиксирующих бактерий.

микроорганизм пестицид почва загрязнение экологический

3. Учет количества микроорганизмов на плотных средах

3.1 Качественная и количественная оценка микроорганизмов на МПА

Качественную и количественную оценку состава микроорганизмов на МПА проводят визуально на 4-5 день после посева. После подсчета количества всех колоний на чашке их группируют по культуральным признакам: характеру роста на агаре, цвету, краю, форме, размеру (приблизительный) и консистенции колонии - для качественного анализа сапротрофной микрофлоры на МПА.

Разведение	Общее количество микроорганизмов КОЕ, в 1г	Общее количество актиномицетов КОЕ, в 1г	Общее количество бактерий КОЕ, в 1г	Доминирующие формы, численность в 1г
10-5	130 00 000	-	130 00 000	30 00 000

Общее количество микроорганизмов КОЕ, в 1г сырой почвы: 130105=130 00 000

Количество доминирующих форм: 30105=30 00 000

Учет микроорганизмов КОЕ в 1г абсолютно сухой почвы: 1301000/0,99=13131313.

Культуральные и морфологические признаки доминирующих микроорганизмов

Культуральные признаки	Морфологические признаки	Предполагаемый возможный род (или группа), к которому можно отнести описываемый микроорганизм
Форма колоний - круглая; Размер - 7мм; Цвет - бледно-желтый; Поверхность - непрозрачная; Край - шаровидный; Структура - однородная; Блеск - матовый; Консистенция - маслянистая.	Форма клетки - палочковидная; Характер расположения клеток - одиночные; Способность к спорообразованию - способны;	Bacillus sp. 1600

Численность доминирующей формы КОЕ в 1г сырой почвы: 30105=3000000

Численность доминирующей формы от общей численности

13000000 - 100%

3000000 - x

x=23%

Разведение	Общее количество микроорганизмов КОЕ, в 1г	Общее количество актиномицетов КОЕ, в 1г	Общее количество бактерий КОЕ, в 1г	Доминирующие формы, численность в 1г
10-6	27 000 000	-	27 000 000	12 000 000

Общее количество микроорганизмов КОЕ, в 1г сырой почвы: 27106= 27 000 000

Учет микроорганизмов КОЕ в 1г абсолютно сухой почвы: 27106/0,99=27272727

3.2 Качественная и количественная оценка микроорганизмов на крахмало-аммиачном агаре (КАА)

Численность колоний на КАА подсчитывают на 7-10-й день инкубации.

Учет численности на КАА. Колонии на таком агаре подсчитывают на 7-10-ый день

Разведение	Общее количество микроорганизмов КОЕ, в 1г	Общее количество актиномицетов КОЕ, в 1г	Общее количество бактерий КОЕ, в 1г	Доминирующие формы, численность в 1г
10-5	146 00 000	5 00 000	141 00 000	20 00 000

Общее количество микроорганизмов КОЕ, в 1г сырой почвы 146105=146 00 000

Общее количество актиномицетов КОЕ, в 1г сырой почвы 5105=500000

Общее количество бактерий КОЕ, в 1г сухой почвы 141 00 000

Количество пигментированных бактерий КОЕ, в 1г сырой почвы 50105=50 00 000

Учет микроорганизмов КОЕ в 1г абсолютно сухой почвы 146105/0,99=14747475

Культуральные и морфологические признаки доминирующих микроорганизмов.

Культуральные признаки	Морфологические признаки	Предполагаемый возможный род (или группа), к которому можно отнести описываемый микроорганизм
Форма колоний - круглая; Размер - 7мм; Цвет - персиковый; Поверхность - непрозрачная; Край - шаровидный; Структура - однородная; Блеск - матовый; Консистенция - маслянистая.	Форма клетки - палочковидная; Характер расположения клеток - одиночные; Способность к спорообразованию - способны;	Bacillus sp. 1600

Численность доминирующей формы КОЕ в 1г сырой почвы 20105= 2000000

Численность доминирующей формы от общей численности микроорганизмов, %

146 00 000 - 100%

2000000 - x

x=13,7%

Разведение	Общее количество микроорганизмов КОЕ, в 1г	Общее количество актиномицетов КОЕ, в 1г	Общее количество бактерий КОЕ, в 1г	Доминирующие формы, численность в 1г
10-6	15 000 000	2 000 000	13 000 000	10 000 000

Общее количество микроорганизмов КОЕ, в 1г сырой почвы 15106= 15 000000

Общее количество актиномицетов КОЕ, в 1г сырой почвы 2106=2000000

Общее количество бактерий КОЕ, в 1г сухой почвы 13 000 000

Количество пигментированных бактерий КОЕ, в 1г сырой почвы 7106=7 000 000

Учет микроорганизмов КОЕ в 1г абсолютно сухой почвы 15106/0,99=15151515

4. Учет количества микроорганизмов методом обрастания комочков почвы

Используется для определения относительной оценки плотности заселения аэробными целлюлозоразрушающими микроорганизмами и нитрифицирующими бактериями учитываемых групп в почве.

1. Среда Эшби

Среда Эшби.

Для определения качественного состава почвы и относительной оценки населенности почвы аэробными целюлозоразрушающими микроорганизмами используют гелевые пластины или пластины из «голодного» агара. На пластину помещают кружок стерильной фильтровальной бумаги, увлажненной стерильной средой Виноградского или средой Гетченсона. Затем по фильтровальной бумаге раскладывают 25 комочков почвы диаметром 1-2мм. Появление налета вокруг комочков свидетельствует о наличии свободноживущих азотфиксирующих бактерий.

Общее число комочков	Количество обросших комочков	% обросших комочков от общего числа.
25	25	100

2. Среда Гетчинсона

Имеет следующий состав: NaNO 3 - 2,5; FeCl 3 - 0,01; К 2 НРО 4 - 1,0; MgSO 4 7H 2 O - 0,3; NaCl - 0,1; CaCl 2 - 0,1; рН среды доводят до 7,2 добавлением 20% - го раствора Na 2 СO 3 .

Данным раствором смачивают фильтровальную бумагу в чашках Петри.

Учет микроорганизмов ведут на восьмые сутки инкубации.

Разведение	Общее количество микроорганизмов КОЕ, в 1г	Общее количество актиномицетов КОЕ, в 1г	Общее количество пигментированных колоний КОЕ, в 1г	Количество грибов
10-2	33400	33400	800	1 большой

Общее количество микроорганизмов КОЕ, в 1г сырой почвы 334102=33400

Общее количество актиномицетов КОЕ, в 1г сырой почвы 334102=33400

Количество пигментированных бактерий КОЕ, в 1г сырой почвы 8102=800

Учет микроорганизмов КОЕ в 1г абсолютно сухой почвы 334102/0,99=33737.

В результате микроскопирования был выделен Actinomyces violaceus - слизистые колонии белого цвета;

5. Учет количества микроорганизмов на жидких средах

1. Среда Виноградского.

Определение группы анаэробных азотфиксирующих бактерий производится на среде Виноградского для бактерий первой фазы нитрификации.

Состав среды, %: (NH 4 ) 2 SO 4 - 0,2; К 2 НРО 4 - 1,0; MgSO 4 7H 2 O 0,5; NaCl - 0,5; СаСО 3 - 20,0; глюкоза - 20.

Характеристика цвета среды по окончанию инкубации:

О наличии роста свидетельствует изменение окраски среды.

Разведение	10-1	10-2	10-3	10-4	10-5	10-6
Число параллельно засеянных пробирок	2	2	2	2	2	2
Число пробирок, в которых обнаружен рост	2	2	2	2	1	0

Числовая характеристика 221

Численность КОЕ в 1г воздушно-сухой почвы 701000/0,99=70707

2. Среда Гильтая

Используется для определения денитрифицирующих бактерий.

Состав среды:

Готовится из двух растворов. 1. KNO 3 - 2,1г; дистиллированная вода - 250мл ; аспарагин - 10г. 2. цитрат натрия - 5,0г; КН 2 РО 4 - 2,0; MgSO 4 7H 2 O - 2,0; CaCl 2 - 2,0г; FeCl 3 - следы; дистиллированная вода - 500мл. Оба растворы смешиваются и стерилизуются.

О наличии роста свидетельствует наличие пузырьков газа в поплавке и помутнение среды. Подсчет проводят на 5-6-е сутки.

Таким образом, основная часть нитратов восстанавливается до молекулярного азота, о чем свидетельствует обильное образование газов (СО 2 и N 2 ).

Наличие нитритов объясняется наличием нитрификаторов первой стадии. Для определения численности микроорганизмов на жидких средах используется таблица Мак-Креди. Число клеток в 1г воздушно-сухой почвы

N вс :

Где М вс - масса воздушно-сухой почвы, N ” - вероятное число клеток (по Мак-Креди).

Числовая характеристика 200

Численность КОЕ в 1г воздушно-сухой почвы 2,51000/0,99=2525

Paracoccus denitrificans - сферические клетки собранные в группы или одиночные.

В анаэробных условиях восстанавливает нитрат до оксида азота NO и молекулярного азота.

Заключение

Распределение микроорганизмов в пахотном слое почвы, тыс. на 1г:

Слой почвы, см	Аэробные и факультативно-аэробные бактерии	Анаэробные бактерии	Нитрификаторы	Актиномицеты	грибы
0 - 5	5700	270	1000	640	53
10- 15	4400	230	1000	420	41
15 - 20	2700	180	100	250	20

На основании данных полученных при анализе образца почвы, можно сделать следующие выводы:

Наличие большего количества бактерий и актиномицетов в почве по отношению к грибам говорит о нейтральной или слабощелочной реакции среды. Наличие относительно большого количества актиномицетов свидетельствует о присутствии в почве тяжёлых металлов.

Присутствие видов рода Bacillus свидетельствует о том, что содержание тяжёлых металлов в почве не слишком высоко. Умеренный рост анаэробных азотфиксирующих бактерий свидетельствует о среднем содержании минеральных удобрений в почве. Дерново-подзолистые почвы бедны подвижными формами азота и фосфора, азот содержится преимущественно в органической форме, поэтому на МПА развилось большое количество Bacillus sp., использующих в качестве источника азота его органические соединения. Мало плодородные дерново-подзолистые почвы бедны биофильными элементами, в особенности - азотом, поэтому выявлено малое количество Actinomyces sp., получающих азот из его минеральных форм. В почве активно идут процессы азотфиксации и денитрификации, о чём говорит обилие соответственно Clostridium butylicum, Azotobacter chroococcum и Pseudomonas fluorescens. В данной почве обнаружены аэробные целлюлозоразрушающие бактерии Actinomyces violaceus, что говорит о наличии в ней растительного опада, разлагаемого этими актиномицетами. Большое количество Azotobacter chroococcum свидетельствует о наличии достаточного количества калия и фосфора в почве. Дерново-подзолистые почвы бедны минеральными формами азота, а при малом количестве минеральных источников азота Azotobacter chroococcum в качестве источников азота фиксирует молекулярный азот воздуха, т.к. в опыте было выявлено большое количество Azotobacter chroococcum следователь в почве интенсивно идут процессы азотофиксации.

Я считаю, что исследованная почва пригодна для выращивания сельскохозяйственных растений, т.к. микроорганизмы выявленные в ходе анализа свидетельствуют о протекании в этой почве благоприятных для развития растений процессов как азотфиксация, нитрификация, о достаточном наличии питательных веществ.

Список использованной литературы

1. Ананьева Н.Д. Микробиологические аспекты самоочищения и устойчивости почв/отв.ред. Д.Г. Звягинцев. - М.: Наука, 2003

2. Емцев В.Т., Мишустин Е.Н. Микробиология. Уч., 6 -е изд., - М.: Дрофа, 2006.

3. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.Ь. Биология почв. - М.: МГУ, 2005

4. Звягинцев Д.Г.. Микроорганизмы и охрана почв. - М.: Наука, 2003

5. Звягинцев Д.Г. Микроорганизмы и охрана почв. - М.: изд-во МГУ, 1989

Размещено на Allbest.ru