Гусеев В., Минеева Л.А., Микробиология –М: Изд-во Москва ун-та, 1985.

2.Дарқанбаев Т.Б., Шоқанов Н.Қ. Микробиология және вирусология негіздері. Алматы, Мектеп, 1982.

3.Шоқанов Н.Қ. Микробиология. Алматы, «Санат», 1997.

Қосымша әдебиеттер:

1. Шлегель Г. Общая микробиология.- М: Мир, 1972.

2. Шоқанов Н.Қ. Микроорганизмдерді ауылшаруашылығында қолдану. Алматы, «Қайнар», 1982.

3. Құлдыбаев М. Ауылшаруашылығы микробиологиясы. Алматы, «Білім», 1994ж.

 

Дәріс №16

 

Топырақ микробиологиясы. Микрооргнизмдердің топырақта таралуы

 

Мақсаты: Студенттерді литосфера және оның беткі қабаты-топырақ микроорганизмдердің, (адгезия, агрегация) терминдермен таныстыру.

а) топырақ ылғалдығының және температурасының микрорганизмдерге әсері

б) топырақ қышқылдығының микрорганизмдерге әсері

Микрорганизмдер негізінен ылғалды жерде жақсы тіршілік етеді. Жалпы топырақтағы ылғал 60-70 %. Әдетте саз топырақта микрорганизмдер баяу дамиды. Актиномицеттер саз шымтезекті топырақтарындың тек беткі қабатында ғана тіршілік етеді.

Күн сәулесі топыракты жылытады. Соның әсерінен топырақтағы тіршілік қарқындай түседі. Күн сәулесі мол жерде фотосинтез арқылы тіршілік ететін бояулары бар бактериялар мен түрлі балдырлар жақсы дамиды.Ультракүлғін сәулесі микрорганизмдерді жойып жібереді.

Эр түрлі топырақтың қышқылдығы түрліше болады. Қышқылдық реакциясына карай топырақ бірнеше топқа бөлінеді: рН-1-4 –аса қышқыл топырақ, рН 4-5- қышқыл топырақ, рН-5-6- Қышқылы шамалы топырақ, рН-6-7- бейтарап топырақ, рН-7-8-сілтілі топырақ, рН-8-9- аса сілтілі топырақ.

Литосфера және оның беткі қабаты- топырақ. Литосфера немесе жер қыртысы-Жердің сыртқы қатты қабаты. Ал топырақ- атмосферамен жанасатын литосфераның үстіңгі борпылдақ қабаты. Тіршілік осы қабатта шоғырланады. Топырақ абиотикалық және биотикалық факторлардың әсерінен тас жыныстардан пайда болған. Желдену, шіру, ыдырау, шаймалдау процестердің нәтижесінде пайда болатын өнімдер беткі қабатынан топырақтың терең қабатына жылжып, оның тік (вертикаль) профилін тігінен кесілгендігі көрінісін құрастырады. Ол пайда болу уақыты, құрамы мен құрылысы бойынша ерекшеленетін бірнеше генеткиалық горизонттардан тұрады.

Топырақ құрылысы күрделі әрі көп компонентті жүйе, ол қатты, сұйық, газ тәрізді үш фазадан тұрады. Қатты фаза- ол тау жыныстарының әр түрлі мөлшердегі қиыршықтардан және бөлшектерден құрылады: қиыршық тас (2-20мм), ірі түйіршікті құм (2мм), ұсақ құм (0,2-0,05 мм), ірі бөлшекті шаң (0,05-0,01 мм), саз (0,01 мм одан төмен).

Ірі бөлшектердің арасында қуыстар қалады. Ұсақ бөлшектер бір- бірімен қосылып, ірі түйірлер (агрегаттар) түзеді. Агрегаттардың түзілуі өте маңызды, себебі олардың бетінде қоректік заттар жиналады, ал арасында қосымша микроқуыстар пайда болады. Топырақтың 1 см- дегі саңылауының көлемін саңылаулық немесе сіңіргіштік деп атайды. Саңылаулық арқылы топырақта көптеген мезо- және микрозоналар (микроаймақтар) пайда болады. Бұл аймақтарды микроорганизмдер мекендейді.

Сұйық фаза (топырақ ерітіндісі). Топырақ пен жер беті организмдерді сумен қамтамасыз етеді. Топырақта су бу, бос және байланысқан күйде болады. Бу күйдегі су топырақтағы ауа қуыстарын қанықтырады және ауадағы су буымен жаңартылып отырады. Бос су жағдайына қарай гравитациялық және капилярлы деп бөлінеді. Гравитациялық су ірі қуыстар мен саңылауларды толтырады, ол күш салмағымен төменгі қабатқа өтіп, жер асты суларына дейін жетеді. Капиллярлы су топырақ бөлшектерін капиллярлы аралықтарын толтырады. Капиллярдың мөлшері 1-100 мкм, ал пленканың жуандығы 0,1-10 мкм аралығында болады. Байланысқан су гидроскопиялық, жұқа қабатты (пленкалы) және химиялық байланысқан болып келеді. Топырақ еретіндісінде еріген және коллоидты күйде минералды, органикалық, органомиенарлды қосылыстар болады. Ерігіш тұздардың түріне қарай ерітінді мен топырақтар қышқылды не сілтілі болып келеді.

Газ фазасы (топырақ ауасы). Топырақтағы тіршіліктер үшін өте маңызды. Топырақ ауасы жағдайына қарай 3 түрлі болады: бос, топырақ ерітіндісінде еріген, топырақтың қатты фазасымен байланысқан. Бос түрінде топырақ ауасы судан бос қуыстар мен саңылауларды толтырады. Топырақ ауасы құрамы жағынан атмосфера ауасымен бірдей, бірақ сан жағынан өзгеше. Топырақ ауасында көмірқышқыл газының мөлшері атмосфераға қарағанда көбірек (0,2-6%), ал оттектің мөлшері кем (15-20%).Органикалық заттар белсенді түрінде ыдырайтын жерлерде газ фазасының құрамында аммиак, күкіртті сутек, молекулалы сутек, метан, этан, азоттың тотығы табылады.

Құрамы жағынан да топырақ біркелкі емес. Ол негізгі екі компоненттен тұрады: миенарлды және органикалық. Минералды тау жыныстардың бұзылуынан пайда болған өнімдерден тұрады. Органикалық компоненттерге өсімдіктердің құйылымдары, жануарлардың қалдықтары, микроорганизмдердің өлген клеткалары жатады. Олардың көбісі табиғатта өте баяу ыдырайды. Олар қалдықтардың құрамында ароматты және алифатты компоненттерді радикалдарға айналдырады, ал олардың қарашіріктің полимерлері құрылады: гумин мен фульфоқышқылдар.

Топырақ кеңістік жағынан да гетерогенді. Ол тігінен кесілген көрінісінде (профилінде) анық байқалады. П.П. Кожевин (2004ж) орман топырағының 7 горизонтының сипаттаамсын берді:

О горизонт- орман төсеніш не дала киіз түрінде әр түрлі деңгейдегі ыдыраған өсімдіктердің құйындылары.

А горизонт- қара түсті қарашірікті. Мұнда топырақтың минералды бөлшегі мен тығыз байланысқан қарашірік түріндегі органикалық заттың жианлуы. Бұл горизонт қара топырақта дамыған.

Е горизонт- подзолды, элювиалды (заттардың шығуы). Топырақтың минералды бөліміне қышқылдар әсерінен пайда болады. Түсі күл тәрізді борпылдақ қабат.

В горизонт- иллювиалды (заттардың шөгуі). Қызыл-қоңыр тығыздалған сазға, темір тотықтарына, алюминийге, коллоидты заттарға бай горизонт.

Вк горизонт- профилдің орта не төменгі жерінде орналасқан, карбонаттар жиналған (аккумуляцияланған) горизонт.

G горизонт – глейлі қабат. Артық дымқылданған топыраққа тән. Анаэробты микроорганизмдер жүргізетін тотықсыздану процестің нәтижесінде темір екі валентті түрге айналып, бөлініп шығады.

С горизонт- тау жыныстары.

Микроорганизмдердің тіршілік ету жағдайлары әрбір горизонт пен әр түрлі топырақтарда алуан түрлі. Топырақ профилінде микроорганизмдердің белсенді түрде көбейетін учаскелері табылады, олар топырақ ылғалдылығының миграциялануының басыңқы жолдары (ТМБЖ) мен макропорада және қуыстарда орналасады.

Микроорганизмдердің мекен ету ортасы болып саналатын топырақтың гетерогенділігі олардың түйіршіктерінде де байқалады. Облигатты анаэробтардың мекен етуіне түйіршіктің (диаметрі 1 см) ортасы қолайлы, ал оның бетінде аэробтар тіршілік етеді. Тамыр бетіндегі бактериялардың жұқа биопленкалары тамыр бөлінділерін ұстап қалып, топырақтың гетерогенділігіне әкеледі.

Топырақтағы органикалық және минералды заттар қорының мол болуы оның тірі организмдермен қаныққандығын көрсетеді. Топырақта тіршілік ететін организмдердің мөлшері алуан түрлі, яғни микроскопиялықтан макроскопиялыққа дейін болады. Соған орай олардың алатын кеңістіктері де әр алуан түрлі болады, оны эдосфера деп атайды. Микроорганизмдер экологиясында бұл микроқоршаған орта деген концепцияда өз орнын тапты. Оның негізгі мәні мынада: микроорганизмдер өздерінің микроскопиялық мөлшерімен микроскопиялық кеңістікті алады, ал олардың қоршаған ортасы микроорта деп аталады. Осыдан микробиологиялық тұрғыдан топырақ жай гетерогенді орта ғана емес, микроаймақты болып табылады, яғни ол микро- және мезоаймақтарға жіктелген. Топырақтың микроаймағының химиялық құрамы оның құрылысымен ғана емес, сонымен қатар органикалық заттардың сіңірілуі, тамыр бөлінділері және микроорганизмдердің тіршілік барысында түзетін өнімдерімен анықталады. Микроаймақтар оттегі мен басқа да газдардың концентрациясы, органикалық заттардың мөлшері, олардың күрделілігі, сумен қамтамасыз етілуі мен оның мөлшері және тотығу- тотықсыздану потенциалы бойынша жіктеледі. Соған орай осындай микроортада әр түрлі топқа жататын микроорганизмдер тіршілік ете алады, мысалы, анаэробтар мен аэробтар, автотрофтар мен гетеротрофтар. Микроорганизмдердің орналасуы микроошақты сипатқа ие, олар органикалық және минералды гелдерде (үйір) шоғыр не колониялар түрінде жиналады. Табиғи жағдайда көптеген микроорганизмдер адгезивті түрде болады. Микроорганизмдер адгезиясын былай жіктейді: а) субстрат бетіне адгезиялану; б) микроорганизмдер клеткасы арасындағы коагрегация; в) планктонды және жабысқан клеткалар арасындағы коадгезия.

Субстарт бетіне адгезиялану (топырақ бөлшектеріне, тамырға және өсімдік қалдықтарына) микроорганизмдердің өсуіне қолайлы жағдай туғызады. Адгезияланған клеткалар саны топырақ типіне және микроорганизмдер қасиеттеріне байланысты, яғни олардағы талшықтардың, жіпшелердің, өсінділердің , полисахаридтердің, адгезин типтес заттарды түзу қасиеттерінің болуы.

Д. Звягинцевтің бақылауы бойынша ең жоғарғы адгезия (90% клеткалар) шаң тәрізді бөлшектері бар органикалық заттарға бай қарашірікті топырақта екені анықталған, ал қызыл-қоңыр және сүр топырақта (50-60%) орташа, ең төмен адгезия құмайтты (7-17,5%) топырақта байқалған. Адгезияланған клеткалар негізінен қатты дене мен сұйық арасында орналасады, нәтижесінде микроорганизмдердің өсуіне жағдай жасайды. Ол әсіресе арнайы субстраттарды қажет ететін микроорганизмдер үшін өте маңызды. Мысалы, целлюлозаны ыдыратушы бактериялар тек целлюлоза талшықтарымен жанасқан жағдайда ғана целлюлозаны ыдыратады: күкіртті қолданатындар оның кристалдарына орналасады: мұнайды ыдырататындар-май-сұйық шекараларында орналасады.

Микроорганизмдердің топыраққа таралуы біртекті емес жүреді. Бір шекарада клеткалар көп адгезияланса, ал басқа жерлерде олардың саны аз болады, кейде мүлдем болмайды. Бір ғана бөлшектің 100мкм² беткі ауданында бірнеше ондаған клеткадан бірнеше жүздеген клеткалар орналасады. Жабысқан клеткалардың басым бөлігі көбейе отырып, микроколониялар түзеді және ондағы клеткалар саны әр түрлі. Ересек, қозғалуға қабілетті клеткалар микроколониялардан ажырап, өз алдына жаңа колониялар түзеді. Кейбір микроорганизмдер топырақ бөлшегінің бетінде жеке клетка түрінде өсіп, клеткалар шоғырын түзеді, олар нағыз колониялар болып саналмайды.

Микроб клеткаларының топырақ бөлшектері мен өсімдік тамырларында шоғыр түзулері олардың агрегат түзуге қабілетті болуымен байланысты. Көпшілік микроорганизмдер топырақта адгезияланған немесе агрегацияланған жағдайда болады, әрқашанда қатты бөлшектермен байланыспаған еркін клеткалар табылады. Еркін клеткалар өздерінің белсенді немесе пассивті қозғалыстарына байланысты орын алмастырып, жаңа бос орындарға мекен етеді.

Эукариотты микроорганизмдерде бұл басқаша болады. Мысалы, саңырауқұлақтар бактерияларға қарағанда жинақты колониялар түзбейді, олардың өскен гифтері топырақтың бетін қаптап, олардың ішіне енеді. Топырақ балдырлары мен қарапайымдылардың өсуі олардың морфотиптеріне байланысты. Бір клеткалы балдырлар су пленкасында дамиды, ал филаментті түрлері колониялар түзеді. Сонымен қатар көптеген балдырлар мен қарапайымдыларда дамудың алғашқы сатысында қозғалғыш клеткалар пайда болатындықтан олар еркін орын алмастыра алады.

 

Бақылау сұрақтары:

 

1.Топырақ микроорганизмдерінің кеңінен таралған мекен ету ортасы?

2. Микроорганизмдердің топырақта таралуы?

3. Топырақ микрофлорасын зерттеу әдістері?

 

Негізгі әдебиеттер: