Азотфіксація За Допомогою Рослин Та Бактерій

Азотфіксація — вкрай важлива сільськогосподарська практика. Разом з калієм та фосфором азот (N) є життєво необхідним для рослин хімічним елементом. Також він відповідає за фотосинтез та вміст хлорофілу в культурах.

Водночас азот, з якого на 78% складається повітря, не підходить для розвитку рослин. Їм необхідна легкозасвоювана форма елементу, яку можна отримати не тільки завдяки добривам. Біологічна фіксація атмосферного азоту з використанням азотфіксуючих мікроорганізмів та сільськогосподарських культур є більш економічним та екологічним варіантом.

Що Таке Азотфіксація?

Азотфіксація — це трансформація слабореактивного атмосферного N2 у високо реактивні компоненти (нітрати, нітрити або амоній). Завдяки цьому забезпечується розвиток рослин, тому що вони легко засвоюють лише високореактивні форми N. Дефіцит азоту, навпаки, уповільнює зростання та перешкоджає здоровому розвитку культур. Близько 90% природної азотфіксації відбувається завдяки біоті, а саме ґрунтовим мікроорганізмам. Абіотичними природними індукторами цього процесу є блискавка та ультрафіолетові промені. Також N фіксують промисловим способом або за допомогою електроустаткування.

У процесі азотфіксації відбувається розщеплення потрійного зв’язку в молекулі N2 до аміаку (NH3) або амонію (NH4+). Саме тому її іноді називають діазотфіксацією, підкреслюючи наявність двох атомів N у формулі сполуки.

Азотфіксація За Допомогою Рослин

Вирощування азотфіксуючих культур — безпечний для довкілля спосіб забезпечити посіви готовим до засвоєння N. До того ж використання їх у сівозміні дозволяє накопичити об’єм елементу для наступного сезону. Також азотфіксуючі рослини активно використовуються у суміщенні культур.

Переваги Використання Покривних Культур Для Азотфіксації

Здатність бобових до азотфіксації широко застосовується в сільському господарстві. Водночас вирощувати їх можна не тільки як основну, але й покривну культуру. У цьому разі вони:

• допомагають фіксувати азот;
• запобігають ерозії ґрунту (зокрема завдяки сильній кореневій системі);
• підвищують родючість ґрунту (коли використовуються як сидерати);
• утримують вологу в ґрунті;
• сприяють боротьбі з бур’янами (завдяки рослинних решткам);
• служать їжею для птахів та великої рогатої худоби;
• залучають запилювачів в період цвітіння сільськогосподарських культур.

Найбільш Ефективні Азотфіксуючі Покривні Культури

Азотфіксуючі властивості різних сортів конюшини, бобів та вики відомі фермерам у всьому світі.

Конюшину для азотфіксації застосовують навесні або восени. Водночас вона може переносити м’які зими, але гине від морозів. Нові покращені сорти білої конюшини, виведені вченими Техаського університету A&M, мають підвищену стійкість до іржі та посухи.
Сорти: біла, червона, малинова.

Вика є морозостійкою культурою, особливо віка волохата. Саме тому її використовують для азотфіксації взимку. Сіяти цей сорт слід на початку осені, щоб культура встигла вкоренитися до перших морозів.
Сорти: волохата, американська, лісова, мишачий горошок.

Боби можна використовувати для азотфіксації влітку. Водночас процес не залежить від того, чи вирощуються вони як покривні культури або для подальшого вживання в їжу. Вігна китайська (або коров’ячий горох) потребує тепла, тому її сіють, коли температура ґрунту досягає 15°С.
Сорти: фава (також фаба); люцерна зелена (також французька), польова, солодка; бігунок; арахіс; соя; кремові, чорноокі або пурпурові боби (квасоля); люпин; сочевиця; вигна; нут.

Особливості Азотфіксації За Допомогою Бобових Культур

Рентабельність використання для азотфіксації бобових культур вище, ніж внесення хімічних добрив, ціни на які постійно ростуть, особливо протягом останніх років Wee Chian Koh, John Baffes. Fertilizer prices to rise moderately in 2021. blogs.worldbank.org . Водночас їхня продуктивність залежить від наступних факторів Dennis Hancock. Quantity of Nitrogen Fixed. College of Agricultural & Environmental Sciences. University of Georgia. :

• Вік. Зрілі рослини, зокрема багаторічні покривні культури, найбільш ефективні.
• Тривалість сезону. Довший період зростання забезпечує кращий результат.
• Мета вирощування (збирання врожаю, випасання худоби, використання як сидератів). Скошування та випас худоби знижують азотфіксуючі властивості рослин.
• Загальні умови зростання. Конкуренція з іншими рослинами, несприятливі погодні умови, зниження родючості ґрунту, наявність бур’янів та шкідників знижують здатність рослин до азотфіксації.
• Залишкова кількість азоту. На продуктивність впливає вміст елементу, який залишився після вирощування культур у попередніх сезонах або після внесення добрив.
• Вид сільськогосподарської культури. Найпродуктивнішими культурами є люцерна та конюшина.

У наведеній нижче таблиці вказано азотфіксуючий потенціал окремих бобових рослин.

Вид бобових	Річна кількість фіксованого азоту, кг/га
Люцерна	465
Конюшина червона	252
Горох голубиний	225
Вігна промениста	200
Фава	165
Горох польовий	111
Конюшина біла	102
Арахіс	100
Сочевиця	52
Квасоля звичайна	50

Азотфіксація За Допомогою Бактерій

До азотфіксуючих бактерій належать Rhizobium (раніше Agrobacterium), Frankia, Azospirillum, Azoarcus, Herbaspirillum, Cyanobacteria, Rhodobacter, Klebsiella тощо. Вони синтезують унікальний фермент нітрогеназу, який відповідає саме за фіксацію азоту.

Як Саме Бактерії Фіксують Азот?

Бактерії перетворюють газоподібний азот з повітря на неорганічні сполуки. Водночас для фіксування N їм потрібна допомога. Один з варіантів — взаємодія з бобовими рослинами. Така симбіотична азотфіксація характерна для бульбочкових бактерій Rhizobium, які колонізують коріння бобових культур. Також бактерії можуть взаємодіяти з вільноживучими та асоціативними азотфіксуючими організмами.

Важливість Азотфіксації Бактеріями Для Рослин

Бактерії забезпечують рослини життєво важливим поживним елементом, який вони не можуть отримати самостійно. Азотфіксуючі мікроорганізми постачають сільськогосподарським культурам асимільований азот. Вони поглинають його з повітря в газоподібному стані та виділяють його у ґрунті, переважно як аміак. Оскільки рослини можуть споживати N тільки з ґрунту та лише як азотисті неорганічні сполуки, така фіксація атмосферного азоту вкрай важлива.

Значення Азотфіксуючих Бактерій Для Розвитку Культур

Азотфіксуючі мікроорганізми забезпечують рослини готовим до поглинання N, який є необхідним для утворення молекул хлорофілу. Останній має вирішальне значення для фотосинтезу, тобто для перетворення сонячної енергії в хімічну. Отже, він забезпечує харчування рослин. До того ж азот потрібний сільськогосподарським культурам у складі амінокислот для утворення білків, що беруть участь в обміні речовин та акумуляції (накопиченні) енергії. Недостатня азотфіксація викликає дефіцит харчування, внаслідок якого рослини жовтіють, витягуються, в’януть, повільно розвиваються та зрештою гинуть.

EOSDA Crop Monitoring

Отримайте доступ до супутникових знімків з високою роздільною здатністю – керуйте полями ефективно!

Вплив Азотфіксуючих Бактерій На Родючість Ґрунту

Азотфіксуючі бактерії насичують ґрунт неорганічними азотовмісними сполуками, необхідними елементами живлення сільськогосподарських культур. Коли мікроорганізми гинуть, накопичений азот вивільняється з їхньої біомаси у ґрунт. Отже, ці бактерії підвищують родючість ґрунту, завдяки чому знижуються витрати фермерів на синтетичні добрива.

Роль Азотфіксуючих Бактерій У Кругообігу Азоту В Екосистемах

Азотфіксуючі бактерії беруть участь у кругообігу N в екосистемах: вони поглинають його з повітря та трансформують в прийнятну для рослин форму (азотфіксація). Культури використовують N для розвитку (асиміляція азоту). Надалі, коли рослини та бактерії гинуть, редуценти розщеплюють азотисті сполуки, внаслідок чого виділяється аміак або амоній (амоніфікація). Нітрифікуючі бактерії трансформують аміак у нітрати (нітрифікація), що споживаються рослинами та денітрифікуючими бактеріями. Останні перетворюють нітрати у вільний атмосферний азот, який знову надходить у повітря (денітрифікація).

Незважаючи на важливість N для сільськогосподарських культур, надмірна азотфіксація шкодить їм. Через це необхідно збалансовувати протягом ротації сівозміни рослини, які фіксують та не фіксують N.

Типи Азотфіксуючих Бактерій За Типом Взаємодії З Рослинами

Відповідно до особливостей співіснування з сільськогосподарськими культурами розрізняють три типи азотфіксуючих бактерій: симбіотичні, асоціативні та вільноживучі. Водночас незалежно від типу вони можуть мешкати на поверхні рослини або всередині неї (екзофіти та ендофіти відповідно). Наприклад, так можуть жити навіть ризобактерії, які зазвичай колонізують ризосферу. У таблиці нижче представлені види здатних до азотфіксації бактерій та його основні характеристики.

Типи азотфіксуючих бактерій.

Азотфіксуючі бактерії за типом взаємодії з рослинами

Характеристика	Симбіотичні бульбочкові бактерії	Асоціативні азотфіксуючі бактерії	Вільноживучі азотфіксуючі бактерії
Джерело енергії	високий рівень	середній рівень	середній рівень
Протиокислювальний (антиоксидантний) захист	високий рівень	середній рівень	низький рівень
Транспортування зафіксованого N	високий рівень	середній рівень	низький рівень
Орієнтовна кількість фіксованого азоту, кг/га на рік	50-465	2-170	1-80

Симбіотична Азотфіксація

Симбіотичні азотфіксуючі бактерії живуть на коренях рослини-господаря та утворюють бульби. В них вони накопичують атмосферний N2, який потім перетворюють на аміак. Рослина-господар використовує його для зростання, а після відмирання рослин бульбашки розриваються, і азот вивільняється у ґрунт.

Водночас бактерії харчуються вуглеводами (цукром), які виробляють рослини, та поглинають необхідний для життєдіяльності вуглець. Тож, хоча симбіотична фіксація азоту бульбочковими бактеріями теоретично є інфікуванням, вона корисна для обох сторін. Саме тому такий тип взаємодії іноді називають мутуалізмом (взаємовигідний симбіоз).

До найпоширеніших симбіотичних азотфіксуючих бактерій належать Rhizobium та Frankia.

Азотфіксація Бактеріями Rhizobium

Симбіотична фіксація азоту в бобових рослин за допомогою бактерій Rhizobium є характерним прикладом фіксування N. До того це не єдина перевага такої взаємодії. Так рослини отримують доступ до інших поживних речовин та стають стійкішими до хвороб, шкідників та абіотичних стресів. Симбіотична азотфіксація корисна і для фермерів, тому що завдяки цьому річні обсяги N становлять 50–465 кг/га.

Хоча зазвичай бактерії Rhizobium співіснують у симбіозі із сільськогосподарськими культурами, іноді зустрічаються особини без рослини-господаря. Такі вільноживучі мікроорганізми також беруть участь у азотфіксації[3], тому що синтезують нітрогеназу та підтримують своє життя виключно за рахунок поглинання N2 з повітря.

Азотфіксація Бактеріями Frankia

Бактерії Frankia фіксують N у кореневих бульбах рослин, хоча деякі штами Frankia є вільноживучими[4]. На відміну від Rhizobium цей рід колонізує актинорізні рослини (вільху, чорницю, папороть тощо), завдяки чому вони ростуть навіть у неродючих ґрунтах. Окрім сільського господарства азотфіксуючі бактерії Frankia широко використовуються у агролісівництві.

Асоціативна Азотфіксація

Асоціативна фіксація азоту характерна для злакових культур та вільноживучих бактерій, які прикріплюються до коренів рослини-господаря. Здатність до асоціативної азотфіксації є характерною для бактерій Azospirillum, Glucenobacter, Acetobacter, Herbaspirillum, Azoarcus. Вони взаємодіють з пшеницею, рисом, кукурудзою, цукровою тростиною, ячменем, сорго, мишієм, біопаливними культурами (пенісетумом) та іншими рослинами.

На відміну від бобових, для злакових культур бульбочкова азотфіксація не характерна, але наявність N в ґрунті все ж таки необхідна для їхнього розвитку. Зі свого боку бактерії використовують атмосферний азот для своїх потреб та «віддають» його рослині-господарю.

Більшість бактерій, здатних до азотфіксації, живуть на коренях, але деякі агресивні види (наприклад Herbaspirillum) здатні проникати в рослину повністю[5]. Ці мікроорганізми можуть прискорювати розвиток сільськогосподарських культур та підвищувати їхню врожайність, що особливо корисно при обробітку збіднених ґрунтів.

Ризобактерії, що стимулюють зростання рослин (PGPR, plant growth-promoting rhizobacteria), також виробляють фітогормони[6], які підвищують врожайність культур.

Азотфіксація Вільноживучими Бактеріями

Вільноживучі мікроорганізми також приймають участь у азотфіксації. Наприклад, виробники рису використовують як сидерати водні папороті Azolla, на яких живуть азотфіксуючі ціанобактерії Anabaena Azolla.

Ці мікроорганізми можуть існувати як у симбіозі, так і окремо від рослини-господаря. Найбільш сприятливе середовище для них — вологі ґрунти та внутрішні водойми. Належачи за класифікацією до бактерій, на вигляд ціанобактерії нагадують водорості. Вони містять хлорофіл, а отже є фототрофами, як і рослини. Однак, на відміну від останніх, ціанобактерії здатні до самостійної азотфіксації.

Як EOSDA Crop Monitoring Допомагає Виявити Потребу Культур У Азотфіксації

Усі вегетаційні індекси платформи EOSDA Crop Monitoring безпосередньо чи опосередковано пов’язані з аналізом вмісту хлорофілу в сільськогосподарських культурах. Азот теж впливає на цей показник, тому рівень азотфіксації також легко відстежувати за допомогою платформи.

Хлорофіл важливий не тільки для фотосинтезу. Цей пігмент надає рослинам зеленого кольору, завдяки чому можна оцінити загальний стан культур. Яскравий темно-зелений колір характерний для здорових рослин з високим вмістом хлорофілу. Пожовтіння (хлороз) та блідо-зелений колір сигналізують про дефіцит пігменту та відхилення в стані здоров’я рослин. Причиною цього може бути недостатня азотфіксація. Водночас треба враховувати, що вміст пігменту в молодих культурах вище, ніж у зрілих.

Для аналізу впливу азотфіксації на кількість хлорофілу в рослинах підходить індекс ReCl. При дефіциту N культури розвиваються повільно та передчасно жовтіють, їхнє листя стає дрібним і блідим, а стебла тонкими.

Аналіз вмісту хлорофілу в рослинах за допомогою індексу ReCl в EOSDA Crop Monitoring.

Графік індексу хлорофілу також допомагає оцінити зниження концентрації азоту внаслідок сильних дощів. До того ж фермери можуть використовувати прогнози погоди на 14 днів, щоб планувати польові роботи та передбачати вплив метеоумов на стан посівів. Водночас ReCl ефективний у період активного розвитку рослин та не підходить для аналізу під час збирання врожаю. Щоб отримати повну картину стану посівів та рівню азотфіксації, використовуйте ReCl разом з іншими вегетаційними індексами EOSDA Crop Monitoring — NDVI, MSAVI та NDRE.

Внаслідок дефіциту N культури зростають повільніше, а плоди зменшуються в розмірах. Однак надмірна азотфіксація також шкодить посівам. Вона негативно впливає на розвиток кореневої системи, знижує вологоємність та холодостійкість рослин, уповільнює дозрівання плодів тощо.

Отже, аналіз ґрунту дозволяє визначати точний вміст N та підтримувати його оптимальну концентрацію. Водночас в процесі азотфіксації треба враховувати кількість елементу в ґрунті, актуальну та оптимальну для конкретної культури. Також слід аналізувати потенційні зміни концентрації внаслідок фертигації.

Переваги Біологічної Фіксації Азоту

В інтенсивному землеробстві для фіксації N вноситься велика кількість синтетичних добрив, що шкодить довкіллю. Біологічна азотфіксація, яка активно використовується в органічному землеробстві, навпаки, корисна. До того ж азотфіксуючі покривні культури не вимагають великих витрат.

При вирощуванні небобових культур ефективним рішенням є внесення азотфіксуючих бактеріальних інокулянтів, тобто біопрепаратів, що містять живі культури корисних бактерій. Такий метод азотфіксації дозволяє фермерам досягати результатів, не застосовуючи синтетичні засоби. До того ж мікроорганізми покращують стан ґрунту, зокрема допомагають виводити важкі метали[7].

За результатами досліджень симбіотичні азотфіксуючі бактерії більш ефективні, ніж вільноживучі. Завдяки симбіозу вони постачають поживні речовини безпосередньо рослині-господарю, тож допомагають їй конкурувати з іншими організмами, що споживають N. Найбільш продуктивними фіксаторами елементу є внутрішньоклітинні мікроорганізми (наприклад Herbaspirillum або Azoarcus).

Належний моніторинг вмісту азоту у ґрунті з подальшою контрольованою азотфіксацією — ключ до вдалого управління сільськогосподарським підприємством. Завдяки платформі EOSDA Crop Monitoring ви зможете дистанційно відстежувати ситуацію на полях 24/7 та своєчасно приймати необхідні рішення.

Джерела

1. Wee Chian Koh, John Baffes. Fertilizer prices to rise moderately in 2021. blogs.worldbank.org↑Онлайн-ресурс
2. Dennis Hancock. Quantity of Nitrogen Fixed. College of Agricultural & Environmental Sciences. University of Georgia.↑Онлайн-ресурс

Про автора:

Василь Черлінка має більш ніж 30-річний досвід роботи в галузі агрономії та педології (ґрунтознавства). Він є доктором біологічних наук зі спеціалізацією в галузі ґрунтознавства.

Доктор Черлінка навчався у машинобудівному технікумі в Україні (1989-1993), потім поглиблював свої знання в галузі агрохімії та агрономії у Чернівецькому національному університеті за спеціальністю “Агрохімія та ґрунтознавство”.

У 2001 році успішно захистив дисертацію “Обґрунтування агроекологічної відповідності моделей родючості ґрунту та його факторів вимогам польових культур” та отримав ступінь кандидата біологічних наук з ухилом у ґрунтознавство в ННЦ “Науково-дослідний інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.М. Соколовського”.

У 2019 році доктор Черлінка успішно захистив дисертацію “Цифрові моделі рельєфу у ґрунтознавстві: Теоретико-методологічні основи та практичне використання” та отримав ступінь доктора біологічних наук зі спеціалізацією в галузі ґрунтознавства.

Василь одружений, має двох дітей (сина та дочку). Протягом усього життя захоплюється спортом (є кандидатом у майстри спорту України з пауерліфтингу та навіть брав участь у змаганнях стронгменів).

З 2018 року доктор Черлінка консультує EOSDA з проблем ґрунтознавства, агрономії та агрохімії.

Бактерії — види і їх назви, будова бактеріальної клітини

Бактерії (лат. bacteria) – це найпростіші одноклітинні організми. Вони першими з’явилися на Землі, передували рослинам, динозаврам і людям. Бактерії складають одне з п’яти царств в біологічній класифікації (тварини, рослини, гриби, найпростіші), що має назву “Monera”.

Ці одноклітинні організми живуть скрізь: в землі, воді, повітрі, ґрунті в промислових і побутових відходах, і навіть в місцях, про які людині і в голову не приходить подумати.

Значна частина цих організмів досі ще толком не описана, не кажучи вже про те, що мало вивчена. Про те, як невидимі оку мікроорганізми щомиті змінюють світ, ми й поговоримо в нашій статті.

Походження бактерій

Сказати точно, зі 100% впевненістю, коли на Землі з’явилися перші бактерії і як це сталося, навряд чи візьметься хоча б один вчений. І мова йде не тільки про шанованих членів наукової спільноти, а й про любителів висувати напівбезумні теорії.

Що абсолютно точно відомо, і це підтверджують палеонтологічні дослідження, що сліди найдавніших мікробів (ціанобактерій) були знайдені у відкладеннях порід, яким 3,5 млрд років.

Є теорія, що саме завдяки життєдіяльності перших бактерій на землі з’явився кисень. Правда, процес цей був дещо тривалим – близько мільярда років. Поява нової речовини – кисню, знищила чималу частину одноклітинних анаеробів (не здатних рости в кисневому середовищі) і розділило бактеріологічний світ на два табори:

Хто відкрив бактерії?

Людина, як істота, за своєю природою допитлива. Вона завжди намагається докопатися до суті речей і дізнатися, з чого складається світ, в якому вона живе, хто цей світ населяє.

Однак вперше побачити мікростворінь вдалося лише в другій половині XVII століття. Прагнучий якнайкраще розглянути лляні волокна голландець Антоні ван Левенгук створив першу двосторонньо опуклу лінзу. Виріб отримав назву “мікроскопія” (саме цей винахід став прототипом сучасного мікроскопа).

Але на цьому Левенгук не зупинився і поступово вдосконалив свій винахід, який дозволяв збільшити об’єкт інтересу у 200-300 разів.

Винахідник з цікавістю розглядав через лінзи все, що траплялося під руку, і в квітні 1676 року, розглядаючи під мікроскопом воду, Левенгук побачив крихітних живих істот.

З того самого моменту дослідник скрізь виявляв найдрібніших створінь, що привело його до висновку про щільну заселеність навколишнього світу мікроскопічними, як він тоді вважав, тваринами. Так, Левенгук, сам того не підозрюючи, поклав початок бактеріології – науці (вивчає бактерії), яка стала розділом мікробіології.

Способи життя бактерій

Як би це не було дивно, але ці мікроорганізми дуже винахідливі. Для виживання вони нерідко стають:

• симбіонтами – простіше кажучи учасниками взаємовигідного співробітництва бактерії та її носія;
• паразитами рослин, тварин або людини – вигоду від спільного проживання отримує тільки одна сторона. В нашому випадку – це мікроб.

Види бактерій за формою

Після багатьох років вивчення, мікробіологи розділили піддослідних на кілька груп, виходили вони з візуальних відмінностей. Так з’явилися три основні групи (статі) мікроорганізмів:

Їх ми зараз детально і розглянемо.

Коки

Бактерії цього типу мають кулясту, а іноді дещо витягнуту форму. У процесі поділу, як правило, вибудовують структури, типові для конкретних видів коків. Так, наприклад:

• Стрептококи “будують” ланцюжок;
• Диплококи “збираються” по двоє;

Стафілококи – це розташовані в більш-менш хаотичному порядку вісім і більше бактерій.

В цілому, коки можна розділити на патогенні та умовно патогенні, які беруть участь у формуванні імунної системи живих істот.

Стрептокок

Рід кулястих бактерій, що живуть переважно в дихальних шляхах (особливо “люблять селитися” в роті та в носі), травному тракті та товстому кишківнику. Викликають чималу кількість захворювань, які важко піддаються лікуванню. Найвідоміші з них:

• Ангіна;
• Скарлатина;
• Фарингіт;
• Пневмонія;
• Бронхіт;
• Менінгіт.

Стафілококи

Характеризуються умінням клітин ділитися відразу в декількох площинах, з цієї причини мають форму виноградного грона.

Як правило, вони живуть в носоглотці, ротовій порожнини та на шкірі. Ці бактерії можуть виділяти пігмент білого, жовтого або золотистого кольору. Найвідоміший вид стафілококів – “золотистий”.

Характеристика цього паразита говорить про його можливості викликати гнійні запалення всіх органів і тканин, нерідко процес протікає, не виходячи на шкіру, що особливо ускладнює лікування хвороби.

Диплококи

Цей підвид, як і всі коки, має круглу форму і найчастіше зустрічається парами. Найбільш відомі представники цього виду:

• менінгокок, що викликає назофарингіт або, що гірше, менінгіт;
• гонокок – збудник гонореї, що характеризується запаленням слизових статевих органів і їх нагноєнням;
• пневмокок – є причиною менінгіту, пневмонії або запалення середнього вуха.

Бацила

Цей рід бактерій виділяється особливою паличкоподібною формою, умінням утворювати спори, і налічує понад дві сотні видів. Їх також називають ґрунтовими редуцентами або сапрофітами, які виконують функцію руйнівників відмерлих тканин живих істот, переробляючи їх в неорганічні або найпростіші органічні сполуки.

Разом з тим, бацили можуть стати збудниками захворювань як у тварин, так і у людини. Яскравий тому приклад – сибірська виразка.

Вібріони

Вібріони мають вигляд кілька загнутих паличок. Бактерії цього роду можуть плодитися як в кисневому, так і безкисневому середовищі. Вібріони можуть викликати захворювання у людей (найвідоміше – холера), спровокувати кардіоваскуліт, уретрит або запалення жирової підшкірної тканини.

Деякі з вібріонів небезпечні для тварин, інші – для риб або молюсків.

Спірила

Свою назву цей рід бактерій отримав завдяки своїй формі, що нагадує спіралі або дугоподібні палички, що пересуваються завдяки джгутикам. Спірил відносять до сапрофітів, а улюблені місця їх проживання:

• гнойова рідина;
• фекалії тварин;
• стояча вода, де активно протікають гнильні процеси.

Також вони присутні в солоних і прісних водоймах.

Що таке корисні бактерії?

Найбільш відомі з корисних для людини бактерій – це біфідобактерії, які живуть в кишківнику, але гинуть при мінімально несприятливих умовах. Однак в здоровому стані вони наділені дуже корисними особливостями:

• забезпечують тіло вітамінами групи К і В;
• покращують травлення;
• допомагають перетравлювати вуглеводи.

Наступні за ступенем популярності – молочнокислі бактерії; їх налічують 25 видів. Живі мікроорганізми забезпечують процес бродіння молочних продуктів. Використовуються вони не тільки в харчовій промисловості, а й сільськогосподарських цілях, а також в народній медицині та фармакології.

Втім, є і менш відомі, але не менш корисні представники мікрофлори, наприклад, стрептоміцети. Місце їх природного проживання – ґрунт. Саме з їх допомогою борються з грибками, бактеріями і пухлинами.

І ще один маловідомий, але не менш корисний вид – азотобактер. Ці екземпляри мають можливість збору азоту з повітря. Основне їх вміння:

• збагачення ґрунту корисними мікроелементами;
• підстьобування росту рослин;
• очищення ґрунту від важких металів.

Найчастіше застосовуються в сільському господарстві для виробництва азотних добрив.

Будова бактеріальної клітини

Головна особливість будови бактеріальної клітини – відсутність ядра. Всю генетичну інформацію несе в собі нуклеотид. Також бактеріальна клітина має цитоплазматичну мембрану, яка відокремлює цитоплазму від стінки клітини.

Що стосується характеристики самої цитоплазми, то вона має меншу кількість мембран, поживні речовини розкидані в цитоплазмі. Також відсутні органели – мітохондрії, апарат Гольджі, пластиди та ін.

Способи харчування

Найбільш важливими для світу мікробів елементами є:

Як правило, необхідність в останніх двох одноклітинні задовольняють за рахунок води. В іншому – бактерії діляться та, що мають вуглецевий тип харчування та азотний.

Перший тип харчування передбачає отримання азотних сполук коштом вуглекислого газу, самостійно його поглинати можуть аутотрофи. А ось гетеротрофи харчуються готовими органічними сполуками або відмерлими (фактично продуктами гниття), або живими тканинами рослин і тварин.

Обмін речовин

Обмінні процеси мікробів мають величезне значення для екосистеми в цілому, оскільки продукти їх життєдіяльності є сполучною ланкою для підсистем. За типом обміну речовин мікроби діляться на хемосинтезуючі та фотосинтезуючі.

Хемосинтез

Це процес поглинання енергії, яка вивільняється в процесі хімічних реакцій окислення і відновлення. Для нього абсолютно не потрібне сонячне світло або кисень. Більш того, багато бактерій, які отримують енергію таким чином, живуть в безкисневому середовищі. Вони відносяться до справжніх бактерій.

Бактеріальний фотосинтез

Це спосіб отримання енергії від сонця. При ньому еубактерії збирають сонячне світло за допомогою відповідних пігментів і передають його в реакційні центри, де енергія трансформується, а після цього акумулюється.

Спороутворення

Це ще одна запорука виживання бактерій, закладена в них природою. У разі потрапляння в несприятливе середовище, де гостро відчувається нестача їжі, мікротіла починають боротьбу за виживання за допомогою формування спори.

Цей процес характерний для паличкоподібних, в рідкісних випадках – для коків. Проходить він в сім етапів. Отримані шляхом спороутворення спори можуть витримати і кип’ятіння, і проморожування, і дію деяких деззасобів.

Як розмножуються бактерії?

Такі найпростіші організми розмножуються теж досить простим методом – вони діляться.

Кожна клітина росте, потім ділиться на дві однакові, які, в свою чергу, ростуть і діляться. Якщо бактерії потрапили в благодатне середовище, то розмножуватися зможуть з періодичністю раз в півгодини.

Способи пересування

Що стосується руху, одноклітинні діляться на два типи:

Одноклітинні особини можуть переміщатися в просторі:

• за допомогою джгутиків – джгутики або скорочуються, або крутяться навколо своєї осі;
• ковзаючи по власному виділеному слизу;
• “поповзом” – вся клітина скорочується і розслабляється, що нагадує повзання;
• змішаний тип – відбувається викид слизу і одночасно бактерія відштовхується.

Поширення в природі

Про поширення бактерій в природі сказано і написано чимало. Вони населяють куди більше простору, ніж займає людина (так як в людині вони теж живуть) і виконують досить важливі функції:

Повітря

І чим вонохолодніше, тим гірше живеться в ньому бактеріям. Однак саме повітряно-крапельним шляхом передається більшість бактеріальних інфекцій.

Водойма

Вода – це благодатне середовище для розвитку і зростання бактерій – як корисних, так і патогенних. Саме через водойми досить часто поширюються збудники важких захворювань, що нерідко несуть всі ознаки епідемій.

Ґрунт

Найбільша кількість бактерій мешкає і розмножується в ґрунті. І саме від роботи бактерій залежить, яким він буде. За визначенням, найбільша роль в процесі збагачення ґрунту родючим шаром належить саме мікрофлорі, оскільки оселившись в коренях рослин, бактерії синтезують корисні речовини.

Організм тварини

Як і в будь-якому іншому, в організмі тварини проживають десятки тисяч бактерій, в тому числі і патогенних для людини. Тому особливу увагу господарі домашніх вихованців повинні приділяти санітарній обробці своїх улюбленців.

Організм людини

Людське тіло так само густо заселене мікрофлорою, як і навколишнє середовище, причому в кожному відділі живуть різні бактерії.

Коли кількість патогенних паличок перевищує кількість корисних, людина починає хворіти. Причому перші ознаки їх не завжди змушують носія взятися за лікування, а даремно. Найчастіше першоджерелом хвороб стають руки і порожнину рота.

Значення бактерій в кругообігу речовин

• Бактерії беруть активну участь в перетворенні органічних складних речовин в більш прості, а також неорганічні. Завдяки їм стає можливим природний біологічний кругообіг в природі, оскільки залишки біомас швидко розкладаються і повертаються в якості корисних речовин в біосферу.
• Бактерії сприяють утворенню ґрунту.
• Деякі види цих мікроорганізмів виконують очисну функцію, що позначається на стані природних водойм, а також на швидкому перетворенні штучних стічних ям.
• Такі різновиди, як ціанобактерії, здатні до фотосинтезуючого процесу. Таким чином, з’явившись на Землі близько 2 млрд років тому, вони наситили навколишнє середовище молекулярним киснем і безпосередньо сприяли створенню атмосфери, придатної для життя людини, тварин.
• Також ці мікроорганізми надали свій вплив на стан озонового шару, який захищає все живе від згубного впливу інтенсивних ультрафіолетових променів.
• Завдяки розвитку генної інженерії та фармакології, вчені навчилися використовувати бактерії на благо людства. Так, з бактерій кишкової палички добувають інсулін, інтерферон, з інших видів – харчовий і кормовий білок.
• У господарській діяльності людини бактерії інтенсивно використовуються для підвищення родючості грунтів, а також у боротьби з різними бур’янами і комахами-шкідниками.
• На основі бактерій вчені навчилися створювати такі промислово важливі речовини, як спирти, кислоти, ферменти, гормони, вітаміни, антибіотики.

Треба завжди пам’ятати, що патогенні бацили можуть стати причиною досить серйозних захворювань людини, тварини або рослини. Але разом з тим тіло здорової людини заселене мікроорганізмами, які беруть участь в більшості обмінних процесів, а значить – приносять користь.