Фитопатогенные микроорганизмы
Эту группу организмов биология почв традиционно не рассматривает, так как есть специальные дисциплины, досконально изучающие эту важную область знаний (фитопатология). Отметим только, что растения наиболее часто страдают от грибов (мучнистая роса, вилт, ржавчина, головня), животные более подвержены либо бактериальным, либо вирусным заболеваниям. Среди всех крупных групп микробов есть организмы болезнетворные и для растений и для животных. В почве широко распространены условные патогены, которые обычно ведут сапротрофный образ жизни, но в определенных случаях при неблагоприятных условиях могут вызывать заболевания. Особенно этому способствует загрязнение почв и ослабление растений.
Микроорганизмы ризосферы и ризопланы
В 1904 г. Гильтнером методом посева было обнаружено концентрирование микроорганизмов вокруг корней растений. Он и предложил термин ризосфера для обозначения той части почвы, которая окружает корни растений и в которой наблюдается увеличение концентрации микробов. По-видимому, эта зона распространяется на несколько десятков микрометров от поверхности корня, однако наибольшая концентрация происходит непосредственно на поверхности корня — в ризоплане. Здесь отмечается не только увеличение численности, но и наиболее быстрый рост и быстрая реутилизация микробной биомассы, а также наибольшая интенсивность физиологических процессов. Все это вызвано поступлением в ризосферу большого количества корневых выделений — разнообразных органических веществ: кислот, спиртов, альдегидов, сахаров, аминокислот, полисахаридов, физиологически активных веществ (в том числе витаминов, ферментов, стимуляторов роста). Масса корневых выделений по данным радиоуглеродного метода может составлять 30-50% от общего фотосинтеза. На первый взгляд, с точки зрения биологической целесообразности такое большое количество может показаться неправдоподобным. Однако следует учитывать, что в природе организмы развиваются не изолировано, а в сообществах и отдать часть энергетического материала микробам оказывается для растений полезным, так как взамен от микробов они получают легкоусвояемый азот, фосфор, железо, ряд важных физиологически активных веществ.
Отношение количества микроорганизмов в ризосфере к их количеству в контрольной почве принято называть ризосферным эффектом. Он зависит от: 1) расстояния от корня — чем дальше от корня, тем он меньше, 2) вида растения, стадии его развития, возраста корня и конкретного его участка (базальный, апикальный), 3) особенностей конкретной почвы или почвенного горизонта
чем богаче почва, тем меньше ризосферный эффект.
По биомассе в ризосфере и ризоплане, как и в почве, преобладают грибы. Особенно много здесь гиф микоризных грибов, которые могут уходить в почву на большие расстояния и транс портировать питательные вещества и воду к корню. Они заменяют корневые волоски. Однако встречается много и свободноживущих грибов.
В ризосфере и ризоплане изменяется видовой состав доминирующих форм микроорганизмов, что особенно легко устанавливается на примере с грибами. Исследования проводились в динамике со 2 по 33 сутки. В разные сроки обнаруживались несколько отличающиеся наборы видов грибов. В контрольной почве их было больше в начальные сроки. Общая сумма составила
42 вида. В ризоплане в каждый отдельный срок видов было меньше
и сумма обнаруженных видов была меньше. Ризосфера занимала промежуточное положение между ризопланой и почвой без растений. Менялся и качественный состав грибов.
Некоторые исследователи полагают, что разные виды растений накапливают в ризоплане разные виды микроорганизмов, но для окончательного решения этого вопроса пока данных явно недостаточно.
После изучения микробов ризосферы и выяснения их большой роли в питании растений возникла идея инокуляции семян перед посевом активными штаммами микроорганизмов, которые должны размножиться на корнях и обеспечить положительное воздействие на рост растений (сравните с внесением клубеньковых бактерий). В настоящее время изготовляются многочисленные «бактериальные удобрения». В основном вносятся бактерии азотфиксаторы, микробы стимуляторы роста растений и микробы антагонисты, которые должны подавлять рост фитопатогенов. Многие препараты обладают комплексным действием. Следует отметить, что в ряде опытов, проведенных с большой тщательностью, достоверно установлено, что такие препараты оказывают большой положительный эффект на рост растений и их продуктивность. Однако во многих случаях при проведении полевых исследований препараты оказываются малоэффективными, так как микробы погибают уже в самом препарате или не размножаются в ризосфере и ризоплане.
Нередки случаи, когда микробные препараты не оказывают
положительного действия. Наибольшее положительное действие
получается при образовании микробом физиологически активных веществ стимуляторов роста растений, витаминов, антибиотиков против фитопатогенов).
Эпифитные микроорганизмы
Эпифитные микроорганизмы — обитатели надземных поверхностей растений (листьев, стеблей, цветков, плодов и др.). Все поверхности здоровых растений заселены бактериями, актиномицетами, грибами, дрожжами. Они питаются органическими выделениями растений и предохраняют растение от болезнетворных микроорганизмов. Эпифиты обычно окрашены в красный, желтый или
черный цвета и содержат каротиноидные или меланоидные пигменты, которые предохраняют их от губительного действия солнечной радиации. Эпифиты неравномерно заселяют поверхность листа, располагаясь около устиц и вдоль проводящих сосудов. Некоторые из обычных эпифитов являются потенциальными патогенами и при ослаблении иммунитета растений могут начать на нем паразитировать. Эпифитные бактерии фиксируют до 10% азота от общей азотфиксации, осуществляемой бактериями ризопланы, ризосферы и филлопланы. Качественный состав эпифитных микробов на плодах и семенах имеет большое значение при их хранении. Эпифиты прочно и специфично адгезируются на поверхности растений.
У некоторых эпифитных бактерий (Pseudomonas syringae) обнаружена способность к синтезу белка, который является центром льдообразования при пониженной температуре. Лед повреждает растительные клетки и листья погибают. При наличии этой бактерии растения гораздо больше страдают от мороза, чем без них. Делаются попытки вытеснить эти бактерии генетически модифицированными мутантами, не образующими вредного белка.
Попадая на поверхность почвы с опадом, эпифиты участвуют в первых этапах разложения растительных остатков. Многие из них сохраняются в стадии покоя до попадания на новые растения, таким образом опад (подстилка) является для них не местом обитания, а местом локализации.
Имеются сведения, что у резко различных растений доминирующие эпифитные микроорганизмы разные. Возможно, эпифиты сопровождают растения на протяжении нескольких поколений, переходя с листьев и стеблей на плоды и семена, с семян на новые растения. Если это так, то это открывает большие возможности для селекции наиболее благоприятных эпифитов и закрепления их на растениях. Остается открытым вопрос о сходстве и различии микробов разных видов растений, а также микроорганизмов ризосферы и ризопланы, но, видимо, они сильно различаются.