Роль почвенных микроорганизмов в плодородии почвы.

Гумус получается в результате многообразных процессов разложения и синтеза органических веществ микроорганизмами. Гумусовые вещества обычно составляют от 80 до 90% общего количества содержащегося в почве органического вещества. Среди гумусовых веществ различают 3 группы соединений:

-гуминовые кислоты

- фульвокислоты

- гумусовые угли (гумин и ульмин)

Гумус состоит из 3 кислот: ульминовой, или бурой, которая образуется при анаэробном разложении органических веществ растений, гуминовой, или черной, появляющейся в процессе аэробного разложения растений, и креновой, или бесцветной, кислоты, накапливающейся в результате разложения органических веществ грибами. Ульминовая кислота превращается в ульмин. Коагулируясь, последний скрепляет частицы почвы, придает ей прочно комковатую структура. Такое физическое состояние почвы улучшает в ней вводно-воздушный режим, стимулирует размножение микроорганизмов и накопление питательных веществ, представляет наиболее благоприятные условия для растений. Структура почвы создается только перегноем, свежее синтезированным почвенными микробами. Они не только синтезируют гумус, но и активно разлагают его.

Для повышения почвенного плодородия необходимы посевы многолетних трав бобовых и рыхлокустовых злаковый, которые развивают мощные корневые системы. Осенью большая часть корней отмирает, и в осеннее-весенний период в почве из-за избыточного увлажнения создаются анаэробные условия. За счет деятельности анаэробов происходит образование перегноя и структуры почвы. Характер обработки почвы играет большую роль для микробиологических процессов в отдельных горизонтах почвы. Вспашка с оборотом пласта благоприятствует условиям для активизации микробиологических процессов. В перемешенном на поверхность нижнем слое почвы активизируются аэробные процессы, происходит минерализация накопленного гумуса, что дает дополнительные резервы для питания растения. Верхний горизонт почвы, попав в более глубокие слои, плохо снабженные кислородом, подвергается воздействию анаэробных микробов, и это приводит к образованию перегнойных веществ и структуры почвы.

Микрофлора навоза

Навоз — ценное удобрение, повышающее плодородие почв и улучшающее их структура. Ввиду содержания в нем значительного количества органических соединений он служит хорошей средой для развития сапрофитных и некоторых патогенных микробов, которые могут в нем длительное время сохранять жизнеспособность (поэтому свежий навоз в качестве удобрения не применяют). Состав микрофлоры обусловлен теми видами микроорганизмов, которые обитают в кишечнике животных.

В настоящее время приняты два способа хранения навоза — в штабелях и в специальных траншеях-навозохранилещях, что способствует интенсивному размножению в нем термофильных микробов, создающих высокую температуру, за счет которой происходит санирование навоза, то есть гибель патогенных микробов и гельминтов, что необходимо в проведении профилактических и оздоровительных мероприятий в отношении инфекционных и инвазионных болезней сельскохозяйственных животных. Такой метод обеззараживания навоза называется биотермическим, он повсеместно используется в животноводческой практике.

Микрофлора воды

В морях, реках, озерах и других водоемах, а также в грунтовых водах содержится значительное число видов микроорганизмов. Совокупность всех микроорганизмов, заселяющих водоёмы, обозначают термином «микробиальный планктон». Микрофлора природных вод в значительной степени зависит от их происхождения. Различают пресные и морские воды. Пресные воды разделяют на поверхностные, включая проточные (реки, ручьи) и стоячие (озёра, пруды, водохранилища), подземные (почвенные, грунтовые, артезианские) и атмосферные (дождь, снег).

Изучением водных сообществ занимается гидробиология. Возрастающий дефицит пресной воды на Земле заставляет обратить серьезное внимание на процессы формирования экосистемы в водоеме и переработку водными микроорганизмами поступающих в водоем загрязнений. Вода – естественная среда обитания микробов, основная масса которых поступает из почвы, воздуха с оседающей пылью, с отходами, стоками промышленных и животноводческих объектов и др. Особенно много 12 микроорганизмов в открытых водоемах и реках, нередко встречаются они в илистых отложениях океанов, морей, болот, минеральных водах. Их находят как в поверхностных слоях, так и на глубине до 10 тыс. метров. Обитают микроорганизмы и в горячих источниках. Процесс фотосинтеза у них происходит при температуре 75 ^оС, а в щелочных водах бактерии выживают при температуре 100^о С.

В воде антарктического озера Дон Жуан солей содержится в 13 раз больше, чем в морской воде. Вода в этом озере не замерзает при температуре минус 24^оС, но в этом озере обнаружены бактерии и дрожжи. В водах Антарктиды обнаружено до 100 бактерий в 1 г.

Качественный состав обитающих в воде микроорганизмов зависит в основном от свойств самой воды, поступления в нее сточных и промышленных отходов. К постоянно живущим в воде микроорганизмам относятся Azotobacter, Nitrobacter, Micrococcus, Pseudomonas, Proteus, Spirillum и др. Кроме спрофитов в оде могут присутствовать возбудители инфекционных болезней человека и животных.

Глубокие почвенные воды, ключевая, артезианская вода почти свободны от микроорганизмов. Незначительно загрязнены микрофлорой атмосферные осадки, так как снег и вода увлекают большинство микробов воздуха вместе с пылью и после выпадения осадков воздух особенно чист.

Характер микрофлорыводоемов определяется особенностями конкретной водной среды. Микрофлору водоемов образуют две группы: аутохтонные (собственно водные) и аллохтонные (попадающие извне при загрязнении) микроорганизмы.

Аутохтонная микрофлора – совокупность микроорганизмов, постоянно живущих и размножающихся в воде. Микробный состав воды напоминает микрофлору почвы, с которой вода соприкасается (придонные и прибрежные почвы).

Аллохтонная микрофлора – совокупность микроорганизмов, случайно попавших в воду и сохраняющихся в ней сравнительно короткое время.

Количественные соотношения микроорганизмов в открытых водоемах варьируют в широких пределах, что зависит от типа водоема, степени его загрязнения, смены метеорологических условий, времени года.

Микроорганизмы воды играют значительную роль в круговороте веществ, расщепляя органические продукты животного и растительного происхождения и обеспечивая питательными веществами другие организмы, живущие в воде.

Источником загрязнения воды в реках чаще всего служат бытовые и промышленные стоки. В открытые водоемы большая часть микробов попадает из почвы. Поэтому в озерах, прудах, реках наивысшее содержание микрофлоры отмечается в прибрежной зоне.

В воде обитают все известные группы микроорганизмов, но наиболее существенный компонент населения водоемов – бактерии. Как известно, цитоплазматическая мембрана бактерий обладает способностью активного переноса через клеточную стенку питательных веществ. Благодаря этому бактерии способны потреблять питательный субстрат, присутствующий в ничтожно малых концентрациях (1-5 мг/г).

Бактерии осуществляют круговорот серы в водоемах. Образование донных отложений полезных ископаемых также происходит с участием микроорганизмов.

Микробы окисляют до минеральных соединений органические вещества, в огромных количествах попадающие в водоемы. Степень 13 загрязнения, в том числе болезнетворными микробами, может быть препятствием для использования воды. Поэтому любой водный источник необходимо подвергать санитарно-микробиологической оценке.

Самоочищение водоемов обусловливается рядом факторов:

- быстрым течением воды, что ведет к уменьшению концентрации органических веществ

- бактерицидным действием инсоляции;

- минерализацией органических соединений микробами;

- наличием пищевой цепи: бактерия – простейшие – насекомые – рыба, животные – человек;

- адсорбцией твердыми частицами ила;

- адсорбцией на поверхности растений;

- действием фитонцидов растений.

Вода как фактор передачи инфекционных заболеваний человека Вода является фактором передачи возбудителей многих инфекционных заболеваний. В открытых водоемах, особенно находящихся на неблагополучных по инфекционным болезням территориях, обнаруживают возбудителей кишечных и природно-очаговых инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры, лептоспироза, энтеровирусных инфекций). В донных отложениях прудов и озер нередко обитают возбудители ботулизма. Патогенные микроорганизмы водоемов могут включаться в пищевые цепи и по ним передаваться разным группам животных, птиц и рыб.

Микрофлора воздуха

Микрофлора воздуха зависит от микрофлоры почвы и воды, откуда микробы вместе с пылью и капельками влаги увлекаются в атмосферу. Воздух – неблагоприятная среда для размножения микроорганизмов. Отсутствие питательных веществ, солнечные лучи, и высушивание обусловливают быструю гибель микроорганизмов. Вследствие этого в атмосферном воздухе постоянно происходят процессы самоочищения.

Состав микрофлоры воздуха весьма разнообразен – это пигментные сапрофитные бактерии (микрококки, сарцины), актиномицеты, плесневые, дрожжевые грибы и др.

В животноводческих помещениях воздушная среда загрязняется микробами во время раздачи кормов, особенно грубых, при чихании, кашле животных, разговоре обслуживающего персонала, опадают микробы в воздух и с частицами высохших фекалий животных. Степень загрязнения воздуха микроорганизмами зависит от вентиляции, скученности животных, конструкции помещений, способа содержания животных и других факторов.

Число микроорганизмов в 1 м³ воздуха в разных местах может достигать следующих показателей: в скотном дворе до 2 млн. микробных тел, в жилых помещениях — 20 тыс., на улицах городов — 5 тыс., в парках — 200, в морском воздухе 1-2 микробных тел.

Наибольшее количество микроорганизмов содержит воздух крупных промышленных городов. Воздух же полей, лесов, лугов, а также над водными пространствами, в удалении от населенных пунктов отличается сравнительной чистотой. Значительные изменения претерпевает микрофлора воздуха в зависимости от времени года. Максимальное количество микробов обнаруживают в летнее время, а минимальное – в зимнее время.

Микрофлора воздуха закрытых помещений более разнообразна и относительна стабильна. Среди микроорганизмов доминируют обитатели носоглотки человека, в том числе и патогенные виды, попадающие в воздух при кашле, чихании или разговоре. Основной источник загрязнения воздуха 14 патогенными видами – бактерионосители. Уровень микробного загрязнения зависит от плотности населения, активности движения людей, санитарного состояния помещения, вентиляции, частоты проветривания, способа уборки, степени освещенности и т. д. Микроорганизмы в воздухе находятся в состоянии аэрозоля.

Аэрозоль– коллоидная система, состоящая из воздуха, капелек жидкости или твердых частиц, и включающая различные микроорганизмы. Размер аэрозольных частиц варьируется от 10 до 2000 нм. При чихании может образовываться до 40000 капель. Выделяют три основные фазы бактериального аэрозоля:

• Капельная фаза состоит из бактериальных клеток, окруженных водно-солевой оболочкой. Диаметр частиц около 0,1мм. Длительность пребывания в воздухе составляет несколько секунд.

•Мелкоядерная фаза образуется при высыхании частиц первой фазы. В этой фазе частицы имеют наименьшие размеры, легко перемещаются потоками воздуха, длительно находятся во взвешенном состоянии. Именно так распространяются большинство возбудителей воздушно-капельных инфекций.

•Фаза «бактериальной пыли» состоит из крупных, быстро оседающих частиц, образующие пыль, способную подниматься в воздух. Воздух как фактор передачи инфекционных заболеваний человека Патогенные и условно-патогенные микроорганизмы в воздух попадают с каплями слюны человека или животных, при разговоре, кашле, при слущивании клеток эпителия кожи. Через воздух передаются:

• бактерии – возбудители туберкулеза, дифтерии, коклюша, споровые формы бактерий и др.;

• вирусы – возбудители острых респираторных инфекций (ветряной оспы, гриппа, парагриппа и др.);

• грибы из рода Aspergillus, Mucor, Penicillium и др

Микрофлора тела животных

После рождения животный организм вступает в контакт с различными микроорганизмами, которые проникают в дыхательные пути и заселяют желудочно-кишечный тракт. Постоянными обитателями тела животных являются микроорганизмы, одни из которых составляют облигатную микрофлору, другие присутствуют временно, попадая из почвы, воздуха, с водой и кормом.

Микрофлора кожи.Постоянные обитатели кожи — стафилококки, стрептококки, сарцины, актиномицеты, микрококки, споры гнилостных и почвенных бацилл.

Из палочковидных форм обнаруживают кишечную, синегнойную, палочки протей и др. Также на коже присутствуют микробы из группы аэробов и анаэробов. Количество микробов на коже зависит от условий содержания животных, при плохом уходе 1 см² поверхности кожи может находиться в 1-2 млрд. микробных тел.

Микрофлора вымени.Микрофлору вымени составляют преимущественно микрококки (M. luteus, M.flavus, M. caseolyticus), стафилококки, стрептококки, коринебактерии, в частности Corynebacterium bovis). Поверхность кожи вымени из-за наличия мелких складок служит местом скопления разнообразных микробов, которые обитают в животноводческих помещениях, на пастбищах, в подстилке, кормах, на руках доярки и других объектах. При недостаточно тщательной уборке и дезинфекции помещения обычно обнаруживается более 10⁵ микробов на 1 см² кожи вымени, в результате чего вымя может быть одним из главных источников загрязнения выдоенного молока.

Микрофлора конъюктивы.На конъюктиве находят сравнительно небольшое количество микрококков. Как правило, это стафилококки, стрептококки, сарцины, реже встречаются микоплазмы, микрококки, актиномицеты, дрожжевые и плесневые грибы.

Микрофлора дыхательных путей.У новорожденных животных в легких микроорганизмов нет. При дыхании на слизистые оболочки верхних дыхательных путей оседают из воздуха различные бактерии, актиномицеты, плесневые и дрожжевые грибы, микоплазмы и др. Постоянными обитателями слизистых оболочек носоглотки, зева в основном являются кокковые формы бактерий — стрептококки, стафилококки, микрококки.

Микрофлора пищеварительного канала.Наиболее обильная. У только родившихся животных в желудочно-кишечном тракте отсутствуют микробы. Через несколько часов организм животного заселяется микрофлорой, которая в процессе жизни видоизменяется. У взрослых животных она в основном остается стабильной до конца жизни животного. Микрофлору пищеварительного канала принято делить на факультативную, которая может меняться в зависимости от вида корма и условий содержания животных, и облигатную, то есть постоянную, приспособившуюся к условиям среды желудочно-кишечного тракта. К постоянной микрофлоре относятся бифидобактерии, молочнокислые, стрептококки, молочнокислые палочки, кишечная палочка, целлюлозорасщепляющие, уесуснокислые, пропиновокислые и др.

Микрофлора полости рта.Разнообразная. В ротовой полости обнаружено более 100 видов микроорганизмов. К постоянным обитателям ротовой полости относятся диплококки, стафилококки, сарцины, микрококки, дифтероиды, анаэробы и аэробы, целлюлозоразрушающие бактерии, спирохеты, грибы, дрожжи и др.

Разнообразие микроорганизмов зависит от вида животных, типа кормов и состава рациона. Например, при кормлении молоком превалируют молочнокислые микробы и микрофлора молока. При кормлении грубыми кормами травоядных животных количество микробов в ротовой полости невелико, при даче им сочных кормов оно возрастает в 10 раз.

Микрофлора желудка.Относительно бедная как по количественному, так и по качественному составу. Объясняется это бактерицидным действием желудочного сока и кислой средой. В содержимом желудка выживают спорообразующие микробы, кислотоустойчивые микобактерии, а также сарцины, молочнокислые бактерии, актиномицеты, плесневые грибы, энтерококки и др.

При понижении кислотности, а также при заболевании желудка в его содержимом находят гнилостные бактерии, дрожжи, грибы, плесени и другие микроорганизмы.

В желудке свиньи главные представители микрофлоры — молочнокислые бактерии, различные кокки, сбраживающие углеводы, актиномицеты, дрожжи, спорообразующие, аэробы, Cl.perfringens . Микрофлора желудка лошади более многочисленна и разнообразна: ближе к привратнику она бедна, в предверии желудка микробы концентрируются в большом количестве.

Микрофлора рубца жвачных более многочисленна. Она содержит много гнилостных бактерий, возбудителей различных видов брожения. С кормами в рубец попадает огромное количество разнообразных видов эпифитной и почвенной микрофлоры. Находятся они преимущественно в вегетативной форме, число их от нескольких тысяч до 10 млн. микробных тел, а по некоторым данным, до нескольких миллиардов в 1 мл содержимого рубца.

В рубце жвачных происходят сложные микробиологические и биохимические процессы, связанные с расщеплением питательных веществ. Особый интерес представляют целлюлозоразрушающие микробы. Эти микроорганизмы переваривают клетчатку с помощью фермента целлюлозы до глюкозы, которая легко усваивается другими микроорганизмами. Пектиновые вещества расщепляют Bac.maserans, Bac.asterosporus, Amylibacter. Стрептококки сбраживают крахмал, глюкозу с образованием молочной кислоты. Пропионовокислые бактерии сбраживают лактаты с образованием пропионовой кислоты, частично масляной и уксусной, продуцируют витамины группы В. Микробы, заселяющие рубец, расщепляют белки, нитраты, мочевину, синтезируют все витамины, за исключением A,E,D.

Микрофлора тонкого кишечника.Наиболее бедная. В двенадцатиперстной и тощей кишках ослабляется деятельность целлюлозных микроорганизмов. Здесь чаще всего обитают устойчивые к желчи эктерококки, ацидофильные, споровые микробы, актиномицеты и др. Количественный и качественный состав микрофлоры тонких кишок зависит от вида животных и особенностей кормовых рационов.

Микрофлора толстых кишок.Наиболее богатая. Постоянные обитатели — энтерококки, стафилококки, стрептококки, целлюлозорасщепляющие бактерии, актиномицеты, ацидофилы, спорообразующие микробы, дрожжи, плесени, гнилостные бактерии. Обилие микроорганизмов в толстых кишках объяснятся наличием в них больших объемом переваренной пищи. Установлено, что треть сухого вещества фекальных масс составляют микробы. Микробиологические процессы продолжаются в отделе толстых кишок. У разных видов животных, в том числе птиц, микрофлора представлена разнообразными ассоциациями микробов, она может быть как постоянной, так и непостоянной.

У здоровых животных наряду с нормальной микрофлорой в ряде случает обнаруживают и патогенные микроорганизмы — возбудители столбняка, кишечных инфекций и других болезней.

Микрофлора мочеполовых органов.На слизистой оболочке половых органов присутствуют стафилококки, стрептококки, микрококки, дифтероиды, кислоустойчивые бактерии. Наиболее частый обитатель слизистой оболочки влагалища — Bact. Vaginale vulgare, у которой резко проявляется антагонизм к другим микроорганизмам. У здоровых животных микрофлору обнаруживают только на наружных участках мочеполовых путей. Матка, яичники, семенники, мочевой пузырь в нормальном состоянии стерильны. При заболеваниях мочеполовых органов (метриты, эндометриты) микрофлора влагалища изменяется.

Таким образом, на поверхности тела животных, открытых и закрытых полостях постоянно присутствует разнообразная микрофлора, в основном безвредная, но иногда и патогенная. При нормальных условиях в организме резистентности макроорганизма условно-патогенные микроорганизмы, быстро развиваясь, вызывают болезни (пневмонии, энтериты и др.).

Следует учесть, что у здоровой самки плод в матке стерилен до момента родов. Таким образом, в процессе филогенетического развития в открытых полостях животного организма сформировалась микроэкологическая система, характерная для определенного вида животного и каждого полостного органа или отдела.

Нормальная микрофлора.

Некоторые полости организма постоянно заселены определенными микроорганизмами (нормальная микрофлора тела). На слизистых оболочках и коже они присутствуют всегда. Стабильность микрофлоры, свойственная пищеварительным и респираторным органам, мочеполовым путям, определяется эволюционно закрепленными симбиотическими взаимоотношениями между микро- и макроорганизмами ( так называемый эубиоз или биоценоз органов или организма в целом). Нормальная микрофлора — мощный фактор естественной защиты организма животных.

При различных заболеваниях нарушается количественное и качественное соотношение представителей нормальной микрофлоры, а иногда наблюдается и развитие патогенных и условно-патогенных микроорганизмов. В этом случае развивается патологический процесс, называемый дисбактериозом ( дисбиозом).

При нормальном физиологическом состоянии взаимоотношения носят симбиотический характер, микрофлора при этом выполняет ряд весьма существенных функций.

Во-первых, нормальная микрофлора играет важнейшую роль в формировании иммунологической реактивности организма.

Во-вторых, представители нормальной микрофлоры благодаря продуцированию разнообразных антибиотических соединений и выраженной антагонической активности предохраняют органы, сообщающиеся с окружающей средой, от внедрения и безграничного размножения в них патогенных микроорганизмов.

В-третьих, флора обладает выраженным морфокинетическим действием, особенно по отношению к слизистой оболочке тонкой кишки, что существенно отражается на физиологических функциях пищеварительного канала.

В-четвертых, микробные ассоциации являются существенным звеном в печеночно-кишечной циркуляции таких важнейших компонентов желчи, как соли желчных кислот, холестерина и желчных пигментов.

В-пятых, микрофлора в процессе жизнедеятельности синтезирует витамин К и ряд витаминов группы В, некоторые ферменты и, возможно, другие, пока неизвестные биологически активные соединения.

В-шестых, микрофлора исполняет роль дополнительного ферментного аппарата, расщепляя клетчатку и другие трудно перевариваемые составные части корма.

Нарушение видового состава нормальной микрофлоры при возникновении инфекционных и соматических заболеваний, а также в результате длительного и нерационального использования антибиотиков приводит к развитию дисбактериоза, который характеризуется изменением соотношения популяций различный видов бактерий.

Возникает вопрос: возможна ли жизнь животных без микробов? Известно, что у птиц и животных арктических мест обитания очень редко обнаруживают микроорганизмы.

В настоящее время развивается новая отрасль биологии — гнотобиология, изучающая безмикробную жизнь микроорганизмов. Выращены в специальных камерах путем вскармливания стерильным кормом безмикробные цыплята, крысы, поросята и другие виды животных.

Гнотобиология позволяет более точно выяснить роль нормальной микрофлоры в процессах синтеза витаминов, аминокислот, проявлении врожденного и приобретенного иммунитета. Большое значение придается гнотобиологии при изучении космоса, условий жизни человека и животных в полете. Выведены животные, свободные только от патогенных микроорганизмов (СПФ- животные)

в отличие от гнотобиотов СПФ-животные в ряде стран составили ядро племенных и товарных ферм, свободных от инфекционных заболеваний. Установлено, что СПФ-поросята развиваются на 30% быстрее обычных, а смертность среди них ниже более чем наполовину.

Литература:

1. Колычев Н.М., Госманов Р.Г, Ветеринарная микробиология и иммунология.-3-е изд., перераб. И доп.- М.:КолосС, 2003. - 432 с.
2. Кисленко В.Н., Колычев Н.М. Ветеринарная микробиология и иммунология. Часть 1. общая микробиология. - М.: КолосС, 2006 — 183 с.
3. Ассонов Н.Р. Микробиология. 3-е изд.,перераб. и доп. - М.:КолосС, 1997.-352 с.
4. Мишустин Е.Н., Емцев В.Т. Микробиология. - 3-е изд., перераб и доп. М ., Агропромиздат, 1987.- 368 с.
5. Панкратов А.Я. Микробиология. М., Сельхозиздат, 1958, 320 с.
6. Медицинская микробиология, вирусология и иммунология. Под ред.академика РАМН А.А. Воробьева. М., 2004, 691 с.
7. Поздеев О.К. Медицинская микробиология / Под ред. В.И.Покровского. М., ГЭОТАР — Медиа, 2005, 768 с.