Podstawy gleboznawstwa

• Organizmy glebowe
• Mikroorganizmy glebowe

Organizmy glebowe

Gleba jest naturalnym siedliskiem

życia licznych organizmów takich
jak:

bakterie,

promieniowce,

grzyby,

glony,

pierwotniaki,

nicienie,

wazonkowce,

dżdżownice,

stawonogi

oraz

makroorganizmy glebowe.

Organizmy glebowe

Mikroorganizmy glebowe są niezbędnym

czynnikiem

przemiany

materii

w

przyrodzie. Ich działalność określa
kierunek

przemian

i

właściwości

biochemiczne gleby. Wraz z roślinami
wyższymi decydują one o aktywności
biologicznej

i

produktywności

ekosystemów

rolnych,

leśnych

i

trawiastych.

Rola mikroorganizmów

glebowych

Mikroorganizmy

stanowią

jeden

z

najważniejszych składników ekosystemów
glebowych odgrywając istotną rolę w
przepływie energii oraz obiegu pierwiastków
i materii organicznej

Zawierają

część

składników

odżywczych

krążących w ekosystemie glebowym, biorą
udział w procesach mineralizacji i humifikacji
materii organicznej, rozkładzie substancji
zanieczyszczających oraz przyczyniają się do
utrzymywania właściwej struktury gleb.

Rola mikroorganizmów

glebowych

Prawidłowy obieg pierwiastków często zależy

od

aktywności

wyspecjalizowanych

mikroorganizmów, które nie mogą być
zastąpione innymi gatunkami.

Dla

prawidłowego

funkcjonowania

ekosystemów ważne są zależności pomiędzy
mikroorganizmami chorobotwórczymi a
saprofitycznymi. Naruszenie równowagi
pomiędzy tymi dwiema grupami może
zwiększać zagrożenie roślin chorobami, a
tym samym zmniejszać produktywność
ekosystemu.

Rola mikroorganizmów

glebowych

Dla rozwoju roślinności leśnej niezwykle

istotne są mikroorganizmy symbiotyczne,

z którymi wiele roślin tworzy mikoryzę.

Mikoryza to niepasożytnicze (lub rzadziej

słabopasożytnicze)

współżycie

roślin

wyższych

z

mikroorganizmami

(najczęściej grzybami).

Mikroorganizmy mikoryzowe w istotny

sposób wpływają na zdolność rośliny do

konkurowania z innymi roślinami i

odporność na patogeny korzeni.

Rola mikroorganizmów

glebowych

Mikroorganizmy stanowią pokarm dla

bezkręgowców glebowych.

Przedstawiciele fauny glebowej odżywiają

się niekiedy jedynie specyficznymi
rodzajami mikroorganizmów, dlatego
też wyginięcie tych mikroorganizmów
na

skutek

np.

zanieczyszczenia

środowiska

prowadzić

może

w

następstwie do wyginięcia także części
fauny glebowej.

Rola mikroorganizmów

glebowych

Właściwy

stan

zespołów

mikroorganizmów glebowych – a więc
ich odpowiednia ilość, aktywność i
różnorodność

–

jest

warunkiem

koniecznym

dla

prawidłowego

funkcjonowania

ekosystemów

lądowych!!!

Metody badań mikroorganizmów

glebowych

Zespoły mikroorganizmów glebowych
scharakteryzowane być mogą przy użyciu
szeregu parametrów opisujących funkcje,
ilość

oraz

różnorodność

mikroorganizmów.

Parametry te używane są często jako
wskaźniki jakości biologicznej gleb.

Metody badań mikroorganizmów

glebowych

Najczęściej

stosowane

parametry

zespołów mikroorganizmów glebowych
to:

• tempo respiracji podstawowej (ang.
Basal Respiration)

• biomasa mikroorganizmów (C

mic

)

• oraz wyliczone na ich podstawie
wielkości

takie,

jak

współczynnik

metaboliczny qCO

2

(stosunek BAS/C

mic

) i

stosunek biomasy mikroorganizmów do
ilości węgla organicznego (C

mic

/C

org

).

Respiracja gleby

Aktywność respiracyjna gleby jest miarą
obrazującą

tempo

dekompozycji

materii

organicznej i obiegu węgla w systemie
glebowym.

Respiracja

jest

biologicznym

utlenianiem organicznych związków węgla do
CO

2

,

prowadzonym

głównie

przez

mikroorganizmy tlenowe.

Pomiar aktywności respiracyjnej organizmów
glebowych polega na oznaczeniu ilości CO

2

wydzielającego się z gleby lub ilości O

2

pobranego przez próbkę gleby w jednostce
czasu, przy czym pomiar wydzielającego się CO

2

jest metodą czulszą.

Biomasa mikrobiologiczna

Całkowita

biomasa

mikroorganizmów

glebowych jest sumą biomasy poszczególnych
gatunków

mikroorganizmów

glebowych,

reprezentujących

bakterie,

grzyby

i

pierwotniaki.

Metody pomiaru biomasy podzielić można na
metody bezpośrednie (PLFA, liczenie komórek
zdolnych do tworzenia kolonii) oraz metody
pośrednie takie jak metoda fumigacji-ekstrakcji
(CFE),

fumigacji-inkubacji

(CFI),

metoda

respiracji indukowanej dodatkiem substratu
(SIR) oraz metoda produkcji ciepła indukowanej
substratem (metoda kalorymetryczna).

Biomasa mikrobiologiczna

Spośród metod pośrednich najpopularniejszymi
są metody SIR i CFE, dla których procedury
analityczne opisane zostały dokładnie w
odpowiednich normach (SIR: PN-ISO 14240-1;
CFE: PN-ISO 14240-2).

Metody badań mikroorganizmów

glebowych

W

ostatnich

latach

w

niektórych

państwach

UE

do

programów

monitoringu jakości gleb wprowadzone
zostały także pomiary różnorodności
strukturalnej i funkcjonalnej zespołów
mikroorganizmów.

Metody badań mikroorganizmów

glebowych

Bioróżnorodność

mikroorganizmów

glebowych na poziomie zespołów ocenić
można przy użyciu metod genetycznych:

•

elektroforeza

w

gradiencie

denaturującym (DGGE – ang. Denaturing
Gradient Gel Electrophoresis),

• elektroforeza w gradiencie temperatury
(TGGE – ang. Temperature Gradient Gel
Electrophoresis),

•ARDRA

(ang.

Amplified

rDNA

Restriction Analysis),

Metody genetyczne (molekularne)

Metody te polegają na ekstrakcji
całkowitego DNA zawartego w glebie a
następnie

amplifikacji

za

pomocą

łańcuchowej reakcji polimeryzacji PCR,
przy użyciu uniwersalnych primerów.
Następnie

otrzymane

produkty

rozdzielane są za pomocą elektroforezy
na żelu poliakrylamodowym w gradiencie
czynników denaturujących DNA (DGGE)
lub temperatury (TGGE).

Metody genetyczne (molekularne)

Metody te (DGGE i TGGE) opierają się na
istnieniu różnic w tempie migracji
cząsteczek DNA o różnym składzie zasad
nukleinowych i pozwalają rozdzielić
odmienne produkty PCR, nawet te o
jednakowej długości, ale innym składzie
zasad

Metody badań mikroorganizmów

glebowych

Metody

biochemiczne

wykorzystują

markery

lipidowe

(PLFA

-

ang.

Phospoholipid Fatty Acid), analizy estrów
metylowych

kwasów

tłuszczowych

(FAME - ang. Fatty Acid Metyl Ester).

Polegają one na ekstrakcji z gleby
cząsteczek

kwasów

tłuszczowych

wchodzących w skład błon komórkowych
mikroorganizmów

a

następnie

chromatograficznej

identyfikacji

wyekstrahowanych kwasów.

Metody badań mikroorganizmów

glebowych

Metody fizjologiczne oparte są na
pomiarze tempa zużywania i stopnia
wykorzystania określonych substratów
węgla (metoda Biolog

®

lub metoda

MicroResp

®

).

Metoda Biolog®

Płytka Biolog®

Metoda Biolog®

Metoda Biolog

®

polega na wszczepieniu

wyizolowanych z gleby mikroorganizmów
na

płytki

zawierające

zestaw

pojedynczych substratów węgla. Płytki te
są

następnie

inkubowane

w

kontrolowanych warunkach, a stopień
zużycia

poszczególnych

substratów

węgla mierzy się jako intensywność
zabarwienia powstającego w wyniku
redukcji barwnika (tetrazoliny) podczas
procesów metabolicznych.

Mikroorganizmy glebowe

Bakterie

są

najmniejszymi

i

najliczniejszymi organizmami w glebie.
W 1 gramie gleby żyje od miliona do
kilku miliardów bakterii. Bakterie
mogą żyć w warunkach tlenowych i
beztlenowych oraz w bardzo różnych
temperaturach.

Mikroorganizmy glebowe

Bakterie ze względu na zapotrzebowanie

pokarmowe

dzielimy

na

autotrofy

(samożywne).

i

heterotrofy

(cudzożywne).

Bakterie autotroficzne są zdolne do syntezy

połączeń organicznych ze składników
mineralnych wykorzystując jako źródło
energii światło słoneczne (fotoautotrofy)
lub energię z procesów utleniania
związków

zredukowanych

(chemoautotrofy).

Mikroorganizmy glebowe

Chemoautotrofy są z reguły organizmami

wysoko wyspecjalizowanymi i często

jako substrat mogą wykorzystywać tylko

jeden określony związek.

Bakterie chemoautotroficzne dzielimy na

grupy różniące się rodzajem utlenianych

substratów. Wyróżniamy:

- Bakterie nitryfikacyjne
- Bakterie siarkowe
- Bakterie wodorowe
- Bakterie żelazowe

Bakterie nitryfikacyjne

Grupa ta obejmuje dwa typy bakterii:
1) Utleniające amoniak na azotyny – rodzaj

Nitrosomonas

2) Utleniające azotyny na azotany – rodzaj

Nirobacter

Oba rodzaje w środowisku glebowym występują

łącznie i przeprowadzają proces nitryfikacji.

Występują na powierzchni minerałów ilastych i

agregatów glebowych. Są bardzo odporne na
wysuszenie i w glebie mogą trwać w fazie
życia utajonego przez kilkanaście lat.

Bakterie siarkowe

Jest

to

grupa

niejednolita

pod

względem

systematycznym. Należą tu gatunki przynależne do
różnych rodzajów. Najlepiej poznanym jest rodzaj
Thiobacillus (gatunki T. thiooxidans, T. thioparus, T.
denitrificans).

Są to bakterie tlenowe (z wyjątkiem T. denitrificans

który może rozwijać się także w warunkach
beztlenowych).

Bakterie siarkowe jako źródło energii wykorzystują

siarkę, siarkowodór, tiosiarczany, piryty, markasyty
i inne. Utleniają te związki produkując kwas
siarkowy. Tym samym przyczyniają się do
zakwaszenia gruntu.

Bakterie wodorowe

Należą tu bakterie utleniające wodór na wodę z

rodzaju Hydrogenomonas. Są to bakterie
tlenowe,

będące

całkowitymi

bądź

fakultatywnymi autotrofami.

Utlenianie wodoru może odbywać w warunkach

beztlenowych

się

kosztem

redukcji

siarczanów, siarczynów lub tiosiarczanów.
W ten sposób autotroficznie odżywia się
beztlenowa

bakteria

Desulfovibrio

desulfuricans.

Bakterie żelazowe

Jest to liczna grupa bakterii do której należą

takie gatunki jak

Thiobacillus

ferrooxidans,

Ferrobacilus

ferrooxidans i Gallionella ferruginea.

Bakterie te utleniają żelazo i sole żelazawe w

środowiskach kwaśnych (pH = 2,2 – 5,0).

T. ferrooxidans przyczynia się do zwiększenia

tempa utleniania pirytów, co może wpływać
na zakwaszenie gruntów zwałowiskowych w
których jest obecny ten minerał.

Bakterie heterotroficzne

Do bakterii cudzożywnych zaliczamy ogromną

liczbę gatunków wykorzystujących jako źródło
energii materię organiczna, utleniając ją w
warunkach tlenowych i beztlenowych.

Heterotrofy

gotowa

substancję

organiczną

przerabiają odpowiednio do swoich potrzeb.

Podział bakterii heterotroficznych ze względu na

wykorzystywane substraty jest trudny gdyż
obok

bakterii

wyspecjalizowanych

w

rozkładaniu jakiegoś określonego składnika
istnieją

liczne

grupy

mogące

czerpać

pożywienie z wielu połączeń organicznych.

Bakterie heterotroficzne

Najczęściej bakterie cudzożywne dzielimy na

wiążące wolny azot i nie wiążące wolnego azotu.

Bakterie wiążące wolny azot dzielimy na bakterie

symbiotyczne i niesymbiotyczne.

Bakterie symbiotyczne to bakterie z rodzaju

Rhizobium

współżyjące

z

roślinami

motylkowatymi takimi jak koniczyna (R. trifolii),
nostrzyk (R. meliloti), łubin (R. lupini) itd.
Bakterie te tworzą na korzeniach roślin
charakterystyczne brodawki stad nazywane są
także bakteriami brodawkowymi. Wiążą azot
czerpiąc energię z dostarczanych przez roślinę
węglowodanów.

Bakterie heterotroficzne

Bakterie niesymbiotyczne występują wolno w

glebie. Należą tu rodzaje bakterii tlenowych
(np. Azotobacter, Arthrobacter, Derxia i inne)
oraz beztlenowych (np. Clostridium).

Azobacter jest bezwzględnym tlenowcem, żyje w

wierzchniej warstwie gleby. Rozwój jego
ogranicza trudny dostęp powietrza, kwaśny
odczyn gleby oraz brak wapnia.

Bakterie beztlenowe z grupy Clostridium występują

przeważnie

w

glebach

kwaśnych

i

niedotlenionych oraz w głębszych warstwach
gleby.

Promieniowce

Promieniowce to organizmy należące do klasy

bakterii

właściwych.

Tworzą

długie

i

rozgałęzione nitki lub pałeczkowate komórki.

W glebie dominują promieniowce z rodzaju

Streptomyces. Biorą one udział w rozkładzie
materii organicznej.

Często żyją w symbiozie z roślinami wyższymi.

Gatunek Streptomyces alni (zwany też Frankia alni)

współżyje z roslinami z rodzaju Alnus (olsze) i
ma zdolność do wiązania azotu atmosferycznego
podobnie jak bakterie z rodzaju Rhizobium.

Grzyby

Grzyby stanowią istotna część żywej biomasy

gleby.

Są organizmami tlenowymi więc występują

głównie

w

przypowierzchniowych

warstwach gleby.

Tolerują niskie pH gleby w związku z czym w

glebach zakwaszonych dominują liczebnie
nad bakteriami.

Grzyby

Grzyby są organizmami cudzożywnymi. Do

rozwoju

wymagają

odpowiedniej

wilgotności,

temperatury

i

dostępu

powietrza. Często żyją w symbiozie z
roślinami wyższymi tworząc tzw. mikoryzę.

Grzyby mikoryzowe współdziałają z roślinami

wyższymi zaopatrując je w niektóre
składniki pokarmowe trudno dla nich
dostępne (np. fosfor), natomiast pobierają
od

nich

węglowodany

potrzebne

do

własnego rozwoju.

Glony

Są to m. innymi sinice, okrzemki i zielenice.
Żyją w wierzchniej warstwie gleby na

głębokości 2-3 cm, gdzie dochodzi światło.
Zawierają chlorofil, który umożliwia im
wytwarzanie materii organicznej w procesie
fotosyntezy.

Glony

wzbogacają

glebę

w

substancję

organiczną, dostarczają tlenu korzeniom
roślin

i

odkwaszają

glebę

poprzez

pochłanianie dwutlenku węgla.

Pierwotniaki

Są to m. innymi wiciowce, korzenionórzki,

orzęski - jedyne zwierzęta zaliczone do
drobnoustrojów i powszechnie występujące
w glebie.

Pierwotniaki

glebowe

są

organizmami

jednokomórkowymi. Najczęściej występują
w górnych warstwach gleby. Większość z
nich żywi się bakteriami, glonami, grzybami
oraz obumarłą materią organiczną. Najlepiej
rozwijają się w temperaturze 18-20

0

C. Bez

dostępu tlenu giną. Wytwarzają cysty
odporne

na

suszę.