Podstawy gleboznawstwa

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

przyrodzie. Ich działalność określa
kierunek

przemian

właściwości

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

produktywności

ekosystemów

rolnych,

leśnych

trawiastych.

Rola mikroorganizmów

glebowych

Mikroorganizmy

stanowią

jeden

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

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

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

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

(stosunek BAS/C

mic

) i

stosunek biomasy mikroorganizmów do
ilości węgla organicznego (C

mic

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

prowadzonym

głównie

przez

mikroorganizmy tlenowe.

Pomiar aktywności respiracyjnej organizmów
glebowych polega na oznaczeniu ilości CO

wydzielającego się z gleby lub ilości O

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

jest metodą czulszą.

Biomasa mikrobiologiczna

Całkowita

biomasa

mikroorganizmów

glebowych jest sumą biomasy poszczególnych
gatunków

mikroorganizmów

glebowych,

reprezentujących

bakterie,

grzyby

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

ostatnich

latach

niektórych

państwach

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

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

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

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®

Metoda Biolog

polega na wszczepieniu

wyizolowanych z gleby mikroorganizmów
na

płytki

zawierające

zestaw

pojedynczych substratów węgla. Płytki te
są

następnie

inkubowane

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

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

autotrofy

(samożywne).

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

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

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

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

glebach

kwaśnych

niedotlenionych oraz w głębszych warstwach
gleby.

Promieniowce

Promieniowce to organizmy należące do klasy

bakterii

właściwych.

Tworzą

długie

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

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

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

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

substancję

organiczną, dostarczają tlenu korzeniom
roślin

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

C. Bez

dostępu tlenu giną. Wytwarzają cysty
odporne

suszę.

Document Outline