35.Микроорганизімдердің негізгі топтары және топырақтағы микробтық кешен туралы түсіндіріп беріңіз.

• Топырақ өсімдіктердің, жануарлардың (әсіресе микроорганизмдердің), климат жағдайларының және адамдардың әсерімен өзгерген жер бетінің үстіңгі борпылдақ қабаты. Топырақ бойында құнарлылық қасиеті, яғни өсімдіктерді сумен, басқа да қоректік элементтермен қамтамасыз ететін қабілеті болады.

•

Топырақ органикалық және анорганикалық заттардан құралады. Оның минерал бөлшектеріне, көбінесе органикалық заттар жабысып, түйіршіктер құрайды. Міне бұл түйіршіктер микроорганизмдердің негізгі тіршілік ететін мекені. Топырақта микроорганизмдерге кажетті қоректік заттар мол болады да, тікелей түскен күн сәулесінен оларды қорғап түрады. Топырақта негізінен бактериялар, актиномицеттер, ашытқы саңырауқүлақтар, микроскоптық саңырауқүлақтар, балдырлар, қарапайым организмдер, түрлі насекомдар кездеседі. Сонымен қатар топыракта түрлі ультрамикроскоптық тіршілік иелері — фагтар, бактериофагтар және актинофагтар кездеседі. Микроорганизмдердің топырақта таралуына табиғаттың толып жаткан жағдайлары әсер етеді. Бүлардың ішінде қоректік заттар, орта температурасы мен реакциясының маңызы зор.

Үзақ жылдар бойы топырақ ғылымда физикалық және химиялық зат, яғни тек өсімдіктер өсетін орта деп танылып, топырақта тіршілік ететін микроорганизмдер мүлде ескерілмеді. Көрнекті орыс ғалымдары П. А. Қостычев, В. В. Д о к у ч а е в және В. Р. В и л ь я м с т ы ң еңбектері топырақтың аса күрделі орта екендігін, онда мыңдаған, миллиондаған микроорганизмдер және басқа да жәндіктер тіршілік ететіндігін дәлелдеп берді.

• организмдердің белсенді тіршілігінің арқасында ғана топырақта қалатын жылма-жылғы. өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтары ыдырап, биохимиялық өзгерістерге үшырайды, олардан қүрылысы мүлде өзгеше жаңа заттар іпайда болады. Бүл заттардың мөлшері топырақтың түріне байланысты түрліше болады. Мәселен, орманды жерлердегі органикалық калдықтың жылдык мөлщері гектар басына 1,5-нан 7 тоннаға дейін барады, Ал шалғынды жерлердің гөктарындағы органикалық қалдықтардың мөлшері 2-ден 11 тоннаға дейін жетеді. Бүл қалдықтарда азотты және көмір тектес заттар көп болады. Олармен микроорганизмдер қоректенеді. Осыншама органикалық заттарды ыдырату үшін топырақтағы микроорганизмдердің саны мен әрекеттері де түрліше болу керек. Сонымен қатар топырақтың 1 г-да микроорганнизмдердің бірнеше миллиард клеткалары кездеседі. Бірақ олар топырақтың төменгі қабатына қарағанда жоғарғы қабатында көбірек кездеседі. Микробтардың жеке клеткасының салмағын елеуге болмайды, бірак олардың өте көп болуы әр гектар жердің жырту қабатындағы микроорганизмдердің жалпы салмағын 5-тен 15 т-ға дейін жежізеді.

• Топырақта тіршілік ететін организмдер эдафобионттар немесе педобионттар деп аталады.

• Тіршілік ортасымен байланысы бойынша топырақ жануарлары негізгі үш экологиялық топқа бөлінеді:

• геобионттар - үнемі топырақта тіршілік ететін организмдер. Олардың бүкіл даму циклы топырақта жүреді (жауын құрттары);

• геофиллер - тіршілік циклының жоқ дегенде бір фазасы міндетті түрде топырақта ететін организмдер (шегірткелер Acrididea, кейбір қоңыздар - Staphylinidae, Carabidae, Elateridae). Олардың личинкалары топырақ ішінде дамып, өскен соң жер бетінде тіршілік етеді;

• геоксендер - топырақты кейде уақытша немесе қорғаныс ретінде пайдаланатын организмдер (тарақандар, кемірушілер жәңе басқа да інде тіршілік ететін сүтқоректі организмдер).Сондай-ақ топырақ организмдерін дене мөлшері мен қимылына байланысты да экологиялық топтарға бөледі:

• микрофауна - детриттік қоректік тізбектің негізін құрайтың топырақ микроорганизмдері. Бүларға жасыл (Chlorophyta), көк-жасыл балдырлар (Cyanophyta), бактериялар (Bacteria), саңырауқүлақтар (Fungi) және қарапайымдар (Protozoa) жатады.

• мезофауна - қозғалғыш, майда жануарлар тобы. Бүларға топырақ нематодтары (Nemaloda), жәндіктердің майда личинкалары, кенелер (Oribatei) және басқалар жатады. Бүлар негізінен детриттермен және бактериялармен қоректенеді.

• макрофауна - топырақтағы ірі жәндіктер (жауын құрттары және т.б.).

• мегафауна — топырақта тіршілік ететін сүтқоректілер, мысалы, көртышқандар, жертесерлер және т.б.

• топырактың құнарлылығы арту үшін олардың топырақта көп мөлшерде болуымен қатар, активті тіршілік әрекеттерінің де зор маңызы бар. Топырақ микроорганизмдері күшті әрекет ететін ферменттер түзеді. Осындай ферменттердің көмегімен топырақтағы органикалық заттар ыдырап, өсімдіктерге оңай сіңетін қоректік заттарға айналады. Оны өсімдіктермен қатар, микроорганизмдер де қоректік зат есебінде пайдаланады.

• Топырақтағы микроорганизмдердің бір бөлігі өсіп-дамып көбей-етін болса, екінші бөлігінің тіршілік процестері аяқталып, өлексеге айналады. Ондай өленселермен тірі микробтар қоректеніп, ыдыратады. Ыдырау өнімінің қалдықтарынан қарашірік түзіледі. Академик В. Р. Вильямстың зерттеуіне қарағанда, өсімдіктер үсақ түйіршікті топырақтарда өсіп дамиды. Мүндай түйіршіктер микроорганизмдердің тіршілж әрекетінен пайда болған гумустан түзіледі. Сөйтіп микроорганизмдер топырақ түзуші негізгі факторлардың бірі болып саналады. Түрлі топырақтардың жырту қабатында микроорганизмдердің’ мөлшері түрліше болатынын еліміздің көрнекті ғалымы Е. Н. Мишустиннің зерттеуінің қорытындысынан байқауға болады

Микроорганизмдердің басым көпшілігі тек жырту қабатында кездеседі. Мәселен, 20 см тереңдікте 1 г топырақта 5,7 миллион бактерия болса, 60 см қабатта небәрі жарты миллиондай, ал бір метрлік кабатта іс жүзінде кездеспейді. Топырақтың төменгі қабаттарында бүл кабаттардағы су және ауа режимдерінің нашарлығынан оның органикалық қосылыстарға кедейлігіне байланысты микроорганизмдер ол қабаттарда аз болады.

• Сонымен қатар топырақ микроорганизмдерінің басым көпшілігі аэробты оргашзмдер. Олардың анаэробты топтары аз.Топырақта актиномицеттер мен микроокоптық саңыраукүлақтар да аз емес. Олар кебінесе топырақтың түріне қарай бегкі жырту қабатында таралады. Мәсе-лен, таулы өлкенің сүр топырақты тың жерлерінің 1 г-Да1 актиноми-цеттердің саны 2800—3110 мыңға дейін барады, ал саңырауқұлақ-тар 5,6—6,3 мыңға жуық болады. Ал осы өлкенің қара топырақты тың жерінің жырту кабатының әрбір грамында актиномицеттер 960—3170 мыңға дейін, саңыраукүлақтар 4,4—36 мыңға жуық кездеседі.

• 36.Анаэробты целлюлозаны ыдыратушы бактерияларды сипаттап берңіз. Топыраққа түсетін өсімдік қалдықтарының құрамындағы азотсыз күрделі қосылыстар - негізінен полимерлер болып табылады. Оларға әртүрлі гемицеллюлоза, пектин, крахмал, клетчатка (целлюлоза) және лигнин заттары жатқызылады. Онда майлар, балауыздар, көмірсутектердің үлесі өте аз мөлшерде кездеседі. Полимерлердің алғашқы деструкторлары тек гидролитикалық ферменттері бар микроағзалар болып саналады, сондықтан оларды гидролитиктер деп атайды. Пектин заттарын көптеген топырақ микроағзалары, сондай-ақ фитопатогенді саңырауқұлақтар мен бактериялар ыдыратуға қабілетті, сол арқылы олар өсімдік ұлпаларына еніп, шіру секілді ауруларды тудырады. Целлюлозаның ыдырауы - өзінің масштабы бойынша ең көп табиғи деструкциялық үдеріс. Міне осындай көміртегі айналымында топырақ микроағзалары геохимиялық агенттер ретінде фотосинтезге қажетті көміртегінің СО2 түрінде атмосфераға қайтарылуын қамтамасыз етеді. Целлюлозаның микробтық ыдырауының маңызы осында жатыр, бірақ олардың маңызы осымен аяқталмайды. Топырақ құрылымының қалыптасуы мен топырақта гумустық заттардың түзілуі осы үдеріспен тікелей байланысты. Жануарлар мен өсімдіктердің ешқайсысында целлюлозаны ыдырату қабілетінің болмайтынын атап кеткен жөн. Полиферментті целлюлозалық кешенді өндірушілер ретінде Cetrichum candidum, Aspergillus niger, Trichoderma harzianum, T. viride және т.б. саңырауқұлақтар қолданылады. Табиғатта целлюлозаның ыдырауы целлюлоза молекулаларын ыдырата алатын негізгі компоненті бар микроағзалар қауымдастығының және ыдырау өнімдерін қолданатын серіктес микроағзалардың қатысуымен жүзеге асырылады. Кейбір базидиалды саңырауқұлақтарда целлюлазалық ферменттердің толық кешені болады. В.Л. Омелянский клетчатканың анаэробты жағдайда ыдырауын мұқият зерттеді және осы үдерістің қоздырғышын бөліп алды, кейін ол ғалымның құрметіне Clostridium omelianskii деп аталды. Олар жұқа, ұзындығы 12 мкм жететін, әлсіз иілген, домалақ немесе сопақ терминалды споралары бар «барабанды таяқшалар». Целлюлозаның анаэробты жағдайда ыдырау кезінде көптеген органикалық қышқылдар (сірке, янтар, сүт, май, құмырсқа, этил спирті, көмірқышқыл газы мен сутегі) түзіледі. Сондықтан целлюлозаның анаэробты жағдайда ыдырауы серіктес микроағзалардың белсенді дамуымен, көбінесе азотофиксаторлармен жүзеге асырылады. Табиғатта клетчатканың ашуы жоғары температураның қатысуында, мысалы көң, сабан, компостың қызуы кезінде жүреді. Мұндай жағдайда үдерістің қоздырғыштары термофилді бактериялар Clostridium termocellum немесе Eubacterium cellulosolvens болып табылады. Анаэробты жағдайда целлюлозаның ыдырау үдерісінен клетчатканың аэробты жағдайда ыдырау үдерісінің ерекшелігі әртүрлі систематикалық топтарға жататын көптеген микроағзалармен, нағыз бактериялар, микобактериялар, актиномицеттер, саңырауқұлақтар көмегімен жүзеге асырылуы болып табылады. Орманның қышқыл топырақтарында өлі ағаштардың құрамына кіретін клетчаткалардың көптеген мөлшері саңырауқұлақтармен ыдырайды. Целлюлозаны ыдыратушылардың ішінде белсенділері - жамылғы сапрофиттері Trichoderma viride, Chaetomium gibbosum, сонымен қатар Dicoccum, stachybotrys, Penicillum және Aspergillus туысының кейбір өкілдері болып табылады. Целлюлозаның саңырауқұлақтармен ыдырауының ерекшелігі – целлюлозалық ферменттердің ортаға бөлінуі, ал бактериялардың целлюлаза ферментінің жасуша бетімен жанасуына байланысты. Олар тек in situ жұмыс істейді және мұндай микроағзалардан ферменттерді бөліп алу біршама қиындықтар туғызады. Топырақта далалық және шалғындық ландшафтардың шөп жамылғысында целлюлозаның ыдырауына саңырауқұлақтардан басқа миксобактериялар, цитофагтар мен актиномицеттер қатысады. Cellvibrio туысына жататын вибриондар әртүрлі топырақтарда кеңінен таралған, бірақ олар орман топырақтарына қарағанда шалғындық топырақтарда көп кездеседі. Олар клетчаткаға тез әсер етіп, оның мацерациясын тудырады, бірақ миксобактериялармен салыстырғанда толық лизиске ұшыратпайды. Актиномицеттер Nocardia, Streptomyces, Strepto-Sorangium целлюлозаны баяу ыдыратады. Олар оңтүстік қоңыр және күлгін топырақтарда ең негізгі агент болып табылады. Гемицеллюлозаның ыдырауы саңырауқұлақтар, бактериялар мен актиномицеттер секілді әр түрлі топырақ микроағзалармен жүзеге асырылады. Ксиланаза жасушадан тыс фермент, ол көптеген саңырауқұлақтар мен кейбір ашытқыларда мысалы, орман жамылғысында мекен ететін Trichosporon туысына жататын ашытқыларда бар. Ксиланда шампиньондар белсенді өседі, ксиланазаны көптеген целлюлозаны ыдыратушы бактериялар түзеді. Топырақта майлар липазалық белсенділігі бар микроағзалармен ыдырайды. Майлардың ыдырауы нәтижесінде глицерин және май қышқылдары түзіледі. Аэробты жағдайда глицерин көптеген саңырауқұлақтар мен бактериялар метаболизмінде белсенді қолданылады, ал май қышқылдары берік болып келетіндіктен, олар топырақта жиналады, анаэробты жағдайда май қышқылдары көмірсутектерге дейін тотықсызданады. Липаза аэробты топырақ бактериялары, актиномицеттер мен саңырауқұлақтарда, сондай-ақ Clostridium туысына жататын анаэробты бактерияларда болады. Лигнинді негізгі ыдыратушылар – тіпті тірі өсімдіктердегі лигнинды ыдырата алатын базидиалды саңырауқұлақтар болып табылады. Мысалы, Armillariella mellea ағаш бұзушы базидиомицеттер ағаштың ақ шірігі ауыруын тудырады, кейбір жамылғы сапротрофтармен бірге лигнинді белсенді ыдыратады. Өлі ағаштарда саңырауқұлақтардың басқа топтары пайда болады – олар ағашты бояғыш Ceratosth mella, Cladosporium. Әрі қарай жартылай ыдыраған ағаштарға Collybia, Marasmius, Mycena туыстарының жамылғы сапротрофтары, сонан соң кеш сатысында топырақ саңырауқұлақтарының жетілмеген топтағы Fusаrium, Trichoderma, Aspergillus, Penicillium, Rhizoctoniа өкілдерінің колонизациясы жүреді. Лигниннің ыдырауының соңғы сатысында бактериялар, оның ішінде тек грамтеріс бактериялар қатысады. Ағаш сүрегі мен жапырақты ағаштардың қалдықтары қылқан жапырақтыларға қарағанда тез ыдырайды. Саңырауқұлақтардың әрекетімен шіріп жатқан ағаштарға азотсіңіруші микроағзалар белсенді қоныстанады. Лигниннің ыдырауы негізінен целлюлозаның ыдырауымен қатар жүреді және осы екі үдерісті тудыратын микроағзалардың түрлері де бірдей болуы мүмкін.