Вплив ґрунтових мікроорганізмів на рослини, з циклу жива грунт геннадія распопова

Жива грунт саду

Стаття 2

Свою першу статтю, я закінчив словами про те, що досвідчені садівники вміють оцінювати свої ґрунту за хімічними та фізичними параметрами, знають, глинисті вони або піщані, чи багато в них органіки, гумусу, який зміст азоту і фосфору.

А ось оцінювати біологічну складову родючості своїх грунтів садівникові дуже важко, та й погано вчать цьому навіть студентів в сільськогосподарських вузах, і мало розповідають в книгах по землеробству.

Отже, спробуємо розібратися в цій невидимій біологічної складової.

Раніше грунтові мікроорганізми вчені вивчали за допомогою мікроскопів і розмножували в чашках Петрі.

Останні пару десятків років з`явилася нова наука - молекулярна генетика. І виявилося, що за допомогою генетичного аналізу можна виявити в грунті на два порядки більше мікроорганізмів, ніж раніше вирощували в чашках Петрі.

Вчені, грунтуючись на методах молекулярної генетики, прийшли до єдиної думки, що в одному грамі гарного грунту, хорошого компосту або вермикомпосту може міститися 1.000.000.000 бактерій і 1.000.000 грибів, не рахуючи інші групи мікроорганізмів.

Сучасним біологам стало зрозуміло, що екологічні взаємодії між цими групами організмів дуже складні і різноманітні. Вони усвідомили проблему, що переважна більшість з них за деякими оцінками це не менш 99,9%, не можуть бути виділені, вирощені і ідентифіковані при їх культивуванні навіть за допомогою сучасних лабораторних методів.

У західній літературі вже не пишуть просто про бактеріях, а пишуть завжди бактерії і археї (археї не можуть бути ідентифіковані при їх культивуванні, вони не мають ядра, і мають свою незалежну еволюцію і характеризуються багатьма особливостями біохімії, що відрізняють їх від інших форм життя).

Іншими словами, ми знаємо, що в грунті живуть і взаємодіють між собою мільярди живих істот, але ми тільки починаємо розуміти, що всього лише 0,1 відсотка з цих мільярдів мікроорганізмів дійсно роблять в грунтової екосистемі.

Наука екологія нам підказує, що чим більше індивідуальних ланцюжків «хижак - жертва» міститься в грунті, тим сильніше вони будуть придушувати фітопатогени і захищати наші рослини, це показує практика.

Вчені знають так само, що в екології існує важливе поняття, яке означає, що ціле більше, ніж сума його частин.

Про роль бактерій і грибів для життя грунту написано багато. Про роль дощових черв`яків знає кожен садівник. Але якщо запитати, хто грає «роль вовка в лісі», є головним хижаком в грунті, дадуть не всі.

Виявляється - це найпростіші та інші дрібні грунтові хижаки. Саме вони визначають головний екологічний тезу, що «ціле» - завжди більше «суми частин».

Мільярди бактерій, мільйони грибів які руйнують грунтовий опад контролюють тисяч дрібних (мікро-), середніх (мезо-) і великих (макро-) тварин-хижаків.

Їх розміри в діапазоні від декількох мікрометрів до більш метра.

Список включає в себе: найпростіші (джгутикові, амеби, інфузорії), нематоди, кліщі, коллемболи, молюски, дрібні черв`яки - енхітреі, дощові черв`яки, багатоніжки, стоноги, ізоподи, мурахи, терміти, жуки, личинки двокрилих, і павуки.

А ось коли в цю живу грунт з мільярдами живих істот проникає живий корінь зі своїми виділеннями - то ця система ускладнюється багаторазово.

Корінь починає контролювати всю цю складну систему, якщо садівник йому сильно не заважає своїми нерозумними підгодівлею.

Наведу лише один приклад, який став зрозумілий мені зовсім недавно.

Концентрація азоту в клітинах найпростіших (і круглих черв`яків) нижче, ніж в бактеріях, яких вони поїдають (співвідношення вуглецю до азоту в клітинах найпростіших становить 10: 1 і більше, а у бактерій - від 3: 1 до 10: 1). Бактерії, що споживаються найпростішими, містять занадто багато азоту в співвідношенні з кількістю вуглецю, необхідного найпростішим. Тому найпростіші вивільняють надлишки азоту у вигляді аміаку (NH4 +). І людина і корова так само виділяє сечу пахне аміаком, і це найкраща азотистая підгодівля для рослин.

Це концентрація бактерій і їх хижаків з їх виділеннями відбувається в шарах у кореневої системи рослини. Бактерії та інші організми швидко перехоплюють і поглинають більшу частину аміаку, але частина споживається і рослиною.

Таким чином, в реальній живій грунті коріння не беруть азот безпосередньо «з трупів тих, хто гине бактерій, а беруть через виділення найпростіших. Завдання кореня зводиться лише до регулювання бактерій і найпростіших своїми виділеннями.

Ще одна роль, яку відіграють найпростіші, - регулювання популяцій бактерій. Коли представники цього класу споживають бактерії, вони стимулюють зростання їх популяції (отже, і темпи розкладання і агрегації грунту). Цей процес можна порівняти з обрізанням дерева: якщо обрізати трохи - це покращує ріст, перестаратися - знижує.

Найпростіші до того ж - найважливіша ланка в системі ґрунтових харчових ланцюжків.

Вони допомагають знизити захворюваність рослин, оскільки конкурують з патогенами або харчуються ними. Все це налагоджувалося і регулювалося мільярди років спільної еволюції рослин і ґрунтових тварин.

Я за професією лікар. Тому цікавлячись життям мікроорганізмів грунту, також цікавлюся життям мікроорганізмів і в кишечнику людини і проводжу паралелі.

Виявляється, на вивчення мікробіома людини розвинені держави світу витрачають набагато більше грошей, ніж на дослідження мікросвіту ризосфери рослин. І нових відкриттів тут багато.

Мікробом - це те, що колись називалося мікрофлорою кишечника.

Бацили в кишечнику людини

Зараз, з початком масштабних геномних досліджень самих різних бактеріальних спільнот (наприклад, деяких ділянок дна океанів, стічних вод тощо.), Назва мікробіом стало більш популярним.

Воно має на увазі сукупність не стільки самих мікробів, скільки всіх мікробних генів, що впливають на середу, в якій вони існують.

Людський організм - це ж середовище проживання мікробів. Виявляється ворсинки кишечника людини і кореневі волоски у рослин взаємодіють з мікроорганізмами за одними і тими ж законами, контролюються подібними найдавнішими генами.

За результатами генетичного аналізу було встановлено, що в організмі людини живе більше 10 тисяч видів різних бактерій.

Така велика кількість мікробів забезпечує життєдіяльність людини набагато більшою кількістю генів, ніж може надати сам по собі людський організм.

За підрахунками вчених, якщо в геномі людини 22 тисячі генів, що кодують білки для обслуговування нашого метаболізму, мікробіом привносить близько восьми мільйонів унікальних кодують генів, іншими словами, бактеріальних генів в людині в 360 разів більше, ніж власне людських. (Не забувайте, що я проводжу паралелі з життям в грунті, але ж те ж саме відбувається і в ризосфері!)

"У людей немає всіх ферментів, необхідних для перетравлювання того, що ми їмо", - Відзначають вчені. Велика частина білків, ліпідів і вуглеводів нашого раціону розщеплюється до поживних речовин, здатних всмоктуватися кишечником, мікробами, які мешкають в кишечнику. Більш того, мікроби виробляють корисні речовини на зразок вітамінів і протизапальних сполук, синтез яких наш геном забезпечити не може.

Щоб захопити читачів цієї цікавою темою наведу невелику цитату з наукового журналу.

«&hellip- У травному тракті людини вуглеводи розщеплюються групою ферментів під загальною назвою глікозідази, яка налічує понад 260 речовин. Ці ферменти не виробляються клітинами нашого організму, а виробляються мікрофлорою кишечника, в тому числі бактеріями роду Bacteroides.

Кожен з таких ферментів розщеплює певний вид вуглеводів, що надходять в організм з рослинною їжею.

Глікозідази, які беруть участь у перетравлюванні морських червоних водоростей, були виділені у бактерій Zobelliagalactanivorans, які мешкають на поверхні цих рослин. Французькі фахівці провели порівняльний аналіз генома вказаних бактерій, а також представників мікрофлори кишечника.

В ході аналізу гени ферментів для перетравлення водоростей були виявлені у бактерій Bacteroides plebeius, що населяють травний тракт жителів Японії, тоді як у аналогічних бактерій, що живуть в кишечнику північноамериканців, ці ферменти були відсутні.

На думку дослідників, представники мікрофлори кишечника японців отримали ці гени в результаті обміну спадковою інформацією з бактеріями, що мешкають на водоростях, які використовуються в приготуванні багатьох страв японської кухні, в тому числі різних видів суші. Коли саме стався обмін генами між бактеріями, дослідники не уточнюють &hellip- »

Тому багато років я вирощую на своїй землі не тільки стандартний набір з десятка культур, а намагаюся виростити сотні сортів і видів зелені, плодів, ягід, коренеплодів і інших ласощів.

І найголовніше, що я зрозумів останнім часом, треба зберігати всі корисні мікроорганізми сімбіонтних для рослин. Не тільки заради рослин, але і для себе.

Вони знаходяться як в грунті, так і на листі. Саме вони забезпечують рослини відсутніми генами для засвоєння елементів живлення з грунту. Роблять рослини більш насиченими по вітамінах і іншим біологічно активних речовин. Такі живі рослини, вирощені на живий грунті особливо корисні для мого здоров`я та здоров`я моїх онуків.

Але ще важливіше те, що споживаючи рослини з більш різноманітним мікробіома, я формую і свій мікробіом. Роблю його більш різноманітним. Адаптую свою кишкову флору до свого способу життя і способу харчування. Даю можливість обмінюватися за допомогою горизонтального переносу генами цим двом мікробіома. Роблю свій організм більш багатим генами обслуговуючими мій метаболізм. Це найкраща профілактика різних захворювань.

Про роль бактерій і грибів докладніше поговоримо в наступному розділі.

А зараз я продовжу розповідь про найважливіше і цінне для практики, що стало відомо науці щодо ролі окремих, маловідомих садівникам мікроорганізмів, таких наприклад, як тіонові бактерії, фотосинтезирующие бактерії і грунтові водорості.

Почнемо з останніх.

Грунтові водорості ви можете зустріти на будь-якому грунті, аби було світло волога і не застосовувалися гербіциди.

Подивіться як навесні в теплиці під плівкою розростаються водорості на грунті.

У порівнянні з грибами і бактеріями їх менше, всього від 100 до 10.000 на грам грунту.

Як і всі рослини вони отримують СО2 з повітря, і завдяки сонячній енергії синтезують живильні речовини. Займають свою важливу нішу в харчових ланцюжках, мають свій особливий геном і свої продукти обміну.

Вищі рослини еволюціонували разом з ними і потребують присутності їх продуктів. Якщо водоростей мало, то рослини починають страждати і хворіти. Власне, як хворіє і людина зі збідненим мікробіома.

Видів і родів водоростей багато, особливо в тропіках. Деякі пологи, наприклад, на рисових полях навчилися фіксувати атмосферний азот, і грають велику роль в родючості грунтів.

У помірній зоні переважають зелені водорості (Chlorophyta), і діатомові водорості (Bacillariophyta).

Що вони дають грунті? Чому їх не варто труїти гербіцидами?

Так їх мало, але в цілому їх опад збільшує накопичення органіки в грунті.

Більше значення їх у тому, що вони виділяють слизу, що «цементує» мікрогранули грунту і робить грунт більш гигроскопичной.

Коріння виділяють вуглекислий газ в процесі своєї роботи, і вимагають багато кисню, в грунті кисень завжди в дефіциті. Тому коріння виділяють особливі речовини, які приваблюють водорості, а водорості прямо в зоні ризосфери виділяють кисень для коренів.

На знак подяки водорості дають коріння ще один бонус, вони мають гени дозволяють синтезувати антибіотики. Цим вони захищають коріння від патогенних бактерій і грибів.

У грунтах, де багато водоростей природно всі зайві нітрати ними акумулюються і не вимиваються з дощами, тобто вони підвищують буферність грунту.

Але, хоча не всі водорості самі фіксують азот повітря, але створюючи вуглеводи вони побічно, через сімбмонтних з ними ґрунтових азотофіксаторів, збільшують накопичення азоту грунту. Прижиттєві позаклітинні виділення водоростей містять різноманітні органічні речовини: органічні кислоти, слизу і розчинні полісахариди, жирні кислоти і речовини ліпоїдного характеру, розчинні поліпептиди, амінокислоти, речовини високої біологічної активності. Склад і кількість звільняються водоростями позаклітинних речовин дорівнює кількості внутрішньоклітинних. (Опад).

Позаклітинні продукти водоростей використовуються бактеріями, які тому в природних умовах є постійними супутниками водоростей, населяючи поверхню клітин і колоніальну слиз. З іншого боку, метаболіти бактерій, зокрема азотфіксуючих, можуть бути використані клітинами водоростей.

На грунтах, де немає трав і коренів рослин, водорості, мабуть, єдині, хто виконує роль «ґрунтових сидератів», створюють структуру ґрунту.

Запитайте простого садівника, що потрібно робити, щоб збільшити вміст азоту в ґрунті. Більшість скаже, що треба посадити бобові сидерати.

Сподіваюся, я переконав усіх, що до грунтових азотофіксаторів треба відносити і водорості.

Останнім часом список відомих азотфиксаторов, як вільноживучих, так і симбіотичних, значно розширився.

Серед азотфіксуючих мікроорганізмів особливий інтерес представляють організми, що поєднують в одній клітці фотосинтез і здатність до засвоєння молекулярного азоту, - найбільш «досконалі» автотрофи.

До них відносяться Фотосинтезирующие (фототрофні) бактерії які все садівники застосовували у вигляді ЕМ препаратів, але не замислювалися про їх ролі.

Один з видів таких бактерій - пурпурні бактерії були виявлені при вивченні безкисневого фотосинтезу. Була доведена анаеробних багатьох з них.

Так, в експериментах спочатку виявили реакцію бактерій на різні концентрації кисню, виявилося, що навіть при слідовому змісті його в середовищі бактерії переміщалися в безкисневому зону чашок Петрі. Потім на одну сторону чашки фокусировали світло, залишаючи іншу темної - бактерії прагнули переміститися в світлову зону.

Засновники ЕМ технологій говорять про їх ролі наступне.

«&hellip- Грунтові фотосинтезирующие бактерії синтезують корисні для себе речовини, використовуючи органічні речовини з кореневих виділень, але головне, використовуючи енергію сонячних променів і тепла, що виділяється грунтом.

Корисні речовини, що виділяються ними, складаються з амінокислот, нуклеокіслот, біоактивних субстанцій і цукру, і все це сприяють зростанню і розвитку рослин.

Ці бактерії концентруються безпосередньо в ризосфері рослин і є ключем для підвищення кількості бактерій.

Збільшення кількості фотосинтезуючих бактерій в грунті сприяє збільшенню кількості інших ефективних мікроорганізмів.

З іншого боку, вони самі використовують поживні речовини, вироблені іншими мікроорганізмами в процесі життєдіяльності. Цей феномен називається "співіснування і сопроцветания ».

Для чого я акцентую увагу на цій групі бактерій? Щоб садівник зрозумів, що в грунті в зоні коренів відбуваються складні процеси, коли навколо найдавніших мікроорганізмів здатних акумулювати енергію сонця концентруються стабільні групи з інших організмів, і все це сприяє тривалому взаємного процвітання, як рослин, так і ґрунтових організмів. Не можна на грунт дивитися примітивно, як на «шлунок корови, де відбувається травлення».

Наведу цитату на цю тему з останніх номерів наукових журналів з генетики.

«&hellip- Деякі бактерії, незважаючи на їх величезну поширеність в природному середовищі, до сих пір не вдається культивувати в лабораторних умовах. Так, наприклад, йдуть справи з родом Prochlorococcus, яких називають найчисленнішими фотосинтезирующими організмами на Землі.

Вони виконують більшу частину роботи по насиченню атмосфери киснем, океан аж кишить цими бактеріями, але протягом десятиліть спроби виростити їх в штучних умовах закінчувалися невдачею.

Вчені пояснюють це тим, що в природі бактерії взаємопов`язані набагато сильніше, ніж ми можемо уявити. Різні види мікроорганізмів буквально не можуть обійтися один без одного.

Відбувається це через те, що бактерії позбавляються від деяких генів, якщо розуміють, що інший вид в співтоваристві здатний виконувати ту ж функцію. Наприклад, бактерія може не витримувати навіть малих кількостей перекису водню в середовищі, але при цьому у неї немає ніяких генів, щоб ліквідувати токсична речовина. Це означає, що мікроб цілком покладається на свого сусіда, який знешкодить отрута замість нього. (По суті, мікробні асоціації - насправді, реальні надорганізм).

Будь-яка здатність, яка адаптація чогось варта: щоб синтезувати потрібний фермент, необхідно витратити відчутну кількість енергії і ресурсів. Ресурси ж кінцеві, неможливо з однаковим успіхом відбиватися від всіх сюрпризів середовища проживання.

Тому бактерії не пропускають нагоди відмовитися від зайвого білка, якщо вже він все одно є у інших. Експерименти показали, що дублюючий ген не приживається, якщо в співтоваристві вже є хтось виконує схожу роботу. В результаті може статися, що все співтовариство виявиться в залежності від одного виду, який знешкоджує токсини.

Статтю вчені опублікували в журналі mBio.

Вони підкреслюють, що це зовсім не передбачає кооперацію та навіть міжвидового взаємодії, ні про яке симбіозі навіть не йдеться. Бактерії швидше змагаються, хто швидше перекладе на іншого частину своїх функцій.

З іншого боку, той, хто виявився крайнім, стає надзвичайно важливий для спільноти.

Такий вид може бути не дуже численний, але без нього все решта не виживуть.

Втім, така еволюційна гра досить небезпечна: у ній можуть програти все, якщо одночасно «скинуть» зі свого генома один і той же ген &hellip-. »

Я розповів про роль для рослин кількох таких малочисельних крайніх: це найпростіші, це ґрунтові водорості, це фотосинтетики і це тиобацилл.

Закінчимо розмову на новинку під назвою тиобацилл.

Хто вивчав в школі біологію, пам`ятають схеми кругообігу вуглецю в природі.

Але ж є ще й круговорот сірки і заліза.

Нагадаю, що якщо без кисню десь гниє білковий продукт, то все відчують запах сірководню. Адже в білках є амінокислоти для синтезу яких потрібна сірка, і при розпаді таких амінокислот виділяються прості продукти містять сірку.

Еволюційно з`явилися і мікроорганізми, які черпають енергію для свого обміну не з вуглецевої органіки, а з сполук сірки. Мільярди років тому, на зорі становлення життя навколо вулканів з сірчаними виділеннями зародилася життя не на основі вуглецю, а на основі сірки.

Вчені відкрили сотні тисяч таких мікроорганізмів, які називаються тіонові. Більшість з них живуть глибоко в мулі озер і океанів, не потребують ні в кисні, ні в органіці. Вони використовують тільки відновлені сполуки сірки як джерело Н.

Але в останні роки біологів привернула рідкісна група сірчаних бактерій, яким дали назву тиобацилл. Їх зараз посилено вивчають і розмножують і все більше знаходять в озерах середземномор`я.

Їх основна особливість та, що для свого обміну вони мають потребу в кисні. Легко ростуть на середовищах з органічними субстратами і асимілюють СО2.

Найбільш вивчені це Thiobacillus thioparus, оптимальні значення рН, при яких можливий їх зростання, - від 3,0-6,0 чудово росте на середовищах з тіосульфатом.

І Thiobacillus ferroxidans, виживає навіть в концентрованої сірчаної кислоти, зростає на середовищах з сірчанокислим залізом.

Чому я так детально зупинився на тиобацилл. Та тому що в продажу з`явилися препарати для сільського господарства зроблені на основі цих бацил.

У мене є ці препарати. Називаються Біонур і Тіофер.

Виявляється при нанесенні на рослини і на грунт ці бацили починають жити і розмножуватися, а так як вони містять гени і ферменти які звичайні мікроорганізми і рослини втратили, то відбувається зміни багатьох властивостей рослин.

Бацили розмножуючись на листках виділяють біологічно активні речовини, це дає рослинам більше можливості для фотосинтезу. Збільшується якість фруктів і овочів, смак, колір і запах.

Листя стають товщі, крупніше і здоровіше. Краще протистоять будь-яким стресів і хвороб.

Має значення і бактерицидний ефект тиобацилл. Так як навколо них подкисляется середу.

При розмноженні тіобаціл в грунті подкисляется середовище та посилюється асиміляція азоту повітря, в перерахунку на сечовину близько 6-8 кг на 1000 м 2

Всі ці препарати називають антифризом за їх головна властивість, так як після обприскування рослини починають накопичувати в клітинах великі концентрації вуглеводів, білків та інших поживних речовин, стають нечуствітельнимі до заморозків.

Останнім часом вчені активно вивчають так звані антифризні глікопротеїни (АФГП), (в іноземній літературі - «зв`язуються з льодом білки» (ice-binding proteins - IBPs). Навіть при дуже низькій концентрації в клітинах рослин ці білки знижують температуру замерзання рідини, модифікують форму кристалів льоду і зупиняють їх ріст. З`явилися ці білки еволюційно порівняно недавно, коли рослини пристосовувалися до оледіненіям на планеті.

У рослин експресія генів АФГП відбувається під час низько температурної аклімації, або загартовування. Але так як антифризні білки споріднені білків, які синтезуються рослиною для захисту від патогенів, то, як було виявлено нещодавно, деякі бактерії, зокрема Thiobacillus thioparus змушують рослини виробляти антіфрізовие білки.

Підведемо підсумки.

99.9% того, як живуть і взаємодіють грунтові мікроорганізми з корінням рослин, ми не знаємо. Але навіть ті крихти знань, які нам дає сучасна наука, ми можемо використовувати.

Наприклад, я усвідомлено ранньою весною обприскую грунт якісними ЕМ препаратами з фотосинтетиками, (в поганих Емках одні дріжджі) так як ці бактерії створюють навколо себе стабільні острівці життя і різко підвищують обмін поживними речовинами між ґрунтом і корінням.

Я свідомо не поливаю грунт гербіцидами і азотними добривами по всій площі. Це вбиває ґрунтові водорості, а без їх генів і ензимів збіднюється грунтова життя, накопичуються хвороби обміну та шкідники.

А ось обприскувати поверхню грунту слабким розчином фосфорних добрив варто, це призводить до бурхливого розмноження водоростей і діє на ґрунт не гірше посадок сидератів.

Все літо я обприскую рослини АКЧ, але тільки таким, де є найпростіші. Ці найпростіші охороняють стада бактерій в ризосфері не гірше, ніж досвідчений вовкодав охороняє стада овець.

Ось уже 3 роки я отримую задоволення від якості плодів вирощених на моїй дільниці. Адже АКЧ вносить мільярди корисних аеробів з сотнями нових корисних генів, і все це опосередковано покращуємо і мій мікробіом і мікробіом членів моєї сім`ї.

Правда, не забувайте, що вносячи АКЧ, треба вносити і доступну їжу для них, як правильно натякають в останні роки Курдюмов та Бублик у вигляді настоїв солодких бур`янів і гілочок клена.

У новому сезоні я буду ширше застосовувати тиобацилл на своїх посадках. Навесні для захисту від заморозків, влітку для захисту від хвороб. Таким чином зможу різко зменшити пестицидне навантаження на свій сад.

Геннадій Распопов, м Боровичі

29.12.2014

Інші статті Геннадія Федоровича дивіться на Распопов Геннадій Федорович, садівник-випробувач з Новгородської області, публікації

Інші статті з органічного землеробства дивіться в розділі Зміст грунту в саду, нове в агротехніці, органічне землеробство