Взаимоотношения микроорганизмов с растениями и животными

Микроорганизмы и растения

Наряду с климатическим и почвенными условиями сильнейшее влияние на количественный и качественный состав микробоценоза оказывает лесной фитоценоз и формируемая им лесная подстилка.

Мертвая органика является пищевым ресурсом для большинства видов микроорганизмов, в связи с чем их концентрация в подстилке в сотни раз выше, чем в почве. Видовой состав и численность микроорганизмов в подстилках разных типов биогеоценозов значительно различается, что связано главным образом с качеством опада. Для большей части видов микроорганизмов листья как кормовой ресурс оказываются гораздо более привлекательными. Поэтому в лиственных лесах их в десятки и сотни раз больше, чем в хвойных. При разложении опада хвойных лесов образуются вещества (фитонциды, смолы, воск, битумы, дубильные вещества), токсичные для многих видов бактерий и микоризных грибов. Наличие таких веществ в подстилке особенно угнетающе сказывается на деятельности нитрифицирующих и свободноживущих азотофиксирующих бактерий, с чем в основном и связана бедность лесных почв солями азота. В таежной зоне развитие микроорганизмов лимитируется непродолжительным и прохладным вегетационным периодом. Смена сезонов в высоких широтах также негативно отражается на составе и численности микроорганизмов.

Влияние подстилки на микрофлору реализуется также и опосредованно — через изменение температурного, водного, воздушного и минерального режимов почвы.

Микроорганизмы участвуют в круговороте веществ, изменяя и разрушая в процессе жизнедеятельности мертвые органические вещества до простых минеральных соединений, обеспечивая минеральное питание растений. Кроме того, они выделяют биологически активные вещества, оказывающие прямое влияние на растения, подавляя или активизируя деятельность корневых волосков. Некоторые из этих веществ поглощаются корнями и служат растениям в качестве антибиотиков.

Продукты распада выделений и останков некоторых видов микроорганизмов являются источниками токсических веществ. Наличие таких соединений в повышенной концентрации угнетающе действует на прорастание семян, в том числе и деревьев. Между тем другие виды почвенных микроорганизмов способны поглощать и обеззараживать как эти вещества, так и выделения почвенных животных и растений.

Некоторые виды бактерий рода Rhizobium вступают в симбиотические отношения с бобовыми растениями, формируя на их корнях так называемые клубеньки, где они и живут. Эти микроорганизмы, усваивая газообразный азот, переводят его в минеральные соединения, доступные растениям. Взамен растения снабжают микроорганизмы органическими веществами и минеральными солями. Для лесных растений этот симбиоз не имеет большого значения в связи с тем, что представителей семейства Бобовые (Fabaceae) в лесу почти нет. Другое дело бактерии рода Frankia, которые способны вступать в симбиоз с корнями некоторых древесных видов цветковых растений, например, ольхи серой. Поэтому эти виды растений не испытывают недостатка в солях азота. После разложения их опада почва обогащается азотными веществами, что благоприятно сказывается на росте и развитии и других видов растений, в том числе и хвойных. Благодаря этому симбиозу почвы хорошо развитого ольшаника получают ежегодно до 100— 200 кг/га азотных соединений. Благодаря такой способности ольха серая широко используется при выращивании лесных культур и рекультивации лесных земель.

Слабовыраженной азотофиксацией обладают и некоторые виды микоризных грибов.

Почти 80% видов высших растений способно вступать в симбиоз с грибами классов Ascomycetes и Basidiomycetes, образуя так называемую микоризу. Такое сожительство взаимовыгодно. При этом растения получают от гриба воду и растворенные в ней минеральные вещества и некоторые стимуляторы, а гриб от растения — органические вещества (простые углеводы и аминокислоты). Симбиоз с грибами улучшает не только водное и минеральное питание растений, но также повышает интенсивность фотосинтеза, транспирации и метаболизма. Микориза препятствует заражению корней паразитными грибами и патогенными бактериями, а также увеличивает состав почвенных микроорганизмов. Все это приводит к повышению продуктивности древостоев. Образование микоризы стимулируется достаточным количеством влаги, хорошей освещенностью и сравнительной бедностью почвы. Отсутствие микоризы угнетает рост сеянцев и даже приводит их к гибели. Поэтому одним из условий высокой приживаемости лесных культур является искусственное заражение саженцев микоризой уже в питомниках.

Для лесообразующих таежных видов выявлено более 200 видов грибных симбионтов. Среди них такие хорошо известные грибы как белый гриб (Boletus edulis), подосиновик красно-бурый (Leccinum aurantiacus), сыроежка цельная (Russula emtica), красный мухомор (Amanita muscaria), бледная поганка (Amanita phaloides) и мн. др.

Вокруг корней (в радиусе 2—5 мм) находится ризосфера. Она характеризуется максимальной биологической активностью, выражающейся обменом катионов и анионов, наличием колинов, присутствием корневых волосков и гиф микоризных грибов, огромным скоплением микроорганизмов и простейших животных. Именно в ризосфере микроорганизмы находят обильный корневой опад, а также выделения корневых волосков, содержащих ферменты, органические и минеральные соединения, витамины и биологически активные вещества. Микроскопические грибы составляют всего около 10% от общего числа видов микроорганизмов, обитающих в ризосфере древесных растений, однако их масса обычно значительно больше, чем масса бактерий.

Некоторые виды бактерий и грибов вызывают заболевания растений и животных (см. подпараграф 10.2.1). Наибольший вред лесным биогеоценозам в целом причиняют паразитные грибы, поселяющиеся на возобновлении древостоя — всходах и подросте хвойных растений (шютте обыкновенное (Lophodermium pinastri), сосновый вертун, фузариум (Fusarium)).

Патогенные микроорганизмы животных-фитофагов положительно сказываются на состоянии тех видов растений, которые являются их кормом.

Микроорганизмы и животные

Среди микроорганизмов, связанных в своем жизненном цикле с животными трофически, различают группы патогенных, симбиотических и сапрофитных. Патогенные микроорганизмы животных являются мощным стабилизирующим фактором биогеоценоза, сдерживающим численность фитофагов. Вспышка массового размножения насекомых-вредителей обычно связана с неблагоприятными изменениями в жизненном цикле их паразитов и хищников.

Симбиотические бактерии животных живут в их желудочнокишечных трактах, что для биогеоценоза не имеет практически никакого значения.

Наиболее существенным для биогеоценоза является деятельность микроорганизмов, минерализующих экскременты и трупы животных (сапрофитов).

Косвенное влияние микроорганизмов на животный мир заключается через подавление или стимуляцию роста кормовых растений своими выделениями. Все микроорганизмы выделяют в окружающую среду жидкие и газообразные отходы. Одни из них являются стимуляторами, другие — ингибиторами роста и развития тех или иных почвенных животных.

В свою очередь многие виды животных косвенно воздействуют на почвенные микроорганизмы, прижизненно или посмертно влияя на свойства подстилки и почвы. Так, насекомые и простейшие первыми начинают редукцию опада, создавая благоприятные трофические условия для бактерий и грибов. Перемешивая подстилку и разрыхляя почву, они ускоряют разложение органического вещества и его гумификацию. Благодаря ходам почвенных животных происходит перемешивание слоев почвы и вовлечение в круговороты веществ и энергии все новых минеральных соединений нижележащих почвенных горизонтов.