Биоценоз - это что? Структура биоценоза: пространственная и видовая. Микроорганизмы обитающие в почве

Микроценозы

(Heinis, 1936; Раменский, 1937) - небольшие сообщества, как правило, находящиеся в пределах основных слоев биоценозов и под влиянием средообразующей деятельности доминантных популяций (Быков, 1970; Трасс, 1970). Разделяются: на а) медиогенные, обусловленные биоценотической средой (микроценозы эпифитные и сапрофитные; напр., мхов и лишайников), часто входят в консорции; б) биогенные, обусловленные биологией доминирующего в микроценозе вида - доминулента, напр, корневищного; в) экзогенные, обусловленные повреждением почвенного покрова (копани кабанов, вывал дерева второстепенного яруса), а иногда и коры деревьев; г) биомедиогенные (напр., микроценоз корневищного растения на гниющем стволе дереза); д) биоэкзогенные (напр., микроценоз корневищного растения на месте костра); е) эндогенные-микроценозы почвы (эдафического слоя системы) напр., мико- и микроценозы и бактерио-микроценозы. Во всех микроценозах участвуют микропопуляции не только доминулентов, но растений и животных и других ценотипов. Кроме сравнительно устойчивых микроценозов в биоценозах часто встречаются и микропроценозы - элементы сукцессии становления микроценозов; напр., сукцессия на поваленном дереве или трупе животного. Микроценозы могут рассматриваться и в их совокупности - в качестве микроассоциаций или микрокомплексов.

Гипергенез готовит основу, субстрат, который в определенных условиях может быть преобразован в почву. Важными факторами образования почвы являются живые организмы, в первую очередь это система: микроорганизмы почвы – растения, обеспечивающие опад, преобразуемый в гумус.

Почвенные микроорганизмы - совокупность разных групп микроорганизмов, для которых естественной средой обитания служит почва. Они играют важную роль в круговороте веществ в природе, почвообразовании и формировании плодородия почв, могут развиваться не только непосредственно в почве, но и в разлагающихся остатках растительного и животного происхождения. В почве встречаются также некоторые болезнетворные микробы, водные микроорганизмы и другие, случайно попавшие в почву (при разложении трупов, из желудочно-кишечного тракта животных и человека, с поливной водой или другими путями) и, как правило, быстро в ней погибают. Однако некоторые из них сохраняются в почве длительное время (например, сибиреязвенные бациллы, возбудители столбняка) и могут служить источником инфекции для человека, животных, растений.

По общей массе микроорганизмы почвы составляют большую часть микроорганизмов нашей планеты: в 1 г чернозема содержится до 10 9 (иногда и более) живых микроорганизмов, что в переводе на биомассу составляет до 10 т/га. Они представлены как прокариотами (бактерии, актиномицеты, синезелёные водоросли), так и эукариотами (грибы, микроскопические водоросли, простейшие). Благодаря использованию современных методов (электронная и капиллярная микроскопия и другие) ежегодно открывают много новых представителей микробиоты почвы.

Свойства и функции почвенных микроорганизмов разнообразны. Среди них есть гетеротрофы и автотрофы, аэробы и анаэробы; резко различаются микроорганизмы почвы по оптимуму pH, отношению к температуре, осмотическому давлению, используемым источникам органических и неорганических веществ. Многие из них, несмотря на различные, а иногда прямо противоположные потребности, развиваются в одной и той же почве, состоящей из множества резко различающихся микросред. Изменение их числа зависит и от времени года: весной и осенью микроорганизмов больше, зимой и летом меньше. Биота верхних слоев почвы богаче по сравнению с нижележащими; особое обилие микроорганизмов характерно для прикорневой зоны растений - ризосферы.

Почва - это природное образование, состоящее из генетически свя­занных горизонтов, формирующихся в результате преобразования по­верхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов. Почва состоит из твёрдой, газообразной и живой (фауна и флора) частей. Она обладает плодородием.

Ведущим признаком почвообразовательного процесса считается об­разование гумуса. Гумус представляет собой группу высокомолекуляр­ных соединений, химическая природа которых ещё точно не установлена. Выделяют четыре группы соединений: гуминовые кислоты, гумины, фульвокислоты и гиматомелановые кислоты. Важную роль в образовании гумуса играют почвенные микроорганизмы. С одной стороны микроор­ганизмы разлагают различные остатки, в первую очередь растительного происхождения, формируя структурные компоненты гумусовых веществ. Кроме того, они сами в процессе своей жизнедеятельности выделяют ве­щества, которые являются структурными компонентами гумуса. Отми­рая, микроорганизмы поставляют в почву большое количество органики, которая вносит существенный вклад в гумусообразование.

Микроскопические организмы почвы выполняют множество раз­личных функций. Например, они в анаеробных условиях активно фер­ментируют комплексные органические соединения, преобразуя их в про­стые молекулярные соединения, которые легко усваиваются растениями. Важное значение в повышении урожайности растений и улучшении пло­дородия почвы имеют микробы-антагонисты. Это особая группа бакте­рий, грибов, дрожжей и других микроорганизмов, которая вырабатывает различные биологически активные вещества (БАВ), в первую очередь ан­тибиотические вещества, подавляющие рост и развитие патогенной мик­рофлоры.

Микроорганизмы в почве образуют сложный биоценоз, в котором различные их группы находятся между собой в сложных отношениях. Одни из них успешно сосуществуют, а другие являются антагонистами. Цель ЭМ-технологии заключается в создании оптимальных условий для развития полезной микрофлоры приводящей к оздоровлению почвы, по­вышению её плодородия и урожайности возделываемых культур.

Почва - это природное образование, состоящее из генетически свя-занных горизонтов, формирующихся в результате преобразования по-верхностных слоев литосферы под воздействием воды, воздуха и живых организмов. Почва состоит из твёрдой, газообразной и живой (фауна и флора) частей. Она обладает плодородием.

«Почва - это те верхние или близкие к ним горизонты горных пород, которые были более или менее естественно изменены взаимным влияни-ем воды, воздуха и различного рода организмов - живых и мёртвых, что и сказывается известным образом на составе, структуре и цвете таких обра-зований» - такое первое научное определение дал отец науки о почве В. В. Докучаев. Создатель теории микробиологической природы процессов почвообразования академик П. А. Костычев уделяет главное внимание роли организмов, обитающих в верхнем слое почвы: «Мы, прежде всего, выделяем верхний слой земли до той глубины, до которой доходит глав-ная масса корней, и называем этот слой почвой». Особое значение такому качеству почвы, как плодородие, придавал крупный учёный-почвовед академик В. Р. Вильяме. Он писал: «Когда мы говорим о почве, мы разумеем рыхлый поверхностный горизонт суши земного шара, способный производить урожай растений».

Формирование урожая происходит в системе «почва-растение» при непосредственном участии климатических факто-ров. Влияние человеческого фак-тора на формирование сельско-хозяйственной продукции про-исходит в основном путём регу-лирования почвенных условий. Основными элементами плодо-родия почвы является вода и питательные вещества. Важным показателем плодородия явля-ется наличие в почве органи-ческих веществ. Большая часть растительных, животных и микробных остатков минерализуется почвенными микроорганизмами.

Разложение органических остатков и синтез новых соединений, входящих в состав почвы, протекают при воздействии ферментов, выде-ляемых разными ассоциациями микроорганизмов. Ни минералы, ни ор-ганика сами по себе не переходят в усвояемую форму для растений. Эту функцию выполняют обитатели почв, и в первую очередь - микроорга-низмы. Микробные ассоциации не только разлагают органические остат-ки на более простые органические и минеральные соединения, но и ак-тивно участвуют в синтезе высокомолекулярных соединений - перегной-ных кислот, которые образуют запас питательных веществ в почве.

Ведущим признаком почвообразовательного процесса считается об-разование гумуса. Гумус представляет собой группу высокомолекуляр-ных соединений, химическая природа которых ещё точно не установлена. Выделяют четыре группы соединений: гуминовые кислоты, гумины, фульвокислоты и гиматомелановые кислоты. Важную роль в образовании гумуса играют почвенные микроорганизмы. С одной стороны микроор-ганизмы разлагают различные остатки, в первую очередь растительного происхождения, формируя структурные компоненты гумусовых веществ. Кроме того, они сами в процессе своей жизнедеятельности выделяют ве-щества, которые являются структурными компонентами гумуса. Отми-рая, микроорганизмы поставляют в почву большое количество органики, которая вносит существенный вклад в гумусообразование.

Всех живых обитателей почвы можно отнести к трём надцарствам (безъядерные - Acaryotae; предъядерные - Procaryotae; ядерные - Eucaryotae) и пяти царствам: вирусы, бактерии, грибы, растения и животные.

Почвенные бактерии образуют три основных класса (А. Н. Красильников): Actinomycetae, Eubacteriae и Myxobacteriae, которые вклю-чают в себя различные по форме и функциям микроорганизмы.

Микроскопические организмы почвы выполняют множество раз-личных функций. Например, они в анаеробных условиях активно фер-ментируют комплексные органические соединения, преобразуя их в про-стые молекулярные соединения, которые легко усваиваются растениями. Важное значение в повышении урожайности растений и улучшении пло-дородия почвы имеют микробы-антагонисты. Это особая группа бакте-рий, грибов, дрожжей и других микроорганизмов, которая вырабатывает различные биологически активные вещества (БАВ), в первую очередь ан-тибиотические вещества, подавляющие рост и развитие патогенной мик-рофлоры.

Микроорганизмы в почве образуют сложный биоценоз, в котором различные их группы находятся между собой в сложных отношениях. Одни из них успешно сосуществуют, а другие являются антагонистами. Цель ЭМ-технологии заключается в создании оптимальных условий для развития полезной микрофлоры приводящей к оздоровлению почвы, по-вышению её плодородия и урожайности возделываемых культур.

В природе виды растений, животных, грибов и микроорганизмов распределяются не случайно. Они всегда образуют определенные, сравнительно постоянные комплексы – природные сообщества. Такие комплексы взаимосвязанных видов, обитающих на определенной территории с более или менее однородными условиями существования, называют .

Биоценоз – сложная природная система, состоящая из разных групп организмов, различающихся по роли, которою они играют в переносе энергии и вещества, по месту, занимаемому в пространстве и в пищевой системе.

В природе можно выделить различные биоценозы: леса, пруда, болота, луга, моховой кочки, разрушающегося пня и т.д. Более мелкие являются в природе частями крупных.

Биоценозы – не случайные собрания разных организмов. В сходных природных условиях и при близком составе видов растений и животных возникают сходные, закономерно повторяющиеся биоценозы.

Члены природного сообщества вязаны прямыми или косвенными пищевыми отношениями, создают среду обитания друг для друга и взаимно регулируют численность.

В любом биоценозе различают три группы организмов: производители органического вещества (зеленые растения), его потребители (растительноядные, всеядные и хищные животные) и разрушители (почвенные черви, бактерии, плесневые ). Отдельные растения живут не изолированно, а совместно, образуя растительные сообщества – группы взаимосвязанных растений разных видов, длительное время произрастающих на одной территории и оказывающих влияние друг на друга и среду обитания.

Примерами растительных сообществ являются лес, болото и луг. Все растения этих сообществ приспособлены к особым условиям совместной жизни. Каждое растительное сообщество расположено на однородной территории. Почва этой территории, влажность, освещенность, температура и другие условия жизни отличаются от таковых в другом сообществе. Роль растений в жизни природного сообщества огромна. Зеленые растения обогащают атмосферный воздух кислородом, необходимым для дыхания подавляющему большинству организмов. В растениях в процессе образуются огромные массы органических веществ, которые затем используются как пища многими обитателями природного сообщества.

Растения влияют на климат, способствуют сохранению влаги, очищают воздух от пыли, задерживают ветер, смягчают зимнюю стужу, ослабляют жару, задерживают снег.

Растения – это убежище для многих животных. Так, птицы устраивают на деревьях, в зарослях травы, используя части растений (ветки, листья, стебли) в качестве строительного материала. Камышовка строит гнездо в зарослях камыша, иволга – на тонких ветках деревьев. Под корой деревьев живут жуки-короеды, на корневой системе находят корм личинки майских жуков.

Заросли растений скрывают животных от врагов. Значение растений в жизни животных настолько велико, что их существование без растений было бы невозможным.

Велика роль растений в формировании почвы. Отмершие растительные остатки (листья, стебли, стволы деревьев) перерабатываются детритофагами – организмами, которые питаются мертвой органикой, образуя почву.

Корни растений скрепляют почву, предохраняя ее от разрушения. Для того чтобы не увеличивать овраги, на их склонах и обрывах рекомендуется сажать деревья.

На современном этапе развития главная цель, стоящая перед школьным образованием, и в том числе перед биологическим, - подготовка культурного, высокообразованного человека, творческой личности. Решение этой глобальной задачи направлено на возрождение духовных, нравственных традиций, приобщение учеников к культуре, созданной за тысячелетнюю историю человечества, формирование нового стиля мышления - биоцентрического, без которого невозможно сохранение жизни в биосфере.

Биология вносит существенный вклад в формирование у школьников научной картины мира, здорового образа жизни, гигиенических норм и правил, экологической грамотности; в подготовку молодежи к трудовой деятельности в области медицины, сельского хозяйства, биотехнологии, рационального природопользования и охраны природы. (3,6)

Содержание биологического образования включает знания об уровне организации и эволюции живой природы; биоразнообразии; обмене веществ и превращении энергии; размножении и индивидуальном развитии организмов, их связях со средой обитания и приспособленности к ней; об организме, его биологической природе и социальной сущности; санитарно-гигиенических нормах и правилах здорового образа жизни. (4,6)

Реализация этих задач осуществляется через программы и учебно-методические образования. В настоящее время существует несколько учебно-методических комплектов по биологии. Учитель может выбрать один из них с учетом особенностей регионов, уровня подготовки учащихся, специализации обучения в школе.

Именно от выбора программы зависит, в какой последовательности и как глубоко учащиеся будут изучать материал.

По программе Сивоглазова В.И., Сухова Т.С., Козлова Т.А. в книге для учителя «Биология: общие закономерности» тема «Биогеохимическая деятельность микроорганизмов» не рассматривается как самостоятельная на отдельном уроке, а является составной частью других тем. Например, на уроке по теме «Значение прокариот в биоценозах, их экологическая роль» изучаются такие вопросы, как участие бактерий во всех процессах, происходящих в органическом мире на Земле; роль бактерий в круговороте веществ, обеспечивающих жизнь на Земле, а также участие бактерий в круговороте важнейших элементов. На уроке по теме «Круговорот веществ в природе» наряду с другими вопросами рассматривается деятельность азотфиксирующих бактерий, благодаря которым атмосферный азот включается в круговорот, а также рассматривается деятельность микроорганизмов, участвующих в круговороте углерода, серы.

Рассмотрим эти уроки более подробно.

ЗНАЧЕНИЕ ПРОКАРИОТ В БИОЦЕНОЗАХ, ИХ ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ»

Опорные точки урока

Бактерии как примитивные формы жизни, обитающие повсюду: в воде, в почве, в пищевых продуктах, во всех географических областях Земли

Участие бактерий во всех процессах, происходящих в органическом мире на Земле

Роль бактерий в круговороте веществ, обеспечивающих жизнь на Земле

Участие бактерий в круговороте важнейших элементов

Болезнетворные бактерии, их роль в дикой природе и в цивилизованном обществе

Бактерии и пищевая промышленность

Роль бактерии в земледелии

Цианеи (сине-зеленые) -- наиболее древние из организмов, содержащих хлорофилл

Индикаторная роль цианей (сине-зеленых) как показателей степени загрязнения водоемов.

Задачи:

1. Охарактеризовать все возможные среды обитания прокариот на нашей планете.

2. Обосновать «вездесущность» бактерий и цианей (сине-зеленых) особенностями их строения, физиологических процессов и жизненных циклов.

3. Сформировать знания учащихся о важной экологической роли прокариот.

Ответьте на вопросы. Выполните задания:

1. Какое строение имеет бактериальная клетка?

2. Охарактеризуйте половой процесс бактерий.

3. На основании каких признаков, присущих сине-зеленым, их можно отнести к прокариотам?

4. Заполните схему, раскрывающую роль бактерий в природе и в жизни человека.

Роль бактерий в природе и в жизни человека

1..... 3..... 5.....

Колоссальную роль в биосфере играют бактерии, заселившие гидросферу, атмосферу в наибольшей степени, - литосферу. Быстрота их размножения и жизнедеятельность влияет на круговорот веществ в биосфере.

Основные положения

1. В биосфере совершается постоянный круговорот активных элементов, переходящих из организма в организм, в неживую природу и снова в организм. Главную роль в этом процессе играют бактерии гниения.

2. Прокариоты в силу своей способности к быстрому размножению обладают громадной генетической изменчивостью и приспособляемостью. По способу питания и использованию энергии различают несколько групп бактерии.

3. Приспособленность каждой группы бактерий к особым условиям среды (узкая специализация жизнедеятельности) приводит к тому, что одни бактерии сменяются другими в одной и той же среде. Например, в почве гнилостные бактерии разлагают органические остатки, выделяя аммиак, который другие бактерии превращают в азотистую, а затем в азотную кислоту. Величайший процесс в биосфере, осуществляемый бактериями, -- разложение при гниении всех мертвых тел всех обитателей Земли.

Справка

Вода, в 1 мл которой содержится 10 бактерий, остается на вид прозрачной, не замутненной.

Вопрос для размышления . Почему Л. Пастер назвал бактерии «великими могильщиками природы»?

Вопросы и задания для повторения.

1. Под действием каких организмов происходит полное разложение органического вещества отмерших особей на нашей планете?

2. Влияние каких экологических факторов может способствовать уничтожению бактерий?

3. Почему загрязнение почвы нефтепродуктами резко отрицательно скажется на состоянии всего биогеоценоза?

4. Почему бактерии относятся к группе: редуцентов в любом биогеоценозе?

5. Каким образом болезнетворные бактерии могут влиять на состояние макроорганизма (хозяина)?

6. В каких случаях в водоемах может наблюдаться массовое размножение синезелёных? К чему это может привести?

Информация для учителя

Бактерии и цианеи (синезеленые) распространены повсюду. Споры бактерий залетают на высоту 20 км, анаэробные бактерии проникают в земную кору на глубину свыше 3 км.

Споры некоторых бактерий сохраняют жизнеспособность при температуре -- 253°С. В одном грамме бактерий свыше 600 млрд. особей. Количество бактерий в одном грамме почвы измеряется сотнями миллионов.

Дополнительное задание

Напишите реферат на тему: «Неделя без бактерий на Земле».

Вопрос 1. В чем заключается значение и эколо­гическая роль прокариот в биоценозах?

Вопрос 2. Каким образом болезнетворные микроорганизмы влияют на состояние макроорга­низма (хозяина)?

Вопрос 3. Опишите строение бактериальной клетки.

Размеры бактериальной клетки обычно со­ставляют от 1 до 15 мкм. Форма клеток очень разнообразна: палочковидные (бациллы), сфе­рические (кокки), спиралевидные (спириллы), в форме запятой (вибрионы). Прокариотиче­ская клетка окружена мембраной обычного строения; кнаружи от мембраны формируется клеточная стенка, в состав которой у большин­ства бактерий входит особое вещество — муреин. Поверх клеточной стенки многие бактерии выделяют слизистую капсулу, которая служит им для дополнительной защиты клетки. В центральной части клетки расположена од­на кольцевая молекула ДНК, не отграничен­ная от цитоплазмы мембраной. Зону клетки, в которой расположен генетический матери­ал, называют нуклеоидом. В клетках про­кариотов нет мембранных органоидов. Их функции выполняют впячивания клеточной мембраны. Во всех бактериальных клетках присутствуют рибосомы, которые похожи по строению на рибосомы эукариот, но меньше по размеру. Некоторые бактерии имеют жгу­тики.

Вопрос 4. Как размножаются бактерии?

Бактерии размножаются простым делени­ем надвое. Перед делением кольцевая ДНК прикрепляется к клеточной мембране. После редупликации клетка начинает расти в длину (за счет, прежде всего, средней части), и две дочерние кольцевые молекулы ДНК, связан­ные с мембраной, оказываются в разных ее концах. Деление завершается образованием межклеточной перегородки. Дочерние клетки могут разойтись или остаться связанными, об­разуя колонии.

Вопрос 5. В чем сущность процесса спорообра­зования у бактерий?

Большинство прокариот способно к обра­зованию спор. Спора — это бактериальная клетка с резко сниженным уровнем обмена веществ, сформировавшая дополнительную внутреннюю защитную оболочку. Спорообразо­вание происходит в неблагоприятных услови­ях (падение влажности, понижение или повы­шение температуры, химическое воздействие). При наступлении благоприятных условий спо­ры «прорастают» и дают начало новой бакте­риальной клетке. Это может произойти даже через сотни и тысячи лет. Споры обладают ко­лоссальной устойчивостью к внешним воздей­ствиям, выдерживают огромные колебания температуры, влажности и давления. В со­стоянии споры бактерии могут легко распрост­раняться при помощи ветра и другими спосо­бами.