کاوشی در میکروب خاک

کاوشی در میکروب های خاک

میکروب شناسی خاک

خاک مخلوط نسبتا پیچیده ای از مواد معدنی جامد (صخره ها و کانی ها) آب، هوا و جانداران و فرآورده های آنها می باشد. در مواد خاک تغییرات شیمیایی و فیزیکی متعددی رخ می دهد. فوقانی ترین لایه خاک از لحاظ حضور جانداران حائز اهمیت می باشد. بافت فیزیکی، ترکیب شیمیایی، منشا، عمق و حاصلخیزی این لایه فوق العاده متفاوت است.

میکروب های خاک

خاک یکی از مخازن عمده میکروب ها محسوب می شود. خاک زراعی مرغوب به وسعت زمین فوتبال محتوی توده میکروبی است به وزن یک گاو، که در آن زمین می چرخد. ولی ظرفیت متابولیکی این تعداد انبوه میکروب ها احتمالا صد هزار برابر گاو مـی باشد. با این حال، اندازه گیـــری دی اکسید کربن رها شده از خاک و شواهد دیگر نشان می دهد که میکروبها در شرایط کمبود مواد غذائی به سر برده و با سرعت کمی تولید مثل می کنند. هنگامیکه مواد غذائی به خاک افزوده می شود، توده های میکروبی و فعالیت آنها به سرعت افزایش می یابد و در نتیجه مواد غذائی خاک مجددا کم می شود و در این حال در سرعت پائین به تولید مثل خود ادامه می دهند. فراوان ترین میکروب ها در خاک باکتریها هستند، خاک باغچه در هر گرم محتوی میلیون ها باکتری است.

در چند سانتیمتر از بخش فوقانی خاک تعداد میکروب ها حداکثر بوده و به تدریج هر چه عمق بیشتر می شود، تعداد آنها رو به کاهش می گذارد. تعداد باکتری ها را با روش کشت در بوات تعیین می کنند و احتمالا تعداد واقعی آنها دقیقا تخمین زده نمی شود. زیرا، یک نوع محیط کشت یا شرایط رشد نمی تواند امکانات لازم را برای رشد فراوان انواع میکروب ها در خاک فراهم سازد.

آکتینومیست ها گر چه جزء باکتریها رده بندی می شوند، ولی بطور جداگانه در خاک مورد مطالعه قرار می گیرند. این دسـته از میکروب ها ماده ای به نام ژئو زمین در خاک تولید می کنند که بوی کپک زده به خاک می دهد. در این دسته از میکروب ها تولید مثل بوسیله اسپورهای غیر جنسی و قطعه قطعه شدن میسلیوم انجام می گیرد. توده واقـعی زیاگـان (توده کـلـی جانداران در حجم معین) در مورد آکتینومیست ها احتمالا در حد باکتری ها است. این دسته از میکروب ها بویژه گونه های استرپتومیسس از لحاظ تولید آنتی بیوتیک اهمیت دارند.

قارچـها به تـعداد کـمتر از باکـتری ها و آکتـیـنومیـسـت ها در خـاک یافـت مـی شـوند. چون بسیاری از کلـنی های قارچی که از تندش اسپور غیر جنسی در محیط های کشت تشکیل می شود، شمرده می شود. لذا، رابطه واقعی بین شمارش و توده قارچها مورد تردید قرار می گیرد. مجموع توده قارچها احتمالا برابر مجموع توده باکتری ها و آکتینومیست ها می گردد، زیرا، ابعاد میسلیوم قارچ چندین بار بیشتر از ابعاد سلول های باکتری است. کپک ها بیش از مخمر ها در خاک دیده می شوند.

جلبک ها و سیانوباکترها گاهی توده های انبوهی بر روی خاک های مرطوب تشکیل می دهند و همچــنین در خاک های خشک بیابانی نیز دیده می شوند. این دسته از میکروب ها غالبا در لایه سطحی خاک جائیکه تابش نور خورشید، آب و دی اکسید کربن فراوان است، رشد می کنند. معهذا، تعداد زیادی از جلبک ها و سیانوباکترها تا عمق ۵۰ سانتیمتری خاک نیز دیده می شوند. اهمیت این دسته از میکروب ها و تغییراتی که در محیط ایجاد می کنند، در مواد خاصی جالب توجه است. بعنوان مثال، تثبیت ازت جوی در مراتع، نواحی توندرا توسط برخی از گونه های سیانوباکترها انجام می گیرد و در نواحی بیابانی بعد از بارندگی این عمل سیانوباکترها در حاصلخیزی خاک اهمیت دارد.

میکروب های بیماری زا در خاک

برای میکروب های بیماریزای انسانی که به زندگی انگلی عادت کرده اند، خاک محیط نامساعدی است. حتی برخی انواع بیماریزای نسبتا مقاوم نظیر گونه های سالمونلا هنگامیکه وارد خاک می شوند، فقط مدت چند هفته یا چند ماه می توانند زنده بمانند. اغلب میکروب های بیماریزای انسانی که قدرت زندگی را در خاک دارند، انـواع اسپوردار می باشند. اسـپـوربا سیلوس آنتراسیس (عامل سیاه زخم در حیوانات) در برخی از خاکها، دهها سال به حالت زنده به سر برده و سرانجام هنگامیکه بوسیله حیوانات چراگر خورده می شود، تندش حاصل می نماید. در مدفون کردن لاشه حیوان آلوده به سیاه زخم، احتیاط لازم را باید به کار گرفت تا از آلوده شدن خاک بوسیله اسپورهای این باکتریها جلوگیری شود.

کلاستریدیوم تتانی (عامل کزاز)، کلاستریدیوم بوتولینم (عامل بوتولیسم) و کلاستریدیوم پر فرنجنس (عامل قانقرن گازی) نیز مثالهای دیگری از میکروبهای بیماریزای اسپوردار ساکن خاک می باشند. از این محیط این میکروبها در مواد غذائی یا نواحی زخمی بدن وارد شده و پس از رشد سمومی ایجاد می کنند.

میکروبهای بیماریزا در گیاهان غالبا ساکن خاک می باشند. اکثر میکروبهای بیماریزای خاک را قارچها تشکیل می دهند، زیرا، این دسته قادرند در رطوبت کم سطح گیاهان رشد نمایند. بسیاری از زنگ ها، سیاهک ها، سوختگی ها و پژمردگی ها در گیاهان بوسیله قارچهائی که قادرند بخشی از چرخه زندگی خود را در خاک طی کنند، ایجاد می گردد. برخی از میکروبـهای خاکزی در حشـرات بیماریـزا هسـتند و از ایـنرو می توان برای مبارزه با آفات از آنها استفاده کرد. بعنوان مثال، باسیلوس ترانجینسیس خاکزی بوده و در لارو بسیاری از حشرات بیماریزا است و امروزه از آن برای کنترل حشـرات استـفـاده می شود. اسپور بلعیده شده بوسیله حشره تندش یافته و باسیل حاصل کریستال پروتئینی سمی تولید می کند، که سرانجام حشره را می کشد. در خاک انواع دیگری از میکروبهای بیماریزا در حشرات یافت می شود مانند ویروس ها و قارچها و تحقیقات در مورد آنها برای استفاده جهت مبارزه با آفات در حال پیشرفت است.

تاثیر میکرو ارگانیسم ها در روی خاک

با وجود آنکه بعضی از میکرو ارگانیسم ها در گیاهان ایجاد بیماری می کنند و اکثرا این بیماریها در مزرعه توسط آب پخش می شوند، ولی حیات خاک وابستگی زیادی به فعالیت میکرو ارگانیسم های آن دارد.

فوائد این میکرو ارگانیسم ها عبارتند از:

۱- ایجاد خاک در اثر تجزیه سنگها و صخره ها

۲- استحکام خاک: توسط میکرو ارگانیسم های رشته ای مانند قارچ ها، استرپتومیست ها، اکتینومیست ها و جلبک ها.

۳- حفظ تعادل اکولوژی در خاک: این تعادل توسط باکتریوفاژها، ویروس ها، پروتوزئرهای شکاری و میکسو باکتریها انجام می گیرد که با خوردن میکرو ارگانیسم های دیگر در فلور میکروبی خاک تعادل به وجود می آورند.

۴- تجزیه سموم کشاورزی

۵- از بین بردن حشرات موذی: بسیاری از باکتری ها بر ضد حشرات توکسین ایجاد می کنند. از این میان باسیلوس پوپیلیه که سوسک ژاپنی را از بین می برد و باسیلوس تورنجینسیس که بر ضد پشه مالاریا استفاده می شود را می توان نام برد.

۶- چرخه عناصر: میکرو ارگانیسم ها نقش مهمی در چرخه کربن و ازت دارند و بیشتر ازت موجود در خاک توسط باکتری ها تامین می گردد و در اثر فتوسنتز CO2 به مواد آلی تبدیل می شود و میکرو ارگانیسم ها در اثر تجزیه این مواد  CO2 را به جو بر می گردانند.

باکتری های موجود در خاک

با وجود آنکه باکتری ها زیاد در خاک وجود دارند، ولی بعضی از آنها اهمیت بیشتری در خاک دارند. به طور کلی در خاکهای با ظرفیت ۲۰ درصد رطوبت میکرو ارگانیسم ها به صورت فعال وجود دارند. بعضی از باکتریها مانند کلستریدیوم و باسیلوس به علت داشتن اسپور در خاک خشک نیز دیده می شوند. باکتری های خاک نقش اصلی را در چرخه عناصر دارند و مهمترین آنها عبارتند از:

باکتری ها هوازی و میکرو آئروفیلیک میله ای یا کوکسی گرم منفی.

این دسته از باکتری ها در گروه ۴ برگی قرار گرفته اند و اکثر آنها میله ای و یا کوکسی گرم منفی می باشند.

جنسهای مهم این گروه عبارتند از:

آگروباکتریوم

این باکتری گرم منفی است و دارای پلاسمید Ti می باشد و بیماری گال را به سیب زمینی و گوجه فرنگی و تنباکو انتقال می دهد. امروزه از این باکتری در مهندسی ژنتیک برای وارد کردن ژن مطلوب به گیاه استفاده می کنند. بعضی از گونه های این باکتری فاقد قدرت ایجاد گال می باشند.

ازتوباکتر

این باکتری میله ای تاکوکسی گرم منفی است، در حالی که تشکیل اسپور نمی دهد. گاهی کیست ایجاد می کند، توسط فلاژن پیرامونی حرکت می کند، ول‍ی گونه های غیر متحرک نیز در میان آنها وجود دارد. این باکتری تثبیت کننده ازت است و ۱۰ میلی گرم نیتروژن به ازای مصرف هر گرم قند تولید می کند. برای تثبیت ازت به مولیبدن و یا وانادیوم احتیاج دارد. کاتالاز این باکتری مثبت است و در ۴/۸-۵/۸ pH رشد می کنند. تعداد آن در اطراف ریشه ها بیشتر است.

آزوموناس

یک باکتری گرم منفی میله ای است که قادر به تشکیل کیست نمی باشد. کاتالاز مثبت بوده و در شرایط اسیدی ۸/۴-۶/۴ تثبیت ازت انجام می دهد.

آزوریزبیوم

یک باکتری گرم منفی تثبیت کننده ازت است. ولی باوجود آنکه خود باکتری هوازی است، تثبیت ازت را در شرایط میکرو آئروفیلیک انجام می دهد.

بیژرنکیا

به صورت میله ای و یا خمیده در مناطق حاره ای وجود دارد.

موچوآ

این باکتری تثبیت ازت را در شرایط هوازی و یا میکرو آئروفیلیک انجام می دهد و دارای کیست و کپسول است و در ۳-۱۰pH  قادر به رشد است.

برادی ریزوبیوم

یک باکتری گرم منفی تشکیل دهنده غده در سویا می باشد. بعضی از گونه های آن در حالت آزاد نیز قادر به تثبیت ازت می باشد. این باکتری توسط تاژکهای قطبی حرکت می کند.

دلئیا

این باکتری شدیدا نمک دوست است و در خاکهای شور یافت می شود. ولی اکثر گونه های آن دریازی می باشند.

درکسیا

یک باکتری میله ای گرم منفی تثبیت کننده ازت می باشد که به صورت اتوتروفی نیز می تواند از هیدروژن و متان به عنوان منبع انرژی استفاده کند. در خاکهای حاره ای یافت می شود.

پسودوموناس

یک باکتری میله ای گرم منفی، متحرک و هوازی می باشد که تست اکسیداز آن مثبت و یا منفی و کاتالاز مثبت می باشد.

ریزوبیوم

یک باکتری میله ای متحرک گرم منفی همراه با ذخیره چربی پلی B هیدروکسی بوتیرات است. این باکتری قادر به ایجاد غده در گیاهان بوده و ازت را تثبیت می کند.

ریزوموناس

یک باکتری گرم منفی بیماریزا در کاهو می باشد. این باکتری اکسیداز و کاتالاز مثبت است.

گزانتوباکتر

این باکتری ها پلی مورف، غیر متحرک و یا متحرک، کاتالاز مثبت و گرم منف‍ی هستند.

گزانتوموناس

باکتری های میله ای بدون ذخیره چربی می باشند و احیاء نیترات را انجام نمی دهند. اکسیداز منفی و کاتالاز مثبت بوده و مانند گزانتوباکتر کلنی های رنگی تولید می کنند.

باکتری های احیا کننده سولفات

این گروه از باکتری ها شدیدا ب‍ی هوازی، گرم منفی و تولید کننده SH2 می باشند و طبق تقسیم بندی برگی در گروه ۷ قرار گرفته اند.

این گروه از ۴ زیر گروه تشکیل شده است:

الف: زیرگروه اول شامل باکتری های منفی اسپوردار مانند دسولفوتو ماکولوم می باشد.

ب: زیر گروه دوم باکتری های تولید کننده استات از مواد آلی می باشند. مانند دسولفو لوبوس، دسولفو موناس، دسولفو میکروبیوم و دسولفو ویرید.

ج: زیر گروه سوم باکتری هایی می باشند که SH2 تولیدمی کنند و ترکیبات آلی را به CO2 تبدیل می کنند. مانند دسولفو باکتر، دسولفو باکتریوم و دسولفو کوکوس.

د: زیر گروه چهارم باکتری های تولید کننده SH2 و ترموفیل می باشند، مانند دسولفورو موناس.

باکتری های بی هوازی، فتوسنتز کننده

این باکتری ها در شرایط بی هوازی در مجاور نور یافت می شوند و بیشتر در پساب و شالیزارهای برنج وجود دارند. این باکتریها در گروه ۱۰ برگی قرار گرفته اند و ۷ زیرگروه در آنها وجود دارد.

زیر گروه اول

این باکتری ها از SH2 به عنوان منبع الکترون برای تثبیت CO2 استفاده می کنند و گوگرد را درون سلول رسوب می دهند.

این گروه دارای کلروفیل a و b می باشند. مانند کروماتیوم، تیوکاپسا، تیوسیستیس، تیواسپیریلیوم.

زیر گروه دوم

این باکتری ها قادرند از سولفید و یا سولفات به عنوان منبع الکترون استفاده کنند. دارای کلروفیلa  وb  می باشند. ولی رسوب گوگرد برون سلولی است، مانند اکتوتیوردوسپپیرا.

زیر گروه سوم

این باکتری ها با وجود آنکه فتوسنتز انجام می دهند، ولی مواد آلی را نیز جذب می کنند. ممکن است از سولفید یا تیوسولفات بعنوان منبع الکترون برای تثبیت CO2 استفاده کنند و گوگرد را به صورت برون سلولی رسوب دهند و بعضی از آنها به نیاسین، تیامین و ریبوتین برای رشد احتیاج دارند. مانند رودو باکـتر، رودو میـکروبیوم، رودو سپودوموناس، رودو اسپـیریلیوم

زیر گروه چهارم

این باکتری قادر به مصرف ترکیبات گوگردی به عنوان منبع الکترون نمی باشند. شدیدا بی هوازی و دارای باکتریو کلروفیل g می باشند، مانند هیلو باسیلوس و هیلو باکتریوم.

زیر گروه پنجم

این باکتری ها سولفید و یا سولفور را به عنوان منبع الکترون برای تثبیت CO2 به کار می برند و رسوب سولفور را در بیرون از سلول به جا می گذارند، مانند کلروبیوم دارای باکتریو کلروفیل c وd  می باشند. بعضی از باکتریهای قهوه ای در این گروه کلروفیل e دارند.

زیر گروه ششم

باکتری های این گروه رشته ای و دارای حرکت لغزنده می باشند. قادر به مصرف مواد آلی می باشند و مواد آلی را به عنوان منبع الکترون ترجیح می دهند، مانند کلروفلکس و هلیو تریکس

زیر گروه هفتم

باکتری های این گروه هوازی، شیمیو هتروتروف می باشند و دارای باکتریو کلروفیل a هستند، مانند اریترو باکتر.

باکتری های اتوتروف

باکتریهای این گروه به سه زیر گروه تقسیم می شوند:

زیر گروه ۱

این باکتری ها اکسید کننده گوگرد می باشند، ولی فتوسنتز کننده نیستند. اکثر این باکتریها گرم منفی هوازی می باشند. اکسیداسیون گوگرد را در شرایط هوازی انجام می دهند، مانند ماکرو موناس، تیو باکتریوم، تیو دندرون، تیو اسپیرا، تیوولوم و تیو باسیلوس.

زیر گروه ۲

باکتری های این گروه زیر گروه آهن و منگنز را اکسید و یا ذخیره می کنند. این باکتریها نیز گرم منفی هوازی هستند و باکتریهای مگنتو تاکتیک جزء این زیر گروه هستند. باکتریهای این گروه عبارتند از گالیونلا، لپتواسپیریلوم، متالوژنیوم، سیدرو کاپسا، سیدرو کوکوس و سولفو باسیلوس

زیر گروه ۳

باکتریهای نیتریـفیـکاتور در این زیر گروه قرار دارند و به دو بخش A و B تقسـیم می شوند. در بخـش A باکـتریهای اکـسـید کـننده نیـتریت مانـند نیترو باکتر، نیترو سپیرا و نیترو کوکوس وجود دارند. باکتریهای این بخش همگی گرم منفی هوازی بدون اسپوراتوتروف می باشند. باکتریهای بخش B باکتریهای اکسید کننده آمونیاک می باشند. این باکتریها عبارتند از نیتروزوموناس، نیترو کوکوس و نیتروزواسپیرا.

باکتری های زائده دار جوانه زن

این گروه از باکتری ها دارای زائده و خار می باشند. به زائده های آن پروستکا می گویند. معمولا در چرخه عناصر خاک نقشی ندارند و همگی هتروتروف می باشند. بعضی از آنها مانند هیفومیکروبیوم، لبریز و استلا آبزی می باشند.

گالیونلا با وجود آنکه جزء باکتریهای اکسید کننده آهن گرم منفی می باشند، ولی به علت داشتن زائده و پایه در این گروه قرار می گیرند.

باکتری های غلافدار

این باکتری ها همگی گرم منفی، واجد غلاف و اکثرا آبزی می باشند و به ندرت در خاک دیده می شوند. مانند کلونوتریکس، کرنوتریکس، لپتوتریکس و اسفروتیلوس.

لپتوتریکس نیز قادر به اکسید کردن منگنز و آهن می باشد، ولی از آن به عنوان منبع انرژی استفاده نمی کند.

باکتری های لغزنده غیر فتوسنتز کننده

این گروه نیز باکتری گرم منفی غیر فتوسنتز کننده می باشند. بعضی از آنها منفرد (مانند فلکسی باکتر) و بعضی رشته ای (مانند بژیاتوا) می باشند. اکثرا هوازی هستند، ولی در شرایط میکرو آئروفیلیک نیز وجود دارند. بعضی از باکتریهای این گروه با وجود آنکه هتروتروف هستند، ولی قادر به اکسید کردن گوگرد می باشند. مانند بژیاتوآ، تیوپلوکا و تیوتریکس. تیوتریکس آرایش رزت مانند دارد و در اطراف چشمه های آب گوگردی دیده می شود.

باکتری های اسپوردار

این باکتریها گرم مثبت، هوازی و یا بی هوازی می باشند. گسترش آنها در خاک بسیار است و در پوسیدگی ترکیبات آلی و کودهای حیوانی و کمپوست نقش دارند. چون قادر به تولید اسپور می باشند، در شرایط نامساعد مقاومند و به اسپور تبدیل می شوند. باسیلوس و آمفی باسیلوس هوازی می باشند، در حالی که کلستریدیوم و دسولفوتوماکولوم بی هوازی هستند.

باکتری های گرم مثبت، بی نظم، بدون اسپور

این گروه از باکتریها گسترش بسیاری در خاک دارند و در تشکیل خاک و یا تجزیه ترکیبات گزانتوبیوتیک مؤثر هستند. بعضی از آنها هوازی و بعضی از آنها بی هوازی هستند. مهمترین باکتریهای خاکزی این گروه عبارتند از اکتینومایسس، آتروباکتر، سلولوموناس، کورینه باکتریوم، یوباکتریوم، وپروپیونی باکتریوم.

میکوباکتریوم ها

این باکتریها گرم مثبت اسیدفاست، هوازی و هترتروف می باشند. این باکتریها کند رشد می باشند و جداسازی آنها مشکل است، ولی در خاک، خاک برگ و کود وجود دارند. در تجزیه علف کش ها و حشره کش ها و تجزیه سموم مؤثر می باشند.

اکتینومیست ها

۴۰ درصد از باکتریهای خاک در این گروه قرار دارند. باکتریهای استرپتومیست، نوکاردیافورم، اکتینومیست و فرانکیا در این گروه قرار گرفته اند. این دسته از باکتریها به علت آنکه رشته ای هستند، باعث استحکام بافت خاک می شوند و آن را در مقابل باد و باران حفظ می نمایند. بعضی از این باکتریهای این گروه گرم مثبت می باشند و اکثرا تولید کننده آنتی بیوتیک می باشند و در نتیجه تعادل اکولوژی در خاک بوجود می آورند. باکتریهای گروه های دیگر برگی کمتر در خاک یافت می شوند.