MIKROBIOSZ-TALAJMIKROBIOSZ

• Talaj


  Élő szervezetből álló biotikus, valamint különböző vegyületek szilárd és oldott fázisaiból felépülő abiotikus összetevők elválaszthatatlan működéséből létrejövő egységes rendszer
• Talaj

  • Nyílt rendszer – állandó anyagforgalom, aktív, inaktív formák
  • 0-25cm talajréteg – Mikroorganizmusok: 300 g/m²
  • Gerinctelenek: 70 g/m²
  • Gerinces 0,1 g/m²
• Talaj összetevői


  • Humusz: 85 %
  • Növényi gyökerek 10 %
  • Talajflóra és fauna 5 %
• Talajflóra és fauna összetétele

  • Baktériumok 40 %
  • Gombák, algák 40 %
  • Giliszták 12 %
  • Egyéb makrofauna 5 %
  • Mezo és mikrofauna 5%

  
• A természeti erőforrások közül a legjelentősebb a talaj
• Talaj

  • Fizikai hatásával fogadja a földfelszínt érő anyag- és energiaáramokat, ezeket átalakítja és részben tárolja
  • Rendkívül bonyolult rendszer
• Talajban élő mikroorganizmusok anyagcseretípusai

  • Szervetlen vegyületet oxidáló aerob légzők
  • Szerves vegyületet oxidáló aerob légzők
  • Szervetlen vegyületet felhasználó anaerob légzők
  • Szerves vegyületet felhasználó anaerob légzők
  • Erjesztők
• Szervetlen vegyületet oxidáló aerob légzők


  • Redukált szervetlen vegyület + O2 -> H2O + ATP
  • Szervezetüket CO2-ből vagy karbonátok szenéből, mint egyedüli szénforrásból építik fel
  • Energia- és tápanyagforrásként szervetlen vegyületek -> tiszta ásványi összetételű táptalajon szaporodnak
• Szervetlen vegyületet oxidáló aerob légzők


  • A talajban számos növényi tápelem körforgalmának kulcsfontosságú irányítói
  • Szerepük leginkább a nitrogén és kén körforgalomban
  • Nitrifikáló baktériumok (Nitrosomonas fajok)

  
• Szerves vegyületet oxidáló aerob légzők


  • Szerves vegyület + O2 -> H2O + ATP, energia foszfátkötések szintéziséhez
  • Specifitás, eltérnek a felhasználható elektrondonorként szolgáló szerves vegyületek tekintetében
  • Leghatékonyabb energiaszerző mechanizmus
• Szerves vegyületet oxidáló aerob légzők


  • Az aktinomicéták közül egyesek például cellulózt is bontanak
  • Sok gomba lignint degradál
  • Vannak fehérje-, szénhidrát- vagy zsírbontó szervezetek is
  • Talajban nagy tömegben vannak jelen -> a lebontási folyamatok bázisa
• Szervetlen vegyületet felhasználó anaerob légzők


  • Aeroboknál ősibb szervezetek
  • Energia-kihasználás kisebb hatékonyságú, mint az aeroboké
  • Elektronok a transzportlánc végén valamilyen redukálható szervetlen elektronakceptorra jutnak
• Szerves vegyületet felhasználó anaerob légzők

  • Oxidált szervetlen vegyületekkel szerves vegyületet égetnek
  • Általában nitrátokból N2-t, illetve nitrogén-oxidokat juttat a légkörbe
  • Más mikrobák szerves vegyületeket szulfáttal égetik el, és kénhidrogént képeznek
  • Oxigén hiányában vas-ionok segítségével is lehet légzést folytatni, ilyenkor a mikroba a ferri(III)-ionra juttatja az elektront, és ferro(II) alakúvá redukálja azt
• Erjesztők


  • Energianyerés: anaerob körülmények között, szerves vegyületek bontása révén
  • Anaerob körülmények, nincs oxigén, nincs elektron akceptorként használható oxidált anorganikus vegyület
  • Szerves vegyület égetése anaerob viszonyok között, kis hatékonysággal
  • Hátrahagyott nagy mennyiségű kihasználatlan szerves vegyületek (toxikus is lehet)
• Nem szimbiotikus nitrogénkötők

  • Szabadonélő
  • Asszociatív

  
• Nem szimbiotikus nitrogénkötők

  • Azotobacteriaceae család – nitrogénkötésük évi 2-3 kg N/hektár
  • Azotobacter-baktérium által képzett növényi növekedést elősegítő anyagok
  • Különösen laza, szervesanyagban gazdag, semleges vagy enyhén lúgos pH-jú talajban, gabonafélék esetében sikeres

  
• Nem szimbiotikus nitrogénkötők

  • Bacillus
  • Azospirillum
  • Pseudomonas
  • Klebsiella
  • Beijerinckia
  • Azospirillum fajok
  • Anabaena
  • Nostoc
• Szimbiotikus nitrogénkötők

  • Legjellemzőbb: Rhizobium
  • N2 –fixáló szimbiontákat tartalmazó gümők nem pillangósvirágú, fás szárú növények gyökerein (Alnus, Discaria, Myrica) is kialakulhatnak
  • A koralloid alakú gümőkben nitrogénfixáló sugárgomba (Frankia sp.) él

  
• Mikroorganizmusok

  • Pseudomonas
  • Klebsiella
  • Beijerinckia
• Beijerinckia


  Csak trópusi talajokban

  
• Azospirillum fajok

  • Asszociatív nitrogénkötés
  • Fűfélék
  • Takarmányfüvek (Serratia, Digitaria, Brachiara)
  • Kukorica
  • Búza
  • Rizs
• Önálló fotoszintézisre képes cianobaktériumok

  • Anabaena
  • Nostoc
• Szimbiotikus nitrogénkötők

  • Legjellemzőbb: Rhizobium
  • N2 –fixáló szimbiontákat tartalmazó gümők nem pillangósvirágú, fás szárú növények gyökerein (Alnus, Discaria, Myrica) is kialakulhatnak
  • A koralloid alakú gümőkben nitrogénfixáló sugárgomba (Frankia sp.) él

  
• Szimbiotikus nitrogénkötők: a Cycasok kérgének légtereiben különálló réteget képező cianobaktériumok

  
• Ammonifikálók

  • Az elpusztult szervezetek nitrogéntartalmú szerves anyagaiból a nitrogént ammónia alakjában szabadítják fel
  • Köztük vannak szubsztrátspecifikusok: csak fehérjét, egyszerű aminosavakat, karbamidot hasznosítanak
  • Nitrogénfelesleg - ammónia toxikus hatású → mikrobák károsodása
  • Fehérjebontás: aerob - Pseudomonaceae és Eubacterium, anaerob - Clostridium

  
• Nitrifikáló mikrobák

  • Tipikus kemolitotróf, szervetlen vegyületeket oxidáló szervezetek
  • Ammónia oxidációja két lépésben: ammóniát több lépésben nitritté (pl. Nitrosomonas, Nitrosococcus), nitritet nitráttá (pl. Nitrobacter)
  • Ezek a mikrobák általában kis csíraszámban vannak jelen a talajban, de gyakorlati jelentőségük igen nagy
  • A nitrátokat a növények könnyebben hasznosítják, mint az ammóniát
  • A nitrifikáció legnagyobb intenzitással neutrális talaj pH-nál folyik
  • Tömöttebb, gyengén átlevegőzött talajban a nitrifikáció háttérbe szorul

  
• Denitrifikáló mikroorganizmusok

  • Denitrifikáció: a talajoknak nitrátokból kiinduló nitrogén, dinitrogén-oxid vagy nitrogén-monoxid alakjában jelentkező nitrogénveszteség
  • Anaerob nitrátlégző szervezetek oxigén hiányában szerves vegyületeket nitráttal égetnek el (pl. Paracoccus denitrificans, Pseudomonas denitrificans, Bacillus stearothermophilus)

  
• Cellulózbontó mikrobák

  • Cellulóz β-1,4-kötésű D-glükózok lánca
  • Évente 3 x 10^10 tonna szén transzformálódik szerves anyaggá, egyharmada cellulóz 1 x 10^10 tonna
  • Növények sejtfala: cellulóz, hemicellulóz, lignin → támasztás, szilárdítás
  • Bontásáért a celluláz, többkomponensű enzimrendszer
  • Számos szervezet bontja (komplett celluláz-enzimrendszer: Termomospora, Trichoderma), (pszeudocellulolitikus mikrobák, endoglükanázzal: Bacillus, Erwinia)
  • A cellulózbontásban a fixált nitrogénnek és nedvességtartalomnak van döntő szerepe
  • Savanyúbb közegben a fonalasgombák, kevésbé savas közegben aktinomicéták és a Cytophaga baktériumok az intenzívebb cellulózbontók
  • Semleges és lúgos pH-jú talajokban a Cellvibrio-fajok aktivitása jelentős
• Celluláz

  • Endo β-1,4-glükanáz (amorf szakaszokat)
  • Cellobiohidroláz (cellobióz szabadul fel)
  • β –glükozidáz (hatására glükózzá bomlik)
• Cellulózbontó mikrobák

  • Komplett celluláz enzimrendszerrel bírók (Termomonospora, Trichoderma)
  • Pszeudocellulolitikus mikrobák: csak endoglükanáz (Bacillus, Erwinia)
• Rizoszféra

  A gyökér által fizikailag és kémiailag befolyásolt talajrégió
• Rizoszféra-effektus

  • Gyökereket nem tartalmazó talajban élő mikroorganizmusok száma: R/S
  • Baktériumok esetén akár 100!
  • Hifoszféra: gombamicélium alkotta tömeg
  • Tágabb értelemben: gyökérzet felületéhez tapadó talajrészecskék
  • Szűkebb értelemben: gyökerekhez kb. 2 mm távolságra eső talajréteg
  • Rizoplán: gyökerek felületén, a felszíni nyálkaréteg
  • Gyökérváladékok szelektáló hatása
• Gyökérváladékok

  • Homoszerin, aszparagin-, és a glutaminsav a legjellemzőbb aminosavak
  • Szervessavak (ecetsav, propion-, bután-, malonsav; elemek abszorpciója, transzlokációja)
  • Enzimek (dehidrogenázok, foszfatázok)
  • Vitaminok
• Rizoszféra mikrobaközössége

  • Gram-negatív, spórát nem képző, pálcika alakú baktériumok élnek
  • Gram-pozitív, spóraképző pálcikák, pleomorf pálcikák és kokkuszok száma sokkal kisebb
  • Pseudomonas-nemzetség, Agrobacteriumok
  • Rhizobiumok a pillangós növények rizoszférájának jellegzetes alakjai
  • Számos más baktérium is jelen van a rizoszférában
  • Gyökerek közelében felszaporodnak az aminosavakat és növekedési faktorokat igénylő gombák száma
  • Gyökerek mikroba népességének összetétele eltér a talajétól
• Mikroorganizmusok jelentősége a növény szempontjából

  • Közreműködnek a növény és talaj közötti tápanyagforgalomban, biztosítva a növény nitrogén-, foszfor- és káliumszükségletét, vas-, kén- és mangánellátásban is részt vesznek
  • Elemek mobilizálása és immobilizálása
  • Rizoszféra-mikrobák 50%-a képes tiamin, riboflavin valamint pantoténsav képzésére, aminosavakat, vitaminokat, indol-3-ecetsavat és indol-származékokat kisebb mennyiségben előállítani
  • Hatással vannak a gyökérfejlődésre és a növény egészségi állapotára
• A gyökerek mikroba népességének összetétele eltér a talajétól
• Rizoszféra mikrobaközössége

  Drivers of bacterial community composition in forest soils and features of bacterial ecology in the rhizosphere, litter/deadwood, and soil compartments of the forest floor
• Mikroorganizmusok jelentősége a növény szempontjából

  • Közreműködnek a növény és talaj közötti tápanyagforgalomban, biztosítva a növény nitrogén-, foszfor- és káliumszükségletét, vas-, kén- és mangánellátásban is részt vesznek
  • Elemek mobilizálása és immobilizálása
• Mikroorganizmusok jelentősége a növény szempontjából

  • Rizoszféra-mikrobák 50%-a képes tiamin, riboflavin valamint pantoténsav képzésére, aminosavakat, vitaminokat, indol-3-ecetsavat és indol-származékokat kisebb mennyiségben előállítani
  • Hatással vannak a gyökerek tápelem- és vízfelvételére, aminosav-kiválasztására, enzimaktivitására, végső soron a növény növekedésére
• Earthworms building up soil microbiota