Rola mikroorganizmów glebowych

Gleba jest środowiskiem, w którym w 1 g występuje około 10²-10⁷ różnych mikroorganizmów, w tym bakterii, drożdży, grzybów pleśniowych i promieniowców. Czy tak duża liczebność mikroorganizmów w glebie wiąże się z korzyściami? Oczywiście tak, a korzyści związane z obecnością oraz działalnością mikroorganizmów glebowych są związane zarówno ze środowiskiem, jak i zdrowiem człowieka. Działalność mikroorganizmów glebowych oraz możliwość wykorzystania ich naturalnych właściwości fizjologicznych można sklasyfikować w trzech obszarach, tj.: przemiany związków organicznych oraz zwiększenia ich dostępności dla roślin, samooczyszczania środowiska z substancji niebezpiecznych oraz produkcji związków mających zastosowanie w przemyśle spożywczym, chemicznym oraz kosmetycznym [1,2,3].

W zakresie przekształcenia związków organicznych oraz zwiększenia ich dostępności dla roślin głównymi rolami mikroorganizmów w glebie są:

– rozkład i mineralizacja związków organicznych występujących w szczątkach roślinnych i zwierzęcych, co wprowadza pierwiastki występujące w przyrodzie do ponownego obiegu,

– poprawa struktury i żyzności gleby (tworzenie próchnicy),

– oddziaływanie z korzeniami roślin (bakterie ryzosferowe oraz grzyby mikoryzowe – w glebie strefy przykorzeniowej)

Mikroorganizmy glebowe pełnią przede wszystkim ważną rolę w obiegu pierwiastków w środowisku naturalnym. Najważniejszą funkcję w tym zakresie pełnią bakterie przekształcające azot, wolno żyjące bakterie wiążące azot atmosferyczny, ale także odpowiedzialne za przekształcenie węgla, siarki i fosforu. Rozkład organicznych związków węgla przez mikroorganizmy jest jednym z głównych cykli umożliwiających krążenie pierwiastków w biosferze. Fosfor w postaci apatytu, fosforytu i jego licznych pochodnych jest uwalniany z udziałem licznych gatunków oraz grzybów będących w związkach symbiotycznych z korzeniami roślin wyższych (bakterie ryzosferowe i grzyby mikoryzowe). Szacuje się, że bakterie kumulują 10 razy więcej fosforu niż cała roślinność globu ziemskiego [2,3]. Siarka, podobnie jak azot, jest przekształcana przez mikroorganizmy na drodze utleniania i redukcji. Z kolei przemiany między różnymi formami azotu w środowisku są prowadzone głównie przez mikroorganizmy. Podstawowym rezerwuarem azotu jest atmosfera, gdzie jest obecny azot cząsteczkowy –  N₂. Ulega on przekształceniu do jonów amonowych w procesie wiązania azotu cząsteczkowego, z udziałem bakterii wolnożyjących i symbiotycznych. Zdolność do wiązania azotu mają tylko nieliczne gatunki bakterii. Do bakterii wolnożyjących najwydajniej wiążących azot zalicza się bakterie z rodzaju Azotobacter, w polskich glebach występuje powszechnie Azotobacter chroococcum. Wydajność wiązania azotu przez te wolno żyjące bakterie wynosi od 1 do 5 kg x h^-1 x rok^-1[2,3]. Z kolei bakterie brodawkowe z rodzaju Rhizobium sp. wchodzą w symbiozę z korzeniami roślin motylkowatych (groch, koniczyna, fasola, soja), wiążąc azot w wydajnością do 300 kg N/ha. Warto także wspomnieć, że nie tylko bakterie, ale także grzyby wchodzą w zależności z korzeniami roślin (mykoryza). Mykoryza to proces, który polega na zwiększeniu powierzchni korzeni roślin, co przyczynia się do wydajniejszego pobierania wody, grzyby natomiast otrzymują sole mineralne i produkty fotosyntezy [2,3]. Obok wiązania azotu przez bakterie wolnożyjące oraz symbiotyczne, ulega on także przemianom do jonów amonowych, które są utleniane (nitryfikacja) dwustopniowo do azotanów przez dwie grupy bakterii: nitrozo- oraz nitrobakterie. Powstałe jony azotanowe mogą być redukowane do azotu cząsteczkowego na drodze redukcji (denitryfikacji). Jony amonowe i azotany są źródłem azotu dla różnych organizmów: bakterii, grzybów, fitoplanktonu oraz roślin i wbudowywane do aminokwasów, białek i zasad organicznych, które są niezbędne dla funkcjonowania organizmów żywych [2,3].

Warto również wspomnieć, że naturalne właściwości mikroorganizmów glebowych do przekształcania materii organicznej zainspirowały naukowców do opracowania biopreparatów bazujących na mikroflorze gleby. Biopreparaty oparte na mikroorganizmach stanowią alternatywę dla powszechnie stosowanych środków ochrony roślin. Mikroorganizmy zawarte w biopreparatach dostarczają roślinom hormonów, witamin, aminokwasów i stymulatorów, co powoduje ich lepszy wzrost i rozwój, zwiększają przyswajalność trudnodostępnych pierwiastków oraz poprawiają warunki do tworzenia próchnicy w glebie. Zadaniem biopreparatów mikrobiologicznych stosowanych w rolnictwie jest przede wszystkim poprawa wzrostu roślin, jakości plonów, żyzności gleb oraz ochrona roślin i korzeni przed różnymi patogenami [4].

Kolejnym, także bardzo ważnym zadaniem mikoroorganizmów glebowych jest usuwanie substancji toksycznych oraz metali ciężkich, które do gleby dostają się m.in. z odpadami oraz ze ściekami przemysłowymi i komunalnymi. W glebie występują zarówno bakterie jak i grzyby, które mają naturalne właściwości do „samooczyszczania” tego środowiska i usuwania niebezpiecznych substancji w celu otrzymania związków mniej toksycznych lub nietoksycznych. Taką naturalną właściwość mikroorganizmów do usuwania zanieczyszczeń nazywamy bioremediacją. Jest to metoda, która znalazła zastosowanie do remediacji gleb zanieczyszczonych głównie związkami organicznymi tj.: paliwami (ropą, benzyną, olejem napędowym), rozpuszczalnikami, pestycydami, barwnikami przemysłowymi, farmaceutykami. Mikroorganizmy rozkładają związki organiczne w celu uzyskania z nich substancji pokarmowych oraz energii. Na przebieg i wydajność procesu bioremediacji mają wpływ warunki środowiskowe tj.: dostępność wody i tlenu, odczyn i temperatura gleby oraz zasobność w makro- i mikroelementy [1,5].

Z drugiej strony, mikroorganizmy glebowe są często stosowane w nowoczesnych procesach biotechnologicznych. Występujące w roztworze glebowym bakterie, promieniowce i grzyby strzępkowe zdolne są do biosyntezy, rozkładu i biotransformacji wielu ważnych dla człowieka związków m.in.: antybiotyków, witamin, wielocukrów, związków steroidowych, enzymów oraz biosurfaktantów (związków powierzchniowo czynnych) oraz do usuwania zanieczyszczeń środowiska [5,6,7].

Podsumowując, mikroorganizmy glebowe, nie tylko biorą udział w rozkładzie i mineralizacji związków organicznych oraz zwiększaniu ich dostępności dla roślin, ale także są pomocne w usuwaniu ze środowiska naturalnego zanieczyszczeń i produkują związki, które znajdują zastosowanie w wielu różnych gałęziach przemysłu. Zaburzenie funkcjonowania mikroorganizmów glebowych wpływa niekorzystnie na równowagę ekologiczną. Dbając więc o mikroflorę gleby, dbamy o kondycję środowiska naturalnego oraz przyczyniamy się do utrzymania prawidłowej równowagi ekologicznej, która zapewnia odpowiednie funkcjonowanie zarówno roślin jak i człowieka.

Literatura:

[1] Antonkiewicz, Jacek; Gworek, Barbara. Remediacja zanieczyszczonych gleb i ziem. Red. . Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2023, ISBN 978-83-01-22970-2, doi: /han/ibuk-libra/https/doi.org/10.53271/2022.138

[2] Błaszczyk, M., Mikrobiologia środowiska, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2010, ISBN 978-83-01-16319-8

[3] Libudzisz, Z., Kowal, K., Żakowska, Z., Mikrobiologia techniczna, I tom, Wydawnictwo Naukowe PWN, 2007, ISBN 978- -83-15221-5

[4] Gałązka, A., Poradnik, Preparaty mikrobiologiczne dla roślin rolniczych. IUNG PIB Puławy, 2023, ISBN 978-83-7562-406-9, https://doi.org/10.26114/por.iung.2023.12.01

[5] Biotechnologia drobnoustrojów w laboratorium i w praktyce. Red. Długoński, Jerzy . Łódź: Wydawnictwo Uniwersytetu Łódzkiego, 2022, ISBN 978-83-8220-682-1

[6] Podstawowe zagadnienia z obszaru biotechnologii farmaceutycznej. Red. Bednarek, Ilona. Katowice, Wydawnictwo Śląskiego Uniwersytetu Medycznego, 2007, ISBN 978-83-7509051-2

[7] Rybczyńska-Tkaczyk, K., Grenda, A., Jakubczyk, A., Kiersnowska, K., Bik-Małodzińska, M. Natural Compounds with Antimicrobial Properties in Cosmetics. Pathogens. 2023; 12(2):320. https://doi.org/10.3390/pathogens12020320