Većina lijekova koje koristi čovječanstvo prirodnog je podrijetla – nastaju u biljkama, gljivama i bakterijama. Ali problem je u tome što njihovi nosači proizvode korisne tvari za ljude u malim dozama, dovoljnim samo za vlastite potrebe. Osim toga, kvaliteta i čistoća takvih pripravaka može varirati ovisno o uvjetima proizvođača.

Stoga već nekoliko godina sve više uzima maha novi znanstveni smjer - sintetička biologija. Njegovi aktivisti vjeruju da se problem opskrbe ljudi lijekovima prirodnog podrijetla može riješiti stvaranjem umjetnog organizma koji bi mogao obavljati jedinu funkciju - proizvodnju farmakoloških proizvoda.

Najveći uspjeh u tome postigla je znanstvena grupa iz Sjedinjenih Država predvođena Craigom Venterom. Znanstvenici su uzeli bakteriju Mycoplasma genitalium, koja je poznata po vrlo kratkom genomu, i počeli uklanjati pojedine gene iz tijela, određujući pod kojim će okolnostima oni prestati djelovati. njezina biokemijska Svojstva. Istraživači su zatim razvili metodu za umjetnu konstrukciju genoma, s kojom su uspjeli stvoriti sintetski organizam koji je mogao reproducirati samo osnovne reakcije unutarnjeg metabolizma Mycoplasma genitalium. S jedne strane, ovaj pristup je omogućio dobivanje potpuno kontrolirane bakterije, ali s druge strane, nije odgovorio na pitanje: kako kemijske reakcije unutar ovih novih stvorenja. Biokemija proizvodnje enzima još uvijek je velika misterija.

Da bi se stvorila bakterija s jedinstvenim skupom sposobnosti, potrebno je sekvencijalno proučavati sve elemente njezinog genoma, među njima identificirati sve potrebne i prenijeti ih u umjetni genom. Pritom je iznimno važno ne propustiti ništa – čak ni ono najmanje i manjih pojedinosti o genomu mogu biti iznimno važne. Znanstvenici iz Laboratorija za mikrobiološki inženjering na japanskom Sveučilištu Kitasato krenuli su drugim putem. Uzeli su već postojeće bakterije i jednostavno uklonili sve "suvišne" dijelove iz njihovog genoma, pretvarajući živo biće u mikroskopske kemijska tvornica. Ovaj način izgleda obećavajuće - jamči da će rezultirajuća kreacija izvršiti sve operacije ispravno.

Za pokuse su znanstvenici uzeli bakterije vrste Streptomyces, koje se već dugo koriste u industrijskoj proizvodnja. U prirodnim uvjetima te bakterije žive u tlu, čiji različiti kemijski spojevi utječu na različite funkcije Streptomycesa. Dakle, pod određenim okolnostima ovi mikroorganizmi mogu lučiti tvari koje se koriste u liječenju virusnih infekcija, kancerogenih tumora i gljivičnih bolesti. Ove pomoćne Funkcije bakterija nazivaju se sekundarni metabolizam. Istraživanje japanskih biologa omogućilo je izolaciju dijelova genoma odgovornih za to i njihovo brisanje. Osim toga, uklonjen je niz drugih gena odgovornih za sporedne procese u tijelu Streptomycesa. Rezultat je "čista" bakterija u kojoj se odvija samo jedan "osnovni" metabolički proces. Istovremeno, veličina bakterijskog genoma smanjena je za 20 posto.

Daljnji eksperimenti japanskih znanstvenika pokazali su da se samo jedna zasebna funkcija može ugraditi u tako "golu" bakteriju. Istodobno se povećava potrošnja energije usmjerena na njega, što znači da se povećava i učinkovitost proizvodnje pojedinog lijeka. Biolozi sa Sveučilišta Kitasato već su postavili eksperimente za stvaranje bakterija koje proizvode kemijski spoj amorfo-4, 11-dein. Koristi se u proizvodnji artemisinina, koji se smatra potencijalnim cjepivom protiv svih oblika malarije. U bliskoj budućnosti znanstvenici planiraju pokazati "mikroskopske tvornice" za stvaranje drugih korisnih tvari.

Stvaranjem potrebnih uvjeta za aktivnost korisnih mikroorganizama poljoprivrednik značajno poboljšava stanje biljaka i povećava njihovu produktivnost. Istodobno se može značajno smanjiti upotreba skupih i ne uvijek ekološki prihvatljivih mineralnih gnojiva. Tu će vam pomoći novi visoko učinkoviti biopreparati na bazi živih bakterija, koji imaju određena svojstva vrijedna za biljke.
Uzmimo u obzir da u prirodi postoji stalna konkurencija između mikroorganizama za stanište, ishranu, vlagu itd. Uz korisnu mikrofloru postoji i mikroflora štetna za biljke. Svatko poznaje takve predstavnike kao što su gljivice pepelnice, razne truleži uzrokovane gljivicama roda kasne mrlje, rizoktonija, fusarium i druge, kao i specifične bakterije koje uzrokuju, na primjer, mukozne bakterioze.
Trenutno su stvoreni mikrobni biološki proizvodi koji imaju snažan zaštitni i stimulirajući učinak. Oni pružaju dobru prevenciju biljaka od bolesti i oštećenja fitopatogenima, povećavaju produktivnost, poboljšavaju kvalitetu i strukturu usjeva. U načelu, svaki vrtlar jednostavnim tehnikama i upotrebom bioloških proizvoda može značajno poboljšati mikrobnu zajednicu u tlu svog mjesta ili u stakleniku, čime se smanjuje upotreba kemikalija.
Mineralna gnojiva ili pesticidi u vrtu se često koriste nepotrebno intenzivno, što je opasno za okoliš i zdravlje ljudi. Prirodne biološke metode omogućuju smanjenje upotrebe "kemije" i dobivanje proizvoda koji zadovoljavaju najstrože ekološke zahtjeve. Stoga mikrobni pripravci zaslužuju što širu primjenu. U vrtnim parcelama oni će pomoći u određenoj mjeri zamijeniti korisnu mikrofloru manjkavog stajnjaka, poslužiti kao dobar dodatak kompostima i omogućiti drastično smanjenje primjene mineralnih gnojiva. Mikroorganizmi koji čine temelj novih bioloških proizvoda su bakterije koje vežu dušik i žive na korijenju biljaka koje nisu mahunarke i blisko su u interakciji s biljkama. Takve bakterije nazivaju se asocijativnim. Oni mogu dugo ostati održivi u sterilnom tresetu, pa se treset koristi kao punilo za bakterijsku kulturu. Tresetni pripravci prikladni su za upotrebu u roku od godinu dana od datuma proizvodnje.
Asocijativni biološki pripravci mogu se koristiti na više načina: prije sjetve se navlaženo sjeme (sjeme, gomolji) pomiješa s pripravcima u volumnom omjeru 1:100 ili 1:200; ulijte tanki sloj u utore kreveta prije sjetve sjemena povrtnih kultura; kada sadite biljke u jažice, dodajte tamo 0,5 žličice pripravka treseta i pomiješajte ga sa zemljom.

Suvremena biotehnologija temelji se na mnogim znanostima: genetici, mikrobiologiji, biokemiji, prirodnim znanostima. Glavni predmet njihovog proučavanja su bakterije i mikroorganizmi. Upravo korištenje bakterija rješava mnoge probleme u biotehnologiji. Danas je opseg njihove upotrebe u ljudskom životu toliko širok i raznolik da daje neprocjenjiv doprinos razvoju industrija kao što su:

• medicina i zdravstvena njega;
• stočarstvo;
• proizvodnja usjeva;
• riblja industrija;
• industrija hrane;
• rudarstvo i energetika;
• teška i laka industrija;
• septička jama;
• ekologija.

Područje primjene bakterija u farmakologiji i medicini toliko je široko i značajno da je njihova uloga u liječenju mnogih bolesti kod ljudi jednostavno neprocjenjiva. U našem životu neophodni su pri stvaranju krvnih nadomjestaka, antibiotika, aminokiselina, enzima, antivirusnih i antitumorskih lijekova, DNK uzoraka za dijagnostiku, hormonalnih lijekova.

Znanstvenici su dali neprocjenjiv doprinos medicini identificiranjem gena odgovornog za hormon inzulin. Ugradivši ga u bakteriju coli, dobili su proizvodnju inzulina, čime su spasili živote mnogih pacijenata. Japanski znanstvenici otkrili su bakterije koje izlučuju tvar koja uništava plak i time sprječava pojavu karijesa kod ljudi.

Iz termofilnih bakterija izveden je gen koji kodira enzime koji su vrijedni u znanstveno istraživanje jer su neosjetljivi na visoke temperature. U proizvodnji vitamina u medicini koristi se mikroorganizam Clostridium, pri čemu se dobiva riboflavin koji igra važnu ulogu u ljudskom zdravlju.

Sposobnost bakterija da proizvode antibakterijske tvari iskorištena je za stvaranje antibiotika, čime je riješen problem liječenja mnogih zaraznih bolesti, čime je spašen život više osoba.

U farmakologiji je stvaranje lijekova i sintetskih cjepiva, koja uključuju imunoregulatore, alkaloide, nukleotide i enzime, također nemoguće bez mikroorganizama.

stočarstvo

Za povećanje debljanja i povećanje stope rasta mladih jedinki koriste se proteinsko-vitaminski dodaci, enzimi, čiji su proizvođači fotosintetske bakterije. Time se smanjuje potrošnja hrane i povećava produktivnost. U proizvodnji silaže koriste se E.coli commune, Lactis aerogenes, mikroorganizmi mliječne kiseline. Esencijalna aminokiselina lizin, koja se koristi kao dodatak hrani u stočarstvu, proizvodi se iz bakterija kao što su Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium sp i Escherichia coli.

Uobičajena je uporaba bakterija u stvaranju visokoproduktivnih pasmina, hormona rasta i presađivanju oplođene stanice. Pripreme stvorene na bazi Bac. subtilis i Bac. Licheniformis se koriste u veterini u liječenju mnogih bolesti.

Poljoprivredna industrija

Korištenje pesticida i gnojiva u poljoprivrednom sektoru dovodi do negativnog utjecaja na mikrofloru tla. Za uništavanje štetnih tvari koriste se aerobne i anaerobne bakterije.

Korištenje bakterijskih gnojiva pomaže u povećanju prinosa. Bakterijski pripravci koji zadržavaju dušik dobivaju se iz stanica Klebsiella i Chromatium. To omogućuje biljkama da apsorbiraju dušik sadržan u zraku. Fosfobakterin se dobiva iz Bacillus megathrtium koji povećava sadržaj fosfora u tlu i dušika u zelenoj masi. Kao biozaštita biljaka od raznih štetnika razvijeni su mikrobiološki pripravci na bazi bakterija koji ne štete čovjeku.

Riblja industrija

Biotehnologije koje se koriste u ribogojilištima omogućuju stvaranje pasmina riba koje su otporne na mnoge bolesti i pasmina s visokim stopama rasta. Također, dodaci stočnoj hrani, enzimi i lijekovi proizvode se od bakterija proizvedenih u ribarskoj industriji.

industrija hrane

Raširena uporaba biotehnologije u fermentaciji i prehrambenoj industriji. Korištenje bakterija mliječne kiseline u proizvodnji kefira, kumisa i fermentiranih mliječnih proizvoda poboljšava njihov okus i probavljivost. To se postiže tako što izlučeni enzimi razlažu mliječni šećer na alkohol i ugljikov dioksid. Za poboljšanje kvalitete slastičarskih proizvoda i očuvanje svježine pekarskih proizvoda u Industrija hrane primijeniti enzime proizvedene od Bac.subtilis.

Vađenje i prerada minerala

Korištenje biotehnologija u ekstraktivnoj industriji može značajno smanjiti troškove i troškove energije. Tako se u hidrometalurgiji koriste litotrofne bakterije (Thiobacillus ferrooxidous), sa svojom sposobnošću oksidacije željeza. Zbog bakterijskog ispiranja plemeniti metali se iskopavaju iz niskonosnih stijena. Bakterije koje sadrže metan koriste se za povećanje proizvodnje nafte. Kada se nafta ekstrahira na uobičajeni način, iz utrobe se ne izvuče više od polovice prirodnih zaliha, a uz pomoć mikroorganizama dolazi do učinkovitijeg oslobađanja zaliha.

Laka i teška industrija

Mikrobiološko ispiranje koristi se u starim rudnicima za proizvodnju cinka, nikla, bakra, kobalta. U rudarskoj industriji za smanjenje reakcija bakterijski sulfati koriste se u starim rudnicima, budući da ostaci sumporne kiseline imaju destruktivan učinak na nosače, materijale i okoliš. Anaerobni mikroorganizmi potiču temeljitu razgradnju organska tvar. Ovo se svojstvo koristi za pročišćavanje vode u metalurškoj industriji.

Čovjek koristi bakterije u proizvodnji vune, umjetne kože, tekstilnih sirovina, u parfumerijske i kozmetičke svrhe.

Obrada otpada i vode

Bakterije koje sudjeluju u razgradnji koriste se za čišćenje septičkih jama. Osnova ove metode je da se mikroorganizmi hrane kanalizacija. Ova metoda osigurava uklanjanje neugodnih mirisa i dezinfekciju otpadnih voda. Mikroorganizmi koji se koriste u septičkim jamama uzgajaju se u laboratorijima. Rezultat njihova djelovanja određen je razgradnjom organske tvari na jednostavne tvari koje su bezopasne za okoliš. Ovisno o vrsti septičke jame, odabiru se anaerobni ili aerobni mikroorganizmi. Aerobni mikroorganizmi, osim u septičkim jamama, koriste se u biofilterima.

Mikroorganizmi su također potrebni za održavanje kvalitete vode u rezervoarima i odvodima, za čišćenje onečišćene površine mora i oceana od naftnih derivata.

S razvojem biotehnologije u našim životima, čovječanstvo je iskoračilo u gotovo svim područjima svog djelovanja.

Tehnološka primjena bioloških sredstava, odnosno korištenje bakterija za dobivanje specifičnih produkata ili za provođenje kontrolirano usmjerenih promjena, temelj je biotehnologije.
Prije više tisuća godina čovjek ih je, ne znajući ništa o biotehnologijama, koristio u svom kućanstvu - kuhao je pivo, radio vino, pekao kruh te proizvodio mliječne proizvode i sireve.
NA moderni svijet Teško je precijeniti praktičnu važnost biotehnoloških metoda koje koriste bakterije - one se koriste u prehrambenoj industriji i poljoprivreda, u medicini i farmakologiji, u vađenju minerala i njihovoj preradi, u procesu pročišćavanja vode u prirodi i septičkim jamama, u mnogim područjima ljudskog života.
industrija hrane
U prehrambenoj industriji najrasprostranjenije su bakterije mliječne kiseline i kvasci.
Mehanizam djelovanja bakterija i kvasaca je pretvaranje mliječnog šećera u mliječnu kiselinu, što rezultira pretvaranjem neutralnog produkta u mliječnu kiselinu.
Bakterije mliječne kiseline i kvasac koriste se u fermentaciji mliječnih proizvoda i povrća, preradi zrna kakaovca i proizvodnji tijesta s kvascem. Sposobnost prokariota da utječu na proizvode određena je njihovom visokom enzimskom aktivnošću i određena je izlučenim enzimima.
Jedna od najstarijih biotehnologija koju je čovjek koristio je proizvodnja sira. Korištenje bakterija propionske kiseline u proizvodnji tvrdih sireva s sirilima omogućuje dobivanje proizvoda Visoka kvaliteta sa zadanim svojstvima.
Koristite u tehnološka shema Bakterije propionske kiseline gotovim sirevima daju tipičnu boju, okus i aromu, obogaćujući proizvod biološki aktivnim tvarima.
Bakterije su sposobne tijekom života selektivno izdvajati tvari iz složenih spojeva otapanjem u vodi. Ovaj proces se naziva bakterijsko ispiranje i od velike je praktične važnosti:
1. omogućuje izvlačenje korisnih kemijske tvari od ruda, industrijskog otpada;
2. ukloniti nepotrebne nečistoće - arsen iz ruda obojenih i željeznih metala.
U industriji, bakterijsko ispiranje minerala (uran, bakar) izravno na ležištima ima veliki praktični značaj.
Moderna medicina uspješno koristi lijekove za čiju proizvodnju se koriste bakterije:
1. inzulin i interferon dobiveni su tehnologijama genetskog inženjeringa na bazi Escherichie coli;
2. Enzimi bacila sene uništavaju produkte truležne razgradnje.
Ljudska primjena biotehnoloških metoda u poljoprivredi uspješno rješava niz problema:
1. stvaranje sorti biljaka otpornih na bolesti i visokih prinosa;
2. proizvodnja gnojiva na bazi bakterija (nitragin, agrofil, azotobakterin i dr.), uključujući komposte i fermentirani (metanska fermentacija) životinjski otpad;
3. razvoj bezotpadnih tehnologija za poljoprivredu.
Biljke u prirodi trebaju dušik, ali nisu u stanju apsorbirati dušik iz zraka, ali neke bakterije, kvržične i cijanobakterije, u prirodi proizvode oko 90% ukupni broj vezani dušik, obogaćujući njime tlo.
U poljoprivredi se koriste biljke koje na korijenu sadrže kvržične bakterije: lucerna, lupina, grašak i mahunarke.
Ovi se usjevi koriste u plodoredu za obogaćivanje tla dušikom.
U poljoprivredi je siliranje jedna od glavnih metoda očuvanja biljne mase, a provodi se kontroliranom fermentacijom pod utjecajem mliječnokiselih, kokoidnih i štapićastih bakterija.
Bakterije razgrađuju životinjski gnoj, pri čemu nastaje metan, ugljikovodični spoj koji se koristi u organskoj sintezi.

Kuhinja zemlje ili nevidljivi pomagači farmera

Mi, korisnici zemljišta, suočeni smo sa zadaćom njegovog učinkovitog korištenja. To zahtijeva razumijevanje procesa koji osiguravaju plodnost tla i takav koncept kao što je humus. Dakle, mnogi identificiraju "humus" i "humus", ali to nije sasvim točno. Kako bismo razumjeli, počet ćemo s podrijetlom svega života na Zemlji. A ovaj izvor nije negdje daleko, već u blizini - u "lišću" biljaka koje nas okružuju. Tamo je primarni organski spojevi, od čega nastaju sva živa bića, nazvana ugljikohidrati. Iz samog naziva već je jasno da su to spojevi koji se sastoje od ugljika i vode, ali u svakodnevnom životu više nam je poznata riječ "šećer".

Da, ugljikohidrati su primarni šećeri: glukoza, fruktoza... A nastaju u zelenom dijelu lišća biljke (zvanom klorofil) pod utjecajem svjetlosne energije Sunca, pa se ugljikohidrati mogu nazvati "konzerviranom energijom Sunca". ". Primarni šećeri su svojevrsne „cigle“ od kojih su građena i sastavljena sva organska tkiva biljaka, gljiva i životinja. Odmah ću rezervirati zašto sam nazvao ove tri skupine zemaljskih stvorenja, fokusirajući vašu pozornost na njih: prema najnovijim idejama znanstvenika, gljive (sudeći po njihovim karakteristikama) ne mogu se pripisati ni biljkama ni životinjama. Ovo su najstarije i brojne vrste stvorenja na planetu. No, nastavimo. Nastali ugljikohidrati ulaze u tkiva biljaka, u njihove stanice, gdje se odvija sinteza (stvaranje) drugih tvari, koje su složenije i po strukturi i po kemijski sastav. Kada se ugljikohidratima dodaju druge kemikalije, nastaju novi organski spojevi: bjelančevine, masti, vitamini, ekstraktne i aromatične tvari, pigmenti itd.

Za njihovo formiranje, osim gore spomenutog ugljika i vode, biljke trebaju dodatne hranjive tvari, od kojih su glavni dušik, fosfor, kalij - potrebno ih je mnogo, zbog čega su i nazvani "makroelementi". Biljke manje trebaju druge elemente (kobalt, cink, magnezij, jod, željezo, fluor, mangan...), oni se nazivaju "elementi u tragovima". Međusobnim spajanjem ugljikohidrata-"cigli" biljke od njih grade polisaharide ili polimere,tj. imajući ogroman strukturna formula. To su lignin i celuloza - vrlo jaki i stabilni spojevi koji čine okvir, osnovu kostura biljnih tkiva. Ali odakle biljkama kemijski elementi? Da, korijenskom apsorpcijom slanih otopina ovih kemijski elementi. Da bi to učinile, biljke imaju posebne naprave na korijenu - korijenske "dlake", kroz koje biljke apsorbiraju potrebne otopine. Ali odakle dolaze, rješenja? Ne, nisu sve otopine tla prikladne za ishranu biljaka koju bi one mogle asimilirati. Najčešće se kemijski elementi nalaze u tlu ne u obliku gotovih otopina, već u "vezanom" stanju, u obliku prirodnih minerala i njihovih soli. To nije hrana za biljke. Kako biti?

I biljke idu na trik. Izlučuju se u zonu korijena, zvanu rizosfera, razne tvari: hranjivi, aromatični, ekstraktivni itd., čime privlače "pomagače" (svojevrsne "kuharice") koji pomažu biljkama da izvlače vezane mineralne kemijske elemente iz tla, otapaju ih i pretvaraju u dostupne prehrambene proizvode. Tko su ti "kuhari" - pomoćnici? To su korijenski stanovnici mikrosvijeta – mikrobi – sustanari. Žive u blizini korijena, hraneći se "biljnim dodacima" u obliku korijenskih eksudata; znanstveno se ti stanovnici nazivaju rizosferna mikroflora, kao i simbiotrofne gljive. Ali "pomagači" ne jedu kao životinje - nemaju probavne uređaje i organe (usta, zube, želudac, crijeva) - oni upijaju potrebne tvari cijelom površinom tijela, a za tu sposobnost, prema način na koji jedu, nazvani su osmotrofi ("sišu sve tijelo"). Kako bi osigurali da oko tijela ima hranjivih tvari, "pomagači" ispuštaju enzime (tvari koje razgrađuju razne spojeve) izravno u okolinu, a puno ih treba sigurno otopiti. Imajte na umu da kod životinja probavne žlijezde izlučuju sokove s enzimima u probavni kanal, a kod mikroba i gljivica - van. Pa, kada se sve okolo otopi (podijeli pod djelovanjem enzima), onda svi "jedu" sa ovog zajedničkog "stola", uključujući i biljke. No, naglasit ću: sve je to moguće samo zahvaljujući enzimima mikroba i gljivica, t.j. enzimska razgradnja.

Dakle, korijenska mineralna ishrana biljaka u njihovom prirodnom staništu (korijenjem u tlu) je neizravna, tj. zahvaljujući mikrobima i simbiontskim gljivama (suputnici). Ovo je vrlo važna točka. Neke biljke bez simbionta (bakterija ili gljiva) uopće ne mogu živjeti. Ali dok govorimo o ishrani bilja, govorimo o tome kako se organska tvar nakuplja, t.j. biljna masa. Pogledajmo koji će elementi iu kojoj količini biti u ovoj masi: najviše ugljika - 50%; kisik - 20%, dušik - 15%, vodik - 8%. Ali ti se kemijski elementi dobivaju iz zraka i vode. I samo 7% ostaje za minerale: fosfor, kalij itd. Odnosno, makro- i mikroelementi u ishrani bilja zahtijevaju "samo - ništa". Biljke, asimilirajući ugljični dioksid iz zraka, zadovoljavaju 50% svoje prehrane - dakle, uloga lišća i korijena u prehrani biljaka približno je ista. Korijenje biljaka upija vodu i u njoj otopljene kemijske elemente. Dušik u obliku dušikovih spojeva dolazi na dva načina: iz zaliha tla i iz zraka. Dušik se fiksira iz zraka zahvaljujući rizosfernim bakterijama, koje se nazivaju rizobije ("žive na korijenju"). Takvi detalji u životu biljaka bit će nam korisni za daljnje rasuđivanje.

Dakle, biljke su tijekom sezone rasle, akumulirale određenu masu, sakupljale kemijske elemente i sunčevu energiju u svojim tkivima u obliku jednostavni ugljikohidrati. Na planetarnoj razini to je oko 230 milijardi tona suhe tvari, koja je u godinu dana akumulirala deset puta veću energiju od izgaranja svih vrsta goriva! Ova činjenica ukazuje da izvor ugljični dioksid za ishranu biljaka ugljikom nisu kotlovi i lomače, ne ispušni plinovi automobila, već ugljični dioksid koji se oslobađa tijekom disanja stanovnika tla: mikroba, gljivica, crva (vodeći računa o povećanju njihovog broja u tlu, povećavamo prinos) .

I tako, došla je jesen, a sva ta sezonska organska tvar u obliku trave i lišća uvenula je i pala na zemlju. Tko ga je dobio? Tko je u prirodi tako proždrljiv, tko je u stanju toliko pojesti? A to su predstavnici mikrokozmosa tla: mikroorganizmi (bakterije, aktinomicete, kvasci, protozoe), gljive - saprofiti (mrtvojedi) i životinje tla: prstenastih lišća, insekti... Ne vrijedi nabrajati sve, jer su najproždrljiviji na ovom popisu prstenasti (zemljaši, jazbine, stelja, balega itd., ukupno 97 vrsta u zemlji). I premda je masa mikroba s gljivama i masa crva gotovo jednaka, masa crva je ipak veća: od 50 do 70% ukupne biomase tla. To je važna činjenica biološke ravnoteže.

No, krenimo redom, tko prvi "pojede" taj detritus (trule organske ostatke)?

Razmotrite ovo na primjeru šume, njenog lišća. Što se događa ispod ovog prirodnog "malča" (površinskog pokrivača)? Budući da se šumska stelja, kao i travnati "filc" livada, dugo razgrađuje, slojevita je i predstavljena u obliku slojeva različitog stupnja destrukcije: gornjeg, srednjeg i donjeg, s određenim predstavnicima mikroflore i gljiva. svojstven tim slojevima; svi su saprotrofi (mrtvojedi). Slijed njihova razvoja na rani stadiji razgradnja smeća odvija se prema sljedećoj shemi (gornji sloj):

U početku se ovdje naseljavaju bakterije i niže gljive, konzumirajući lako dostupne (u vodi topive) organske spojeve;

Slijede predstavnici tobolčara i nesavršenih gljiva koje konzumiraju škrob (složeniji šećer);

Zamjenjuju ih, kako se biljni ostaci razgrađuju, bazidiomicete koje razgrađuju lignin i celulozu (najsloženiji šećeri su polimeri). Zapravo, ovo je već srednji sloj stelje (poluraspadnuti listovi koji su izgubili oblik).

Još niže je sloj humusa, homogenog mehaničkog sastava. U njemu je organska tvar bez strukture već usko povezana s mineralnim dijelom tla, odnosno već je humus. Tipični predstavnici ovog sloja gljiva su šampinjoni, kišobranke, balegari, pupnjače i lažne gljive. Sve su to saprotrofi (mrtvojedi), njihova je uloga važna i izvjesna u kruženju tvari u prirodi: da razlažu složene organske spojeve na jednostavnije, zbog čega se nazivaju i razlagačima ("razlagači"). A za to (sjetimo se osmotrofnog načina hranjenja mikroba) izlučuju golemu količinu enzima u raspadajuća mrtva biljna tkiva – kao u slučaju simbionta, s jedinom razlikom što su im enzimi drugačiji; Gljive imaju jače enzime. Fermentirane složene organske tvari razgrađuju se na "cigle" (monomere), koje probavljaju mikrobi i gljivice - saprotrofi.

Zamislite ovu "juhu" mikroba i otopljene organske tvari. Uostalom, enzimi su izolirani i oni rade svoj posao - probavljaju - pod njihovim djelovanjem probavljaju se razni biljni ostaci, samo ne u želucu (kao kod životinja), već posvuda. A tko se “ugrabi sa zajedničkog stola” sit je. Točnije, svatko u sebe usisava ono za što je sposoban.

Još jednom, uloga saprofita je jednostavna: razgraditi i asimilirati, probaviti biljne ostatke. Ovo je svojevrsni "tovište" tla, jer se mikrobi jako razmnožavaju dok ne ponestane hrane (stelja lišća i trave). Ali uz sve to, mikrobi ispuštaju u tlo mnoge druge kemikalije, proizvode svoje vitalne aktivnosti: biološki aktivne tvari (BAS). Zahvaljujući njima, iz monomera koje mikrobi i gljive nisu imali vremena "pojesti", u tlu se javljaju procesi polimerizacije u obliku biokemijskih reakcija. Dobiveni polimeri, u kombinaciji s mineralnim elementima tla, predstavljaju primarni humus mikrobnog i gljivičnog podrijetla (također se naziva i kiseli humus - "mor"). Ovo je druga uloga "pomagača": iz onoga što su probavili, ali nisu imali vremena "pojesti", sintetiziran je (formiran) humus. Dakle, saprofiti su također primarni akumulatori hranjivih tvari u tlu. Iako se ti procesi odvijaju u tlu neovisno o njima, ali zahvaljujući njima, njihovim izlučevinama. A procesi stvaranja humusa mogući su samo u posljednjoj fazi razgradnje detritusa, uz obavezan pristup kisika, kojeg u leglu ima u izobilju. Slični se procesi odvijaju i na livadama, ispod travnate stelje ili "filca", s tom razlikom što tu važnu ulogu imaju mikrobi (aktomicete, bakterije), a ne gljive, a dobiveni humus je kvalitetniji.

Time je uloga saprofita završila. Ali što je s njihovim "debelim tijelima"? Jedu li ih biljke? Ništa slično ovome. A onda gmižu "čudovišta" u obliku glista (nazovimo ih tako radi jednostavnosti) i proždiru sve mikrobe i gljivice, zajedno s ostacima detritusa i zemlje. Oni su kao kitovi u oceanu, s jedinom razlikom što nemaju uređaje za filtriranje i kroz svoju probavnu cijev propuštaju puno zemlje zajedno s onim što je u njoj, probavljajući sve. Imajte na umu da je ukupna masa mikroba i masa crva gotovo ista. Ovo je ravnoteža.

Nakon probave mikroba i biljnih ostataka od strane crva, proces raspadanja organskih tvari bio je potpuno završen. Gdje je počelo i završilo ispuštanjem ugljičnog dioksida i vode te mineralizacijom kemijskih elemenata. I isto se događa u našem tijelu: sve se razgrađuje na ugljični dioksid i vodu, a iz tog raspadanja, zahvaljujući njemu, dobivamo energiju Sunca, koju su biljke sačuvale svojim klorofilom u obliku jednostavnih ugljikohidrata. Ali mikrobi za crve su "meso" (izvor životinjskih bjelančevina), a biljni ostaci su "kruh" (izvor ugljikohidrata). Usput, anelidi u prirodnim uvjetima glavni su potrošači mrtvih biljnih ostataka, u tome se natječu s mikrobima i gljivicama - čiste sve što drugi nisu "pojeli" sa zajedničkog "stola". Ali, probavivši svu tu "kuhinju", crvi (baš kao životinje, kao ti i ja), asimiliraju samo dio svoje "hrane", ostatak se izlučuje s koprolitima (izmet-izmet u obliku grudica, kamenčića) . U sastav koprolita ulaze: neprobavljeni dio njihove hrane, probavni sokovi, produkti njihovog izlučivanja, sluzave tvari, crijevna mikroflora... Koproliti crva su samo tlo. Da, nemojte se iznenaditi sadašnja faza je dokazana činjenica. Stoga je uloga probavnog procesa glista vrlo velika. Na primjer, biološki aktivne tvari (BAS) koprolita imaju antibiotska svojstva i sprječavaju razvoj patogene (patogene) mikroflore, procese truljenja, oslobađanje smrdljivih plinova, dezinficiraju tlo i daju mu ugodan zemljani miris. Kad bi razgradnja biomase tla išla truležnim putem, tada bismo se svi ugušili od otrovnog smrada truležnih produkata poluraspada. Zapamtite kakav miris (na desetke kilometara) emitiraju skladišta stelje i gnoja farmi peradi i farmi svinja. U prirodnim uvjetima to se ne događa, u tlu nema "humusa", nema ga odakle. A ova zastarjela definicija "humusa", koja je postala uobičajena riječ za definiciju detritusa (organske tvari) tla, toliko se uvriježila u našem rječniku, poput mirisa truljenja - u odjeći radnika na farmama peradi i svinja. farme (neka mi oproste na ovoj usporedbi). Ali više o definicijama kasnije.

Ali sanaciju (čišćenje od patogena) tla s njihovim izlučevinama provode ne samo crvi, već i mikrobi, gljivice i same biljke. U suvremenom viđenju (prema znanstvenim podacima), u zoni korijena - rizosferi i u zoni hifa ("micelija") gljiva - hifaosferi, zbog specifičnih izlučevina stvara se okruženje koje je povoljno za neke skupine. mikroorganizama i gljivica, a za druge nepodnošljive (patogene). Ovo je također dokazana činjenica. Na primjer, simbiotrofna (hrani se samo na račun simbioze s višim biljkama) gljiva Trichoderma lignorum (vidi pripravak "Trichodermin" koji sadrži gljivične spore) "ubija" do 60 truležnih vrtnih patogena, uzročnika mnogih biljnih bolesti, osobito gljivica: Fusarium, plamenjača, krasta ... Među mikrobima primat imaju bakterije mliječne kiseline; to je posebno izraženo u našim crijevima, gdje su tampon – obrana od uzročnika truljenja. Drugi primjer je mlijeko kiselo mlijeko; nikad neće istrunuti sve dok tamo ima bakterija mliječne kiseline. Ističući se u okruženju s koprolitima crva, njihova crijevna mikroflora također ima svoj učinak. Ali najvažniji argument u korist crva: u procesu probave biljnih ostataka i mikrobne mase s gljivicama, u probavnom kanalu crva nastaju humusne tvari koje su, kao što već znamo, polimeri. Ovi složeni polimeri razlikuju se po kemijskom sastavu od humusa koji nastaje u tlu, od mikrobne i, posebice, od gljivične aktivnosti. Humus od gliste se još naziva i "mull", ili "slatki humus", to je najkvalitetniji humus. Polimeri koji nastaju u probavnoj cijevi crva (nemaju želudac) polimeri u obliku huminskih kiselina naknadno, otpuštajući se s koprolitima, stvaraju kompleksne spojeve s mineralima tla (litijevi, kalijevi, natrijevi humati - topljivi humus; kalcij, magnezija i drugih metalnih humata - netopljivi humus). Ove tvari dugo ostaju u tlu u obliku stabilnih spojeva - vodointenzivnih, vodootpornih i mehanički jakih. Dakle, aktivnost crva sprječava ispiranje pokretnih hranjiva iz tla i sprječava eroziju (uništavanje) tla. U prirodi koproliti crva sadrže do 15% humusa po suhoj tvari, au kulturi čak i više (biohumus).

Rezimirajmo rečeno. Do sada smo smatrali "skladištarima": oni prerađuju cjelokupnu sezonsku biljnu masu organske tvari u obliku stelje od lišća i trave, sve to stavljaju u obliku rezervi u "skladišta" tla u obliku humusa (sada mi znati što je). Vratimo se na početak kruženja organskih tvari u prirodi, na ishranu biljaka.

Pogledajmo pobliže njihove pomoćnike: predstavnike mikroflore rizosfere i simbiontske gljive. Kao što već znamo, naše "pametne" biljke, držeći svoje korijenje u tlu i "razmišljajući" također svojim korijenjem, ispuštaju razne kemikalije u rizosferu, privlačeći mikrobe i gljivice - simbionte. Ova manifestacija "pametne" aktivnosti korijena posebno je uočljiva kada prehrana biljaka nije uravnotežena u barem jednom kemijskom elementu (osobito fosforu i kaliju). Biljke svojim rizosferskim izlučevinama “naređuju” simbionima da ekstrahiraju, primjerice, fosfor. Prihvaćena je komanda „idemo na fosfor“, tj. simbionti opskrbljuju biljke po potrebi - isporučit će ono što im je trenutno potrebno, i ništa više - to je na neki način i biološki filter i dozator koji vam omogućuje balansiranje kemijskih elemenata pomoću NATURAL tehnologije. Dakle, uloga rizosferne mikroflore i gljiva - simbionta, nešto je drugačija od one saprofita: ne staviti u "ostavu", već ekstrakt iz nje. I ovu važnu točku treba jasno razlikovati kada govorimo o namjeni pojedinih mikroba kako bi se biološki pripravci pravilno primijenili u praksi. Ako je potrebno proizvesti hranjive tvari u obliku humusa, onda je to uloga saprofita i crva. Ako trebate nahraniti biljke u potpunosti, onda nitko to ne može učiniti bolje od simbionta (nadam se da je to razumljivo). A u dobivanju hrane za biljke nema jednakih gljivama - simbiontima, jer su ogromni: površina usisne površine hifa je sto puta (ili više) veća od usisne površine korijena. U prisutnosti mikorize (gljivičnog korijena), korijenje biljke prestaje formirati korijenske dlake (sjetimo se - usisni uređaji), koji uz tako snažnu "pumpu" kao što je mikorizna gljiva, postaju beskorisni (zašto nositi vodu u kantama kada se pumpa pomoću pumpe?).

Uloga rizoferne mikroflore je skromnija - ista dostava, ali u većoj mjeri atmosferskog i zemljišnog dušika. Dobro je ako se gljivice i mikrobi nadopunjuju. Ali aktivnost rizosfere je predmet drugog razgovora.

U međuvremenu smo razmotrili kako se odvijaju procesi izmjene tla prirodni uvjeti, što je humus i procesi njegovog nastanka, te zapamtite da su ti procesi mogući samo uz prisutnost atmosferskog kisika ispod sloja prirodnog malča u obliku trave i lišća. I ništa drugo, uz obavezno sudjelovanje aerobne mikroflore (koja živi u prisutnosti zraka, njegovog kisika), gljivica i crva (ostale životinje u tlu nismo uzeli u obzir, iako njihova uloga nije manje važna). A što se događa u truloj hrpi gnoja? A onda se događa - procesi raspadanja i stvaranja "humusa".

Razmotrimo sve ovo redom. Nakon što se nagomila velika hrpa stajskog gnoja, posebno stelje, gdje će svi procesi biti još izraženiji, u prvoj fazi dolazi do procesa “spaljivanja” (kažu da gnoj “gori”, odnosno zagrijava se s povećanje temperature na otprilike 70 stupnjeva). To je zbog aktivnosti termofilnih bakterija koje mogu živjeti na visokim temperaturama. Ukratko: početak - zagrijavanje i potpuna sanacija jednostavne bakterije. Budući da na tako visokoj temperaturi umiru sve bakterije izlučene iz probavnog trakta životinja zajedno s izmetom - umiru svi koji uđu u ovaj "žegal". Naši pobornici "organskog" uzgoja plješću rukama i viču: "Ura, dekontaminirali smo gnoj!" Dudki. Od čega su dezinficirani? Od korisne crijevne mikroflore, tog pufera koji je kočio razvoj patogena? Da, svi korisni mikrobi su umrli (temperatura iznad 35,5 stupnjeva je kobna za njih, a to treba uzeti u obzir pri radu s biološkim proizvodima), a ostala je samo patogena mikroflora - bacili, a ne jednostavne bespomoćne bakterije. I imaju drugačije ime, tako da ih se odmah može razlikovati po sposobnosti da poprime oblik nalik sporama. U tom stanju (spore) može ih ubiti samo temperatura od 120 stupnjeva, što se postiže samo u autoklavu, pod pritiskom od 2 atmosfere, i to frakcijski (uz hlađenje i podgrijavanje). Bacili stoljećima ostaju sposobni za život u tom stanju nalik sporama.

Pa, što je sljedeće? Gnoj se ohladio. Mikrobi truleži iz spora su prerasli u vegetativni oblik, okolo je puno “grube” i nema nikakvih prepreka (svi “protivnici” su mrtvi), uvjeti su pogodni - anaerobni, jer je hrpa velika. Pa, samo naprijed, za cilj: "jedite i množite se!". Uz sve "prednosti" imaju i snažne proteolitičke enzime (koji razgrađuju bjelančevine, a bjelančevina ima dosta u gnoju, posebno u svinjskom, kao i u kokošjem gnoju), a znaju i "frknuti" “, uglavnom bjelančevine (a plijesni dobivaju ugljikohidrate, također su iznikle iz spora). Inače, proteolitički enzimi truležnih anaeroba toliko su jaki da su u stanju "otapati" živo tkivo, pa su gotovo svi oni uzročnici smrtonosnih infekcija rana (kao što je gangrena). Sada je to pravi GUY! I što, takvi procesi su mogući u Prirodi? NE ako gledamo tlo, a DA ako gledamo trulu močvaru ili leš. Ovdje su oni "redari", ali takve pojave se ne događaju na planetarnim razmjerima, s obzirom da je leš životinje ostavljen da trune, kao prvo, rijetkost, a kao drugo, mizerna količina, poput površine trule močvare. Dakle, ne poričem da truljenje jest prirodna pojava, ali poričem da je to karakteristično za procese formiranja tla. U zdravom tlu nema "humusa" dok ga sami ne stavite unutra, ovu "KAŠU". Samo se tada nemojte čuditi gdje su se na "gnojenom" mjestu pojavile fitoftora, krasta, pepelnica ... ili zašto je ruka natekla od ogrebotine. Postoji samo jedan izvor - "humus". Nadalje, svi procesi truljenja nikada ne idu do kraja (s takvom varijantom razgradnje organske tvari), već do takozvanog "poluživota", jer prolaze bez pristupa kisiku. Tijekom raspadanja nužno se oslobađaju toksični produkti poluraspada - truležni plinovi: metan, sumporovodik, indol, skatol ...

Ovi plinovi jako smrde. A ako ste iznenada "namirisali" neugodne mirise, znajte da negdje u blizini postoji raspadanje organskih tvari prema truležnom tipu. A da bismo to prepoznali, nisu potrebna laboratorijska istraživanja, priroda nas je mudro nagradila unutarnjim prirodnim laboratorijem: našim njuhom - tako da možemo odmah prepoznati što „smijete jesti“, a što ne. Zapamtite, sve loše uvijek loše "miriše", a sve dobro odiše aromom. A ako ustanovite da zemlja u vašoj posudi za cvijeće ili vrtnoj gredici odaje truošan ili "pokvaren" miris (od aktivnosti plijesni) - čuvajte se, spasite svoje biljke i zemlju u vrtu što je prije moguće. Trčite, trčite ne u kemijsku trgovinu, već u najbliži hram prirode - šumu ili livadu gdje nitko prije nije bio - i zamolite ga za pomoć.

Materijal pripremljen Dobrin Yu.M. , parcela 599.