Dauguma žmonijos vartojamų vaistų yra natūralios kilmės – jie susidaro augaluose, grybuose ir bakterijose. Tačiau bėda ta, kad jų nešiotojai gamina žmogui naudingas medžiagas mažomis dozėmis, kurių pakanka tik savo reikmėms. Be to, tokių preparatų kokybė ir grynumas gali skirtis priklausomai nuo gamintojo sąlygų.

Todėl jau keletą metų įsibėgėja nauja mokslo kryptis – sintetinė biologija. Jos aktyvistai mano, kad žmonių aprūpinimo natūralios kilmės vaistais problemą galima išspręsti sukuriant dirbtinį organizmą, galintį atlikti vienintelę funkciją – gaminti farmakologinius produktus.

Didžiausią sėkmę šioje srityje pasiekė mokslinė grupė iš JAV, vadovaujama Craigo Venterio. Mokslininkai paėmė bakteriją Mycoplasma genitalium, kuri žinoma dėl labai trumpo genomo, ir pradėjo iš organizmo šalinti atskirus genus, nustatydami, kokiomis aplinkybėmis jie nustos veikti. jos biocheminis savybių. Tuomet mokslininkai sukūrė dirbtinio genomo konstravimo metodą, kuriuo pavyko sukurti sintetinį organizmą, galintį atkurti tik pagrindines Mycoplasma genitalium vidinio metabolizmo reakcijas. Viena vertus, šis metodas leido gauti visiškai kontroliuojamą bakteriją, tačiau, kita vertus, jis neatsakė į klausimą: kaip cheminės reakcijosšiose naujose būtybėse. Fermentų gamybos biochemija vis dar yra didelė paslaptis.

Norint sukurti bakteriją, turinčią unikalių galimybių rinkinį, būtina nuosekliai ištirti visus jos genomo elementus, tarp jų nustatyti visus būtinus ir perkelti juos į dirbtinį genomą. Tuo pačiu be galo svarbu nepraleisti nieko – net ir mažiausio ir nepilnametis genomo detalės gali būti itin svarbios. Mokslininkai iš Japonijos Kitasato universiteto Mikrobiologinės inžinerijos laboratorijos pasuko kitu keliu. Jie paėmė jau esamas bakterijas ir tiesiog pašalino visas „papildomas“ dalis iš savo genomo, paversdami gyvu padaru į mikroskopines chemijos gamykla. Toks būdas atrodo daug žadantis – garantuoja, kad gautas kūrinys teisingai atliks visas operacijas.

Eksperimentams mokslininkai paėmė Streptomyces rūšies bakterijas, kurios jau seniai naudojamos pramonėje gamyba. Natūraliomis sąlygomis dirvožemyje gyvena šios bakterijos, kurių įvairūs cheminiai junginiai veikia skirtingas Streptomyces funkcijas. Taigi tam tikromis aplinkybėmis šie mikroorganizmai gali išskirti medžiagas, kurios naudojamos virusinėms infekcijoms, vėžiniams navikams ir grybelinėms ligoms gydyti. Šios pagalbinės Bakterijų funkcijos vadinamos antriniu metabolizmu. Japonijos biologų tyrimai leido išskirti už tai atsakingas genomo dalis ir jas ištrinti. Be to, buvo pašalinta keletas kitų genų, atsakingų už šalutinius procesus Streptomyces organizme. Rezultatas – „gryna“ bakterija, kurioje vyksta tik vienas „pagrindinis“ medžiagų apykaitos procesas. Tuo pačiu metu bakterijų genomo dydis sumažėjo 20 procentų.

Tolesni Japonijos mokslininkų eksperimentai parodė, kad tokiai „nuogai“ bakterijai gali būti sukurta tik viena atskira funkcija. Kartu didėja į jį nukreiptos energijos sąnaudos, o tai reiškia, kad didėja ir konkretaus vaisto gamybos efektyvumas. Biologai iš Kitasato universiteto jau atliko eksperimentus, kad sukurtų gaminančias bakterijas cheminis junginys amorfo-4, 11-deinų. Jis naudojamas gaminant artemizininą, kuris laikomas potencialia vakcina nuo visų maliarijos formų. Artimiausiu metu mokslininkai planuoja pademonstruoti „mikroskopines gamyklas“ kitoms naudingoms medžiagoms sukurti.

Sudaręs būtinas sąlygas naudingųjų mikroorganizmų veiklai, ūkininkas ženkliai pagerina augalų būklę, padidina jų produktyvumą. Tuo pačiu galima žymiai sumažinti brangių ir ne visada aplinkai nekenksmingų mineralinių trąšų naudojimą. Čia jums padės nauji itin veiksmingi biopreparatai gyvų bakterijų pagrindu, pasižymintys specifinėmis augalams vertingomis savybėmis.
Atsižvelkime į tai, kad gamtoje nuolat vyksta mikroorganizmų konkurencija dėl buveinių, mitybos, drėgmės ir kt. Kartu su naudinga mikroflora yra ir augalams kenksminga mikroflora. Visi žino tokius jos atstovus kaip miltligės grybai, įvairūs puviniai, kuriuos sukelia vėlyvojo maro genties grybai, rizoktonija, fuzariumas ir kiti, taip pat specifinės bakterijos, sukeliančios, pavyzdžiui, gleivines bakteriozes.
Šiuo metu yra sukurti mikrobiologiniai produktai, turintys stiprų apsauginį ir stimuliuojantį poveikį. Jie gerai apsaugo augalus nuo ligų ir fitopatogenų daromos žalos, padidina produktyvumą, gerina pasėlių kokybę ir struktūrą. Iš esmės kiekvienas sodininkas, naudodamas paprastus metodus ir naudodamas biologinius produktus, gali žymiai pagerinti mikrobų bendruomenę savo sklypo dirvožemyje arba šiltnamyje ir taip sumažinti cheminių medžiagų naudojimą.
Mineralinės trąšos ar pesticidai sode dažnai naudojami be reikalo intensyviai, o tai pavojinga aplinkai ir žmonių sveikatai. Natūralūs biologiniai metodai leidžia sumažinti „chemijos“ naudojimą ir gauti griežčiausius aplinkosaugos reikalavimus atitinkančius produktus. Todėl mikrobų preparatai nusipelno kuo platesnio naudojimo. Sodo sklypuose jie tam tikru mastu padės pakeisti naudingą trūkstamo mėšlo mikroflorą, bus geras komposto priedas ir leis drastiškai sumažinti mineralinių trąšų naudojimą. Mikroorganizmai, kurie yra naujų biologinių produktų pagrindas, yra azotą fiksuojančios bakterijos, gyvenančios ant ne ankštinių augalų šaknų ir glaudžiai sąveikaujančios su augalais. Tokios bakterijos vadinamos asociatyvinėmis. Steriliose durpėse jos gali išlikti gyvybingos ilgą laiką, todėl durpės naudojamos kaip užpildas bakterijų kultūrai. Durpių preparatai tinkami naudoti per metus nuo pagaminimo datos.
Asociatyvūs biologiniai preparatai gali būti naudojami keliais būdais: prieš sėją suvilgyta sėkla (sėklos, gumbai) sumaišoma su preparatais santykiu 1:100 arba 1:200 tūrio; prieš sėjant daržovių sėklas plonu sluoksniu supilkite į lysvių griovelius; sodindami augalus į šulinius, įpilkite ten 0,5 arbatinio šaukštelio durpių preparato ir sumaišykite su žeme.

Šiuolaikinės biotechnologijos remiasi daugeliu mokslų: genetika, mikrobiologija, biochemija, gamtos mokslu. Pagrindinis jų tyrimo objektas – bakterijos ir mikroorganizmai. Būtent bakterijų panaudojimas išsprendžia daugelį biotechnologijų problemų. Šiandien jų panaudojimo mastas žmogaus gyvenime yra toks platus ir įvairus, kad įneša neįkainojamą indėlį į tokių pramonės šakų vystymąsi kaip:

• medicina ir sveikatos priežiūra;
• gyvulininkystė;
• augalininkystė;
• žuvies pramonė;
• maisto pramone;
• kasyba ir energetika;
• sunkioji ir lengvoji pramonė;
• septikas;
• ekologija.

Bakterijų taikymo sritis farmakologijoje ir medicinoje yra tokia plati ir reikšminga, kad jų vaidmuo gydant daugelį žmonių ligų yra tiesiog neįkainojamas. Mūsų gyvenime jie būtini kuriant kraujo pakaitalus, antibiotikus, aminorūgštis, fermentus, antivirusinius ir priešvėžinius vaistus, DNR mėginius diagnostikai, hormoninius vaistus.

Mokslininkai įnešė neįkainojamą indėlį į mediciną, nustatydami geną, atsakingą už hormono insuliną. Implantuodami jį į colių bakterijas, jie pradėjo gaminti insuliną, išgelbėdami daugelio pacientų gyvybes. Japonijos mokslininkai atrado bakterijas, kurios išskiria medžiagą, kuri naikina apnašas, taip užkertant kelią ėduonies atsiradimui žmonėms.

Iš termofilinių bakterijų gaunamas genas, koduojantis vertingus fermentus moksliniai tyrimai nes jie nejautrūs aukštai temperatūrai. Gaminant vitaminus medicinoje, naudojamas mikroorganizmas Clostridium, išgaunant riboflaviną, kuris vaidina svarbų vaidmenį žmonių sveikatai.

Bakterijų gebėjimas gaminti antibakterines medžiagas buvo panaudotas kuriant antibiotikus, sprendžiant daugelio infekcinių ligų gydymo problemą, taip išgelbėjant ne vieno žmogaus gyvybę.

Farmakologijoje vaistų ir sintetinių vakcinų, įskaitant imunoreguliatorius, alkaloidus, nukleotidus ir fermentus, kūrimas taip pat neįmanomas be mikroorganizmų.

gyvulininkystė

Svoriui didinti ir jaunų individų augimo greičiui padidinti naudojami baltyminiai-vitamininiai papildai, fermentai, jų gamintojai yra fotosintetinės bakterijos. Taip mažėja pašarų suvartojimas ir didėja produktyvumas. Siloso gamyboje naudojama E.coli commune, Lactis aerogenes, kurie yra pieno rūgšties mikroorganizmai. Nepakeičiama aminorūgštis lizinas, naudojama kaip maisto priedas gyvulininkystėje, gaminama iš bakterijų, tokių kaip Corynebacterium glutamicum, Brevibacterium sp ir Escherichia coli.

Bakterijų naudojimas yra įprastas kuriant labai produktyvias veisles, augimo hormonus ir persodinant apvaisintą ląstelę. Bac pagrindu sukurti preparatai. subtilis ir Bac. Licheniformis naudojami veterinarijoje daugelio ligų gydymui.

Žemės ūkio pramonė

Pesticidų ir trąšų naudojimas žemės ūkio sektoriuje daro neigiamą poveikį dirvožemio mikroflorai. Aerobinės ir anaerobinės bakterijos naudojamos kenksmingoms medžiagoms sunaikinti.

Bakterinių trąšų naudojimas padeda padidinti derlių. Azotą sulaikantys bakterijų preparatai gaunami iš Klebsiella ir Chromatium ląstelių. Tai leidžia augalams absorbuoti ore esantį azotą. Fosfobakterinas gaunamas iš Bacillus megathrtium, kuris padidina fosforo kiekį dirvožemyje ir azoto kiekį žaliojoje masėje. Kaip augalų bioapsauga nuo įvairių kenkėjų buvo sukurti mikrobiologiniai preparatai bakterijų pagrindu, kurie nekenkia žmogui.

Žuvies pramonė

Žuvų ūkiuose naudojamos biotechnologijos leidžia sukurti žuvų veisles, atsparias daugeliui ligų ir veisles su dideliu augimo tempu. Taip pat iš žuvininkystės pramonėje gaminamų bakterijų gaminami pašarų priedai, fermentai ir vaistai.

maisto pramone

Plačiai paplitęs biotechnologijų naudojimas fermentacijos ir maisto pramonėje. Pieno rūgšties bakterijų naudojimas kefyro, kumiso ir rauginto pieno produktų gamyboje pagerina jų skonį ir virškinamumą. Tai pasiekiama dėl to, kad išskiriami fermentai skaido pieno cukrų į alkoholį ir anglies dioksidą. Gerinti konditerijos gaminių kokybę ir išsaugoti duonos gaminių šviežumą Maisto pramone taikyti fermentus, pagamintus iš Bac.subtilis.

Mineralų gavyba ir perdirbimas

Biotechnologijų naudojimas gavybos pramonėje gali žymiai sumažinti išlaidas ir energijos sąnaudas. Taigi hidrometalurgijoje naudojamos litotrofinės bakterijos (Thiobacillus ferrooxidous), turinčios gebėjimą oksiduoti geležį. Dėl bakterijų išplovimo taurieji metalai kasami iš mažai laikančių uolienų. Aliejaus gamybai padidinti naudojamos metano turinčios bakterijos. Išgaunant aliejų įprastu būdu, iš žarnyno išgaunama ne daugiau kaip pusė gamtinių atsargų, o mikroorganizmų pagalba vyksta efektyvesnis atsargų išlaisvinimas.

Lengvoji ir sunkioji pramonė

Mikrobiologinis išplovimas naudojamas senose kasyklose gaminant cinką, nikelį, varį, kobaltą. Kasybos pramonėje už mažinančias reakcijas bakteriniai sulfatai naudojami senose kasyklose, nes sieros rūgšties likučiai naikina atramas, medžiagas ir aplinką. Anaerobiniai mikroorganizmai skatina kruopštų skilimą organinės medžiagos. Ši savybė naudojama vandens valymui metalurgijos pramonėje.

Bakterijas žmogus naudoja gamindamas vilną, dirbtinę odą, tekstilės žaliavas, parfumerijos ir kosmetikos reikmėms.

Atliekų ir vandens valymas

Skilimo procese dalyvaujančios bakterijos naudojamos septikams valyti. Šio metodo pagrindas – mikroorganizmai maitinami nuotekų. Šis metodas užtikrina kvapo pašalinimą ir nuotekų dezinfekciją. Septikuose naudojami mikroorganizmai auginami laboratorijose. Jų veikimo rezultatą lemia organinių medžiagų skilimas į paprastas, aplinkai nekenksmingas medžiagas. Priklausomai nuo septiko tipo, parenkami anaerobiniai arba aerobiniai mikroorganizmai. Aerobiniai mikroorganizmai, be septikų, naudojami biofiltruose.

Mikroorganizmai reikalingi ir vandens kokybei palaikyti rezervuaruose bei nuotakynuose, valyti nuo naftos produktų užterštą jūrų ir vandenynų paviršių.

Tobulėjant biotechnologijoms mūsų gyvenime, žmonija pasistūmėjo į priekį beveik visose savo veiklos srityse.

Biotechnologijos pagrindas yra technologinis biologinių veiksnių taikymas, būtent bakterijų panaudojimas specifiniams produktams gauti arba kontroliuojamiems kryptingiems pokyčiams atlikti.
Prieš tūkstančius metų žmogus, nieko neišmanydamas apie biotechnologijas, jas naudojo savo buityje – virė alų, gamino vyną, kepė duoną ir gamino pieno rūgšties produktus bei sūrius.
AT modernus pasaulis Sunku pervertinti praktinę biotechnologinių metodų, naudojant bakterijas, svarbą – jie naudojami maisto pramonėje ir Žemdirbystė, medicinoje ir farmakologijoje, mineralų gavyboje ir jų perdirbime, vandens valymo gamtoje ir septikuose procese, daugelyje žmogaus gyvenimo sričių.
maisto pramone
Maisto pramonėje labiausiai paplitusios pieno rūgšties bakterijos ir mielės.
Bakterijų ir mielių veikimo mechanizmas – pieno cukrus paverčiamas pieno rūgštimi, todėl neutralus produktas paverčiamas pieno rūgštimi.
Pieno rūgšties bakterijos ir mielės naudojamos fermentuojant pieno produktus ir daržoves, apdorojant kakavos pupeles, gaminant mielinę tešlą. Prokariotų gebėjimą paveikti produktus lemia didelis jų fermentinis aktyvumas ir išskiriami fermentai.
Viena iš seniausių žmogaus naudojamų biotechnologijų yra sūrio gamyba. Propiono rūgšties bakterijų naudojimas gaminant kietuosius šliužo sūrius leidžia gauti produktą Aukštos kokybės su nurodytomis savybėmis.
Naudokite į technologinė schema propiono rūgšties bakterijos jau paruoštiems sūriams suteikia jiems būdingą spalvą, skonį ir aromatą, praturtindamos produktą biologiškai aktyviomis medžiagomis.
Bakterijos per savo gyvenimą geba selektyviai išskirti medžiagas iš sudėtingų junginių, ištirpindamos jas vandenyje. Šis procesas vadinamas bakterijų išplovimu ir turi didelę praktinę reikšmę:
1. leidžia išgauti naudingą cheminių medžiagų iš rūdų, pramoninių atliekų;
2. pašalinti iš spalvotųjų ir juodųjų metalų rūdų nereikalingas priemaišas – arseną.
Pramonėje didelę praktinę reikšmę turi mineralų (urano, vario) bakterinis išplovimas tiesiai prie telkinių.
Šiuolaikinė medicina sėkmingai naudoja vaistus, kurių gamybai naudojamos bakterijos:
1. insulinas ir interferonas gaunami naudojant genų inžinerijos technologijas, pagrįstas Escherichia coli;
2. Šieno bacilos fermentai naikina puvimo skilimo produktus.
Žmonėms taikant biotechnologijų metodus žemės ūkyje sėkmingai išsprendžiama nemažai problemų:
1. atsparių ligoms ir derlingų augalų veislių kūrimas;
2. trąšų iš bakterijų (nitraginas, agrofilis, azotobakterinas ir kt.), įskaitant kompostus ir fermentuotas (metano fermentacijos) gyvulinės kilmės atliekas, gamyba;
3. Neatliekinių technologijų žemės ūkiui kūrimas.
Gamtoje augalams reikia azoto, tačiau jie nepajėgia pasisavinti azoto iš oro, tačiau kai kurios bakterijos, gumbeliai ir cianobakterijos, gamtoje gamina apie 90 proc. iš viso surišo azotą, praturtindamas juo dirvą.
Žemės ūkyje naudojami augalai, kurių šaknyse yra gumbinių bakterijų: liucerna, lubinai, žirniai, ankštiniai augalai.
Šie augalai naudojami sėjomainoje, siekiant praturtinti dirvą azotu.
Žemės ūkyje silosavimas yra vienas iš pagrindinių augalų masės išsaugojimo būdų ir atliekamas kontroliuojamos fermentacijos būdu, veikiant pieno rūgšties, kokoidų ir lazdelės formos bakterijoms.
Bakterijos skaido gyvulių mėšlą, todėl susidaro metanas – angliavandenilių junginys, naudojamas organinėje sintezėje.

Dirvos virtuvė arba nematomi ūkininko pagalbininkai

Mes, žemės naudotojai, susiduriame su efektyvaus jos naudojimo uždaviniu. Tam reikia suprasti dirvožemio derlingumą užtikrinančius procesus ir tokią sąvoką kaip humusas. Daugelis identifikuoja „humusą“ ir „humusą“, tačiau tai nėra visiškai tiesa. Norėdami suprasti, pradėsime nuo visos gyvybės Žemėje ištakų. Ir šis šaltinis yra ne kur nors toli, o šalia – mus supančių augalų „lapuose“. Būtent ten yra pagrindinis organiniai junginiai, iš kurių atsiranda visa gyva būtybė, vadinama angliavandeniais. Iš paties pavadinimo jau aišku, kad tai junginiai, susidedantys iš anglies ir vandens, tačiau kasdieniame gyvenime mes labiau žinome žodį „cukrus“.

Taip, angliavandeniai yra pirminiai cukrūs: gliukozė, fruktozė... O jie susidaro žaliojoje augalų lapų dalyje (vadinama chlorofilu) veikiant Saulės šviesos energijai, todėl angliavandenius galima vadinti „konservuota Saulės energija“. “. Pirminiai cukrūs yra savotiškos „plytos“, iš kurių yra pastatyti ir sudaryti visi organiniai augalų, grybų ir gyvūnų audiniai. Iš karto padarysiu išlygą, kodėl pavadinau šias tris sausumos būtybių grupes, sutelkdamas dėmesį į jas: naujausiomis mokslininkų mintimis, grybai (sprendžiant iš jų savybių) negali būti priskirti nei augalams, nei gyvūnams. Tai seniausios ir gausiausios būtybių rūšys planetoje. Bet tęskime. Susidarę angliavandeniai patenka į augalų audinius, į jų ląsteles, kur vyksta kitų medžiagų sintezė (susidarymas), kurios yra sudėtingesnės tiek savo sandara, tiek sudėtimi. cheminė sudėtis. Į angliavandenius dedant kitų cheminių medžiagų, susidaro nauji organiniai junginiai: baltymai, riebalai, vitaminai, ekstraktinės ir aromatinės medžiagos, pigmentai ir kt.

Jų susidarymui, be jau minėtos anglies ir vandens, augalams reikia papildomų maisto medžiagų, iš kurių pagrindinės yra azotas, fosforas, kalis – jų reikia daug, todėl ir buvo vadinami „makroelementais“. Kitų elementų (kobalto, cinko, magnio, jodo, geležies, fluoro, mangano...) augalams reikia mažiau, jie vadinami „mikroelementais“. Sujungdami angliavandenius – „plytas“ tarpusavyje, augalai iš jų stato polisacharidus arba polimerus, t.y. turintys didžiulį struktūrinė formulė. Tai yra ligninas ir celiuliozė – labai stiprūs ir stabilūs junginiai, sudarantys karkasą, augalų audinių skeleto pagrindą. Bet iš kur augalai gauna cheminių elementų? Taip, iš šaknų absorbuojant šių druskų tirpalus cheminiai elementai. Tam augalai turi specialias adaptacijas ant šaknų – šaknų „plaukelius“, per kuriuos augalai pasisavina reikalingus tirpalus. Bet iš kur jie atsiranda, sprendimai? Ne, ne visi dirvožemio tirpalai yra tinkami augalų mitybai, kuriuos jie galėtų pasisavinti. Dažniausiai cheminiai elementai dirvožemyje randami ne gatavų tirpalų pavidalu, o „surištoje“ būsenoje, natūralių mineralų ir jų druskų pavidalu. Tai ne maistas augalams. Kaip būti?

Ir augalai eina į gudrybę. Jie išsiskiria į šaknų zoną, vadinamą rizosfera, įvairių medžiagų: maistingas, aromatingas, ekstrahuojantis ir pan., taip pritraukiant „pagalbininkus“ (savotiškus „virėjus“), padedančius augalams iš dirvožemio išgauti surištus mineralinius cheminius elementus, juos ištirpinti ir paversti prieinamais maisto produktais. Kas tie „virėjai“ – padėjėjai? Tai šakniniai mikropasaulio gyventojai – mikrobai – sugyventiniai. Jie gyvena šalia šaknų, maitinasi „augalų dalomaisiais lapeliais“ šaknų eksudatų pavidalu; moksliškai šie gyventojai vadinami rizosferos mikroflora, taip pat simbiotrofiniais grybais. Bet „pagalbininkai“ nevalgo kaip gyvūnai – neturi virškinimo aparatų ir organų (burnos, dantų, skrandžio, žarnyno) – reikiamas medžiagas pasisavina visu kūno paviršiumi, o šiam gebėjimui, anot valgymo būdu jie buvo vadinami osmotrofais („siurbia viską kūną“). Siekdami užtikrinti, kad aplink organizmą būtų maistinių medžiagų, „pagalbininkai“ išskiria fermentus (medžiagas, kurios skaido įvairius junginius) tiesiai į aplinką, o daug kas būtinai ištirps. Atkreipkite dėmesį, kad gyvūnų virškinimo liaukos išskiria sultis su fermentais į virškinimo kanalą, o mikrobų ir grybų – išskiria. Na, o kai viskas aplink buvo ištirpusi (suskilusi veikiant fermentams), tada visi „valgo“ nuo šio bendro „stalo“, įskaitant ir augalus. Bet pabrėšiu: visa tai įmanoma tik mikrobų ir grybų fermentų dėka, t.y. fermentinis skilimas.

Taigi augalų šaknų mineralinė mityba jų natūralioje buveinėje (šaknimis dirvožemyje) yra netiesioginė, t.y. mikrobų ir simbiontų grybų (kompanionų) dėka. Tai labai svarbus momentas. Kai kurie augalai be simbiontų (bakterijų ar grybų) išvis negali gyventi. Tačiau kol kalbame apie augalų mitybą, kalbame apie tai, kaip kaupiasi organinės medžiagos, t.y. augalų masė. Pažiūrėkime, kokių elementų ir kiek bus šioje masėje: daugiausia anglies - 50%; deguonis - 20%, azotas - 15%, vandenilis - 8%. Tačiau šie cheminiai elementai gaunami iš oro ir vandens. O mineralinėms medžiagoms lieka tik 7%: fosforui, kaliui ir kt. Tai yra, makro ir mikroelementai augalų mityboje reikalauja „tik – nieko“. Augalai, pasisavindami anglies dioksidą iš oro, patenkina 50% savo mitybos – taigi, lapų ir šaknų vaidmuo augalų mityboje yra maždaug vienodas. Augalų šaknys sugeria vandenį ir jame ištirpusius cheminius elementus. Azotas azoto junginių pavidalu patenka dviem būdais: iš dirvožemio atsargų ir iš oro. Azotas fiksuojamas iš oro dėl rizosferos bakterijų, kurios vadinamos rizobijomis („gyvenančios ant šaknų“). Tokios augalų gyvenimo detalės mums pravers tolesniems samprotavimams.

Taigi augalai augo sezono metu, sukaupė tam tikrą masę, savo audiniuose rinko cheminius elementus ir saulės energiją. paprasti angliavandeniai. Planetiniu mastu tai yra apie 230 milijardų tonų sausosios medžiagos, kuri sukaupė dešimt kartų daugiau energijos nei sudeginama visų rūšių kuro per metus! Šis faktas rodo, kad šaltinis anglies dvideginis augalų anglies maitinimui yra ne katilai ir laužai, ne automobilių išmetamosios dujos, o anglies dioksidas, išsiskiriantis kvėpuojant dirvožemio gyventojams: mikrobams, grybams, kirmėlėms (rūpindamiesi, kad dirvožemyje jų daugėtų, didiname derlių) .

Ir štai atėjo ruduo, ir visa ši sezoninė organinė medžiaga žolės ir lapų pakratų pavidalu nudžiūvo ir nukrito ant žemės. Kas jį gavo? Kas gamtoje toks aistringas, kas sugeba tiek daug valgyti? Ir tai yra dirvožemio mikrokosmoso atstovai: mikroorganizmai (bakterijos, aktinomicetai, mielės, pirmuonys), grybai - saprofitai (negyvi valgytojai) ir dirvožemio gyvūnai: anelidai, vabzdžiai... Išvardinti visų neverta, nes šiame sąraše gobšiausi yra anelidai (žemė, urvas, kraikas, mėšlas ir kt., iš viso šalyje 97 rūšys). Ir nors mikrobų su grybais masė ir sliekų masė beveik vienoda, sliekų masė vis tiek didesnė: nuo 50 iki 70% visos dirvožemio biomasės. Tai svarbus biologinės pusiausvyros faktas.

Bet eikime eilės tvarka, kas pirmasis „suvalgo“ šį detritą (irstančias organines liekanas)?

Apsvarstykite tai miško, jo lapų pakratų pavyzdžiu. Kas vyksta po šiuo natūraliu „mulčiu“ (paviršiaus danga)? Kadangi miško paklotė, kaip ir pievų žolė, suyra per ilgą laiką, ji yra sluoksniuota ir pateikiama įvairaus sunaikinimo laipsnio sluoksnių pavidalu: viršutinis, vidurinis ir apatinis, su tam tikrais mikrofloros ir grybų atstovais. būdingas šiems sluoksniams; jie visi yra saprotrofai (mirę valgytojai). Jų vystymosi seka ankstyvosios stadijos kraiko skaidymas vyksta pagal šią schemą (viršutinis sluoksnis):

Iš pradžių čia apsigyvena bakterijos ir žemesni grybai, kurie suvartoja lengvai prieinamus (vandenyje tirpius) organinius junginius;

Po jų seka krakmolą (sudėtingesnį cukrų) vartojančių marsupialų ir netobulų grybų atstovai;

Augalų liekanoms skylant jas pakeičia bazidiomicetai, skaidantys ligniną ir celiuliozę (sudėtingiausi cukrūs yra polimerai). Tiesą sakant, tai jau vidurinis kraiko sluoksnis (pusiau sugedę lapai, praradę formą).

Dar žemesnis yra humuso sluoksnis, vienalytis mechaninės sudėties. Jame bestruktūrė organinė medžiaga jau yra glaudžiai susijusi su mineraline dirvožemio dalimi, tai yra, tai jau yra humusas. Būdingi šio grybų sluoksnio atstovai yra pievagrybiai, skėčiai, mėšlo vabalai, pūkuotieji ir netikrieji. Tai visi saprotrofai (mirusius valgytojus), jų vaidmuo svarbus ir neabejotinas medžiagų cikle gamtoje: suskaidyti sudėtingus organinius junginius į paprastesnius, todėl jie dar vadinami skaidytojais („skaidytojais“). Ir tam (prisiminkime osmotrofinį mikrobų maitinimosi būdą) jie išskiria didžiulį kiekį fermentų į pūvančius negyvus augalo audinius – kaip ir simbiontų atveju, tik tas skirtumas, kad jų fermentai skiriasi; Grybai turi galingesnių fermentų. Fermentuotos kompleksinės organinės medžiagos suskaidomos iki „plytų“ (monomerų), kurias virškina mikrobai ir grybai – saprotrofai.

Įsivaizduokite šį mikrobų ir ištirpusių organinių medžiagų „sultinį“. Juk fermentai yra izoliuoti, ir jie atlieka savo darbą – virškina – jiems veikiant virškinamos įvairios augalinės liekanos, tik ne skrandyje (kaip gyvūnų), o visur aplinkui. O kas „nuplėšia save nuo bendro stalo“, tas sotus. Tiksliau, kiekvienas siurbia į save tai, ką sugeba.

Vėlgi, saprofitų vaidmuo paprastas: skaidyti ir pasisavinti, virškinti augalų liekanas. Tai savotiška dirvožemio „penėjimo parduotuvė“, nes mikrobų dauginasi, kol baigiasi maistas (lapų ir žolių kraikas). Tačiau dėl viso to mikrobai į dirvą išskiria daugybę kitų cheminių medžiagų, savo gyvybinės veiklos produktų: biologiškai aktyvių medžiagų (BAS). Jų dėka iš monomerų, kurių mikrobai ir grybai nespėjo „suvalgyti“, dirvožemyje vyksta polimerizacijos procesai biocheminių reakcijų pavidalu. Susidarę polimerai, susijungę su mineraliniais dirvožemio elementais, yra pirminis mikrobinės ir grybelinės kilmės humusas (dar vadinamas rūgštiniu humusu – „mor“). Tai antrasis „pagalbininkų“ vaidmuo: iš to, ką jie suvirškino, bet nespėjo „suvalgyti“, susintetino (susidarė) humusą. Taigi saprofitai taip pat yra pagrindiniai maistinių medžiagų kaupėjai dirvožemyje. Nors šie procesai dirvoje vyksta nepriklausomai nuo jų, tačiau jų dėka, jų išskyros. O humuso susidarymo procesai įmanomi tik paskutinėje detrito irimo stadijoje, esant privalomai prieigai deguoniui, kurio kraikoje gausu. Panašūs procesai vyksta ir pievose, po žolės pakratu ar „veltiniu“, tik skirtumas tas, kad čia svarbų vaidmenį atlieka ne grybai, o mikrobai (aktinomicetai, bakterijos), o gaunamas humusas yra kokybiškesnis.

Tuo saprofitų vaidmuo baigėsi. Bet kaip dėl jų „riebaus kūno“? Ar juos valgo augalai? Nieko panašaus. Ir tada „pabaisos“ šliaužioja sliekų pavidalu (paprastumo dėlei juos taip pavadinkime) ir suryja visus mikrobus bei grybus kartu su nuolaužų ir dirvožemio likučiais. Jie yra kaip banginiai vandenyne, tik tas skirtumas, kad jie neturi filtravimo prietaisų ir per savo virškinimo vamzdelį praleidžia daug dirvožemio kartu su tuo, kas yra jame, viską suvirškindami. Atkreipkite dėmesį, kad bendra mikrobų masė ir kirminų masė yra beveik vienoda. Tai yra pusiausvyra.

Kirminams suvirškinus mikrobus ir augalų liekanas, organinių medžiagų irimo procesas buvo visiškai baigtas. Kur jis prasidėjo ir baigėsi anglies dioksido ir vandens išsiskyrimu bei cheminių elementų mineralizacija. Tas pats vyksta ir mūsų organizme: viskas skyla į anglies dioksidą ir vandenį, o iš šio irimo jo dėka gauname Saulės energiją, kurią augalai konservavo savo chlorofilu paprastų angliavandenių pavidalu. Tačiau kirmėlių mikrobai yra „mėsa“ (gyvulinių baltymų šaltinis), o augalinės liekanos – „duona“ (angliavandenių šaltinis). Beje, anelidai natūraliomis sąlygomis yra pagrindiniai negyvų augalų likučių vartotojai, tuo jie konkuruoja su mikrobais ir grybais – nuo ​​bendro „stalo“ nuvalo viską, ko kiti „nesuvalgė“. Tačiau, suvirškinusios visą šią „virtuvę“, kirminai (kaip ir gyvūnai, kaip tu ir aš), pasisavina tik dalį savo „maisto“, likusi dalis išsiskiria su koprolitais (išmatomis-išmatomis gabalėlių, akmenukų pavidalu) . Į koprolitų sudėtį įeina: nesuvirškinta jų maisto dalis, virškinimo sultys, jų išskyrimo produktai, gleivinės medžiagos, žarnyno mikroflora... Kirmėlių koprolitai yra pati dirva. Taip, nesistebėkite dabartinis etapas yra įrodytas faktas. Todėl sliekų virškinimo proceso vaidmuo yra labai didelis. Pavyzdžiui, koprolitų biologiškai aktyvios medžiagos (BAS) pasižymi antibiotinėmis savybėmis ir neleidžia vystytis patogeninei (patogeninei) mikroflorai, puvimo procesams, išsiskirti dujoms, dezinfekuoja dirvą ir suteikia malonų žemės kvapą. Jei dirvožemio biomasės skilimas eitų puvimo keliu, mes visi uždustume nuo nuodingo puvimo pusėjimo produktų kvapo. Prisiminkite, kokį kvapą (dešimtis kilometrų) skleidžia paukštynų ir kiaulių fermų kraiko ir mėšlo sandėliai. Natūraliomis sąlygomis to nebūna, dirvoje nėra „humuso“, jis neturi iš kur atsirasti. Ir šis pasenęs „humuso“ apibrėžimas, tapęs įprastu dirvožemio detrito (organinių medžiagų) apibrėžimo žodžiu, taip įsitvirtino mūsų žodyno vartosenoje, kaip puvimo kvapai – paukštynų ir kiaulių darbuotojų drabužiuose. ūkių (tegul jie man atleidžia už šį palyginimą). Bet daugiau apie apibrėžimus vėliau.

Bet dirvožemio sanitariją (valymą nuo ligų sukėlėjų) su jų išskyromis atlieka ne tik kirminai, bet ir mikrobai, grybai ir patys augalai. Šiuolaikiniu požiūriu (moksliniais duomenimis), grybų šaknų zonoje - rizosferoje ir hifų ("micelio") zonoje - hifaosferoje, dėl specifinių sekretų susidaro kai kurioms grupėms palanki aplinka. mikroorganizmų ir grybelių, o kitiems nepakeliamas (patogenai). Tai taip pat įrodytas faktas. Pavyzdžiui, simbiotrofinis (maitinantis tik simbiozės su aukštesniaisiais augalais sąskaita) grybas Trichoderma lignorum (žr. preparatą „Trichodermin“, kuriame yra grybelio sporų) „nužudo“ iki 60 puvimo ligų sukėlėjų, daugelio augalų ligų, ypač grybų, sukėlėjų: Fuzariumas, vėlyvasis pūtimas, šašas ... Tarp mikrobų pirmenybė priklauso pieno rūgšties bakterijoms; tai ypač ryšku mūsų žarnyne, kur jie yra buferis – apsauga nuo puvimo sukėlėjų. Kitas pavyzdys – pieno rūgpienis; jis niekada nesupūs, kol ten bus pieno rūgšties bakterijų. Aplinkoje išsiskiriantys kirmėlių koprolitais, ten savo poveikį turi ir jų žarnyno mikroflora. Tačiau svarbiausias argumentas kirmėlių naudai: augalų liekanų ir mikrobų masės virškinimo su grybais procese kirminų virškinimo kanale susidaro huminės medžiagos, kurios, kaip jau žinome, yra polimerai. Šie sudėtingi polimerai chemine sudėtimi skiriasi nuo dirvožemyje susidariusio humuso, nuo mikrobų ir ypač nuo grybelių veiklos. Kirmėlių humusas dar vadinamas „mull“, arba „saldus humusas“, tai aukščiausios kokybės humusas. Kirmėlių virškinimo vamzdelyje susidarę polimerai (jie neturi skrandžio) polimerai huminių rūgščių pavidalu, vėliau, išsiskyrę su koprolitais, sudaro kompleksinius junginius su dirvožemio mineralais (ličiu, kaliu, natrio humatais – tirpiu humusu; kalciu, magnio ir kitų metalų humatų – netirpus humuso). Šios medžiagos ilgai išlieka dirvoje stabilių junginių pavidalu – imlūs vandeniui, atsparūs vandeniui ir mechaniškai stiprūs. Todėl sliekų veikla neleidžia iš dirvožemio išsiplauti judrioms maistinėms medžiagoms ir apsaugo nuo dirvožemio erozijos (sunaikinimo). Gamtoje sliekų koprolituose yra iki 15% humuso sausoje medžiagoje, o kultūroje – dar daugiau (biohumuso).

Apibendrinkime tai, kas buvo pasakyta. Iki šiol laikėme „sandėlininkus“: jie visą sezoninę augalinę organinių medžiagų masę apdoroja lapų ir žolių kraiko pavidalu, visa tai deda į atsargas „sandėliuose“ dirvožemiuose humuso pavidalu (dabar mes žinoti, kas tai yra). Grįžkime prie organinių medžiagų ciklo Gamtoje pradžios, prie augalų mitybos.

Pažvelkime į jų pagalbininkus iš arčiau: rizosferos mikrofloros ir simbiontų grybų atstovus. Kaip jau žinome, mūsų „protingi“ augalai, išlaikydami savo šaknis dirvoje ir „mąstydami“ taip pat su šaknimis, išskiria į rizosferą įvairias chemines medžiagas, pritraukiančias mikrobus ir grybus – simbiontus. Toks „protingos“ šaknų veiklos pasireiškimas ypač pastebimas, kai augalų mityba nėra subalansuota bent vienu cheminiu elementu (ypač fosforu ir kaliu). Savo rizosferos išskyromis augalai „įsako“ simbiontams išgauti, pavyzdžiui, fosforą. Buvo priimtas įsakymas „einam fosforo“, t.y. simbiontai tiekia augalus pagal poreikį - pristatys tai, ko reikia šiuo metu, ir nieko daugiau - tai savotiškai ir biologinis filtras, ir dozavimo įrenginys, leidžiantis subalansuoti cheminius elementus naudojant NATURAL technologiją. Taigi rizosferos mikrofloros ir grybų – simbiontų – vaidmuo kiek skiriasi nuo saprofitų: ne dedamas į „sandėliuką“, o ištraukia iš jo. Ir šis svarbus dalykas turėtų būti aiškiai atskirtas kalbant apie tam tikrų mikrobų paskirtį, kad būtų galima teisingai pritaikyti biologinius produktus praktikoje. Jei reikia gaminti maistines medžiagas humuso pavidalu, tai yra saprofitų ir kirminų vaidmuo. Jei jums reikia maitinti augalus iki galo, niekas negali to padaryti geriau nei simbiontai (tikiuosi, kad tai suprantama). O gaunant maistą augalams, nėra lygių grybų – simbiontų, nes jie didžiuliai: hifų siurbiamo paviršiaus plotas yra šimtą kartų (ar daugiau) didesnis už šaknies siurbimo paviršių. Esant mikorizai (grybelio šaknims), augalų šaknys nustoja formuoti šaknų plaukelius (atminkite – siurbimo įtaisus), kurie su tokiu galingu „siurbliu“ kaip mikorizinis grybas tampa nenaudingi (kam neštis vandenį kibirais, kai jis pumpuojamas siurbliu?).

Rizoferinės mikrofloros vaidmuo yra kuklesnis – tiekiamas tas pats, bet didesnis atmosferos ir dirvožemio azoto kiekis. Gerai, jei grybai ir mikrobai papildo vienas kitą. Tačiau rizosferos veikla yra kitos diskusijos objektas.

Tuo tarpu mes svarstėme, kaip vyksta dirvožemio mainų procesai gamtinės sąlygos, kas yra humusas ir jo susidarymo procesai, ir atminkite, kad šie procesai galimi tik esant atmosferos deguoniui po natūralaus mulčio sluoksniu žolės ir lapų pakratų pavidalu. Ir nieko daugiau, privalomai dalyvaujant aerobinei mikroflorai (kuri gyvena esant orui, jo deguoniui), grybams ir kirmėlėms (kitų dirvožemio gyvūnų nenagrinėjome, nors jų vaidmuo ne mažiau svarbus). O kas nutinka pūvančioje mėšlo krūvoje? Ir tada tai vyksta – irimo procesai ir „humuso“ susidarymas.

Apsvarstykime visa tai eilės tvarka. Sukrovus didelę mėšlo krūvą, ypač kraiką, kur visi procesai bus dar ryškesni, pirmajame etape joje vyksta „degimo“ procesai (sakoma, kad mėšlas „dega“, tai yra, sušyla su temperatūros padidėjimas iki maždaug 70 laipsnių). Taip yra dėl termofilinių bakterijų, kurios gali gyventi aukštoje temperatūroje, aktyvumo. Trumpai: pradžia – apšilimas ir visiška sanitarija paprastos bakterijos. Mat esant tokiai aukštai temperatūrai, žūva visos kartu su išmatomis iš gyvūnų virškinamojo trakto pasišalinusios bakterijos – miršta visi, patekę į šį „žaliuką“. Mūsų „ekologinio“ ūkininkavimo šalininkai ploja rankomis ir šaukia: „Ura, nukenksminome mėšlą! Dudki. Nuo ko jie buvo dezinfekuoti? Nuo naudingos žarnyno mikrofloros, to buferio, kuris stabdė patogenų vystymąsi? Taip, visi naudingieji mikrobai mirė (aukštesnė nei 35,5 laipsnio temperatūra jiems yra mirtina, ir į tai reikia atsižvelgti dirbant su biologiniais produktais), o išliko tik patogeninė mikroflora - bacilos, o ne paprastos neapsaugotos bakterijos. Ir jie turi skirtingą pavadinimą, kad juos būtų galima iš karto atskirti dėl gebėjimo įgauti sporą. Šioje būsenoje (sporoje) juos gali nužudyti tik 120 laipsnių temperatūra, o tai pasiekiama tik autoklave, esant 2 atmosferų slėgiui, o po to dalinai (aušinant ir kaitinant). Šioje į sporas panašioje būsenoje bacilos išlieka gyvybingos šimtmečius.

Na, o kas toliau? Mėšlas atvėso. Puvimo mikrobai iš sporų peraugo į vegetatyvinę formą, aplink daug „grubio“ ir nėra kliūčių (visi „priešininkai“ mirę), sąlygos tinkamos - anaerobinės, nes krūva didelė. Na, pirmyn, dėl reikalo: „valgyk ir dauginkis!“. Be visų „privalumų“, jie turi ir galingų proteolitinių fermentų (kurie skaido baltymus, o mėšle, ypač kiaulienos, taip pat ir vištienos mėšle, yra daug baltymų), moka „snūduriuoti“. “, daugiausia baltymų (o pelėsiai gauna angliavandenių, jie taip pat išdygo iš sporų). Beje, puvimo anaerobų proteolitiniai fermentai yra tokie stiprūs, kad sugeba „išlydyti“ gyvus audinius, todėl beveik visi jie yra mirtinų žaizdų infekcijų (pavyzdžiui, gangrenos) sukėlėjai. Dabar tai tikras vaikinas! O ką, tokie procesai įmanomi Gamtoje? NE, jei žiūrime į dirvą, ir TAIP, jei žiūrime į pūvančią pelkę ar lavoną. Čia jie yra „tvarkos“, tačiau tokie reiškiniai nevyksta planetos mastu, nes sugedusio gyvūno lavonas, pirma, yra retenybė, o antra, apgailėtinas kiekis, kaip ir plotas. pūvančios pelkės. Taigi, aš neneigiu, kad puvimas yra gamtos reiškinys, bet neigiu, kad tai būdinga dirvožemio formavimosi procesams. Sveikoje dirvoje nėra „humuso“, kol pats jo ten neatsineši, šito „humuso“. Tik tada nesistebėkite, kur ant „apvaisintos“ vietos atsirado fitoftora, šašas, miltligė..., ar kodėl ranka ištino nuo nulio. Yra tik vienas šaltinis – „humusas“. Be to, visi puvimo procesai niekada nesibaigia (su tokiu organinių medžiagų skilimo variantu), o iki vadinamojo „pusėjimo“, nes jie praeina be prieigos prie deguonies. Skilimo metu būtinai išsiskiria toksiški pusinės eliminacijos produktai - puvimo dujos: metanas, vandenilio sulfidas, indolas, skatolis ...

Šios dujos labai blogai kvepia. O jei staiga „užuodėte“ nemalonius kvapus, žinokite, kad kažkur netoliese vyksta organinių medžiagų irimas pagal puvimo tipą. Ir norint tai pripažinti, laboratoriniai tyrimai nereikalingi, gamta mus išmintingai apdovanojo vidine natūralia laboratorija: mūsų uosle – kad galėtume akimirksniu atpažinti, ką galima „valgyti“, o ko ne. Atminkite, kad viskas, kas bloga, visada „kvepia“ blogai, o viskas, kas gera, skleidžia aromatą. O jei pastebėjote, kad jūsų vazone ar sodo lysvėje esanti žemė skleidžia puvėsių, arba „puvimo“ kvapą (nuo pelėsinių grybų veiklos) – saugokitės, kuo greičiau išsaugokite savo augalus ir žemę sode. Bėk, bėk ne į chemijos parduotuvę, o į artimiausią Gamtos šventyklą – mišką ar pievos lauką, kur dar niekas nebuvo ėjęs – ir prašyk jo pagalbos.

Paruošta medžiaga Dobrin Yu.M. , 599 sklypas.