Rolul microorganismelor în circuitul elementelor în sol

Compuşii chimici implicaţi în sinteza substanţelor organice sunt supuşi unor

fenomene de descompunere microbiană. In urma proceselor biologice de sinteză,

transformări şi degradări fiecare element parcurge un circuit de la starea anorganică la

cea organică, revenind apoi din nou la starea anorganică.

Circuitul elementelor implică o serie de circuite parţiale, strâns legate între ele,

având loc fenomene fiziologice, de mineralizare şi humificare a substanţelor organice din

sol, fenomene deosebit de importante din punct de vedere biologic şi organic.

Circuitul carbonului

- circuit deosebit de complex cu numeroase etape intermediare şi strâns legat de

circuitul altor elemente.

- Incorporarea carbonului de către plantele verzi, fitoplancton, plante acvatice –

fenomenul de fotosinteză.

- In fotosinteza plantelor verzi, reacţia energetică cea mai importantă este

descompunerea – fotoliza – apei în prezenţa clorofilei cu ajutorul energiei luminoase.

Hidrogenul din apă reduce bioxidul de carbon, iar oxigenul este eliberat sub formă

moleculară.

- In fotosinteza bacteriană nu se produce oxigen – nu are loc fotoliza apei. Ca donator

de hidrogen bacteriile utilizează alte substanţe (ex. hidrogenul sulfurat, acizii graşi

simpli sau alcooli).

- Descompunerea substanţelor organice începe încă din plante, unde are loc sinteza de

substanţă organică din compuşi minerali simpli.

- Descompunerea substanţelor organice în organismele animale.

Descompunerea celulozei

- component organic principal al ţesuturilor vegetale şi o componentă importantă a

îngrăşămintelor organice, fiind cea mai importantă sursă de carbon şi energie pentru

microorganismele din sol.

- Conţinutul de celuloză al plantelor variază în funcţie de specie, de vârsta plantei.

Microorganismele implicate în descompunerea celulozei:

- microroganisme celulolitice obligate sau facultative

- microorganisme celulolitice mezofile sau termofile aerobe sau anaerobe.

Microorganismele celulolitice mezofile aerobe:

- bacterii: Genul Cytophaga, Sporocytophaga, Pseudomonas, Cellulomonas, Bacillus

- actinomicete: Streptomyces- Str. Cellulosae, violaceus; Nocardia – Nocardia

cellulans;

- ciuperci: Trichoderma viride, Aspergillus.

- Protozoare

Microorganismele celulolitice mezofile anaerobe:

Pot fi obligat sau facultativ anaerobe

Microorganismele celulolitice termofile aerobe:

- au un optim de dezvoltare la 50-650C şi pot bacterii facultativ celulolitice,

actinomicete facultativ celulolitice şi ciuperci facultativ celulolitice.

Microorganismele celulolitice termofile anaerobe: bacterii sporulate (Clostridium)

Factorii care influenţează descompunerea celulozei în sol:

1. Tipul de sol şi vegetaţia

2. Substanţele organice – celuloza pură se mineralizează mai repede; celuloza din

resturile speciilor bogate în lignină se descompune mai slab, este descompusă în

sol de un complex enzimatic extracelular (celulaze).

3. Substanţele anorganice – îngrăşămintele minerale cu azot măresc viteza de

descompunere a celulozei.

4. pH-ul - neutru sau uşor alcalin

5. Oxigenul – procesul are loc atât în condiţii aerobe cât şi anaerobe

6. Temperatura – 0-650C

7. Umiditatea – descompunerea este maximă la 60% din capacitatea de apă

8. Adâncimea – scade intensitatea odată cu adâncimea

9. Fluctuaţiile sezoniere

Descompunerea hemicelulozelor

- sunt polizaharide care însoţesc celuloza în plantele verzi

- reprezintă 6-30% din substanţa uscată a resturilor vegetale

- este dificil de obţinu hemiceluloze în stare pură

- enzimele – hemicelulaze (xilaza)â

- determinată de ciuperci – Rhizopus, Aspergillus, Penicillium; actinomicete şi bacterii

(de ex. Bacillus, Psedomonas, Clostriudium, Azotobacter).

- Activitatea microorganismelor depinde de pH.

Descompunerea glucozei

Microorganismele responsabile de descompunerea glucozei şi a altor zaharuri sunt

drojdiile, care produc degradarea acestor glucide prin fermentaţii alcoolice pure. Sunt

mai răsăândite în solurile din vii şi livezi.

Descompunerea amidonului

- este un polizaharid intrând în constituţia plantelor, ca substanţă nutritivă de rezervă

(în seminţe, tuberculi, rădăcini). Se găseşte şi în unele microorganisme.

- Bacteriile amdiolitice pot fi aerobe şi anaerobe: Bacillus, Clostridium, Pseudomonas,

Azotobacter; actinomicete – Streptomyces, Micronospora, Nocardia; ciuperci:

Aspergillus, Fusarium.

- Proces numit amiloliză

- Este influenţat de natura şi aerisirea solului, de umiditate şi temperatură. Când

umiditatea creşte, amiloliza este efectuată de bacterii facultativ aerobe – Bacillus

macerans, B. subtilis, B. cereus, B.mesentericus, Clostridium butyricum, Cl.

Amylolyticum.

Descompunerea pectinelor

Pectinele sunt polizaharide care cimentează fibrele de celuloză în pereţii celulelor

plantelor.

- prezintă importanţă în topitul biologic al inuluui şi cânepei.

- Descompunerea se realizează cu ajutorul enzimei pectinmentilesteraza.

- Se descompune până la stadiul de acizi organici, alcooli şi gaze sau este hidrolizată la

zaharuri.

- Microorganisme pectinolitice Clostridium aurantibutyricum, Bacillus polymixa,

Bacillus macerans, reprezentanţi ai genului Pseudomonas, Corynebacterium, sau

actinomicete din genurile Streptomyces; ciuperci – Aspergillus, Fusarium, Alternaria,

Botrytis, Monilia.

Descompunerea chitinei

- un polizaharid care conţine azot. Se găseşte în compoziţia învelişului exteriror al unor

nevertebrate, a unor ciuperci.

- Chitina este foarte rezistentă din punct de vedere chimic

- Microorganismele care descompun chitina se numesc chitinoclastice- Streptomyces,

Nocardia, Micromonospora; bacterii – gen. Pseudomonas, Bacillus, Cytophaga;

ciuperci – Trichoderma.

Descompunerea ligninelor

- prezentă în pereţii celulari ai plantelor verzi

- ocupă locul al 3-lea după celuloză şi hemiceluloză

- cantitate diferită în funcţie de specie şi vârsta plantei

- compusul vegetal cel mai rezistent la descompunerea biologică şi cu cea mai mică

viteză de descompunere

Viteza de descompunere este condiţionată de următorii factori:

1. specia

2. vîrsta plantei

3. prezenţa oxigenului

4. temperatura

5. umiditate

Descompunerea este efectuată de microorganismele lignioplastice – în special

ciuperci, bazidiomicete.

- In condiţii anaerobe şi termofile ligninoliza este efectuată de bacterii.

In circuitul carbonului are loc şi descompunrea următoarele substanţe organice:

- descompunerea grăsimilor şi cerurilor de origine vegetală şi animală

- descompunerea metanuluui

- descompunerea hidrocarburilor

- descompunerea cauciucului

- descompunerea maselor plastice

- descompunerea pesticidelor.