В основе принципа биологической диагностики почв лежит представление о том, что почва как среда обитания составляет единую систему с населяющими ее популяциями разных организмов. В зависимости от сочетания природных факторов, определяющих почвообразовательный процесс, разные почвы различаются по составу своей биоты, направленности биохимических превращений и содержанию тех химических компонентов, которые являются продуктами этих превращений или их агентами.

Биологическая диагностика почв это определение фактического и прогнозируемого состояния почвы по ее биологическим свойствам. C одной стороны, оно заключается в биоиндикации (биотестировании) свойственных почве признаков и тенденций в конкретном месте в конкретное время, то есть в распознавании современного состояния почвы по ее биологическим свойствам; с другой стороны, в прогнозировании динамично развивающихся в ней процессов и тенденций с определением как долевого, так и суммарного эффектов воздействия на почву факторов естественного и антропогенного происхождения.

Биоиндикация (биотестирование) более узкое понятие, чем биодиагностика, понятие, предполагающее разовое, точечное измерение (оценку) состояния среды с применением того или иного показателя.

Анализ физиологических групп дает возможность составить представление о соотношении микроорганизмов, осуществляющих различные физиологические процессы, и до некоторой степени судить о господствующих направлениях в этих процессах.

В каждую физиологическую группу обычно входят совершенно разные в систематическом отношении микроорганизмы, но они объединяются общностью осуществляемых ими превращений.

Наиболее показательным для оценки почвенного плодородия считают групповой состав микроорганизмов, связанных с циклом превращения азота, а также целлюлозоразлагающих микроорганизмов. Устанавливаются определенные закономерности в распределении разных групп микроорганизмов в почвах разных типов. Например, в бедных питательными веществами кислых подзолистых почвах обычно слабо выражены или совсем отсутствуют нитрификаторы и азотобактер. Наличие большого количества микроорганизмов, участвующих в процессах азотфиксации, нитрификации, разрушении целлюлозы, говорит о плодородии почв. Следует отметить, что большое количество денитрификаторов не может рассматриваться как отрицательное явление. Денитрификация осуществляется ими только в определенных условиях (отсутствие кислорода воздуха и наличие большого количества окисленных форм азота). В других условиях они могут оказывать благоприятное действие на развитие растений, так как образуют полезные физиологически активные вещества.

Микробная система почв включает различные функциональные группы (рис. 25). Взаимосвязь между ними осуществляется на основе последовательного потребления ресурсов питания и биохимических механизмов регуляции процессов разложения органических веществ. Все бактерии и грибы осмотрофные организмы и не способны потреблять нерастворимые полимерные соединения типа крахмала, клетчатки или лигнина до тех пор, пока они не будут разложены до соответствующих растворимых мономеров. Процесс гидролиза полимеров осуществляют микроорганизмы, составляющие группу гидролитиков, которые выделяют в среду внеклеточные гидролитические ферменты. К гидролитикам относят грибы и многие грамположительные бактерии, включая актиномицеты.

Время активного роста гидролитиков в почве обычно непродолжительно, так как накопление мономеров тормозит их рост по типу катаболит-ной репрессии. Вспышка роста гидролитиков сменяется переходом к покою, что обеспечивается их способностью образовывать споры. Выделенные в среду ферменты могут продолжать участвовать в процессах гидролиза полимеров.

Прокариоты микроорганизмы с примитивной организацией ядерных структур. Они делятся на четыре группы по признаку строения наружных покровов клетки: грациликуты, фирмикуты, молликуты и мендозикуты; первые три объединяются как эубактерии, четвертая составляет особый таксон архебактерии.

Грациликуты наиболее обширная и разнообразная по числу видов и физиологическим функциям группа прокариот, объединяющая фототрофные и хемотрофные бактерии.

Фототрофные грациликуты (Photobacteria) делятся на группы Oxyphotobacteria (с кислородным фотосинтезом) и Anoxyphotobacteria (с бескислородным фотосинтезом). К первой группе принадлежат цианобактерии, которые способны к азотфиксации, ко второй пурпурные и зеленые бактерии.

Хемотрофные грациликуты имеют в почве многочисленных представителей, которые населяют, главным образом, те микрозоны, где имеется легкодоступное органическое вещество, так как большинство из них не способны к гидролизу полимеров.

Protozoa — микроскопические одноклеточные животные. Размеры их 5 20 мкм, клетки могут быть шаровидной, овальной, сплюснутой или разветвленной формы. Они обычно подвижны и пластичны, то есть легко изменяют форму.

Простейшие обнаружены во всех почвах независимо от типа и географического местонахождения. Однако их число в почве зависит от ее типа, содержания в ней органического вещества, влажности, сезона года, растительности и других факторов, колеблется в значительных пределах и может достигать нескольких миллионов в 1 г абсолютно сухой почвы. В засушливые периоды, а также зимой количество их в почве резко уменьшается, при этом они переходят в инертное состояние, в форму цист.

Биомасса в благоприятных условиях достигает 30-40 г/м2.

У простейших складываются сложные отношения с другими почвенными микроорганизмами. Они поедают бактерии, клетки дрожжей и водорослей, проявляя при этом избирательность в выборе пищи. Есть среди простейших и сапрофаги. Некоторые питаются осмотрофно. Основная их роль в почве участие в разложении органического вещества и поедание клеток микроорганизмов. Так, почвенные амебы, кроме других бактерий, активно поглощают клетки азотобактера. Уничтожая часть клеток, простейшие поддерживают численность азотобактера на определенном уровне; кроме того, биологически активные вещества простейших положительно влияют на фиксацию азота атмосферы почвенными микроорганизмами.

Почвенными водорослями называют экологическую группировку тех видов водорослей, жизнь которых постоянно связана с почвой. Это про стые одноклеточные организмы, нити или колонии. Среди них различают наземные формы, которые при благоприятных условиях разрастаются на поверхности почвы в виде корочек или пленок; водно-наземные, живущие в водной среде постоянно влажных почв; собственно почвенные, обитающие в толще почвенного слоя.

Почвенные водоросли распространены повсеместно, главным образом в поверхностных слоях почвы, где условия для них наиболее благоприятны. Влага один из самых важных экологических факторов, определяющих распространение водорослей. Однако численность и биомасса их в одной и той же почве будет зависеть не только от влажности, но и от солевого режима и условий освещения. Количество клеток в 1 г почвы составляет от 5 тыс. до 1,5 млн, достигая максимальных значений в почвах, не занятых сплошным покровом высших растений, например в корковом солончаке. Биомасса их в слое 0 10 см достигает иногда сотен килограммов на 1 га.

Функции водорослей в почвах определяются, прежде всего, их принадлежностью к фотоавтотрофной группе организмов первичным продуцентам органического вещества. Продуктивность водорослей в наземных биогеоценозах несравнимо меньшая, чем продуктивность высших растений, однако их биомасса изменчива, она быстро накапливается при благоприятных условиях и легко минерализуется, а также служит пищей для беспозвоночных животных.

Грибы составляют царство Mycota, в которое входят эукариотические организмы относительно простой организации от одноклеточных до нитчатых, мицелиальных, размножающихся спорами. Разрастаясь на поверхности или в глубине субстрата, грибы соприкасаются c ним клеточной оболочкой, через которую они выделяют во внешнюю среду ферменты и поглощают питательные вещества абсорбтивным путем. Такой тип взаимодействия с субстратом определяет положение грибов как редуцентов органических веществ в экосистемах. Почвенные грибы представляют самую крупную экологическую группу, участвующую в минерализации органических остатков растений и животных и в образовании почвенного гумуса.

Признаки грибов, придающие им черты сходства с растениями, следующие: полярность клетки; неограниченный верхушечный рост; наличие ригидной клеточной стенки, вакуолей, поперечных перегородок; способность к синтезу витаминов.

Почва это самый верхний рыхлый слой земной коры, покрытый растительностью и обладающий плодородием.

Образование почвы сложный длительный исторический процесс. Почва образовалась в результате изменения материнских горных пород под воздействием физических и биологических факторов. Она содержит как минеральные, так и органические вещества. В результате физических и химических процессов выветривания твердых пород образуются осколки камней различной величины; далее минеральные остатки могут разрыхляться водой, льдом, ветром и участвовать в формировании почвы.

В почвообразовании участвуют три группы организмов: зеленые растения, микроорганизмы и животные, образующие на суше сложные биоценозы. При совместном воздействии организмов в процессе их жизнедеятельности осуществляются важнейшие звенья почвообразования: синтез и разрушение органического вещества, избирательная концентрация биологически важных элементов, разрушение и новообразование минералов, миграция и аккумуляция веществ и другие явления, составляющие сущность почвообразовательного процесса и определяющие формирова ние главного свойства почвы плодородия. Вместе с тем функции каждой из этих групп как почвообразователей различны.

В вирусологии используют следующие таксономические категории: семейство (название оканчивается на viridae), подсемейство (название оканчивается на virinae), род (название оканчивается на virus).

Однако названия родов и особенно подсемейств сформулированы не для всех вирусов. Вид вируса биноминального названия, как у бактерий, не получил. В основу классификации вирусов положены следующие критерии:

тип нуклеиновой кислоты (ДНК или РНК), ее структура, количест во нитей (одна или две), особенности воспроизводства вирусного генома;

размер и морфология вирионов, количество капсомеров и тип симметрии;

наличие суперкапсида;

чувствительность к эфиру и дезоксихолату;

место размножения в клетке;

антигенные свойства и пр.

Вирусы поражают позвоночных и беспозвоночных животных, а так- же растения и бактерии.

Существуют 2 типа систематики биологических объектов: филогенетическая, или естественная, в основе которой лежит установление родственных (генетических, эволюционных) связей между организмами, и практическая, или искусственная, цель которой выявление степени сходства между организмами для быстрой их идентификации и установления принадлежности к определенным таксонам. Если существующая систематика высших организмов отражает в определенной мере эволюционные связи между ними, то есть признаки, используемые для выявления степени сходства, отражает и степень родства между этими организмами, то попытка создания на этой же основе систематики прокариот не была успешной.

Сегодня задача быстрой идентификации прокариотных организмов наиболее полно решается с помощью издания «Определитель бактерий», периодически выпускаемого Обществом американских бактериологов с привлечением крупных специалистов в области изучения тех или иных групп бактерий. Первое издание определителя было выпущено в 1923 г. группой американских бактериологов под руководством Д. X. Берги (1860 - 1937 гг.); девятое издание в 4 томах вышло в 1984 1989 гг.

Первым исследователем, предложившим объединить все обнаруженные почти за два столетия микроорганизмы в одно царство, был Э. Геккель (1866 г.). Он поместил все одноклеточные (микроскопические) организмы в новое царство Protista отдельно от растений (Plantae) и животных (Animalia), которые являются многоклеточными (макроскопическими) организмами. Появление электронного микроскопа в 1950-х гг. выявило две группы фундаментально отличающихся клеток среди этого царства: одни клетки содержали окруженное мембраной ядро, а другие не имели этой внутриклеточной структуры. Последние были временно перемещены в четвертое царство Monera (или Moneres), впоследствии названное Procaryotae. Protista оставалось как царство одноклеточных эукариотических микроорганизмов. В 1967 г. было выделено пятое царство Грибы (Fungi) как отдельное царство многоклеточных эукариотических микроорганизмов.

В XX в. проблемы в систематике микроорганизмов, а бактерий особенно, стали возрастать в связи со стремительно увеличивавшимся объемом знаний об этих организмах.

Систематика (таксономия) наука о многообразии и взаимосвязях между организмами. Одна из задач систематики распределение (классификация) множества организмов по группам (таксонам).

Таксон — группа организмов, объединенная по определенным однородным свойствам в рамках той или иной таксономической категории. Раздел систематики, изучающий принципы классификации, называется таксономией (от греч. taxis расположение, порядок).

Специальный раздел таксономии номенклатура разрабатывает правила присвоения наименований описанным объектам. В систематике бактерий для наименования объекта используют биноминальную номенклатуру К. Линнея, согласно которой биологическому виду присваивают название, состоящее из двух слов: первое определяет принадлежность организма к определенному роду, второе виду. Названия бактериям присваивают в соответствии с правилами Международного кодекса номенклатуры (зоологической, ботанической, номенклатуры бактерий, вирусов).