محاضرة بيئة الاحياء المجهرية - المرحلة الثالثة

# المرحلة الثالثة / بيئة احياء مجهرية محاضرة 7 ## 5- البكتيريا Bacteria * تعتبر البكتيريا أكثر المجموعات الميكروبية وجوداً في التربة سواء من ناحية الإعداد أم عدد الأجناس والأنواع والنشاط * تعتبر أكثرها أهمية في التغيرات الحيوية التي تحدث في التربة خاصة الترب المتعادلة والمائلة قليلاً للقلوية * من ن...

# المرحلة الثالثة / بيئة احياء مجهرية محاضرة 7 ## 5- البكتيريا Bacteria * تعتبر البكتيريا أكثر المجموعات الميكروبية وجوداً في التربة سواء من ناحية الإعداد أم عدد الأجناس والأنواع والنشاط * تعتبر أكثرها أهمية في التغيرات الحيوية التي تحدث في التربة خاصة الترب المتعادلة والمائلة قليلاً للقلوية * من ناحية إعداد البكتيريا في التربة فإن أعدادها تختلف كثيراً في التربة الواحدة حسب الطريقة المستخدمة في تقدير الإعداد * طريقة أخذ العينات والأعماق التي تؤخذ منها وأيضاً وقت أخذ العينات يؤثر كثيراً في التقديرات الميكروبية لإعداد ونشاط بكتيريا التربة. * نظراً لصعوبة الحصول على صورة متكاملة للعلاقات والأنشطة المختلفة لبكتيريا التربة فلقد تعددت طرق الدراسة وتنوعت لتناسب الأغراض المختلفة وقد تتم الدراسات كالتالي: ### طرق دراسة إعداد وأنواع ميكروبات التربة * **طريقة دراسة تحلل المواد العضوية أو معدل تنفس الميكروب أو قياس النشاط الإنزيمي في التربة.** * **طرق ميكروسكوبية مباشرة وطرق مزرعية غير مباشرة** * يمكن بالطرق المزرعية دراسة الأعداد الكلية للمجموعات الميكروبية * يمكن دراسة المجموعات الفسيولوجية المتخصصة في التربة وذلك باستخدام بيئات غذائية مختلفة * **طرق تعتمد على دراسة قدرة الميكروبات على إحداث تغيرات محددة مثل معدل المعدنة أو القدرة على تثبيت النتروجين الجوي وغيرها.** ### أعداد البكتيريا وتوزيعها في الأراضي: * تختلف أعداد البكتيريا كثيراً في التربة الواحدة حسب الطريقة المستخدمة في التقدير * عادة فإن الطرق الميكروسكوبية تعطي أعداداً أعلى بكثير من الطرق المزرعية، وذلك لعدة أسباب منها أن الطرق الميكروسكوبية عادة لا تميز بين الميكروبات الحية والميتة مما يعطي أعداداً أكبر من الواقع * بينما الطرق المزرعية تعطى أعداداً أقل من الواقع بكثير وذلك لعدة أسباب * من أهمها أنه من المستحيل في المعمل تحضير بيئة غذائية تعطي كل الاحتياجات الغذائية لجميع الأنواع الموجودة في التربة * هذه الميكروبات تختلف كثيراً في احتياجاتها الغذائية فمنها ما يستطيع النمو على بيئات غذائية بسيطة ومنها ما له احتياجات غذائية شديدة التعقيد يصعب توفيرها * ظروف التحصين وظروف البيئة لا توفر أنسب الظروف لكل الميكروبات التي تعيش في التربة * لذلك لا ينمو في الدراسات المزرعية إلا الأنواع التي يناسبها الظروف المستخدمة في الدراسة * كذلك الطرق الميكروسكوبية عادة تتميز عن الطرق المزرعية في أنها تعطي صورة أكثر وضوحاً لتوزيع البكتيرia في التربة خصوصاً إذا استخدمت في موقعها In vivo * وقد أوضحت الدراسات أن البكتيريا لا تتوزع بانتظام في كتلة التربة ولكنها عادة ما تتركز بأعداد كبيرة مكونة مستعمرات حول الحبيبات الصغيرة * وإن تركيز البكتيريا يكون أكثر حول الحبيبات العضوية عن الحبيبات المعدنية * كما وجد أن في وجود جذور النباتات فإن البكتيريا تتركز بشدة حول الشعيرات الجذرية وسطوح الجذور. ### طرق ميكروسكوبية مباشرة لدراسة توزيع بكتيريا الأراضي تحت تأثير عوامل مختلفة: * **طريقة الشريحة المدفونة Cholodny Buried Slide Technique والطرق المعدلة عنه** * تعتمد هذه الطريقة على دفن شرائح زجاجية نظيفة في الجزء من التربة المراد دراستها وتركها لمدة محددة ثم سحبها ودراسة المجموعات الميكروبية عليها ميكروسكوبياً * وقد أظهرت الدراسات الميكروسكوبية المباشرة أن الأراضي الخصبة تحتوى على أعداد تصل الى (cell gm 10) وتعتبر هذه الأعداد كبيرة جداً إذا ما قورنت بالنتائج التي تحصل عليها بالطرق المزرعية مثل العد بالأطباق Plate Count * عند استخدام طريقة العد بالأطباق Plate Count تختلف النتائج المتحصل عليها حسب نوع الوسط الغذائي المستخدم وحسب الظروف المزرعية * لذلك فمن المهم أن يذكر في مثل هذه الدراسات نوع البيئة الغذائية المستخدمة وتركيبها وظروف التحضين ومدته حتى يسهل مقارنته بالطرق الأخرى * عادة ما يستعمل مستخلص التربة في البيئات المستخدمة في تقدير العدد الكلي للبكتيريا نظراً لما يحويه من أملاح معدنية ومواد عضوية تشجع نمو الميكروبات * هناك طرق مزرعية تستخدم فيها بيئات أو أوساط غذائية اختيارية Selective Media وهذه تفيد في دراسة مجموعات البكتيريا المتخصصة فسيولوجياً * عموماً فإن إعداد البكتيريا المقدرة بطريقة الأطباق عادة ما تتراوح بين بضعة ملايين ومئات الملايين في كل جرام من التربة الخصبة * الاختلافات تمثل انعكاساً لخواص التربة والعوامل البيئية السائدة في هذه التربة * الأعداد المتحصل عليها بالطرق المزرعية أقل من الواقع وقد بينت بعض الدراسات أنها لا تعطي أكثر من 10% من الميكروبات الموجودة في التربة * عند حساب أعداد الميكروبات في التربة فإنها تنسب الى التربة الجافة وذلك لتسهيل المقارنة. ### تقسيم بكتريا التربة #### أولاً: التقسيم المقترح من قبل العالم الروسي Winogradsky * **أ بكتريا مستوطنة Autochthonous Bacteria:** تضم البكتريا التي يكون موطنها الأصلي هو التربة وعادة تستطيع النمو والتكاثر في التربة * **ب بكتريا دخيلة Allochthonous Bacteria:** هذا النوع من البكتريا يصل التربة عن طريق مياه الأمطار وعند إضافة المخصبات العضوية أو عند تلوث التربة بمياه المجاري. هذا النوع من البكتريا يبقى حياً لفترة من الزمن وعادة يكون في حالة سكون ، لذلك فهي لا تقوم بدور فعال في التحولات الكيميائية الحياتية في التربة. #### ثانياً : التصنيف المعتمد على الحاجة الى الأوكسجين * **أبكتريا هوائية Aerobes Bacteria** : وهي بكتريا لا تستطيع النمو الا بوجود الأوكسجين ومن الأجناس الهوائية السائدة في التربة . Nitrosomonas و Thiobacillus و Nitrobacter * **ب بكتريا لاهوائية Anaerobes Bacteria** : وهي بكتريا تنمو فقط في غياب الأوكسجين حيث تستطيع إختزال المركبات النيتروجينية أو الكبريتية وذلك للحصول على الطاقة اللازمة لها في عملياتها الحيوية فمثلاً تستطيع بكتريا Pseudomonas denitrificans إختزال النترات الى أمونيا وثاني أوكسيد النيتروز في حين تستطيع بكتريا Pseudomonas desulfuricans إختزال الكبريتات الى كبريتيت . * **ج بكتريا لاهوائية إختيارية Facultative Anaerobes Bacteria** : وهي بكتريا تستطيع النمو والحصول على الطاقة بوجود وبغياب الأوكسجين ويكون نموها عادة أكثر في الظروف الهوائية ومن أمثلتها بعض الأنواع التابعة لأجناس Bacillus و Pseudomonas #### ثالثاً التقسيم المعتمد على المتطلبات الحرارية : * **الحرارة عامل أساسي يتحكم في العمليات الحيوية للبكتريا ولكل نوع من البكتريا درجة حرارة مثلى Optimum temperature كما أن لها مدى حراري معين تستطيع النمو ضمنه حيث يتوقف النشاط الحيوي للبكتريا خارج هذا النطاق ، وبصورة عامة يمكن تقسيم البكتيريا الى ثلاث مجاميع رئيسية إعتماداً على متطلباتها الحرارية :** * **1- البكتريا المحبة للحرارة المعتدلة Mesophiles Bacteria :** وتضم أغلب أنواع البكتريا وعادة تكون درجة الحرارة المثلى 25 - 35م أما مدى النمو فيكون بين 15-45م * **2 البكتريا المحبة للبرودة- Psychrophiles Bacteria:** وهذه الأنواع من البكتيريا تنمو بشكل جيد في درجات الحرارة التي تقل عن 20 م وهي غير شائعة الوجود في التربة ويرجع نشاط بكتريا التربة في فصل الشتاء بالدرجة الأساسية للأنواع المتحملة للبرودة وليس للأنواع المحبة للبرودة . * **3- البكتريا المحبة للحرارة العالية Thermophiles Bacteria :** هذه الأنواع من البكتيريا تنمو بشكل جيد ضمن درجة حرارة 45 - 65م وبعض الأنواع تستطيع العيش في درجات حرارة تتراوح بين 40 - 80 م #### رابعاً : تقسيم البكتيريا حسب مصدر الطاقة والكاربون : * **على هذا الأساس يمكن تقسيم بكتريا التربة الى :** * **1- بكتريا ذاتية التغذية ضوئية- Photoautotrophic Bacteria:** هذه الأنواع من البكتيريا بامكانها الاستفادة من غاز Co2 كمصدر للكاربون و الضوء مصدر للطاقة ومثال على هذه البكتيريا البكتريا الخضراء green bacteria هذا النوع شائع في الطحالب * **2- بكتريا ذاتية التغذية كيميائية- Chemoautotrophic Bacteria:** هذه الأنواع من البكتيريا تستعمل CO2 مصدراً للكاربون ، أما الطاقة فتحصل عليها عن طريق أكسدة المركبات المعدنية * **ومن الأمثلة على ذلك بكتريا Nitrosomonas التي تستطيع أكسدة الأمونيوم الى نتريت وبذلك تحصل على الطاقة .** * **البكتريا المسؤولة عن أكسدة النتريت الى نترات للحصول على الطاقة ومنها بكتريا Nitrobacter كما في المعادلة .** * **البكتريا التي تؤكسد مركبات الكبريت الى كبريتات مثل Thiobacillus** * **البكتريا المؤكسدة للحديدوز الى حديديك مثل Ferrobacillus** * ** بكتريا متغايرة التغذية الكيميائية Chemoheterotrophic Bacteria :** وهي بكتريا تستخدم المركبات العضوية كمصدر للكاربون والطاقة في آن واحد ، مثال على ذلك Rhizobium المثبتة للنتروجين تعايشياً وبكتريا Azotobacter المثبتة للنتروجين la بكتريا تعايشياً. #### خامساً : التقسيم المعتمد على الأسس التصنيفية : منها ( تصنيف بيرجي ) Bergy's Manual * يعتمد هذا التصنيف على أساس جمع البكتيريا المتشابهة في الصفات إعتماداً على الفحوصات الكيموحيوية والجينية في مجاميع خاصة وحسب هذا التصنف فان أعلى مستوى تصنيفي يطلق عليه Domain * **المستويات ( السلاسل التصنيفية Taxonomic ranks** * Domain * Phylum * Class * Order * Family * Genus * Species * Subspecies * **من الممكن تقسيم التربة على أساس الأشكال المورفولوجية وذلك عن طريق فحص شرائح مصبوغة يجرى تجهيزها من المجموعات البكتيرية النامية على سطح منابت الأجار المغذي السابق تلقيحه بتخفيفات من معلق التربة. وباستخدام هذه الطريقة يمكن ملاحظة البكتيريا العصوية غير مكونة للسبورات ذات الأحجام المختلفة والعصويات المكونة للسبورات والبكتيريا الكروية والعصوية القصيرة التي تتحول بالوقت الى أشكال كروية واسعة الانتشار في التربة وتختلف الأشكال والأحجام في العديد من أنواع البكتيريا عن أشكالها وأحجامها عندما تنمى على منابت مزرعية معملياً.** * وللحصول على مزارع بكتيرية نقية، فإنه يجرى تلقيح المنبت المنتقى للنوع المطلوب من البكتيريا بتخفيفات متتالية من معلق التربة، ومن المزارع الميكروبية الناتجة تلقح أطباق تحتوى على نفس المنابت الغذائية مجمدة بالأجار وبهذه الطريقة يمكن تحديد وعزل مجموعات ذات صفات كيميائية حيوية لها أهميتها الكبيرة في مجال عضوية التربة وإنتاجية المحاصيل حتى وإن وجدت بأعداد قليلة في التربة. ومن هذه الأنواع بكتيريا التأزت وبكتيريا النشدرة والبكتيريا المحللة لليوريا أو للسليولوز أو للبروتين #### دراسة بعض الأجناس البكتيرية الهامة الموجودة في التربة **-1- البكتيريا التابعة لجنس Bacillus:** * من السهل عزل هذه الأنواع التابعة لجنس Bacillus عن طريق تسخين معلق التربة على درجة حرارة 80 م لمدة 10 - 20 دقيقة لقتل الخلايا الخضرية مع بقاء الجراثيم الداخلية حية، ومن خلال التنمية الهوائية يمكن استبعاد الأنواع المتجرثمة الأخرى الشائعة الانتشار والتي تتبع جنس Clostridium. وبكتيريا الـ Bacillus من الأجناس الموجودة بأعداد كبيرة في التربة والتي من السهل تمييزها حيث إنها عصوية، مكونة للسبورات هوائية حتماً أو اختيارياً وأعدادها في التربة تتراوح بين 610 - 710 في الغرام وقد تزيد على ذلك تتواجد الـ Bacillus في الأراضي الفقيرة فى المواد العضوية في صورة سبورات تظل ساكنة لعدة سنوات، فإذا ما توافرت لها عناصر غذائية مناسبة فإنها تنبت وتبدأ في النشاط كخلايا خضرية مرة أخرى. **2 - البكتيريا التابعة لجنس Clostridium:** * توجد في معظم الأراضي الخصبة على الرغم من وفرة الـ O2 وذلك رغم أنها بكتيريا لا هوائية ولكن التربة تحت الظروف الطبيعية لا تكون الظروف فيها هوائية كاملة فنشاط الميكروبات الهوائية واللاهوائية اختيارياً والتي تستهلك 02 وتنتج بدلاً منه CO2 تعمل على خفض الضغط الجزئيي للأوكسجين الى الحد الذي يسمح بنمو الأنواع اللاهوائية حتماً وعادة ما يحدث هذا داخل تجمعات حبيبات التربة وأيضاً في المناطق السيئة الصرف - وتوجد البكتيريا من جنس Clostridium بأعداد تتراوح من 310 - 710 في الغرام في التربة المختلفة، وذلك عن طريق التقدير باستخدام طريقة صب الأطباق Pour Plate وللحصول على مزارع Clostridium نقية فإنه يمكن استغلال هاتين الصفتين الفسيولوجيتين لهذا الغرض، وذلك عن طريق تسخين معلق التربة الى 80 م لمدة 10 دقائق ثم تنمية الجراثيم المتبقية في المعلق ثم تنميتها وإكثارا تحت الظروف اللاهوائية. **-3 أجناس من البكتيريا المعنقة والمتجرثمة والتي تكون أجسام ثمرية:** * تكون التربة غنية بأنواع من البكتيريا التي تحمل خلاياها زوائد شبه صلبة تقل في أقطارها عن قطر الخلية نفسها. مثل هذه الزوائد توجد في أنواع البكتيريا المعنقة التابعة لجنس .Caulobacter sp والبكتيريا التي تكون براعم .Hyphomicrobium sp وهناك مجموعة أخرى من بكتيريا التربة التي لم تتوفر عنها دراسات كافية تتميز بصغر خلاياها التي لا يزيد طولها عن 1.5 مم وتوجد على أسطحها صفوف من نتؤات مستديرة صغيرة الخلايا شكلها يشبه كيزان الذرة. يكثر وجود الأنواع التي تعرف Myxobacteria تتحرك حركة زاحفة على الأسطح الصلبة تاركة مادة لزجة خلفها في كل من التربة ومخلفات الحيوان الصلبة، الخلايا الخضرية لهذه الأنواع عبارة عن عصيات مرئة متحركة تتحرك بالزحف Bacterial gliding ، معظمها يدخل في طور السكون خلال دورة حياته، حيث تتكون الخلايا الساكنة فوق أجسام ثمرية متخصصة وتتم الحياة بخروج الخلايا العصوية من الأجسام الثمرية ثم تبدأ في عمليات التحول الغذائي النشطة وأكثر هذه الأنواع انتشاراً هي Polyangium يمكن عزل Archangium, Chondroccus و Myxococcus * الميكزوبكتريا Myxobacteria بتلقيح أطباق بها منبت أجار غذائي بمعلق بكتيري ثم وضع كمية قليلة من التربة في وسط الطبق، بعد فترة من التحضين تظهر الأجسام الثمرية بوضوح للعين المجردة. تعتمد هذه الطريقة على قدرة Myxobacteria على تحليل خلايا البكتيريا عن طريق إفراز إنزيمات خارجية تذيب الخلايا ثم تتغذى عليها مثل هذه الظاهرة التي يحدث فيها قتل وتحليل للخلايا البكتيرية ثم التغذية عليها يمكن اعتبارها عاملاً مؤثراً على التركيب الميكروبي للتربة. وتوجد الـ Myxobacteria في جميع أنواع الأراضي المنزرعة وتزيد كثافتها في الأوساط البيئية الرطبة، حيث إنها لا تتحمل ظروف الجفاف. وهناك أنواع منها لها أهمية في أكسدة مركبات الكبريت المختزلة تحليل السليلوز. **-4- أجناس البكتيريا التي تتميز بنوع فريد من العلاقات بينها وبين أنواع أخرى من البكتيريا:** * أ- توجد في التربة أنواع من البكتيريا من جنس Bdellovibrio ولكن بأعداد قلية. وقد نالت اهتماماً كبيراً لما تتميز به من نوع فريد من العلاقات بينها وبين الأنواع الأخرى من البكتيريا خلايا هذه البكتيريا عصوية صغيرة منحنية، تعيش في التربة طبيعياً في حالة تطفل إجبارياً بأن تلتصق بخلايا بكتيريا أخرى أكبر حجماً وتتغذى عليها عند تنمية هذه الأنواع في مزارع ميكروبية، فإن تأثيرها يكون ضئيلاً عند وجود العائل بأعداد قليلة، ولكنها تتغذى بشراهة خلال مراحل نموها مما يتسبب في خفض أعداد العائل لدرجة كبيرة. وحتى الآن لم يعرف بالضبط أهمية هذه الصورة من حالات التطفل تحت الظروف الطبيعية. * ب الكائنات الممرضة للإنسان والحيوان والنبات تحتوي التربة على أنواع عديدة من الميكروبات الممرضة للإنسان والحيوان أو لنباتات المحاصيل وللتعرف على وجود مثل هذه الميكروبات ولتقدير أعدادها في التربة فإنه يلزم لذلك استخدام منابت غذائية منتقية ذات كفاءة عالية في انتخاب الميكروب بالإضافة الى إتباع طرق خاصة لهذا الغرض وعن طريق ذلك أمكن التعرف على وجود البكتيريا الممرضة للنبات من أجناس ,Agrobacterium Pseudomonas, Erwirnia في أنواع مختلفة من الأراضي. وبعض أنواع هذه البكتيريا يعيش في التربة بصفة طبيعية، بينما يعيش البعض الآخر لفترة زمنية محددة، ويكون وصوله الى التربة عن طريق التلوث الحديث للتربة بإفرازات وأنسجة النباتات المريضة والأنواع التي يمكنها البقاء حية في التربة لبعض الوقت من المحتمل أن يعيد إصابة المحاصيل العائلة مرة أخرى عند زراعتها في المواسم التالية. أما عن أنواع البكتيريا التي تسبب أمراضاً للإنسان أو الحيوان مثل Clostridium botulinum, Clostridium tetani, Bacillus anthracis . وأن جراثيم هذه البكتيرia تبقى حية في التربة لفترات زمنية طويلة، وعلى ذلك فوجودها كامنة في داخل التربة يمكن أن يؤدي الى حدوث الإصابة بالتسمم البوتيوليني Botulism أو بالتيتانوسي (الكزاز) Tetanus أو بالجمرة الخبيثة Anthrax. ونظراً لاستمرار تعرض التربة للتلوث بمخلفات الحيوان الصلبة ومخلفات المجاري بما تحمله من عوامل مسببة للأمراض بالإضافة الى التلوث بالأنسجة النباتية المريضة ونجد أن بكتيرia الـ Salmonella والأنواع الممرضة من جنس Streptococcus يمكن أن تتواجد في التربة عقب إضافة الأسمدة العضوية. أما البكتيرia التي تهاجم النباتات كالتابعة للأجناس فإنه يتكرر دخولها الى التربة عن طريق الأنسجة النباتية المصابة بالمرض. وكثير من هذه الميكروبات الدخيلة لا يتسبب إلا فى مشكلات قليلة، حيث إنها سرعان ما تختفي من التربة أما البعض الآخر الذي يبقى في التربة لفترات طويلة فإنه يشكل بالفعل تهديداً للعوائل المناسبة له. ## الواجب البيتي ( يسلم المحاضرة القادمة إن شاء الله ) * **س/ صنف بكتريا التربة اعتمادا على المتطلبات الحرارية لها.** * **س ٢ صنف بكتريا التربة تبعا لمصدر المحاربون والطاقة الذي تستخدمه مع مثال واحد لكل منها.**