Půdní bakterie a archea jsou vývojově nejstarší, nejmenší a nejpočetnější zástupci edafonu. Hrají nezastupitelnou roli v mineralizaci půdní organické hmoty a ve výživě rostlin. Jejich jednobuněčná prokaryotická stavba těla a vysoká heterogenita půdních podmínek podporují ohromnou funkční biodiverzitu prokaryot, která ale stále z větší části zůstává nezdokumentována a nepoznána.
K dalšímu čtení v Živě:
seriál Horizontální přenos genetické informace (2006, 1–6): Evoluční význam, Hlavní přechodové události v evoluci, Evoluce bakteriálních genomů, Přenos z bakterií do eukaryot, Vznik evolučních novinek, Člověk
Povodně a sucho 2. Organická hmota a vodní retenční kapacita půd (2015, 2)
Proč se vědci obávají odtávání permafrostu (2016, 2)
Šumavská rašeliniště a jejich mikrobiální společenstva pod vlivem dlouhodobého odvodnění (2018, 1)
Symbiózy a horizontální přenos genů aneb Když si organismy „kradou“ geny (2018, 3)
Nenápadná diverzita prokaryot (2019, 5)
Seznam použité literatury je v PDF formátu ke stažení níže pod obrazovou galerií.
Soil bacteria and archea are evolutionarily the oldest, smallest and most abundant representatives of edaphone. They play an invaluable role in the mineralisation of soil organic matter and plant nutrition. Their unicellular prokaryotic structure and high heterogeneity of soil conditions support their enormous functional biodiversity, which, however, remains largely undocumented and unknown.
-
Schéma stavby prokaryotické buňky a jejích hlavních buněčných struktur. Přes zdánlivou jednoduchost je každá prokaryotická buňka složitou biochemickou „továrnou“, v níž v každém okamžiku probíhají tisíce procesů. Je také samostatnou živou entitou, která se musí umět vyrovnat se všemi vlivy vnějšího prostředí a zajistit pokračování života v dalších generacích dceřiných buněk. Orig. autoři článku
-
Funkce exopolymerního materiálu v půdě. Extracelulární polymerní látky, produkované kromě jiných organismů také prokaryoty, jsou zásadní pro život v půdě – poskytují ideální prostředí pro chemické reakce, zachycování živin, ochranu půdním mikroorganismům před stresy v prostředí, dále usnadňují biologické interakce buněk a významně přispívají k zlepšení agregace půdních částic, což je důležitý faktor pro strukturu půdy, její zdraví a plodnost. Upraveno podle: O. Y. A. Costa a kol. (2018)
-
Mikroměřítko – život prokaryot v zrnku půdy. Představu o velikostních poměrech vzhledem k prokaryotické buňce v půdě si můžeme udělat, pokud se podíváme, co všechno skrývá zrnko zahradní půdy menší než špendlíková hlavička (o průměru necelých 2 mm a hmotnosti 3 mg). Při 10násobném zvětšení zjistíme, že se zrnko půdy skládá z mikroagregátů o velikosti zhruba 100 μm, které jsou stmeleny exopolymerními slizy (obr. 2) a protkané vlákny půdních hub a vláknitých bakterií. Zvětšíme-li mikroagregát 10×, vidíme, že je tvořen organickým detritem, minerálními částicemi a mikrobiálními buňkami. Když přiblížíme pohled do půdního zrnka celkově tisíckrát, dostáváme se na úroveň prokaryotické buňky, obklopené ještě o řád menšími jílovými částicemi, mikrobiálním detritem a viry. Při postupném zvětšování vychází najevo složitá struktura vnitřního prostředí a přítomnost tisíců mikroorganismů v malém půdním agregátu. Orig. autoři článku
-
Průběh rozkladu organických látek, fermentace a tvorba metanu za nezbytné účasti půdních anaerobních prokaryot. Biopolymery jsou nejprve účinkem exogenních enzymů (vyskytujících se v půdním prostředí) rozkládány na jednodušší látky, které již mohou být přijaty do buněk prokaryot. Činností bakterií i archeí jsou buď rozloženy na vodu (H2O) a oxid uhličitý (CO2), nebo fermentací přeměněny na jiné jednoduché sloučeniny a dále také na CO2 a H2O. Metanogenní archea mohou v anaerobních podmínkách produkovat i metan (CH4). Ani metan nemusí být finálním produktem rozkladu opouštějícím půdu, neboť může být metanotrofními mikroorganismy využit a přeměněn na CO2 (tento krok již na obr. není znázorněn). Minus (-) u sloučenin označuje meziprodukty metabolismu. Orig. autoři článku
-
Síť vztahů v oblasti rhizosféry. V odborné literatuře již bylo popsáno velké množství mikroorganismů, které pozitivně ovlivňují výživu a růst rostlin, a tyto děje byly zkoumány i na molekulární úrovni. Schéma mimo jiné ukazuje velkou skupinu bakterií (plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR, označenou zeleně), které rostlinu pozitivně ovlivňují přímo, např. zpřístupňováním dusíku skrze schopnost fixace N2 (rody Azotobacter, Clostridium, Bacillus, Azospirillum, Azoarcus, Herbaspirillum, Acetobacter, Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Frankia aj.), zvyšováním dostupnosti minerálního a organického fosforu díky schopnosti jeho uvolnění do půdní vody (rody Bacillus, Rhizobium, Burkholderia, Achromobacter, Agrobacterium, Micrococcus aj.), chelatací – vazbou železa pomocí sideroforů (rody Pseudomonas, Streptomyces) či produkcí fytohormonů (rody Azospirillum, Burkholderia). Rostlinám prospěšné jsou také skupiny mikroorganismů (označeny žlutě), které inhibují růst rostlinných patogenů (fialově) např. produkcí antimikrobiálních látek (rody Pseudomonas, Streptomyces, Stenotrophomonas, Serratia, Paenibacillus) nebo produkcí enzymů narušujících povrchy patogenních hub, hlístic i bakterií (rody Streptomyces, Gluconoacetobacter) a rušením komunikace v populaci patogenu rozkladem jeho signálních molekul používaných pro dorozumívání (quorum sensing). Opomenout nelze ani bakterie parazitující na rostlinných parazitech (hyperparazitismus, Pasteurela penetrans) a dále rhizosférní mikroorganismy, které navozují indukovanou systémovou rezistenci (ISR) rostlin svými povrchovými strukturami nebo metabolity. Rostlina je následně odolnější k patogenům a parazitům. Typů vzájemných vztahů je mnoho a jednotlivých interakcí existuje nepřeberné množství. Orig. autoři článku
-
Interakce mezi plodinami a půdou. Promyšlený osevní postup zajišťuje pestré složení látek uvolňovaných rostlinnými kořeny, pestré společenstvo půdních organismů, vyváženou minerální výživu plodin a vysoký stupeň jejich ochrany před fytoparazitickými organismy a chorobami. Orig. autoři článku
-
Půdní aktinobakterie. Síť mikroskopických vláken aktinomycet v jejich přirozeném půdním prostředí zachycená elektronovou mikroskopií (černobílý snímek). Makroskopické kolonie aktinobakterií izolovaných z půdy na živná média (barevné snímky). Zobrazené kultury aktinobakterií jsou součástí Sbírky půdních aktinomycet BCCO (Biology Centre Collection of Organisms; www.actinomycetes.cz) a Sbírky půdních bakterií BCCO (www.soilbacteria.cz) spravovaných Ústavem půdní biologie Biologického centra Akademie věd ČR v Českých Budějovicích. Foto: V. Krištůfek a J. Němec, archiv BC AV ČR
-
Početnost dominantních půdních bakteriálních fylotypů reprezentujících bakteriální kmeny napříč planetou (A; upraveno podle M. Delgado-Baquerizo a kol. 2018) a v půdách ČR s odlišným vegetačním pokryvem (B, zde jsou zahrnuty i dominantní kmeny archeí). Kombinace půdotvorných faktorů včetně vegetace tvoří půdní vlastnosti, např. pH, obsah živin nebo dostupnost kyslíku, což jsou parametry, které do značné míry určují složení společenstev půdních prokaryot. V zemědělských půdách představuje významný regulační faktor také jejich management včetně střídání plodin, hnojení, aplikace pesticidů, mechanické kultivace aj. V porovnání s celosvětovým rozšířením bakterií je zřejmý menší podíl zástupců kmene Actinobacteria, a naopak větší podíl zástupců kmene Acidobacteria v našich půdách. Rozdíl je pravděpodobně způsobený výběrem studovaných ploch, resp. omezeným spektrem dosud prozkoumaných českých půd. Zdroj dat: R. López-Mondéjar a kol. (2015), L. Žifčáková a kol. (2016), A. Chroňáková a kol. (2015 a 2019), E. Pérez-Valera a kol. (2019) a P. Sardar a kol. (nepublikovaná data)
-
Směsná kultura archeí a bakterií zachycená elektronovou mikroskopií. Sférické a kokální buňky archeí označeny šipkou, bakteriální buňky mají tyčinkovitý tvar. Foto A. Daebeler, Vídeňská univerzita, použito s laskavým svolením