Transcript Document 7828468

จุลชีววิทยาทางดิน(SOIL MICROBIOLOGY)
• จุลชีววิทยาของดิน หมายถึง วิชาที่ศึกษาเกี่วยกับกระบวนการ
เปลี่ยนแปลงทางชีวเคมีในดินที่เกิดจากจุลินทรี ย ์ การแพร่ กระจาย
ของจุลินทรี ยใ์ นดินและความสัมพันธ์กบั สิ่ งมีชีวิตอื่นๆตลอดจน
สภาพแวดล้อมในการเจริ ญของจุลินทรี ยใ์ นดิน
จุลินทรี ยใ์ นดิน
• ดินเป็ นแล่งที่เหมาะสมในการเจริ ญของจุลินทรี ยช์ นิดต่างๆได้ดี
จุลินทรี ยเ์ หลานี้ได้แก่ แบคทีเรี ย ฟังไจ สาหร่ าย โปรโตซัว และ
ไวรัสมักอาศัยตาม(หน้าของดิน ยิง่ ลึกลงไปยิง่ มีจุลินทรี ยน์ อ้ ยและ
ในดินทีมีอากาศถ่ายเทได้ดีจะมีจุลิลนทรี ยม์ ากในกว่าดินทีมีอากาศ
ถ่ายเทน้อยกว่าโดยทัว่ ไปจุลินทรี ยใ์ นดินจะแตกต่างกันไปตามชนิด
องดิน แร่ ธาตุและอินทรี ยส์ ารในดิน ความชื้นของดินฯลฯในปัจจัย
เหล่านี้อินทรี ยส์ ารหรื อสารอาหารในดินมีความสาคัญต่อการเจริ ญ
ของจุลินทรี ยเ์ ป็ นอย่างยิง่ ดินที่มีสารอินทรี ยม์ ากก็จะมีจุลินทรี ย ์
มากด้วย
ลักษณะทัว่ ไปของดิน
• ดินเป็ นแหล่งทีอยูอ่ าศัยของสิ่ งมีชิวิตที่หลากหลาย มีท้ งั พืช สัตย์
และจุลินทรี ยด์ ินประกอบด้วยอนุภาคของแข็งทั้งแร่ ธาตุและ
สารอินทรี ย ์ รวมทั้งน้ าและอากาศ เชื่อว่าดินเกิดจากการกัดกร่ อน
ของหิ นเนื่องจากความกดดันทางสภาพภูมิศาสตร์
(Mechanicalweathering) เช่นแรงกดดันจากภูเขาน้ าแข้ง การกระทา
ของลม การทาลายด้วยน้ าจากฟน ลาธาร น้ าใต้ดิน(chemical
weathering)และเนื่องจากกระบวนทางชีววิทยาจากการขยายตัวของ
รากพืช การสร้างสารต่างๆ
• เช่น กรดที่เกิดจากการเจริ ญเติบโตของจุลินทรี ย(์ biological process)
เป็ นต้น สิ่ งมีชีวิตเกี่ยวข้องกับหิ นได้แก่ สาหราย ไลเคนส์ และ
มอส ลักษณะของดินจึงแตกต่างกันไปตามแหล่งที่อยู่ ภูมิอากาศ
และสิ่ งมีชีวิตกิจกรรมต่างๆของสิ่ งมีชีวิต นอกจากนี้ยงั แตกต่างกัน
ไปตามระดับความลึก สมบัติทางกายภาพ องค์ประกอบทางเคมี
และการกาเนิดของดินนั้นๆอีกด้วย
ลักษณะทางกายภาพของดิน
• 1.อนุภาคของแร่ ธาตุ(MINERALS)
• อนุภาคของแร่ ธาตุที่พบมากในดินส่ วนใหญ่คือ วิลิคอน
(SILICON)อลูมิเนียม(ALUMINIUM) เหล็ก(IRON)ส่ วนที่พบ
ปริ มาณน้อยคือ แคลเซียม (CALCIUM) แมกนีเซียม
(MAGNESIUM)โพแทสเซียม(POTASSIUM)แมกกานีส
(MANGANESE)โซเดียม(SODIUM) ไนโตรเจนّ(NITROGEN)
ฟอสฟอรัส(PHOSPHORUS)และกามะถัน(SULFUR)ขนาดของ
อนุภาคมีขนาดต่างกันตั้งแต่เล็กจนถึงก้อนกรวด
• โครงสร้างทางกายภาพ การระบายอากาศ ความสามารถในการอุม้
น้ า และปริ มาณสารอินทรี ยต์ ่างๆ ขึ้นอยูก่ บั สัดส่ วนของอนุภาค
เหล่านี้ ซึ่งอาจเปลี่ยนแปลงอยูต่ ลอดเวลาเนื่องจากการกัดกร่ อนของ
หิ น และการย่อยสลายด้วยกิจกรรมของจุลินทรี ย ์ บนพื้นฐานของ
อนุภาคของแร่ ธาตุในดิน ดินสามารถแบ่งเป็ น 2 ชนิดคือ
• ดินอนินทรี ย(์ MINERAL SOIL)ซึ่งประกอบด้วยสารอนินทรี ยส์ ่ วน
ใหญ่ และดินอินทรี ย ์ (ORGANIC SOIL)ซึ่งประกอบด้วย
สารอินทรี ยส์ ่ วนใหญ่
• 2. สารอินทรี ย(์ ORGANIC MATTERS)
• สารอินทรี ยจ์ ากซากพืชซากสัตว์ เมื่อถูกจุลินทรี ยย์ อ่ ยสลายจะ
กลายเป็ นฮิวมัส(HUMUMUS)สี ดา ฮิวมัสมีความสาคัญต่อดิน
เพราะช่วยปรับปรุ งเนื้อดินและโครงสร้างของดิน ทาเป็ นบัสเฟอร์
(Buffer
• ช่วยไม่ให้ pH เปลี่ยนแปลงมากนักและช่วยเพิ่มความสามารถในการ
อุม้ น้ าของดิน และยังเป็ นแหล่งอาหารของจุลินทรี ยแ์ ละสิ่ งมีชีวิต
อื่นในดินด้วย
• 3. น้ า(WATER)
• ปริ มาณน้ าในดินขึ้นกับหลายปัจจัย คือ ปริ มาณน้ าฟนที่ตก สภาพ
อากาศ การระบายน้ า และจานวนสิ่ งมีชีวิตในดินน้ าจะแทรกอยู่
ระหร่ างอนุภาคของดินและดูดซับไว้ที่ผวิ อนุภาค สารอินทรี ยแ์ ละ
สารอนินทรี ยต์ ่างๆในดินจะละลายอยูใ่ นน้ า เพื่อเป็ นสารอาหารของ
พืชและสิ่ งมีชีวิตในดิน
• 4. ก๊าซ (GASES)
• ก๊าซที่มีอยูใ่ นดินได้มาจากบรรยากาศ แต่มีองค์ประกอบต่างกันตาม
ลักษณะกิจกรรมของจุลินทรี ยใ์ นดิน ส่ วนใหญ่เป็ นพวก
คาร์บอนไดออกไซด์(CARBONDIOXIDE)ออกซิจน(OXYGEN)ก๊
ไนโตรเจน(NITROGEN) ก๊าซในดินจะแทรกอยูต่ ามช่องระหร่ าง
อนุภาคดิน ปริ มาณของก๊าซจึงสัมพันธ์กบั ความช้น คือถ้ามีน้ าใน
ดินมาก ปริ มาณก๊าซจะลดลง
จุลินทรี ยท์ ี่อยูใ่ นดิน(SOL MICROBIOTA)
• ดินอุดมสมบูรณ์เป็ นที่อาศัยของสิ่ งมีชีวิตหลายชนิด ตั้งแต่เล็กสุ ด
อย่างพยาธิต่างๆ(Nematodes)กะทัง่ ชีวิตใหญ่อยาง แมลงกิ้งกือ
ตะขาบ ตัวบุง้ หอยทาก ใส้เดือน หนู ตัวตุ่นและสัตว์เลือยคลาน
ชนิดต่างๆ สัตว์เหล่านี้มีประโยชน์ต่อดิน แง่มุมที่ทาให้ดินกระจาย
และเคลื่อนที่ ทาให้อนุภาคดินอยูแ่ บบหลอมๆ ทาให้มีอากาศถ่ยเท
ระวางอนุภาคของดิน เหมาะสาหรับการเจริ ญเติบโตของจุลินทรี ยท์ ี่
ทาหน้าที่ยอ่ ยสลาย
•
ปริมาณจุลนิ ทรี ย์ที่อยูใ่ นดินแตกต่างกัน และขึ ้นอยูก่ บั
องค์ประกอบหรื อปัจจัยหลายอย่าง เช่นชนิดและปริ มาณของสาร
ความชื้นในดิน การระบายอากาศ อุณหภูมิpHสภาวะบางอย่าง เช่น
เกิดน้ าท่วม หรื อการปรับปรุ งดิน เช่น การเติบปุ๋ ย เป็ นต้น
จุลินทรี ยจ์ ะประกอบด้วยดังนี้
• 1. แบคทีเรี ย(BACTERIA)
• เป็ นจุลินทรี ยท์ ี่มีมากทั้งชนิดและจานวน จากการนับโดยตรงด้วย
กล้องจุทรรศน์อาจพบแบคทีเรี ยมากเป็ นพันล้านเซลล์ต่อดินหนึ่ง
กรัม แต่จากการนับจานเพาะเชื้อของตัวอย่างเดียวกันจะเหลือ
ประมาณสิ บล้านเซลล์ ทั้งนี้เนื่องจากในดินมีแบคทีเรี ยมากมาย แต่
มีความต้องการสารอาหาร และสภาพแวดล้อมในการเจริ ญแตกต่าง
กันมาก ดังนั้นจึงไม่สามารถเพาะเลี้ยงให้เจริ ญได้ทุกชนิดในอาหาร
เลี้ยงเชื้อที่จดั เตรี ยมขึ้น แบคทีเรี ยในดินมีท้ งั
• ออโตโทรฟ(AUTOTROPHเฮเทอโรโทรฟ(HETEROTROPH)มีไซ
ไฟล์(MESOPHILE)เทอร์โมไฟล์(THERMOPHILE)ไซโครไฟล์
(PSYCHROPHILE)แอโรบ(AEROBE)แอนแอโรบ
(ANAEROBE)เซลล์ลูโลส(CELLULOSE DIGESTER)บางพวก
ย่อยโปรตีน(PROTEIN DIGESTER)บ้างก็ออกซิไดซ์ซลั เฟอร์
(SULFURREDCING BACTERA)หรื อตึงไนโตรเจน(NITROGENFIXING BACTERIA)ได้ แบคทีเรี ยทีพบในดิน ได้แก่
Pseudomonas, Thiobacillus, Bacillus, Rhizobium,
Agrobacterium, นอกจากนี้ยงั พบ Actinmycetesซึ่งชนิดที่สาคัญคือ
Nocardia, Streptomyces, Micromonospora
• Actinomycetes เป็ นแบคทีเรี ยที่ต่างจากแบคทีเรี ยทัว่ ๆไป
Actinomycetesเจริ ญเติบโตเต็มที่จะสร้างเส้นใยที่คล้ายกับเชื้อรา แต่
มีขนาดเซลล์เท่าเซลล์แบคทีเรี ย เส้นใยของ Actinomycetes ให้ขอ
ได้เปรี ยบมาก โดยเฉพาะในสภาพขาดน้ า โดยจะทาหน้าที่คล้าย
สะพานเชื่อมช่องระหวางแต่ละอนุภาคดิน ร่ วมทั้งให้ผวิ สัมผัสที่
กว้างแก่เซลล์ Actinomycetes เอง ทาให้มีโอกาศรับสารอาหารได้
มากกว่า
• พบมากและกระจ่ายอยูท่ วั่ ๆไปในดินในรู ปของสารก๊าซ ที่รู้จกั ด้วย
คาว่า Geosmin ซึ่งทาให้ดินมีกลิ่นเหม็นอับ หากเปรี ยบเทียบ
• มวลของ Actinomycetes โดยประมาณในดินจะเท่ากับ มวล
แบคทีเรี ยชนิดอื่นๆ ทั้งหมดในดิน ปัจุบนั ความสนใจต่อ
Actinomycetes มีมากขึ้น เนื่องจากการค้นพบสารปฏิชีวนะที่
สาคัญซึ่งผลิตโดยเชื้อนี้ โดยเฉพาะ Streptomyces
• 2. รา(FUNGI)
• ราในดินเป็ นจานวนมากโดยพบมากที่ผวิ ดินซึ่งมีอากาศ พบทั้ง
สภาพที่มีไมซีเลียม และสปอร์ จานวนของรามีประมาณแสนต่อ
ดินหนึ่งกรัม รามีความสามารถในการย่อยสลายสารอินทรี ย ์ เช่น
เเซลล์ลูโลสลิกนิน และเพกติน รวมทั้งยังสามารถเปลียนคาร์บอน
จากสารอินทรี ยใ์ นดินให้เป็ นองค์ประกอบของเซลล์ได้ นอกจากนี้
ยังเจริ ญในดินที่เป็ นกรด ราจึงช่วยปรับปรุ งโครงสร้างของดินโดย
การที่เส้นไมซีเลียมจะสานเป็ นตาข่ายยืดอนุภาคดินไว้เป็ นกลุ่มก้อน
รา (FUNGI) ต่อ
• ทาให้ไม่ละลายน้ าไปเรี ยกว่า ครัมเบิลสตรัคเจอร์ (crumble
structure) ราที่พบมากได้แก่ Aspergillus, Rhizopus,Penicillium,
• Mucor, Cladosporium,Fusarium เป็ นต้น
• 3. สาหร่ าย (ALGAE)
• จานวนของสาหร่ ายในดินมีนอ้ ยกว่าแบคทีเรี ยและราสาหร่ ายทีพบ
ส่ วนใหญ่เป็ นสี เขียว(GREEN ALGAE) เช่น Chlamydomonas,
• Chlorococcumc และไดอะตอม(Diatom) ในดินทีอุดมสมบูรณ์
กิจกรรมทางชีวเคมีของสาหร่ ายจะลดลง เพราะถูกแย่งอาหารโดย
แบคทีเรี ยและรา เนื่องจากสาห่ายเป็ นพวกทีสงั เคราะห์ดว้ ยแสง
• จึงมีส่วนทาให้ดินอุดมสมบูรณ์ ด้วยการเพิม่ ก๊าซออกซิเจนและ
สารอินทรี ย ์
สาหร่าย (ALGAE) ต่อ
• นอกจากนี้ยงั เป็ นตัวทาให้เกิดการเปลี่ยนแปลงและแทนที่
(succession) โดยสาหร่ ายบ้างชนิดสามารถเจริ ญเกาะอยูบ่ นหิ นได้
• เมื่อสาหร่ ายเจริ ญขึ้นมากๆสังเคราะห์แสงได้สารอินทรี ย ์ และพวกที่
ตายยังทับทมกันอีก กลายเป็ นอินทรี ยส์ ารที่ทาให้แบททีเรี ยและรา
เจริ ญขึ้นได้ เมื่อจุลินทรี ยช์ นิดอื่นเจริ ญจะสร้างสารต่างๆขึ้น เช่น
• กรดที่ไปย่อยสลายหิ นทาให้แร่ ธาตุละลายออกมาอย่างช้าๆ ต่อ
สภาพนั้นเหมาะกับการเจริ ญของไลเคนส์ มอส และพืชชั้นสู ง
ตามลาดับ
• 4. โพรโตซัว (PROTOZOA)
• ในดินส่ วนใหญ่ เป้นพวกที่มีแฟลกเจลลาและพวกอะมีบา พบมาก
ดินที่มีอินทรี ยว์ ตั ถุสูงและชุมชื้น โพรโตซัวในดินช่วยกินแบทที่เรี ย
บางชนิด จึงเป็ นการควบคุมปริ มาณแบททีเรี ยให้อยูใ่ นสมดุล
• 5. ไวรัส (VIRUSES)
• ในดินมีทงไวรั
ั ้ สที่ทาให้ เกิดโรคกับพืช สัตว์ และแบททีเรี ย
(BACTERIOPHAGE) เข้าใจว่า ไวรัสช่วยควบคุมปริ มาณแบท
ทีเรี ยในดินเช่นกัน
• จุลลินทรี ยด์ ินหลายชนิด
• เช่น มิกโซแบคทีเรี ย (Myxobacteria) และสเตรปโตไมซิส์
(Streptomyces) เป็ นปฎิบกั ษ์กนั เพราะมันขับไลติกไซม์รุนแรง
ออกมาย่อยหรื อทาลายเซลล์อื่น โดยย่อยผนังเซลล์หรื อผิวเซลล์ ทา
ให้โพรโทพลาซึมที่ปลดปล่อยออกมา จากผลของการย่อย
กลายเป็ นสารอาหารให้มนั
จุลินทรี ยก์ ่อโรคในดิน
• จุลินทรี ยก์ ่อโรคในมนุษย์ (Human pathogen) ส่ วนใหญเป็ นปรสิ ต
และอาศัยอยูใ่ นดินเสมือนคนต่างด้าว ที่แปลกไม่เหมาะจึงไม่
สามารถอยูร่ อดในดินเป็ นเวลานาน ทั้งนี้เห็นได้จากการปล่อย
(Salmonella) ลงไปในดินซึ่งเป็ นเชื้อโรคในระบบทางเดินอาหารที่
ทนต่อสภาพแปรปรวนของสิ่ งแวดล้อมมาก ก็พบว่าสามารถอยูร่ อด
ได้เพียงไม่กี่สปั ดาห์เดือนเท่านั้น Pathogen ของมนุษย์ส่วนใหญ่ที่
สามารถอยูร่ อดในดินได้ ส่ วนใหญ่เป็ นแบคทีเรี ยที่สร้างเอนโด
สปอร์(Endospore-forming bacteria)
บทบาทของจุลินทรี ยใ์ นดิน
• บทบาทของจุลินทรี ยใ์ นดินที่สาคัญ คือการย่อยสลายอินทรี ยว์ ตั ถุใน
ดินจึงกล้ายเป็ นฮิวมัสและทาให้ดินมีสีดา ฮิวมัสมีความสาคัญดังนี้
• 1.เป็ นแหล่งอาหารสาหรับการเจิญของพืชและจุลินทรี ย ์
• 2.ทาให้ดินมีคุณภาพดีข้ ึน เหมาะสาหรับการเพาะปลูก
• 3.ทาหน้าที่เป็ น buffer ทาให้ pH ของดินเปลียนแปลงไปอย่างช้าๆ
• 4.ช่วยให้ดินอุม้ น้ าได้มากขึ้น
• 5.ช่วยเพิ่มแร่ ธาตุต่างๆ ในดินเหมาะสมต่อการเจริ ญของพืช