Микробиологията на почвата е изследване на микроорганизмите в почвата, техните функции и как влияят върху свойствата на почвата. Смята се, че преди между два и четири милиарда години първите древни бактерии и микроорганизми са се появили в океаните на Земята. Тези бактерии са могли да фиксират азота, с течение на времето те са се размножили и в резултат са отделили кислород в атмосферата. Това е довело до развитието на по-напреднали микроорганизми, които са важни, защото влияят върху структурата и плодородието на почвата. Почвените микроорганизми могат да бъдат класифицирани като бактерии, актиномицети, гъби, водорасли и протозои. Всяка от тези групи има характеристики определящи техните функции в почвата.Rao, Subba. Soil Microbiology. Fourth ed. Enfield: Science Publishers, 1999. Print.
Близо 10 милиарда бактериални клетки обитават всеки грам почва във и около корените на растенията, област, известна като ризосфера. През 2011 г. екип откри повече от 33 000 бактериални и археални видове върху корените на захарното цвекло.
Съставът на ризобиома може да се промени бързо в отговор на промените в околната среда.
Бактерии Бактериите и археите, най-малките организми в почвата с изключение на вирусите, са прокариоти. Те са най-разпространените микроорганизми в почвата и служат за много важни цели, включително азотна фиксация.Wood, Martin. Soil Biology. New York: Chapman and Hall, 1989. Print
Някои бактерии могат да колонизират минерали в почвата и да повлияване на разграждането на тези минерали. Общият състав на почвата може да определи количеството бактерии, растящи в почвата. Колкото повече минерали се намират в района, толкова по-голямо може да бъде изобилието от бактерии. Тези бактерии също ще образуват агрегати, което подобрява цялостното здраве на почвата.
Биохимични процеси Биохимичната гъвкавост е една от най-отличителните характеристики на бактериите. Бактериален род, наречен Pseudomonas, може да метаболизира широк спектър от химикали и торове. За разлика от тях, друг род, известен като Nitrobacter, може да извлича енергията си само чрез превръщане на нитрит в нитрат, което също е известно като окисление. Родът Clostridium е пример за многофункционалност на бактериите, тъй като той, за разлика от повечето видове, може да расте в отсъствието на кислород, като диша анаеробно. Няколко вида Pseudomonas, като Pseudomonas aeruginosa, могат да дишат както аеробно, така и анаеробно, като използват нитрат като краен акцептор на електрони .Wood, Martin. Soil Biology. New York: Chapman and Hall, 1989. Print
Фиксиране на азот Азотът често е хранително вещество което най-силно ограничава растежа в почвата и водата. Бактериите са отговорни за процеса на азотна фиксация, който превръща атмосферен азот в азотсъдържащи съединения (като амоняк), които могат да се използват от растенията. Автотрофните бактерии извличат енергията си, като произвеждат собствена храна чрез окисляване, като вида Nitrobacter, вместо да се хранят с растения или други организми. Тези бактерии са отговорни за фиксацията на азота. Количеството автотрофни бактерии е малко в сравнение с хетеротрофните бактерии (обратно на автотрофните бактерии, хетеротрофните бактерии придобиват енергия чрез консумация на растения или други микроорганизми), но са много важни, защото почти всяко растение и организъм се нуждае от азот по някакъв начин.Rao, Subba. Soil Microbiology. Fourth ed. Enfield: Science Publishers, 1999. Print.
Актиномицети Актиномицетите са почвени микроорганизми. Те са вид бактерии, но споделят някои качества с гъбите, които най-вероятно са резултат от конвергентна еволюция поради общо местообитание и начин на живот.Sylvia, David M., Jeffry J. Fuhrmann, Peter G. Hartel, and David A. Zuberer. Principles and Applications of Soil Microbiology. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1998. Print.
Прилики с гъбите Въпреки че са членове на царството на бактериите, много актиномицети споделят характеристики с гъбите, включително свойства на форма и разклоняване, образуване на спори и производство на вторични метаболити .
Мицелът се разклонява по начин, подобен на този на гъбите Те образуват въздушен мицел, както и конидии. Техният растеж в течна култура се случва като отделни бучки или пелети, а не като равномерна мътна суспензия, както при бактериите.
Гъби Гъбите са изобилни в почвата, но бактериите са по-изобилни. Гъбите в почвата са важен източник на храна за други по-големи организми и патогени. Те имат полезни симбиотични връзки с растения или други организми и са важни за здравето на почвата. Гъбите могат да бъдат разделени на видове въз основа главно на размера, формата и цвета на техните репродуктивни спори, които се използват за размножаване. Повечето от факторите на околната среда, които влияят върху растежа и разпространението на бактерии и актиномицети, също влияят върху гъбите. Качеството, както и количеството на органичната материя в почвата има пряка връзка с растежа на гъбите, тъй като повечето гъби консумират органична материя за хранене. В сравнение с бактериите, гъбите са относително облагодетелствани от киселинни почви. Гъбите също растат добре в сухи почви, тъй като гъбите са аеробни или зависими от кислорода и колкото по-високо е съдържанието на влага в почвата, толкова по-малко кислород присъства за тях.
Водорасли Водораслите могат да произвеждат свои собствени хранителни вещества чрез фотосинтеза. Фотосинтезата преобразува светлинната енергия в химическа енергия, съхранявана като хранителни вещества. За да растат водораслите, те трябва да бъдат изложени на светлина, за това водораслите обикновено се разпределят равномерно навсякъде, където има слънчева светлина и умерена влага. Водораслите не трябва да бъдат директно изложени на слънце, но могат да живеят под повърхността на почвата при еднакви условия на температура и влага. Водораслите също са способни да фиксират азота.Rao, Subba. Soil Microbiology. Fourth ed. Enfield: Science Publishers, 1999. Print.
Видове Водораслите могат да бъдат разделени на три основни групи: Cиньо-зелени, Зелени и Кремъчни водорасли. Синьо-зелените водорасли съдържат хлорофил, който е молекулата, която абсорбира слънчевата светлина и използва тази енергия, за да произвежда въглехидрати от въглероден диоксид и вода, както и пигменти, които го правят синьо-зелен до виолетов на цвят. Зелените водорасли обикновено имат само хлорофил в тях, което ги прави зелени, а Кремъчните съдържат хлорофил, както и пигменти, които правят водораслите кафяви на цвят.Rao, Subba. Soil Microbiology. Fourth ed. Enfield: Science Publishers, 1999. Print.
Протозои Протозоите са еукариотни организми, които са едни от първите микроорганизми размножаващи се по полов път. Това е значителна еволюционна стъпка от копирането на спори, от което зависят много други почвени микроорганизми. Протозоите могат да бъдат разделени на три категории: камшичести, амеби и ресничести.Sylvia, David M., Jeffry J. Fuhrmann, Peter G. Hartel, and David A. Zuberer. Principles and Applications of Soil Microbiology. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1998. Print.
Камшичести Камшичестите са най-малките членове на групата протозои и могат да бъдат разделени допълнително въз основа на това дали могат да фотосинтезират. Не-съдържащите хлорофил камшичести протозои не са способни на фотосинтеза, тъй като хлорофилът е зеленият пигмент, който абсорбира слънчевата светлина. Тези флагелати се намират предимно в почвата. Камшичестите протозои, които съдържат хлорофил, обикновено се срещат във водни условия. Камшичестите протозои могат да бъдат разграничени по техните камшичета, които са тяхното средство за движение. Някои имат няколко камшичета, докато други видове имат само един, който прилича на дълъг клон или придатък.Sylvia, David M., Jeffry J. Fuhrmann, Peter G. Hartel, and David A. Zuberer. Principles and Applications of Soil Microbiology. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1998. Print.
Амеби Амебите са по-големи от флагелатите и се движат по различен начин. Амебите могат да бъдат разграничени от другите протозои по техните подобни на охлюв свойства и псевдоподии. Псевдоподиумът или „фалшивото стъпало“ е временно изпъкналост от тялото на амебата, което помага да я издърпате по повърхности за движение или помага да издърпате храна. Амебата няма постоянни придатъци и псевдоподиумът има по-слузеста консистенция от камшичето.Sylvia, David M., Jeffry J. Fuhrmann, Peter G. Hartel, and David A. Zuberer. Principles and Applications of Soil Microbiology. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1998. Print.
Ресничести Ресничестите са най-големите от групата на протозоите и се движат с помощта на къси, многобройни реснички, които произвеждат биещи движения. Ресничките приличат на малки къси косми. Те могат да се движат в различни посоки, за да придвижат организма, като му придават повече подвижност от флагелатите или амебите.Sylvia, David M., Jeffry J. Fuhrmann, Peter G. Hartel, and David A. Zuberer. Principles and Applications of Soil Microbiology. Upper Saddle River: Prentice Hall, 1998. Print.
Регулиране на състава Растителните хормони, салициловата киселина, жасмоновата киселина и етиленът са ключови регулатори на вродения имунитет в листата на растенията. Мутантите, увредени в синтеза на салицилова киселина и сигнализирането, са свръхчувствителни към микроби, които колонизират растението гостоприемник, за да получат хранителни вещества, докато мутанти, увредени в синтеза и сигнализирането на жасмонова киселина и етилен, са свръхчувствителни към тревопасни насекоми и микроби, които убиват клетките гостоприемници, за да извлекат хранителни вещества. Предизвикателството да се модулира общност от различни микроби в корените на растенията е по-ангажиращо от това да се изчистят няколко патогена от вътрешността на листата на растението. Следователно, регулирането на състава на кореновата микробиома може да изисква имунни механизми, различни от тези, които контролират листните микроби.
Проучване от 2015 г. анализира група от хормонални мутанти на Arabidopsis, нарушени в синтеза или сигнализирането на индивидуални или комбинации от растителни хормони, микробната общност в почвата в съседство с корена и в бактериите, живеещи в кореновата тъкан. Промените в сигнализирането на салицилова киселина стимулират възпроизводима промяна в относителното изобилие на бактериалните видове в ендофитното отделение. Тези промени са последователни в много семейства в рамките на засегнатата група, което показва, че салициловата киселина може да бъде ключов регулатор на структурата на микробиомната общност.
Класическите защитни хормони на растенията също функционират в растежа на растенията, метаболизма и реакциите на абиотичен стрес, прикривайки точния механизъм, чрез който салициловата киселина регулира този микробиом.
По време на опитомяването на растенията хората подбират растения със силни черти, но не се обръща внимание на растителните асоциации с полезния микробиом. Дори незначителни промени в изобилието на определени бактерии могат да имат голям ефект върху защитата и физиологията на растенията, само с минимални ефекти върху цялостната структура на микробиома.
Биохимична активност Повечето почвени ензими се произвеждат от бактерии, гъби и корените на растенията. Тяхната биохимична активност е фактор както за стабилизиране, така и за деградация на структурата на почвата. Ензимната активност е по-висока в парцели, които се торят с оборски тор в сравнение с неорганични торове. Микрофлората на ризосферата може да увеличи активността на ензимите там.
Приложения Селско стопанство Микробите могат да произвеждат хранителни вещества и минерали в почвата достъпни за растенията, да произвеждат хормони, които стимулират растежа, да стимулират имунната система на растенията и да предизвикат или потискат реакциите на стрес. Като цяло по-разнообразният почвен микробиом води до по-малко болести по растенията и по-висок добив.