Сельскохозяйственная микробиология. Введение в специальность

СельСкохозяйСтвенная 
микробиология

введение в СпециальноСть

о.д. Сидоренко

Москва 
ИНФРА-М 
2024

Учебное поСобие

УДК 631+636(075.8)
ББК 40.0я73
 
С34

Сидоренко О.Д.

С34  
Сельскохозяйственная микробиология. Введение в специаль
ность : учебное пособие / О.Д. Сидоренко. — Москва : ИНФРА-М, 
2024. — 245 с. — (Высшее образование). — DOI 10.12737/1907722.

ISBN 978-5-16-018057-1 (print)
ISBN 978-5-16-111069-0 (online)
Кратко освещены основные функции и участие микроорганизмов 

в сельскохозяйственном производстве — агропромышленном комплексе. 
Рассматриваются особенности микроорганизмов почв, растений, животных, молочных продуктов, а также возможная их роль в биологическом 
равновесии экологической системы.

Соответствует требованиям федеральных государственных образова
тельных стандартов высшего образования последнего поколения.

Для студентов сельскохозяйственного и биологического обучения аг
робиотехнологического направления. Может быть полезным для аспирантов, научных сотрудников и практиков сельского хозяйства.

УДК 631+636(075.8)

ББК 40.0я73

Р е ц е н з е н т: 

Н.П. Буряков, доктор биологических наук, профессор, заведующий 

кафедрой кормления сельскохозяйственных животных Российского 
государственного аграрного университета – МСХА имени К.А. Тимирязева

ISBN 978-5-16-018057-1 (print)
ISBN 978-5-16-111069-0 (online)
© Сидоренко О.Д., 2023

Данная книга доступна в цветном  исполнении 
в электронно-библиотечной системе Znanium

Молодым исследователям и любителям Природы —  
всем, кто содействует рождению науки биоконверсии  
вторичного сырья и отходов сельского хозяйства,  
а также решению проблемы безопасности  
жизнедеятельности человека 

от автора 

Первым человеком на планете Земля, который увидел микроб, 
был голландец Антони ван Левенгук (1632—1723). Это произошло 
в 1673 г. А уже в 1674 г. Левенгук изготовил первый микроскоп 
на основе одной короткофокусной линзы. Как наука микробиология возникла во второй половине XIX в. на основании работ 
французского ученого Луи Пастера (1822—1895). Луи Пастера 
можно считать «отцом» микробиологии. Великий русский ученыйфизиолог растений академик К.А. Тимирязев (1843—1920) называл 
Л. Пастера «благодетелем человечества». 
К настоящему времени микробиология превратилась в одну 
из сложнейших комплексных областей современной биологии 
и биотехнологии. 
В сферу задач сельскохозяйственной микробиологии входит 
одновременно детальное изучение природных сред, животного 
и растительного сообщества, агроэкосистем, их устойчивость 
и продуктивность. Микробиология почв более подробно рассматривает распространение микроорганизмов, качественный состав 
или структуру микробного ценоза почв, их количество (биомассу), 
а также физиологические особенности обмена веществ в почве, создателей органического вещества в почве (так называемого гумуса), 
взаимодействие с окружающей средой, микро- и макроокружением. 
Сейчас к миру микроорганизмов относят бесчисленное множество микроскопических существ, учет числа и состава в почве 
которых весьма затруднителен. При этом возникают новые пограничные науки, часто отдаленно родственные микробиологии. 
Микро биология теснейшим образом связана с сельскохозяйственным производством, например при оценке и решении проблем, 
таких как биоиндикация типа и состояния почвы, ее плодородия, 
обогащение растений даровым азотом воздуха и фосфором для их 
питания, а также дальнейшее повышение эффективности биотехнологии микробных препаратов на основе диазотрофов, фосфатразлагающих и других почвенных микроорганизмов.
Интенсификация сельскохозяйственного производства обострила проблемы не только функционирования корневой системы 

системы растений и ризосферного эффекта, но и применения 
разнообразных органических удобрений, растительных остатков 
и их транс формации в почве. Имеют место непосредственное 
влияние и ценотические последствия воздействия химических препаратов на структуру микробных сообществ почв. Поэтому изменяются приемы защиты растений от болезней и вредителей, способы 
охраны окружающей среды.
Перечисленные проблемы обсуждаются в книге фрагментарно. 
Речь идет главным образом о микроорганизмах в их системном 
выражении, т.е. с проекцией на молекулярные процессы как таковые. Хотя выделенные из природных объектов микроорганизмы 
в условиях искусственных сред быстро претерпевают изменения, 
лишаясь многих свойств, которыми они обладали, находясь в определенной экосистеме. Весь изложенный материал содержит ценную 
информацию теоретического и прикладного характера. Он будет 
полезен широкому кругу читателей, работающих в области сельского хозяйства, разрабатывающих агротехнологии, а также студентам и аспирантам сельскохозяйственных учебных заведений. 
Все факты, имеющие чисто теоретическое и практическое значение, 
изложенные в учебном пособии, подтверждены многочисленными 
экспериментами ученых и исследованиями автора. Читатель убедится, что кое-что из теоретического пора передать практике 
и более активно использовать. Все эксперименты доступны для размышления, легко воспроизводимы и готовы к испытанию каждому 
агроному и врачу.
Искреннюю благодарность за ценные критические замечания 
выражаю доктору биологических наук, профессору Николаю Петровичу Бурякову, а также студентам, которые участвовали в проведении многих экспериментов. Слова признательности приношу 
кандидату биологических наук Елене Олеговне Горбуновой за помощь в работе над рукописью и подготовке ее к изданию.

Факты — это воздух ученого.  
И.П. Павлов

предисловие

Изучение микроорганизмов открыло множество поразительных 
фактов обнаружения жизни прокариот в невероятных экстремальных экологических нишах. Расшифровка механизмов поразительной устойчивости микробов к внешним условиям, их адаптации и возможности производства новых продуктов метаболизма 
будут востребованы в промышленной биотехнологии и сельскохозяйственном производстве. 
Хотелось бы, чтобы материал учебного пособия был понятен 
студенту, желающему приобщиться к практической сельскохозяйственной микробиологии. Здесь кратко изложен конкретный материал, показана опасность, создаваемая токсикантами окружающей 
среде, и неоценимая польза микроорганизмов, разрушающих токсины, для человечества и, наконец, предостережения всем людям 
и призыв спасти то, что еще можно спасти. Нового механизма сохранения «чистоты» природы еще не придумали, вот опасность попадания человеку ядов через пищевые цепи — гарантирована. Это 
должны услышать все на планете Земля.
После ознакомления с материалом учебного пособия обучающийся должен:
• 
знать основные принципы функционирования микроорганизмов в системах «почва — микроорганизмы», «растение — микроорганизмы — корма»; географические особенности микроорганизмов в сельскохозяйственных технологиях и процессах 
повышения продуктивности растений, качества продукции растениеводства и животноводства, биоконверсии отходов; необходимость защиты почвы от загрязнений химическими веществами 
и патогенами человека и животных;
• 
уметь ориентироваться в разнообразных сельскохозяйственных биотехнологиях, направленных на охрану Природы и ее 
составляющих — человека, животных, растений и устойчивости 
био разнообразия; применять на практике полученные знания 
и творчески разрабатывать экобиотехнологические приемы получения безопасной сельскохозяйственной продукции;
• 
владеть навыками применения полученных знаний в области безопасного сельского хозяйства, биотехнологий и перспективных приемов ведения сельского хозяйства.

введение

В нашей стране учебники по сельскохозяйственной микробиологии начали издаваться с 20-х гг. XX столетия. Автором фундаментального труда «Руководство по сельскохозяйственной микробиологии», вышедшего в 1926 г., был русский микробиолог и физиолог растений, доктор философии, магистр ботаники Николай 
Николаевич Худяков (1866—1927). Н.Н. Худяков — первый заведующий кафедрой физиологии растений и микробиологии МСХА 
им. К.А. Тимирязева. Н.Н. Худяков один из первых, кто осознал, 
что сельскохозяйственная микробиология — важная и нужная дисциплина, она является фундаментом других сельскохозяйственных 
дисциплин. Знания микробиологии сохраняют устойчивость Природы, укрепляют ее и воссоздают природные богатства, охраняя 
их чистоту, кормят человечество безопасными продуктами питания 
и берегут генофонд человека. 
В 1932 г. в издательстве «Сельколхозгиз» вышел в свет «Курс 
микробиологии». В числе авторов Курса были известные ученые — 
А.Ф. Войткевич, К.И. Рудаков, В.П. Израильский, Е.Н. Мишустин, 
Е.В. Рунов, О.В. Войткевич, Л.П. Старыгина. Позже издавали микробиологию в разных вариантах: общую, почвенную и т.п. Учебники, как правило, рассматривали строение бактерий, их химический состав, влияние внешней среды на жизнедеятельность микроорганизмов и специальную часть: участие микроорганизмов 
в трансформации органических и минеральных веществ, их экологические особенности и иногда — биоконверсию вторичных продуктов (или сырья) сельского хозяйства (это — уже учебники середины 2000-х гг.)
Двадцать первый век требует рационального использования биоресурсов и устойчивого развития агропромышленного комплекса 
с широким внедрением биотехнологий и переработкой отходов. 
Современная микробиология вполне решает проблемы экологии, 
здоровья человека и продуктов питания. Метаболический потенциал микроорганизмов огромен, разнообразен, а микроорганизмы 
способны к фото- и хемотаксису, активно выбирают для себя выгодные по физическим и химическим характеристикам местообитания, включая экстремальные.
Новые методы микроэлектронной техники, высокоточные хроматографии, достижения цитологии, генетического контроля, молекулярной биологии позволяют исследовать состав микробных сообществ в их микроокружении, не нарушая их целостности в процессе наблюдения, и прогнозировать их развитие. Особенно важно 

рассматривать микроорганизмы в качестве «универсальных химических машин» в органическом синтезе, трансформации сложных 
органических соединений, модификации субстратов и накоплении 
продуктов их превращения. Абсолютно точно установлено, что 
микроорганизмы способны атаковать самые разнообразные органические вещества. Необходимо только управление их развитием, 
включая регионально разработанные методы рационального использования наиболее важных компонентов конкретных экосистем.
Несмотря на безусловную технологическую мощь современного 
человечества, оно все также неразрывно связано с использованием 
тех или иных биоресурсов. Поэтому вопрос рациональной организации эксплуатации сырьевых ресурсов Природы является актуальным по сей день. Требуется новая информация, накопленная 
микробиологической наукой, новые подходы в решении многих 
проблем сельскохозяйственного производства. Наконец, возможно, 
мы научимся решать методические трудности только после детальной разработки самой проблемы и подходов к ней. При этом 
следует обязательно учитывать значение биохимического единообразия живых существ и общности их происхождения.

раздел I.  

агрономичеСкий клаСтер

глава 1.  

почва как биологичеСкая СиСтема

1.1. Среда обитания микроорганизмов и раСтений

Почва как среда обитания микроорганизмов характеризуется 
трехфазной системой (воздух, вода, твердый субстрат), способной 
создать условия для развития в ней биоразнообразия (бактерий, 
актиномицетов, грибов и т.д.). При этом распределены микроорганизмы в почве очагово, колониями, создавая мезо- и микросреды 
обитания с совершенно различными условиями. Частота формирования колоний зависит от свойств почвы: чем богаче она органическими веществами, тем обильней развиваются колонии. 
Особенно много колоний образуется в ризосфере (вокруг корней) 
растений.
Почвы состоят из «почвенных горизонтов» различной мощности, характеристик, свойств; они неодинаково отграничены. 
В совокупности — это почвенный «профиль», который образуется 
в результате действия географических факторов (климата, рельефа, 
растительных организмов, материнской породы). Микроорганизмы 
также участвуют в создании почвенных горизонтов, проникая 
через мелкопористые частицы почвы и глины. Скорость их продвижения неодинакова у различных микробов и зависит от свойств 
глины, вида микроорганизма, его активности прорастания и жизнедеятельности. Продвижение микробов в глине ускоряется, если 
внести в нее органическое вещество, от которого зависят рН среды, 
аэрация, состав почвенного раствора; расширяется также спектр 
живого населения. Живая масса одних только микробов — бактерий, грибов, актиномицетов и водорослей — составляет свыше 
10 т в пахотном слое 1 га плодородных, хорошо окультуренных 
почв. Микроорганизмы почвы не только создают условия для роста 
растений, но и оказывают на них непосредственное влияние продуктами своей жизнедеятельности. Они выступают основными 
агентами синтеза и минерализации органических веществ в почве. 

Морфологические описания почвенных горизонтов используются для фиксирования свойств почв и ценности их для выращивания сельскохозяйственных культур. Особенно важна «структурированность» почвы, в определенной мере связанной с диффундирующими в окружающую среду выделениями корневой системы 
и внеклеточными полисахаридами почвенных микроорганизмов. 
Капсулы бактерий выполняют многие функции: защита клеток 
от простейших и бактериофагов, участие в заражении растений, 
стабилизации почвенных частиц и создании агрегатов. Устойчивость почвенных агрегатов к размыванию водой создается именно 
бактериальными полисахаридами. Почва с агрегатами оптимального размера обеспечивает хорошие условия для роста растений, 
особенно для проникновения и закрепления корней и активного 
появления проростков. Такая почва обладает достаточным пористым пространством, чтобы быстро поглощать дождевую воду, она 
также умеренно дренирована, а ее водоудерживающая способность 
достаточна, чтобы почва оставалась влажной, но хорошо аэрированной; при этих характеристиках почвы не образуют корки на поверхности, они устойчивы против эрозии.
От физических свойств и биологической активности почвы зависит ее плодородие. Более того, подавляющее большинство характеристик плодородной почвы имеет биологическое происхождение. 
Биологические процессы принимают активное участие в эволюции 
почвы: в создании ее физической структуры, химического состава, 
превращения органических веществ, качестве и количестве минеральных элементов, доступных растениям. Например, почвенная 
структура может изменять рост растений, что важно учитывать 
значение ее при изучении зависимости между почвой и растением. 
Уплотнение почвенных частиц в водопрочные агрегаты происходит за счет микробиологической деятельности. Некоторые почвенные организмы образуют полисахариды, обладающие свойствами слизей и способны цементировать минеральные частицы. 
Кроме того, не исключается большая роль в агрегации почвенных 
частиц лигнина и «гуминовых» веществ. Короче говоря, агрегация 
почвы — это в первую очередь следствие химического взаимодействия между органическими и минеральными частицами. Однако 
долговременное упрочение этими веществами, по-видимому, требует их непрерывного образования, поскольку указанные «стабилизаторы» недостаточно устойчивы против разложения их микроорганизмами. Другими словами, почве постоянно требуется внесение 
органических веществ в форме любых послеуборочных остатков, 
навоза и др. Структура почвы разрушается, как правило, когда 

естественная растительность уничтожается или исчезает и почвы 
подвергаются механической обработке.
Микробиология играет большую роль в развитии всех разделов 
почвоведения не только теоретически, но и практически. Микробио логия почвы — самостоятельная дисциплина, она рассматривает 
 все биолого-почвенные явления и процессы с совершенно особых 
позиций, используя при этом свои собственные специфические 
методы и приемы. Она изучает почти все микроорганизмы, существующие на нашей планете. Это так называемая общая микрофлора почвы — обширный резервуар микробов.
В профиле почвенные горизонты отличаются визуально, например, почвы суходольного возделывания растений и при затоплении водой. Пахотный горизонт рисовых полей представляет 
тщательно перемешанную гетерогенную структуру, где мозаично 
представлены окисленные и восстановленные зоны. Мощность окисленного слоя в нем незначительна, и величина его варьирует в зависимости от механического состава почвы, продолжительности затопленного режима и наличия органического вещества. В пахотном 
горизонте затопленной почвы на поверхности формируется так называемая биологическая пленка за счет деятельности фототрофных 
бактерий и водорослей, и преобладает восстановительный режим, 
который сохраняется до сброса воды с чеков (полей). Резкая дифференциация пахотного горизонта на отдельные слои обусловлена 
неоднородностью биологических систем и химического состава 
почвенного профиля. В почве под рисом нарушается динамическое «постоянство» физико-химических и микробиологических 
процессов. В результате условно развиваются два различных почвенных слоя: верхний — тонкий аэробный и нижний — толстый 
анаэробный. Условия, в которых развиваются корни, существенно 
различны в разных горизонтах, как иногда можно видеть по распределению корней растений в ненарушенной почве. 
Профиль почвы суходольного земледелия и «рисового», по-видимому, необходимо рассматривать «послойно» — как среду обитания корневой системы растений и микроорганизмов. При постоянном переувлажнении изменяется структура почвы, ее аэрация, 
качество органических соединений (растворимые органические 
продукты включают простые формы кислот и метилового меркаптана). При низких окислительно-восстановительных потенциалах 
образуются закисное железо и сульфиды, от чего зависит урожай 
риса. Сульфиды образуются в условиях сильного восстановления. 
Закисное железо реагирует с сульфидами, образуя сернистое железо, которое является защит ой против токсичности сульфидов.