Cap. I. Importanța și obiectul de studiu al disciplinei Ecologie Microbiană .5 Cap. II. Caracterele generale ale bacteriilor……………………………10 II.1…. [611639]

1
AURELIA ONEȚ

ECOLOGIE MICROBIAN Ă

-SUPORT CURS-

2015

2

3
CUPRINS

Cap. I. Importanța și obiectul de studiu al disciplinei Ecologie
Microbiană .5

Cap. II. Caracterele generale ale bacteriilor……………………………10
II.1. Clasificarea generală a microorganismelor………………….…..11
II.2. Morfologia bacteriilor……………………………………………13
II.3. Structura celulei bacteriene………………………………………16
II.4. Compoziția chimică a bacteriilor………………………………..27
II.5. Creșterea și multiplicarea bacteriilor…………………………….30
II.6. Grupe particulare de bacterii…………………………………….32

Cap. III. Caracterele generale ale drojdiilor…………………………..40
III.1. Caractere morfologice…………………………………………..41
III.2. Structura celulei de drojdie…………………………………..…41
III.3. Caractere fiziologice generale………………………………….46
III.4. Reproducerea drojdiilor…………………………………………47

Cap. IV. Caracterele generale ale mucegaiurilor………………………51
Cap. V. Elemente de virusologie…………………………………………..59
Cap. VI. Nutriția microorganismelor……………………………………….68
Cap. VII. Respirația microorganismelor……………………………………76
Cap. VIII. Elemente de taxonomie bacteriană…………………………..…80
Cap. IX. Răspândirea microorganismelor în natură. Microflora
aerului………………………………………………………….…91
Cap. X. Microbiota apei…………………………………………………102
Cap. XI. Microorganismele solului……………………………………….113

4
XI.1. Solul – mediu de existență pentru microorganisme……………115
XI.2. Rolul microorganismelor în formarea și evoluția
materiei organice………………………………………………120
XI.3. Principalele grupe de microorganisme din sol…………………123
Cap. XII. Activitatea microbiană a diferitelor tipuri de sol……………….128
Cap. XIII. Interdependența dintre activitatea microorganismelor
și principalele lucrări ale solului……………………………….130
Cap. XIV . Influența factorilor ecologici
asupra microorganismelor…………………………………….135
Cap. XV. Relațiile ecologice ale microorganismelor din sol.
Interrelațiile dintre microorganismele din sol……………………….144
Cap. XVI. Relațiile dintre microorganisme și plantele
superioare din sol………………………………………………149
Cap. XVII. Circuitul azotului. Fixarea nesimbiotică, aerobă
și anaerobă a azotului molecular………………………………158
Cap. XVIII. Fixarea simbiotică a azotului molecular……………………..172
Cap. XIX. Circuitul carbonului și sulfului……………………………..…181
Cap. XX. Microorganismele din sol și circuitul fierului………………….193
Cap. XXI. Circuitul fosforului și potasiului………………………………195
Cap. XXII. Transformările microbiene ale microelementelor…………….197
Cap. XXIII. Biopreparate microbiene utilizate pentru
creșterea productivității și protecția culturilor agricole……..……………199
Cap. XXIV. Degradarea microbiană în natură…………………….……..214
Cap. XXV. Activitatea geologică a microorganismelor…………………….223
Cap. XXVI. Identificarea cu ajutorul tehnicilor moleculare
a microorganismelor din ecosistemele acvatice
și terestre poluate………………………………………………………….233
Bibliografie…………………………………………………………………………………….247

5

CAPITOLUL I

IMPORTANȚA ȘI OBIECTUL DE STUDIU AL
DISCIPLINEI ECOLOGIE MICROBIANĂ

Ecologia este știința care se ocupă cu studiul relațiilor dintre
organisme respectiv dintre acestea și mediul lor de viață. Ecologia este o
știință interdisciplinară care se bazează pe cunoștințe provenite din
domeniul: sistematicii, geneticii, evoluționismului, climatologiei,
pedologiei, microbiologiei etc.
Ramurile aplicative ale ecologiei s-au diferențiat și s-au dezvoltat ca
subdomenii: ecologia vegetală, ecologia animală, ecologia umană ecologie
silvică, ecologia solului (ecopedologie), ecologia și gospodărirea ariilor
protejate, etc. Ramurile specializate ale ecologiei studiază grupurile
taxonomice de organisme: ecologia microbiană, ecologia fungilor,
entomologia, etc. Un alt criteriu , în cadrul ramurilor specializate ale
ecologiei, îl reprezintă mediul de viață, astfel au apărut: ecologia terestră,
ecologia acvatică, ecologia mediilor subterane, etc.
Ecologia microbiană este o ramură a microbiologiei și a ecologiei
care studiază microorganismele în mediul lor natural. Ecologia microbiană
studiază relațiile dintre diferite populații de microorganisme precum și
relațiile dintre acestea și mediul înconjurător. Mecanismele care mențin
diversitatea microbiană a biosferei stau la baza dinamicii ecosistemelor
terestre, acvatice și aeriene. Diversitatea microbiană din sol este cauza
fertilității acestuia.

6
În ecologie se disting două direcții sau ramuri de cercetare:
autoecologia care studiază relațiile unei specii sau indivizi cu mediul lor de
viață (factori biotici si abiotici) și adaptările unei specii la acțiunea factorilor
de mediu; sinecologia care se ocupă cu interrelațiile factorilor de mediu cu
populațiile din cadrul biocenozei precum și interrelațiile dintre biocenoze în
cadrul biosferei.
În românia ecologia a patruns în preocupările biologilor români încă
de la apariția ei ca știință. Astfel, Grigore Antipa, a fost unul dintre primii
savanți care a aplicat principiile ecologiei în studiile sale hidrobiologice.
Continuând aceste direcții de cercetare, M. Băcescu, E. Pora, N.
Bontariuc și alții au întreprins numeroase studii de ecologie marină și de
ecologia apelor din lunca Dunării. De asemenea, importante studii și lucrări
stiințifice au fost realizate în domeniul ecologiei terestre de către Al. Borza,
Tr. Săvulescu, A. Popovici-Bânzoșanu, E. Racoviță, C. Motaș, Tr.
Orghidan, M. Ionescu. După 1989 s-au pus bazele unei noi preocupări de
cercetare ecologică. Cercetări ecologice sectoriale se desfășoară în prezent
în următoarele instituții: Institutul de Biologie al Academiei Române,
Institutul De Speologie al Academiei Române, Institute de Cercetări
Biologice și catedrele cu profil ecologic din cadru universităților.
Microbiologia este o știință fundamentală care studiază morfologia,
fiziologia și sistematica microorganismelor, originea și evoluția lor,
fenomenele de ereditate și variabilitate microbiană.
Microorganismele constituie un grup foarte mare de organisme,
diferite ca natură, formă și activitate biologică, cu o organizare unicelulară și
o structură internă relativ simplă, având însă caractere comune.
Rolul microorganismelor este foarte important pentru planeta
noastră, Pasteur spunând că dacă activitatea acestor ființe minuscule ar
înceta, viața nu ar fi posibilă. Microorganismele, cele mai vechi, mai

7
numeroase și mai diversificate forme de viață de pe pământ, au rol în
descompunerea materiei organice, mențin fertilitatea solului.
Microorganismele realizează procesul de mineralizare a materiei organice,
având o contribuție esențială în circulația materiei în natură, proces fără de
care solul ar sărăci în elemente biogene ducând la dispariția vieții.
În mediul marin, microorganismele participă, prin transformarea
substanțelor din acest mediu, la circuitul elementelor biogene, la fenomenele
geologice submarine cauzând și neajunsuri (boli ale peștilor, acțiunea
corosivă, etc.). Microorganismele au rol deosebit în formarea zăcămintelor
petroliere, de cărbuni, de salpetru, de sulf, în formarea minereurilor de fier.
Microorganismele sunt utilizate în diferite ramuri ale industriei. În industria
alimentară sunt utile la fabricarea alcoolului etilic, obținerea vinului, a berii,
în industria panificației, la producerea de acid acetic (oțet), la prepararea
produselor lactate (lapte acru, iaurt, brânzeturi), obținerea murăturilor.
Deosebit de utilă este, pentru industria medicamentelor, biosinteza
microbiană a vitaminelor (B1 , B2, B12, C, A, D2) , biosinteza substanțelor
antibiotice, etc.
Lumea microorganismelor este foarte heterogenă, vastă, aparte de
restul sistemelor biologice. Microorganismele sunt extrem de răspândite în
natură, în sol, în ape, în aer, în unele alimente (inclusiv cele congelate), în
organismele umane, animale și vegetale, în materia organică aflată în
descompunere. De ex., un om este purtător pe tegumente, mucoase și în
cavitățile corpului a unui număr de 1014 bacterii, număr cu un ordin de
mărime mai mare decât numărul estimat al celulelor care alcătuiesc
organismul uman. Din aceasta perspectivă, biomasa microbiană este imensă.
Există microorganisme care pot utiliza pentru metabolismul lor sulf,
CO2, hidrocarburi, acizi organici și anorganici, alcooli, fenoli, cresoli etc.
sau care suportă condiții neobișnuite de temperatură, salinitate, presiune

8
hidrostatică, radiații etc. Așa se explică de ce microorganismele ocupă
habitate foarte variate, chiar și dintre cele mai puțin favorabile vieții: izvoare
termale (90ș), sulfuroase, zone abisale (11.000 m), mări arctice, roci și
zăcăminte subterane (4000 m), mine, peșteri, vârfurile munților, deșerturi, în
aer până la altitudinea de 12.000 m.
Studiile de ecologie microbiana au demonstrat că majoritatea
speciilor de microorganisme în general și de bacterii în special, sunt
benefice pentru om și celelalte viețuitoare de pe pământ, ca și pentru mediu
în general. Microorganismele capabile de fotosinteză sunt producători
primary cu un rol important în mediul acvatic (mări și oceane). Bacteriile
fotosintetizante sunt:
– bacteriile sulfuroase roșii: Fam. Chromatiaceae (Thiorhodaceae );
– bacteriile nesulfuroase roși: Fam. Rhodospirillaceae (Athiorhodaceae );
– bacteriile sulfuroase verzi: Fam. Chlorobacteriaceae (G. Chlorobium );
– bacteriile albastre-verzi = Cyanobacteria.
Bacteriile fixatoare de azot sunt considerate suport al vieții: 90% din
cantitatea totală de compuși ai azotului (asimilabili de către plante, trecând
apoi în organismul consumatorilor), este produsă pe această cale biologică
de către grupul fiziologic al bacteriilor fixatoare de azot, care cuprinde
bacterii foarte răspândite în sol și în ape, libere și simbiotice, aerobe și
anaerobe, fototrofe și chemotrofe, restul compușilor azotați provenind din
descărcări electrice în atmosferă și din procesul industrial de reducere a
azotului, intens energofag si poluant.
Microorganismele descompunătoare ale materiei organice moarte,
inclusiv a substanțelor greu biodegradabile (celuloza, lignina, chitina), ca și
a celor xenobiotice, poluante (în general refractare la atacul microbian) au
un rol deosebit de important, în lipsa acestora cadavrele macroorganismelor
și deșeurile activităților umane ar sufoca orice formă de viață.

9
În corelație cu rolurile anterior menționate, microorganismele sunt
considerate suport al vieții prin participarea lor la ciclurile biogeochimice
(ale carbonului, azotului, sulfului etc.) și la fluxul de materie și energie în
ecosisteme.
Microorganismele extremofile, încadrate in Domeniul Archaea,
prezintă o afinitate pentru nișe ecologice speciale, cu variații extreme ale
factorilor abiotici, uneori reprezentând singura componentă vie a
ecosistemului respectiv, cu influență asupra evoluției acestuia. Acestea sunt
clasificate în trei grupe:
– metanogene – produc CH 4, din H 2 și CO 2 (proces anaerob de importanță
biotehnologică, cu formare de biogaz – combustibil neconvențional);
– termoacidofile – se dezvoltă la temperaturi superioare celei de 56șC si la
pH~1 (pH intern = 7);
-halofile – se dezvoltă pe medii cu concentrații mari de sare, chiar pe cristale
(ex., microorganismele din Marea Moartă, dar prezente și în mări și lacuri
sărate, saline).
Din păcate microorganismele cauzează multe neajunsuri prin
procesele de degradare microbiană: degradarea documentelor de piatră,
coroziunea microbiană a metalelor, descompunerea alimentelor,
biodeteriorarea cauciucului, a maselor plastice, a textilelor, a hârtiei, a
diferitelor opere de artă etc.

10

CAPITOLUL II

CARACTERELE GENERALE ALE BACTERIILOR

Primele bacterii au fost evidențiate și descrise de către Anthony
Leeuwenhoek în 1675. Recunoașterea lor ca grup distinct a fost făcută în
perioada 1850-1875 de către Cohn considerat adevăratul fondator al
bacteriologiei ca ramură a biologiei.
Bacteriile sunt organisme unicelulare cu o structură complexă care
au un metabolism propriu datorită unui aparat enzimatic complex ce le
asigură desfășurarea proceselor vitale. În linii generale bacteriile au o serie
de caractere generale ce pot fi sistematizate astfel:
 Nucleul celulei bacteriene este de tip procariot, adică lipsit de
membrană, iar afinitățile tinctoriale nu sunt deosebite față de citoplasmă;
 Bacteriile au un polimorfism accentuat, putând îmbrăca mai multe
aspecte morfologice ca forme sferice, cilindrice, spiralate sau helicoidale,
filamentoase și pătrate;
 Mișcarea la speciile mobile este asigurată de organite speciale,
numite cili sau flageli;
 Bacteriile sunt lipsite de clorofilă, dar unele grupe au pigmenți
sintetizanți și pot utiliza energia luminoasă;
 Unele bacterii își procură energia necesară sintezelor celulare și
altor manifestări vitale, dezintegrând diverse substanțe chimice prin
intermediul proceselor fermentative, fiind din acest punct de vedere,
organisme chimiosintetizante (chemotrofe).

11
 Se înmulțesc prin sciziparitate, dar se cunosc la unele grupe și
forme de conjugare de tip parasexuat, cu formare de celule sexuate de sens
diferit; forma de sciziparitate rămâne însă forma esențială de reproducere;
 Bacteriile pot forma spori, ce constituie un mijloc de conservare a
speciei, la unele grupe.
Microorganismele, cu excepția celor cu structură acelulară
(virusurile) au ca unitate elementară de bază celula. Celula la
microorganisme, asemănătoare în general cu celula vegetală și animală,
prezintă unele particularități în funcție de grupul de microorganisme
considerat.
Aceste particularități structurale și funcționale au determinat
împărțirea microorganismelor în două grupe (Eduard Chatton, 1932 și
Stanier, 1970). Între microorganismele procariote și eucariote există
diferențe esențiale structurale, funcționale și de compoziție.

II.1. Clasificarea generală a microorganismelor

Variabilitatea extraordinară a microorganismelor și capacitatea lor de
adaptare la cele mai diferite condiții ale mediului ambiant, fac ca lumea
microbiană la nivel planetar să fie deosebit de numeroasă și greu de
clasificat.
Clasificarea biologică a lumii vii propusă de Whittaker (1969),
acceptată de numeroși taxonomiști cuprinde un sistem de cinci regnuri în
funcție de modul de organizare celulară și modalități de nutriție, având
următoarea structură:
 regnul Monera include organisme monocelulare de tip procariot cu
nutriție de tip absorbtiv, cu metabolism fotosintetic sau chimiosintetic și
reproducere prin diviziune asexuată;

12
 regnul Protista include organisme monocelulare de tip eucariot (inclusiv
drojdii). Modul de nutriție este diferit de la un grup la altul, prin absorbție
sau ingestie și reproducere sexuată/asexuată;
 regnul Fungi cuprinde organisme multinucleate de tip eucariot
(mucegaiuri) cu nuclei dispersați în citosolul hifelor adesea septate, lipsite
de plastide și pigmenți fotosintetici, cu nutriție de tip absorbtiv și
reproducere pe cale sexuată și asexuată;
 regnul Plantae , cu organisme multicelulare de tip eucariot, cu perete
celulozic, vacuole în citoplasmă și pigmenți fotosintetici în plasmide. Modul
principal de nutriție este cel fotosintetic și reproducerea predominant
sexuată;
 regnul Animalia , cu organisme multinucleate de tip eucariot fără perete
celular, cu nutriție predominant prin ingestie și reproducere sexuată.
Celula de tip procariot ce aparține primelor forme de viață pe
Pământ, prezintă un nucleoid nediferențiat, lipsit de membrană nucleară.
Molecula de ADN conține întreaga informație genetică; celula procariotă nu
conține în citozol organite libere (cu membrană) și ribozomii au dimensiuni
mici. Sunt puțin diferențiate din punct de vedere morfologic.
Celula de tip eucariot , mai evoluată, prezintă un nucleu bine
diferențiat în care este inclusă partea predominantă a genomului alcătuit
dintr-un set de cromozomi, care în timpul procesului de înmulțire se
divizează și se repartizează între celulele rezultate. În cromozomi, ADN-ul
este cuplat cu proteine de tipul histonelor. În celula eucariotă există organe
simple prevăzute cu membrană, iar ribozomii au dimensiuni mai mari decât
la procariote.
Pentru sistematizarea microorganismelor, se studiază întotdeauna
caracterele morfologice, fiziologice, biochimice etc. ale culturii pure, cultură
ce rezultă prin înmulțire dintr-o singură celulă (sau unitate formatoare de

13
colonie), în mediu nutritiv steril și deci cuprinde celule aparținând unei
singure specii.
În clasificări, pe bază de criterii morfologice și fiziologice riguroase,
stabilite de la general la particular, principalele grupe de microorganisme
componente ale regnurilor citate sunt clasate în diviziuni, clase și subclase,
ordine, familii, triburi, genuri și specii.
La baza tuturor clasificărilor este situată specia, produs al evoluției
materiei vii, ca rezultat al adaptării la condițiile existente ale mediului
ambiant.
Specia corespunde populației de indivizi cu numeroase proprietăți
comune, denumite caractere cu specificitate de specie, care le disting de alte
specii. Microorganismele aparținând unei specii au aceeași origine, sunt
adaptate la un anumit mediu de viață, au metabolism asemănător și sunt
apropiate între ele prin caractere genetice. Specia la microorganisme este
denumită din două cuvinte, primul fiind numele genului, care include mai
multe specii. Cel de al doilea cuvânt scris întotdeauna cu literă mică, de
obicei definește un caracter specific. În cadrul speciei se diferențiază prin
caractere distinctive limitate, subspecii, tulpini, varietăți.
Genul cuprinde una sau mai multe specii pe baza unor caractere
comune, specifice de gen. Denumirea genului este în limba latină.
Tribul reprezintă un grup de genuri înrudite.
Familia este un grup de triburi sau genuri înrudite.
Ordinul reprezintă un grup de familii înrudite.
Clasa reprezintă gruparea ordinelor înrudite.

II.2. Morfologia bacteriilor

14
Forma bacteriilor este controlată genetic. Deși variază destul de
mult, în funcție de condițiile de mediu, polimorfismul acestor
microorganisme este relativ limitat și caracterizat, de cele mai multe ori,
prin predominanța formei tipice pentru specia dată.
Deoarece forma bacteriilor este greu de apreciat direct din mediile
naturale, cunoștințele de morfologie bacteriană se referă, de obicei, la
celulele cultivate, în condiții artificiale de laborator, în care caz forma
celulei poate fi influențată de vârsta culturii, de compoziția mediului, de
temperatură etc.
Datorită acestui fapt, forma bacteriilor care reprezintă un criteriu
taxonomic important se apreciază în mod convențional pe celule provenite
din culturi tinere, în faza de creștere activă, pe medii de cultură
corespunzătoare și în condiții optime de temperatură, tensiune, pH, oxigen
etc. În culturi vechi, în care cele mai multe bacterii sunt pe cale să
degenereze sau să moară, apar celule cu forme aberante (cu aspecte de Y,
ramificate, filamentoase etc.), care se observă și în cazul cultivării în
condiții improprii de mediu (temperatură nepotrivită, concentrații mari de
săruri anorganice, doze
subletale de substanțe antibacteriene).
Din punct de vedere al formei exterioare se disting cinci tipuri de
bază, după cum urmează:
– bacterii sferice denumite coci, cu genul principal Coccus;
– bacterii cilindrice sub formă de bastonaș drept sau ușor curbat din
care face parte genul Bacillus;
– bacterii spiralate sau elicoidale, în care se cuprind trei categorii de
germeni și anume: vibrionii, spirilii și spirocheta;
– bacterii filamentoase, cu celule alungite în care se cuprind
actinomicetele;

15
– bacterii pătrate, sunt foarte rare, întâlnite în apele saline.
După forma celulelor și modul de grupare în urma procesului de
diviziune, bacteriile se împart în următoarele tipuri și subtipuri morfologice:
Bacteriile sferice sau cocii, au formă sferică, ovoidală, sau
elipsoidală, cu cele două diametre aproximativ egale. În funcție de poziția
celulelor fiice după diviziune, cocii prezintă următoarele moduri de grupare:
Cocul simplu , izolat, la care celulele rămân independente după
diviziune (ex. Micrococcus ureae ).
Diplococul , la care diviziunea se face după planuri succesive
paralele, celulele rezultate rămânând grupate câte două (ex. Diplococcus
pneumoniae ).
Streptococul , la care diviziunea se face după planuri succesive
paralele, iar celulele rezultate formează lanțuri de lungimi variabile (ex.
Streptococcus lactis ).
Tetracocul , la care planurile de diviziune sunt perpendiculare unele
față de altele, iar celulele rezultate sunt dispuse câte 4 la un loc (ex. genul
Gafkia).
Sarcina, la care planurile de diviziune sunt orientate după cele trei
direcții ale spațiului și reciproc perpendiculare unul pe altul, rezultând o
grupare de celule sub formă de cub (ex. Sporosarcina ureae ).
Stafilococul , la care planurile succesive de diviziune sunt dispuse în
mai multe direcții, iar celulele rezultate se grupează ca un ciorchine (ex.
Staphyllococcus aureus .
Bacteriile cilindrice , cunoscute sub denumirea de bacili au formă de
bastonașe, cu raportul între cele două axe foarte diferit, de la forme cu
aspect filamentoase, până la unele cu aspect aproape sferic. Unele dintre
bacteriile cilindrice au proprietatea de a forma spori.

16
Bacteriile spiralate , sunt elicoidale cuprind trei subtipuri
morfologice:
Vibrionul , în formă curbată, cu un singur tur de spiră.
Spirilul, în formă de spirală cu mai multe ture de spiră, rigide ca un
baston.
Spirocheta , sub formă de spirală cu mai multe ture de spiră dar
flexibile, care se poate strânge și relaxa.
Bacteriile filamentoase , au ca prototip actinomicetele,
microorganisme cu asemănări morfologice cu fungii, cu particularitatea de a
forma hife, cu tendință de ramificare, de unde și aspectul lor de miceliu.
În unele cazuri, spre exemplu la Sphaerotilus nutans aspectul
filamentos este determinat de așezarea celulelor individuale în lanțuri de
celule reunite printr-o teacă delicată, cu perete neted.
Bacteriile pătrate , evidențiate în apa hipersalină din peninsula Sinai,
au forma unor pătrate cu latura de 1,5-11 m și o grosime de 0,1 m.
Formează placarde de 8-16 celule pătrate rezultate în urma diviziunii.

II.3. Structura celulei bacteriene

Celula bacteriană este o entitate morfologică și funcțională
echivalentă cu celulele organismelor superioare, cu o structură complexă
formată din următoarele componente, de la exterior către interior, luând ca
reper peretele celular:
 Structură extraparietală formată din: capsulă, cili sau flageli,
aparatul fimbrial și pili;
 Peretele celular;

17
 Structura intraparietală compusă din: membrană citoplasmatică,
mezozomi, citoplasmă, aparatul nuclear, incluziunile, ribozomii, vacuolele,
sporul bacterian.
Capsula este o secreție care apare la unele bacterii, ce se fixează la
exteriorul celulei și constituie un înveliș în jurul acesteia. În funcție de
raportul față de celula bacteriană capsula este de mai multe feluri:
 microcapsula , cu grosimea fină de 0,2 m, ce se pune în evidență
prin metode imunologice;
 capsula propriu-zisă , cu grosimea cuprinsă între 0,2-2 m;
 stratul mucos caracterizat prin prezența unei mase amorfe
neorganizate în jurul celulei;
 zooglea ce se prezintă ca un strat mucos neorganizat care
înglobează mai multe celule microbiene.
Compoziția chimică a capsulei diferă în funcție de specia bacteriană
la care apare și de condițiile de mediu, fiind formată din 98 % apă, alți
constituienți ca polizaharidele și polipeptide.
Funcțiile biologice ale capsulei sunt următoarele:
– funcția de protecție împotriva fagocitelor la bacteriile patogene;
– funcția de virulență;
– funcția de protecție împotriva desicației.
Cilii sau flagelii
Cilii sau flagelii sunt formațiuni filamentoase, cilindrice, lungi,
subțiri, situate la suprafața celulei bacteriene și reprezintă organite de
mișcare ale acesteia. Prezența cililor este caracteristică numai anumitor
specii de bacterii, mobile.
Numărul cililor este variabil, funcție de specie, de la unu până la o
sută.

18
În funcție de inserția pe corpul bacteriei cilii pot avea următoarele
poziții:
– monotrihă, un cil la un singur pol;
– amfitrichă, cu câte un cil la ambii poli ai celulei;
– peritrichă, cu cili dispuși în jurul bacteriei;
– lophotrichă, cu cili dispuși la un pol sub formă de mănunchi.
Cilii sunt organite lungi de 16-18 m și subțiri, cu diametrul de 0,01-
0,02 m pe toată lungimea, de obicei ondulați. Implantarea lor se face în
citoplasmă printr-un corp bazal situat între peretele celular și membrana
citoplasmatică. La bacteriile Gram-pozitive corpusculul bazal este format
din două discuri (inele), angrenate împreună sub forma butonilor de
manșetă. Lungimea cililor depășește pe cea a celulei, în mod excepțional
până la de 10 ori. Cu ajutorul cililor, bacteriile se pot deplasa linear sau se
pot rostogoli. Viteza de înaintare este mare, parcurgând într-o secundă o
distanță de la 10 până la 40 ori mai mare decât diametrul longitudinal al
bacteriei.
Aparatul fimbrial
Fimbriile sunt formațiuni filamentoase prezente pe suprafața
bacteriilor imobile sau mobile, în număr mare, de ordinul sutelor (100-400).
Ele au o poziție radială și sunt mai scurte ca cilii; nu servesc la mișcare ci au
rol de fixare pe diferite substrate solide sau pe hematii, pe care le
aglutinează.
Fimbriile sunt de natură intracelulară deoarece după îndepărtarea
peretelui celular, rămân fixate pe protoplaști.
Pilii sunt, după Ottow, apendice filamentoase care au un canal prin
care se face transferul cromozomului bacterian de la celula masculă (F+) la
celula femelă (F-), fiind denumite și "pili de sex".
Peretele celular

19
Este invizibil sau foarte greu vizibil la microscopul fotonic și
reprezintă aproximativ 20% din greutatea uscată a celulei și 25% din
volumul ei. Situat în afara membranei citoplasmatice, el este acoperit, la
unele specii, de o capsulă sau de un strat mucos pericelular, iar la bacteriile
mobile este străbătut de flageli. Datorită indicelui de refracție mic, peretele
celular este invizibil ori foarte greu vizibil la celulele vii examinate la
microscopul fotonic. Evidențierea lui este însă posibilă prin colorare
selectivă sau prin examinare la microscopul electronic. La bacteriile tinere,
care au citoplasmă abundentă, compactă și omogenă, peretele celular aderă
intim la conținutul celular subiacent. La celulele bătrâne sau în curs de liză,
plasmoliză etc., peretele celular devine evident, fiind depărtat de citoplasmă.
Punerea în evidență a peretelui celular se poate face fie prin izolarea lui ca
structură intactă completă, fie prin modificarea raporturilor lui spațiale cu
citoplasma.
Această modificare se poate obține pe calea dezintegrării celulare
prin ultrasonare sau agitare cu perle de sticlă, cu ajutorul tehnicii de
microdisecție sau prin provocarea unui șoc osmotic (inducție de plasmoliză)
ori a autolizei celulare. Examinat la microscopul electronic, peretele celular
izolat are aspectul unui sac gol, care conservă forma bacteriei din care
provine și constituție asemănătoare ochiurilor unei plase. Grosimea peretelui
celular variază între 15 și 35 nm, excepțional putând să ajungă la 80 nm, ca
la Lactobacillus acidophilus . Este mai subțire la celulele tinere care cresc
mai rapid.
Peretele celular are rol:
– de susținere mecanică;
– asigură individualitatea morfologică;
– oferă protecție față de șocul osmotic;
– participă la procesul de diviziune celulară;

20
– conține receptori de virus;
– mediază schimbul de substanțe cu mediu.
Colorația Gram permite clasificarea bacteriilor după peretele celular
în două mari categorii: Gram+ (violet) și Gram- (roșu). Între cele două
categorii există diferențe mari de compoziție chimică și anume:
1. Peptidoglicanul (mureina) este prezent la majoritatea bacteriilor,
fiind de mai multe tipuri moleculare: 80-90 % laG+; 10-20 % la G-.
2. Acizii teichonici sunt foarte abundenți la bacteriile Gram+.
3. Acizii lipoteichonici sunt întâlniți la bacteriile Gram+ asociați la
membrana citoplasmatică dar se găsesc și în peretele celular.
4. Acizii teichuronici sunt caracteristici bacteriilor Gram+.
5. Lipopoliozidele caracterizează bacteriile Gram- și sunt
responsabile de primul control al permeabilității celulare. Bacteriile Gram-
sunt în general mai rezistente la inhibitori (peniciline, coloranți) decât cele
Gram+.
6. Acizii grași se găsesc sub forma unor lanțuri lungi la nivelul
peretelui celular la actinomicete și la bacteriile coryneforme.

21

Fig.1. Reprezentarea schematică a învelișurilor celulare, evidențiind
structura membranei
externe a peretelui celular și raporturile cu spațiul periplasmic și membrana
citoplasmatică
(G. Zarnea, 1983, după DiRienzo și Inouye, 1980)
Protoplaștii și sferoplaștii
Protoplastul reprezintă ansamblul structurilor celulare rămase dintr-o
bacterie Gram-pozitivă după îndepărtarea integrală a peretelui celular sub
acțiunea lizozimului. Îmbrăcat în membrana citoplasmatică, protoplastul se
menține în medii izotonice sau hipertonice ca formațiune aproximativ
sferică, păstrând, în general, proprietățile și activitățile vitale ale celulei din
care provine (capacitatea respiratorie normală, sinteza de proteine și de acizi
nucleici, viabilitatea în culturi).

22
Protoplastul nu este capabil să refacă prin sinteză peretele celular
dacă acesta a fost complet îndepărtat. Funcția de barieră osmotică asigurată
de membrana citoplasmatică, este mult mai labilă în lipsa protecției
conferite de peretele celular rigid și, ca urmare, în medii hipotonice
protoplastul lizează. La bacteriile Gram-negative, peretele celular nu poate fi
degradat complet, astfel că tratarea cu lizozim îi slăbește doar structura prin
degradarea selectivă a mucocomplexului. În medii hipotonice celula astfel
tratată se lizează, iar în mediile hipertonice se transformă în sferoplast, corp
sferic echivalent unui protoplast, înconjurat de constituenții peretelui celular
care au rezistat la acțiunea lizozimului.
Spațiul periplasmic
Spațiul periplasmic sau zona periplasmică este un compartiment
întâlnit numai la bacteriile gram-negative, delimitat spre interior de
membrana citoplasmatică, iar spre exterior de un strat care acționează ca o
sită moleculară, corespunzând membranei externe a peretelui celular
(Mitchell, 1961).
Spațiul periplasmic și complexul peptidoglican-lipoproteină ocupă
aceeași zonă a peretelui celular, în care primul adăpostește constituenții
periplasmici, iar celălalt susține și întărește învelișurile celulei. Spațiul
periplasmic conține numeroase enzime implicate în nutriție, proteine
specifice, neenzimatice proteine de legare, care leagă specific anumite
substanțe (zaharuri, aminoacizi, ioni anorganici) transportându-le până la
nivelul proteinelor de transport legate de membrană.
Membrana externă a peretelui celular lasă să treacă în regiunea
periplasmatică numeroase substraturi hidrofile (echivalente cu tetra- și
pentamere de aminoacizi, dimeri și trimeri de carbohidrați). Funcția
principală a enzimelor periplasmice (fosfataze, sulfataze, amidaze etc.) este
de a pregăti chimic substanțele care difuzează prin membrana externă pentru

23
trecerea lor prin membrana plasmatică în citoplasmă. Prin acest mecanism,
bacteriile Gram-negative prin intermediul enzimelor degradative acționează
asupra unei largi varietăți de substraturi întâlnite în natură, convertind
substanțele care difuzează în spațiul periplasmic în molecule transportabile
în celulă, unde sunt accesibile imediat proteinelor de legare. Acest aspect
conferă bacteriilor Gram-negative un deosebit avantaj biologic. De aceea
bacteriile adaptate la viața în mări, râuri, lacuri etc. sunt în majoritatea lor
Gram-negative. Spre deosebire de bacteriile Gram-negative, cele Gram-
pozitive eliberează cea mai mare parte a enzimelor lor extracelular, în
mediu. Acest mecanism este avantajos pentru bacteriile care trăiesc în
condiții de mare concentrație de substrat și de mare densitate populațională.
Membrana citoplasmatică , acoperă citoplasma bacteriilor și o separă
de fața internă a peretelui celular. Are o grosime de 7,5 nm și este constituită
din două straturi fosfolipidice.
Analiza chimică a membranei evidențiază trei tipuri de molecule:
lipide, proteine și glucide. Proteinele reprezintă peste 50% din total.
Membrana citoplasmatică este o barieră osmotică de permeabilitate care
reglează pătrunderea în celulă și eliminarea selectivă a diferitelor substanțe.
Ea menține în celulă o concentrație ridicată de macromolecule,
molecule mici și chiar ioni împedicându-le difuzarea în mediu deși
concentrația extracelulară este mai mică. Conține permeazele care asigură
transportul activ în interiorul celulei a unor substanțe organice polare din
mediu. Membrana citoplasmatică are rol în creșterea și diviziunea celulară;
la nivelul său ia naștere semnalul care declanșează inițierea replicării
cromozomului bacterian. Membrana citoplasmatică este suportul enzimelor
care participă la sinteza ATP (la eucariote aceste enzime se află în
mitocondrii).

24
Membrana plasmatică reprezintă singura suprastructură
citoplasmatică permanentă a celulei bacteriene, având rolul de a delimita
spațiul intracelular. Ea formează un compartiment închis, dar nu reprezintă o
graniță fizică inertă a celulei, ci o structură funcționalã capabilă să asigure o
deosebire netă între interiorul și exteriorul acesteia. Această proprietate este
consecința faptului că membrana plasmatică prezintă o asimetrie
funcțională, cu importanță esențială pentru viața celulei, în sensul că
suprafața internã funcționează diferit de cea externă.
Membrana plasmatică este asociată cu toate funcțiile (transport,
fosforilare), care la organismele superioare sunt legate de structuri
diferențiate. Membrana plasmatică poate să-și mărească suprafața, furnizând
mai mult spațiu pentru diferite activități celulare (respirație, fotosinteză) prin
invaginare, formând sisteme de membrane, care uneori se ramifică în
citolpasmă, sau se pot detașa, formând entități virtual independente.
Funcționează ca o barieră osmotică, dotată cu impermeabilitate
cvasitotală față de multe tipuri de molecule, permițând trecerea nestânjenită
a altora. Ea asigură în acest fel schimburile necesare și selective între mediul
extern și cel intracelular, menținând constantă compoziția chimică și ionică
a celulelor, care, la rândul lor, influențează critic numărul enorm de reacții
interdependente ce au loc în citoplasmă.
Proprietățile de permeabilitate ale membranei plasmatice pot fi
sintetizate astfel:
– substanțele ușor solubile în solvenții lipidelor, ca și unii anioni (ex.
Cl-) traversează ușor biomembranele;
– unii ioni ca Na+, K+, glucidele și proteinele, nu o pot traversa ușor,
celula recurgând la mecanisme speciale de transport.
Membrana plasmatică bacteriană și structurile derivate reprezintă un
echivalent funcțional al cloroplastelor, respectiv al mitocondriilor din

25
celulele eucariote. Este implicată în mobilitatea bacteriană, datorită faptului
că una din structurile corpului bazal al flagelului este strâns legată de
structura sa.
Mezozomii sunt formațiuni care derivă din membrana citoplasmatică
sub forma unor invaginări, legate de ADN celular. Aceste organite celulare
joacă un rol important în diviziunea nucleului și în formarea septului care
separă cele două celule fiice.
La bacteriile purpurii mezozomii conțin pigmenți clorofilieni. La
bacteriile fixatoare de N 2, nitrogenaza care este inhibată de O 2, este protejată
de mezozomi. La bacteriile nitrificatoare numeroasele invaginări ale
membranei citoplasmatice măresc suprafața de schimb enzimatic.
Citoplasma, este un sistem coloidal constituit din săruri minerale,
compuși solubili de natură lipoproteică, nucleoproteine, lipide și apă. Are un
pH cuprins între 7-7,2. Citoplasma poate fi caracterizată ca un complex de
stări fizice într-o continuă transformare, în funcție de starea fiziologică și
vârsta celulei.
Ribozomii sunt formațiuni citoplasmatice, sferice. O celulă
bacteriană conține în medie 18.000 ribozomi cu un diametru de 10-30 nm.

Materialul nuclear ("nucleul") este constituit dintr-un cromozom
format de o buclă de ADN aflat în suspensie, în citoplasmă. Lungimea
acestuia este mare, ajungând la Escherichia coli la 1 mm, ceea ce implică o
răsucire foarte accentuată.
Cromozomul bacterian poartă în structura sa toată informația
genetică esențială, necesară pentru existența unei celule, respectiv setul de
determinanți genetici reprezentând acel minimum necesar pentru ca o
bacterie să poată ocupa poziția s-a ecologică normală: gene necesare pentru
metabolismul energetic, pentru biosinteză, creștere și diviziune și în același

26
timp, pentru reglarea activităților celulare. El determină și arhitectura celulei
bacteriene, ereditatea și capacitatea de evoluție a acesteia.
Plasmidele sunt considerate material genetic extracromozomial, fiind
independente de nucleu. Plasmidele nu sunt indispensabile pentru viața
celulară dar pot aduce un avantaj selectiv. Ele poartă informația pentru
degradarea unor substraturi și pentru rezistența la antibiotice. Replicarea
plasmidelor se produce în două momente diferite: atunci când celula se
divide și atunci când se produce procesul de conjugare. Bacteriile pot
conține mai multe plasmide. Escherichia coli, de exemplu, posedă pe
cromozom 1 sau 2 plasmide conjugate și 10-15 plasmide neconjugate.
Vacuolele sunt formațiuni sferice care apar în citoplasmă în faza de
creștere activă a celulelor bacteriene. În interiorul lor se găsește apă sau gaz.
Cele cu apă au rol în menținerea presiunii osmotice în raport cu mediul
extern, iar cele cu gaz au rol de flotație.
Incluziunile sunt formațiuni inerte care apar în citoplasmă la
sfârșitul perioadei exponențiale de creștere a celulei. Ele pot fi formate din
glicogen, amidon, carbonat de calciu și fosfat anorganic.
Sporul bacterian este o formațiune care derivă din celula vegetativă
a bacteriilor, în anumite condiții de viață. Sporul este o formă de conservare
a speciei la condițiile nefavorabile de mediu și concentrează într-un volum
redus toate componentele esențiale ale celulei din care provine. Forma
sporului poate fi sferică sau ovală. Dispunerea sporului în celula vegetativă
poate fi centrală, subterminală, terminală sau laterală.
După modul de formare, structură și rezistență la factorii de mediu,
sporul bacterian poate fi de mai multe tipuri:
1. Endosporul (sporul propriu-zis) apare în interiorul unei celule vegetative
numită "sporangiu" și prezintă o mare rezistență la condițiile nefavorabile de

27
mediu, în special la variațiile temperaturii. O celulă vegetativă poate forma
un singur endospor.
Bacteriile susceptibile de a produce endospori aparțin genurilor: Bacillus,
Clostridium , Desulfatomaculum, Sporosarcina, Sporolactobacillus,
Thermoactinomyces.
2. Artrosporii se formează prin fragmentarea unor celule vegetative. Au o
formă neregulată și o rezistență intermediară între cea a endosporului și
celula vegetativă. Artrosporii sunt caracteristici bacteriilor actinomicete.
3. Chiștii sunt stadii de repaus sau supraviețuire, formate ca răspuns la
modificările de mediu și provin din transformarea unei celule vegetative,
prin îngroșarea pereților și acumularea de material de rezervă. Au o
rezistență mai mică decât endosporul și nu sunt termorezistenți.
4. Gonidia apare endocelular prin condensarea și fragmentarea protoplasmei
unei celule vegetative numită gonidangiu. În interiorul unei celule apar de
regulă mai multe gonidii care sunt eliberate în mediu prin ruperea peretelui
gonidangiului. Principala lor funcție privește capacitatea de reproducere,
neavând rezistența caracteristică sporului.

II.4. Compoziția chimică a bacteriilor

Compoziția chimică a celulei bacteriene nu diferă prea mult de cea a
celorlalte organisme vii. Ea conține cca. 600 molecule diferite, organice și
anorganice.
Apa este mediul biogen esențial și reprezintă 78% din greutatea
medie a celulei bacteriene. Se găsește sub formă de apă liberă sau legată de
diferite componente celulare. Apa îndeplinește numeroase funcții:
– este solvent al compușilor hidrosolubili;
– este mediu de dispersie pentru constituienții chimici insolubili în apă;

28
– condiționează activitatea enzimelor;
– asigură transportul elementelor de metabolism.
Sărurile minerale reprezintă 2-20 % din greutatea uscată a bacteriilor
și sunt reprezentate de principalele elemente. Cel mai bine este reprezentat
fosforul ( 45 %). Substanțele minerale au rol în:
– reglarea presiunii osmotice;
– activează unele sisteme enzimatice;
– reglează pH-ul;
– influențează permeabilitatea peretelui celular;
– intră în compoziția unor constituienți celulari.
Acizii nucleici
ADN se găsește sub forma unei singure molecule circulare, dublu
helicale. Reprezintă 1/5 din conținutul celular. ARN reprezintă cca 17% din
greutatea uscată a celulei bacteriene și se găsește localizat în citoplasmă sub
trei forme: ARN m, ARN t, ARN r.
Proteinele reprezintă cca 60% din greutatea uscată a bacteriilor și se
găsesc sub formă de holoproteine și heteroproteine. Proteinele au rol
structural iar unele îndeplinesc funcția de enzime.
Glucidele reprezintă 4-25% din greutatea uscată a celulei bacteriene
și se găsesc sub formă de glucide simple (mono și dizaharide) și
polizaharide. Glucidele simple participă la metabolismul bacterian iar
polizaharidele au rol structural, energetic sau de material de rezervă.
Lipidele se găsesc în proporție de 1-20%, din greutatea uscată a
bacteriilor, iar această variație este specifică depinzând de vârsta celulei și
compoziția mediului de cultură. Lipidele se găsesc în membrana
citoplasmatică și sub formă de granule intracitoplasmatice.

29
Pigmenții sunt substanțe colorate care se găsesc în citoplasma
bacteriilor cromogene. După localizarea pigmenților față de celulă,
bacteriile se împart în două categorii:
– bacterii cromopare, la care pigmentul este eliminat în mediul pe
care îl colorează (Ex. Pseudomonas fluorescens );
– bacterii cromofore, la care pigmentul rămâne localizat în celula
bacteriană (Ex. Staphylococcus aureus ).
Pigmenții pot fi de mai multe tipuri, după compoziția chimică:
bacterioclorofite, pigmenți carotenoizi (roșii, galbeni, portocalii),
antocianici, pigmenți melanici (brun sau negru).
Pigmenții pot avea rol în fotosinteză, rol antibiotic, de protecție
împotriva radiațiilor luminoase și ultraviolete, rol de vitamine.
Enzimele bacteriene constituie o grupă de proteine cu importanță
biologică deosebită, de catalizatori ai celulei vii, fiind solubile în apă,
termolabile, criolabile și sensibile la acțiunea radiației ultraviolete.
După substratul asupra căruia acționează enzimele se clasifică în:
– exoenzime care sunt eliberate în mediul înconjurător acționând
asupra unui substrat din afara celulei; ele sunt angrenate în procesele de
catabolism;
– endoenzime sunt secretate intracelular și participă la reacțiile de
sinteză (anabolism).
După viteza de acțiune enzimele pot fi de două categorii:
– enzime constitutive, care sunt preexistente și care acționează rapid
asupra unui substrat. Sunt sintetizate în tot cursul vieții bacteriei;
– enzime adaptive, care acționează lent, deoarece celula trebuie să se
adapteze la substrat, apariția enzimelor fiind legată de mediu.

30
II.5. Creșterea și multiplicarea bacteriilor

Ciclul de dezvoltare al bacteriilor se compune din două faze:
creșterea și multiplicarea.
Prin creștere se înțelege procesul de neoformare, în condiții
favorabile, în protoplasma bacteriei, a substanței de constituție. Această
creștere se continuă până la atingerea unei limite, când survine diviziunea
celulară.
Prin multiplicare se înțelege sporirea numărului de indivizi. Celulele
bacteriene cresc datorită noilor constituenți celulari rezultați din procesele
de biosinteză. Această creștere se oprește la un anumit moment dat când
începe diviziunea celulară. La bacterii au fost identificate mai multe
modalitați de multiplicare:
– prin diviziune;
– prin înmugurire;
– prin fragmentare;
– prin corpi elementari.
Multiplicarea prin diviziune
Se realizează prin divizarea celulei mamă în două celule fiice, cel
mai adesea absolut identice. Pregătirea diviziunii celulare se face prin
dublarea tuturor constituenților celulari. Are loc apoi dublarea și separarea
materialului nuclear și apariția unui sept transversal, ce împarte celula mamă
în două celule noi care ulterior se vor separa complet. În condiții favorabile
de viață și în prezența unui mediu nutritiv bogat, rata de multiplicare
bacteriană este foarte rapidă (variind în funcție de specie de la 10 la 30 de
minute).

31
Multiplicarea prin înmugurire
Este caracterizată prin formarea pe corpul celulei mamă a unei
protuberanțe din care ulterior se va dezvolta o singură celulă fiică.
Multiplicarea prin fragmentare
Se întâlnește la bacteriile cu dezvoltare hifală, în care alungirea se
face prin adăugarea de material nou numai la extremități și la locul de
origine a ramificațiilor. După un timp are loc fragmentarea în porțiuni scurte
și egale (Actinomycetes).
Multiplicarea prin corpi elementari
Corpii elementari sunt mici structuri corpusculare care cresc și se
multiplică prin diviziune. Viteza de multiplicare bacteriană este foarte mare,
datorată metabolismului bacterian foarte intens, astfel la fiecare 20 de
minute apare o nouă generație.
Evoluția unei culturi bacteriene
În urma studierii multiplicării bacteriilor pe medii artificiale, s-a
constatat că acest proces se realizează în mai multe faze succesive:
1. Faza de lag sau (creștere zero), este cuprinsă între momentul
însămânțării bacteriilor și momentul începerii multiplicării, când numărul
bacteriilor din inocul nu crește, iar cultura nu este vizibilă macroscopic.
Această fază durează aproximativ 2 ore și este o etapă de adaptare la noile
condiții de cultură.
2. Faza de accelerare a ritmului de creștere, care corespunde
începerii multiplicării, a cărei viteză crește progresiv și în care celulele sunt
tinere.
3. Faza exponențială sau de multiplicare logaritmică, în care procesul
se accentuează în progresie geometrică, iar durata unei generații este
minimă.

32
4. Faza încetinirii ritmului de creștere când rata multiplicării începe
să scadă progresiv.
5. Faza staționară, cu ritm de creștere zero, care se caracterizează
prin faptul că numărul celulelor rămâne constant din cauza echilibrului ce se
stabilește între numărul celulelor ce mor și a celor ce apar în urma unei
diviziuni foarte lente. Această fază corespunde celulelor mature.
6. Faza inițială de declin, în care numărul celulelor viabile scade
progresiv, prin moartea unora dintre ele. Această fază corespunde celulelor
bătrâne, cu forme de involuție, când apar numeroși spori.
7. Faza intermediară de declin în care numărul celulelor continuă să
scadă, cu un ritm de dispariție constant.
8. Faza finală de declin încheie evoluția unei culturi prin moartea în
ritm lent a celulelor până la sterilizarea completă a culturii.
Oprirea multiplicării bacteriilor și în cele din urmă moartea lor se
datorește unei serii de factori ca:
– lipsa substanțelor nutritive esențiale din mediul nutritiv;
– competiția pentru O 2 sau activitatea slabă a substanțelor folosite
pentru procesele respiratorii;
– modificările fizico-chimice ale mediului de cultură (acumulare de
acizi, alcooli etc.);
– acumularea produșilor de catabolism și a toxinelor în concentrații
incompatibile cu viața celulelor.

II.6. Grupe particulare de bacterii

Bacteriile glasogene
Apa chimică și biologică, pură, poate rămâne în stare lichidă până la
-40oC. Supusă la temperaturi inferiore lui zero grade, ea nu îngheață decât în

33
prezența nucleelor glasogene. Aceste nuclee pot fi reprezentate de
particulele minerale care provoacă congelarea începând de la -10oC. La
temperaturi situate între -10oC și zero, gheața nu se formează la plante decât
în prezența bacteriilor specifice care, posedă în membrană, nucleele
glasogene.
Sușele bacteriene în cauză, aparțin speciilor Pseudomonas syringae
și Erwinia herbicola ; ele pot fi saprofite (epifite) sau parazite pe organele
plantelor în cauză (frunze, flori, fructe). Procentul de nuclee glasogene este
ridicat la Ps. syringae (60 %) și mai mic la E. herbicola (1-5 %). Puterea
glasogenă a bacteriilor se exprimă "in vitro" sau în "in vivo" pe organele
plantelor. Pe de altă parte sușele inductoare de gheață se multiplică abundent
pe organele necrozate prin îngheț, ceea ce le oferă un avantaj selectiv
considerabil.
Când o suspensie de bacterii glasogene este pulverizată pe frunze,
apar simptomele înghețului cu ofilirea ireversibilă, dacă ele sunt plasate
(ținute) 1 oră la -5oC, pe când plantele martor netratate cu bacterii rămân
imune la toate alterările vizibile.
La vița de vie s-a observat o corelație ridicată între numărul de
bacterii glasogene prezente pe muguri și pierderile cauzate de frig la
temperaturi apropiate de 0oC. Bacteriile glasogene care provoacă înghețarea
au fost observate la plante foarte diverse (pin, cireș, piersic, prun, cais,
forsiția, fasole, porumb, tomate, căpșun).
Sușele bacteriene active, datorită capacității de a induce formarea
gheții, prezintă o genă specifică care codează o proteină foarte particulară în
membrana lor.
Proteina este formată din 1200 de aminocizi cu o structură repetitivă
foarte accentuată.

34
Compus din 1200 de aminoacizi, acest polipeptid comportă repetiții
în mai mult de 100 exemplare. Reducerea numărului de repetiții în lanțul
polipeptidic reduce activitatea glasogenă.
Alte proteine care au o structură repetitivă sunt prezente de
asemenea, în sângele a numeroase specii de animale din regiunile polare,
unde ele au un efect antigel.
Bacteriile glasogene joacă un rol important în practică deoarece
provoacă înghețarea în primăvară a numeroase plante, în special pomii
fructiferi și vița de vie. Binențeles că se încearcă stoparea acțiunii acestor
bacterii pe diferite căi (tratamente chimice cu antibiotice, pulverizări cu
apă, fumigații, folosirea bacteriofagilor, a microorganismelor antagoniste,
aplicarea de polimeri care limitează schimburile termice cu exteriorul etc.).
În ultimii ani s-a obținut prin inginerie genetică sușe neglasogene de
Ps. syringae , care aplicate pe plante inhibă dezvoltarea speciilor glasogene
În sens pozitiv specia Ps. syringae glasogenă este utilizată pentru
obținerea zăpezii artificiale (Snow max).
Micoplasmele
Micoplasmele reprezintă un grup particular de bacterii lipsite de
perete celular, la care celula este delimitată de o membrană lipoproteică, cu
o compoziție chimică asemănătoare celulei animale. Sunt considerate cele
mai mici organisme capabile de creștere autonomă pe medii acelulare.
Micoplasmele sunt grupate în clasa Mollicutes (moli = moale, pliabil
și cute = piele).
Datorită lipsei peretelui celular, micoplasmele au o plasticitate
naturală foarte mare, fiind descrise mai multe tipuri morfologice ca: sferice-
cocoidale, diplococi, filamentoase.
Cu toate acestea, cultivate în condiții de mediu bine definite, fiecare
specie are o morfologie caracteristică, încât polimorfismul acestora nu

35
trebuie confundat cu pleomorfismul care implică obligatoriu existența a mai
mult de o formă celulară distinctă, în cursul vieții unui organism.
Micoplasmele sunt Gram-negative. Dimensiunile lor variază de la
125-250 nm la formele sferice, până la 150 m la cele filamentoase. Lipsa
peretelui celular este răspunzătoare de instabilitatea morfologică și de alte
proprietăți cum ar fi:
– sensibilitatea osmotică;
– rezistența la antibioticele care acționează asupra sintezei peretelui
celular (penicilina);
– tendința de pătrundere și creștere în profunzimea mediilor;
– capacitatea de a traversa filtrele bacteriene.
Multiplicarea micoplasmelor se poate realiza la aceeași specie prin
diviziune, înmugurire și fragmentarea filamentelor. În condiții naturale
micoplasmele sunt parazite, instalarea lor în diferite organisme fiind ușurată
de natura chimică a membranei similară membranelor gazdei.
Micoplasmele produc peste 40 de boli la plante dar și la animale și
om.
Actinomicetele
Actinomicetele constituie un grup mare de bacterii filamentoase,
Gram pozitive, caracterizate printr-o mare varietate morfologică.
Multă vreme actinomicetele au fost considerate ca făcând parte din
categoria ciupercilor, deoarece au particularitatea de a forma hife (filmente)
ramificate și spori de diseminare.
Majoritatea actinomicetelor au o formă alungită filamentoasă, cu
tendință de ramificare, de unde și aspectul lor de miceliu. Filamentele
miceliene au un Ø cuprins între 0,5-2 m și prezintă o structură de tip
procariot, corespunzând unor celule foarte lungi, multinucleate, fără pereți
transversali.

36
Pe medii de cultură solide formează colonii dense cu aspect
cartilaginos sau cretos, aderente la substrat. Pe aceste colonii se formează
sporofori cu spori. Sporoforii sunt diferiți ca formă: spiralați, drepți sau
curbați.
Sporii sunt de asemenea variați ca formă, fiind sferici ovali, alungiți
sau cilindrici. Suprafața sporilor este netedă sau prezintă diverse
ornamentații.
Actinomicetele produc pigmenți care dau miceliului aerian culori
diferite (galben, portocaliu, roșu, violet până la albastru sau cenușiu). La
unele specii pigmenții difuzează în mediu.
O particularitate a fiziologiei actinomicetelor este modul lor de
nutriție omnivor, care le permite să se dezvolte pe substraturi organice dintre
cele mai diferite.
În condiții naturale, pe resturi vegetale actinomicetele încep să se
dezvolte numai după ce bacteriile și ciupercile au încetat să se mai
multiplice, atunci când toate substanțele ușor asimilabile din resturile
vegetale au fost descompuse de predecesorii lor.
Capacitatea lor de a degrada substanțele organice dintre cele mai
complexe le conferă un rol important în natură, în special, în descompunerea
substanțelor organice din nămoluri și sol. În sol, acestea participă la
degradarea biologică și mineralizarea substanțelor organice.
Importanța lor practică este legată în mod deosebit prin intermediul
speciilor genului Streptomyces , de producere de substanțe antibiotice (până
în prezent peste 500 de antibiotice distincte).
Aproximativ 50 % din tulpinile izolate în natură produc antibiotice.
Unele actinomicete produc boli la plante, animale și om.
Cyanobacteriile (algele albastre-verzi)

37
Sunt organisme procariote care folosesc apa ca donator de electroni
și în prezența luminii produc oxigen. Mecanismul lor fotosintetic este
identic cu cel al algelor eucariote. Celulele prezintă un perete rigid,
multistratificat, asemănător cu cel de la bacteriile Gram-negative. Peretele
celular poate fi acoperit la exterior cu o teacă gelatinoasă sau fibroasă.
Cele mai multe Cyanobacterii sunt mobile într-un anumit stadiu de
dezvoltare, având o mobilitate de tip glisant, asemănându-se cu bacteriile
filamentoase glisante de tip Beggiatoa .
Pigmenții fotosintetizanți sunt reprezentați numai de clorofila "a" și
deficobiliproteine (alloficocyanina, ficocyanina și uneori ficoeritrina). În
citoplasmă se observă vacuole cu gaze ce au rol de flotație. Unele
cyanobacterii sunt unicelulare, iar altele filamentoase, formând lanțuri mai
lungi.
Cyanobacteriile sunt strict fotoautotrofe și nu se pot dezvolta numai
în prezența substanțelor organice, nu au nevoie de vitamine ca factori de
creștere, iar ca sursă de azot folosesc azotații, sărurile de amoniu, iar unele
specii folosesc azotul molecular, fiind fixatoare de azot ( Nostoc și
Anabaena ).
Sunt mult răspândite în sol, în apele dulci și ape sărate din mări și
oceane. Sunt mai tolerante față de condițiile extreme nefavorabile decât
algele eucariote. Ele constituie primele organisme ce populează rocile
dezagregate, participând la procesul de solificare și favorizează dezvoltarea
în masa lor mucilaginoasă a unor bacterii fixatoare de azot între care
Azotobacter și Clostridium .
Dintre cyanobacterii mai răspândite în natură sunt genurile
Gloeocapsa și Chroococcus care sunt organisme unicelulare. Alte grupe
sunt filamentoase ca, Oscillatoria și Lyngbia. Genurile Nostoc și Anabaena

38
ce au capacitate de a fixa azotul molecular trăiesc în solurile umede din
orezării, unde asigură N 2 necesar plantelor.
Protozoarele
Sunt organisme unicelulare la care se cunoaște un anumit ciclu
evolutiv și care reprezintă viețuitoare complete și independente, fiind
cuprinse în încrengătura Protozoa, regn. Protista.
Celula unui protozor se compune din protoplasmă, în care se găsesc
incluziunile granulare, condriozomii, precum și diferite substanțe de rezervă.
De asemenea, se găsesc unul sau mai mulți nuclei cu forme și structuri
diferite.
Ca substanțe de rezervă în celulele de protozoare s-au descoperit;
amidonul, glicogenul, leucozina, grăsimi și substanțe proteice de rezervă
cum este volutina.
Înmulțirea protozoarelor se face pe cale asexuată prin împărțirea
celulei în două părți aproape egale, în urma cărui proces apar două celule
fiice. Înmulțirea sexuată are loc după mai multe diviziuni simple, prin
conjugare între gameți. În urma contopirii gameților iau naștere zigoții care
în condiții neprielnice se transformă în zigochiști sau chiști de repaus care
au o mare rezistență la temperaturi nefavorabile, concentrații mari de săruri
solubile, uscăciune sau acumulare în mediul ambiant a unor factori nocivi.
La revenirea condițiilor favorabile, din zigochiști apar indivizi obișnuiți.
În sol sunt răspândite protozoare din următoarele clase: Rhizopoda ,
Sarcodina , Mastigophora (Flagelata ) și Infusoria (Cilliata). Din clasa
Sarcodina cele mai răspândite genuri sunt: Negleria, Amoeba. Clasa
Mastigophora (Flagelata ) are în sol forme autotrofe cât și heterotrofe. Cele
autotrofe posedă în celule cromatofori. Ca reprezentanți avem genul
Euglena. Clasa Infusoria (Ciliata) cuprinde protozoare care se mișcă cu

39
ajutorul a numeroși cili care sunt excrescențe protoplasmatice. Din acest
grup ca reprezentanți cităm: Paramoecium, Balantiophorus și Colpoda.
Rolul protozoarelor în sol este secundar față de cel al bacteriilor și
ciupercilor. Ele sunt în majoritate prădători ce se hrănesc cu bacterii și se
găsesc în sol între 10.000 până la câteva sute de exemplare la grmul de sol.
Ca microprădători protozoarele contribuie la diminuarea numărului de
bacterii în sol. În același timp s-a constatat că prin moartea lor protozoarele
pun la dispoziția microorganismelor surse nutritive care stimulează creșterea
numărului acestora în sol. În unele experiențe cu Azotobacter în culturile la
care s-au adăugat protozoare ( Colpidium colpoda ), s-a fixat mai mult azot
decât la culturile martor. Se trage de aici concluzia că protozoarele
fagocitând bacteriile, formează colonia să producă mai multe celule tinere
care sunt mai active în fixarea azotului molecular.
Pe de altă parte se presupune că protozoarele ar elimina în mediu de
cultură unele substanțe stimulatoare pentru dezvoltarea bacteriilor. După alți
autori în afară de acțiunea indirectă asupra biologiei solului, protozoarele ar
contribui și la formarea humusului.

40
CAPITOLUL III

CARACTERELE GENERALE ALE DROJDIILOR

Drojdiile reprezintă un grup taxonomic complex și heterogen de
microorganime monocelulare de tip eucariot care se înmulțesc prin
înmugurire (mitoză), ca formă generală de reproducere și în mod particular,
prin ascospori formați pe cale asexuată și sexuat (în urma proceselor de
conjugare între celule).
Drojdiile au o largă răspândire în mediul ambiant, fiind întâlnite în
toate habitatele naturale: sol, ape, aer, plante, animale. În sol, celulele de
drojdie se întâlnesc în straturile superficiale, până la adâncimi de
aproximativ 30 cm, în concentrații de 102-2×105 g-1. Cantitatea crește în
solurile viilor și grădinilor, ca urmare a îmbogățirii solului în substanțe
nutritive furnizate de fructele care cad la sol și suferă lent putrezirea. Din
sol, prin acțiunea unor factori fizici, mecanici și biologici, microorganismele
ajung temporar în aer și se răspândesc la distanțe mari; din sol și aer
drojdiile pot ajunge în ape, unele specii fiind întâlnite chiar la adâncimi de
4000 m. În mod permanent, drojdiile se află în microbiota epifită a plantelor
(flori, fructe, frunze, rădăcini).
Răspândirea drojdiilor este favorizată de insecte, care, o dată cu
nectarul/sucul, preiau și celule de drojdii care pot hiberna în tractul digestiv
al insectelor. În organismul animal, drojdiile sunt prezente în biocenoza
intestinală și se elimină pe căi naturale prin produsele de dejecție; în
cantități mai reduse se întâlnesc în cavitatea bucală și pe piele. Un grup
restrâns de drojdii sunt patogene ( Candida albicans, Cryptococcus
neoformans ) și dau îmbolnăviri la om și la animale.

41
III.1. Caractere morfologice

Celula de drojdie are în mod obișnuit formă sferică, ovală sau
cilindrică, cu dimensiuni medii de la 4-14 µm. Unele tulpini sunt
monomorfe, deci prezintă în cultură pură celule de un singur tip morfologic,
iar altele sunt dimorfe sau polimorfe. Forma și dimensiunea celulelor este un
caracter de gen și specie, dar acestea pot fi influențate de starea fiziologică
și de condițiile de cultivare. Dintre formele caracteristice unor genuri se
menționează:
– forma ovală (elipsoidală) specifică drojdiilor fermentative ce aparțin
genului Saccharomyces ;
– forma sferică – predomină la drojdii din genul Torulopsis ;
– forma apiculată (de lămâie), întâlnită la genurile Kloeckera și
Hanseniaspora ;
– forma cilindrică (alungită), specifică drojdiilor din genul Candida și genul
Pichia;
– forma de sticlă, specifică drojdiilor din genul Saccharomyces .

III.2. Structura celulei de drojdie

Celula eucariotă de drojdie se deosebește puțin de celula animală; de
celula vegetală se diferențiază prin absența cloroplastelor și a învelișului
celulozic. Unele structuri subcelulare se pot vizualiza cu ajutorul
microscopului fotonic (nucleu, mitocondrii, vacuole, perete celular, citozol),
în timp ce ultrastructurile (membrana citoplasmatică, reticulul
endoplasmatic, aparatul Golgi ș.a.) au putut fi observate doar cu
microscopul electronic – x 20 000 (fig. 1.). Cunoașterea organizării

42
arhitecturale complexe a celulei de drojdie este utilă pentru înțelegerea
potențialului funcțional al diferitelor componente.

G – corp Golgi;
Lz – lizozomi;
N – nucleu;
n – nucleol;
Pc – perete celular;
Pl – plasmalemă;
RE – reticul endoplasmic;
Mt – mitocondrie;
V – vacuolă.

Fig. 2. Organizarea internă a celulei de drojdie

Învelișurile celulare sunt reprezentate de peretele celular și
plasmalemă, care limitează celula și intervin în toate procesele biologice
fundamentale ce se desfășoară la nivel celular.
Peretele celular are o grosime de aproximativ 250 nm și poate să
reprezinte o pondere de 5-15 % din biomasa uscată de drojdie. Din punct de
vedere structural, peretele celular are aspect laminar și este alcătuit din 2-3
straturi.
Stratul extern are o suprafață rugoasă și în anumite zone prezintă
așa-numite cicatrice mugurale, locul de desprindere a celulelor rezultate prin
înmugurire.

43
Stratul intern are o suprafață ornamentată cu riduri proeminente,
formate din fibre constituite din molecule liniare de glucan, care formează
complexe cu proteine și asigură rigiditatea sau elasticitatea peretelui celular.
La nivelul peretelui celular sunt localizate și enzime (invertaza, fosfataza,
endoglucanaze) implicate în biosinteza compușilor peretelui celular și în
procesele de transfer al substanțelor. Peretele celular are rol esențial în
asigurarea formei celulei și de protecție față de factorii mediului ambiant. În
cooperare cu plasmalema participă la creșterea și reproducerea celulară, în
biosinteză și catabolism. Prin îndepărtarea peretelui celular, prin metode
enzimatice, se obțin protoplaști folosiți în ingineria genetică pentru
obținerea prin fuziune a hibrizilor cu importanță practică. Prin amplasarea
protoplaștilor pe mediu nutritiv, în timp de 8-12 ore, are loc regenerarea
peretelui celular.
Plasmalema (membrana citoplasmatică) reprezintă un strat lamelar
cu o grosime de circa 8-9 nm, care delimitează protoplastul la exterior.
Plasmalema este o structură de natură lipoproteică în care lipidele
(fosfolipide, steroli, acizi grași nesaturați) reprezintă 23-30%, iar proteinele
(glicoproteine) 30-33% din masa nativă a membranei. Plasmalema este
sediul complexelor multienzimatice cu rol în biosinteza poliglucidelor din
peretele celular (glucansintetaze și chitinsintetaze), în glicoliză, fosforilare
oxidativă (oxidoreductaze, citocromi, reductaze), în principalele căi
metabolice ale celulei vii. Plasmalema este o structură dinamică în care se
realizează importante funcții ale celulei vii. În primul rând este o barieră
osmotică, cu permeabilitate selectivă ce reglează transferul de substanțe
nutritive necesare în celulă pentru a fi metabolizate, precum și eliminarea de
cataboliți, iar prin sistemele enzimatice, active la acest nivel, intervine în
reglarea procesului de creștere și înmulțire.
Citoplasma (citosolul) reprezintă o materie fundamentală a celulei
vii în care sunt înglobate organitele subcelulare specifice. Citosolul este un

44
sistem coloidal cu un conținut de 75-85 % apă, în care substanțele
componente se află sub formă de sol sau gel, formând micele coloidale.
Dintre substanțele organice predomină proteinele cu rol structural sau
catalitic, lipidele cu rol plastic și glucidele cu rol energetic. În compoziția
chimică a citosolului intră și acizii nucleici, respectiv ARN (mesager, de
transfer și ribozomal) cu rol în biosinteza proteinelor celulare, ARNk
(denumit killer) implicat în sinteza de proteine cu acțiune toxică pentru alte
celule sensibile și ADN-extracromozomial, component al plasmidelor
citoplasmatice. În citosol, în anumite faze ale creșterii celulare, se pot
acumula substanțe în exces sub forma unor incluziuni de rezervă și anume:
– granule de glicogen, care se prezintă sub forma unor corpusculi sferici și
care se pot evidenția prin suspendarea celulelor de drojdie în soluție Lugol,
când glicogenul în prezența iodului se colorează în brun-roșcat. Glicogenul
reprezintă principala substanță de rezervă a celulei și este metabolizat atunci
când celula este în stare de înfometare;
– sferozomii (oleiozomii), care sunt incluziuni lipidice.
Dintre organitele celulare cu care citosolul interacționează în mod
permanent, formând o unitate morfofuncțională, fac parte următoarele:
nucleul, mitocondriile, aparatul Golgi, sistemul vacuolar.
Nucleul reprezintă „spațiul" genetic în care are loc stocarea,
replicarea și transmiterea informației celulare. În timpul diviziunii celulare,
ADN-ul nuclear se divide în 2 sau mai mulți cromozomi, în funcție de
specie. În timp ce Saccharomyces cerevisiae are 17 cromozomi, la specii ale
genului Hansenula au fost identificați 4. Unele drojdii sunt obligatoriu
haploide, de exemplu drojdiile din genul Candida, genul Torulopsis, genul
Rhodotorula, în timp ce alte genuri (Saccharomyces ș.a.) pot prezenta faza
haploidă (1n) – în faza de ascospori și faza diploidă (2n) – în faza vegetativă
de reproducere.

45
Mitocondriile sunt organite mari, care pot ocupa până la 25 % din
volumul citosolului, în care sunt localizate enzime de catabolism, implicate
în ciclul Krebs și în oxidarea acizilor grași, în fosforilarea oxidativă, în
sinteza de ATP pentru necesitățile energetice ale celulei. O celulă poate
conține 10-50 mitocondrii.
Sistemul vacuolar poate fi vizibil la microscop în faza staționară de
creștere a celulei sub forma unui vacuom central prevăzut cu o membrană,
tonoplasma, sau să fie alcătuit din mai multe vacuole mici, în faza de
creștere exponențială. Vacuolele conțin o cantitate mare de apă și
îndeplinesc funcții importante în reglarea presiunii și în menținerea
stabilității chimice a citosolului.
Reticulul endoplasmatic face legătura între nucleu și vacuom și
reprezintă o rețea de
vezicule – cisterne interconectate, caracterizate printr-o mare plasticitate
morfologică. Reticulul endoplasmatic este sediul unor complexe enzimatice
(citocromoxidaza, NADH, enzime ale lanțului transportor de electroni) și
are rol în biogeneza sferozomilor, vacuolelor, corpilor Golgi; participă la
expansiunea învelișului nuclear și a plasmalemei în diferite etape de
dezvoltare ale celulei.
Aparatul Golgi este un sistem de endomembrane, alcătuit din unități
funcționale –
dictiozomi, care face legătura între reticulul endoplasmatic și plasmalemă.
Veziculele Golgi sunt privite adesea ca aparatul de sortare și dirijare a
proteinelor și componentelor membranare spre locul lor de destinație; au rol
în expansiunea peretelui celular.
Ribozomii sunt particule nucleoproteice implicate în sinteza
proteinelor celulare, răspândiți în citosol – citoribozomi, liberi sau în
asociații de 5-6 ribo-zomi (polizomi). Au în

46
structură ARN-ribozomal și proteine; ARNr este implicat în procese de
transcripție a informației genetice pentru biosinteza proteinelor/ enzimelor
necesare celulei.
Lizozomii sunt structuri veziculare bogate în enzime: fosfataze,
proteaze, lipaze ș.a.,
active la pH = 5, cu rol în digestia unor compuși ai celulei vii care nu mai
funcționează eficient, în exteriorul lizozomului, în citosol, enzimele nu sunt
active deoarece pH-ul este de 7,3. Când sub acțiunea unor factori, de
exemplu în starea de înfometare, în absența apei care asigură transportul în
exteriorul celulei a catabolițilcr formați, pH-ui în citosol scade, devin active
enzimele din lizozom și celula moare datorită procesului de autoliză.
Peroxizomii sunt structuri sferice cu membrană simplă și o matrice
pe care sunt localizate oxidaze, cu rol în adaptarea celulei de drojdie la
condiții aerobe. Intervin în ciclul glioxilatului, în degradarea acizilor grași, a
aminoacizilor (de exemplu a metioninei) și a apei oxigenate.

III.3. Caractere fiziologice generale

O proprietate importantă a unor drojdii cu importanță în industria
alimentară este aceea de a fermenta în condiții de anaerobioză, glucide
(hexoze, diglucide, triglucide) cu formare de alcool etilic, dioxid de carbon
și produse secundare care dau aroma caracteristică produselor fermentate. În
condiții de aerobioză, drojdiile asimilează glucidele transformându-le prin
respirație în CO 2 și H2O, iar energia eliberată favorizează creșterea și
înmulțirea celulelor.
În raport cu temperatura, majoritatea drojdiilor industriale sunt
mezofile (temperatura optimă 28…32°C); există și drojdii adaptate care sunt
active la temperaturi de refrigerare (drojdii de vin), sau drojdii termofile
active la 35…38°C (din genul Candida).

47
Drojdiile se dezvoltă bine într-un domeniu larg de pH, cu valori
limită între 2,5 și 8,5 și un pH optim la 5,5. Celulele de drojdie, ca și alte
celule, reacționează activ la presiunea osmotică dată de concentrația
substanțelor dizolvate în mediul în care se află suspendate. Dacă mediul este
hipotonic, cu o concentrație a substanțelor dizolvate mai mică decât
concentrația intracelulară, apa va pătrunde în celula care își mărește volumul
și, dacă se prelungește această stare de turgescență, celula suferă deteriorări
fizice ireversibile. În mediul hipertonic, când concentrația mediului este
superioară concentrației intracelulare, apa din celulă difuzează în exterior
pentru a asigura izotonia, iar celula trece în starea de plasmoliză.
În condiții naturale, se pot întâlni, ocazional (temporar), celulele de
drojdii în diferite stări: fiziologică activă, în care celulele cresc și se
înmulțesc; de anabioză, determinată de reducerea cantității de apă liberă din
interiorul celulei, în care celula se menține în viață, în schimb activitatea
enzimatică este redusă la minimum; de autoliză când, în condiții
nefavorabile, are loc o solubilizare a compușilor sub acțiunea enzimelor
proprii (în special proteaze), care conduce la moartea fiziologică a celulei.

III.4. Reproducerea drojdiilor

Forma generală de reproducere a drojdiilor este înmugurirea
vegetativă (calea asexuată), care are la bază un proces simplificat de mitoză,
când din celula mamă se formează noua celulă, identică din punct de vedere
genetic. Unele drojdii au capacitatea de a se înmulți nu numai prin
înmugurire, ci și prin spori; sporularea este condiționată genetic, are loc în
anumite condiții de mediu și are la bază procesul de meioză.
Reproducerea prin sporulare la drojdii poate avea loc pe cale
asexuată din/în celula vegetativă sau pe cale sexuală prin procese de
copulare (conjugare) între celule diferențiate.

48
Reproducerea prin înmugurire
Pe cale vegetativă (asexuat), drojdiile se pot înmulți prin înmugurire
propriu-zisă, caracteristică majorității lor, și prin sciziune, în urma formării
unui perete despărțitor, caracteristică genurilor Schizosaccharomyces și
Endomyces . Înmugurirea are loc în condiții optime când drojdiile se află în
mediu cu o concentrație de glucide simple de 2-5 %, substanțe cu azot
asimilabile, săruri minerale și factori de creștere; pH-ul optim pentru
înmulțire este în domeniul acid 4,5-5,5, iar temperatura optimă la valori
între 25 și 32°C. O condiție necesară pentru înmugurire este aerarea
corespunzătoare a mediului, deoarece în prezența oxigenului din aer are loc
asimilarea eficientă a nutrienților cu recuperarea energiei potențiale a
acestora, energie folosită de celula în creștere pentru procese de biosinteză,
consumatoare de energie.
În aceste condiții, în prima etapă, celula de drojdie crește în
dimensiuni în urma măririi coordonate a compușilor intracelulari; creșterea
în volum fiind mai rapidă decât a suprafeței învelișurilor celulare, la un
anumit stadiu se declanșează înmugurirea. Astfel, într-o zonă (placă) a
peretelui celular are loc o înmuiere enzimatică a peretelui și apare o
protuberanță – mugurele, care, treptat, crește în dimensiuni; între celula
parentală și mugure se perfectează un canal – diverticulum – prin care se
transferă, în celula nou formată, material nuclear și citoplasmatic, prin
cariokineză și citokineză. Când celula-fiică va conține toate componentele
necesare unei vieți independente, la nivelul canalului se formează un perete
inelar cu o concentrație ridicată în chitină, ce se dezvoltă centripet, până
când are loc obturarea și separarea.
În condiții optime de viață, o celulă de drojdie poate forma 9-42 noi
celule, apoi celula moare din punct de vedere fiziologic. Pentru drojdiile la
care separarea mugurelui are loc prin sciziune, prin înmugurire se pot forma
structuri liniare ce alcătuiesc miceliu adevărat.

49
În procesul de înmulțire a drojdiei prin mitoză, numărul original de
cromozomi se păstrează constant: aceasta înseamnă că dacă celula parentală
este diploidă și celulele rezultate prin înmugurire vor rămâne tot diploide
(2n), respectiv, dintr-o celulă haploidă se vor forma două celule tot haploide
(1n).
Înmulțirea drojdiilor prin înmugurire este un proces cu multiple
aplicații industriale, în scopul obținerii, cu un randament ridicat, a biomasei
de celule la fabricarea drojdiei comprimate, a drojdiilor furajere, a culturilor
de drojdii selecționate folosite la fabricarea spirtului, berii, vinului, sau
pentru extragerea din biomasă a unor compuși endogeni valoroși
(vitamine, enzime ș.a.).
Reproducerea prin sporulare
Este un proces particular întâlnit la drojdiile sporogene care au
dobândit capacitatea genetică de a forma în anumite condiții, în medie, 2-14
ascospori. Sporularea are la bază procesul de meioză, prin care numărul de
cromozomi ai celulei parentale diploide se reduce la jumătate, iar celulele
formate, primind un singur set de cromozomi, sunt haploide.
În cazul drojdiilor ascogene, de exemplu al celor aparținând genului
Saccharomyces, sporularea poate fi indusă prin transferul celulelor din must
în fermentație pe un bloc de ghips sau pe un mediu inductiv: mediul
Gorodkova. În aceste condiții, în celulă prin sporulare asexuată se formează
ascosporii, ale căror număr și caractere morfologice sunt dependente de
specie. Sporularea este inițiată după circa 10 ore de expunere pe mediu de
sporulare și este mai intensă după 24-48 de ore. În timp, celula generatoare
de spori, denumită și ască, se poate rupe sau poate să se solubilizeze prin
autoliză și ascosporii liberi, în condiții favorabile, germinează și formează
prin reproducere vegetativă colonii (clone) haploide.

50
Sub formă de ascospori, drojdiile rezistă timp îndelungat în sol, în
condiții de uscăciune, în schimb termorezistența lor este apropiată cu cea a
celulelor vegetative și inactivarea are loc la 75…85°C.
Capacitatea de sporogeneză a drojdiilor este un criteriu taxonomic
important în identificarea speciilor, iar lucrările de obținere a hibrizilor
rezultați prin conjugare dirijată (drojdii mutante) ocupă un loc important în
bioinginerie.

51
CAPITOLUL IV

CARACTERELE GENERALE ALE MUCEGAIURILOR

Mucegaiurile sunt microorganisme de tip eucariot, monocelulare sau
pluricelulare, diferențiate din punct de vedere morfologic și care se reproduc
prin spori formați pe cale asexuată sau pe cale mixtă (asexuată și sexuată).
Mucegaiurile sunt agenți de putrezire cu rol esențial în natură deoarece
realizează descompunerea și degradarea materiilor organice de natură
vegetală până la compuși simpli.
Mucegaiurile sunt întâlnite în toate habitaturile naturale, datorită
capacității lor deosebite de adaptare la cele mai diferite condiții ale mediului
ambiant. Sunt înzestrate cu un echipament enzimatic complex, ceea ce le
permite utilizarea în nutriție a compușilor organici macromoleculari. Sunt
puțin pretențioase: se pot dezvolta în absența din mediu a factorilor de
creștere și nu necesită cantități mari de apă.
Un prim habitat îl constituie stratul superficial al solului, care le
asigură condiții de creștere sau supraviețuire. Prin activitatea lor de
degradare a materiei organice nevii, mucegaiurile participă la transformarea
unor compuși organici macromoleculari în compuși mai simpli și sunt
considerați agenți ai putrezirii reziduurilor vegetale. Din sol, prin
intermediul factorilor naturali, sporii de mucegai sunt antrenați pe calea
aerului la distanțe foarte mari, ceea ce asigură diseminarea nelimitată de
granițe geografice, în aer, mucegaiurile sub formă de spori sau hife
vegetative pot supraviețui un timp îndelungat, iar în absența curenților de
aer se depun cu o viteză ce poate atinge valori de 3 cm/s. În funcție de
condiții, pot să reziste sub formă de spori timp de zeci de ani.

52
În apă, prezența mucegaiurilor este ocazională, apa fiind un mediu
prin care se poate face răspândirea sporilor. Creșterea mucegaiurilor în ape
este dependentă de conținutul acestora în compuși organici și poate avea loc
numai în condiții de aerare. Mucegaiurile sunt frecvent întâlnite în
microbiota plantelor, pe suprafața fructelor și legumelor, în afara
mucegaiurilor saprofite-agenți ai putrezirii, se întâlnesc mucegaiurile
patogene care pot parazita plante, animale pești și insecte. Mucegaiurile
fitopatogene produc boli ale plantelor industriale, ca mălura, rugina,
tăciunele ș. a. La om și la animale, mucegaiurile patogene produc
îmbolnăviri denumite micoze, când infectarea se face pe cale respiratorie.
În afară de rolul important al mucegaiurilor în natură, în industria
alimentară culturi selecționate se pot folosi la fabricarea brânzeturilor tip
Roquefort, Camembert sau la maturarea salamurilor crude. Cu ajutorul
mucegaiurilor, pe cale biotehnologică, se pot obține compuși deosebit de
valoroși: antibiotice (peniciline), acizi organici (citric, lactic, gluconic, kojic,
malic, fumaric), vitamine (B2, ergosterol-provitamina D), enzime (amilaze,
proteaze, lipaze, invertază ș.a.). Mucegaiurile se mai pot folosi pentru
îmbogățirea în proteine a făinurilor vegetale și ca agenți de depoluare ai
apelor reziduale. Ca aspect negativ, mucegaiurile pot produce degradarea
produselor alimentare prin mucegăire, cu modificarea calităților senzoriale
și pierderea valorii alimentare. Unele mucegaiuri pot să elaboreze
micotoxine.
Mucegaiurile se răspândesc în natură prin spori rezistenți la
uscăciune, formă în care se mențin în stare viabilă ani de zile. Dacă un astfel
de spor ajunge pe suprafața unui mediu favorabil pentru creștere, cu o
cantitate suficientă de apă liberă, în primul stadiu are loc absorbția apei și
activizarea sistemelor enzimatice (3-4h), apoi germinarea celulei sporale și
formarea tuburilor vegetative numite hife sau taluri. Hifele se extind pe
suprafața mediului, se diversifică și îndeplinesc anumite funcții specializate.

53
Hifele de extindere se pot dezvolta de-a lungul mediului, în spațiul aerian
sau în profunzimea mediului realizând absorbția nutrienților și au rol de
susținere. La un anumit grad de dezvoltare a hifelor vegetative se formează
hifele reproducătoare, generatoare de spori, diferențiate în funcție de gen și
specie. Totalitatea hifelor vegetative și reproducătoare alcătuiește miceliul.
Mucegaiurile au la bază celula de tip eucariot ce include toate
organitele descrise la celula de drojdie. Spre deosebire de drojdii, peretele
celular este mai gros și conține ά- și β-glucani. între peretele celular și
membrana citoplasmatică există un spațiu periplasmic. Celula poate conține
1-2 nuclei cu câte 2-4 cromozomi fiecare.
În funcție de caracterele genetice, mucegaiurile pot fi monocelulare,
când se dezvoltă sub forma unei celule uriașe cu ramificații. Acest caz este
întâlnit la mucegaiurile inferioare ce au miceliu neseptat sau coenocitic. Alte
mucegaiuri denumite superioare sunt pluricelulare, au peretele celular
comun pentru mai multe celule care sunt separate între ele printr-un perete
despărțitor, denumit sept, prevăzut cu un por central prin care se poate face
transferul citoplasmatic.
Mucegaiurile sunt microorganisme ușor adaptabile, deoarece au
capacitatea de a forma enzime induse în funcție de natura substratului pe
care se află, astfel încât produc degradarea atât a produselor alimentare cât și
a fibrelor textile, a cauciucului, betonului ș.a. În raport cu umiditatea,
mucegaiurile sub formă de hife sau spori sunt foarte rezistente și, în absența
apei, se mențin în stare latentă de viață un timp îndelungat, în raport cu
oxigenul, mucegaiurile sunt microorganisme aerobe și necesită pentru
creștere prezența oxigenului din aer sau a oxigenului dizolvat în mediu. Un
număr limitat de specii sunt microaerofile și pot produce mucegăirea internă
a untului și a ouălor.
Mucegaiurile se pot dezvolta în limite largi de pH (1,5-9), cu o
valoare optimă în domeniul acid, cu pH = 5,5-6. Mucegaiurile sunt

54
microorganisme mezofile cu temperaturi optime de creștere la 25°C. Un
număr restrâns sunt termofile, cele patogene având temperatura optimă la
37°C. Altele sunt adaptate la temperaturi scăzute (0…3°C). Rezistența
termică a mucegaiurilor sub formă de hife sau spori este mică, majoritatea
fiind inactivate la temperatura de 80°C
Mucegaiuri patogene – mucegaiuri care cresc și care se înmulțesc în
organismele vii.
Exemple: Aspergillus fumigatus – produce aspergilom pulmonar.
Mucegaiuri fitopatogene – mucegaiuri care cresc și care se
înmulțesc pe plante și conduc la boli ale plantelor: rugina, tăciunele, mălura,
fusarioza. În cazul cerealelor, mucegaiurile conduc la o reducere a cantității
de substanță utilă și implicit, la scăderea valorii tehnologice.
Mucegaiuri selecționate – mucegaiuri folosite în industria
alimentară la: fabricarea unor brânzeturi cu pasta mucegaită (Rokefort,
Camembert), fabricarea salamurilor crude de tip Sibiu, echipamentul
enzimatic al mucegaiurilor contribuind la procesul de maturare.
Celula de bază a mucegaiurilor este de tip eucariot cu anumite
particularități care conferă celulei o structură complexă, în comparație cu
celula de drojdie.
Creșterea și reproducerea mucegaiurilor
În momentul în care spori sau fragmente de mucegaiuri ajung pe un
mediu nutritiv are loc o germinare și creșterea radială a tuburilor
germinative care se mai numesc și hife – organe ale creșterii vegetative.

Hifele îndeplinesc mai multe funcții:
– funcția de absorbție de substanțe nutritive, de fixare a mucegaiului
pe mediu nutritiv – hife care se numesc rizoizi;
– funcția de extindere care determină formarea de tuburi germinative
ramificate – hife care se numesc stoloni;

55
-funcția de reproducere – hife generatoare de spori, se formează în
centrul coloniei, perpendiculare pe hifa generatoare și au o creștere limitată.
Totalitatea hifelor alcătuiesc un miceliu care poate fi: – cenocitic –
formațiune în care citoplasma circulă liber, aseptat, format din hife ce nu
prezintă pereți despărțitori – tip de miceliu caracteristic mucegaiurilor
inferioare; miceliul septat – formațiune în care citoplasma circulă prin porii
centrali – caracteristic mucegaiurilor superioare (la un anumit stadiu de
dezvoltare celulele sunt separate între ele prin septum – por central sub
formă de perete despărțitor).
Totalitatea hifelor ce se dezvoltă într-un por formează colonia cu
aspecte diferite în funcție de gen și specie. Coloniile mucegaiurilor
superioare au o creștere limitată, o dezvoltare radială și un aspect
pulverulent, prăfos, catifelat, de culori date de pigmenții sintetizați: alb, roz,
portocaliu, verde, brun până la negru.
Coloniile mucegaiurilor inferioare se extind pe întreaga suprafață a
mediului de cultură, cu un aspect pâslos, de culori mai puțin variate: alb,
cenușiu, brun.
Reproducerea mucegaiurilor
Mucegaiurile se înmulțesc pe două căi principale: pe cale vegetativă
și prin sporulare.
a) Reproducerea vegetativă se realizează prin intermediul fragmentelor de
hife rezultate sub acțiunea unor factori mecanici, atunci când acestea conțin
cel puțin o celulă. Fragmentele hifale, chiar dacă conțin mai multe celule,
vor forma o singură colonie. Din acest motiv, la determinarea numărului de
mucegaiuri din diferite produse, exprimarea se face în unități formatoare de
colonii – UFC. Creșterea are loc prin extensie la apexul celulei.
Timpul de dublare a miceliului ca și intervalul între cicluri succesive
de formare a septului depind de specie și de condiții de cultură și poate dura
aproximativ 2 ore (Aspergillus nidulans). Se apreciază că pentru mitoza

56
completă a nucleilor la mucegaiuri sunt suficiente 10 minute ( Alternaria,
Aspergillus), iar intervalul între mitoza și apariția septurilor este de 20-40
minute.
b) Reproducerea prin sporulare este forma cea mai răspândită la
mucegaiuri și poate avea loc numai pe cale asexuată sau pe cale mixtă,
respectiv asexuat când mucegaiul prezintă stare anamorfă și sexuat când se
află în starea teleomorfă. Reproducerea pe cale asexuată conduce la
formarea sporilor imperfecți. Dintre tipurile de spori formați pe această cale
prezintă interes sporangiosporii și coriidiosporii. Sporangiosporii sunt spori
endogeni, haploizi (monocelulari), caracteristici mucegaiurilor inferioare. La
maturitate, pe talul coenocitic se formează hifa reproducătoare denumită și
sporangiofor, care se continuă cu o formațiune cu diametrul mai mare decât
al hifei purtătoare, denumită columelă.
Prin acumularea de nuclei și în urma procesului de mitoza, sporii
rezultați se acumulează în exteriorul columelei și se maturizează în spațiul
dintre columelă și membrana sporangelui. Sporangele cu columelă este
denumit stilosporange. în urma presiunii exercitate prin creșterea în
dimensiuni a sporilor sau sub acțiunea unor factori mecanici, membrana
sporangelui se rupe și sporangiosporii se răspândesc în mediul ambiant. Se
înmulțesc prin sporangiospori mucegaiurile din genurile Mucor, Rhizopus,
Absidia, Thamnidium ș.a. Conidiosporii sunt spori exogeni sau endogeni,
mono- sau pluricelulari, caracteristici mucegaiurilor superioare. Se pot
forma pe cale talică, în urma transformărilor ce au loc în tal, sau pe cale
blastică, când sporii rezultă printr-un proces de înmugurire a celulelor
conidiogene.
Dintre conidiosporii formați pe cale talică, fac parte:
– arthrosporii, care se formează prin fragmentarea talului în dreptul
septumului; după separare au tendința dea se aranja în zig-zag. Se reproduc
prin arthrospori, mucegaiurile din genul Geotrichum;

57
– chlamidosporii (chlamys-manta), care se formează în culturi mai vechi ,
de-a lungul talului vegetativ, în cazul mucegaiurilor inferioare din genul
Mucor, sau în interiorul conidiosporilor
pluricelulari, în cazul mucegaiurilor din genul Fusarium.
Dintre conidiosporii formați pe cale blastică fac parte:
– aleuriosporii, care se formează la capătul conidioforului sau pe partea
laterală a acestuia, izolat sau în lanț, din celule conidiogene nediferențiate,
deformate la capătul apical din care se separă sporii. Se întâlnesc la
mucegaiuri din genul Sporotrichum , genul Trichothecium ș.a.;
– annelosporii, care se formează în interiorul unor celule cilindrice sau în
formă de sticlă din care se eliberează prin ruperea peretelui celular, care
înconjoară ca un colier fiecare spor. Produc annelospori mucegaiurile din
genul Scopulariopsis ;
– blastosporii, care se formează prin înmugurire la apexul conidioforului sau
din celule conidiogene preformate, izolat sau în lanțuri lungi. Înmulțirea prin
blastospori este întâlnită la mucegaiuri aparținând genurilor: Cladiosporium,
Aureobasidium, Monillia ș.a.;
– botrioblastosporii, care se formează simultan, apical, din celule mărite ale
conidioforului sau din scurte protuberanțe ale acestora, prin înmugurire. Se
găsesc izolați sau asociați în lanțuri. Se întâlnesc la genul Botrytis.
– fialosporii, care sunt spori exogeni eliberați printr-un orificiu central, din
celule specializate denumite fialide (phialidae). Fialosporii se formează pe
cale bazipetală, izolat sau în lanțuri, și sunt reprezentativi pentru genurile:
Aspergillius, Penicillium, Trichoderma, Stachybotris, Fusarium ;
– porosporii, care sunt spori pluricelulari formați prin înmugurire în
interiorul celulei conidiogene, din care se eliberează prin canale fine, apical
sau lateral, pe cale acropetală, astfel încât la capătul superior al lanțului se
află cel mai tânăr dintre sporii rezultați. Prin porospori se reproduc specii ale
genurilor: Alternaria, Helminthosporium.

58
Reproducerea pe cale sexuată; formarea sporilor perfecți.
Calea sexuată de sporulare este întâlnită la mucegaiurile inferioare și
superioare. Sporii perfecți rezultați în urma unor procese de conjugare, ce au
loc mai ales în condiții naturale, pot fi de mai multe tipuri: oospori,
zigospori, ascospori și bazidiospori.

59
CAPITOLUL V

ELEMENTE DE VIRUSOLOGIE

Virusurile reprezintă o categorie specifică de agenți infecțioși,
structural și fiziologic fundamental diferiți de oricare dintre
microorganismele cunoscute.
Morfologia virusurilor
Din punct de vedere morfologic virusurile pot aparține următoarelor
tipuri principale: formă cilindrică-alungită sau de bastonaș (virusul
mozaicului tutunului); formă sferică (izometrică), sferoidală (virusul gripal),
formă paralelipipedică (virusul variolei), formă de cartuș sau obuz (virusul
piticirii galbene la cartof), formă de mormoloc sau cireașă cu coadă (unii
bacteriofagi). Dimensiunile virusurilor 17 nm – 2500 nm.
Structura virusurilor
Deși diferitele virusuri se deosebesc mult ca formă și dimensiuni ele
sunt constituite după principii comune. Particula virală matură (virionul)
este alcătuită din două componente esențiale: genomul viral și capsida,
precum și un constituient accesoriu, învelișul extern.
Genomul viral este reprezentat în mod obișnuit printr-o moleculă de
acid nucleic (ADN sau ARN, niciodată ambele). Genomul viral poartă
informația genetică necesară replicării în sensul sintezei constituienților
virali și a precursorilor lor.
Capsida virală (gr. "Kapsa" = cutie), acoperă genomul fiind alcătuită
din subunități proteice denumite capsomere. Capsomerele sunt constituite
din molecule proteice așezate în mod regulat, formând în ansamblu
structura specifică a virusului. Capsida protejează materialul genetic.
Capsida și genomul viral formează nucleocapsida.

60
La unele virusuri nucleocapsida este acoperită de o altă structură
numită învelișul extern sau peplosul (gr. peplos = manta).
Virusurile plantelor
Virusurile plantelor au o mare importanță ca agenți patogeni datorită
marii lor răspândiri și faptului că același virus poate infecta plante care
aparțin unor familii botanice diferite.
Bolile produse de virusuri la plante sunt denumite viroze. Până în
prezent sunt cunoscute câteva sute de boli virale, produse de virusuri care
aparțin la 25 genuri distincte.
Din punct de vedere morfologic virusurile plantelor aparțin la două
grupuri: grupul virusurilor izometrice (izodiametrice) sau sferice și grupul
virusurilor alungite.
În general virusurile plantelor au o structură chimică mai simplă
decât virusurile animale și bacteriofagii.
Mecanismul de transmitere:
Virusurile se pot transmite de la planta bolnavă la planta sănătoasă
pe mai multe căi:
A – transmitere mecanică: prin contact între frunze; anastomoze radiculare;
unelte de lucru; altoire.
B – transmiterea prin vectori se realizează prin intermediul insectelor
(cca.400 specii): afide și cicade. Relația dintre virus – insectă vectoare este
variabilă și corespunde la 3 situații:
 Virusuri nepersistente, pot fi transmise până la circa 4 ore de la
achiziție.
 Virusuri semipersistente au capacitatea de infectare variabilă de la
10-100 ore de la achiziție.
 Virusuri persistente cu o capacitate de infectare de peste 100 ore
(uneori chiar toată durata de viață a vectorului).

61
În funcție de răspândirea și comportarea virusurilor în corpul
vectorului, acestea se împart în 3 categorii:
 Virusuri localizate pe stilet (virusuri nepersistente).
 Virusuri circulante (virusuri persistente) pot fi transmise timp
îndelungat ajungând în hemolimfa insectei.
 Virusuri propagative (virusuri persistente) se multiplică în corpul
vectorului fiind transmise toată viața insectei.
C – transmiterea prin intermediul ciupercilor fitopatogene din sol,
(ex.Polymyxa betae transmite virusul rizomaniei la sfecla pentru zahăr).
D – transmiterea prin intermediul nematozilor.
E – transmiterea prin semințe (cca. 1/3 din virusuri).
Circulația virusurilor în interiorul plantelor se realizează prin
parenchim (plasmodesme), prin floem și prin xilem.
Bacteriofagii
Bacteriofagii sunt virusuri adaptate la viața parazitară în celulele
bacteriene și care prin multiplicare produc liza acestora. Particula virală
matură a fagilor este alcătuită din ADN și proteină și din punct de vedere
anatomic prezintă următoarele componente: cap, guler, coadă, placă bazală
și fibrele cozii.
Capul fagului , la microscop prezintă o formă poliedrică iar în
secțiune are o formă hexagonală, cu o lungime de 100 nm și o lățime de 65
nm. Acesta este constituit din capsomere cu Ø de 4 nm, dar nu este
cunoscut încă, numărul și modul de așezare al acestora. În interiorul capului,
se găsește genomul, alcătuit dintr-o moleculă de ADN d.c., liniară, cu
lungimea de 50 m, ce cuprinde 200 gene, fiind împachetată foarte strâns.
În partea bazală a capului, la locul de prindere al cozii se află un dop
proteic, cu rol de articulare mecanică. Între acest dop și placa bazală se
găsește un tub lung de 120 nm, reprezentat de cilindrul axial al cozii . El are

62
un Ø de 7,5 nm și un canal central cu Ø de 2 nm, prin care trece ADN-ul în
momentul introducerii în celula bacteriană.
La exteriorul cilindrului axial se găsește teaca contractilă a cozii,
care în stare extinsă are o lungime de 80 nm, iar când se contractă, teaca se
scurtează la 1/2 respectiv 35 nm. Teaca este constituită din 24 inele
suprapuse și datorită aranjamentului capsomerelor formează o helice.
Gulerul fagului este situat între dopul proteic și coada fagului și are forma
unui disc hexagonal de 1,5 nm grosime cu Ø de 3,6 nm. Placa bazală este
un disc hexagonal cu Ø de 40 nm și este prevăzut la partea inferioară cu 6
cârlige (croșetele cozii) care sunt unități integrale de fixare a fagului pe
bacterie.
În momentul contracției, placa bazală ia forma de stea cu Ø mărit la
60 nm și este lipsită de dopul central.
Fibrele cozii sunt structuri filamentoase, proteice de 130 nm
lungime, fixate cu unul din capete pe placa bazală, iar cu celălalt capăt pe
gulerul fagului, cea de-a doua legătură fiind mai slabă.
Aceste fibrile formează o rețea care îmbracă teaca contractilă a cozii
și care în perioada premergătoare fixării fagului, se desprind de pe guler și
rămân legate numai pe placa bazală, înotând libere în mediu și au aspectul
unor picioare de păianjen.
Structura genomului
Bacteriofagii prezintă în majoritate un genom format dintr-o singură
moleculă de A.N. (ADN m.c., ADN d.c. , ARN m.c.) cu o singură excepție
fagul Ø 6 de la Pseudomonas phaseolicola care are un genom ARN
segmentat, format din 3 segmente.
Genomul bacteriofagilor se deosebește de genomul virusurilor
animale și vegetale prin prezența unor baze nucleice neobișnuite, cum ar fi
la bacteriofagii T-par, în loc de citozină prezintă 5-hidroximetilcitozină, iar

63
la fagii de la Bacillus subtilis , 5-hidroximetilluracil și 5-4,5
hidroximetiluracil.
Legat de acest aspect s-a emis ipoteza că aceste baze nucleice ar avea
rol de protecție a AN fagic împotriva acțiunii unor enzime virale (nucleaze)
care atacă numai AN străin și în felul acesta poate degrada selectiv
cromozomul bacterian în cursul sintezei de virus.
Infecția celulei bacteriene. Replicarea
Ciclul de replicare vegetativă a fagului are următoarele etape:
I. Adsorbția reprezintă procesul de fixare a particulelor virale pe
suprafața bacteriilor. După o serie de ciocniri întâmplătoare fagul se fixează
pe peretele celular prin intermediul fibrelor cozii, realizând faza de fixare
inițială, care poate fi reversibilă. Urmează faza de fixare ireversibilă
realizată prin intermediul croșetelor și este condiționată de prezența
receptorilor de fag. Aceștia sunt reprezentați de orice structură existentă la
suprafața celulei bacteriene sau pe pilii și flagelii acesteia, iar sinteza lor este
controlată de gene bacteriene.
II. Injectarea genomului viral în celula bacteriană
După fixarea ireversibilă pe peretele celular are loc o contracție a
cozii fagului, axul central al acesteia pătrunzând în adâncimea peretelui
celular 12 nm iar genomul este injectat prin intermediul cilindrului axial
tubular. Nu se cunosc încă forțele care proiectează genomul viral în
interiorul celulei, injectarea făcându-se rapid (15 secunde la T 4).
III. Replicarea bacteriofagilor
După pătrunderea genomului fagic în interiorul celulei bacteriene au
loc procese coordonate de cele 200 gene, care își încep activitatea eșalonat
în mai multe faze:
1 – formarea proteinelor timpurii cu rol în:
a – "astuparea" găurilor produse la intrare în peretele celular;

64
b – blochează transcrierea informației de către ARN m al
celulei gazdă, rolul fiind preluat de ARN m viral;
c – degradarea ADN gazdă, de unele proteine, fiind fărămițat
până la nucleotide în segmente de ADN d.h. mici de 1/100 din cromozomul
originar, care sunt degradate în continuare la nucleotide formându-se un stoc
din care cel puțin 1/3 sunt utilizate la formarea fagilor progeni.
2. replicarea genomului viral, care este semiconservativă și nu prin
efectuarea de copii identice, repetate ale genomului originar;
3. formarea proteinelor tardive. Sinteza acestora devine
predominantă când ADN viral a ajuns la rata maximă de replicare.
Proteinele tardive sunt grupate în 3 categorii:
a – proteine structurale ale virusului;
b – proteine active în procesul de morfogeneză;
c – enzime necesare lizei celulei bacteriene.
4. ansamblarea și morfogeneza virusului care, este dirijată de 50 de
gene din cele 200. Fagul este constituit din 3 porțiuni distincte care se
formează separat pe trei linii principale care duc independent la formarea
capului, a cozii și a fibrelor cozii.
În treptele următoare compușii finiți se combină pentru a forma
particula virală.
Încorporarea genomului are loc înaintea unirii celor trei componente,
formarea capului fagic nefiind definitivă, încorporarea activată de unele
proteine care asigură "aspirarea" ADN în precap.
ADN se rulează ca o bobină a cărei ax este perpendicular față de cel
al cozii. Bobinarea are loc de la exterior la interior, ultima spiră fiind prima
care iese în momentul infecției virale.
Concomitent cu împachetarea ADN, capul fagului crește în volum și
devine matur. Urmează unirea celor trei componente, cap, coadă, fibrele
cozii, desăvârșindu-se fagul matur.

65
Liza bacteriană și eliberarea fagului
Liza bacteriană se datorește acțiunii unei enzime (endolizina) a cărei
sinteză este indusă de prezența fagului în celula bacteriană. La un moment
dat, când conținutul în endolizină este maxim, metabolismul celular
încetează brusc și are loc o distrugere masivă a peretelui celular, cu un
caracter exploziv, fagii fiind expulzați în exterior.
Fagii filamentoși
Fagii filamentoși care infectează E. coli, au forma unor bastonașe
flexibile cu Ø de 6 nm și o lungime de 1000-2000 nm.
Structura este aceea a unui cilindru proteic gol deschis la capete
(capsidă) în interior aflându-se genomul fagic format din ADN m.c., o
moleculă circulară.
Fagii filamentoși infectează numai bacteriile cu caracter mascul, ca
și fagii cu ARN, adsorbția făcându-se pe receptori speciali situați la
extremitatea liberă a pililor de sex.
Fagii maturi sunt eliminați prin intermediul unor pori care se
formează în membrana citoplasmatică, bacteria nefiind lizată, aceasta
continuă să se dividă un timp, ulterior conținutul celular trece la exterior
prin porii deschiși de virioni.
Micovirusurile
Sunt virusuri care atacă fungii, fiind cunoscute și sub denumirea de
micofagi.
Structura micovirusurilor .
Cel mai bine studiat este virusul care infectează specia Penicillium
chrysogenum, care se prezintă sub forma unor mici particule poliedrice cu Ø
de 33-41 nm. Genomul este reprezentat de o moleculă de ARN d.c.
La fungi virusurile sunt în general latente, celulele se dezvoltă mai
lent, dar nu lizează constant. Micovirusurile au fost evidențiate și în sporii
fungilor.

66
Transmiterea micovirusurilor în general se face în urma
plasmogamiei (heterocarioza).
Rolul bacteriofagilor în sol
Coloniile de bacterii cultivate pe medii artificiale în zonele unde sunt
atacate de bacteriofagi apar ca niște zone clare "plaje" de liză, iar în
suspensii bacteriene atacul fagilor produce limpezirea mediului datorită lizei
bacteriilor parazitate care dispar.
Din astfel de suspensii de bacterii lizate se pot obține prin ultra
filtrare suspensii de bacteriofagi. O proprietate deosebită a unor tulpini de
fagi, este capacitatea de a trăi în unele celule bacteriene fără a provoca
moartea acestora, dar eliberând în afară noi particule virale. Astfel de fagi
sunt denumiți "bacteriofagi temperați", iar celulele bacteriene ce-l găzduiesc
se numesc "celule lizogene".
Importanța bacteriofagilor din sol constă în faptul că influențează
ecologia bacteriilor gazdă, distrugând speciile de bacterii "lizosensibile",
modificând uneori echilibrul microbian.
Răspândirea virusurilor din sol este influențată de capacitatea
humusului și argilelor de a absorbi și imobiliza particulele de virus. Se știe
în acest sens că solurile argiloase și bogate în humus adsorb mai mult
particulele de virus de cât cele nisipoase. De aici rezultă și posibilitatea
răspândirii diferențiate a unor boli virotice ale plantelor și ai bacteriofagilor
în natură.
Importanța agricolă a bacteriofagilor este puțin cunoscută încă.
Existența bacteriofagilor a fost demonstrată încă din anul 1927 de către A.
Grigne, fiind dovedită în solele cultivate cu plante leguminoase. Densitatea
lor maximă este în zona rizosferică și în nodozitățile mature sau la începutul
îmbătrânirii.

67
Răspândirea bacteriofagilor nu este influențată prea mult de
condițiile din sol. Astfel au fost identificați în soluri cu pH între 5,2-9,3, cât
și în soluri care au suferit înghețul iernii.

68
CAPITOLUL VI

NUTRIȚIA MICROORGANISMELOR

Microorganismele, ca toate organismele vii, au nevoie pentru
creștere și multiplicare, ca și pentru toate celelalte manifestări ale activității
lor biologice, de prezența în mediul înconjurător a unor substanțe nutritive,
care să conțină, pe de o parte, elementele chimice necesare pentru sinteza
constituenților celulari, pentru activitatea enzimelor și sistemelor de
transport, iar, pe de altă parte, să le furnizeze substanțele necesare pentru
producerea de energie biologic utilă.
Din cauza caracterului foarte heterogen al mediilor naturale și
dificultăților de a pune la punct tehnici de identificare și dozare a diferitelor
substanțe prezente în jurul celulelor bacteriene se cunosc foarte puține date
referitoare la procesele lor de nutriție în natură. Mediile de cultură utilizate
în practică conțin, într-o formă adecvată tipului de nutriție al fiecărui
microorganism, nutrienții esențiali pentru sinteza de material celular și
pentru producerea de energie in vitro, care condiționează procesul de
creștere și multiplicare. Ele includ în mod obligatoriu, pe lângă o serie de
ioni anorganici, diferiți compuși ai C, H, O, N, P, S etc.
Bioelementele
Microorganismele au nevoie pentru creștere de aceleași bioelemente
întâlnite în structura oricărui sistem biologic. Bioelementele majore
(macroelementele) și anume C, O, H, S, P, K, Mg, Ca și Fe, sunt necesare în
concentrații relativ mari. Dintre acestea C, O, H, N, S și P formează aprox.
95% din greutatea celulară uscată a bacteriilor și reprezintă, ca atare,
constituenții majori ai biomasei celulare a microorganismelor.

69
Macroelementele îndeplinesc funcții cu semnificație esențială în
metabolism și, în general, în viața microorganismelor. Astfel, sulful este
necesar pentru sinteza unor aminoacizi și a unui număr de coenzime;
fosforul intră în structura acizilor nucleici, a fosfolipidelor, a acizilor
teichoici, precum și în structura unor nucleotide.
K, Mg, Ca, și Fe sunt ioni metalici necesari pentru activitatea
enzimelor sau intră, ca elemente, în compoziția complexelor metalice. Spre
exemplu, fosfolipidele peretelui celular bacterian sunt chelate cu ioni de
magneziu. Calciul intră în structura unor coenzime; ionii feros și feric fac
parte din structura unor purtători redox, cum sunt citocromii și proteinele.
Bioelementele minore (microelementele sau micronutrienții, trace elements)
Zn, Mn, Na, Cl, Mo, Se, Co, Cu, W, și Ni sunt necesare în cantități
foarte mici, unele (Zn și Mn) ca elemente esențiale pentru toate
microorganismele, în timp ce altele (Se, Mo, Co, Cu, și W) numai pentru
unele activități metabolice speciale:
– zincul este necesar pentru că ADN-polimerazele și ARN-
polimerazele sunt metaloproteide cu zinc;
– molibdenul intră în constituția nitrogenazei, enzimă esențială pentru
procesul de fixare biologicã a azotului;
– cobaltul participă la efectuarea reacțiilor metabolice dependente de
vitamina B12;
– cuprul intră în structura unor enzime care transferă electroni de la
nivelul unui substrat la oxigen.
Nevoia de ioni minerali variază cantitativ și calitativ de la un
microorganism la altul, în primul rând, datorită diferențelor de constituție
enzimatică și de eficacitatea mecanismelor de concentrare activă a lor din
mediu.
Sursa de carbon

70
În funcție de natura sursei de carbon folosită pentru creștere și
multiplicare, microorganismele formează două mari grupuri:
– microorganismele autotrofe , care folosesc CO 2 ca unică sau ca
principală sursă de C celular;
– microorganismele heterotrofe sau organotrofe, la care substanțele
organice servesc, în același timp, ca sursă de C pentru biosinteze și
producere de energie.
Marea varietate a tipurilor nutriționale întâlnite la microorganisme
nu poate fi însă exprimată numai în funcție de sursa de C. Se iau în
considerare criterii suplimentare ca:
– natura sursei de energie;
– natura substanțelor folosite ca donatori de hidrogen (sau de
electroni).
În cazul microorganismelor care folosesc diferite substanțe organice,
rolul de sursă de energie este asigurat prin faptul că oxidarea sau
dezasimilarea lor se face cu eliberare de energie utilă pentru celulă și
eliberarea unei mari varietăți de produși de metabolism, de exemplu CO 2
(produsul major al metabolismului respirator) sau ca un amestec de CO 2 și
compuși organici (în cazul metabolismului fermentativ). În același timp,
compușii organici utilizați ca nutrienți sunt folosiți ca punct de plecare
pentru sinteza celor câteva mii de substanțe organice constitutive, care sunt
încorporate prin reacții consumatoare de energie în structura celulelor.
Există mari diferențe în ceea ce privește natura și numărul compușilor care
pot fi folosiți ca sursă de C.
Nutriția heterotrofă poate fi:
– simplă, ca la E. coli, care poate fi cultivată pe medii de cultură ce
conțin numai glucoză și săruri minerale;
– complexă, ca la Lactobacillus sp. , care are nevoie de o serie de
compuși organici, inclusiv vitamine.

71
Heterotrofia implică incapacitatea de sinteză a unor metaboliți
esențiali și necesitatea de a-i găsi ca substanțe preformate în mediu, spre
deosebire de autotrofe, care sunt capabile să sintetizeze constituenți
organici, pornind de la compuși anorganici simpli.
Unele microorganisme heterotrofe au nevoi foarte specifice și nu se
pot dezvolta decât în prezența unui singur compus organic:
– Bacillus fastidiosus utilizează numai acidul uric;
– microorganismele celulozolitice utilizează numai celuloza;
– bacteriile metilotrofe folosesc numai metanul, metanolul și
dimetileterii.
– alte microorganisme, cum sunt bacteriile din genul Pseudomonas ,
folosesc o gamă foarte largă, de peste 100 de compuși organici cu C, pe care
nu sunt capabile să îi sintetizeze (carbohidrați, polialcooli, acizi grași, acizi
aminați, hidrocarburi, acizi aromatici etc.).
Sursa de azot
Azotul este necesar în cantități mari deoarece reprezintã ~10% din
greutatea uscată a celulei bacteriene, în care este încorporat în general, sub
formă redusă, ca grupări NH 2. Azotul este prezent în mod natural ca N 2 sau
în diferite combinații ca NH 3, nitrat, nitrit sau compuși organici. Sursa
preferată de N pare să fie NH 3, care este utilizat practic de toate
microorganismele. În cazul microorganismelor fixatoare de N 2, acesta este
redus inițial la NH 3, înainte de a fi încorporat în compuși organici. În mod
similar, microorganismele care folosesc nitrații sau cele care utilizează N
organic îi convertesc inițial la NH 3, formă accesibilă pentru biosinteze.
Factorii de creștere
În anul 1901, Wildiers a observat că levurile nu se pot dezvolta pe
medii de cultură sintetice, formate exclusiv din substanțe minerale ca surse
de N și C, decât dacă li se adaugă culturi vechi sau omorâte de levuri sau
extracte de levuri, cultivate pe medii complexe sau pe diverse produse de

72
origine biologică. Mediul sintetic nu satisface deci nevoile metabolice ale
levurii. Adăugarea de levuri omorâte îl îmbogățesc cu un factor care
stimulează creșterea. Substanțele nedefinite prezente în aceste preparate au
fost numite factorul bios . S-a demonstrat că factorul bios este un amestec de
vitamine și aminoacizi ca: mezoinozitol, acid pantotenic, piridoxină, acid
nicotinic, biotină, aneurină, L-leucină etc.
Cercetările au demonstrat că unele microorganisme au nevoie nu
numai de surse de energie, de C și de N, ci și de anumite substanțe organice
oligodinamice, esențiale pentru metabolismul lor, numite factori de creștere .
Factorii de creștere ai unui microorganism sunt acele substanțe pe care
microorganismul dat este incapabil să la sintetizeze în cursul metabolismului
său și în absența cărora multiplicarea lui este imposibilă (Lwoff, 1943). La
unele microorganisme factorii de creștere sunt de origine endogenă, fiind
elaborați prin biosinteză în cursul metabolismului celular, astfel că prezența
lor ca substanțe preformate în mediu nu este necesară. În schimb,
microorganismele care nu au capacitatea de a sintetiza unul sau mai mulți
dintre acești metaboliți esențiali nu pot trăi decât dacă mediul lor este
suplimentat cu factorul sau factorii de creștere pentru a căror sinteză
facultățile lor metabolice sunt deficitare.
În funcție de natura lor chimică, factorii de creșter e pot fi grupați în
trei categorii:
– aminoacizi necesari pentru sinteza proteinelor;
– purine și pirimidine utilizate pentru sinteza ARN, ADN și a unor
coenzime;
– vitamine care funcționează ca grupări prostetice ale unor enzime, ale
unor proteine-purtător sau cu funcție de coenzime.
În raport cu celelalte categorii de nutrienți, care folosesc pentru formarea
constituenților celulari, factorii de creștere sunt necesari în cantități mici,
deoarece cei mai

73
mulți îndeplinesc funcții specifice în biosinteze.
Oxigenul
Oxigenul este furnizat microorganismelor, în primul rând, de diferiți
nutrienți și de apa din constituția mediilor de cultură. Din cauza solubilității
sale scăzute, oxigenul aflat în
soluție este utilizat foarte repede de bacteriile aerobe, chiar în cazul unor
populații puțin numeroase. De aceea, frecvent, densitatea atinsă de o cultură
este adesea limitată de rata de
difuzie a O 2 prin interfața aer-apă, chiar când culturile sunt bine aerate.
În culturile aerate prin simpla rotație a flacoanelor creșterea unor
bacterii aerobe este
adesea limitată la aprox. 1-2 mg greutate uscată/ml. Creșterea mai
abundentă necesită tehnici speciale, care măresc aria interfeței lichid-aer, ca,
de exemplu, barbotarea rapidă cu aer printr-un filtru poros, sau prin
recircularea culturii.
Autotrofia
În concepția clasică, autotrofia reprezintă tipul de metabolism
caracteristic organismelor capabile să crească în absența oricărui compus
organic. Microorganismele autotrofe utilizează CO 2 ca sursă unică sau
majoră de carbon celular și N sub formă de NH 3,
nitrat sau chiar N molecular, diferite săruri minerale și apă, de la care își
construiesc numeroasele substanțe organice caracteristice organismelor vii.
Microorganismele autotrofe
folosesc aceeași sursă de C, adică CO 2. Ele se deosebesc, în raport cu natura
sursei de energie care asigură creșterea, putând fi diferențiate în:
– fotoautotrofe , care pot obține toată energia necesară pentru creștere
de la lumină, oxidând compuși anorganici și compuși ai sulfului;
– chimioautotrofe , care își obțin energia necesară din oxidarea unor
compuși anorganici reduși ca NH 3, nitriți, compuși ai S, Fe sau H 2.

74
Sub raportul capacității lor de biosinteză, autotrofele pot fi
considerate ca microorganisme complete, deoarece posedă sistemele
enzimatice cele mai complexe, care asigură producerea tuturor
componenților celulari de la CO 2, pe seama oxidării unor substanțe
anorganice.
Au fost descrise următoarele categorii de microorganisme autotrofe:
– microorganisme autotrofe obligate , care fixează CO 2 ca principală
sursă de C, pe
calea Benson-Calvin (calea ribulozodifosfatului), utilizând o substanță
anorganică redusă ca
sursă de energie, sau, dacă sunt fototrofe, ca donator de electroni.
Ele sunt de două tipuri:
1. microorganisme chemolitotrofe obligate , obțin toată energia necesară
pentru creștere și pentru asimilarea C prin oxidarea specifică (în absența
luminii) a unor compuși anorganici ai S, ai ionilor NH 4+, nitrit și fier feros
sau a H molecular;
2. microorganisme fotolitotrofe obligate , utilizează energia luminoasă,
asociată cu oxidarea compușilor reduși ai S sau H 2.
– microorganisme autotrofe facultative , care au o mult mai mare
adaptabilitate metabolică, incluzând specii (Acidithiobacillus novelus,
Hydrogenomonas etc.) ale căror particularități fiziologice merg de la
capacitatea de a se dezvolta autotrof, până la cea de creștere heterotrofă.
Chemolitotrofele facultative pot crește fie autotrof (în medii cu săruri
minerale, utilizând substanțe anorganice ca sursă de C și energie), fie
heterotrof, folosind substanțe organice.
În timp ce termenul clasic de autotrof poate implica sau nu utilizarea
unui donator anorganic de electroni, termenul chemolitoautotrof este precis
și înseamnă organism care fixează CO 2, utilizând energia eliberată prin
reacții chimice din oxidarea unor donatori anorganici de electroni.

75
Microorganismele chemolitoautotrofe
Bacteriile chemolitoautotrofe au două particularități de metabolism
definitorii:
1. capacitatea de a obține energie (ATP) și putere reducătoare din oxidarea
unor compuși anorganici (H 2, CO, NH 3, NO2-, Fe2+ etc.);
2. capacitatea de a utiliza CO 2 ca sursă unică sau principală de C, pe care îl
reduc la aldehidă 3-fosfoglicerică (fixarea reductivă a CO 2) pentru a
participa la metabolismul celular (ciclul Calvin-Barsham).
Mixotrofia
Mixotrofia este capacitatea microorganismelor chemolitotrofe
facultative de a combina utilizarea surselor de energie și/sau de C autotrofe,
cu folosirea substraturilor organice. Termenul de mixotrofie a fost introdus
de Pfeffer (1897) pentru a descrie tipul de metabolism în care compușii
organici sunt fie necesari, fie stimulatori pentru creșterea anumitor plante,
iar Pringsheim (1967) l-a utilizat pentru a caracteriza bacteriile (de exemplu,
Beggiatoa ) a căror creștere autotrofă este mult stimulată de prezența unor
compuși organici specifici. Întrucât în natură condițiile mixotrofe se
întâlnesc foarte frecvent, microorganismele mixotrofe au un avantaj selectiv
evident față de heterotrofe și autotrofe, a căror creștere este limitată de
cantitățile insuficiente de substanțe organice, respectiv anorganice. Datorită
acestui fapt mixotrofia reprezintă modul de existență principal al
microorganismelor chemolitotrofe facultative în natură.
Sintrofia
Studiindu-se bacteria Haemophilus influenzae s-a pus în evidență un
fenomen general: microorganismele capabile să-și sintetizeze constituenții
celulari de la compuși simpli din mediu excretă adesea mici cantități de
vitamine, aminoacizi sau alți factori de creștere, în afara celulei lor, unde pot
fi folosiți de alte organisme auxotrofe pentru substanțele respective. Acest
fenomen permite dezvoltarea pe medii de cultură solide, în jurul coloniilor

76
excretoare de substanțe organice, a unor colonii satelite formate din
microorganisme mai pretențioase (auxotrofe), care găsesc astfel substanțele
esențiale pentru creștere.
Exemple: H. influenzae pe geloză-sânge formează colonii mici,
punctiforme și translucide. În vecinătatea coloniilor de Staphylococcus, care
contaminează în mod accidental mediul de cultură, coloniile de H.
influenzae devin mai mari, mai voluminoase. Bacteriile metanogene nu pot
utiliza glucoza ca sursă de C și energie, dar pot crește ușor pe seama
produșilor finali formați prin degradarea glucozei de către bacteriile
anaerobe, capabile să fermenteze acest compus.
Microorganismele oligotrofe
Termenul de microorganism oligotrof (sau oligocarbofil)
caracterizează acele microorganisme a căror supraviețuire și dezvoltare ca
populații vegetative sunt favorizate de
prezența unor concentrații scăzute de substanțe organice în mediu.
Încadrarea în această categorie se poate face pe baza capacității
microorganismelor respective de a crește în mod
evident pe medii de cultură care conțin numai 5-10 mg C/l.

77
CAPITOLUL VII

RESPIRAȚIA MICROORGANISMELOR

Respirația aerobă este un metabolism oxidativ dependent de
oxigenul din aer, iar produsele finale sunt CO 2 și apa, întreaga energie a
substratului oxidat eliberându-se prin produsele finale ale respirației.
Respirația aerobă este din punct de vedere energetic foarte avantajoasă
pentru celula microbiană. Microorganismele aerobe dispun de o catenă
respiratorie diversificată, în componența căreia intră dehidrogenaze,
citocromi, citocrom-oxidaze, oxidaze. Numeroase bacterii pot oxida
hidrogenul ( Pseudomonas ), amoniacul până la NO 2 (Nitrosomonas ), sulful și
H2S până la sulfit ( Acidithiobacillus thiooxidans ) sau Fe2+ la Fe3+
(Acidithiobacillus ferrooxidans ), reacții cu rol important în ciclul natural al
elementelor.
Respirația anaerobă este un metabolism oxidativ în care substratul
este transformat până la CO 2, iar electronii sunt cedați prin oxidarea unor
compuși anorganici. Acest tip de respirație este întâlnit la bacteriile strict
anaerobe. Astfel, bacteriile denitrificatoare pot transforma NO 3 la azot
molecular, bacteriile metanogene pot transforma dioxidul de carbon în
metan, bacteriile acetogene ale genului Clostridium pot transforma dioxidul
de carbon în acid acetic. Aceste bacterii obțin o cantitate mică de energie și
pot crește în absența oxigenului molecular. Pentru a asigura dezvoltarea
anaerobilor, în mediu se adaugă substanțe cu caracter reducător ca:
tioglicolat de sodiu, cistein-SH, sulfură de sodiu.
Substanțele reducătoare mențin un potențial oxidoreducător scăzut,
care permite dezvoltarea anaerobilor în plăci, chiar când mediul vine în
contact cu aerul. Pentru cultivarea anaerobilor se pot folosi și vase speciale

78
numite anaerostate, în care O2 este legat chimic, sau cultura se menține în
atmosferă de gaze inerte (CO 2, N2).
Metabolismul oxidativ anaerob poate fi întâlnit și la microorganisme
facultativ anaerobe . Aceste microorganisme au capacitatea de a crește
aerob, utilizând oxigenul din aer (respirație aerobă), sau anaerob, utilizând
compuși organici ca acceptori finali ai electronilor produși prin catabolism.
Dupa exigentele fata de oxigenul molecular, microorganismele se
grupeaza in patru tipuri respiratorii:
1. Microorganisme strict (obligatoriu) aerobe care folosesc O 2 ca
acceptor final de H, avand nevoie de prezenta continua a oxigenului
atmosferic (exemple: Bacillus anthracis, B. subtilis, Mycobacterium
tuberculosis au nevoie absolută de prezența oxigenului molecular și sunt
incapabile să trăiască în anaerobioză);
2. Microorganisme strict (obligatoriu) anaerobe , care nu se pot
dezvolta in prezenta oxigenului molecular, putand fi cultivate numai pe
medii saracite in O 2. Ele nu dispun de enzimele respiratorii din categoria
citocromilor. Anaerobioza lor stricta consta in faptul ca, in prezenta O 2, care
se comporta ca acceptor final de H, se formeaza peroxidul de hidrogen, care
este toxic si nu apa (Clostridium tetani, C. botulinum);
3. Microorganismele anaerobe, facultativ aerobe (E. coli,
Staphylococcus, Streptococcus etc.) au capacitatea de a se dezvolta
deopotrivă în prezența sau în absența O 2 unele dintre ele (de exemplu
bacteriile lactice) desfășoară în esență un metabolism de tip fermentativ,
chiar în prezența aerului, fără a fi sensibile la O 2. Altele, cum sunt levurile,
E. coli și Enterobacteriaceae -le, în general, sunt capabile să-și orienteze
metabolismul spre respirație sau spre fermentație, în funcție de condițiile de
mediu, respectiv de disponibilitățile de O 2. În esență nevoia de O 2 reflectă
mecanismul molecular prin care microorganismele își satisfac nevoile
energetice.

79
4. Microorganismele microaerofile (de exemplu, Spirochaetales,
Thiobacteriales etc.), au nevoie de o concentratie de O 2 mai mica decat
aceea din aerul atmosferic. Aceasta particularitate se datoreaza sensibilitatii
unora dintre enzimele lor la conditiile de oxidare puternica.

80
CAPITOLUL VIII

ELEMENTE DE TAXONOMIE BACTERIANĂ

Taxonomia se ocupă cu studiul clasificării, nomenclaturii și
identificării organismelor vii. CARL VON LINNE' , un botanist suedez, a
fost cel care și-a dat seama de importanța existenței unui sistem de
recunoaștere și definire a proprietăților organismelor, stabilind reguli
fundamentale pentru categoriile taxonomice sau taxoni. Sistemul lui Linne' a
servit cu succes la încadrarea în categorii a celor peste două milioane de
tipuri diferite de organisme descoperite ulterior.
Clasificarea este aranjarea ordonată a organismelor în grupe,
preferabil într-un sistem bazat pe relații evolutive. Nomenclatura este
procesul de desemnare a numelor pentru diferitele ranguri taxonomice ale
fiecărei specii de microorganisme. Identificarea este procesul de
descoperire și înregistrare a trăsăturilor organismelor, asfel încât ele să poată
fi introduse într-o schemă taxonomică globală. Toți acești termeni se aplică
în sistematică , ce reprezintă studiul diversității microorganismelor și al
relațiilor între ele.
Nivele de clasificare
Taxonii principali într-o schemă de clasificare sunt organizați în 7
ranguri descendente, începând cu un regn, cel mai mare și cel mai general și
terminând cu o specie, cel mai mic și cel mai specific. Toți membrii unui
regn au în comun numai una sau câteva caracteristici generale, în timp ce
membrii unei specii au în comun majoritatea caracteristicilor lor,
reprezentând toți același fel de organism. Între nivelul superior și cel
inferior, cei cinci taxoni în ordine descendentă sunt reprezentați de: phylum
(pentru animale și protozoare) sau diviziune (pentru bacterii, fungi, alge și

81
plante), clasă, ordin, familie și gen. Bacteriile sunt studiate, cu rare
excepții, nu ca indivizi, ci ca populații obținute în laborator sub formă de
culturi pure. Culturile pure pot fi menținute în stare viabilă, subcultivate,
supuse testelor experimentale și transportate de la un laborator la altul.
Unitatea taxonomică fundamentală este specia bacteriană , care este
definită după alte criterii decât la organismele superioare. Pentru bacterii nu
există granițe strict naturale ale speciilor, nici separare geografică. Sub
aspect practic specia bacteriană poate fi considerată ca o colecție de alte
tulpini.
Tulpina reprezintă unitatea practică de lucru, fiind formată din
descendenții unei singure izolări din mediu, în cultura pură. Colonia
reprezintă o aglomerare macroscopică de celule, care apare pe o zonă bine
delimitată a suprafeței mediului de cultură solid și provine din multiplicarea
unei singure celule. Una dintre tulpinile speciei este desemnată ca tulpina tip
și servește ca tulpină purtătoare de nume pentru specie. Tulpinile tip ale
speciilor sunt depozitate în așa numitele colecții de culturi (colecții de
tulpini). De aici ele pot fi obținute și utilizate ca tulpini de referință pentru
compararea directă cu izolatele noi în vederea identificării lor corecte.
Genul bacterian este un grup taxonomic bine definit, alcătuit din specii, în
mod clar separate de alte genuri.
Desemnarea numelui științific al speciilor
Pentru desemnarea numelui științific sau specific este utilizat
sistemul binominal (cu două nume) al nomenclaturii. Numele științific este
întotdeauna o combinație a numelui de gen urmat de numele de specie
(epitetul specific). Inițiala genului din numele științific este scrisă
întotdeauna cu literă mare, iar a speciei cu literă mică. Ambele nume sunt
scrise cu caractere italice sau subliniate. Epitetul specific se scrie cu inițială
mică și nu se prescurtează. Pentru denumirile științifice se utilizează limba
latină. Numirea unui organism nou descoperit este supervizată de un grup

82
internațional de experți care verifică dacă au fost urmate procedeele
standard și că nu există deja un nume dat anterior organismului sau un alt
organism cu același nume. Denumirea unui număr de specii a fost dată după
numele unui microbiolog care a descoperit microorganismul respectiv sau a
adus contributți importante în domeniu. Alte nume provin de la o
particularitate a microorganismului (formă, culoare), locul unde poate fi
găsit sau boala pe care o produce.
Exemple:
– Pseudomonas tomato – Gr. pseudo = fals; monas = unitate; tomato =
fruct. Deci o bacterie care infecteaza tomatele;
– Lactobacillus sanfrancisco – L. lacto = lapte; bacillus = bastonas
mic. O specie utilizata in asociere cu o drojdie ( Saccharomyces exiguus )
pentru fabricarea unui tip de paine din San Francisco;
– Giardia lamblia – de la Alfred Giard, un microbiolog francez si
Vilem Lambl, un medic din Boemia, ambii cercetand micoorganismul, care
determina o infectie intestinala severa;
Sistemul natural, filogenetic, de organizare a lumii vii
Celebrul botanist Carl Linnaeus , în opera sa "Systema naturae"
(1735) a reunit toate microorganismele într-un singur grup numit
semnificativ "Chaos". Robert Whittaker a propus un sistem de organizare
format din cinci regnuri de bază:
1. Procaryotae (Monera);
2. Protista;
3. Fungi;
4. Plantae;
5. Animalia.
Constituirea acestor regnuri se bazează pe: tipul și structura celulară,
organizarea și tipul de nutriție.

83
Regnul Procaryotae – include organisme unicelulare de tip
procariot. El cuprinde bacteriile și are două subgrupe principale: eubacterii –
bacterii cu structura celulară procariotă caracteristică și archaebacterii –
bacterii cu structura celulară și funcții atipice.
Regnul Protista – contine cea mai mare parte a microorganismelor
eucariote unicelulare care sunt lipsite de țesuturi. El cuprinde alge
microscopice care se caracterizează prin celule fotosintetizante și
protozoare care sunt lipsite de perete celular și se hrănesc pe seama altor
organisme prin ingestie.
Regnul Fungi – cuprinde organisme uni- sau multicelulare și uni-
sau multinucleate, de tip eucariot. Celulele eucariote prezintă perete celular,
nu sunt fotosintetizante și își dobândesc nutrienții prin absorbție. El cupinde
microfungi (mucegaiuri și drojdii) și macrofungi .
Regnurile Plantae și Animalia nu includ microorganisme, fiind
reprezentate de organisme macroscopice, multicelulare. Plantele sunt
alcătuite din celule eucariote cu perete celular și sunt fotosintetizante.
Celulele animalelor sunt lipsite de perete celular, iar tipul de nutriție pentru
acest regn este nutriția ingestivă.
Virusurile nu sunt incluse în nici o clasificare, ca o recunoaștere a
caracterului lor de agenți infecțioși care nu au echivalent în lumea vie.
Identificarea bacteriilor
Criteriile de identificare ale bacteriilor sunt:
Caracterele morfologice : forma, dimensiunile, modul de grupare,
prezența cililor, numărul și modul de amplasare a acestora, prezența
capsulei, capacitatea de sporulare, afinitatea tinctorială.
Condiții de cultivare și caracterele culturale:
a) Condiții de cultivare: tipul respirator, mediile specifice pentru
cultivare, prezența factorilor de creștere, temperatura optimă, timpul de
dezvoltare a culturii.

84
b) Caracterele culturale: în mediile lichide se apreciază absența sau
prezența turbidității, sedimentul, fenomenele de suprafață (inel, peliculă sau
membrană); pe mediile solide: colonie izolată, formă, dimensiuni, surafață,
margini, grad de opacitate, pigmentație, tendința de invazie a mediului sau
de dezvoltare cantonată etc.
Alte criterii: caracterele metabolice sau biochimice, caracterele antigenice,
patogenitatea, caracterele ecologice, sensibilitatea față de factorii de mediu
(fizici, chimici sau biologici).
Pentru a definitiva identificarea unei tulpini, datele examenului
bacteriologic, trebuie selectate, asamblate și comparate. În acest scop se
confruntă caracterele evidențiate cu datele prezentate în determinatoare,
manuale, ghiduri.
Determinatoarele cuprind descrierea completă a speciilor bacteriene
care prezintă interes pentru ramurile aplicative ale bacteriologiei.
Determinatorul cel mai folosit în lume este lucrarea "Bergey's manual of
Systematic bacteriology", a cărei primă ediție a apărut în 1923.
Clasificarea didactică a bacteriilor
Grupa cocilor Gram pozitivi aerobi
Micrococii
Familia Micrococcaceae cuprinde 4 genuri: Genul Micrococcus ,
Genul Planococcus , Genul Staphylococcus , Genul Stomatococcus .
Micrococii sunt coci sferici, gram pozitivi, imobili, nesporogeni,
dispuși în tetrade sau perechi. Sunt catalazo-pozitivi. Planococii sunt
capabili să crească cu 12% NaCl, sunt mobili, posedând unul până la 3
flageli. Genul Stomatococcus cuprinde coci imobili grupați în grămezi.
Micrococii se găsesc pe tegumentul omului și animalelor de unde
contaminează mediul ambiant (apă, aer, sol). Stomatococcus mucilaginosus
este prezent frecvent în microflora orală. Speciile genului Planococcus pot fi

85
izolate din apa de mare, din flora și fauna oceanică și din hrana marină
congelată. Nu sunt implicați în infecții umane.
Pe mediile uzuale de izolare formează colonii S rotunde, convexe cu
margini regulate. Majoritatea speciilor produc pe agar un pigment
carotenoid galben sau roz. Speciile din genul Planococcus se cultivă pe agar
și produc un pigment galben-brun.

Genul Staphylococcus

Stafilococii au fost observați pentru primă dată în anul 1874 de către
Billroth în colecții purulente umane, fiind izolați în culturi pure de Pasteur și
Rosenbach, acesta din urmă folosind primul termenul de stafilococ. În țara
noastră, contribuții importante în studiul stafilococilor au fost aduse de către
Stamatin, Cernea, Volintir ș.a.
În cadrul genului există specii patogene pentru om și animale, numai
pentru animale și specii nepatogene (46 de specii).
Bacteriile din genul Staphylococcus sunt coci sferici sau
ovali,dispuși îm grămezi neregulate cu aspect caracteristic de ciorchine de
strugure foarte evidente în culturile pe medii solide. Se colorează Gram
pozitiv, dar în condiții de stress metabolic (temperatură, pH, presiune
osmotică, factori antimicrobieni, pot deveni Gram variabili, apărând în
aceeași grămadă coci gram pozitivi și gram negativi. Sunt bacterii
necilogene și necapsulogene.
Speciile sunt catalazo-pozitive și facultativ anaerobe, dar cresc
aerob, cu unele excepții. Sunt germeni nepretențioși nutritivi, cultivându-se
mai bine pe medii uzuale. Tolerează concentrații de peste 5% NaCl iar unele
specii sunt chiar halofile (tolerează concentrații de 10-15% NaCl în mediile
de cultură. Vitamina B1 și acidul nicotinic reprezintă factori indispensabili
pentru creștere. Tolerează variații mari de pH dar pH-ul optim este de 7,5.

86
Pigmenții produși de stafilococi sunt de natură carotenoidă,
nedifuzibili în mediu, putând avea culori diferite: albă-cretacee, albă-gri,
galbenă-aurie. Staphylococcus aureus formează colonii pigmentate în auriu.
În scopul identificării speciilor de stafilococi, se determină
activitatea enzimatică față de manitol (pusă în evidență pe mediul
Chapman). Majoritatea tulpinilor fermentează glucoza, lactoza, zaharoza,
maltoza, fără producție de gaz. S. aureus reduce nitriții și produce catalază.
Stafilococii sunt germeni foarte raspândiți în natură. Speciile
saprofite se găsesc în aer, apă, pământ, precum și pe pielea și mucoasele
oamenilor și animalelor, făcând parte din flora normală a organismului.
Stafilococii potențial patogeni produc îmbolnăviri și se găsesc pe piele,
mucoase, rinofaringe și intestin. S. aureus colonizează nările și colonul, de
unde contaminează frecvent tegumentul. Proporția purtătorilor sănătoși (la
om) variază între 10 și 40% în colectivitatea generală și 40-70% în mediu
intraspitalicesc. Stafilococii sunt bacterii rezistente la acțiunea factorilor de
mediu. Majoritatea celulelor sunt distruse la 60șC în 30 minute, la 70șC în
15 minute, unele celule putând rezista până la 80șC.

Genul Streptococcus

Cuprinde specii cu importanță în patologia animală. Streptococii au
formă de coci sferici sau ovali, grupați în lanțuri lungi și în lanțuri scurte sau
perechi. Nu prezintă cili, nu produc spori, sunt Gram pozitivi și capsulogeni.
În laborator streptococii se cultivă la 37șC, în 24 ore. Streptococii ß-
hemolitici (produc hemoliză în jurul coloniilor) formează colonii mari,
transparente, cu suprafața lucioasă, cu aspect mucoid, colonii netede,
lucioase sau rugoase, turtite cu margini dințate sau rotunde. Coloniile
pneumococilor sunt gri, opace.

87
Bacili Gram pozitivi sporogeni (aerobi și anaerobi)
Genul Bacillus (aerobi)
A fost introdus în nomenclatorul bacteriilor de Ferdinand Cohn, în
1876. Cuprinde 22 de specii bacteriene, majoritatea saprofite și nepatogene,
psihrofile, mezofile sau termofile, alcalofile sau acidofile, halotolerante sau
halofile. Sunta catalazo-pozitivi și oxidazo-pozitivi. Majoritatea speciilor se
găsesc în mediul extern și colon, de unde ajung frecvent la nivelul
mucoaselor.

Bacillus Anthracis
(Bacilul antraxului, agentul cărbunelui, bacteridia cărbunoasă)
Este singura specie înalt patogenă transmisă în mod accidental
omului. Numele a fost dat de către Hippocrat, preocupând mulți medici
datorită pagubelor pe care această boală le făcea printre erbivorele
domestice. Un cadavru de animal mort de infecție cărbunoasă, odată
deschis, contaminează solul și vegetalele cu miliarde de bacili care, la aer, se
transformă în spori, viabili zeci de ani. Astfel erau vestite "câmpiile
blestemate" pe care orice turmă sau cireadă erau rapid decimate,
contaminând și mai intens solul respectiv. Robert Koch a studiat procesul de
sporogeneză, iar Pasteur a preparat primul vaccin anticărbunos prin cultivare
la 42-45șC. În 1882 Țencovschi prepară primul vaccin sporulat din lume,
din germeni atenuați prin căldură. În urma cercetărilor realizate în țara
noastră de către profesorul Stamatin (1936) și în Africa de Sud de Sterne
(1937) s-au obținut primele tulpini de B. Anthracis sporogene și
imunogene, din care au putut fi preparate cele mai eficiente vaccinuri
anticărbunoase, cunoscute până în prezent. Boala apare rar la animale și
foarte rar la om mai ales la muncitorii care prelucrează pieile, blănurile și
lâna.

88
B. anthracis este un bacil drept, cu capetele retezate, imobil, Gram
pozitiv. Se grupează de obicei sub formă de streptobacili. Prin colorația
Giemsa se evidențiază corpul bacterian violet-închis și capsula roz. Bacilul
antraxului este sporogen, sporulând numai în contact cu oxigenul
atmosferic, nu și în organism. Sporularea este favorizată de adăugarea în
mediile de cultură a unor substanțe cum ar fi: cazeina, zeama de lămâie sau
de roșii, acidul ascorbic etc.
Se dezvoltă pe medii simple de cultură, este facultativ anaerob,
temperatura optimă este de 35șC iar pH-ul de 7,2-7,4. Pe suprafața agarului,
formează colonii mari, neregulate, opace, nepigmentate (albe-cenușii),
turtite, mate, rugoase, cu aspect de sticlă pisată. Deseori, marginile coloniei
sunt dantelate (cap de meduză) prezentând niște expansiuni vizibile
macroscopic sub fora unor șuvițe de păr. Aceste prelungiri sunt de fapt
lanțuri de bacili. Coloniile formate se caracterizează prin "tenacitate",
deoarece dacă se ridică marginea coloniei cu acul de însămânțare, aceasta
rămâne precum albușul de ou bătut spumă.
Bacilul antraxului se regăsește în sol sub formă sporulată, fiind în
corelație directă cu următorii factori de mediu: reacția alcalină sau neutră,
temperatura de 21-27șC, umiditatea de 60%.

Genul Clostridium (anaerobi)
Face parte din familia Bacillaceae și cuprinde peste 120 de specii,
Gram pozitive, mobile (flageli). Produc endospori ovali sau sferici care
deformează celula și sunt termorezistenți. Se dezvoltă în limite largi de
temperatură (15-69șC) și pH de 4-10.
Sunt prezenți în intestinul vertebratelor și nevertebratelor unde
participă la descompunerea materiilor organice de origine animală și
vegetală. Odată cu materiile fecale ajung în mediul ambiant, contaminând

89
solul, apele și plantele, unde supraviețuiesc mult datorită sporilor. Genul
Clostridium cuprinde specii patogene și nepatogene.
Clostridium tetani (bacilul tetanosului)
A fost pus în evidență în 1884 de către Nicolaer în pământul de
grădină, demonstrând originea telurică a infecției. Ramon a preparat între
anii 1923-1925 antitoxina tetanică, cel mai eficient vaccin de care dispune
medicina azi. Este un bacil lung și subțire, ce se prezintă sub forme mai
scurte sau filamentoase. Este Gram pozitiv în produsul patologic și în
culturile tinere și Gram negativ în culturile vechi de câteva zile. Sunt foarte
mobili, dispunând de cili, sporogeni. Sporul este situat terminal și redă un
aspect de "ac cu gămălie", "rachetă de tenis", "băț de chibrit".
Este o bacterie saprofită care se găsește în sol și în tubul digestiv la
animalele sănătoase și la om, sub formă de spori. În intestinul gros al
rumegătoarelor bacteria se multiplică, eliminând cantități mici de toxină.
Formele vegetative nu prezintă o rezistență deosebită la acțiunea factorilor
fizico-chimici. Sporii sunt extrem de rezistenți la temperaturi ridicate și la
uscăciune. Rezistă 40-60 de minute la 100șC, iar la 120șC căldură umedă
sunt distruși în 15 minute. În probele uscate supraviețuiesc timp de peste 10
ani, iar în tuburi închise, la temperatura camerei, 30 de ani. Clostridium
tetani a putut fi izolat după 55 de ani de păstrare în laborator a unui cordon
ombilical de la un copil mort de tetanos. Dintre dezinfectante, acidul fenic
5% îi distruge în 10-12 ore, iar adaosul de acid clorhidric în 2 ore. Este
sensibil la penicilină, cloramfenicol, tetraciclină, eritromicină etc.
În sol, bacteria se conservă și se poate multiplica în condiții
favorabile de mediu: temperatură, umiditate, substanțe nutritive. În solurile
necultivate (păduri, zone nepopulate), sporii sunt foarte rari, pe când în
terenuri cultivate și îngrășate cu bălegar, incidența sporilor este mult mai
mare. Zonele unde sporii se află în număr mare în sol și unde se
înregistrează cazuri de tetanos au fost denumite "zone tetanigene".

90
Clostridium botulinum
A fost izolat pentru prima dată dintr-un jambon alterat care a
provocat 23 de îmbolnăviri (tulpină de tip A). Începând cu anul 1910 s-au
izolat noi tulpini de C. botulinum. Tipul B a fost evidențiat pe tot globul în
sol, precum și în intestinul de porc. Tipul C a fost izolat din larvele de
muscă, de la păsări, animale mici, șobolan, pisică. Tipul D a fost izolat din
sol, apă, vegetale,bovine și ecvine. Tipul E a fost izolat de la pești. Tipul F a
fost izolat dintr-un pateu de ficat care a produs intoxicație la om. Tipul G a
fost izolat numai din sol. C. botulinum este un bacil mare, drept sau ușor
curbat, ciliat, nacapsulogen, Gram pozitiv. Este sporulat, cu sporul oval
situat subterminal ce deformează celula vegetativă, dându-i aspect de sticlă
sau lampă de petrol.
Pe geloză cu sânge, formează colonii mari de culoare cenușie,
semitransparente, cu centrul opac și cu hemoliză în jur. Cultivat în
profunzimea mediilor solide formează colonii pufoase (puf de păpădie,
ciucure), ciuruite datorită bulelor foarte fine de gaz, cu arborizații fine
(observate la lupă), asemănătoare cu o grenadă în explozie. Sporii prezintă
cea mai mare rezistență la acțiunea căldurii dintre germenii anaerobi
patogeni. Din conservele alimentare este distrusă prin fierbere în 20 de
minute iar din carne, pește, furaje, după 2 ore. Soluția Lugol, permanganatul
de potasiu 0,1% și alcoolul o inactivează rapid. În scopul inactivării toxinei,
apa potabilă trebuie tratată cu 10 ppm clor rezidual, timp de o oră. Filtrarea
și purificarea îndepărtează o mare parte de toxină.
C. botulinum este o bacterie care se găsește în sol sub formă de spori
de unde poate contamina apa, alimentele și furajele. Se găsește și in
intestinul mamiferelor. Bacteria poate fi purtată la nivelul intestinului de
unele specii de păsări de baltă și pești marini.

91
CAPITOLUL IX

RĂSPÂNDIREA MICROORGANISMELOR ÎN NATURĂ.
MICROFLORA AERULUI

Atmosfera nu dispune de o microfloră proprie, în sensul existenței
unor microorganisme al căror mediu specific de viață să fie aerul, dar
conține în permanență microorganisme provenite de pe sol, din apă,
vegetație sau organisme umane sau animale.
Densitatea acestor microorganisme variază în funcție de apropierea
de sol, dar pot fi găsite și la mare adâncime, sau pe suprafețe întinse de apă,
la distanță de țărm. Vechile cercetări ale lui Proktor și Parker (1938) au
arătat că până la peste 5.000 m înălțime se găsesc atât bacterii ( Bacillus
subtilis, Bacillus albolactis ) cât și fungi ( Penicillium globrum , Penicillium
lanosum). Mai recent, Green și colaboratorii (1964), au găsit îndeosebi fungi
din genurile Alternaria , Aspergilus și Cladosporium până la 27.500 m
înălțime, iar Zahell (1942) a pus în evidență până la 740 km de coastă
deasupra mării, prezența bacteriilor și fungilor.
Microorganismele din aer provin în cea mai mare parte din natură.
La acestea se adaugă microorganismele provenite de la oameni și/sau
animale. Frecvența și natura acestora depinde de locul unde le urmărim
prezeța. Astfel, în locurile slab populate, vor domina microorganismele
provenite din natură. Structura și densitatea florei microbiene din aer se
schimbă în zonele în care există colectivități omenești organizate. Pe lângă
germenii din natură apar și germenii adaptați parazitismului uman și animal,
densitatea lor în aer crescând în funcție de densitatea populației din zona
respectivă.

92
Există deci în atmosferă aceste două grupe de microorganisme (flora
din natură și flora de origine umană sau animală). Flora din natură joacă un
rol deosebit de important într-o sumă de procese biologice (fermentații,
biodegradarea unor substanțe, etc.) și prezintă importanță pentru patologia
umană, în special în măsura în care pot constitui alergene.
Micozele umane cu fungi din natură sunt relativ rare. Germenii de
origine umană sau animală pot fi grupați în saprofiți, condiționat patogeni și
patogeni. Cei saprofiți nu joacă nici un rol în patologia infecțioasă, în timp
ce germenii condiționat patogeni și îndeosebi cei patogeni pot provoca
îmbolnăviri specifice. În acest caz aerul constituie calea de transmitere a
acestor boli, boli care sunt frecvente în colectivitățile omenești.
Aerul joacă un rol epidemiologic foarte important, constituind calea
de transmitere pentru un număr mare de agenți patogeni. Bolile infecțioase
care se transmit pe calea aerului se găsesc pe primul loc ca frecvență, cel
puțin în zona temperată a globului terestru, iar ca număr reprezintă cca 20%
dintre bolile infecțioase. Astfel, vorbim de bolile infecțioase ale copilăriei
(rujeola, rubeola, varicela, scarlatina), de gripă și celelalte viroze
respiratorii, pneumopatiile cu micoplasme, infecții respiratorii acute
bacteriene, difteria, legioneloza, tuberculoza, diferite micoze respiratorii,
etc. Deosebit de importante în acest context sunt și alveolitele alergice
extrinseci provocate de fungi si actinomicete.
Supraviețuirea în aer a germenilor de origine umană sau animală,
depinde de o serie de factori. În general, aerul nu oferă condiții de
dezvoltare a microflorei de origine umană, supraviețuirea lor fiind limitată
de existența unor condiții defavorabile. Astfel, temperatura aerului suferă
mari variații și numai întâmplător corespunde condițiilor optime pentru
metabolismul florei mezofile (35ș-40șC). Nici umiditatea aerului nu
îndeplinește cerințele bacteriilor din acest grup, atât prin valoarea în general
scăzută a umidității relative, cât și prin oscilațiile permanente pe care le

93
prezintă. În aer lipsește orice suport nutritiv pentru microorganismele care
parazitează oganismele umane sau animale. La acești factori nefavorabili se
adaugă existența unor agenți cu acțiune bactericidă sau bacteriostatică,
dintre care cel mai important îl reprezintă radiațiile ultraviolete. În aceste
împrejurări nu poate fi vorba de dezvoltarea acestor microorganisme, ci
numai de un potențial mai mare sau mai mic de rezistență. Din acest punct
de vedere, microorganismele se deosebesc foarte mult între ele,
caracteristicile lor biologice determinând capacitatea de supraviețuire în
mediul extern. Astfel, sporii fungilor și bacteriile sporulate au rezistența cea
mai mare, urmând formele vegetative ale bacteriilor și virusurior.
Timpul în care un germen eliminat de bolnav sau purtător poate
infecta un organism receptiv, deși variabil de la o specie microbiană la alta,
este limitat. De asemenea, trebuie ținut cont că în atmosferă numărul
germenilor patogeni se reduce foarte repede, atât prin faptul că sunt repede
distruși, cât și prin faptul că se diluează foarte mult. Din aceste motive, în
atmosfera exterioară, unde factorii negativi au o acțiune mai pronunțată și
unde diluția este mult mai mare, flora patogenă din aer joacă un rol mult mai
redus decât în spațiile închise. Așadar, flora din aerul încăperilor și în
general a spațiilor închise joacă rolul principal și bine demonstrat în
transmiterea aerogenă a bolilor infecțioase, în special în condiții de
aglomerație sau ventilație insuficientă.
Din acest motiv, aeroflora constituie o problemă sanitară mai
importantă în locuințe, cămine, săli publice și în mod deosebit în spitale,
policlinici, școli, creșe, grădinițe, unde transmiterea aeriană a infecțiilor se
face cu mare ușurință (densitatea mare de persoane și un număr mare de
purtători).
De asemenea, studiul aeroflorei este important pentru industria
alimentara sau unitățile de alimentație publică și colectivă, putând influența
calitatea produsului alimentar sau să producă chiar contaminarea alimentelor

94
cu flora patogenă sau condiționat patogenă. Proveniența germenilor patogeni
din aer este, în general, din căile respiratorii superioare, cavitatea bucală, de
pe suprafața pielii (în special leziuni sau plăgi supurate) și din dejectele
umane sau animale. Există și o anumită floră condiționat patogenă cu
caracter ubicuitar în natură ( Coccidioides , Histoplasma , Criptococcus , etc.)
sau fungii și actinomicetele responsabile de alveolite alergice extrinseci.
Germenii de origine umană sau animală nu se găsesc în aer sub
formă de corpi microbieni izolați ci, în general, aderenți de un anumit
substrat. Astfel, se consideră că ei sunt distribuiți în aer sub trei forme:
– picături de secreție nazală, buco-faringiană sau eventual bronșică,
eliminate pe nas sau pe gură în timpul strănutului, tușitului,
cântatului sau vorbitului (picături Flügge);
– nuclei de picături care rezultă din evaporarea picăturilor mai mici de
secreție nazală, buco-faringiană sau bronșică (drapplet nuclei Wells);
– atașați de particule de praf (praful contaminat sau pulberea
bacteriferă).n
Praful contaminat (pulberea bacteriferă) este constituit din particule
de praf pe care se găsesc adsorbite microorganisme. Acești germeni pot să
provină din picăturile sau nucleii de picături depuși pe sol sau pe podeaua
încăperii, din puroiul plăgilor supurate, din expectorații sau secrețiile nazo-
faringiene uscate și din dejecte. Particulele de praf de dimensiuni mari se
depun rapid, cele de dimensiuni mai mici rămân un timp mai îndelungat în
suspensie în aer. Praful depus pe podeaua unei încăperi poate fi din nou adus
în suspensie în timpul măturatului sau datorită curenților de aer. De
asemenea, un număr mare de particule de praf contaminat poate ajunge în
aer în momentul scuturării covoarelor, rufăriei de pat sau a celei de corp.
O importanță deosebită o reprezintă curățenia și manevrarea rufăriei
în condiții de spital. A fost demonstrată prezența bacililor difterici în praful
de pe podeaua din jurul bolnavilor de difterie și unii streptococi patogeni sau

95
condiționat patogeni au fost izolați din praful camerelor în care se găseau
purtătorii.
Analiza bacteriologică a aerului permite caracterizarea din punct de
vedere igienic a potențialului pe care îl are ambianța de a permite
transmiterea aerogenă a infecțiilor. Domeniul de aplicație este în special
pentru aprecierea condițiilor sanitare din încăperi și îndeosebi instituții
sanitare, instituții de copii, săli publice, unități de alimentație, industrie
alimentară, etc.
Deoarece se urmărește stabilirea potențialului de transmitere
aerogenă a germenilor patogeni și condiționat patogeni, analiza
bacteriologică a aerului nu urmărește punerea în evidență a unui anumit
microorganism patogen, ci măsura în care aerul este încărcat cu microfloră
de origine umană și animală.
Indicatorii bacteriologici de contaminare a aerului sunt:
1. Numărul total de germeni din aer care se dezvolt ă la 37șC (flora
mezofilă din aer).
Semnificația acestui indicator constă în faptul că ne permite a aprecia
măsura în care aerul este încărcat cu floră de origine umană sau animală,
deoarece la temperatura de incubare de 37șC se dezvoltă cu precădere
această floră. Indicatorul permite a face aprecieri asupra condițiilor sanitare
dintr-o încăpere (aglomerație, ventilație, stare de curățenie), care
influențează transmiterea infecțiilor pe calea aerului. Prezintă dezavantajul
că temperatura de 37șC nu selecționează numai flora mezofilă, existând un
număr suficient de mare de germeni psihrofili care se pot dezvolta la această
temperatură. Datorită simplității determinării rămâne indicatorul cel mai
curent utilizat.
2. Streptococii ß-hemolitici si α-hemolitici (streptococi viridans). Acest
grup de germeni este un indicator de contaminare a aerului cu floră nazo-
faringiană și bucală. Semnificația prezenței acestor germeni în aer este dată

96
de faptul că majoritatea infecțiilor aerogene sunt provocate de agenți
patogeni care se elimină prin picături de secreție nazo-faringiană, salivară și
bronșică. Cum streptococii viridans se găsesc la majoritatea persoanelor în
faringe și cavitatea bucală și excepțional altundeva în organism, constituie
indicatori fideli de contaminare a aerului pe această cale. Streptococii ß-
hemolitici se găsesc mai puțin frecvent în faringele oamenilor sănătoși, fiind
agenți patogeni. În cazul când se găsesc în aer au semnificație sanitară și
epidemiologică, și semnalizează prezența unui bolnav sau purtător de
germeni.
3. Stafilococii sunt prezenți atât în căile respiratorii superioare, cât și pe
tegumente. Majoritatea tulpinilor sunt nepatogene, o parte sunt condiționat
patogene și foarte puține sunt patogene. Rezistența lor în mediul extern,
respectiv aer, fiind relativ mare, contaminează constant mediul de viață al
omului. Semnificația este apropiată de cea pe care o au microorganismele
mezofile, indicând însă mai precis originea umană sau animală a
contaminării aerului. Se pot determina toți stafilococii, dar mai important
este să se identifice speciile de Staphylococcus aureus.
4. Germenii din grupul coliform . Prezența în aer a germenilor din grupul
coliform traduce un grad ridicat de insalubrizare a mediului. Indicatorul este
util pentru aprecierea salubrității
locuinței.
Boli produse de agenții patogeni prezenți în aer
Cocii gram pozitivi
Genul Staphylococcus
Stafilococii fac parte din familia Micrococcaceae . Există 27 de
specii și 7 subspecii dintre care 3 sunt de interes medical: Staphylococcus
aureus, S. epidermidis și S. saprophyticus . Stafilococii sunt coci gram
pozitivi dispuși în ciorchine de strugure, imobili, nesporulați, de regulă

97
necapsulați, mezofili (se dezvoltă între 10-420C), cu dezvoltare optimă la
370C. Sunt aerobi, facultativ anaerobi și cresc pe medii simple.
Stafilococcus aureus este un condiționat patogen, deci produce
infecții când străbate barierele apărării naturale și mecanismele apărării
antiinfecțioase sunt ineficiente. Infecțiile stafilococice pot fi: infecții
purulente localizate (furuncule, carbuncule, infecții ale plăgilor, abcese,
mastite, hidrosadenite, otite, sinuzite, osteomielite posttraumatice), infecții
respiratorii cum sunt faringita, pneumonia și bronho-pneumonia, infecții
datorate toxinelor (toxiinfecții alimentare), care se produc prin consumul de
alimente contaminate cu enterotoxine stafiococice, infecțiile mixte
(dermatita exfoliativă sau sindromul pielii opărite). Habitatul primar al
stafilococilor este reprezentat de piele și mucoase. În funcție de grupul de
persoane sănătoase investigate, portajul nazal de S. aureus variază de la 10-
90%, cifrele mari fiind prezente la personalul medical. De pe mucoasa
nazală, stafilococii sunt vehiculați direct prin intermediul mâinilor sau
indirect prin praf către persoanele susceptibile pentru infecții. S. aureus este
un agent etiologic implicat frecvent în infecții nosocomiale datorită
portajului nazal.
Genul Streptococcus
Streptococcii sunt coci gram pozitivi, dispuși în lanțuri, imobili,
nesporulați, uneori capsulați. Majoritatea sunt facultativ anaerobi, dar există
unele specii care sunt strict anaerobe sau aerotolerante. Ei fac parte din flora
normală a omului și animalelor, fiind izolați, în mod normal, la nivelul
tractului respirator superior. Clasificarea streptococilor se face pe baza
hemolizei pe geloz ă sânge. Din punct de vedere al patogenității cel mai
important este grupul A (Str. pyogenes) urmat, în ordinea frecvenței, de
grupurile C, G, B (Str. agalactiae), D și F.
Streptococi ß-hemolitici:
Streptococcus pyogenes (streptococul ß-hemolitic de grup A)

98
Streptococii beta-hemolitici de grup A sunt comensali la 3-5% din
adulți și 10% dintre copii. Cea mai comună poartă de intrare a Streptococcus
pyogenes este tractul respirator superior. Infecția primară se cantonează la
nivelul faringelui dar numai un anumit procent de indivizi infectați fac
amigdalite sau faringite. Restul indivizilor infectați dezvoltă infecții atipice,
ușoare sau devin purtători asimptomatici. Streptococcus pyogenes produce:
infecții ale tractului respirator superior (faringite 30–40% din infecțiile
streptococice, amigdalite, otite medii), infecții ale pielii și ale țesutului
subcutanat (celulită, impetigo, erizipel, piodermite, infecții ale plăgilor,
scarlatina (boală a copilăriei întâlnită sub vârsta de 10 ani), infecții invazive
(septicemie, sindromul șocului toxic streptococic), complicații alergice
poststreptococice (reumatism poliarticular acut, cardită reumatismală,
glomerulonefrita acuta post-streptococică).
Streptococcus agalactiae (streptococul ß-hemolitic de grup B)
Face parte din flora comensală a omului. Se izolează frecvent din
vagin, rect, uretră, faringele omului sănătos și de pe tegumente. Se găsește la
30-40% din flora perineală a omului sănătos. Afectează cu deosebire nou-
născutul și femeia gravidă. La nou-născut produce o formă precoce care
apare imediat după naștere cu septicemie și o formă tardivă care apare la
câteva zile sau săptămâni după naștere și se manifestă cu meningită, otită,
pneumonie. Infectarea nou-născutului se produce fie de la personalul de
îngrijire, de la mama purtătoare vaginal de Str.agalactiae sau chiar între
nou-născuți. La femei, produce avort, septicemie post-partum sau post-
abortum. La persoanele în vârstă și la cele imunocompromise poate
determina infecții ale tractului urinar, pneumonii, meningită osteomielită,
endocardită, artrită, abcese etc.
Grupul D streptococii și enterococii
Majoritatea tulpinilor acestui grup sunt mai puțin sensibile la
peniciline decât ceilalți streptococi. Datorită diferențelor genetice acest grup

99
a fost împărțit în: grup D propriu-zis și enterococi care aparțin unui gen nou,
Enterococcus . Speciile non-enterococice de interes medical ale grupului D
sunt Str. bovis și Str. equinus implicate în bacteriemiile asociate cu
endocardită și carcinom al intestinului gros. Speciile enterococice de interes
medical ale grupului D sunt E. faecalis , E. faecium , E. durans , E. avium, E.
faecalis și E. faecium .
Acestea sunt implicate în infecții nosocomiale și bacteriemii cu
prognostic rezervat la pacienții imunocompromiși. Habitatul natural al
enterococilor și streptococilor de grup D este reprezentat de intestin iar
infecțiile produse sunt infecții urinare, endocardite, infecții biliare,
peritonite. Prezenta enterococilor indica o poluare mai veche.
Streptococcus viridans
Streptococii viridans, denumiti și streptococci orali sunt comensali ai
cavității bucale,
intestinului, pielii etc. Speciile: S. mutans , S. sanguis , S. anginosus (S.
milleri) joaca un rol etiologic predominant in formarea cariilor dentare și a
paradontopatiilor.
Bacili gram pozitivi sporulati aerobi
Genul Bacillus face parte din familia Bacillaceae alături de genul
Clostridium. În genul Bacillus sunt incluși bacili gram pozitivi, facultativ
anaerobi, sporulați. Până în prezent se cunosc 34 specii de Bacillus, dintre
care doar două au semnificație în patologia umană: Bacillus anthracis –
agentul etiologic al anthraxului și B. cereus – cauza toxiinfecțiilor alimentare
(gastroenterite) si a infecțiilor oportuniste. Alte specii ale genului Bacillus,
cum este Bacillus subtilis sunt oportunist patogene. B. subtilis produce
infecții în urma aplicării cateterelor intravenoase sau a abuzului de soluții
perfuzabile.

100
Bacillus cereus se diferențiază de B. anthracis prin faptul că este mobil,
necapsulat și
rezistent la penicilină.
Bacilii coliformi
Din grupul coliformilor fac parte speciile genului Escherichia ,
Klebsiella , Enterobacter , Citrobacter si Serratia. Colibacilii sunt foarte
răspândiți în mediul înconjurător odată cu conținutul intestinal al omului și
al animalelor. Numărul acestor germeni pe unitatea de volum și în apă și
alimente – reprezintă indicele coli care este un criteriu de apreciere a
gradului de poluare a apei, mediului și a alimentelor cu materii fecale.
Prezența coliformilor indică în general o poluare recentă.
Genul Escherichia
Escherichia coli face parte din flora normală a intestinului la om și
animale. Sunt germeni condiționat patogeni fiind cei mai izolați microbi în
laboratorul de bacteriologie și produc infecții enterale. Prezența constantă a
E. coli în intestinul uman, intestinul animal, materii fecale, îl recomandă ca
fiind un bun indicator de poluare fecală a mediului, în special al apei.
Măsuri de profilaxie: respectarea igienei colective, individuale (personale) și
alimentare.
Dintre cele 7 specii ale genului Klebsiella , 4 sunt importante în
patologia umană: K. pneumoniae , K. oxytoca , K. ozenae și K.
rhinoscleromatis . Sunt germeni condiționat patogeni. Sunt componenți ai
florei intestinale la om și animale, iar în număr redus se găsesc la nivelul
mucoasei tractului respirator. Se pot izola din apă sol, plante. Infecțiile cu
Klebsiella apar în cazul scăderii rezistenței antiinfecțioase a organismului.
Se izolează din infecții urinare, respiratorii, septicemii, meningite (în special
neonatale). Klebsiella este agentul etiologic important al unor infecții
nosocomiale. Speciile K. rhinoscleromatis și K. ozenae sunt patogene numai
pentru om la care produc infecții respiratorii cronice .

101
Genul Pseudomonas si alte bacterii inrudite
Bacilii din genul Pseudomonas fac parte din flora condiționat
patogenă a plantelor, animalelor și a omului.. Pseudomonas aeruginosa,
Xanthomonas maltophilia, Acinetobacter baumannii și Moraxella
catarrhalis reprezintă mai mult de 75% din totalul speciilor izolate.
Genul Pseudomonas
Bacilii genului Pseudomonas sunt drepți sau ușor încurbați, gram
negative, mobili datorită prezenței flagelilor polari, nonfermentativi.
Prezența citocromoxidazei este factor de diferențiere față de
Enterobacteriaceae . Sunt microorganisme obligatoriu aerobe. Bacilii din
genul Pseudomonas sunt ubicuitari, se găsesc în sol, materii organice în
putrefacție, vegetație și apă. Se găsesc de asemenea în mediile
intraspitalicești în medii umede: alimente, flori, toalete, chiuvete, mături de
pardosele, soluții dezinfectante și în echipamentele de monitorizare
respiratorie. În cazul persoanelor sănătoase, această bacterie poate coloniza
ocazional pielea, urechea externă, tractul respirator superior sau intestinul
gros; mai frecvent apare la pacienții cu o boală severă, cu imunitate
compromisă sau care au primit anterior antibioterapie, ori au fost internați
într-o unitate spitalicească. Bacilii genului Pseudomonas sunt oportunist
patogeni, care tolerează variații largi de temperatură și rezistă la multiple
antibiotice și dezinfectante.
Pseudomonas aeruginosa este reprezentantul cel mai comun al
genului, fiind implicat în etiologia multiplelor afecțiuni umane. P.
aeruginosa poate fi izolat din aer, apă, sol, face parte din flora spitalelor
fiind implicat în etiologia infecțiilor nosocomiale. Pentru conținutul
bacterian al aerului nu există până în prezent standarde. S-au făcut însă, pe
baza unor cercetări, norme indicative cu ajutorul cărora să se poată aprecia
gradul de contaminare al aerului. Cele mai multe se referă la numărul total
de germeni și mai puțin la streptococii hemolitici sau la stafilococi.

102
CAPITOLUL X

MICROBIOTA APEI

Apa constituie cel de-al doilea mediu natural, după sol, pentru
dezvoltarea microorganismelor, datorită prezenței substanțelor nutritive.
Microbiota izvoarelor este foarte redusă fiind formată din
microorganisme provenite din acvifere sau din straturile subterane în timpul
trecerii spre suprafață. Microbiota izvoarelor cuprinde bacterii Gram
negative ( Pseudomonas ) etc.
Izvoarele pot fi de două tipuri:
– minerale ( Gallionella ferruginosa, Leptothrix ochracea );
– termale ( Sulfolobus acidocaldarius 570C, Leptothrix thermalis 900C ).
Microbiota râurilor este foarte diferită în funcție de viteza de
curgere, debit, adâncime și compoziție chimică. Râurile conțin comunități
bacteriene ce se diversifică pe măsura îndepărtării de izvoare:
Achromobacter, Acinetobacter, Caulobacter, Flavobacterium,
Hyphomicrobium, Moraxella, Pseudomonas, Gallionella.
În apele poluate predomină bacteriile Escherichia coli, Proteus sp.,
Pseudomonas fluorescens, Clostridium sp., etc. În pâraiele curate și repezi
este prezent Sapromyces. În râurile bogate în substanțe organice asimilabile
sunt prezenți Fungi Imperfecti și Ascomycetes.
Microbiota lacurilor cu apă dulce include toate categoriile de
microoganisme: eubacterii, actinomicete, cianobacterii, microfungi,
microalge și protozoare. Dintre genurile cel mai frecvent întâlnite pot fi
menționate: Achromobacter, Acinetobacter, Bacillus, Brevibacterium,
Flavobacterium, Micrococcus, Nocardia, Pseudomonas, Sarcina, Spirillum,
Streptomyces, Vibrio.

103
Microbiota lacurilor cu apă sărată este reprezentată de bacterii
halotolerante, în special halofile, care conțin vacuole cu gaze ce le permit
modificarea poziției pe verticala coloanei de apă și pigmenți carotenoizi cu
rol protector față de intensitatea prea mare a luminii solare, care le colorează
coloniile în roșu sau oranj strălucitor. Dintre genurile cel mai frecvent
întâlnite sunt: Halobacterium halobium, Halococcus sp., Chromobacterium
sp.
Microbiota apelor subterane (acviferelor) – este important de
cunoscut tipul și numărul microorganismelor prezente în apele freatice
pentru a putea stabili caracterul lor potabil. Cu ajutorul tehnicilor uzuale de
numărare directă și cultivare in vitro a microorganismelor și a celor moderne
– utilizarea marcherilor moleculari (ATP, fosfolipide, acid muramic) au fost
evidențiate microorganisme (bacterii, microfungi și protozoare) nu doar în
zonele superficiale ci și în sedimentele acvifere nisipoase și în apa freatică.
Bacteriile cel mai frecvent evidențiate au fost bacterii anaerobe facultativ și
obligate, heterotrofe, sulfat reducătoare, denitrificatoare, ferobacterii,
metanogeni din genurile: Achromobacter, Flavobacterium, Micrococcus,
Nocardia, etc.
Microbiota marină este alcătuită din 3 categorii de microorganisme:
– autohtone (permanente);
– alohtone (temporare sau contaminante);
– ubicuitare (comune solului si mediului marin)
Cele mai multe bacterii marine sunt Gram negative, mobile, aerobe,
facultativ anaerobe, iar cele din adâncul sedimentelor obligat anaerobe.
Bacteriile care trăiesc la suprafață sunt cromogene, sintetizează pigmenți
(galbeni, portocalii, bruni, verzi, roșii negri), care le protejează față de
efectul nociv al radiațiilor luminii. Bacteriile marine au diverse roluri fiind
amonificatori, nitrit și nitrat bacterii, denitrificatori, sulfoxidante și sulfat

104
reducătoare, ferobacterii, proteolitice, fermentative, chitinolitice,
celulozolitice.
Caracteristici generale
a. Bacteriile marine:
– speciile întâlnite aparțin genurilor: Vibrio, Streptomyces, Spirillum,
Micrococcus, Sarcina, Nocardia, Pseudomonas, Bacillus, Corynebacterium
etc.;
– numărul bacteriilor este maxim în regiunile litorale și scade progresiv în
zonele pelagice (apele de larg);
– un număr mare de bacterii se întâlnește în primii centimetri ai sedimentelor
și scade în profunzimea sedimentelor.
b. Cianobacteriile marine:
– sunt răspândite ubicuitar;
– în regiunile de țărm sunt atașate de plante, mâl, nisip, roci ( Nodularia,
Rivularia, Plectonema, Oscillatoria etc.);
– unele specii formează bacterioplanctonul fiind reprezentate de genurile:
Pelagothrix, Nostoc etc.;
– multe specii sunt halotolerante;
– unele tulpini ( Anabaena, Nodularia etc.) sunt responsabile de “înfloririle”
din zonele eutrofizate.
c. Fungii marini:
– levurile frecvent întâlnite sunt: Cryptococcus, Saccharomyces, Candida,
Rhodotorula, Torulopsis etc.;
– în general se cunosc 149 specii de Ascomycetes , 91 specii de
Pyrenomycetes , 51 specii de Loculoascomycetes , 56 specii de
Deuteromycetes și 4 specii de Basidiomycetes.
d. Microfite:
– se împarte în fitoplancton și microfitobentos (bental) în funcție de
domeniul în care trăiesc;

105
– fitoplanctonul este prezent în concentrație maximă în stratul superior al
zonei eufotice;
– majoritatea microfitelor sunt fotoautotrofe, dar unele cresc și heterotrof;
– alături de bacteriile fototrofe îndeplinesc funcția de producători primari în
cadrul ecosistemelor acvatice;
– compoziția microflorei M. Negre (litoralul românesc): Bacillariophyta,
Pyrophyta, Chlorophyta, Chrysophyta, Cyanophyta, Euglenophyta,
Xanthophyta ;
– caracteristică este dominanța diatomeelor ;
– “înflorirea“ apelor provocată de algele planctonice (cunoscută sub numele
de “apă roșie”) este un fenomen frecvent întâlnit la litoralul românesc în
zonele de mică adâncime; cel mai adesea fenomenul este cauzat de
dezvoltarea masivă a diferitelor specii de diatomee ( Sceletonema costatum,
Cyclotella caspis, Leptocylindrus danicus Thalassionema nitzschioides,
Nitzschisdelicatissima, N. seriata ), peridinee ( Exuviaella cordata,
Goniaulax polyedra ), cyanoficee ( Microcystis aeruginosa ),
coccolithophoride ( Pontosphaera huxleyi );
– densitățile algelor în timpul înfloririlor pot atinge valori de peste 100
milioane celule/litru, determinând mortalități masive
ale faunei bentale; cordonul litoral de ape înflorite reprezintă o barieră în
calea peștilor ce se apropie de mal.
e. Zooplancton:
– diversitate redusă – 142 specii în M. Neagră: Cystoflagellata,
Hydromedusae, Tintinnoidea, Scyphomedusae, Ctenophora, Rotatoria,
Cladocera, Copepoda, Isopoda, Chaetognatha, Appendicularia ;
– se remarcă prezența unor forme dulcicole în sezonul marilor viituri ale
Dunării (specii de rotifere, copepode, cladocere);
– zooplanctonul are o dezvoltare sezonieră, maximile de abundență
primăvara – vara.

106
f. Microorganisme bentale:
– au o particularitate fundamentală și anume activitatea metabolică lentă;
– factorii determinanți sunt: disponibilitatea redusă de nutrienți, presiunea
hidrostatică mare și temperatura scăzută.
Zonele de dezvoltare a microbiotei marine
a. Interfața apă/aer:
– este un habitat foarte aerat, intens luminat, cu o concentrare masivă de
nutrienți și supus unor fluctuații de temperatură diurne și sezoniere;
– organismele sunt în continuă mișcare datorită acțiunii curenților și
valurilor;
– se dezvoltă eubacterii, cianobacterii, alge, microfungi și protozoare
alcătuind neustonul (gr. “neuo”= a aluneca);
– bacteriile aflate în număr mare (câteva milioane/cm2) sunt reprezentate
de bacterii heterotrofe: Nevskia (specifică acestui habitat), Leptothrix,
Caulobacter, Alcaligenes, Brevibacterium, Flavobacterium, Micrococcus,
Pseudomonas, Sarcina etc.;
– cianobacteriile sunt reprezentate de: Anabaena, Aphanizomenon etc., iar
fungii de diferite specii de levuri și de Chladosporium ;
b. Zona de larg până la 200 m adâncime:
– cuprinde organisme microscopice care înoată sau plutesc în pătura
superficială a apelor de larg; formează planctonul (gr.“planktos” = care
călătorește);
– planctonul are densitatea maximă în zona aerobă, în care fitoplanctonul
realizează producția primară de materie organică;
– fitoplanctonul ocupă coloana de apă situată la adâncimea de 20 – 50 cm, ce
corespunde condițiilor optime de fotosinteză;
– cianobacteriile preferă regiuni cu intensitate mai mică a luminii, datorită
complexului lor de fotopigmenți și anumitor factori de mediu (temperatură,
nutrienți etc.).

107
c. Zona bentală:
– sedimentul bentonic reprezintă un mediu favorabil pentru dezvoltarea
microorganismelor; aerob la suprafață și progresiv anaerob în adâncime
permite dezvoltarea producătorilor secundari, care folosesc compușii
organici depuși;
– organismele care se dezvoltă în această zonă formează bentosul (gr.
“benthos” = adâncul mării).
d. Zona litorală:
– se găsesc comunități de microorganisme care trăiesc pe suprafața
nisipurilor marine submerse, sub forma unor mici colonii;
– aceste comunități sunt alcătuite din eubacterii, cianobacterii, alge și
protozoare, formând comunitatile epipsamice (gr. “psammos” = nisip).
e. Pe suprafața organismelor animale:
– organismele animale acvatice (crustacee, pești, mamifere, viermi,
copepode) sunt acoperite de un strat de microorganisme care colonizează
suprafața corpului lor;
– bacteriile formează comunități cu densități cuprinse între 1000 – 10.000
celule/cm2;
aceste organisme formează comunitățile epizoice;
– comunitățile epizoice pot cuprinde și microorganisme patogene.
f. Pe suprafața plantelor acvatice:
– reprezintă o comunitate de suprafață alcătuită din microorganisme asociate
cu rădăcinile plantelor acvatice;
– include microoganisme fotoautotrofe, heterotrofe, saprofite și parazite;
– această comunitate de microorganisme poartă numele de epifiton (gr. “epi”
= pe, “fiton” = plantă);
– aproape toate plantele acvatice au un epifiton, cu excepția părților tinere
care sunt sterile, datorită pH-ului = 5 și eliberării de substanțe antibiotice;

108
regiunile bătrâne ale plantelor au pH 8 și sunt populate de bacterii, ce pot fi
utilizate ca hrană de către protozoare și rotifere;
– numărul bacteriilor saprofite dezvoltate pe algele saprofite variază între
104 – 109/cm2;
– dintre bacterii predomină cele care au structuri de adeziune: Leucothrix ;
– dintre cianobacterii predomină Oscillatoria și Lynghya.
g. Pe suprafața rocilor:
– se dezvoltă alge brune (dominante), alge verzi, cianobacterii, eubacterii și
diatomee; aceste comunități se numesc epiliton;
– rocile de pe malul stâncos sunt populate de cianobacterii ( Calothrix,
Gloeocapsa etc.) și uneori de licheni ( Verrucaria ).
În acest caz, bacteriile sunt mai numeroase la circa 5-20 m adâncime
în apă. La suprafață apar mai ales pe mâl. Se întâlnesc mai des: bacterii
sulfuroase, bacteriile fierului, bacterii ce fermentează celuloza, bacterii de
putrefacție, bacterii butirice. În apă se găsesc bacterii asporogene iar în mâl
bacterii sporogene.
Apele subterane si de izvor sunt mai sarace in bacterii, din cauza
lipsei de substante nutritive. Apa de ploaie si de zapada contine foarte putine
bacterii daca cade pe locuri fara praf, in caz contrar continand zeci si sute de
germeni.
Principalele grupe de microorganisme cu implicații în patologia
hidrică infecțioasă a apei
A. Bacteriile:
– Vibrio cholerae;
– Shigella dysenteriae;
– Escherichia coli;
– Salmonella spp. (Salmonella typhi);
– Campylobacter jejuni;
– Aeromonas hydrophila;

109
– Pseudomonas aeruginosa;
– Legionella;
– Yersinia enterocolitica.
B. Virusuri:
– Enterovirus;
– Poliovirus;
– Coxsackievirus;
– Echovirus;
– Reovirus Adenovirus;
– Virusul hepatitei A, B, C.
C. Paraziți intestinali:
– Cryptosporidium;
– Giardia;
– Entamoeba histolytica:
PARAMETRII MICROBIOLOGICI NOI:
– Legionella ;
– Mycobacteria;
– Helicobacter ;
– Cianobacterii;
– Virusuri;
– Bacteriofagi.
– Criptosporidium
Directiva apei potabile (DWD) 98/83/EC a fost transpusă prin
Legea nr. 458/2002 ., actul normativ intrând în vigoare în august 2002.
Obiectivele urmărite de actul normativ comunitar și preluate integral de
legea română, sunt:
– protejarea sănătății populației de efectele adverse ale oricărui tip de
contaminare a apei destinate consumului uman.

110
– asigurarea faptului că apa destinată consumului uman este sanogenă
și curată.
Directiva se referă la calitatea apei furnizate de toate sistemele
publice de alimentare cu apă, precum și de cele individuale care deservesc
mai mult de 50 de persoane sau livrează mai mult de 10 mc/zi, la calitatea
apei îmbuteliate și comercializate ca apă potabilă și la calitatea apei folosită
în industria alimentară. Prin această directivă se fixează cerințele pe care
trebuie să le îndeplinească apa consumată de cetățenii statelor membre ale
Uniunii Europene pentru a asigura un înalt nivel de protecție a sănătății
acestora și se introduce obligativitatea ca toate statele membre să ia toate
măsurile necesare pentru a asigura respectarea acestor cerințe și să
informeze Comisia Europeană asupra rezultatelor.
Directiva stabilește standarde pentru cele mai multe substanțe (așa
numiții parametrii) care pot fi găsiți în apa potabilă. Aceștia sunt în număr
de 48 de parametrii fizico-chimici și microbiologici și pot fi testați în mod
regulat. În principiu, directivele WHO pentru apa potabilă sunt utilizate ca
bază pentru standardele din Direcția apei potabile.
Determinarea numărului total de germeni din apă reprezintă parte a
monitorizării de rutină a apei potabile, testându-se apa utilizată în prepararea
alimentelor și băuturilor. Numărul total de germeni este de fapt un indicator
al integrității surselor de apă, al eficacității procesului de tratare al apei, al
integrității sistemelor de distribuție a apei. În monitorizarea de rutină pe
termen lung, o deviere de la numărul normal de colonii poate semnala o
schimbare a calității apei din punct de vedere microbiologic.
Agenții microbieni oportunistici care pot fi prezenți în apă sunt:
Acinetobacter, Aeromonas, Flavobacterium, Klebsiella, Legionella,
Moraxella, Mycobacterium, Serratia, Pseudomonas și Xanthomonas .
Consumul sau expunerea la o apă cu un număr mare de asemenea
microorganisme poate induce apariția de boli cum sunt gastroenteritele,

111
infecțiile membranei mucoase sau ale pielii, în special la oamenii cu sistem
imunitar slăbit.
Bacteriile coliforme reprezintă un indicator al calității sanitare
generale pentru furnizorii de apă potabilă tratată. Reprezintă un grup de
organisme vag definit care are o istorie lungă în verificarea calității apei. Se
găsesc în intestinul uman și al animalelor cu sânge cald dar și în sol sau ape
de suprafață. Prezența acestora nu indică întotdeauna o dovadă a
contaminării fecale. Prezența în apa potabilă este de obicei un rezultat al
unei probleme cu sistemul de tratare al apei sau cu sistemele de distribuție a
apei și constituie un indicator de contaminare cu microorganisme. Sunt
detectate prin incubarea în medii lichide sau solide la 35 – 37°C.
Bacterii coliforme fecale sau termotolerante trăiesc în tractul animal
sau uman și de aceea sunt asociate cu reziduurile animale sau umane.
Prezența lor în apa potabilă este un indicator puternic al contaminării fecale.
Bacteriile coliforme fecale sunt reprezentate de Escherichia coli și tulpini
termotolerante de Klebsiella. Se determină prin incubarea în medii solide
sau lichide la temperaturi de 44 – 45°C utilizând baia de apă. Prezența
acestora nu este acceptată și este legată mai mult de poluarea fecală.
Escherichia coli este o specie ce provine din grupul bacteriilor
coliforme fecale și trăiește în mod normal în intestinul gros al oamenilor și
animalelor cu sânge cald. Prezența în apă indică o poluare de origine fecală.
Fermentează lactoza, produce gaz la 35°C și 44°C sau 45.5°C (90% din
E.coli), este indol-pozitivă (99% din E.coli). Se determină prin incubarea în
medii solide sau lichide la temperaturi de 44 – 45°C utilizând baia de apă.
Streptococii fecali (enterococii intestinali)
Enterococcus spp. sunt coci gram-pozitivi, catalazo-negativi și de
obicei cresc la 45°C în 6.5% NaCl și pH 9.6. Speciile de E. faecalis, E.
faecium, E. durans și E. hirae se găsesc frecvent în fecalele oamenilor și
animalelor homeotermice. Enterococcus spp. ca E.avium, E.cecorum,

112
E.columbae și E.gallinarium sunt tot de origine fecală. Enterococii sunt mai
puțin numeroși decât bacteriile coliforme și E.coli în fecalele umane.
Reprezintă indicatori ai eficienței tratării apei. Adesea sunt utilizați ca
indicator secundar pentru reprelevare după detecția de bacterii coliforme și
E.coli în sistemele de distribuție și ca indicator pentru monitorizarea de
rutină a noilor conducte de apă sau după repararea sistemelor de distribuție.
Clostridiile ( Clostridium perfringens )
Reprezintă indicatori potriviți pentru supraviețuirea virusurilor și
chisturilor de protozoare în apa potabilă sau a oochisturilor în apa potabilă
tratată sau când canalizarea este suspectată de contaminare. Sporii sunt în
mare măsură de origine fecală și se găsesc adesea în apele menajere.
Prezența acestora în apele tratate sugerează deficiențe în tratare, eșec în
procesul de dezinfecție sau recontaminarea apei tratate.

113
CAPITOLUL XI

MICROORGANISMELE SOLULUI

Microbiologia solului se ocupă cu studiul microorganismelor ce
populează solul, a activității lor biochimice și fiziologice. Trebuie de
precizat că numai microorganismele care își petrec în sol faza vegetativă de
dezvoltare și în condiții favorabile exercită procese care influențează
particularitățile fiziochimice, biologice și agricole ale solului, fac parte din
sistemul biologic al solului și sunt studiate de microbiologia solului. Alte
microorganisme ce produc boli la om, animale sau plante, se consideră că
sunt accidental întâlnite în sol și ca atare, fac obiectul unui studiu al altor
ramuri ale microbiologiei.
Microorganismele specifice solului aparțin unor grupe diferite
sistematice ca: bacterii, actinomicete, ciuperci, alge, protozoare și virusuri;
el influențează starea solului care la un moment dat depinde de interrelațiile
biologice care se stabilesc între organismele aparținând acestor grupe,
precum și între microorganisme pe de o parte și componentele organice și
minerale ale solului, pe de altă parte.
Microbiologia solului studiază procesele microbiologice ce se
desfășoară în sol în scopul dirijării lor în sensul dorit de om pentru
îmbunătățirea calității solului și a stării sale de fertilitate.
În ansamblu, microorganismelor din sol le sunt specifice două
categorii de procese biochimice cu consecințe multilaterale de ordin fizico-
chimic, biologic și agricol:
– procesele de degradare (fermentațiile, amonificarea, etc.) prin care se
eliberează din materia organică substanțe minerale accesibile plantelor;

114
– procesele de sinteză (fixarea azotului molecular și humificarea), care
creează în sol o rezervă de substanțe nutritive, mai cu seamă sub formă
organică, ce influențează simțitor starea fizico-chimică și fertilitatea solului.
Cunoașterea profundă a acestor procese și dirijarea lor rațională
poate contribui la îmbunătățirea condițiilor din sol și deci la ridicarea
producției agricole.
Studiul participării microorganismelor la procesele complexe din sol
se axează în principal pe trei direcții:
– cunoașterea cât mai completă a stării biologice a solului pe toată
adâncimea lui, prin studiul comparativ al frecvenței și activității microflorei
generale și grupelor fiziologice de microorganisme cu funcții bine
determinate (fixarea de azot molecular, nitrificarea, fermentarea celulozei,
etc.)
– studiul echilibrului dinamic care se stabilește între grupele fiziologice de
microorganisme, precum și oscilațiile pe care le suferă acest echilibru în
procesul natural de formare a solului și în cursul transformării acestuia sub
influența diferiților factori legați de cultivare (prelucrarea solului,
încorporarea de îngrășăminte chimice sau organice).
– cunoașterea biologiei solului sub dublu aspect, momentan și evolutiv, care
face posibilă compararea diferitelor orizonturi ale unui sol, compararea
diferitelor tipuri de sol, constatarea unui eventual dezechilibru în sol,
precum și stabilirea raporturilor între microfloră și starea de fertilitate.
Studiul microflorei solurilor se bazează pe cercetarea activității
acesteia în ansamblu și nu pe studiul microorganismelor izolate, în culturi
pure. În acest sens S. N. Winogradschy arată că: „metoda de analiză a
activității reale a microorganismelor în natură trebuie să se bazeze nu pe
cunoașterea speciilor izolate în afara mediului natural, ci pe reacțiile întregii
comunități microbiene în sânul acestui mediu.

115
Sarcina principală a microbiologiei solului constă în elucidarea
laturii biologice a unor procese din sol, care ar putea fi studiate și pe cale
chimică, de exemplu dinamica compușilor accesibili cu azot. Pătrunderea
însă a mecanismelor biologice care determină această dinamică, permite atât
cunoașterea cât și dirijarea proceselor, deoarece geneza, proprietățile solului
dar și dinamica elementelor minerale accesibile plantelor sunt determinate
de fenomene biologice.
Din această cauză microbiologia solului ocupă un rol important între
științele care studiază solul, având sarcina de a stabili rolul componenților
sistemului biologic al solului în evoluția acestuia. Microbiologia solului ca
știință de sine stătătoare abordează dintr-un punct de vedere propriu și prin
metode specifice, fenomenele telurice, de unde rezultă o concepție de
ansamblu proprie, care influențează celelalte științe ce se ocupă cu studiu
solului ca: pedologia, agrochimia, agrotehnica și altele.

XI.1. Solul – mediu de existență pentru microorganisme

Solul reprezintă stratul superficial afânat al litosferei care, îndelung
și continuu transformat prin acțiunea formațiilor vegetale succesive, a
agenților atmosferici și a altor factori naturali, în condiții caracteristice
mediului geografic din care face parte, a acumulat treptat elementele
însușirii specifice numite fertilitate, devenind astfel capabil să întrețină viața
plantelor superioare (Chiriță).
În alcătuirea solului intră trei părți și anume: partea solidă (minerală
și organică), partea lichidă sau soluția solului și partea gazoasă sau aerul din
sol.
Partea minerală a solului deține ponderea cea mai mare (90-95%), ea
provenind din rocile pe care s-a format, prin transformarea acestora sub
influența proceselor de dezagregare și alterare.

116
Dezagregarea este fenomenul fizic de simplă mărunțire a rocilor sub
influența variațiilor termice, a apei, vântului și organismelor. În urma
procesului de dezagregare rezultă roci afânate, alcătuite din fragmente și
particule de diferite dimensiuni. Acest complex de dezagregare nu
reprezintă încă solul, ci numai o fază premergătoare în formarea acestuia.
Totuși, rocile mărunțite posedă o însușire nouă față de roca inițială, dură
masivă și anume sunt afânate, ceea ce le face permeabile pentru aer și apă.
Alterarea este procesul complex de modificare a mineralelor și
rocilor, care se manifestă printr-o serie de procese simple de hidratare,
dizolvare, hidroliză, carbonare și oxido-reducere. Rezultatul alterării constă
în faptul că o parte din elementele minerale de nutriție a plantelor trec în
forme asimilabile simple, îndeosebi în săruri minerale. În același timp însă
iau naștere și compuși minerali complecși de natura celor care intră în
alcătuirea argilelor (minerale argiloase).
Partea minerală a solului rezultă în urma proceselor de dezagregare
și în timpul solidificării propriu zise, fiind reprezentată în principal prin
săruri (cloruri, sulfați, carbonați, azotați, fosfați, etc.), oxizi și hidroxizi (fier,
mangan, aluminiu, siliciu, etc.), minerale argiloase care formează argila din
sol – principalul coloid mineral al solului, praf sub formă de particule cu
diametru între 0,2 și 0,002 mm și nisip cu particule cu diametru între 2 și 0,2
mm. La unele soluri se pot adăuga și fragmente cu diametru peste 2 mm sub
formă de pietriș, pietre, bolovani.
Partea organică a solului deține un procent mai mic decât cea
minerală, numai circa 5-10% în greutate, dar are o importanță esențială în
formare, evoluția și proprietățile solului. Aceasta este reprezentată prin
resturile vegetale și animale, netransformate sau transformate sub acțiunea
microorganismelor. Principalul constituent al părții organice din sol îl
formează humusul, materie organică coloid-dispersă, de culoare brună sau
brună negricioasă.

117
Humusul este alcătuit din compuși de resintetizare biochimică a
produselor finale de descompunere a materiei organice, acizii humici, la
care se pot adăuga produse intermediare de descompunere a materiei
organice. Humusul, component specific al solului, format sub acțiunea
microorganismelor asupra resturilor organice, constituie principala rezervă
de substanță nutritivă pentru plante; el determină cele mai importante
proprietăți ale solului. Ca o consecință a procesului de alterare a părții
minerale a solului și de descompunere a materiei organice, se pun în
libertate o serie de elemente ca: N, P, S, Mg, K, Ca, Fe, Al, Mn, Na, etc., din
acestea o parte ajung în soluția solului, unde sunt asimilate de către plante,
iar o altă parte să fixează în sol prin fenomene de reținere constituind un
rezervor de elemente nutritive.
Partea lichidă sau soluția solului este reprezentată prin apa din sol, în
care se găsesc dizolvate substanțe minerale și organice în stare de dispersie
ionică, moleculară sau coloidală. Importanța fazei lichide a solului constă în
aceea că ea conține elemente nutritive în formă accesibilă plantelor și
microorganismelor, adică sub formă de săruri solubile care disociază în
anioni și cationi.
În urma proceselor de reținere, pe suprafața particulelor coloidale ale
fazei solide se creează o rezervă de elemente nutritive absorbite, care se
eliberează în soluție pe măsura consumării lor de către organismele vii.
Cantitatea globală de săruri nutritive de 1,1-2,5 grame la litru.din soluția
solului este în general, suficientă pentru satisfacerea cerințelor trofice ale
plantelor superioare și ale microorganismelor
Din punct de vedere calitativ se poate constata în soluția solului,
existența pe lângă elementele minerale și a microelementelor necesare în
cantități extrem de mici ca: Br, Li, I, Co, Ni, Cr, Pb, V, Zn, Cu, Ag, Au.
Compoziția soluției solului este valabilă depinzând de condițiile
climatice, de activitatea microorganismelor, etc. În ceea ce privește soluția

118
solului, pentru dezvoltarea microorganismelor, o importanță deosebită o
prezintă activitatea osmotică a fazei lichide. În general, presiunea osmotică
de 3-6 atmosfere, după Mișustin, pe care o posedă celulele marii majorități a
microorganismelor, este suficientă pentru dezvoltarea normală a acestora în
soluri, funcție de gradul de aprovizionare a acestora. Astfel, în podzoluri
presiunea osmotică este de 0,4-1,4 atmosfere, în cernoziomuri este de 2,5
atmosfere iar în solurile sărăturoase presiunea osmotică a fazei lichide
ajunge la 12-15 atmosfere; aici se pot dezvolta numai microorganisme care
au o presiune osmotică a celulelor între 12,5 și 16 atmosfere.
Partea gazoasă a solului este reprezentată de aerul care ocupă spațiile
libere lăsate de către apă. Compoziția aerului din sol se deosebește de cea a
aerului atmosferic prin raportul cantitativ între gazele obținute. Astfel,
oxigenul se găsește în cantitate mai mică decât în atmosferă, datorită
faptului că este consumat în activitatea microorganismelor și în respirația
rădăcinilor plantelor superioare. De aceea procentul de oxigen în aerul
solului scade față de circa 21% în atmosferă, la numai18-20%.
Procentul de CO 2 în aerul din sol este de cel puțin 10 ori mai mare
decât în aerul atmosferic (0,15-0,65% în sol, față de 0,03% în atmosferă),
datorită eliberării lui sub acțiunea de descompunere exercitată de
microorganisme asupra substanțelor organice.
Cantitatea de azot din aerul solului variază puțin de la 76-79%, față de aerul
atmosferic unde este de 79%.
Consumul de azot molecular din aerul solului este foarte redus, el
fiind folosit numai de către unele microorganisme azotofixatoare. În unele
soluri, în special în cele mlăștinoase, în aerul solului se pot găsi și produsele
gazoase ale metabolismului bacterian ca: NH 3, CH4, H2S, și H.
Compoziția aerului din sol nu diferă totuși prea mult față de cea a
aerului atmosferic, datorită schimbului permanent, care este în funcție de

119
permeabilitatea solului, aceasta din urmă fiind determinată de porozitatea
necapilară a acestuia.
Dezvoltarea normală a microorganismelor depinde nu numai de
elementele chimice necesare desfășurării normale a metabolismul acestora
ci și de unele condiții fizico-chimice, dintre care cea mai importantă este
reacția solului.
Majoritatea microorganismelor se dezvoltă optim la un pH apropiat
de neutru (pH = 7). Dar reacția solului variază în funcție de tipul de sol, de
la pH = 4 în podzoluri-soluri acide până la pH = 9 în solonețuri, care sunt
soluri sărăturoase. Fiecare tip de sol are o reacție caracteristică pe care și-o
menține datorită capacității de tamponare determinată în principal de
complexul coloidal al solului. În funcție de reacția și tipul de sol,
microorganismele se găsesc răspândite diferențiat în funcție de capacitatea
lor de a rezista la reacții extreme, foarte acide sau alcaline.
Formarea solului
Procesul de formare a solului începe imediat ce roca ia contact cu
mediul extern, cu agenții fizici și chimici, precum și cu acțiunea
microorganismelor vii. Caracteristica principală a solidificării constă în
acumularea materiei organice și a humusului, care determină capacitatea de
reținere a substanțelor nutritive. Elementele chimice eliberate în urma
alterării, cu tendința de a fi spălate (levigate), spre structurile mai adânci ale
rocii detagregate și alterate. Pe de altă parte organismele vii – plantele
superioare și microorganismele se opun acestui proces, ducând la reținerea
și chiar acumularea substanțelor minerale în partea superioară a solului sub
formă de materie organică și de humus.
În cursul solidificării, în esență se întâlnesc o serie de procese în
urma cărora ia naștere solul ca sistem complex și biologic în care se
desfășoară permanent fenomene contradictorii, de al căror echilibru depind
proprietățile solului.

120
Astfel, în toate solurile se desfășoară procesul de alterare a unor
minerale primare și secundare concomitent cu formarea altor minerale
secundare caracteristice; descompunerea resturilor vegetale și animale
paralel cu sinteza acizilor humici; levigarea substanțelor în paralel cu
bioacumularea; procesul de acumulare a apei în sol și pierderea ei prin
evaporare și prin transpirația plantelor; absorbția energiei solare ce duce la
încălzirea solului, paralel cu iradierea și deci pierderea acestei energii.
În felul acesta intervenția organismelor vii asupra rocii dezagregate,
marchează începutul procesului de solidificare și aduce modificări
importante în marele circuit geologic ce se desfășoară în natură. Intervenția
organismelor face ca peste marele circuit geologic să se suprapună micul
circuit biologic care este de sens contrar cu primul. Ca rezultat al acestui
proces, descompunerile substanțelor organice și minerale sunt însoțite de
intense procese de sinteză organică, efectuate de organismele vii. Astfel se
acumulează diferitele elemente necesare nutriției plantelor și în special,
azotul, element important care lipsește din rocile inițiale.

XI.2. Rolul microorganismelor în formarea și evoluția materiei organice

Materia organică este reprezentată din resturile vegetale care se
mineralizează de către microorganisme dar mai ales prin humus care este un
complex de substanțe amorfe în stare coloidală, rezultat din transformări
biochimice – descompuneri și sinteze ale resturilor organice, vegetale și
animale sub acțiunea microflorei solului.
Substanțele organice vegetale și animale ajunse în sol după moartea
organismelor, nu sunt în întregime supuse degradării complete până la
compușii finali (CO 2, H2O, NH 3). O parte din ele sunt transformate în
produși noi, mai mult sau mai puțin rezistenți la descompunerea de către
microorganisme – substanțele humice. Acestea se acumulează în cantități

121
mari ca rezerve, condiționând proprietatea cea mai importantă a solului –
fertilitatea. În felul acesta, pe lângă acțiunea lor de distrugere a substanțelor
organice vegetale și animale, microorganismele contribuie la formarea unor
tipuri noi de substanțe organice. Datorită acestui fenomen, paralel cu
dezagregarea enzimatică a substanțelor organice, microorganismele din sol
efectuează sinteza unor compuși noi care se acumulează temporar în sol,
formând adevărate rezerve de C,N, P, S, K, etc. absolut necesare vieții din
sol.
Dar microorganismele solului participă nu numai la formarea
substanțelor humice de rezervă, ci contribuie și la descompunerea lor lentă,
prin care se asigură plantelor elementele indispensabile pentru noile sinteze
organice.
Teoria microbiologică a formării humusului
Procesele de dezagregare și sinteză care au drept rezultat formarea
complexelor humice se datorează acțiunii bacteriilor aerobe, anaerobe a
actinomicetelor și ciupercilor microscopice.
Bacteriile anaerobe acționează asupra substanțelor organice aflate
sub formă de mase dense în profunzimea solului. Procesul este inhibat în
momentul când cantitatea de acid ulmic acumulat este atât de mare încât
oprește dezvoltarea microorganismelor respective și este reluat după
degradarea acestuia. În condiții naturale, denaturarea acidului ulmic se
produce după acțiunea frigului, iarna. Datorită acestui fapt, sinteza anaerobă
a compușilor humici are un caracter periodic, fiind mai activă primăvara și
vara și scăzând în intensitate spre toamnă și iarnă.
Acest proces reprezintă forma cea mai importantă de acumulare a
substanțelor humice în natură. Sinteza aerobă a substanțelor humice se
realizează în stratele mai superficiale ale solului și cu condiția ca
acumularea substanțelor organice vegetale să se fi făcut în masa afânată. Ea
este efectuată de bacterii, în cazul resturilor de plante ierboase și de

122
ciupercile microscopice, atunci când substanța organică provine din plante
lemnoase. Rezultă în urma acestui proces acizi humici care nu omoară
microorganismele deoarece sunt neutralizați de NH 3 format în paralel.
Compoziția chimică a humusului este variabilă și heterogenă,
neputând fi definită prin nici o formulă chimică; ea constă din acizi ulmici și
fulvici (70-80%) și din reziduu insolubil (20-30%).
Conținutul bogat în N al humusului, în jur de 5% cu raportul C : N =
10:1, denotă caracterul său de produs de sinteză. El conține în special acid
ulmic (acid hulmic brun) rezultat din acțiunea bacteriilor anaerobe, acid
humic (acid humic negru) produs de ciuperci.
Una dintre particularitățile cele mai importante ale substanțelor humice este
aceea de a fi mai stabile, în condiții termodinamice date, decât substanțele
naturale din care s-au format. În același timp ele sunt într-o permanentă
evoluție; pe de o parte, pornind de la diferite substanțe organice animale și
vegetale se formează substanțe noi sub acțiunea microorganismelor, iar pe
de altă parte, complexele humice sintetizate sunt mineralizate de microflora
solului.
Datorită acestui proces continuu, formarea humusului se poate afla în
diferite stadii de evoluție, sub formă de:
– substanțe prohumice, capabile să agrege particulele de sol;
– humus activ, cel mai important pentru fertilitate, care prin descompunere
formează ușor substanțe nutritive pentru plante și reprezintă aproximativ 1%
din greutatea solului;
– humus stabil, care cimentează agregatele de sol, dar se descompune greu și
nu participă activ la nutriția plantelor;
– humus inactiv, cu capacitate redusă de mineralizare și fără rol în nutriția
plantelor ca și în formarea structurii stabile a agregatelor de sol.

123
Humusul îndeplinește numeroase funcții de importanță excepțională,
din care se poate deduce rolul microorganismelor care participă la sinteza și
descompunerea lui.
Astfel, humusul formează în sol rezerve imense de N, C, P, S, K, Fe,
care pot fi folosite după mineralizarea prealabilă. După S. Waksman
cantitatea de substanțe organice sub formă de humus depășește cu mult pe
cea prezentă în toate formele vii.
Humusul favorizează nutriția plantelor superioare, furnizându-le
substanțe nutritive, rezultate din descompunerea lui treptată și lentă de către
microorganisme.
Humusul influențează caracteristicile fizice ale solului căruia îi conferă
structura granulară și culoarea întunecată care favorizează absorbția razelor
solare și determina creșterea temperaturii.
De asemenea el reduce vâscozitatea argilelor și ușurează formarea de
agregare care ameliorează aerarea și drenajul solului, mărind în același timp
capacitatea de reținere a apei din sol. Humusul, influențează proprietățile
chimice ale solului prin faptul că menține echilibrul general între ionii
adsorbiți și cei dizolvați și dă solului putere tampon.
Prin participarea sa la sinteza și transformările substanțelor humice,
microflora solului îndeplinește un rol de o importanță vitală, deoarece,
datorită proprietăților amintite, humusul conferă solului proprietatea sa de
bază – fertilitatea care-l deosebește de roca sterilă.

XI.3. Principalele grupe de microorganisme din sol

Populația solului este constituită din totalitatea viețuitoarelor care
există în sol. Ele au o mare diversitate de forme, dimensiuni, apartenență
sistematică și activitate biologică. Cele care au dimensiuni mai mari
formează macropopulația solului, ele fiind studiate din cele mai vechi

124
timpuri. Restul de viețuitoare au fost puse în evidență numai după
perfecționarea mijloacelor de mărire a imaginii, ele formând micropopulația
solului.
Macropopulația este reprezentată de macrofloră și macrofaună.
Macroflora , este formată din părțile subterane (rădăcini, tulpini și
frunze ajunse în sol, organe sub diverse forme) ale plantelor superioare
(agricole, horticole, buruieni etc.) care furnizează solului cea mai importantă
sursă de materie organică. Rădăcinile au în plus un rol important și în
modificarea concentrației soluției solului (ca urmare a procesului de
adsorbție) și în eliminarea a numeroase substanțe (în special enzime) care
intervin direct în activitatea microorganismelor. Datorită acestor condiții
specifice, numărul de microorganisme aflate în jurul rădăcinilor (rizosferă)
depășește cu mult pe cel aflat în restul solului.
Macrofauna , cuprinde o diversitate mare de organisme, dintre care
amintim: nematozii (circa 10 mii/mp), viermii inelați, râmele (90-500
kg/ha), furnicile, coleopterele și diverse vertebrate care, prin activitatea lor,
îmbogățesc solul în materie organică, ce va fi utilizată de microorganisme.
Micropopulația din sol este reprezentată de microfloră și
microfaună.
Microflora constituie populația cea mai importantă pentru viața
solului. Ea este formată din bacterii, cyanobacterii, ciuperci microscopice și
alge. Cea mai importantă indicație asupra activității microorganismelor din
sol este dată de numărul lor în unitatea de volum, de greutate sau de
suprafață. Valoarea absolută a unor microorganisme raportată la un gram de
sol, variază între 1 milion-1 miliard de bacterii, între 5.000-50.000 la
ciuperci, între 3.000-30.000 la actinomicete și 500-5.000 la alge (la
adâncimea de 2-5 cm).
Microfauna solului este constituită din protozoare monocelulare
(între 100-1.000 buc./g sol), dintre care cele mai numeroase aparțin

125
încrengăturii Flagellate . Deși acțiunea lor este cunoscută, rolul
protozoarelor în sol nu este pe deplin clarificat. Numărul microorganismelor
din sol și componența lor constituie un important criteriu practic în
aprecierea activității biologice a acestora. Pentru edificarea completă a
acestei activități, este necesară și cunoașterea activității biochimice a
microorganismelor.
Microflora
Microbiota din sol este reprezentată de bacterii (eubacterii,
actinomicete, cianobacterii), fungi microscopici, alge și protozoare.
Bacteriile reprezintă grupul cel mai numeros și mai activ din sol,
predominante fiind bacteriile Gram negative. Bacteriile Gram pozitive sunt
și ele prezente fiind mai numeroase decât în mediile acvatice.
Rolul bacteriilor din sol :
– sunt implicate în circuitele geobiochimice (carbonului, azotului,
fosforului, sulfului, fierului);
– participă la procesele de mineralizare asigurând fertilitatea solului și
nutriția plantelor
– participă la solubilizarea compușilor organici și anorganici, insolubili și
inaccesibili plantelor;
– sunt organisme care fixează azotul molecular atmosferic, necesar pentru
nutriția plantelor;
– participă la agregarea particulelor de sol prin polizaharidele
extracelulare;
– participă la formarea și degradarea humusului.
Exemple: Acinetobacter, Agrobacterium, Achromobacter, Alcaligenes,
Arthobacter; Bacillus, Brevibacterium; Cellulomonas, Chromobacterium,
Clostridium, Corynebacterium; Flavobacterium; Micrococcus,
Mycobacterium; Pseudomonas; Sarcina, Staphylococcus, Streptococcus;
Xanthomonas.

126
Actinomicetele sunt un grup de bacterii tranzitoriu sau constant
filamentoase, care formează o rețea micelială ramificată.
Rolul actinomicetelor în sol:
– participă la mineralizarea unor compuși (chitina) mai rezistenți la
acțiunea bacteriilor și fungilor;
– formarea humusului prin producerea unor compuși aromatici,
structurarea solului prin agregarea particulelor de sol;
– fixarea azotului molecular (reprezentanții genului Frankia);
– formarea simbiozlor de tipul actinorizelor;
– sintetizează diferite antibiotice, care pot regla densitatea bacteriilor
sau fungilor în anumite habitate sau îndepărtează unii patogeni –
streptomicină, cloramfenicol, tetracicline, kanamicină, micostatin;
– actinomicetele termofile sunt predominante în în paiele încinse, în
grămezile de compost și în unele gunoaie de grajd.
Exemple: Actinomyces, Actinoplanes; Mycobacterium, Mycococcus,
Micromonospora; Nocardia; Streptomyces, Streptosporangium;
Thermoactinomyces, Nocardia cellulans, N. vaccinii – pot degrada celuloza ;
Streptomyces violaceus, S. cellulosae – pot degrada celuloza; Nocardia
paraffinae – poate degrada chitina și parafină; N. opaca și N. rubra – pot
degrada fenoli.
Cianobacteriile sunt bacterii fototrofe care formează cruste pe
suprafața solurilor umede fără vegetație sau se dezvoltă
pe stratul superior iluminat al solului.
Rolul cianobacteriilor:
– se pot dezvolta pe suprafața solurilor aride datoriă capacității de a
realiza fotosinteza și de a utiliza compuși anorganici simpli;
– fixează azot molecular – Anabaena, Calothrix, Nostoc, Plectonema,
Schizothrix;
– legarea particulelor de sol și stabilizarea structurii acestuia

127
Exemple: Anabaena, Aulosira; Calothrixm;Microcoleus; Nodularia,
Nostoc;Oscillatoria; Phormidium, Plectonema; Schizothrix, Scytonema;
Tolypothrix.
Fungii sunt microorganisme care trăiesc liber sau în asociație cu
rădăcinile plantelor, reprezentând o parte semnificativă din biomasa
microbiană din sol, deși sunt mai puțin numeroși decât bacteriile.
Levurile sunt reprezentate de următoarele genuri: Candida,
Cryptococcus; Debaromyces; Hansenula; Kluyveromyces; Lipomyces;
Pichia;Rhodotorula;Saccharomyces, Schizoblastosporium; Torula,
Torulopsis, Trichospora; Zygosaccharomyces
Mucegaiurile din sol aparțin la peste 600 specii dintre care: 200 din
clasa Phycomycetes – ordinul Mucorales (Absidia, Cunninghamella, Mucor,
Rhizopus); – ordinul Peronosporales (Phytium); 32 Ascomycetes –
Chaetomium și Morchella; 385 Fungi Imperfecti – Alternaria, Aspergillus,
Aureobasidium, Botrytis, Cladosporium, Fusarium, Geotrichum,
Gliocladium, Penicillium, Phoma, Trichothecium, Verticillium.
Rolul fungilor din sol:
– pot degrada substanțe organice simple (hexoze, pentoze, acizi organici,
aminoacizi, peptide) complexe (proteine, celuloză, lignină);
– participă la formarea structurii solului prin efectul de imobilizare
mecanică și agregare a particulelor de sol, asigurând stabilitatea acestora;
– participă la formarea humusului prin sinteza de substanțe aromatice
asemănătoare ligninelor care sunt introduse în rezerva din sol și prin
conversii transformate în substanțe humice;
– produc substanțe antibiotice;
– formează asociații de tip simbiotic cu rădăcinile plantelor, numite
micorize;
– unele specii acționează ca prădători, participând la menținerea
echilibrului biologic din sol.

128
CAPITOLUL XII

ACTIVITATEA MICROBIANĂ A DIFERITELOR TIPURI
DE SOL

În paralel cu modificarea tipurilor de sol are loc și o schimbare a
speciilor dominante de Bacillaceae și microorganisme celulolitice care fac
parte din micropopulația solului. Variația microbiotei nu este legată numai
de factorii climatici, ci este în funcție și de condițiile de nutriție, unele specii
de Bacillaceae depinzând de o intensă capacitate de nitrificare a solului. A
fost evidențiată de asemenea, existența unor microorganisme indicatoare,
care sunt caracteristice diferitelor tipuri de sol.
Microbiota fiecărui tip de sol se modifică în cursul unui an, paralel
cu variația factorilor climatici. Această variație sezonieră afectează în
primul rând straturile superficiale ale solului și se estompează pe măsura
coborârii în profunzime. Legătura dintre dinamica sezonieră și factorii
climatici este evidentă dar nu se poate stabili o relație directă. Unii
cercetători au explicat această variație prin acumularea și descompunerea
ritmică a unor toxine în sol, în timp ce alții au explicat variația sezonieră
prin fluctuația surselor de hrană care diminuează în timpul verii și iarna.
Diferitele tipuri de sol, formate sub influența unui complex de
factori, a dus la o mare variație taxonomică a microorganismelor care îl
populează. S-a constatat că, paralel cu modificarea tipurilor de sol, se
schimbă și micropopulația, exprimată prin dominarea unor specii, dispariția
altora sau reducerea numărului lor.
Variația activității microflorei din sol, în funcție de tipul de sol, nu
trebuie legată numai de factorii climatici, ci și de modificărea condițiilor de
nutriție pentru microorganisme.

129
P. Papacostea (1972) a pus în evidență existența, în solurile din țara
noastră, a unor microorganisme indicatoare, caracteristice unor tipuri de sol.
Astfel, a stabilit o clasificare a solurilor, pe baza microorganismelor
specifice și anume:
 Soluri cu Mucor rammanianus (foarte acide, specifice pajiștilor
alpine și acelora de sub pădure de molid), care nu sunt utilizate pentru
exploatarea agricolă.
 Soluri cu Pseudomonas acidophilus și P. pseudogley , din care fac
parte solurile podzolice și pseudogleizate.
 Soluri cu Pseudomonas lemonnieri și P. aureofaciens , care sunt
cele mai fertile.
Activitatea microbiană din sol este influențată și de textura și
structura solului care, la rândul lor, depinde de compoziția chimică a
diferitelor fracții minerale și organice din sol; compoziția chimică este, și ea,
în mare măsură, rezultat al activității microbiene a solului. Pentru același tip
de sol, există o diferențiere a distribuirii microorganismelor și a activității
lor în funcție de mărimea agregatelor.
Microflora fiecărui tip de sol se modifică, adesea, în cursul aceluiași
an, în funcție de variația factorilor climatici, adică apare o variație sezonieră
a microflorei. În zonele temperate, intensitatea maximă a proceselor
microbiene din sol s-a constatat primăvara și uneori, toamna; mai scăzută
iarna și vara. Variația sezonieră afectează în primul rând, straturile
superficiale ale solului, diminuându-se în adâncime.
Pe lângă variațiile sezoniere, microflora solului poate suferi variații
în decurs de câteva zile sau chiar în timp de 24 de ore.

130
CAPITOLUL XIII

INTERDEPENDENȚA DINTRE ACTIVITATEA
MICROORGANISMELOR ȘI PRINCIPALELE LUCRĂRI
ALE SOLULUI

Scopul pregătirii solului este de a-i modifica starea fizică, astfel încât
condițiile de umiditate, aerație, temperatură și afânare să se ridice la nivelul
cerințelor optime pentru creșterea plantelor și pentru a favoriza activitatea
microbiotei în sol. Efectul lucrării solului se manifestă în primul rând prin
îmbunătățirea gradului de porozitate. Aceasta determină posibilitatea de
acces a gazelor și în consecință a oxigenului, care reglează condițiile de
viață aerobă sau anaerobă din micromediile solului.
A fost evidențiată o corelație foarte strânsă între gradul de tasare și
capacitate de nitrificare a solului ( Stolp, 1998 ). S-a constatat că domeniul de
nitrificare maximă este cuprins între valorile de greutate volumetrică de
1,10-1,15 g/cm3. La nivele superioare de tasare, nitrificarea decurge cu
intensitate mai slabă, ceea ce denotă faptul că în solurile tasate aerația este
redusă, fiind astfel împiedicată activitatea microorganismelor nitrificatoare.
Dimensiunea agregatelor este un alt element important în complexul
factorilor fizici care condiționează activitatea microorganismelor.
Agregatele solului acționează asupra activității microorganismelor prin doi
factori: suprafața specifică și dimensiunile agregatului.
Suprafața agregatului este în relație directă cu cantitatea de gaze ce
intră în interiorul acestuia, fiind deci un criteriu al aerației, și, implicit, al
aerării. S-a demonstrat ( Măzăreanu, 1999) că activitatea bacteriilor
implicate în mineralizarea substanței organice se găsește în proporție inversă
cu dimensiunea agregatului de sol. A fost stabilită o relație strânsă între

131
aerație, dimensiunea agregatelor și intensitatea nitrificării, constatându-se că
nitrificarea este mai intensă în agregatele mici, de circa 0,25 mm, în solurile
afânate și foarte afânate. Odată cu tasarea posibilitățile de aerație pe care le
oferă agregatele de dimensiuni mari sunt superioare iar procesul de
nitrificare se desfășoară la un nivel superior.
Lucrările solului și microorganismele
Cercetările au arătat că în solul nelucrat majoritatea
microorganismelor se găsesc răspândite în stratul superficial și sunt slab
distribuite în adâncime Analizele efectuate pe un sol de tip cernoziom
moderat levigat nelucrat au scos în evidență că numărul total de
microorganisme scade considerabil chiar sub 10 cm, observându-se totodată
scăderea principalelor grupe (bacterii, ciuperci, actinomicete). Capacitatea
de nitrificare în stratul de sub 10 cm, reprezintă numai jumătate din valoarea
înregistrată în stratul superficial.
Profilul microbiologic al solului lucrat se remarcă printr-o distribuție
uniformă a microorganismelor în adâncime. În solul lucrat se produc
schimbări și în raporturile numerice dintre specii, remarcându-se o creștere a
frecvenței speciilor nesporulate: Agrobacterium radiobacter , Pseudomonas
denitrificans ¸ Micrococcus luteus . De asemenea, se poate observa o
distribuție diferită a speciilor în raport cu a celor sporogene, frecvența
speciei Bacillus megaterium (cu rol important în mobilizarea unor elemente
nutritive în sol) crescând foarte mult în solurile lucrate comparativ cu
scăderea frecvenței speciei Bacillus cereus .
Efectul favorabil al lucrării de toamnă se manifestă atât asupra
plantelor de cultură, cât și asupra activității microorganismelor din sol. În
urma analizei unor probe recoltate din parcele arate toamna, comparativ cu
cele arate primăvara ( Eliade, 1975 ) s-a constatat că în varianta de toamnă
activitatea bacteriilor nitrificatoare este mai bună.

132
Creșterea intensității nitrificării se corelează cu gradul mai bun de
afânare a solului și cu umiditatea din sol, care la rândul ei favorizează acest
proces. În ceea ce privește influența arăturii de toamnă asupra diferitelor
grupe de microorganisme se constată că ciupercile microscopice sunt mai
numeroase, având loc proliferarea în primul rând a celor din genurile
Fusarium și Aspergillus . Dintre acestea ponderea cea mai mare o are
Aspergillus niger . În solurile arate primăvara predomină speciile Aspergillus
ochraceus și Trichoderma viridis , precum și unele ciuperci antagoniste față
de unii agenți patogeni. Actinomicetele variază în limite strânse din punct de
vedere numeric, în solurile lucrate toamna observându-se tendința de
creștere care se menține în tot anul ce urmează lucrării. Microorganismele
celulozolitice înregistrează și ele o bună dezvoltare în solurile lucrate
toamna. Se evidențiază în special genul Stachybotris , cu rol important în
procesul de nitrificare, evident mai ales în solurile arate din toamnă.
În urma afânării solului se constată creșterea proporției speciilor
celulolitice aparținând genurilor Cytophaga și Cellvibrio¸ care produc o
descompunere rapidă a celulozei, precum și a altor grupe de microorganisme
ce folosesc produșii intermediari ai acesteia. Ciupercile microscopice din
solurile aerate sunt mai numeroase, evidențiindu-se în special genurile
Mucor și Stachybotris , mai puțin cele din genurile Penicillium și Aspergillus
și absența celor din genurile Fusarium și Alternaria , acestea din urmă fiind
și patogene pentru plantele superioare.
Tipul de sol, grosimea stratului arabil, cantitatea de îngrășăminte
organice și minerale, plantele de cultură influențează în mare măsură
potențialul de fertilitate a solului. Prin răsturnarea straturilor, cu aducerea la
suprafață a celor din profunzime, care au o structură mai bună, se menține în
sol un regim de umiditate mai bun din punct de vedere microbiologic,
favorizându-se intensificarea proceselor biologice în toata masa solului
arabil.

133
Ca dezavantaj al practicării arăturii adânci ar fi de menționat
degradarea treptată a structurii solului și reducerea conținutului în humus.
Cercetările efectuate ( Eliade, 1975 ) pe un cernoziom levigat moderat, în
variantele lucrate adânc la 25-35 cm au arătat că procesul de nitrificare este
mai intens decât în variantele lucrate superficial. Aplicarea îngrășămintelor
minerale sau organo-minerale stimulează activitatea microbiotei. Legat de
procesul de amonificare s-a demonstrat că acesta este evident în stratul arat
profund comparativ cu cel arat superficial. Capacitatea de fixare a azotului
s-a dovedit în cazul cernoziomurilor a fi mai intensă în solul arat la 35 cm,
unde s-au înregistrat până la 5-9 kg/ha azot fixat; aerația fiind bună, se
presupune că fixarea se datorează bacteriilor aerobe.
Administrarea gunoiului de grajd cu conținut bogat în material
energetic s-a dovedit că are o influență mai bună asupra microorganismelor
când este încorporat în sol prin arătura adâncă. În solurile cernoziomice,
după efectuarea lucrărilor de toamnă, conținutul în spori bacterieni este
foarte scăzut: 1,72 milioane/ g sol în stratul de 0-20 cm și 1,19 milioane/ g
sol la 20-40 cm. Valorile sunt în general de 2-4 ori mai mici față de datele
obținute în restul perioadei de vegetație. Datorită creării condițiilor de aerare
puternică și umiditate mai bună are loc transformarea sporilor în forme
vegetative.
Conținutul solului în spori variază în funcție de anotimp. În
primăvară numărul de spori se menține scăzut (1,34 – 2,58 milioane/g sol)
datorită umidității asigurate din iarnă. În timpul verii se constată o tendință
de acumulare a sporilor, cu un maxim în lunile iulie-august, pentru ca în
toamnă numărul de spori se scadă din nou. Din punct de vedere taxonomic
au fost evidențiate diferențe între speciile identificate la diferite adâncimi.
De exemplu, datorită favorizării nitrificării în straturile profunde se creează
condiții mai bune pentru Bacillus megaterium , care utilizează atât formele
organice cu azot, cât și cele minerale. Au fost evidențiate fluctuații între

134
speciile Bacillus megaterium și Bacillus subtilis , în funcție de adâncimea
arăturii și anotimp.
Principalii agenți ai descompunerii celulozei în sol sunt
microorganismele celulozolitice, care se dezvoltă bine în solurile aerate
profund (ex. Cytophaga , Cellvibrio ). În solurile puțin fertile se dezvoltă în
special ciupercile din genurile Chaetomium și Fusarium , în cele mai fertile
predominând bacteriile. Actinomicetele sunt favorizate în cazul arăturii
adânci și de administrarea de îngrășăminte organice cu gunoi de grajd și
îngrășăminte minerale, evidențiindu-se existența unui procent mai mare (cu
30 %) față de martorul fără îngrășăminte, în ceea ce privește acest grup de
microorganisme.
Dintre ciupercile microscopice s-a constatat frecvența mai mare a
celor din genurile Penicillium și Fusarium în solurile arate superficial, iar în
solurile arate mai adânc mai frecvente sunt ciupercile din genul
Trichoderma .

135
CAPITOLUL XIV

INFLUENȚA FACTORILOR ECOLOGICI ASUPRA
MICROORGANISMELOR

Influența pH-ului
Pentru marea majoritate a micropopulației solului, pH-ul optim este
cel apropiat de neutralitate. Așa se explică de ce în solurile cu reacție neutră
se găsește cea mai bogată și variată microfloră.
După preferințele față de pH-ul solului, microorganismele pot fi
grupate în:
– neutrofile , care preferă un pH în jur de 7. Din această categorie fac
parte cele mai multe și mai importante microorganisme din sol ( Azotobacter ,
bacteriile nitrificatoare autotrofe, microorganismele celulolitice cele mai
active, actinomicetele).
– acidofile, a căror dezvoltare maximă este la un pH în jur de 3
(genul Thiobacillus ).
– bazofile, cu o dezvoltare maximă la un pH mai mare de 8 (Bacillus
ureolitici).
– indiferente : majoritatea ciupercilor.
Ph-ul solului poate fi considerat ca un factor de reglaj al competiției
pentru hrană. De exemplu, ciupercile, care suportă ușor (chiar preferabil)
reacția acidă a solului, concurează toate celelalte microorganisme din
solurile acide.
Calcarizarea solurilor acide stimulează evident activitatea lor
biologică. Cu cât pH-ul solului neamendat este mai scăzut, cu atât este
stimulată mai puternic activitatea microorganismelor.

136
Există o corelație între conținutul de substanțe nutritive și reacția
solului, dovedită prin schimbul de ioni. Schimbul este într-un raport
echivalent între ionii de hidrogen produși de rădăcinile plantelor în timpul
respirației și a asimilării substanțelor nutritive, cu bazele absorbite prin
schimb cu mineralele argiloase și coloizii organici. Dezalcalinizarea
permanentă și formarea acizilor, în cadrul descompunerii substanțelor
organice, duce la acidifierea solului. În cazul când mineralizarea, degradarea
și unele măsuri de fertilizare nu pot acoperi dezalcalinizarea, aciditatea se
menține. Aceasta duce la o restructurare a microorganismelor, predominând
ciupercile care preferă aciditatea și bacteriile anaerobe. Consecințele sunt
următoarele: microorganismele respective descompun materialul din care se
formează humusul și produc substanțe de inhibare a creșterii; se formează
humusul brun, care duce la podzolirea solului.
Influența temperaturii
Dependența față de temperatură a microorganismelor este, în
general, mai mare decât cea a plantelor verzi. Temperatura este un factor
foarte important pentru cantitatea de humus formată în solurile din regiunile
umede cu climă temperată.
Limitele optime ale temperaturii pentru microorganismele din sol
sunt între 20-30oC. Bacteriile au o adaptabilitate foarte mare la oscilațiile de
temperatură. Referindu-ne la dinamica sintezei și descompunerii humusului,
s-a constatat că odată cu scăderea temperaturii scade, în general și
activitatea microorganismelor.
În funcție de adaptarea la factorul termic, microorganismele pot fi:
– psihrofile , cele care își desfășoară activitatea la temperaturi scăzute
(cea mai mare parte a micropopulației solurilor polare).
– mezofile sunt microorganisme a căror optim de activitate
metabolică este în jur de 30oC. În acest grup se încadrează cele mai multe și
mai importante bacterii din solurile cu climă temperată.

137
– termofile sunt microorganisme al căror metabolism este intens la
temperaturi relativ ridicate. De exemplu, specii de microorganisme din
gunoiul de grajd.
Influența apei în sol
Activitatea biologică a unui sol tinde să se diminueze odată cu
scăderea conținutului în apă, dar contrar celor observate la plante, punctul de
ofilire (pF = 4,2) nu constituie un prag indicator al încetării activității
microbiene. Se apreciază că limita superioară oricărei activități biologice
corespunde la pF=5,5-5,6. Uscarea solului peste aceste valori antrenează
moartea tuturor microorganismelor.
Această particularitate a microorganismelor față de plantele
superioare se explică în primul rând prin presiunea osmotică mai ridicată din
celulele microbiene; în al doilea rând bacteriile din sol nu pierd apă prin
transpirație ca plantele superioare și în al treilea rând suprafața de absorbție
la microorganisme față de masa protoplasmatică egală, este mai mare ca la
plante.
Moartea microorganismelor la umiditate scăzută este determinată de
mai mulți factori ca, durata și nivelul uscării, tipul microorganismului, tipul
de sol și structura solului.
În funcție de nevoile de apă, microorganismele se împart în mai
multe grupe:
● microorganisme hiperxerofile sunt germeni al căror prag este
superior valorii pF = 4,9. Aici majoritatea microorganismelor sunt cele
amonificatoare, amilolitice și cele care degradează substanțele vegetale
complexe;
● microorganismele xerofile sunt cele al căror prag este cuprins între
pF = 4,9-4,2. Aici se includ germenii care degradează celuloza, cei care
oxidează sulful, o parte din microorganismele amilolitice, amonificatorii
ureei și cei care produc nitrificarea sulfatului de amoniu;

138
● microorganismele hidrofile includ germeni care au pragul pF = 2.
Aici se găsesc agenți care descompun carboximetilceluloza, ce fixează
azotul atmosferic, precum și o parte dintre nitrificatorii sulfatului de amoniu.
Existența pragurilor diferite ridică probleme de ordin practic deosebit
de importante pentru agricultură. Astfel, una dintre consecințe este
predominarea selectivă a unor procese microbiene asupra altora. Aceasta se
întâmplă în cazul umidității situate în vecinătatea punctului de ofilire, când
predominarea proceselor de celuloliză asupra amonificării, are drept urmare
imobilizarea totală sau parțială a azotului mineral.
De asemenea, în cazul umidității scăzute predomină procesele de
amonificare, fapt ce antrenează o acumulare de azot amoniacal remarcată în
solurile în curs de uscare.
Diferitele grupe de microorganisme au un grad variat de rezistență
față de uscăciune. Astfel, ciupercile și bacteriile sunt mai sensibile,
comparativ cu actinomicetele.
Umiditatea
Descreșterea peste anumite valori a umidității solului limitează nu
numai accesibilitatea apei pentru microorganisme, dar determină și o
creștere a conținutului de săruri în soluția solului, care în aceste condiții
devine de multe ori nocivă.
Apa din sol acționează asupra microorganismelor și prin aportul său
în substanțe minerale și organice pe care le conține. Intensitatea activității
microorganismelor depinde în foarte mare măsură de grosimea peliculei de
apă (Sylvia, 1999). Nivelul optim de umiditate pentru activitatea bacteriilor
aerobe este estimat la o capacitate de reținere a apei de 50-75 %, oscilațiile
umidității determinând variații ale comunităților bacteriene. Excesul de
umiditate determină instalarea condițiilor de anaerobioză. Dezvoltarea
fungilor necesită anumite condiții de umiditate, fapt demonstrat și
experimental. Astfel pe măsura creșterii umidității solului spre valorile

139
optime, numărul hifelor crește progresiv iar cel al sporilor scade în aceeași
măsură. Alexander (1971) a demonstrat experimental că la o umiditate de
8,9% solul de pajiște conține 60 de unități hifale și 39 de spori, în timp ce la
o umiditate de 27 % a aceluiași tip de sol numărul hifelor evidențiate este de
153, iar al sporilor de 20.
Algele cu nutriție fotolitotrofă de la suprafața solului se dezvoltă în
condiții de umiditate și iluminare adecvate. Ele folosesc nutrienți minerali
(CO2, N, K, MgS, Fe, etc) pentru realizarea sintezelor organice.
Umiditatea necesară este de 60%, fapt care explică dezvoltarea lor
după ploaie și în solurile irigate. Când solul este uscat, numărul lor scade
brusc, cele mai sensibile la uscăciune fiind diatomeele.
Algele din straturile mai profunde se pot dezvolta slab
chemoorganotrof, utilizând ca sursă de carbon diferite glucide sau unii acizi
organici (acidul citric). Readuse la suprafață acestea reiau creșterea
fotosintetică. Umiditatea este în mod cert o condiție esențială pentru
existența formelor active de protozoare, pentru mobilitatea și dispersia lor în
sol, în timp ce uscăciunea favorizează închistarea.
Influența umidității scăzute asupra microorganismelor
Zarnea (1994) arată că activitatea biologică a unui sol tinde să se
diminueze odată cu scăderea conținutului în apă, dar contrar celor observate
la plante, punctul de ofilire (pF=4,2) nu constituie un prag indicator al
încetării activității microbiene. Se consideră că limita superioară oricărei
activități biologice ar corespunde la pF=5,5-5,6. Uscarea solului peste aceste
valori de pF antrenează moartea tuturor microorganismelor.
Această particularitate a microorganismelor față de plantele
superioare se explică prin presiunea osmotică mai ridicată decât în celulele
microbiene; prin faptul că bacteriile din sol nu pierd apă prin transpirație ca
plantele superioare și prin suprafața de absorbție la microorganisme mai
mare comparativ cu a plantelor. Moartea microorganismelor la umiditate

140
scăzută este determinată de mai mulți factori precum: durata și nivelul
uscării, tipul microorganismului, tipul de sol și structura solului. Existența
pragurilor diferite pentru microrganismele hiperxerofile, xerofile și hidrofile
ridică probleme de ordin practic, deosebit de importante pentru agricultură.
Una dintre consecințe este predominarea selectivă a unor procese
microbiene asupra altora. Aceasta se întâmplă în cazul umidității situate în
vecinătatea punctului de ofilire, când predominarea proceselor de
celulozoliză asupra amonificării, are drept urmare imobilizarea totală sau
parțială a azotului mineral.
În cazul umidității scăzute predomină procesele de amonificare,
rezultând o acumulare de azot amoniacal remarcată în solurile în curs de
uscare. Diferitele grupe de microorganisme au un grad variat de rezistență
față de uscăciune. Astfel, bacteriile și ciupercile sunt mai sensibile,
comparativ cu actinomicetele, conținutul redus de apă a solului favorizând
atât dezvoltarea vegetativă cât și sporularea acestora din urmă.
În condiții aride factori precum disponibilitatea nutrienților, a
materiei organice, textura solului și temperatura sunt nefavorabili dezvoltării
microorganismelor din sol. Dintre factorii de stres, seceta de scurtă durată ar
putea fi un factor stresant major care afectează diversitatea și activitatea
populațiilor bacteriene, datorită reducerii difuziei substratului în solurile
secetoase și a creșterii necesităților pentru C și N. În solurile afectate de
secetă un rol important alături de bacteriile mezofile îl joacă și cele
termofile ( Wardle, D.A., 1998 ).
Influența umidității ridicate asupra microorganismelor
În sol nivelele excesive de apă diminuează atât frecvența cât și
activitatea microorganismelor, fapt ce se datorează reducerii posibilității
aprovizionării cu oxigen. De exemplu, bacteriile nitrificatoare au nevoie de
o concentrație de 40-50 % oxigen în sol. S-a constatat ( Sylvia,1999 ) că în
solurile afânate, cu greutate volumetrică de 1,08-1,20 g/cm3 există o

141
proporționalitate directă între producerea nitraților și umiditate, până la
valori apropiate sau chiar superioare capacității de câmp. În cazul solurilor
cu grad avansat de tasare, cu greutate volumetrică mai mare (1,44-1,60
g/cm3) nivelul optim pentru umiditate necesar desfășurării procesului de
nitrificare este mai scăzut. Pentru bacteriile denitrificatoare excesul de
umiditate reprezintă un factor stimulator al activității.
Irigarea solului și microorganismele
Cercetările privind influența regimurilor de irigare asupra
microorganismelor din sol au arătat că nu există un efect cumulativ propriu
zis al irigării asupra microorganismelor. Efectul apei apare imediat în
variantele irigate și dispare îndată ce umiditatea atinge nivelul variantelor
neirigate. Concluzia este întărită de observația că în fiecare primăvară,
înainte de administrarea primei udări activitatea microorganismelor era
uniformă în tot cursul experimentului. În cursul primăverii efectul irigării
este de regulă scăzut, datorită cantității de apă suficiente în sol, din rezerva
de precipitații de peste iarnă. În timpul verii, odată cu instalarea secetei, cu
scăderea umidității la 15 % sau mai jos, influența irigației asupra
microorganismelor devine evidentă. Nevoia de apă a acestora crește și
constituie principalul factor ce dirijează întreaga activitate biologică a
solului. S-a evidențiat o diferențiere netă a solului irigat la diferite nivele,
comparativ cu solul martor neirigat.
Numărul total de microorganisme prezintă valori maxime în varianta
A1 (30 %) care fiind irigată mai recent a avut valori de umiditate superioare
(30 În general, s-a putut constatat că în perioadele de secetă există o
proporționalitate directă între nivelul umidității și numărul total de
microorganisme. La valori de umiditate în jur de 14 %, corespunzătoare
variantei neirigate, numărul total de microorganisme înregistrează valori
minime în jur de 56 milioane/g sol, în timp de la umiditatea de 40 % media
valorii obținute se situează la 72,8 milioane bacterii/g sol.

142
În ceea ce privește bacteriile sporulate s-a remarcat o
proporționalitate inversă, deoarece uscăciunea determină trecerea acestora în
forme sporulate. Nivelele ridicate de irigare, peste 25 %, determină
germinarea sporilor și trecerea bacteriilor respective în forme vegetative. De
exemplu, Bacillus megaterium este foarte sensibil la umiditate și în solul
neirigat el se găsește sub forme sporulate, superioare numeric față de solul
irigat. Irigația imprimă modificări în compoziția microbiotei solului. Dintre
ciuperci se constată o abundență a genurilor Penicillium și Fusarium . Alte
genuri, precum Trichoderma , Alternaria , Aspergillus sunt mai puțin sau
deloc influențate de irigare.
Aerația
Spațiile libere din sol, care se găsesc între agregatele și particulele
elementare ce constituie faza solidă, desemnate și prin termenul de
porozitate, sunt ocupate de atmosfera solului, care reprezintă faza gazoasă
sau de apă, care constituie faza lichidă.
Activitatea biologică a solului depinde de natura și de cantitatea
gazelor în fiecare cele trei stări ale solului, fiind bine cunoscută influența
conținutului atmosferei solului asupra microorganismelor. În prezent se
acordă o atenție mărită importanței naturii și cantității gazelor solvite în faza
lichidă (soluția solului). Distribuția microorganismelor este legată în mare
măsură și de condițiile de nutriție pe care microorganismele le găsesc în sol
și care sunt mai bine satisfăcute în orizonturile de suprafață, datorită
cantității mai mari de humus și aprovizionării mai frecvente cu resturi
organice.
Compoziția mineralogică a solului
Diferitele formații minerale din sol exercită asupra microbiotei unele
influențe care sunt în funcție nu numai de conținutul total al acestora în
diferite elemente, ci și de susceptibilitatea lor la alterarea fizico-chimică și

143
biologică, proces prin care aceste elemente devin accesibile
microorganismelor și plantelor.
Mineralele argiloase au o influență deosebită asupra microbiotei,
datorită activității specifice de suprafață și a proprietăților de adsorbție
legate de acesta. Sub formă adsorbită, materia organică devine mai
rezistentă la atacul microbian, ceea ce influențează considerabil atât viața
microorganismelor cât și plantele superioare. Dintre substanțele adsorbite
sunt numeroase enzime, care în aceste condiții sunt ferite de degradare și
continuă să provoace reacții specifice în sol.
Influența energiei radiante
Lumina solară are, adesea, o influență dăunătoare asupra microflorei
solului, chiar și asupra algelor care sunt fotosintetizante. Acțiunea
bactericidă a lumii se datorează mai ales radiațiilor din domeniul albastru-
violet al spectrului, care induc în celulele microbiene formarea de peroxizi
sau determină hidroliza proteinelor. Radiațiile ultraviolete au o foarte
puternică acțiune bactericidă la lungimile de undă cuprinse între 2000 și
3000 Å. Efectul lor în sol este minim, din cauza puterii reduse de pătrundere
în acest mediu.
Lumina difuză a zilei este necesară activității vitale a microbilor
sintetizați din sol. Lumina mai slabă și o umiditate mai ridicată favorizează
descompunerea microbiană a humusului.
Prezența în sol a unor elemente radioactive, mai evidentă în solurile
formate din roci vulcanice, stimulează formarea de nodozități la
leguminoase, activitatea bacteriilor din genul Azotobacter , a proteolizei și a
denitrificării.

144
CAPITOLUL XV

RELAȚIILE ECOLOGICE ALE
MICROORGANISMELOR DIN SOL
INTERRELAȚIILE DINTRE MICROORGANISMELE
DIN SOL

S-a mai menționat anterior că, între microorganismele din sol pot fi
raporturi de conviețuire, cât și raporturi antagoniste. Un exemplu tipic de
conlucrare și activitate reciprocă este cel oferit de popularea inițială a
rocilor, când bacterii, ciuperci și alge albastre trăiesc în vecinătate,
sprijinindu-se și completându-și activitatea. În timpul circuitului biologic al
substanțelor, apar de asemenea raporturi care se evidențiază prin activitatea
și colaborarea lor reciproc complementară.
Un alt exemplu edificator este cel privind prelucrarea resturilor
vegetale la care participă, adesea, în același timp, pe baza "diviziunii
muncii", bacterii, ciuperci și actinomicete: bacilii fitofagi și mucoraceele
prelucrează compușii ușor valorificabili ai carbonului (acizi, zahăr și
amidon) și compuși ai azotului (proteine), pe când altele ( Cellvibrio și
Pseudomonas ) prelucrează celuloza, hemiceluloza și pectina, iar
bazidiomicetele prelucrează ligninele.
Grupurile de microorganisme menționate, adesea, nu-și desfășoară
activitatea concomitent, ci în succesiunea menționată, adică în cadrul unei
metabioze.
Metabioza sau comensalismul bacterian
Prin acest fenomen se înțelege relațiile dintre reprezentanții a două
sau mai multe specii de microorganisme (care conviețuiesc și se succed) în
care unul dintre microorganisme profită iar celălalt în aparență, nici nu

145
profită și nici nu este influențat negativ. Metabioza reprezintă raporturi
generale și trepte superioare de conviețuire, care se realizează prin mai
multe mecanisme:
 Un microorganism produce metaboliți necesari altuia. Un exemplu
de metabioză foarte strictă este activitatea microorganismelor
denitrificatoare: amoniacul este transformat, în sol, în nitrit de
Nitrosomonas , iar nitritul în nitrat de Nitrobacter . Nitratul produs de
Nitrobacter este neutilizabil de Nitrosomonas , care oxidează amoniacul.
Pentru a se putea prelucra autotrof o cantitate suficientă de CO 2,
transformarea nitriților în nitrați se va efectua mult mai repede decât
transformarea amoniacului în nitriți, deoarece câștigul de energie, în cazul
formării nitriților din amoniac, este mult mai mare decât la formarea
nitraților din nitriți. În metabioaza transformării sulfului în hidrogen sulfurat
și sulfat, sulful produs în a doua etapă poate fi utilizat de către bacteriile
denitrificatoare.
La descompunerea celulozei participă trei micropopulații, în mod
succesiv. Micropopulația inițială se dezvoltă pe seama celulozei din resturile
vegetale. Produșii rezultați (glucoză, acizi organici) sunt utilizați de
micropopulația secundară. Pe seama microorganismelor moarte din
micropopulațiile primare și secundare se dezvoltă micropopulația terțiară.
 Un microorganism degradează sau inactivează o substanță care are
un efect toxic asupra celuilalt microorganism. De exemplu, unele
microorganisme degradează sau inactivează unele antibiotice, favorizând
astfel dezvoltarea microorganismelor care sunt sensibile la antibioticul
respectiv.
 Un microorganism alterează mediul, din punct de vedere fizico-
chimic. În acest caz, este interesantă metabioza ce se realizează între
bacteriile aerobe și cele anaerobe din sol, care explică faptul că bacteriile

146
anaerobe se pot dezvolta și în straturile superioare, bine aerisite, ale solului.
Un exemplu elocvent este cauza metabiozei dintre bacteriile aerobe și cele
anaerobe în cadrul agregatelor particulelor din sol: cele aerobe se dezvoltă
pe suprafața agregatelor și consumă O 2, împiedicând, astfel, difuzarea
oxigenului în interiorul agregatelor, prin aceasta favorizează dezvoltarea
bacteriilor anaerobe din interiorul agregatelor.
Raporturi antagoniste
Antagonismul constă în relații în care un microorganism sau un fag
exercită o acțiune defavorabilă asupra unui alt microorganism. Fenomenul
apare când un organism secretă în mediu produse ale activității vitale care
inhibă dezvoltarea altui organism sau îl omoară.
În sol apar următoarele aspecte de antagonisme între
microorganismele care îl populează:
-Antagonismul microbian propriu-zis, care se realizează prin:
Concurență pentru sursa de hrană , ce apare când două specii au
necesități nutritive asemănătoare. Specia cu o creștere rapidă împiedică
dezvoltarea speciei cu creștere lentă. De exemplu, la începutul
descompunerii resturilor vegetale și animale, bacteriile se dezvoltă
abundent, în timp ce actinomicetele nu se dezvoltă. După epuizarea
substanțelor ușor asimilabile, bacteriile mor. În locul lor apar actinomicetele
care se multiplică rapid, consumând resturile organice care nu au fost
descompuse de bacterii.
Modificarea mediului prin produși metabolici. De exemplu, acidul
lactic și acidul butiric, produși ai bacteriilor de fermentație, acționează
asupra tuturor microorganismelor asociate și, astfel împiedică multiplicarea
bacteriilor de putrefacție. Tot aici, trebuie menționat și fenomenul de
antibioză, când antibioticul produs de un microorganism poate elimina
dezvoltarea altor organisme din sol. De exemplu, Streptomyces grisseus
produce streptomicină, care inhibă activitatea bacteriei Bacillus subtilis .

147
Parazitismul este fenomenul prin care un fag sau un microorganism se
dezvoltă pe seama și în dauna altui microorganism. După cum s-a mai
menționat, fagii parazitează bacterii, actinomicete, cianobacterii și ciuperci,
al cărui mecanism a fost, de asemenea, descris anterior.
Sunt și bacterii și actinomicete care lizează alte bacterii, respectiv
ciuperci sau alge. Bacteriile micolitice sunt mixobacterii sau tulpini de
Bacillus și Pseudomonas , iar actinomicetele micolitice sunt streptomicete și
nocardii. Liza la cianobacterii și la algele verzi este efectuată de
mixobacterii și alte bacterii, precum și de unele tulpini de streptomicete.
Sunt și cazuri când atât parazitul cât și gazda sunt ciuperci. De exemplu,
Penicillium vermiculatum este parazit pe Rhizoctonia solani . Aceasta din
urmă poate fi parazit la rândul ei pe alte ciuperci, de exemplu pe Mucor
recuvus. Prădătorismul (predația) este un act de agresiune când un
microorganism (agresor) atacă pe un altul (prada) pe care îl capturează,
ingerează și digeră.
De exemplu, bacteriile sunt o hrană a protozoarelor (protozoarul
Rhizopoda consumă în timpul existenței sale circa 40.000 de bacterii). Prin
aceasta, însă, nu se reduce numărul bacteriilor, ci se poate, uneori, mări
intensitatea proceselor fiziologice ale bacteriilor. Astfel de relații pot fi
considerate ca relații de simbioză. Sunt și ciuperci prădătoare care consumă
animale mici, bacterii prădătoare, protozoare, metazoare și chiar
bacteriofagi. Studiul raporturilor antagoniste dintre diferiți reprezentanți ai
micropopulației solului prezintă interes în sensul dirijării lor pentru protecția
plantelor cultivate, excluzând astfel mijloacele chimice de combatere, care
prezintă multe neajunsuri.
Simbioza (mutualismul)
Simbioza este o formă de conviețuire între două sau mai multe specii
și constă într-o nutriție încrucișată: fiecare simbiont produce un metabolit pe
care nu-l poate produce celălalt. În formele ei superioare, simbioza constă și

148
într-o pătrundere morfologică reciprocă a ambilor parteneri (ex. lichenii).
Uneori, în relațiile simbiotice se pot observa și trăsături parazitare. Simbioza
poate ave loc între parteneri aparținând unor grupe diferite de
microorganisme și anume:
a) Între diferite bacterii, de exemplu, simbioza dintre bacteriile
denitrificatoare și cele fixatoare de azot, pe de o parte și bacteriile
celulolitice, pe de altă parte. (Simbioza constă în schimbul de sursă de C și
energie și de sursă de N).
b) Între bacterii și ciuperci care se bazează, mi ales pe un schimb de
factori de creștere.
c) Între bacterii și alge, de exemplu, între Azotobcter și unele alge.
d) Între bacterii și protozoare. S-a constatat că, în prezența
protozoarelor, culturile bacteriene respiră mai intens, iar cele de Azotobacter
fixează mai mult N 2. Multe protozoare conțin bacterii endosimbiotice, de
exemplu, ciliatul Spirostomul teres conține Chromatium vinosum .
e) Între ciuperci și alge, de exemplu, lichenii. Ei reprezintă forma
superioară de simbioză dintre microorganisme. Simbioza lichenilor
acționează asupra formei, metabolismului și înmulțirii organismelor
participante.

149
CAPITOLUL XVI

RELAȚIILE DINTRE MICROORGANISME ȘI
PLANTELE SUPERIOARE DIN SOL

Ciuperci producătoare de micorize
Micorizele sunt rezultatele unei asociații în cursul căreia radicelele
plantelor sunt colonizate de ciuperci microscopice specifice. Această
interrelație implică:
– asocierea relativ constantă a celor doi parteneri;
– infecția plantei de către ciuperci fără simptome patologice;
– invadarea exclusivă a cortexului radicular cu menținerea sterilității
meristemului apical și a cilindrului vascular;
– absența leziunilor și menținerea proprietăților fiziologice normale ale
celulelor radiculare;
– dezvoltarea superioară a plantelor purtătoare de micorize comparativ
cu cele lipsite de acestea.
Plantele și ciupercile se află într-o relație simbiotică sau de
parazitism reciproc fiziologic, echilibrat.
Clasificarea micorizelor:
După raportul dintre hifele ciupercilor și celulele corticale ale rădăcinii
avem:
– ectomicorize (ectotrofe) – ciupercile produc infecții hifale
intercelulare;
– endomicorize (endotrofe) – localizare intracelulară a hifelor;
– endo – ecto sau ecto – endomicorize – include ambele tipuri de
infecții;
– peritrofe.

150
Caracteristicile genetice ale plantelor determină nu numai natura
grupului de ciuperci care infectează rădăcina ci și tipul de micorize stabilite.
Ectomicorizele
Sunt asociații simbiotice rezultate din interacțiunea complexă a
miceliilor ciupercii cu rădăcina plantei, în care fungii rămân permanent
localizați extra și intercelular. Sunt larg răspândite. Plantele gazdă sunt în
special copacii care cresc pe soluri brune sau podzolizate. Micorizele sunt
mai rare la arborii izolați și situați în soluri cernoziomice. Micorizele au fost
descrise la: Pinaceae (pin), Fagales (fag), Juglandales (nuc),
Dipterocarpaceae (frasin), Mirtaceae (dafin), Tiliaceae (tei). Ciupercile de
ectomicorize aparțin claselor: Bazidiomycete evoluate (ciuperci cu pălărie),
Ascomycetes , Rhizomycetes. Speciile cele mai întâlnite sunt: Amanita
muscaria, Boletus taoides, Boletus edulis, Ruscula sp., Lactarius deliciosus
etc. Fungii de ectomicorize se dezvoltă optim la 15 – 300C și pH 4–6 (uneori
chiar 3). Aceste ciuperci produc metaboliți secundari: fitohormoni (auxine,
citochinine, gibereline), vitamine, acizi grași polinesaturați, antibiotice care
îi elibereaza direct in țesuturile plantei.
Particularități anatomice ale ectomicorizelor
Ectomicorizele au unele aspecte structurale definitorii: mantaua
fungică, rețeaua Hartig, hifele externe. Teaca sau mantaua fungică formeaza
un țesut fungic gros pseudoparenchimatos care acoperă radicelele plantei
gazdă, poate reprezenta până la 40% din greutatea uscată a rădăcinei
respective. Nu este o simplă rețea de hife ci un sistem complicat, ramificat,
întrețesut, dezvoltat din hifele care pătrund între celulele epitelice și uneori
chiar între celulele cortexului radicular. Rezultat al unei dezvoltări
considerabile a hifelor ciupercilor producătoare de micorize, teaca asigură o
mare suprafață de contact între cei doi parteneri ai asociației fără ca hifele să
pătrundă în celulele vii active.
Hifele externe

151
Teaca fungică are conexiuni cu solul din care se dezvoltă o rețea
luxuriantă de hife ramificate sau lanțuri hifale numite rizomorfe . Frecvent
acestea cresc spre suprafața solului pentru ca în condiții favorabile să se
diferențieze, formând corpuri sporifere epigee sau hipogee a căror nutriție
este asigurată de planta gazdă.
Din 1949 s-a demonstrat necesitatea absolută a conexiunii corpurilor
sporifere cu țesuturile vegetale. Apariția acestor corpuri este împiedicată
dacă se secționează rizomorfele cu plăci metalice introduse în pământ. Acest
fapt demonstrează că majoritatea ciupercilor comestibile cu sau fără pălărie
(inclusiv hifele) prezente în apropierea copacilor sunt corpuri sporifere de
ectomicorize și nu saprofiți de materie organică în descompunere așa cum s-
a prezentat inițial. Rețeaua Hartig este o caracteristică structurală a
ectomicorizelor.
Deși asigură un contact strâns cu celulele gazdei, hifele rămân mereu
localizate între celulele cortexului fără să producă infecții intracelulare.
Zonele de contact dintre fungi și planta gazdă în ectomicorize:
– în zona extremității radiculare fungii sunt în contact direct cu
celulele senescente ale vârfului vegetativ meristematic;
– în zona anterioară rețelei Hartig teaca fungică este în contact cu
celulele epidermice vii;
– în zona rețelei Hartig fungii pătrund între celulele epidermice și
uneori între celulele corticale ca sisteme hifale vii;
– în zona rețelei Hartig senescentă celulele epidermice și cele corticale
sunt pătrunse de hifele fungice.
Endomicorize. micorizele veziculo – arbusculare
Acest tip de micorize este cel mai comun, fiind întâlnit la cele mai
multe plante cultivate. Cele mai mult studiate sunt micorizele plantelor cu
importanță economică: grâu, porumb, soia, tomate, măr, căpșun, trestie de
zahăr, arbore de cafea, arbore de cauciuc, orhidee, piersic. Fungii care

152
produc aceste micorize sunt larg răspândiți în sol, mai ales in regiunea
perivasculară radiculară.
Din punct de vedere taxonomic sunt descrise 4 genuri din familia
Endogomaceae : Glomus, Sclerocystis, Gigaspora, Acaulospora . Cele mai
utilizate ciuperci producătoare de micorize sunt cele din genul Glomus.
Experimentele de inoculare a gazdelor cu suspensii sporale axenice au
demonstrat că cei mai mulți fungi au un spectru larg de gazde. Astfel
Glomus formează micorize cu mai mult de 20 specii cultivate. Există și
excepții: fungii din micorizele de la ovăz nu pot fi transmiși la orez și
invers; în schimb, cei izolați de la grâu sau secară infectează atât orezul cât
și ovăzul.
Fungii simbionți obligați parazitează cu o specificitate de gazdă
redusă. Fenomenul s-ar explica prin larga distribuție în sol și printr-o
proprietate fundamentală a metabolismului radicular comună mai multor
specii de plante.
Formarea micorizelor veziculo-arbusculare
Micorizele endotrofe de acest tip formează structuri sferice numite
vezicule și structuri ramificate cu funcție de organ absorbtiv de tipul
haustorilor numiți arbusculi.
În evoluția infecției simbiotice au fost descrise 3 faze succesive:
– dezvoltarea excesivă în sol a miceliului extraradicular (cel puțin la
câțiva centimetri de suprafața rădăcinii);
– apariția unui sistem hifal intercelular în cortex;
– infecția intracelulară, formarea de hife încolăcite, vezicule și
arbusculi în celulele vegetale.
În cazul micorizelor veziculo-arbusculare, hifele miceliene ies din
rădăcina infectată pentru a forma o rețea laxă în rizosferă și în solul
adiacent. Greutatea hifelor extraradiculare e 1-6% din greutatea rădăcinei

153
proaspete. Lungimea hifelor din sol e corelată cu lungimea rădăcinei
infectate, ex. trifoi – 1,29m hife/cm de rădăcină.
Contactul dintre membrii asociației de tip micoriză endotrofă este
foarte asemănătoare celui observat în infecțiile fungice biotrofe ale
plantelor. Pe măsură ce hifele fungice infectante pătrund în celula vie,
peretele celular vegetal și plasmalema par să se invagineze astfel încât hifele
sunt acoperite cu un înveliș derivat din aceste structuri de suprafață. Se pare
că fungii inhibă sau modifică activitatea enzimelor gazdei implicate în
producerea și maturarea peretelui celular.
Zona de contact implică participarea plasmalemelor vii ale ambilor
membrii ai asociației separată de un spațiu apoplastic ce constă din: peretele
hifal modificat și peretele celulei gazdă. Apoplastul este țesutul “mort” al
plantei, care nu manifestă activitate metabolică activă ci lentă, ex. peretele
vaselor lemnoase, ritidomul.
Pe măsură ce asociația îmbătrânește se comportă ca și cum fungii ar
deveni mai puțin apți să mențină sau să genereze modificările caracteristice
ale peretelui celular celulei gazdă. Plasmalema celulei gazdă continuă să
elibereze vezicule ce conțin polizaharide și să formeze polimeri fibroși, dar
își recapătă proprietatea de a-i organiza într-o structură.
Fungii de micorize endotrofe atacă planta gazdă ca un parazit pentru
că hifele se comportă ca haustorii fungilor patogeni obligați. In general
fungii producători de ectomicorize rămân localizați in straturile externe ale
cortexului radicular. Când încearcă să pătrundă în interiorul rădăcinii ei sunt
distruși de răspunsul defensiv al gazdei. Endospermul si meristemul apical
sunt lipsiți de infecție fungică. De aceea endospermul plantei reprezintă o
barieră fungică. Când ciupercile depășesc această barieră, ciupercile
producătoare de micorize devin patogene.

154
Micorizele ecto-endotrofe
Sunt prezente doar la speciile de arbori din Gimnosperme (ex. brad,
pin, molid) care formează obișnuit endomicorize. Se pare ca sunt limitate
numai la primele stadii de vegetație ale arborilor (pepiniere). Considerate
inițial ca forme de tranziție, aceste micorize au particularități anatomice ale
ambelor tipuri majore de micorize. Rădăcinile cu ecto-endomicorize sunt
mai alungite, mai subțiri, mai puțin ramificate dicotomic decât cele
purtătoare de ectomicorize. Mantaua fungică nu e atât de bine dezvoltată.
Aceste micorize au concomitent rețea Hartig în cortex și hifele pătrund
intracelular. Speciile de plante lipsite de simbionți fungici naturali sunt
înconjurate invariabil de un miceliu abundent apartinând speciei
Cenococcum graniforme recunoscută ca fiind capabilă să intre în simbioză
cu diferite plante.
Micorizele peritrofe
Se caracterizează prin hife plastice care înconjoară rădăcina cu care
au contact indirect, superficial, fără conexiune directă. Miceliile epirizice au
o foarte mare zonă de extindere, putând atinge cca 4m/m3 sol. Ele preiau
nutrienții rezultați prin descompunerea resturilor radiculare și îi utilizează ca
sursă de energie.
Rolul micorizelor in biologia plantelor
Prezența micorizelor conferă plantelor avantaje numeroase și
diferite, între care cele legate de nutriție, dezvoltare și protecție contra
agenților patogeni sunt cele mai des evidențiate. Micorizele funcționează ca
adevărate organe absorbtive radiculare. Deoarece rețeaua Hartig formează o
mare suprafață de contact cu celulele vegetale, absorbția nutrienților e mult
mai mare decât cea prin perii radiculari; în plus ramificațiile rădăcinilor
induse de fungi crește și mai mult suprafața absorbantă, creând situsuri
adiționale de legare a hifelor. Rădăcinile infectate cu fungi de micorize sunt
de 2-3 ori mai lungi decât cele neinfectate, de asemenea au masă mult mai

155
mare și sunt mai ramificate. Formarea perilor radiculari e supresată, iar
funcția lor e preluată de hifele fungice ce măresc raza de disponibilitate a
nutrienților din plante.
Fungii de micorize au rol foarte activ în preluarea nutrienților, ei
secretă metaboliți care cresc solubilitatea ionilor minerali legați în sol și care
de asemenea cresc mobilitatea acestora. Ionii anorganici sunt preluați
eficient și translocați direct în rădăcină, prevenindu-se pierderea lor prin
levigare.
Hifele fungice larg răspândite în sol traversează regiunile deficitare
în nutrienți sau cu nutrienți inaccesibili din apropierea rădăcinilor, pentru a
se ramifica și explora zone noi, la distanță inaccesibilă plantei ca atare. Cu
timpul, în jurul ciupercilor producătoare de micorize, apar noi zone cu
deficit de nutrienți, dar ramificarea și creșterea continuă a hifelor și
conexiunile lor cu solul permit exploatarea extensivă a acestuia.
Procesul e mult mai avantajos energetic pe unitatea de suprafață
absorbantă decât creșterea și ramificarea rădăcinii:
– exploatare intensivă: fosfat anorganic insolubil, fosfat puțin solubil;
– exploatare extensivă.
Fosforul e puțin mobil în sol, nu se menține în soluția solului. În solurile
fertile fosforul e menținut în soluția solului datorită humusului (cu cât solul
are mai mult humus cu atât P solubil e mai mult). Micorizele mențin P în
soluția solului mai ales pe soluri sărace în humus. În cursul simbiozei fungii
produc multe substanțe care mențin echilibrul simbiotic cu celulele
radiculare și care de asemenea influențează semnificativ procesul de
absorbție. Ciupercile producătoare de micorize sintetizează auxină,
fitohormon care stimulează dezvoltarea sistemului radicular și citochinină,
fitohormon care împiedică maturarea și suberizarea țesutului radicular,
favorizând prelungirea perioadei fiziologic active. Modificarea echilibrului
hormonal determină și modificări ale dezvoltării plantelor de cultură. S-au

156
descris la tutun, căpșun și porumb maturări mai rapide decât la plantele
lipsite de micorize. Unii autori susțin existența chiar a unui fenomen de
dependență a gazdei de micorize, în sensul acumulării superioare de
biomasă (intensificarea fotosintezei și a cantității de carbon fixat care trece
spre fungi).
Rolul protector al micorizelor
Ciupercile producătoare de micorize formează o barieră fizică, ce
împiedică accesul fitopatogenilor din sol. Mantaua fungică acoperă părțile
mai fragile ale radicelelor fără să lase nici o breșa, împiedicând astfel un
contact direct al rădăcinilor tinere cu solul.
Mulți fungi de micorize produc acizi volatili cu efect fungistatic și
antimicotic care limitează dezvoltarea microorganismelor, menținând un
echilibru între fungii simbiotici și cei patogeni din sol. Dacă o parte din
rădăcini au fost distruse de prezența micorizelor active, dezvoltarea de fungi
în regiunea neinfectata poate compensa semnificativ aceste distrugeri.
Alte funcții ale micorizelor
Fungii de micorize sunt responsabili uneori de degradarea și
absorbția nutrienților din litieră (stratul de frunze acumulat pe sol). Miceliul
extramatriceal al fungilor din micorizele veziculo-arbusculare are un rol
important în legarea granulelor de nisip și în stabilizarea dunelor.
Asemănător se comportă și hifele externe ale ciupercilor producătoare de
ectomicorize. Având în vedere toate aceste efecte benefice, ciupercile
producătoare de micorize sunt folosite sub forma unor biopreparate
inoculante în agricultură și silvicultură.
Inocularea artificială cu fungi producători de micorize e indicată în
cazul împăduririi regiunilor anterior lipsite de apă, regiunilor situate la mare
altitudine sau a zonelor cu climă nefavorabilă, a solurilor neprielnice și
nutrițional adverse (ex. soluri nisipoase sau podzolizate, sărăturate). De

157
asemenea în cazul introducerii unor specii în noi habitate e nevoie de
inoculare cu ciuperci producătoare de micorize.
Biopreparatele inoculante se obțin prin prelevarea și măcinarea
rădăcinilor arborilor cu micorize bine dezvoltate. Se obțin până la 75g
spori/kg rădăcină uscată. Stabilitatea preparatului e de aproape 4 luni.
Utilizarea fungilor de micorize veziculo-arbusculare e mai limitată.
Biopreparatul se obține prin cultivarea ciupercilor de endomicorize pe
rădăcinile unor plante cu dezvoltare vegetativă mare. Ex. Glomus e cultivat
pe rădăcini de salată și se obține produsul comercial VAM inoculant .
Rezultate spectaculoase s-au obținut pe soluri slab fertile: brun-roșcate,
podzolizate, sărăturate. În cazul solurilor cu fertilitate naturală ridicată
(cernoziomuri) efectele nu sunt la fel de semnificative.
Crearea artificială de micorize endotrofe s-a dovedit utilă în cazul
colonizării plantelor pe habitate marginale (sterilul de la mine metalifere sau
cărbune, halele de cenuși ale termocentralelor etc.). Producerea artificială a
micorizelor cu fungi foarte eficienți reprezintă o alternativă la chimizarea
solului prin creșterea eficienței de preluare a nutrienților și scăderea nevoii
de administrare a îngrășămintelor, putându-se asigura dezvoltarea unor
plante care în unele condiții create tolerează creșterea pe soluri cu fertilitate
scăzută sau pe diferite sisteme perturbate.

158

CAPITOLUL XVII

CIRCUITUL AZOTULUI. FIXAREA SIMBIOTICĂ ȘI
NESIMBIOTICĂ, AEROBĂ ȘI ANAEROBĂ A AZOTULUI
MOLECULAR

Azotul este un element esențial pentru existența vieții în biosferă,
deoarece este inclus în structura tuturor proteinelor și a acizilor nucleici.
Deși este prezent în natură în cantități foarte mari, se găsește aproape
invariabil în forme inaccesibile direct, plantelor și animalelor.
Circuitul azotului în natură se desfășoară pe parcursul a mai multor
etape care implică desfășurarea unor multiple activități biochimice, unele au
loc în anaerobioză iar altele în prezența oxigenului. Aceste etape sunt:
fixarea N 2; amonificarea; nitrificarea; denitrificarea.
Amonificarea
Substanțele organice azotate, reprezentând 99% din rezervele totale
de N2 din sol, constau din rezerve humice și din alți compuși acumulați în
mod natural în sol prin procesul de fixare biologică a N 2 și prin cel de
degradare a resturilor organice vegetale și animale, a îngrășămintelor verzi
și a bălegarului.
Însăși celulele bacteriene reprezintă o masă de substanță organică,
predominant proteică, de aproximativ 6 t/ha, la care se adaugă circa 20 de
tone reprezentate de restul microflorei și microfaunei. Dacă acest N 2 organic
ar rămâne ca atare, rezervele de N 2 accesibile plantelor s-ar micșora în
fiecare an și nu ar mai permite creșterea plantelor.

159
În mod normal însă, aceste substanțe suferă un proces de
mineralizare, la sfârșitul căruia sunt aduse în stare de NH 3.
Procesul de amonificare propriu-zis este precedat de descompunerea
moleculelor proteice prin hidroliză, cu ajutorul proteazelor extracelulare
eliberate de numeroasele specii de microorganisme aerobe și anaerobe după
formula generală:
H 2O H 2O H 2O
proteină peptone peptide aminoacizi
proteinaze peptonaze peptidaze

Aminoacizii rezultați din această degradare pătrund în interiorul
celulelor bacteriene, unde suferă un proces de dezaminare, din care rezultă
NH3 și acidul organic corespunzător. Se întâlnesc mai multe tipuri de
dezaminare și anume:
1. Dezaminarea hidrolitică
2. Dezaminarea hidrolitică și decarboxilare
3. Dezaminarea reducătoare
4. Dezaminarea reducătoare cu decarboxilare (anaerobă)
5. Dezaminarea oxidativă cu decarboxilare
6. Dezaminarea cu desaturare.
Din asemenea reacții, în afară de NH 3, pot rezulta acizii: acetic,
formic, propionic, butiric, valerianic. În funcție de condițiile de mediu și
natura microflorei, acești acizi pot fi oxidați complet la CO 2 și H2O (în
mediul aerob), acumulați ca atare, transformați în alcooli.
Amonificarea în sens strict poate fi definită deci ca un proces
biologic în care se eliberează în sol NH 3, ca rezultat al acțiunii microflorei
solului asupra aminoacizilor rezultați din descompunerea substanțelor
proteice. În acest sens nu este inclusă în amonificare, eliberarea de NH 3 sub
acțiunea micoflorei temporare de putrefacție.

160
În acest proces NH 3 poate fi refolosit ca atare, de o serie întreagă de
microorganisme. Cea mai mare parte din el suferă în continuare o
transformare absolut necesară pentru viața din sol, în forme accesibile
plantelor, iar restul poate fi fixat în sol, mai ales în soluri acide sau se
evaporă în atmosferă.
Microflora capabilă să producă amonificarea substanțelor proteice
este numeroasă și diferită și acționează în timp după cum urmează:
La începutul procesului intervin bacterii obligat aerobe cum sunt:
Bacillus cereus var. micoides, B. subtilis, B. thermoproteolyticus , specii
nesporulate ca: Serratia marcescens , Arthrobacter etc. și specii facultativ
anaerobe cum sunt: Proteus vulgaris , Pseudomonas fluorescens ,
Escherichia coli, Sarcina lutea etc.
După 2-3 zile intră în acțiune specii obligat anaerobe cum sunt:
Clostridium putrefaciens, C. perfringens și unele actinomicete ca:
Streptomyces violaceus și Micromonospora chaleea , care încep să
predomine și fac ca degajarea de NH 3 să fie maximă.
Începând cu ziua a 4-a mediul este invadat de mucegaiuri și
degajarea de NH 3 descrește datorită faptului că acestea folosesc NH 3 pentru
sinteza proteinelor proprii și produc mult acid care neutralizează amoniacul.
Hidroliza ureei este realizată de un grup numeros de microorganisme
capabile să producă enzima ureaza. În acest grup întâlnim specii din
genurile: Achromobacter sp., Bacillus sp., Clostridium sp., Corynebacterium
sp., Pseudomonas sp ., actinomicete și microfungi filamentoși.
La acestea se adaugă grupul urobacteriilor caracterizate prin
rezistența la concentrații mari de uree și la pH alcalin și prin capacitatea de a
elibera cantități mari de NH 3. Din grupa urobacteriilor fac parte: Bacillus
(Urobacillus) pasteuri , Micrococcus ureae, Planosarcina ureae etc.
Activitatea amonificatoare a urobacteriilor este foarte importantă
deoarece ureea conține 47 % N 2 – care ar fi altfel neutilizat de plante.

161
Cantitatea de uree eliminată în natură este mare atingând câteva zeci de
milioane de tone pe an. Se estimează că populația umană ar elimina în 24
ore circa 15.000 t N ureic, iar animalele circa 1.500.000 tone. La aceste
cantități se mai adaugă îngrășămintele cu uree, aplicate prin tehnologiile
actuale sub formă de cianamidă de Ca.
Acest compus fabricat din N 2 din aer și carbură de calciu nu este
asimilabil de către plante. Ea suferă în sol unele transformări abiotice și
biotice enzimatice până la NH 3.
Nitrificarea
Nitrificarea este un proces de oxidare a NH 3 și a altor forme reduse
ale N2 anorganic eliberate în sol în cursul procesului de amonificare, în
nitrați care reprezintă forma asimilabilă pentru majoritatea plantelor verzi.
În același timp însă, nitrații reprezintă și forma sub care N 2 din sol
este pierdut, deoarece fiind solubili, sunt spălați de ploaie sau reduși la NH 3,
nitriți sau chiar N 2 molecular prin denitrificare.
Natura biologică a acestui proces a fost demonstrată prin suprimarea
lui în urma sterilizării solului prin încălzire la 110oC, sau prin tratarea cu
vapori de cloroform. În laborator s-a demonstrat că procesul se desfășoară în
două faze:
1. Nitritarea – constă în dispariția NH 3 și înlocuirea lui cu nitriți.
2. Nitratarea, înlocuirea nitriților cu nitrați (HNO 2 HNO 3).
Microorganismele nitrificatoare sunt autotrofe chimiosintetizante
care își procură prin reacții chimice oxidative, energia necesară pentru
producerea substanțelor celulare proprii.
Ele sunt aerobe stricte – răspândite practic în toate tipurile de sol, și
folosesc ca sursă de carbon, C mineral din CO 2 și carbonați, iar ca sursă de
N amoniacul sau nitriții.

162
Între bacteriile nitroase – nitrit bacteriile – putem cita: Nitrosomonas
europaea, Nitrosococcus oceanus, Nitrosospira briensis și Nitrosolobus
multiformis , care transformă sărurile amoniacale în nitriți.
Bacteriile nitrice (nitratbacteriile) frecvent întâlnite sunt: Nitrobacter
Winogradskii, Nitrospira gracilis și Nitrococcus mobilis , ce realizează etapa
a doua a nitrificării, nitratarea – care constă în oxidarea nitriților până la
nitrați. Nitrificarea care reprezintă a 3-a fază a circuitului azotului în natură,
este un proces de importanță excepțională, deoarece aduce substanțele
azotate în forma cea mai ușor accesibilă plantelor.
De altfel, s-a observat că în general numărul microorganismelor
nitrificatoare este proporțional cu fertilitatea solului, putând ajunge, în
solurile fertile, până la un milion de bacterii pe gramul de sol. Numărul mare
de nitrificatori din solurile fertile, comparativ cu solurile înțelenite, se
datorează și faptului că primele sunt lucrate și deci bine aerate.
Denitrificarea
Nitrații acumulați în sol, ca rezultat al procesului de nitrificare, sunt
în parte consumați de plantele superioare, iar o cantitate variabilă este
spălată de apele de infiltrare și șiroire. Nitrații pot fi folosiți și de
microorganisme, fie că sunt asimilați în cursul proceselor de sinteză a
protoplasmei acestora (asimilarea nitriților), fie că sunt reduși, pentru
oxidarea unei substanțe organice sau minerale.
Denitrificarea reprezintă un proces care închide circuitul prin
întoarcerea N 2 molecular în natură. Reducerea nitraților în procesul de
denitrificare se face fie până la N 2 sau NH 3, fie până la stadii intermediare ca
nitriți, acidul hiponitros etc.
Condițiile optime de producere sunt realizate în solurile saturate cu
apă și în structurile profunde în care pot reacționa următoarele grupuri de
microorganisme. Bacteriile denitrificatoare propriu zise ce reduc NO 3- la N2
sunt: Pseudomonas stutzeri și Pseudomonas denitrificans .

163
Dintre microorganismele din flora generală a solului capabile să
reducă NO 3- la NO 2- sunt: Bacillus megaterium, Escherichia coli,
Pseudomonas aeruginosa etc., precum și unele bacterii sulfuroase ca:
Thiobacillus denitrificans .
Semnificația procesului de denitrificare este încă controversată,
acesta fiind considerat de unii autori ca un fenomen patologic, inconstant și
relativ rar în condiții naturale ale solurilor de cultură. Este sigur că reducerea
nitraților până la N 2 gazos reprezintă pentru solul respectiv o pierdere reală
care poate ajunge până la 120 kg N 2/ha/an, cu toate că o parte din N 2 degajat
poate fi preluat de fixatorii de N 2 anaerobi cum sunt: Clostridium
pasteurianum .
În același timp, reducerea incompletă, până la stadiile intermediare,
de nitriți și NH 3, este mai puțin dăunătoare pentru fertilitatea solului
respectiv, deoarece NH 3 poate fi folosit de unele microorganisme
heterotrofe, în timp ce nitriții sunt preluați de nitratbacterii și reoxidări în
nitrați.
Rolul azotului și a fixării biologice
Azotul este un element care intră în alcătuirea proteinelor, acizilor
nucleici și a multor alte molecule biologice fiind, deci, un element
indispensabil pentru viață. Studiile efectuate pe plan mondial au demonstrat
că fertilizarea contribuie cu circa 40% la creșterea recoltelor per unitate de
suprafață. Dintre îngrășăminte, azotul ocupă rolul principal prin aportul său
în determinarea sporului de recoltă și prin ponderea sa. Prin urmare,
satisfacerea nevoilor alimentare ale populației globului în continuă creștere,
precum și furnizarea unora dintre materiile prime pentru industriile care și le
iau de la agricultură, depind în mare măsură, de asigurarea cantităților
corespunzătoare de azot alături de celelalte elemente necesare
metabolismului plantelor. Sursele de azot sunt reprezentate de
îngrășămintele minerale, îngrășămintele organice (gunoaie, nămoluri și alte

164
reziduuri) și formele alternative biologice (bacterii fixatoare de azot
atmosferic simbiotice, nesimbiotice si asociative). Agricultura durabilă,
strategia mondială actuală a dezvoltarii agricole, presupune practici ecologic
sănătoase și economic atractive. Fixarea biologica a azotului este o
tehnologie care răspunde ambelor deziderate, oferind mijloace de reducere a
costurilor și a inputurilor energetice. Pentru aprecierea importanței
procesului biologic de fixare a azotului trebuie să se țină seama de
considerente majore, cum este cel al utilității pentru lumea vie (prin
implicarea, alături de fotosinteză, în producerea de substanță organică
primară, combustibil, fibre) și cel al utilității economice (reprezentând sursa
naturală și preponderentă de azot accesibil plantelor de cultură, conservarea
umidității solului, prevenirea eroziunii) (Bohlool, 1990). Procesul de fixare
biologică realizează reducerea azotului din atmosferă, unde se găsește în
cantități mari, de aproape 77000 tone deasupra fiecărui hectar de sol, pe
seama energiei solare inepuizabile, captată fotosintetic. Deci, procesul este
neconsumator de energie fosilă, supus autoreglării sistemului în care se
desfășoară și nepoluant pentru mediu.
Capacitatea de a fixa azotul atmosferic este o însușire care aparține
atât unor procariote (bacterii fototrofe sau heterotrofe, cianobacterii și
actinomicete), libere sau asociate cu plantele, grupate sub denumirea
generică de microorganisme diazotrofe, cât și, în pofida a ceea ce se credea
până nu de mult, unor eucariote din regnul vegetal.
Numeroase cercetări au semnalat prezența și abundența unor diverse
grupe de microorganisme fixatoare de azot, în cele mai diferite condiții de
mediu. Fixarea de azot de către heterotrofele libere, în mediile naturale, nu
este semnificativă decât în prezența unor surse corspunzătoare de energie și
carbon. Cele mai mari cantități de azot sunt fixate în rizoplanul și rizosfera
anumitor plante datorită exsudatelor lor radiculare.

165
Condiția obligatorie pentru ca un organism să poată realiza reducerea
azotului atmosferic, în condiții normale de temperatură și presiune, este
deținerea unei informații genetice pentru sinteza și controlul unui sistem
enzimatic complex denumit “nitrogenază”. Sistemul enzimatic nitrogenazic
este format din două componente proteice diferite, care funcționează asociat
într-un ciclu catalitic.
Desfășurarea procesului de fixare biologică a azotului este
condiționată de numeroși factori endogeni și exogeni. Acești factori pot fi
clasificați, după gradul de participare, în factori primari, secundari și terțiari.
În categoria factorilor primari sunt cuprinși factorii endogeni
implicați direct în reacția centrală a fixării: concentrația de nitrogenază,
gradul de saturare al nitrogenazei cu substratul de reacție și concentrația
produsului rezultat – amoniul. Nivelul cantitativ al nitrogenazei diazotrofilor
nu este factor limitativ pentru fixare la temperaturi în jur de 200C, dar
devine limitativ când temperaturile scad sub acest nivel (Hardy si Havelka,
1976).
Alături de factorii primari, alți determinanți ai procesului de fixare
sunt reprezentați de căile de asimilare ale amoniacului produs, mecanismele
de represie enzimatică, mecanismele de excludere a ionilor de hidrogen din
apropierea nitrogenazei, sistemul enzimatic pentru conversia molibenului
într-o formă catalitic activă.
Factorii primari indispensabili pentru desfășurarea procesului de
fixare a azotului trebuie priviți în strânsă interdependență cu un factor
secundar, fotosinteza. În cursul perioadei de creștere, atât intensitatea
fotosintezei cât și activitatea de fixare a azotului de către nodozități merg
paralel și ating valori maxime înaintea înfloritului. După aceasta se
instalează o competiție privind repartizarea produșilor asimilați între
organele reproducătoare și nodozități, tradusă prin diminuarea progresivă a
activității de fixare a azotului.

166
Dependența strânsă a procesului de fixare a azotului atmosferic de
fotosinteză se manifestă și prin variații nictemerale. Analiza acestora indică
faptul că activitatea maximă coincide cu perioada de fotosinteză cea mai
intensă.
Factorii generali care acționează asupra fixării azotului, prin
intermediul fotosintezei, ating maximum de corelare în cazul simbiozelor de
la leguminoase și sunt: intensitatea energiei luminoase, dimensiunea
complexului fotosintetizator (densitatea plantelor, suprafață foliară totală),
potențialul hidric, competiția între maturarea plantei și necesitățile de
funcționare ale nodozităților, creșterea concentrației în dioxid de carbon.
Importanța factorului lumină este primordială, dar acesta devine
limitant numai când celelalte condiții, în special temperatura, sunt optime
pentru fixare.
Dintre factorii de mediu generali, tensiunea de oxigen are un rol
limitant, reacția de fixare desfășurându-se numai în condiții de anaerobioză.
Expunerea îndelungată la oxigen inactivează, în mod ireversibil, sistemul
enzimatic nitrogenazic.
Prezența în sol a unei cantități adecvate de molibden asimilabil
reprezintă o necesitate generală pentru bacteriile fixatoare de azot libere sau
simbiotice. De asemenea, insuficiența sulfului în sol restrânge sinteza
sistemului enzimatic în a cărui structură intră acest element. Un alt factor
general care condiționează desfășurarea procesului de fixare a azotului
atmosferic este nivelul azotului mineral din sol.
Efectele inhibitoare ale azotului mineral asupra simbiozei la
leguminoase au fost demonstrate, dar s-au acumulat și dovezi practice care
susțin că doze mici de azot combinat, dacă sunt corect aplicate în timp, pot
stimula formarea de nodozități și fixarea de azot (Obaton si col. 1982).
Asupra sistemelor simbiotice, aciditatea solului exercită un efect
complex, explicat printr-o acțiune directă, însoțită de multiple efecte

167
colaterale. Acțiunea directă, se manifestă la începutul formării nodozităților,
în stadiul numit “acido-sensibil” și constă în inhibarea activității pectinazei
sau formării mucigelului, secretat de rădăcinile leguminoaselor. Mucigelul
înglobează în mod specific bacteriile simbiotice și le protejează de pH-ul
acid al solului. Efectele colaterale se adresează plantelor care, în mediu acid,
suferă fenomene de intoxicație prin absorbție mărită de metale grele. De
asemenea bacteriile, în condiții de aciditate, pierd capacitatea de fixare a
azotului molecular.
Necesitățile în calciu ale sistemelor simbiotice de la leguminoase
sunt ridicate și sunt mult mai mari decât cele ale partenerilor analizați
separat. Cerințele față de calciu sunt maxime în faza de inițiere a
nodozităților, intervenția sa specifică exercitându-se asupra mitozelor.
Aciditatea, deficiența de calciu, excesul de aluminiu și mangan se corelează
în anumite tipuri de soluri, mai puțin propice pentru simbioza la
leguminoase, cum sunt solurile podzolice din România. Amendarea cu
calciu corectează o parte din aceste deficiențe. Solurile cernoziomice asigură
instalarea și evoluția unei simbioze eficiente în fixarea azotului.
Rolul jucat de temperatură în desfășurarea proceselor de fixare a
azotului este încă discutat. Se consideră că fixarea este mult mai activă în
regiunile tropicale și subtropicale comparativ cu regiunile temperate. S-a
demonstrat că 24-300C constituie intervalul de temperatură optim la care
simbioza este funcțională în regiunile temperate. Acesta coincide cu
temperaturile optime pentru dezvoltarea plantelor.
Tipurile de microorganisme fixatoare de azot
Identificarea și selectarea microorganismelor asociate cu plante și
ameliorarea genetică, sunt strategii alternative de obținere a recoltelor care
beneficiază de fixare de N
2. Fixarea de N
2 (fixare fără formare de nodozități)
de la bacterii asociate este o metodă corespunzătoare pentru exploatarea

168
fixării de N
2 în plante neleguminoase (Bitton, 2002). S-a recunoscut și
folosul bacteriilor fixatoare în bioremediere. Fixarea de N 2 poate diminua
consumul de azot necesar consorției bacteriene folosit pentru degradarea
combustibilului diesel.
Proprietatea de fixare biologică a azotului molecular condiționată de
prezența unui sistem enzimatic specific: nitrogenaza, este limitată la câteva
genuri de bacterii (Bains, 2004).
Bacteriile care participă la această fixare au fost grupate astfel:
– bacterii fixatoare de N 2 libere aerobe;
– bacterii fixatoare de N 2 libere anaerobe;
– bacterii fixatoare de N 2 care trăiesc în asociație cu plantele.
În cazul celui de-al treilea grup în funcție de relația care se stabilește între
cei doi parteneri, întâlnim trei tipuri de simbioză:
 simbioza Rhizobium – leguminoase;
 simbioza Actinomicete – neleguminoase;
 simbioza asociativă.
Prin procesele de fixare biologică sunt introduse în sol cantități
foarte mari de azot.
Microorganismele fixatoare de azot posedă un complex enzimatic
denumit nitrogenază capabil să activeze tripla legătură a moleculei de azot,
care poate fi astfel redusă la amoniac.
Procesul se desfășoară la o temperatură relativ scăzută de 15-40oC frecvent
întâlnită în sol și la presiune atmosferică normală.
În funcție de numeroși factori, dar mai ales de planta de cultură,
cantitatea de azot atmosferic fixată biologic variază între limite foarte largi.
Fenomenul de fixare a azotului de către microorgansime a fost pus în
evidență în anul 1888 de către Berthelot. Acesta a urmărit în paralel variația

169
azotului în vase cu sol nesteril și în vase cu sol steril, constatând că în solul
nesteril conținutul în azot crește, pe câtă vreme în vasele cu sol sterilizat nu.
Fixarea nesimbiotică a N 2 de microorganisme libere aerobe
În anul 1901 Beijerinck reușește izolarea din sol a două specii de
bacterii, care au capacitatea de fixare aerobă a azotului molecular. Ulterior,
cercetările au evidențiat existența și a altor specii capabile să realizeze acest
proces.
Dintre cele mai cunoscute specii putem enumera:
– Azotobacter chroococcum;
– Azotobacter vinelandii;
– Azotobacter agile;
– Azotobacter insigne;
– Azotobacter macrocytogenes;
– Azotobacter mobile;
– Azotobacter fluminensis;
– Beijerinckia indica;
– Derxia gummosa;
– Rhodospirillum sp.;
– Rhodopseudomonas sp.
Dintre acestea cele mai răspândite și mai cunoscute sunt cele din
genul Azotobacter . Bacteriile din genul Azotobacter sunt răspândite în
natură mai ales în solurile cultivate, bogate în humus cu reacție neutră și se
găsesc rar în solurile acide, podzolice, turboase și mlăștinoase.
Morfologia lor este foarte variabilă în funcție de condițiile de mediu,
fapt ce explică descrierea la un moment dat a numerose specii separate care
ulterior au fost considerate ca sinonime. Dintre speciile genului Azotobacter
cea mai răspândită și mai eficace este Azotobacter chroococcum .
Azotobacter chroococcum prezintă o serie de aspecte morfologice
considerate ca făcând parte dintr-un ciclu de evoluție corelat cu vârsta.

170
În funcție de vârsta coloniei celulele apar diferențiat:
1. Celule tinere, au aspect de bastonașe groase de 2 x 4 m, cu capetele
rotunjite, izolate sau în perechi.
2. Celulele adulte, sunt sferice sau ovale ca niște coci mari de 2 x 1,2 m,
conținând numeroase granulații constituite din lipide, volutină, glicogen etc.
3. Celulele bătrâne care apar în a 5-a zi de dezvoltare a culturii, sunt aproape
sferice și au dimensiuni mai mici de 1,5 x 1,3 m. În condiții nefavorabile
de mediu apar chiștii.
Chiștii sunt prevăzuți cu un perete gros, format din două straturi și
apar prin modificarea celulelor adulte sau a celulelor bătrâne. Aceștia mai
poartă numele de macrochiști. Citoplasma lor este constituită din proteină
concentrată.
Chistul este o formă latentă, de rezistență a germenului, care sub
această formă se menține viabil mai multe luni sau chiar ani. Prin germinare,
din chiști iau naștere celule tinere care reiau ciclul descris.
În condiții de cultură pe medii lichide Azotobacter formează un văl
gros la suprafață, albicios, care cade treptat la fund, formează un depozit
dens albicios și care mai târziu devine brun-negru.
Pe mediile solide formează colonii lucitoare, la început incolore,
vâscoase, cu tendința de scurgere prin glisare pe suprafața mediului. Cu
timpul ele se colorează în brun-negru, datorită pigmentului melanic.
Bacteria se dezvoltă la temperatura cuprinsă între 9-35oC și la un pH
între 5,8-8,5, fiind foarte sensibilă la aciditate sub pH=5,8.
Este strict aerobă, Gram negative și oxidează complet hidrații de
carbon până la CO 2, fără a produce în mediu metaboliți intermediari. În
condiții optime fixează aproximativ 20 mg N 2 pentru fiecare gram de
glucide oxidate.

171
Randamentul fixării este variabil de la o tulpină la alta, după natura
sursei de carbon. Deosebirile dintre diferitele tulpini constau în viteza
acțiunii lor, unele fiind în stare să fixeze în 3 zile 100 % din concentrația
finală, în timp ce altele realizează fixarea întregii cantități numai după 12
zile.

Fixarea nesimbiotică anaerobă a azotului molecular
Fixarea anaerobă a N 2 a fost evidențiată încă din 1893 de
Winogradski care a reușit izolarea și cultivarea pe un mediu nutritiv lipsit de
N, a speciei Clostridium pasteurianum , specie mult răspândită în sol.
Ulterior au fost descrise și alte specii anaerobe care aparțin genurile:
Desulfovibrio sp., Desulfatomaculum sp., Methanobacillus sp .
Clostridium pasteurianum , face parte din grupul bacteriilor butirice.
Se prezintă în cazul formelor tinere vegetative sub formă de bastonaș Gram
pozitiv, cu capetele rotunjite, cu dimensiuni variabile, cuprinse între 1,5-8 x
0,8-1,3 m. Este mobil, cu cili dispuși peritrichi, adesea fuziform. La
celulele bătrâne apar forme de involuție, filamentoase sau cocoide, iar
conținutul celulelor este granulos și se colorează în violet cu soluție iodurată
Lugol, conținând substanțe iodofile.
Bacteria prezintă un spor central cu diametrul de 1-1,3 m; este un
microorganism anaerob obligat, care se dezvoltă în condiții optime la 20-
30oC și la un pH = 7,3-8,9.
Cultivat pe un mediu ce conține substanțe hidrocarbonate dar, lipsit de N,
obține energie din fermentarea acestora și fixează N 2 atmosferic. Cantitatea
de N fixat este proporțională cu cantitatea de glucoză fermentată și este de
aproximativ 3 mg pe gramul de glucoză consumată.
Randamentul fixării N, de către Clostridium pasteurianum este
maxim când este asociată cu bacteriile celulolitice anaerobe care pun la

172
dispoziție hidrați de carbon solubili ca glicerina sau manita care se găsesc în
sol în concentrații mici. Fixarea anaerobă a N 2 are un rol esențial în solurile
puțin aerate sau invadate de apă (mlaștini, orezării) unde Clostridium
pasteurianum este principalul fixator de azot. În ceea ce privește proporția
dintre cele două specii descrise, Fedorov arată că în soluri Azotobacter
chroococcum a fost găsit numai în 30 % din cazuri, în timp ce Clostridium
pasteurianum în 70 %, având deci o preponderență mai mare.
CAPITOLUL XVIII

FIXAREA SIMBIOTICĂ A AZOTULUI MOLECULAR

Prima semnalare a fixării N 2 de microorganisme asociative a fost
făcută în anul 1974. Cercetările efectuate au pus în evidență existența a mai
multor specii de bacterii ale genului Azospirillum sp., Bacillus sp.,
Klebsiella sp ., care trăiesc în asociație cu rădăcinile unor graminee:
– Azospirillum lipoferum – porumb;
– Azospirillum brasilense – grâu, orez;
– Bacillus macerans – porumb;
– Klebsiella pneumoniae – Poa pratensis.
În România prima semnalare a fost realizată în anul 1980 de către
Hera. Fixarea asociativă este mai răspândită de aproximativ 5 ori în zonele
tropicale față de zona temperată.
Simbioza Rhizobium – leguminoase
În solurile cultivate cu leguminoase, în afară de fixarea N 2 atmosferic
de către bacteriile libere aerobe sau anaerobe se mai produce și fixarea de
către microorganismele simbiotice care trăiesc în nodozitățile de pe
rădăcinile acestor plante.

173
Deși formarea de nodozități pe rădăcinile plantelor leguminoase se
cunoaște din antichitate, fenomenul era considerat ca un proces patologic,
tumoral sau datorat unor înțepături de insecte.
Abia în 1865, Voronin a descris nodozitățile și corpusculii ce-i
conțin, iar în 1887 Beijerinck a izolat și descris bacteriile care le produc.
Biologia bacteriilor de nodozități
Bacteriile care produc nodozități la leguminoasele cu care trăiesc în
simbioză, aparțin genului Rhizobium care cuprinde mai multe specii
distincte, cu capacitatea de a infecta numai anumite plante gazde, după cum
urmează: Rhizobium leguminosarum – mazăre, bob, linte, R. trifolii – trifoiul,
R. japonicum – soia, R. phaseoli – fasolea, R. lupini – lupinul, R. meliloti –
lucerna.
Activitatea diferitelor specii de Rhizobium este variabilă de la o
specie la alta, în funcție de două proprietăți biologice importante:
infecțiozitatea, care reprezintă capacitatea de a produce nodozități și
eficiența, care se referă la capacitatea de a fixa N 2.
Bacteriile ajung în zona rizosferică la nivelul perișorilor absorbanți
fiind stimulate de secrețiile radiculare care au rol chimiotactic pozitiv, după
care are loc un proces de recunoaștere a celor doi parteneri. Recunoașterea
se realizează prin intermediul unor substanțe specifice denumite generic
lectine. După legarea ireversibilă are loc deformarea perișorului radicular,
care ia formă de cârlig, sub acțiunea unor substanțe eliminate de bacterii.
Ulterior, peretele perișorului absorbant este dizolvat sub acțiunea
unor enzime secretate de bacterii și acestea pătrund în interior formând un
cordon de infecție care ajunge în celulele parenchimului cortical.
Cordonul este format la început dintr-o matrice mucoasă în care se
găsesc bacterii și care treptat se acoperă cu o teacă celulozică. Acest manșon
este constituit din secreții ale ambilor parteneri.

174
Pe măsură ce cordonul infecțios înaintează, bacteriile se multiplică
continuu și sunt eliberate fie prin unele fisuri ale acestuia, fie prin
extremitatea lui distală și se așează la periferia celulelor unde se multiplică
activ. În același timp celulele cortexului radicular infectat se multiplică
rapid, transmițând infecția bacteriană celulelor fiice.
Rezultatul acestei proliferări este nodozitatea, care la început este
inclusă în cortexul radicular, apoi îl deformează pe măsură ce crește și în
cele din urmă îl rupe.
Ea apare ca rezultat al invadării și multiplicării bacteriilor în celulele gazde
și al acțiunii unor substanțe stimulente de tipul auxinei (acid indolilacetic),
secretate de bacterii.
La leguminoasele erbacee anuale nodulul este o structură efemeră, în
timp ce la cele perene durează 5-6 ani, după care suferă modificări
degenerative care duc la necrozarea și detașarea lui de rădăcină.
S-a constatat că în procesul fixării N 2 nu toate nodozitățile sunt la fel
de active, ele împărțindu-se în două categorii:
 Nodozități "eficiente", sunt relativ puțin numeroase și se formează mai
ales pe rădăcinile principale; sunt mai voluminoase și au o suprafață netedă
sau rugoasă. Aceste nodozități conțin un pigment roșu de natură proteică,
leghemoglobina (hemoglobina leguminoaselor).
Nodozitățile eficiente au o structură caracteristică fiind constituite din mai
multe regiuni:
– regiunea periferică este reprezentată de cortexul nodozităților, format din
mai multe straturi de celule, compacte, cu rol de protecție;
– regiunea meristematică, este situată în regiunea distală a nodozități fiind
formată din celule neinfectate și asigură creșterea nodozităților prin
diviziune;
– regiunea centrală este alcătuită din trei zone distincte:

175
a – zona de invazie, situată sub meristem, este formată din celule neinfectate
și celule mărite, infectate;
b- zona simbiotică, ocupă porțiunea cea mai mare din nodozități și prezintă
două subzone:
– subzona simbiotică timpurie, cu celule ce conțin bacterii care nu
proliferează;
– subzona simbiotică tardivă, celule pline cu bacterii. Este zona de fixare
activă a N 2.
c – zona de senescență, corespunde celulelor și bacteriilor în curs de
degenerare sau moarte.
 Nodozitățile "neeficiente", sunt mai numeroase, mai mici, cu suprafața
netedă și sunt răspândite pe tot sistemul radicular. Infecția lor este foarte
limitată, ele conțin foarte puține bacterii. Activitatea lor durează numai
câteva zile, iar față de celelalte sunt nepigmentate.
Mecanismul simbiozei plantă-bacterie
Bacteriile simbiotice iau energia necesară asimilării azotului
molecular, prin procedee de degradare a substanțelor hidrocarbonate
furnizate de planta gazdă. La rândul lor bacteriile asimilează N 2 atmosferic
până la stadiul de acid aspartic care este preluat de plantă. Aceasta, prin
transaminare enzimatică în prezența acidului piruvic sintetizează alanina. În
continuare planta gazdă sintetizează ceilalți aminoacizi, prin transaminare,
pornind de la alanină și diferiți acizi cetonici.
Leghemoglobina este singurul reprezentant al hemoglobinelor din
regnul vegetal, aceasta apare în stadiul activ al fixării, numai în nodulii
eficienți, aflați la maturitate, ca rezultat al simbiozei între bacterii și
leguminoase. În acest sens bacteriile aduc nucleul "hem" iar planta
"proteina". Pigmentul nu poate fi sintetizat separat nici de bacterii nici de
planta gazdă și fixarea N 2 este proporțională cu concentrația pigmentului din
nodozități.

176
Microorganisme simbiotice fixatoare de azot:
Bacterii simbiotice care produc nodozități: Rhizobium,
Bradyrhizobium, Sinorhizobium, Azorhizobium – leguminoase; Rhizobium –
neleguminoase ( Trema cannabina ); actinomicete ( Frankia) – angiosperme
neleguminoase ( Alnus, Myrica , Ceanothus, Comptonia, Casuarina );
cianobacterii ( Nostoc, Anabaena ) – Cycas, Bowenia etc (Zarnea, 1984).
Cianobacterii simbiotice cu alte organisme eucariote: Nostoc –fungi
(licheni) Peltigera, Collenia ; Nostoc – hepatice ( Anthocera, Blasia etc.);
Anabaena – Pteridophyta (Azolla); Nostoc – angiosperme ( Gunnera).
Simbioze asociative: Paspalum – Azotobacter paspali ; Digitaria decumbens
– Spirillum lipoferum (bacteriile cresc pe / si in radacini fara sa produca
nodozitati).
Speciile de bacterii fixatoare de azot care produc nodozități pe
rădăcini și pe tulpini descrise în literatura de specialitate sunt: Rhizobium
leguminosarum bvs. trifolii, viciae siphaseoli, R. galegae, R. tropici, R. etli,
R. gallicum, R. giardini, R. huautlense, R. mongolense, Synorhizobium
meliloti, S. fredii, S. saheli, S. teranga, S. medicae, Mesorhizobium loti, M.
huakuii, M. ciceri, M. tianshanense, M. mediterraneum, M. plurifarium, M.
amorphae, Allorhizobium undicola, Bradyrhizobium elkanii, B. japonicum,
B. liaoningense, Azorhizobium caulinodans (Berner si al., 2005).
Bacteriile implicate in fixarea simbiotica la leguminoase apartin
familiei Rhizobiaceae (genurile Rhizobium, Bradyrhizobium ). În general,
toate solurile normale conțin bacterii de nodozități aparținând genului
Rhizobium.
Incadrarea sistematica a rizobiilor.
Speciile de rhizobii care produc nodozități pe rădăcini și pe tulpini
sunt: Rhizobium leguminosarum bvs. trifolii, viciae și phaseoli, R. galegae,
R. tropici, R. etli, R. gallicum, R. giardini, R. huautlense, R. mongolense,
Synorhizobium meliloti, S. fredii, S. saheli, S. teranga, S. medicae,

177
Mesorhizobium loti, M. huakuii, M. ciceri, M. tianshanense, M.
mediterraneum, M. plurifarium, M. amorphae, Allorhizobium undicola,
Bradyrhizobium elkanii, B. japonicum, B. liaoningense, Azorhizobium
caulinodans (Berner si col., 2005).
Bacteriile implicate in fixarea simbiotica la leguminoase apartin
familiei Rhizobiaceae (genurile Rhizobium, Bradyrhizobium ).
În stare liberă, rizobiile se prezintă ca bacterii de formă bacilară, fără
endospori, gram-negative, aerobe și mobile datorită prezenței a 1-6 flageli.
Unicitatea acestor bacterii constă în faptul că pot induce structuri specifice
la leguminoase, așa numitele nodozități situate pe rădăcini sau tulpini.
Conform ultimelor studii taxonomice, în grupul rizobiilor sunt incluse
genurile Rhizobium, Sinorhizobium, Mezorhizobium, Bradyrhizobium și
Azorhizobium (de Lajaudie și col., 1994; Jarvis și col., 1997; Haukka, 1997).
Bacteriile diferă între ele, unele formând nodozități cu un număr limitat de
leguminoase, altele având un cerc larg de plante gazdă. Distincția făcută
între Rhizobium și Bradyrhizobium se bazează, în principal, pe rata de
creștere pe extractul de drojdii și capacitatea de a utiliza diferite surse de
carbon.
Genul Rhizobium constă din specii care prezintă rate mari de creștere
pe extractul de drojdii și care utilizează numeroase zaharuri, polioli și acizi
organici. Genul Bradyrhizobium are creștere lentă, are necesitățile
nutriționale mai specializate și preferă pentozele. Genul Azorhizobium se
caracterizează prin capacitatea de a forma nodozități pe tulpini (Dreyfus și
col., 1988; Martínez-Romero, 1994). Speciile genului Rhizobium sunt
răspândite, de regulă, în rizosferă.
Celulele bacilare au diametrul de 1-1,4 x 0,6-0,8 µm. Sunt Gram
negative, ciliate și foarte mobile. În nodozitățile rădăcinilor leguminoaselor
celulele iau forma literelor T, X și Y. Sunt bacterii aerobe, heterotrofe și nu
formează spori. Temperatura optimă de dezvoltare este de 250C.

178
Rhizobium leguminosarum pe medii de cultură formează colonii
albicioase și mucilaginoase. Celulele au diametrul de 0,5-0,9 µm și o
lungime de 1,2-3 µm. Celulele sunt flagelate peritrich. În sol se găsesc pe
rădăcinile plantelor de Pisum, Lathyrus, Vicia, Lens (Dunca et al., 2004) .
Celulele de Rhizobium leguminosarum var. phaseoli sunt mai mici
decât la Rhizobium leguminosarum. Celulele sunt flagelate peritrich.
Coloniile sunt gri albicioase și mai putin mucilaginoase ca la Rhizobium
leguminosarum . În sol se găsesc pe suprafața rădăcinilor de Phaseolus
vulgaris și Phaseolus coccineus .
Rhizobium leguminosarum var. trifolii prezintă de asemenea celule
flagelate peritrich. Celulele sunt în majoritatea cazurilor piriforme și
prezintă vacuole. Se găsesc în nodozitățile rădăcinilor de Trifolium sp. și în
sol.
La Rhizobium meliloti bacteroizii din noduli au aspect de bastonaș.
Celulele au 2-3 flageli peritrichi. Se găsesc în nodozitățile rădăcinilor de
Melilotus, Medicago și Trigonella.
Rhizobium lupini este formată din celule care se deplasează cu
ajutorul a 2-3 flageli. Se găsește în sol și în nodozitățile rădăcinilor de
Serradella, Lupinus și Ornithopus.
La Rhizobium loti bacteroizii din noduli au tot aspect de bastonaș,
celulele au un flagel polar. Formează nodozități la următoarele plante: Lotus
corniculatus, Lotus tenuis, Lupinus densiflorus, Anthyllis vulneralia,
Mimosa etc.
Efectele inoculării cu Rhizobium – formarea nodozităților
Formarea nodozităților radiculare și manifestarea capacității de
fixare a azotului atmosferic este rezultatul unei interacțiuni reușite între
bacterie și planta gazdă, ca urmare a parcurgerii unor etape succesive și
obligatorii.

179
Nodozitățile fixatoare de azot atmosferic la plantele leguminoase se
formează pe rădăcini, fiind un rezultat al unei creșteri tisulare anormale dar
limitate, cu organizare armonioasă și diferențiată. În interiorul nodozității,
bacteroizii fixează azotul molecular care este apoi utilizat de către planta-
gazdă (Mihăescu, Gavrila 1989 în Ghețea și al. 2002).
Acest proces este rezultatul a patru stadii fiziologice distincte:
preinfecția, infecția și formarea nodozității, funcționarea nodozității,
îmbătrânirea.
Etapele inițiale ale procesului de infecție constau în: colonizarea
radiculară, atașarea la rădăcini, răsucirea perișorilor sugători și formarea
filamentului de infecție (Robertson și col.,1981).
În stadiul de preinfecție, celulele rizobiene libere migrează spre
rizosfera plantei gazdă datorită excretării de către rădăcină, a unei game
variate de compuși. După ajungerea în rizosferă, are loc recunoașterea între
gazdă și bacterie, proces ce implică transmiterea unor semnale mutuale
specifice pentru activarea și transcrierea genelor implicate în simbioză
(Schell și col., 1988).
Atașarea bacteriilor la rădăcini are loc în zone speciale de infecție,
care corespund regiunii perișorilor absorbanți tineri. Formarea filamentului
de infecție în celulele perișorilor absorbanți e o etapă specifică și se produce
ca urmare a unui proces de degradare a pereților celulari radiculari.
Celulele gazdei reacționează prin formarea unor structuri tubulare,
așa numitele filamente de infecție, care închid bacteriile aflate în diviziune.
Structura nodozităților
Într-o secțiune longitudinală prin nodozitate, zona cea mai
îndepărtată este meristemul apical. Imediat lângă acesta este așa numita
zonă de invazie, alcătuită din celule mari, ce vor fi infectate de rizobii.
În zona simbiozei incipiente celulele sunt diferențiate în infectate și
neinfectate. După zona incipientă urmează o zonă de simbioză activă, unde

180
are loc reducerea și asimilarea azotului. Regiunea proximală a nodozității
este zona senescentă, unde apare degenerarea celulei vegetale și a
bacteroizilor. Cortexul nodozităților înconjoară zonele centrale ale acestora.
Cortexul nodozității e divizat de un endoderm periferic, într-un cortex
interior și unul exterior.
Genul Azospirillum
Prima specie de Azospirillum a fost izolată de Beijerinck (1925) în
Olanda, dintr-un sol nisipos sărac în azot și a fost denumită inițial Spirillum
lipoferum . Ulterior, bacteria a fost izolată din unele alge marine și din
filosfera unor plante tropicale. Döbereiner și Day (1976) au relatat larga
distribuție în rizosfera multor buruieni tropicale. După aceasta, bacteria a
fost izolată de la rădăcinile a numeroase plante sălbatice și cultivate, cereale
și leguminoase din soluri tropicale, subtropicale și temperate.
Ca aspect, speciile de Azospirillum sunt bastonașe mai groase,
curbate, cu mărimea între 0,8-1,0×25 μm. Celulele sunt Gram negative, însă
la Azospirillum brasiliense s-a observat o variabilitate în ceea ce privește
caracterul Gram. Celulele sunt mobile, cu un singur flagel polar. După 1993,
bacteria s-a bucurat de o atenție deosebită datorită capacității sale de
stimulare a creșterii plantelor.

Fig. 3 Azospirillum brasiliense

181

CAPITOLUL XIX

CIRCUITUL CARBONULUI ȘI SULFULUI

Sursele de carbon introduse în sol sunt numeroase: carbonul mineral
al CO2 atmosferic și carbonații telurici, urmează apoi carbonul organic al
vegetalelor și animalelor sub forme multiple, de la glucide simple până la
substanțe polimerizate ca celuloze sau cu structuri complexe ca lignina.
Metabolismul acestor forme diverse este diferit în sol datorită însăși
structurii substanțelor carbonate și florei multiple zimogene care acționează
asupra acestor substanțe.
Aceste diferențe se traduc prin viteza de atac diferită și prin produșii
de metabolism intermediari obținuți. Dacă produșii finali ai oxidării și
mineralizării carbonului organic sunt în mod constant CO 2 și H2O (CH 4 în
condiții de anaerobioză), produsele intermediare sunt foarte variate, sub
formă de acizi organici și zaharuri, mai mult sau mai puțin complexe.
Mineralizarea carbonului organic este în mod excepțional realizată
într-o singură etapă și numeroase grupuri de bacterii și ciuperci intervin în
mod succesiv pentru a ajunge la produse simple terminale.
Metabolismul carbonului mineral
Majoritatea bacteriilor au nevoie pentru metabolismul propriu de
bioxidul de carbon (CO 2) dar acesta intră în ciclul biologic în cantități
relativ mici. Există grupări fiziologice de bacterii care nu pot metaboliza

182
decât carbonul mineral, cum sunt autotrofele sau litotrofele, care joacă un
anumit rol în sol. Între acestea în primul rând sunt bacteriile ce posedă
pigment asemănător cu clorofile (bacterioclorofilă) și algele ce posedă
clorofilă, care sunt organisme fototrofe. Metabolismul acestora este
asemănător cu cel al plantelor superioare, energia fiind furnizată de către
radiațiile luminoase. Bacteriile lipsite de pigment de tip clorofilian își iau
energia din oxidări ale substanțelor minerale reduse (în mod esențial NH 3 și
SH2); această energie le permite să reducă CO 2 și să metabolizeze carbonul,
fiind organisme chimiolitotrofe. Printre ele se află bacteriile nitrificatoare și
unele care intervin în ciclul sulfului și fierului. Cu ajutorul carbonului
mineral astfel metabolizat cu apa și cu substanțele minerale luate din sol
autotrofele realizează sinteza protoplasmatică, trăiesc, respiră și ca urmare
elimină CO 2; în felul acesta ciclul mineral al carbonului se încheie.
Importanța teoretică a metabolizării carbonului mineral este foarte
mare, din punct de vedere cantitativ nu are decât un rol restrâns comparativ
cu acela al ciclului organic ce provine de la vegetale și animale.
Metabolismul carbonului organic
Carbonul organic este în mod esențial de origine vegetală fiind
introdus în sol prin procese naturale (țesuturi vegetale moarte, sub formă de
rădăcini, frunze care ajung în sol odată cu moartea plantelor) și prin procese
artificiale cum este încorporarea unor vegetale parțial metabolizate, sub
formă de gunoi natural și artificial.
Carbonul organic de origine animală este din punct de vedere
cantitativ mai puțin important, fiind format din viețuitoarele faunei telurice
după moartea acestora sub formă de cadavre. În acest caz descompunerea se
realizează prin fenomene de putrefacție, unde rolul carbonului este foarte
slab, datorită raportului C/N foarte scăzut. Astfel, țesuturilor vegetale
reprezintă o masă foarte însemnată de materie organică în natură.

183
Plecând de la carbonul mineral atmosferic, de la apă și sărurile din
sol, vegetalele au făcut sinteza constituenților celulari. În ceea ce privește
substanțele carbonate, țesuturile vegetale sunt constituite din: glucide –
monoze, dioze, trioze, polioze, amidon, inulină, dextrină, hemiceluloză;
glucozizi – acizi organici volatili, grăsimi, ceruri și rășini, lignină.
În decursul creșterii cerealelor, se produce o sporire a proporției de
celuloză, hemiceluloză și lignină, corelată cu scăderea proteinelor și mai
ales a fracțiunilor solubile. Ca atare țesuturile plantelor în vârstă vor fi mai
dificil și mai lent descompuse în sol, decât ale plantelor tinere. Lemnul este
dificil fermentescibil în sol și rolul ligninei este din acest punct de vedere
important prin îmbogățirea acestuia cu materie organică. Legăturile acestor
produse cu celuloza și grupările uronice ale hemicelulozelor, face aceste
glucide foarte rezistente la acțiunea microbilor din sol.
Degradarea glucidelor simple și a substanțelor solubile în apă
După ce resturile de țesuturi vegetale sunt încorporate în sol,
glucidele și substanțele solubile sunt primele atacate de microorganisme și
dispar în câteva zile, ajungându-se la produșii finali CO 2 și apă. Etapele
intermediare sunt însă diferite, în funcție de umiditatea, aerația și
temperatura solului, care condiționează intervenția fie a bacteriilor aerobe,
fie a celor anaerobe sau a ciupercilor. În cazul atacului bacterian aerob se
formează acizii piruvic, lactic, acetic, acetaldehida iar ca produși finali CO 2
și H2O. În cazul intervenției ciupercilor aerobe se produc: acidul gluconic,
citric, oxalic, fumaric, succinic, etc. Atacul bacteriilor anaerobe are ca
rezultat intermediar formarea de acizi volatili ca acidul lactic, hidrogenul,
metanul și CO 2. În urma acțiunii fungilor anaerobi se produc acid fumaric și
alcool. Aceste procese au fost urmărite în condiții de laborator dar în natură
situația este mult mai complexă, deoarece produșii intermediari formați sunt
fie metabolizați imediat de către alte grupe de microorganisme, cum este
cazul la Azotobacter care utilizează alcoolii și acizii organici pentru sinteza

184
proprie a compușilor săi celulari, fie mineralizați complet până la CO 2 și
H2O.
În ceea ce privește produșii solubili în apă, a fost studiată problema
zaharozei care este descompusă de flora zimogenă. Mai întâi intervine
Bacillus megaterium care formează acid oxi-butiric și apoi proliferează
genul Pseudomonas care utilizează acest acid eliberat de primul,
producându-se și aici o reacție în lanț.
Degradarea hemicelulozelor
Cantitatea hemicelulozelor în resturile vegetale variază între 6-30%
din greutatea uscată, în funcție de specie și vârsta plantei. Hemicelulozele
sunt polizaharide ce însoțesc celuloza în țesuturile vegetale și care sunt
grupate în pentoze și hexoze. Dintre pentoze fac parte: xilanul format din
resturi de xiloză și arabanul din resturi de arabinoză. Dintre hexoze fac parte
mananele – constituite din resturi de manoză, glucomananele alcătuite din
resturi de glucoză și manoză și galactamanele, formate din resturi de
galactoză și manoză. Dintre hemiceluloze, galactanele sunt mai rezistente la
atacul microbian, în timp ce xilanele și mananele sunt mai repede
metabolizate, fiind descompuse de o floră nespecifică. Viteza de
descompunere a acestor substanțe depinde de cantitatea de azot accesibil și
în timp se produce în mod eșalonat și în ritm diferit. Astfel, în paiele de ovăz
care conțin circa 23% hemiceluloză, se descompun în primele 4 zile 10%
apoi 8,5% în următoarele 4 zile și numai 4,50% în cele 8 zile care urmează.
Microorganismele care descompun hemiceluloza se succedă într-o
anumită ordine începând cu bacilii nesporulați, bacilii sporulați și
cocobacilii. Aproape constant apare și Azotobacter care nu este capabil să
atace direct hemicelulozele, dar folosește produșii intermediari de
metabolism formați de celelalte grupe de bacterii. Dintre ciuperci s-au
identificat în acest proces Zygorhynchus , Cuninghamella, Rhizopus,
Trichoderma, Humicola, Aspergillus niger și A. fumigatus .

185
Actinomicetele au fost identificate de asemenea ca fiind active în
descompunerea hemicelulozelor. Unele bacterii polifage, sunt capabile să
atace și hemicelulozele. Printre acestea se numără: Alcaligenes sp.,
Pseudomonas sp., B. Circulans și Sporocytofaga myxococcoides care este o
bacterie celulolitică autentică. Activitatea microflorei hemicelulolitice este
foarte variată în funcție de tipul de sol și conținutul în substanță organică a
țesuturilor vegetale. Numărul bacteriilor hemicelulolitice este cel mai mare
în solurile neutre și apoi în cele acide.
Degradarea amidonului
Amidonul nu reprezintă decât o parte foarte slabă în țesuturile
vegetale, cu excepția semințelor unde ajunge până la 70% din greutatea
uscată și în tuberculii de cartof.
În funcție de natura solului, greu sau ușor, de umiditate și de
temperatură, procesul de amiloliză se desfășoară în mod diferit. Astfel, în
terenurile de cultură mijlocii bine aerate și semisaturate în umezeală, la
temperatura de 18șC intervin în degradarea amidonului unele bacterii și
ciuperci ca: Aspergillus, Fusarium, Rhizopus .
În solurile saturate în apă și cu celelalte condiții asemănătoare, se
găsesc bacterii aerobe și facultativ anaerobe din genul Bacillus, mai ales B.
macerans, B. subtilis și B. cereus . În aceste condiții fenomenul este mai
rapid. În aceleași condiții dar la o temperatură mai ridicată până la 33șC
intervin bacteriile strict anaerobe de tip Clostridium și amiloliza este foarte
rapidă. Se întâlnesc bacteriile Clostridium butyricus, Cl. perfringens și de
asemenea Clostridium pasteurianum care fixează azotul și ia o parte la
degradarea amidonului. Procesul de amiloliză din sol este astfel rezultatul
activității unei microflore abundentă, puțin specializată, bacteriană și
fungică, care degradează amidonul până la stadiul de dextrină, apoi dextrina
este metabolizată de alte microorganisme. O microfloră mai restrânsă și mai
specializată este capabilă să hidrolizeze amidonul până la acizi, alcooli și

186
gaze. În ansamblu această activitate merge în paralel cu fertilitatea aparentă
a solului și cu bogăția microflorei totale.
Degradarea pectinei
Conținutul în pectină al țesuturilor vegetale este variabil de la 10-
30%, în funcție de specie, de organe și de vârsta plantelor. Pectinele sunt
substanțe cu greutate moleculară ridicată care aparțin grupului
poliuronidelor. Ele formează în condiții favorabile geluri în contact cu apa și
se împart în mai multe grupări. Protopectinele sunt derivații ale acidului
poligalacturonic legați prin anumiți constituenți cu membrana celulară. La
descompunerea substanțelor pectice participă unele bacterii, actinomicete și
ciuperci, bacteriile anaerobe fiind agenții principali de descompunere.
Bacteriile pectinolitice anaerobe sunt reprezentate prin speciile de
Clostridium cum sunt: Clostridium aurantibutyricum ce atacă atât pectina
purificată cât și pectina din resturile vegetale. Clostridium felsineum care
atacă numai pectina din resturile vegetale. Între speciile aerobe de bacterii se
încadrează Bacillus polymyxa, B. macerans și reprezentanți ai genurilor
Pseudomonas, Arthrobacter și Corynebacterium . Între actinomicetele
pectinolitice se situează genurile Streptomyces și Micromonospora . Dintre
ciupercile pectinolitice fac parte mai multe genuri ca: Aspergillus ,
Fusarium , Alternaria , Botrytis, Monilia, etc.
Descompunerea celulozei
Celuloza reprezintă 45-80% din greutatea uscată a resturilor vegetale
și constituie cea mai importantă parte a substanțelor organice care se întorc
în sol. Fedorov apreciază cantitatea de C găsit în sol sub formă de celuloză
la 350 milioane tone în compoziția organelor vii și la 700 miliarde tone în
sol și turbă. Celuloza este un polizaharid (C 6H10O5) format dintr-un lanț de
1:4 βD – glucopiranoză (celobioză), care constituie scheletul peretelui
celular la plante.

187
Celuloza este foarte rezistentă la degradare, exceptând
descompunerea produsă sub acțiunea microorganismelor, datorită căreia
plantele ar primi la hectar aproximativ 15 tone CO 2 pentru nutriția lor
carbonată.
În acest fel degradarea și mineralizarea microbiană a celulozei
reprezintă și din punct de vedere cantitativ unul din procesele cele mai
importante ce se petrec pe suprafața globului. Degradarea biologică a
celulozei a fost evidențiată prima dată de Omelianschi care a studiat
fenomenele descompunerii aerobe, iar apoi Vinogradscki a stabilit și rolul
deosebit al degradării anaerobe. Din hidroliza celulozei rezultă glucoză și
celobioză care la rândul ei este descompusă în glucoză. Acești compuși apar
numai excepțional în sol, deoarece procesele biologice merg până la stadiile
de combustie incompletă, cu eliberare de acizi și alcooli sau completă până
la CO2 și H2O a glucozei.
Microorganismele se dezvoltă direct pe fibrele de celuloză de care se
fixează și produc hidroliza enzimatică a celulozei, în cursul căreia fibrele își
pierd consistența, se gonflează și se transformă într-o masă cu o consistență
păstoasă și gelatinoasă. Degradarea aerobă a celulozei poate fi realizată de
bacterii și ciuperci. Bacteriile celulolitice pot fi puse în evidență
însămânțând grăunți de pământ pe suprafața unei hârtii de filtru așezate pe
gel de siliciu impregnat cu o substanță azotoasă. După câteva zile de
incubare la 30șC apar colonii colorate diferit, în galben, cărămiziu, brun
deschis, roz portocaliu, verde și foarte rar brun deschis și negru. Culoarea
coloniilor variază în funcție de vârsta culturii și de specie.
Microorganismele celulolitice pot fi criofile, adică rezistente la
temperaturi scăzute, mezofile sau termofile. Cele mai multe dintre acestea
sunt mezofile sau termofile și se împart la rândul lor în microorganisme
aerobe și anaerobe. Între microorganismele celulolitice mezofile aerobe sunt
cuprinse o serie de bacterii, actinomicete și ciuperci.

188
Bacteriile celulolitice sunt reprezentate prin mai multe genuri ce
aparțin ord. Cytophagales , genul Cytophaga ce se prezintă sub formă de
bastonașe scurte sau filamente cu capetele bastonașelor rotunjite sau
ascuțite. Celulele și coloniile sunt colorate în nuanțe de galben, oranj sau
roșu. Cea mai răspândită specie este Cytophaga hutchinsonii .
Genul Sporocytophaga se prezintă sub formă de celule asemănătoare
cu Cytophaga , dar formează microchisturi rezistente la uscăciune, specia cea
mai comună fiind Sporocytophaga myxococcoides . Din ord.
Myxobacteriales produc descompunerea celulozei speciile Sorangium
compositum și Polyanginum celullosarum .
Din fam. Pseudomonaceae face parte și specia Cellvibrio ochracea –
bacterie celulolitică foarte activă. Se mai cunosc ca bacterii celulolitice și
specii din genurile Cellulomonas precum și Bacillus ca B. vagans și B. soli.
Dintre actinomicetele celulolitice cităm speciile: Streptomyces cellulosae,
Streptomyces violaceus, Micromonospora chalcea și Nocardia cellulans .
Ciupercile celulolitice sunt agenți activi ai descompunerii celulozei
și mai ales a celulozei din materialul lemnos. Dintre cele mai răspândite sunt
genurile Chaetomium, Aspergillus, Penicillium, Myrothecium și
Trichoderma.
În cursul descompunerii aerobe a resturilor vegetale se disting două
etape succesive:
– în prima fază se produce descompunerea părților vegetale mai ușor
atacabile, cu participarea predominantă a speciilor de Cellvibrio și
Myxococcus ;
– în a doua fază urmează descompunerea părților mai rezistente la
degradare cu predominanța speciilor Cytophaga și a ciupercilor
microscopice.
Din punct de vedere chimic, celuloliza are loc tot în două etape. La
început se produce hidroliza celulozei până la celobioză (C 12H22O11) și alți

189
produși mai complecși, după care prin oxidarea acestor produși se formează
ulterior acizi uronici.
Dacă hidroliza celulozei este mai puternică, mergând până la
formarea glucozei, aceasta este mai departe oxidată până la CO 2 și H2O
trecând prin stadiul de oxiacizi:
(C6H10O5)n + nH 2O + O 2 ——— R-CHOH-COOH ——— CO 2 + H2O + x
cal.
Formarea de hidrați de carbon solubili și de oxiacizi ca produși
intermediari de degradare a celulozei are mare importanță în sol deoarece
stimulează dezvoltarea fixatorilor de N 2 care îi folosesc în hrană.
Degradarea aerobă a celulozei se realizează în condiții optime în solurile
bine lucrate, aerate, bogate în N și cu climat temperat. În aceste condiții
bacteriile și ciupercile celulolitice sunt active până la adâncimea de 30 cm,
ceea ce corespunde practic zonei pentru dezvoltarea culturilor agricole
Degradarea anaerobă a celulozei se realizează în special în zonele
umede, mai profunde ale solului, când resturile vegetale sunt în mase
compacte, dense, neaerate.
Din punct de vedere chimic, ea reprezintă o hidroliză a celulozei sub
acțiunea celulazelor și a celobiazei microbiene, cu formare de glucoză, din
descompunerea căreia rezultă acizi volatili ca formic, butirici, acetic, acizi
nevolatili ca succinic și lactic, precum și alcool etilic și gaze (CO 2, H2 și
metan).
Bacteriile celulolitice anaerobe din sol sunt reprezentate prin
Bacillus cellulosae hydrogenicus și Methylomonas methanica care
eliberează metan.
Fermentarea celulozei cu degajare de H 2 este însoțită de formarea
acidului butiric și a CO 2 după reacția:
(C6H10O5)n + nH 2O —— CH 3CH2COOH + CH 3COOH + H 2 + CO2 + x cal.

190
În fermentația metanică a celulozei cantitatea de gaze eliberată
prezintă aproximativ 1/2 din greutatea celulozei descompuse.
Schema generală a reacției ar fi următoarea:
(C6H10O5)n + nH 2O —— CH 3CH2COOH + CH 3COOH + CO 2 + CH4
Unele specii de bacterii celulolitice anaerobe sunt adaptate să
trăiască în intestinul uman și al animalelor, unde determină descompunerea
celulozei din alimente. Bacteriile celulolitice se dezvoltă la temperatura
optimă de 55-70șC și sunt prezente în medii bogate în celuloză și azot
organic și mineral cum sunt bălegarul și nămolurile orășenești.
Unele bacterii termofile cum sunt: Clostridium termocellus și
Clostridium termocellulolyticum, degradează celuloza cu formare de acizi
volatili și ficși, alcooli și gaze în special metan. Microorganismele
celulolitice mai pot contribui la distrugerea hârtiei în bibliotecile și
depozitele rău aerisite și umede, provocând pagube însemnate.
Metabolismul chitinelor
Chitina este un polimer al N – acetil – glucozaminei ce se găsește
mai ales în corpul insectelor dar și a unor ciuperci; este descompusă în sol
de actinomicete și unele bacterii.
Metabolismul ligninelor
Descompunerea ligninelor are importanță deosebită pentru circulația
carbonului, întrucât aceasta reprezintă cea de a doua sursă a acestui element
în natură, 25-30% din corpul plantelor lemnoase și 15-20% din cel al
plantelor ierboase. Ligninele reprezintă totodată complexul vegetal mai
rezistent și din această cauză se acumulează continuu în sol, luând parte la
formarea humusului. Ligninele sunt substanțe macromoleculare provenite
prin condensarea unor alcooli aromatici cu o structură complexă reticulară,
care cere o mare cantitate de energie pentru a fi scindată.
Agenții principali ai descompunerii ligninei sunt ciupercile din ord.
Agaricales , mai ales acelea ce produc „putregaiul alb al lemnului”, care pot

191
ataca și celuloza. Un alt grup de ciuperci cauzează „ putregaiul brun al
lemnului”, dar acesta nu atacă lignina.
Ciupercile ligninoclastice pot fi grupate în trei tipuri și anume:
– tipul Polyporus versicolor – care atacă la început lignina și apoi celuloza;
– tipul Armillaria vera – atacă la început celuloza apoi lignina;
– tipul Ganoderma applantum , care poate ataca simultan atât lignina cât și
celuloza.
Lignina se descompune mai repede în condiții aerobe, în care
acționează ciupercile și mai lent în anaerobioză când acționează mai mult
bacteriile.
Metabolismul taninurilor și lipidelor
Taninurile sunt descompuse în special de către ciupercile din
genurile Aspergillus și Penicillium . În cazul când ating o anumită
concentrație în sol ele au o acțiune antimicrobiană. Lipidele sunt hidrolizate
cu ușurință de către microorganisme.
Microorganismele din sol și circuitul sulfului
Sulful este de asemenea, un element important din punct de vedere
biologic. El intră în componența aminoacizilor metionină și cisteină, a unor
vitamine, glicozide, plizaharide, alcaloizi, etc. Transformarea
microbiologică a sulfului în sol se realizează în trei faze principale:
1. Mineralizarea sulfului organic , ce se petrece paralel cu mineralizarea N și
P organic sub acțiunea unor microorganisme ca: Proteus vulgaris, Serratia
maecesens, Pseudomonas aeruginosa, Bacillus subtilis, Clostridium
sporogenes , din bacterii în condiții anaerobe și de către unele ciuperci ca
Scopulariopsis brevicaulis ;Aspergillus niger . În cursul mineralizării, S se
eliberează sub formă de H 2S, CH3-SH (metilmercaptan) sau de sulfat (SO 42-
).
2. Sulfoficarea , este procesul de oxidare a H 2S, S, S 2O32- (tiosulfaților),
S4O62- (tetrationaților), SO 32- (sulfiților) până la acid sulfuric, respectiv

192
sulfați. Această fază este produsă de sulfobacterii chimiolitoautotrofe
nefilamentoase ca Thiobacillus și Sulfolobus și filamentoase ca Beggiatoa .
Mai este produsă de bacteriile purpurii Chromatium și bacteriile verzi
Chlorobium .
Sulful se acumulează în celulele microbiene sub formă de incluziuni.
În lipsă de H 2S, bacteria oxidează S din aceste incluziuni până la H 2SO4.
Folosirea sulfului elementar poate avea aplicații practice pentru
îmbunătățirea solurilor alcaline. Astfel, S este oxidat de microorganismele
sulfoficatoare până la acid sulfuric care micșorează pH-ul mediului. Dar
sulfoficarea poate avea și efecte negative din punct de vedere agricol. În
solurile inundate se formează cantități mari de sulfuri datorită desulfoficării.
În urma drenării și desecării acestor soluri, sulfurile se oxidează rapid la S
pe cale chimică iar S la H 2SO4, datorită microorganismelor sulfoficatoare.
Ca rezultat, pH-ul acestor soluri ajunge la valori de 3,2-2,2 care periclitează
viața plantelor. Pentru a preveni acest efect negativ este necesară aplicarea
amendamentelor calcaroase.
3. Desulfoficarea este procesul de reducere dezasimilatorie a sulfaților până
la H2S. Acest proces are loc în condiții anaerobe și se datorează în primul
rând speciilor de Desulfovibrio ca D. desulfuricans. Bacteria reduce sulfații
H2S cu ajutorul H din substanțele organice ca lactatul și piruvatul care
servesc atât ca surse de energie dar și ca sursă de C. Se poate concluziona
faptul că sulfoficarea duce la acidifiere în timp ce desulfoficarea produce
alcalinizarea solului.
În acest proces H 2S rezultatul din desulfoficare nu atinge concentrații
toxice pentru plante, deoarece Fe2+ din sol, îndepărtează H 2S sub formă de
FeS care precipită. În solurile sărace în Fe2+ și irigate cu ape bogate în
sulfați, H 2S produs în cantități mari produce efecte toxice la orez și la alte
plante.

193

CAPITOLUL XX

MICROORGANISMELE DIN SOL ȘI CIRCUITUL FIERULUI

Fierul intră în compoziția hemienzimelor, a hemoglobinei,
leghemoglobinei, F-S- proteinelor, circuitul lui cuprinzând 4 etape
microbiene ce se succed după cum urmează:
1. Mineralizarea fierului organic se petrece în paralel cu celelalte procese
de mineralizare a substanțelor organice. Microorganismele mineralizatoare
atacă partea organică a compușilor cu Fe, iar acesta se eliberează sub formă
minerală bi- sau trivalentă. Microorganismele respective pot fi bacterii din
genurile Pseudomonas, Bacillus, Crynebacterium, Mycobacterium , etc.; mai
pot fi actinomicete din genurile Nocardia sau Streptomyces , precum și
ciuperci, toate ca organisme chimioorganoheterotrofe. Compușii organici cu
Fe din humus pot fi atacați de bacterii ce aparțin genurilor Metallogenium,
Pedomicrobium și Seliberia. Pe suprafața celulelor respective se depune sub
formă de precipitat hidroxidul feric Fe(OH) 3.
2. Formarea compușilor organici de Fe, este un proces opus mineralizării
fierului organic. Aici microorganismele sintetizează compuși organici
solubili, deținători de Fe bi- sau trivalent. Fierul poate fi sintetizat de unii
compuși organici ca acidul acetic, sau complecși ca acizii citrici, acidul 2-
ceto-D- gluconic, acizii humici, etc. Microorganismele capabile de formarea
compușilor organici cu Fe sunt unele bacterii și mucegaiuri (ciuperci)
precum și unii licheni. Mineralizarea și formarea microbiană a compușilor

194
organici cu Fe, joacă un anumit rol în procesul de podzolire a solului. Sub
acțiunea microorganismelor în orizontul A se formează Fe organic solubil,
care migrează spre orizontul B, unde sub acțiunea microorganismelor
mineralizatoare, Fe se eliberează sub formă anorganică trivalentă.
3. Oxidarea fierului bivalent. La aceste procese participă ferobacteriile
(bacteriile feroginoase și siderobacteriile). Acestea sunt organisme acvatice,
dar unele se pot dezvolta și în soluri și se prezintă sub formă filamentoasă
sau nefilamentoasă. La ferobacteriile filamentoase ca Leptothrix ochracea ,
celulele individuale sunt incluse într-o teacă organică comună, în care se
acumulează Fe(OH) 3. Ferobacteriile nefilamentoase cuprind unele bacterii
pedunculate ca Gallionella ferruginea , capsulate ca Siderocapsa treubii , și
nependulate și necapsulate ca Ferrobacillus thiooxidans , la care Fe(OH) 3 se
depozitează pe penduncul, în capsulă și respectiv pe suprafața celulelor.
Aceste bacterii sunt considerate în prezent chimiolitoorganoheterotrofe cu
excepția lui Thiobacillus ferrooxidans . Acest tiobacil oxidează nu numai
sulful elementar, sulfurile și tiosulfații, dar și Fe2+ și asimilează CO 2
dezvoltându-se calcopirita (CuFeS 2) T. Ferrooxidans produce sulfat feric.
Dezvoltarea lui Th. ferooxidans duce la acidifierea mediilor, datorită
acidului sulfuric produs. La rândul lui acidul sulfuric poate solubiliza cuprul
și alte metale grele din mineralele cele conțin. De aceea dezvoltarea lui Th.
Ferooxidans duce la acumularea de concentrații fitotoxice pentru plantele de
cultură, a acidului sulfuric și a metalelor grele în haldele de steril luate în
cultură.
4. Reducerea fierului trivalent. Acest produs se datorează unor bacterii
facultativ sau obligat anaerobe ca B. circulans, B. polymyxa, Enterobacter
aerogenas, Clostridium butyricum , etc. Aceasta în prezența substanțelor
organice ca glucoza, reduc fierul trivalent la Fe2+, Fe trivalent servind ca
acceptor de electroni. Mai sunt capabile de reducerea Fe trivalent și unele
ciuperci din sol. Toate aceste microorganisme fier-reducătoare sunt

195
chimioorganoheterotrofe. Trebuie să menționăm că oxidarea Fe2+ și
reducerea Fe trivalent în sol se poate produce și fără participarea directă a
microorganismelor.

CAPITOLUL XXI

CIRCUITUL FOSFORULUI ȘI POTASIULUI

Fosforul este un element absolut necesar viețuitoarelor și intră în
compoziția acizilor nucleici, a unor proteine, a unor compuși macroergici
(ATP), a fosfolipidelor, a fosfozaharidelor, a fitinei, etc.
Mineralizarea fosforului organic se desfășoară în paralel cu
mineralizarea compușilor organici cu N (amonificarea) sub acțiunea
acelorași microorganisme. Unul dintre microorganismele foarte active în
mineralizarea P organic este Bacillus megaterium var. phosphaticus .
În urma mineralizării, P se eliberează sub formă de ortofosfat solubil,
asimilabil de către plante și microorganisme; în același timp însă
ortofosfatul solubil poate trece în ortofosfați de Ca, Fe, Al, Mg, Cu și Ni
care sunt insolubili. Compușii organici cu fosfor reprezintă 15-85% din
cantitatea totală de P din diferite soluri.
Între compușii organici cu P ai solului predomină fitina și acizii
nucleici. Fitina este de origine vegetală, iar acizii organici provin de la
microorganisme, plante și animale. Fitina constituie între 10-80% din
cantitatea totală de P organic din soluri. Ea este sarea de Mg și Ca a acidului
fitic, iar descompunerea ei hidrolitică este catalizată de fitoză.
Mobilizarea ortofosfaților insolubili este procesul de solubilizare a
fosfatului tricalcic, a ortofosfaților de Fe, Al, Mg, Mn, Cu, Ni, ce are loc sub
acțiunea acizilor produși de microorganisme și de cei excretați de rădăcinile

196
plantelor. Aici intră acizii azotos și azotic produși de microorganismele
nitrificatoare, acidul sulfuric produs de microorganismele sulfoficatoare,
acidul carbonic și acizii organici produși de microorganisme, precum și de
rădăcinile plantelor.
Dintre acizii organici acidul 2-ceto-D-gluconic joacă un rol deosebit
în solubilizarea ortofosfaților insolubili. Mai contribuie la solubilizare și
acizii citric, succinic, malic, oxalic, tartric, lactic, precum și acizii humici.
Transformarea meta-, piro- și polifosfaților este realizată sub
acțiunea unor bacterii ca Pseudomonas fluorescens, Sporocytophaga
cauliformis și a unor ciuperci ca Aspergillus și Penicillium . Aceste reacții
sunt catalizate de enzime, dar ele pot avea loc și sub acțiunea acidității, iar
transformarea meta- și pirofosfaților poate fi catalizată și de MnO 2
Oxidarea fosfaților și hipofosfaților are loc sub acțiunea unor
microorganisme aerobe și este de asemenea catalizată de enzime. Reducerea
ortofosfaților este produsă de microorganisme aerobe, reacția respectivă
fiind de natură enzimatică. În prezența nitraților și sulfaților , reducerea
ortofosfaților este inhibată, deoarece nitrații și sulfații sunt utilizați mai ușor
ca acceptori de electroni.
Transformările microbiene ale potasiului
Microorganismele eliberează ionii de K+ prin descompunerea
sărurilor de K a acizilor organici ca acidul acetic sau butiric. Ionii de K+
reacționează cu anionii de HO 3, PO4, SO4, CO3, și formează săruri accesibile
plantelor și microorganismelor, sau sunt fixați de către coloizii solului.
Microorganismele mai pot elibera potasiul și prin solubilizarea
silicaților. Bacteriile care sunt capabile de această acțiune au fost denumite
silicatbacterii. Printre acestea este și Bacillus mucilaginosus var. siliceus,
care după unii autori ar fi o tulpină de Bacillus circulans . Unele ciuperci ca
Aspergillus niger și Penicillium nigrescens pot de asemenea elibera K+ din
silicați. Eliberarea K+ din silicați sub acțiunea silicatbacteriilor se datorează

197
acizilor (H 2CO3 și acizii organici), pe care aceste microorganisme îi produc.
Sistemul radicular al plantelor produce de asemeni acizi care joacă același
rol.

CAPITOLUL XXII

TRANSFORMĂRILE MICROBIENE ALE
MICROELEMENTELOR

Manganul se găsește în sol în formă bivalentă ionică (Mn2+) la pH
mai mic de 5,5 și sub formă de Mn trivalent și mai ales tetravalent la pH mai
mare de 8, datorită autooxidării Mn2+. Transformările microbiene ale
manganului se produc în zona valorilor de pH de 5,5-8. În condiții aerobe
acționează unele bacterii heterotrofe din genurile Bacillus,
Corynebacterium, Metallogenium, Streptomyces precum și ciupercile din
genurile Curvularia, Cladosporium , etc. Aceste microorganisme oxidează
Mn2+, precipitându-l sub formă de MnO(OH) 2 (hidroxid de Mn trivalent).
Procesul de oxidare a Mn2+ poate duce la apariția în sol a carenței de Mn
asimilabil și are ca efect apariția unor boli de nutriție la plante. În condiții
anaerobe, în prezența substanțelor organice ușor asimilabile, unele bacterii
reduc Mn tetravalent la Mn2+; MnO 2 servește ca acceptor de electroni
înlocuind O 2. Totodată acizii produși de microorganisme, atât în condiții
aerobe cât și anaerobe deviază echilibrul chimic dintre Mn bivalent și cel
tetravalent în direcția formării Mn2+.
Seleniul
În plante seleniul este prezent sub formă de selenio – aminoacizi, în
care Se înlocuiește S în structura metioninei și Se-metilcisteinei. Ambii Se-
aminoacizi din resturile vegetale se mineralizează sub acțiunea

198
microorganismelor din sol. Seleniul apare sub formă de seleniți (SeO 32-) și
selenați (SeO 42-). Microorganismele din sol sunt capabile și de oxidarea
seleniului metalic și al seleniurilor (Se2-) la selenați. O altă transformare
microbiană a seleniului în sol este reducerea seleniților și selenaților la Se
metalic. Această capacitate a fost demonstrată la unele bacterii cum sunt
Clostridium, Corynebacterium , Rhizobium , precum și la unele levuri și
mucegaiuri. Compușii cu Se (seleniți, selenați, Se-aminoacizi), pot fi
metilați sub formă de produs gazos numit dimetilseleină (CH 3-Se-CH 3).
Acest proces poate fi realizat de unele ciuperci ca Aspergillus,
Cephalosporium, Fusarium, Penicillium , ca și de unele bacterii.
Zincul
Microorganismele în urma descompunerii resturilor vegetale
eliberează zincul sub formă solubilă (Zn2+). Microflora solului realizează
această solubilizare prin acizii minerali și organici produși. În sens invers,
prin diminuarea acidității, microorganismele micșorează solubilitatea Zn.
Tiobacilii oxidează S din ZnS la acid sulfuric și eliberează Zn sub formă de
Zn2+ care rămâne în soluție datorită acidului sulfuric. H 2S produs de
microorganisme îndepărtează Zn prin formarea de ZnS care precipită.
Insolubilizarea microbiană a Zn provoacă la pomii fructiferi o carență
manifestată prin micșorarea limbului frunzelor, boală ce poate fi prevenită
prin tratarea solului cu sulfat de zinc (ZnSO 4).
Cuprul
Descompunerea microbiană a resturilor vegetale poate duce la
micșorarea concentrației cuprului solubil, datorită unei reacții chimice în
care sunt implicați produșii microbieni formați în cursul descompunerii.
Tiobacilii pot solubiliza Cu din minereuri sulfuroase cum este calcopirita
(CuFeS 2), iar Thiobacillus ferrooxidans poate oxida atât S cât și Cu
monovalent din Cu 2S. Hidrogenul sulfurat (H 2S) format pe cale microbiană
poate precipita Cu2+ sub formă de CuS. Microorganismele din sol au

199
capacitatea de transformare și a altor microelemente ca Mo, V, Co, Ni, Pb,
Cd, Si.

CAPITOLUL XXIII

BIOPREPARATE MICROBIENE UTILIZATE PENTRU
CREȘTEREA PRODUCTIVITĂȚII ȘI PROTECȚIA
CULTURILOR AGRICOLE

În lupta pentru competivitate și rentabilitate, agricultura a devenit
un factor major distructiv și de poluare a mediului datorită practicilor
agricole intensive și agresive, a supermecanizării și superchimizării.
Poluarea apei și solului cu o multitudine de agenți poluanți, de la nutrienți și
pesticide până la metale grele și produse petroliere, proveniți din agricultură,
afectează grav sănatatea oamenilor și distrug ecosisteme întregi. Aceast
aspect nefast al agriculturii din zilele noastre este accentuat și de riscurile pe
care le induc chiar produsele agricole asupra sănătații oamenilor având în
vedere că o parte din acești agenți poluanți trec în alimente.
Dacă până nu de mult calitatea era prioritară, alături de
productivitate în asigurarea rentabilității siguranța alimentară se conturează
ca o noua prioritate la nivel mondial și care se constituie ca factor major în
evoluția viitoare a agriculturii.
Protecția plantelor este știința care se ocupă cu studiul organismelor
dăunătoare (fitopatogeni, artropode fitofage, buruieni rozătoare etc.), în
scopul stabilirii de măsuri eficiente de combatere a pagubelor/pierderilor
economice produse de aceștia. Se consideră că circa o treime din recolta
potențială este distrusă de organismele dăunătoare, deci protecția plantelor,

200
ca disciplină biologică aplicată, contribuie la creșterea producțiilor culturilor
agricole și la îmbunătățirea calității recoltei.
Combaterea dăunatorilor este imperios necesară pentru cultura
plantelor, procedurile de protecție a plantelor împotriva organismelor
dăunatoare fiind o componentă majoră a tuturor ghidurilor de bună practică
agricolă.
Combaterea dăunătorilor culturilor agricole se realizează prin mai
multe metode: chimice (cu utilizarea de pesticide), biologice (prin utilizare
de organisme antagoniste și de produse naturale), genetice (prin ameliorarea
rezistenției plantelor la organismele dăunatoare), agrotehnice (prin lucrări
ale solului, inclusiv prășitul buruienilor) și fizico-mecanice (dezinfectări
termice ale semințelor, chirurgie vegetală etc.)
Biopreparatele sunt mijloace biologice realizate pe baza unor
microoganisme utile plantelor de cultură sau pe baza unor compusi naturali
(extracte din plante, denumite sugestiv în lb. engleza “ botanicals ”). Datorita
caracterului lor biologic biopreparatele au o actiune complexă asupra
plantelor de cultură, termenul cel mai corect nefiind cel de biopreparate
folosite în protecția plantelor, ci cel de biopreparate de uz agricol. Un
exemplu devenit deja clasic, ilustrativ pentru această acțiune complexă, este
cel al biopreparatelor pe bază de ciuperci antagoniste din genul
Trichoderma . Omologate ca biofungicide, o serie de biopreparate s-au
dovedit a fi și stimulatoare ale creșterii vegetale iar această stimulare a
creșterii plantelor s-a dovedit a fi datorată intervenției biofungicidului în
nutriția plantelor.
Biopreparatele microbiologice pot fi grupate în:
– biopreparate ce au la bază microorganisme vii (bioinsecticidele,
îngrășămintele bacteriene);
– biopreparate ce au la bază biomasa inactivată a celulelor microbiene
(proteina furajeră);

201
– biopreparate obținute în baza produselor metabolice ale
microorganismelor (vitamine, aminoacizi, enzime, antibiotice,
poliozide etc.).
Folosirea biopreparatelor constituie o orientare importantă în
agricultura actuală datorită avantajelor pe care le prezintă:
– reducerea poluării mediului și a alimentului;
– evitarea apariției populațiilor de dăunători cu rezistență la
tratamentele de combatere;
– posibilitatea utilizării de personal necalificat în condiții de totală
securitate (atât pentru culturile de plante cât și pentru utilizator);
– utilizarea durabilã a unei resurse utile din sistemele agricole
neexploatate până în prezent.
Biopreparatele prezintă următoarele caracteristici:
– aduc un aport de azot prin fixarea azotului atmosferic și un aport de
azot și fosfor prin mobilizarea azotului și fosforului din materie
vegetală moartă;
– contribuie la creșterea fertilității solului prin descompunerea
materialelor celulozice;
– contribuie la creșterii imunității plantelor față de factori de infecție
(agenți fitopatogeni) și la creșterea productivității vegetale prin
producere de fitohormoni în rizosferă.
Îngrășămintele biologice ar putea substitui îngrășămintele chimice
din agricultură. Prin aceste noi tehnologii de fapt se realizează creșterea
activității microbiologice din sol prin care se recirculă în primul rând
biomasa vegetală rămasă din anii anteriori de cultură și intensificarea
activității unor rizobacterii crescând rezistența plantelor de cultură față de
microorganismele patogene din sol.
Agroinoculanții bacterieni sunt produse prietenoase mediului, care
au o acțiune multiplă asupra plantelor de cultură (de nutriție, protecție,

202
stimulare) și asupra solului (de formare a structurii solului și de conferire a
unei rezistențe naturale la eroziune).
În prezent se caută o serie de soluții tehnologice care să permită
producerea și utilizarea pe scară largă a unor biopreparate inoculante (pe
baza de rhizobii fixatore de azot, rizobacterii, antagoniști ai fitopatogenilor),
destinate pentru tratarea rizosferei plantelor de cultură. Aceste biopreparate
au o acțiune complexă (nutriția cu azot fixat; creșterea vigorii timpurii;
creșterea eficienței de utilizare a apei; accelerarea dezvoltării fenofazice;
combaterea patogenilor de rizosferă), iar producerea și studierea lor
coagulează o rețea de excelență într-un domeniu prioritar.
Pentru combaterea bolilor, dăunătorilor și buruienilor în agricultură
și silvicultură, pe teritoriul României se fabrică, se comercializează și se
utilizează numai produsele de uz fitosanitar omologate de Comisia
Interministerială de Omologare a Produselor de Uz Fitosanitar, denumită în
continuare Comisia interministerială de omologare, care este organizată și
funcționează potrivit dispozițiilor prezentei ordonanțe. Produsele omologate
pentru utilizare în România sunt cuprinse în Codexul produselor de uz
fitosanitar, care se elaborează, se actualizează periodic și se publică în
Monitorul Oficial al României, prin grija Comisiei interministeriale de
omologare.
Cele mai răspândite produse biologice de uz fitosanitar în România
sunt bio-insecticidele pe baza de Bacillus thuringiensis .
Din diferite sușe ale bacteriei sporulate Bacillus thuringiensis se
prepară o gamă variată de bioinsecticide cu spectru larg (entobacterina,
dendrobacilina, insectina – contra a peste 30 de dăunători) sau îngust de
acțiune (turingina – contra gândacului de Colorado). Ca surse de
bioinsecticide pot fi utilizate și ciupercile ( g. Bauveria ), virusurile. Contra
rozătoarelor sunt folosite bacteriile din genul Salmonella (bactorodencidul –
provoacă epizootii la rozătoare).

203

Tabel 1
Biopreparate pe baza de Bacillus thuringiensis omologate în România*
Denumire
comercială Bacillus thuringiensis
var. Dăunator combătut
Bactospeine HP
WP kurstaki Lobesia botrana
Dipel 8L kurstaki Lymantria dispar
Dipel ES kurstaki Tortrix viridana; Hyphantria cunea
Dipel WP kurstaki Lobesia botrana; Pieris brasicae; Mamestra brasi-
cae; Cydia funebrana; Hyphantria cunea; Malaco-
soma neustria; Drymonia spp.
Dipel 2x WP kurstaki Mamestra brasicae; Pieris rapae; Hyphantria cu-
nea; Lobesia botrana
Ecotech extra kurstaki Leptinotarsa decemlineata (L 1 -L2); Lobesia
botrana
Ecotech pro kurstaki Lymantria dispar
Foray (Biobit) kurstaki Mamestra brasica; Pieri rapae; Anarsia lineatella;
Cydia molesta; Tortrix viridana; Geometridae
Novodor tenebrionis Leptiontarsa decemlineata
Thuringin 6000 kurstaki Phyllonorycter blancardella; Stygmella malella;
Eriosoma lanigerum; Cydia funebrana; Eranis
defo-liaria; Anarsia lineatella; Operophtera
brumata; Hyphantria cunea
* Date din Codex-ul produselor fitosanitare omologate în România.

204
Odată cu recolta din sol sunt extrase elementele minerale accesibile
plantelor. Astfel, în afară de îngrășămintele minerale, pentru neutralizarea
acestor pierderi, sunt utilizate îngrășămintele bacteriene (nitragina,
azotobacterina, fosfobacterina etc.), obținute pe cale microbiologică la
cultivarea bacteriilor azotfixatoare ( Rhizobium sp ., Azotobacter sp .) sau a
bacteriilor ce degradează compușii organici ai fosforului ( Bacillus
megaterium var. phosphaticum ).
Azotobacterina (3-6 kg/ha) sporește cu 10-18% recolta de graminee,
iar nitragina (0,5 kg/ha) – cu 18% recolta de lucernă și cu 35% recolta de
soia. Este bine cunoscut faptul că o bună parte din recoltă (25 milioane de
tone de graminee pe an, cantitate ce poate satisface necesitățile a 150
milioane de oameni în decurs de un an) se pierde din cauza dăunătorilor,
ciupercilor patogene, virusurilor etc. Soluționarea acestei probleme depinde
în mare măsură și de utilizarea bioinsecticidelor, obținute din diferite
bacterii, ciuperci sau virusuri. Acestea au un șir de avantaje:
– specificitate înaltă de acțiune (nu acționează asupra organismului
uman, ci numai asupra dăunătorilor);
– scad esențial viabilitatea dăunătorilor;
– nu impurifică mediul;
– își păstrează agresivitatea (virulența) un timp îndelungat;
– sunt foarte eficiente (mai ales în cuplu cu preparatele chimice).
Studiile recente accentuează că pentru alimentația umană normală
necesarul de proteine furajere este de circa 500 milioane tone anual. În
prezent însă producția mondială de proteine furajere de origine vegetală sau
animală nu depășește 75 milioane tone pe an. Din acest motiv, este necesară
utilizarea noilor surse de proteină, semiconvenționale (extracte de soia,
concentrate de pește) și neconvenționale (proteinele furnizate de bacterii,
drojdii, mucegaiuri, alge).

205
Folosirea microorganismelor la producerea proteinei furajere oferă
numeroase avantaje:
– au un conținut ridicat de proteină (30-70%);
– accesibilitate înaltă (circa 80%);
– au un conținut ridicat de aminoacizi esențiali (o tonă de proteină din
drojdii conține 41-42 kg de lizină (o tonă de ovăz – de 10 ori mai
puțin), 65-100 kg de acid glutamic (o tonă de ovăz – de 2-5 ori mai
puțin));
– au un conținut ridicat de vitamine (o tonă de proteină din drojdii
conține de 5-10 ori mai multă vitamină B 3 (acidul pantotenic), de 2-6
ori mai multă – vitamină B 4 (holina), de 20-40 ori mai multă –
vitamina B 2 (riboflavina) decât o tonă de ovăz, mazăre sau soia);
– cultivarea microorganismelor nu necesită suprafețe mari de teren;
permite operarea cu cantități foarte mari de microorganisme,
utilizează diferite materii prime (melase, zeruri, reziduuri industriale,
petrol, gaze naturale etc.) și sușe superproducente de
microorganisme.
Pentru obținerea proteinei furajere se utilizează tehnici de cultură în
flux continuu, având ca materie primă reziduurile industriale, îndeosebi cele
ale industriei alimentare, disponibile și ieftine. În Suedia, pe reziduurile de
la prelucrarea cartofului, au fost cultivate drojdiile Candida utilis și
Endomycopsis fubuliger (proiectul “Simba”). E.fubuliger elimină în mediu o
enzimă (glucoamilaza), care hidrolizează amidonul până la glucoză, datorită
căreia C. utilisacumulează o biomasă de circa 2 kg pe oră. Dacă la
alimentarea bovinelor se adaugă 1 tonă de drojdii, se obține un surplus de 1–
1,5 tone de carne și se economisesc 7–8 tone de cereale. Productivitatea
medie a întreprinderilor producătoare de proteină furajeră este de 2–30 tone
pe zi.

206
Nutrețurile de origine vegetală au un deficit de aminoacizi, îndeosebi
de cei esențiali (lizină, valină, triptofan, metionină ș.a.), ce poate fi înlăturat
prin producere biosintetică. La cultivarea diferitelor sușe superproducente de
Brevibacterium flavum și Corynebacterium glutamicum , din zahărul
conținut în mediul de cultură se pot sintetiza până la 50 grame de acid
glutamic și 75 grame de lizină pe litru de mediu.
În anii '80, producția de acid glutamic era de 300-400 mii tone pe an,
iar de lizină – 150-200 mii tone pe an. Circa 66% din producția industrială a
aminoacizilor este utilizată în calitate de supliment la proteinele furajere,
31% – pentru alimentația omului și suplimentarea rațiilor alimentare ale
animalelor domestice, 4% – în medicină, cosmetică, în calitate de reactivi
chimici. 5000 tone de lizină sunt suficiente pentru a neutraliza disbalanța
acestui aminoacid în 2,5 milioane de tone de nutrețuri și pentru a obține
suplimentar circa 140 mii tone de carne.
Suplinirea nutrețurilor cu diferite produse de origine microbiană se
practică pe larg în diferite țări. Preparatele microbiene sunt utilizate în
fitotehnie pentru prelucrarea fermentativă a nutrețurilor, îndeosebi a celor
greu accesibile (în rezultatul unei perioade de vegetație, pe câmpuri rămân
până la 220 milioane de tone de paie). Adăugarea doar a 5 kg de preparate
fermentative (celoveridina, celocandina) la o tonă de paie sporește
concentrația de proteină de 2–2,5 ori, iar concentrația celulozei scade cu 3–
5%.
Deșeurile rezultate din curățarea viilor și a livezilor pot fi
transformate în concentrate cu un conținut sporit de proteine, vitamine etc.
Această problemă rămâne actuală pentru republica noastră. Utilizarea
microorganismelor în acest caz are avantaj dublu: în primul rând, se poate
spori productivitatea bovinelor (cu 11–15% cantitatea de lapte muls, cu 14–
17% – adaosul în masă vie); în al doilea rând – se protejează mediul
înconjurător de deșeurile respective.

207
Biotehnologiile tradiționale sunt utilizate cu succes în industria
alimentară. La baza lor se află procesele de fermentație – descompunerea
substanțelor organice (glucide, acizi organici, alcooli, aminoacizi, baze
azotate) în condiții aerobe sau anaerobe și formarea produselor intermediare
(acid lactic, acid acetic, acid butiric, acid formic, etanol, butanol, propanol,
acetonă). Diferite tipuri de microorganisme: drojdiile (fermentația
alcoolică), bacteriile lactice (fermentația lactică), bacteriile butirice
(fermentația butirică), bacteriile propionice (fermentația propionică) pot
provoca procesul de fermentație.
Utilizarea microorganismelor și a enzimelor pentru obținerea
produselor alimentare și pentru îmbunătățirea calității lor este domeniul
tradițional al biotehnologiei. Astfel, microorganismele sunt utilizate de mult
timp în prelucrarea produselor lactate și fermentația brânzeturilor, în
producerea vinurilor și a berii, în panificație, în producerea oțetului și a
sucurilor etc.
La utilizarea preparatelor microbiologice sporește esențial
porozitatea pâinii, rezultat al activității drojdiilor și al eliberării de CO 2. Sub
acțiunea enzimelor drojdiilor, glucidele și proteinele se hidrolizează până la
glucide mai simple (glucoză) și substanțe azotoase, care servesc drept
substrat nutritiv pentru drojdii și bacteriile acidofile. În rezultatul activității
lor are loc așa numita “creștere” a aluatului, eliberarea CO 2 și formarea unui
șir de substanțe prețioase (vitamine). Pâinea obținută este poroasă, are
calități gustative deosebite, și se păstrează un timp mai îndelungat.
Tehnologia obținerii cașcavalului era cunoscută omenirii acum 9000
de ani, în Iran. La baza acestei tehnologii se afla enzima renina din stomacul
ovinelor tinere. Cașcavalul se pregătește din lapte cu utilizarea bacteriilor
speciale (uneori și a ciupercilor), a sării de bucătărie și a enzimelor. Există
foarte multe tipuri de cașcaval. Numai în Franța, spre exemplu, se produc
peste 300 de feluri de cașcaval. Pentru obținerea cașcavalului se utilizează

208
bacteriile lactice și propionice, care elimină acizii propionic, lactic, acetic și
CO2. Acizii, de rând cu alte substanțe (vitamine, aldehide, eteri, acizi grași),
dau gust cașcavalului, iar CO 2 – porozitate.
Procesul de obținere a oțetului este anaerob și decurge cu
participarea nemijlocită a bacteriilor acetoacetice. Oțetul conține o serie de
aminoacizi, vitamine din grupa B și alcool etilic. Se utilizează în calitate de
conservant al produselor alimentare, ca antibiotic și ca băutură (în
antichitate).
Utilizarea preparatelor microbiologice stimulează atât secreția
abundentă a sucului de fructe, cât și păstrarea lui. Aceste preparate sunt
deosebit de eficiente pentru fructele ce secretă o cantitate mică de suc
(gutuie, caise etc.). Tehnologia obținerii include în prezent numeroase etape
tehnologice și durează de la 21 de zile până la 6-9 luni. Un rol deosebit le
revine agenților ce provoacă fermentația alcoolică – drojdiilor. Culturile de
drojdii pot fi de suprafață sau bentonice. Berea, de rând cu alcoolul etilic
(2,8-6,0%) și CO 2 (0,3%), mai conține și o gamă foarte variată de alți
alcooli, esteri și acizi organici.
Deosebit de avantajoase din punct de vedere economic sunt
biotehnologiile bazate pe utilizarea preparatelor enzimatice. Enzimele sunt
folosite atât în industria alimentară, cât și în alte domenii: în industria cărnii
– îmbunătățesc esențial calitatea acestor produse; în cosmetică – permit
extragerea mai eficientă a substanțelor aromatice; în industria ceaiului –
permit prelucrarea completă a materiei prime; în industria prelucrării pielii –
sporesc calitatea pielii; în industria textilă – intensifică procesele de
prelucrare a materiei prime; în industria chimică – îmbunătățesc calitatea
cauciucului etc.
Din microorganisme se produc diferiți acizi organici (acetic, lactic,
citric, gluconic, itaconic etc.) și alcooli (etanol, butanol, propanol). În
calitate de producenți, de rând cu bacteriile și drojdiile, pot fi folosite și

209
ciupercile de mucegai. Acizii lactic, butiric și propionic se obțin în condiții
anaerobe. Ei reprezintă produsele finale ale metabolismului (catabolismului)
glucidic. Ceilalți acizi se obțin cu ajutorul microorganismelor aerobe și
reprezintă produse intermediare ale catabolismului glucidic.
Cultivarea microorganismelor poate fi efectuată la suprafața
mediului (pentru acizii gluconic, itaconic și 1/3 din acidul citric) sau la
fundul mediului (2/3 din acidul citric). Cultivarea poate fi periodică sau în
flux continuu. Sfera de utilizare a microorganismelor în domeniul economic
este foarte largă. Acidul acetic este produs de Clostridium aceticum și
Acetobacter woodii (2,9 kg de acid acetic de 100% de la 1 m3 de mediu de
cultură, în decurs de 24 de ore). El servește la fabricarea cauciucului și a
materialelor plastice, a fibrelor de acetat, a substanțelor farmaceutice, a
insecticidelor, a conservanților alimentari etc.
Acidul lactic se fabrică prin fermentația glucozei cu ajutorul
Lactobacillus delbrueckii și este primul acid organic produs prin
fermentație. În SUA, producția anuală constituie 40 000 tone. Este utilizat
ca acidulant în industria alimentară, la fabricarea maselor plastice și a
coloranților.
Acidul citric este produs de mucegaiul Aspergillus niger din melase.
Se utilizează în calitate de conservant și supliment în alimente și băuturi, la
fabricarea emulsiilor fotosensibile, la colorarea fibrelor etc. Tot din
Aspergillus niger se prepară acidul gluconic, a cărui sare de calciu este ușor
asimilată de organismul uman.
Microorganismele pot fi folosite la extragerea metalelor (Cu, Cd, Ti,
Al, Ni, Pb, Mo, Mn, Cr, Au, Ag, Pt ș.a.) din minereurile sărace, unde
concentrația lor nu depășește 0,01-0,1%; pentru prelucrarea deșeurilor
agricole și forestiere; pentru purificarea apelor reziduale ale industriei
chimice etc. Aceste tehnologii microbiologice sunt avantajoase din
următoarele puncte de vedere:

210
– permit exploatarea rezervelor enorme de minereuri sărace și a
deșeurilor;
– asigură o prelucrare complexă;
– păstrează landșaftul și exclud poluarea mediului extern.
Extragerea metalelor se bazează pe procesul de oxidare
microbiologică a minereurilor sulfurice, similar celui de oxidare
electrochimică. În acest caz are loc un proces asemănător celui de corozie,
provocat de bacterii. Bacteriile ( Thiobacillus ferroxidans, Th. organoparus )
intensifică esențial procesul de oxidare (de sute și mii de ori). În rezultatul
dezvoltării diferitelor ramuri ale economiei naționale, mediul înconjurător,
în special bazinele acvatice, este poluat cu diferite deșeuri cu acțiune nefastă
asupra organismelor.
Odată cu sporirea concentrației de substanțe nocive, se dereglează
procesele de autopurificare a bazinelor acvatice, dezvoltarea normală a
organismelor.
Microorganismelor le revine un rol deosebit și în purificarea apelor.
Apele reziduale ale multor ramuri din economia națională conțin crom, a
cărui concentrație poate ajunge la 500 mg/l, în timp ce limita admisibilă este
de 0,1-0,3 mg/l. Cultivarea unor sușe speciale de bacterii pe medii cu o
concentrație de până la 100 mg/l de crom permite transformarea cromaților
și bicromaților în hidroxid de crom. Un gram de bacterii (în biomasă uscată)
poate să transforme până la 1 g de bicromat timp de 3 zile.
Unele sușe de Bacillus subtilis (bacilul fânului) se utilizează la
purificarea apelor reziduale ale industriei textile de hexametilendiamină, a
cărei concentrație poate atinge 2-3 g/l, norma fiind de 0,01 mg/l. Aceste
bacterii utilizează substanța respectivă ca sursă de azot și carbon. Grație
calităților biologice înalte și specificității de acțiune, preparatele microbiene
sunt utilizate în diverse domenii ale medicinii.

211
Antibioticele constituie grupa cea mai importantă a substanțelor
farmaceutice a căror sinteză este realizată de celulele microbiene. Această
grupă de substanțe cuprinde compuși antibacterieni, antifungici și
antitumorali. Realizarea antibioticelor pe plan mondial sporește an de an (la
începutul anilor '80 se produceau 17 mii tone de peniciline, 5 mii tone de
tetracicline, 1200 tone de cefalosporine, 800 tone de eritromicine). Din cele
5500 titluri de antibiotice cunoscute au fost comercializate 100, dintre care
70 au fost sintetizate din streptomicete.
Antibioticele se obțin din diferite grupe de microorganisme, printre
care: ciupercile filamentoase ( Penicillium, Cephalosporium ) și
actinomicetele ( Streptomyces ) – 70,3%, bacilii ( Bacillus) – 7%,
pseudomonadele ( Pseudomonas ) – 1,3%, alte bacterii – 1,7%. O parte din
antibiotice au proveniența vegetală (alina, sativina – din ceapă, usturoi) sau
animală (ecmolina – din ficatul peștilor).
Producerea de antibiotice este un proces dificil, determinat în mare
parte de mecanismul complex de reglare a biosintezei antibioticelor în celula
bacteriană. Pentru obținerea cantității sporite de antibiotice sunt utilizate
sușe superproducente de microorganisme. Pentru producerea penicilinei,
sporii ciupercii de mucegai Penicillium chrysogenum se obțin inițial pe
medii agarizate la temperatura de 25-27șC, timp de 4-5 zile. În vederea
dezvoltării miceliului, acești spori se însămânțează pe medii nutritive în
fermentatoare speciale. După 4 zile, când concentrația penicilinei în mediu
este maximală, miceliul se înlătură prin filtrare, iar din soluție, prin metode
speciale (cu ajutorul sărurilor de aluminiu sau fier, a taninei, a temperaturii
ridicate (65-70șC), a butilacetatului), se extrage preparatul de penicilină
(circa 80%) cu activitate sporită.
Industria farmacologică produce mai multe grupe de antibiotice –
penicilinele, cefalosporinele, tetraciclinele, eritromicina, streptomicina.

212
Cantitățile considerabile ale acestor preparate se explică prin aplicarea lor pe
scară largă:
– în scopuri terapeutice în medicină;
– pentru protecția biologică a plantelor (fitobacteriomicina,
trihotecina);
– în scopuri profilactice în zootehnie (tetraciclina, grizina,
losalomicina);
– pentru conservarea produselor alimentare (nizina, tetraciclina).
Producerea biotehnologică a diferitor preparate medicinale se dezvoltă
foarte rapid, mai ales, în SUA. Microorganismele se utilizează pentru
obținerea vitaminelor. Sunt elaborate tehnologii de obținere a vitaminei B 2
din bacteria Eremothecium ashbyii , a vitaminei B 12 din bacteriile propionice,
a β-carotenului din ciuperca Blakeslea trispora și din unele alge
microscopice ( Spirulina).
Culturile de virusuri și bacterii sau toxinele unor bacterii pot fi
folosite în elaborarea vaccinurilor cu o acțiune specifică sau complexă
(contra poliomielitei, tuberculozei ș.a.). Vaccinurile (culturi inactivate de
agenți ce provoacă diferite boli sau toxinele lor) sunt menite să sporească
imunitatea organismului – nereceptivitatea lui la boli infecțioase. Producerea
microbiologică de vaccinuri se realizează în două direcții:
– obținerea de biopreparate vii (preparate inactivate de bacterii sau
virusuri, agenți ai diferitor boli infecțioase):
– vaccinuri bacteriene (vaccinul contra tuberculozei, vaccinul contra
pestei);
– vaccinuri virotice (vaccinul contra poliomielitei, vaccinul contra
variolei);
– vaccinuri complexe;
– obținerea de biopreparate în baza toxinelor inactivate (toxina contra
difteriei).

213
Obținerea preparatelor enzimatice și utilizarea lor în diferite domenii
permit îmbunătățirea proceselor tehnologice, a metodelor de analiză, asigură
indici superiori și randamente înalte în industrie, agricultură, medicină. Spre
deosebire de catalizatorii chimici, enzimele prezintă o specificitate înaltă de
reacție și de substrat. Aplicarea enzimelor în diverse tehnologii cunoaște un
avânt fără precedent. Producția mondială de enzime în anii '80 a fost
următoarea: proteaze bacteriene – 530 tone, amiloglucozidaze – 300 tone,
amilaze – 300 tone, glucozizomeraze – 50 tone, pectinaze – 10 tone etc.
Enzimele microbiene sunt utilizate pe larg în diverse biotehnologii,
dat fiind faptul că microorganismele sunt cultivate, mai ușor și mai rapid la
un preț scăzut. Amilazele bacteriene (din Bacillus sp .) și fungice (din
Aspergillus niger, A. oryzae ) sunt folosite la hidroliza amidonului în
dextrine, maltoză și glucoză, la zaharificarea substanțelor amilacee pentru
fermentația alcoolică: proteazele bacteriene (din Basillus licheniformis, B.
substillis) și fungice (din Aspergillus sp., Saccharomyces cerevisiae ) – la
liza proteinelor de origine animală și vegetală, la prepararea brânzeturilor, la
tratarea pieii; lipaza (din Sacharomycopsis lipolitica ) – la producerea untului
și a gliceridelor; pectinazele fingice (din Aspergillus sp .) – la limpezirea
sucului de fructe; celulaza fungică (din Trichoderma reesii ) – la hidroliza
celulozei în glucoză.
Multe enzime, în rezultatul reacțiilor chimice, se inactivează,
formează produși complecși cu reagenți, sunt instabile la păstrare, ceea ce
nu permite utilizarea lor pe scară largă.
Pentru a păstra proprietățile biocatalitice ale enzimelor, se folosește
tehnologia de imobilizare a acestora pe suporturi anorganice (sticlă, argilă,
ceramică, cărbune, metale și oxizi de metale) sau organice (celuloză,
amidon, agar, colagen, lipide, substanțe superficial active, polimeri sintetici.

214

CAPITOLUL XXIV

DEGRADAREA MICROBIANĂ ÎN NATURĂ

Biodegradarea este un proces ce acționează în sens pozitiv atât în
natură cât și în economia societății umane. Pe plan global, procesele
biodegradative au o contribuție majoră în circuitul elementelor chimice în
natură, împiedicând acumularea compușilor reziduali sau contaminanți în
mediu.
Biodeteriorarea constituie un termen general ce se referă la efectul
nedorit al acțiunii microorganismelor asupra diverselor produse
agroalimentare sau a altora nealimentare, cum ar fi: hârtia, picturile,
metalele, textilele, betoanele și a alte materiale. În acest caz, acțiunea
microorganismelor poate determina asupra substratului diferite alterări fizice
(modificarea consistenței vopselei, sfărâmarea lemnului, perforarea
conductelor metalice etc), modificări chimice, impurificări (pătarea
țesăturilor prin producerea unor pigmenți) sau modificări funcționale.
Biodeteriorarea produselor agroalimentare prezintă o mare
importanță practică prin pagubele pe care le generează. Efecte negative
asupra acestor produse au atât bacteriile cât și fungii.
Astfel, fungii cresc rapid pe produsele cerealiere atunci când acestea
sunt ținute în condiții de umezeală. De exemplu, infectarea boabelor de orz
cu ascomiceta Claviceps purpurea este asociată cu acumularea unor
alcaloizi cu efecte halucinogene, alterarea stării generale și chiar cu moartea
organismului animal, inclusiv uman, care a consumat produse contaminate.

215
Carcinogenii de origine microbiană includ aflatoxinele și fumosinele.
Aflatoxinele au fost descoperite în 1960 când 100.000 de pui de curcă au
murit datorită consumului de făină de arahide contaminată că fungul
filamentos din specia Aspergillus flavus . Microorganismele de acest tip
produc toxine ce acționează asupra ADN-ului celulelor contaminate (de
obicei celule din ficat), efectul fiind mutagen și carcinogen. Aflatoxinele pot
fi separate cromatografic și evidențiate în lumină UV datorită fluorescenței
lor caracteristice. Asemenea compuși toxici au fost identificați nu numai în
grâne ci și în lapte, bere, cacao, stafide și făină de soia etc.
Mai recent, în 1988 a fost identificată o altă toxină cu efect
carcinogen, numită fumosină. Ea este sintetizată de Fusarium moniliforme și
determină efecte grave la animalele și la oamenii care consumă produse
contaminate (de obicei porumb sau produse derivate de la acesta).
Carnea și produsele lactate, datorită valorii nutriționale ridicate și a
prezenței unor compuși ușor metabolizabili constituie un mediu ideal pentru
diverse microorganisme contaminante care determină, în principal, procese
de proteoliză și putrefacție.
Microorganismele de degradare pot fi atât bacterii cât și fungi: ele
descompun acidul lactic produs de bacteriile lactice, astfel că aciditatea este
treptat eliminată ceea ce permite dezvoltarea bacteriilor proteolitice. Acestea
determină apariția unui miros putrid și a gustului amar al produsului
contaminat.
Degradarea se produce și în cazul alimentelor procesate minimal sau
concentrate. În primul caz, principalele efecte nedorite sunt determinate de
bacteriile din genurile Lactobacillus și Leuconostoc care produc un gust sau
un miros caracteristic, nedorit. Sucurile concentrate pot fi alterate prin
contaminarea cu drojdii din genurile Saccharomyces și Candida.
Fructele pot fi contaminate cu o mare varietate de microorganisme.
Sursele posibile de contaminare pot fi aerul, insectele, animale sălbatice și

216
cele domestice, omul, solul și apa. Datorită compoziției chimice, fructele
reprezintă un mediu propice pentru creșterea și multiplicarea mai ales a
drojdiilor și mucegaiurilor și mai puțin a bacteriilor (doar cele rezistente la
valori scăzute ale pH se pot dezvolta și în fructe).
Dintre mucegaiurile care determină reducerea duratei de
conservabilitate a fructelor și produselor din fructe pot fi amintite genurile:
Cladosporium, Alternaria, Penicillium, Phomopsis , Diplodia, Phytophthera,
Sclerotinia, Fusarium, Gleosporium, Aspergillus , iar dintre genurile de
drojdii: Saccharomyces, Hanseniaspora, Torulopsis, Torula, Mycoderma,
Candida, Pichia, Kloeckera, Hansenula, Debaromyces etc. Dintre bacteriile
care se pot găsi în fructe (genurile Bacillus, Staphylococus, Enterobacter,
Escherichia și Lactobacillus ) cel mai frecvent se întâlnesc lactobacilii
datorită toleranței lor la pH scăzut.
Legumele, ca și fructele pot fi contaminate cu o mare diversitate de
microorganisme, având aproximativ aceleași surse de contaminare. Dintre
microorganismele prezente pe și în legume pot fi amintite: bacterii (genurile
Micrococcus, Staphylococcus, Achromobacter, Pseudomonas , Alcaligenes,
Xanthomonas , Streptococcus, Leuconostoc precum și bacterii lactice),
mucegaiuri (genurile Botrytis, Rhizopus, Alternaria, Penicillium,
Sclerotinia, Fusarium, Aspergillus, Trichothecium, Cladosporium ) și drojdii
(genurile Saccharomyces, Pichia etc).
Contaminarea microbiană se produce chiar și în cazul alimentelor
conservate (a conservelor), fenomenul realizându-se de obicei în cursul
prelucrărilor din timpul conservării (materia primă sau apa au fost
contaminate). Alimentele conservate alterate prezintă culoare, textură, miros
și gust modificate datorită fermentației acide și a producerii de CO2 și H2S.
În anumite cazuri, contaminarea cu anaerobi determină un aspect
caracteristic al conservelor (bombarea lor) datorită producerii și acumulării
de gaze, iar dacă în acest proces de contaminare a fost implicată bacteria

217
Clostridium botulinum atunci în produsul alimentar conservat se acumulează
și toxina botulinică ce poate determina moartea persoanelor care o ingerează
accidental.
De asemenea, prin intermediul alimentelor contaminate cu
microorganisme pot fi transmise diverse boli, unele produse de
microorganismele din alimente („food-borne infections”) iar altele de tipul
intoxicațiilor alimentare. În primul caz este vorba de ingerarea unui
microorganism patogen aflat la nivelul unui produs alimentar: de exemplu,
salmoneloza determinată de ingerarea de bacterii din genul Salmonella ,
listerioza produsă de Listeria monocytogenes , gastroenteritele produse de
contaminarea cu Campylobacter jejuni sau colitele hemoragice (unele
mortale) determinate de E.coli etc. Toate aceste exemple de boli sunt
asociate cu nerespectarea unor măsuri de igienă. În privința intoxicațiilor
alimentare acestea sunt produse de toxinele acumulate în alimentele alterate
și sintetizate de diferite specii bacteriene, cum ar fi: Staphylococcus aureus,
Clostridium botulinum, C.perfringens sau Bacillus cereus .
Biodeteriorarea altor produse, nonalimentare
În afară de alterarea produselor agroalimentare, microorganismele
pot să determine modificări nedorite și asupra altor categorii de produse. O
acțiune nedorită exercitată de microorganisme este asupra combustibililor
pentru avioane. Astfel, în rezervoarele și în instalațiile de păstrare a
kerosenului pot exista urme de apă care, acumulându-se, pot forma o
interfață apă-hidrocarburi la nivelul căreia se dezvoltă microorganismele.
Cea mai frecventă specie întâlnită în asemenea condiții este Cladosporium
resinae, numită și „fungul de kerosen” care, prin formarea de biomasă poate
bloca orificiile instalațiilor de pompare. Depășirea acestor inconveniente
provocate de creșterea unor microorganisme poate fi realizată prin utilizarea
unor inhibitori și prin măsurile de curățare frecventă a rezervoarelor de
depozitare a combustibililor.

218
Degradarea materialului vegetal din depozitele fabricilor de hârtie
conduce la pagube însemnate deoarece acțiunea microorganismelor poate
determina scăderea calității hârtiei, îngălbenirea sa și chiar deteriorarea
produsului final. Microorganismele care cresc la nivelul soluțiilor utilizate
în procesarea materiei prime lemnoase formează un strat mucos la nivelul
instalațiilor și scad eficiența tratamentelor chimice, afectând cantitatea și
calitatea produsului final. Folosirea unor compuși chimici pe bază de
mercur, denumiți biocide, poate limita pagubele din domeniu dar, în același
timp, poate avea efecte poluante asupra apelor ce primesc deversările de la
asemenea fabrici.
Una dintre cele mai spectaculoase provocări pentru specialiștii în
biodeteriorare este controlul creșterii microorganismelor de la nivelul
operelor de artă și al picturilor în mod special. Originea microorganismelor
contaminante se află în vopseaua utilizată: ele pot infecta vopseaua atât
înainte cât și după folosire.

Dintre microorganismele implicate în asemenea proces sunt de
menționat diverse specii de bacterii și fungi:
• bacterii: Alcaligenes sp., Bacillus cereus, B.mycoides, Flavonobacter
invisibile, Micrococcus albus, Sarcina flava
• fungi: Alternaria dianthicola, Aspergillus flavus, Cladosporium sp.,
Fusarium sp..
Pentru a elimina posibilitatea contaminării se utilizează o serie de
compuși toxici cu efect antibiotic, de cele mai multe ori pe bază de mercur,
dar care sunt poluante.
Coroziunea microbiană a metalelor ridică o serie de probleme
economice deoarece pot fi afectate diverse instalații industriale sau rețele de
țevi. Microorganismele implicate în asemenea procese sunt de obicei
anaerobe, ele aparținând genurilor Desulfovibrio (arhebacterie metanogenă

219
capabilă să utilizeze fierul drept sursă de electroni în metabolismul ei),
Enterobacter și Clostridium (bacterii sulfat reducătoare sau producătoare de
acizi organici). Microorganismele implicate în procesele de coroziune
determină mai întâi formarea unor umflături la nivelul metalului și apoi
perforarea țevilor de fier. Până în prezent, metodele de prevenire a
contaminării microbiene a instalațiilor nu s-a dovedit a fi eficientă fiind
necesară elaborarea de noi strategii de acțiune.
In privința betoanelor, și acestea pot fi degradate în urma acțiunii unor
microorganisme. Majoritatea problemelor de biodeteriorare de la nivelul
autostrăzilor sau a conductelor de ape reziduale sunt datorate bacteriilor din
specia Thiobacillus concretivorus (redenumită ca T.thiooxidans ).
Aspecte pozitive ale proceselor de biodegradare
În ciuda numeroaselor probleme pe care microorganismele le pot
produce ca urmare a capacităților degradative, unele specii prezintă interes
practic deoarece pot conduce la îndepărtarea unor compuși poluanți sau
xenobiotici din mediu, restabilind calitatea mediului. Acest fenomen a
primit denumirea de bioremediere.
Este cunoscut faptul că deversările accidentale de țiței cauzează
grave probleme mediului înconjurător. Tițeiul este un amestec foarte
complex de hidrocarburi însumând sute de compuși individuali cu structură
chimică și greutate moleculară diferite. Clasele de hidrocarburi atacabile de
microorganisme sunt:
• fracțiunea alifatică (saturată) alcătuită din alcani, izoalcani și clicloalcani.
Se consideră că hidrocarburile cu lanțul lung sunt cel mai ușor degradate de
microorganisme;
• fracțiunea aromatică reprezentată de compuși aromați nesaturați, așa cum
este benzenul. Aceștia sunt greu atacați de microorganisme deși au fost
identificate unele specii de bacterii capabile să degradeze compuși de tipul
benzenului sau toluenului;

220
• fracțiunea asfaltică include componenți cu structură complexă, foarte greu
de degradat (Zarnea, 1994).
De aceea, realizarea unui amestec corespunzător de microorganisme
capabile să degradeze compușii aromatici, policiclici și alifatici din petrolul
poluant constituie un scop major al cercetărilor în domeniu. De exemplu, în
1974, A.M.Chakrabarty a brevetat primul microorganism, o tulpină de
Pseudomonas care conținea mai multe plasmide la nivelul cărora erau
localizate gene implicate în degradarea hidrocarburilor. Această bacterie
prezenta unele avantaje în privința degradării unor reziduuri petroliere.
Adăugarea în mediu a unui asemenea microorganism și funcționarea
sa optimă depinde de o serie de factori:
• factori ce țin de particularitățile microorganismului: capacitate de a
degrada hidrocarburile; capacitate de a fi menținută în culturi în laborator;
supraviețuire și activitate în condițiile mediului marin (temperatură scăzută
și salinitate ridicată); participare la procesul de bioemulsifiere; absența unor
efecte secundare toxice etc:
• factori de țin de condițiile de mediu: prezența alături de hidrocarburi a unor
surse suplimentare de nutrienți (surse de N, P, K sau Fe); absența unor
compuși toxici (fenoli, metale grele) care pot afecta microorganismele;
existența unei aerări corespunzătoare care să permită desfășurarea normală a
proceselor metabolice; posibilitatea ca microorganismele de interes să intre
în contact cu hidrocarburile de degradat.
În prezent s-a stabilit că microorganismele capabile să degradeze
hidrocarburile aparțin la 30 de genuri și 100 de specii diferite, dintre acestea
cele mai frecvente fiind:
• bacterii: Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Bacillus,
Corynebactwerium, Brevibacterium, Micrococcus, Nocardia, Pseudomonas,
Spirillum, Vibrio etc;
• cianobacterii: Anabaena, Nostoc, Oscillatoria;

221
• levuri: Candida, Rhodotorula, Saccharomyces;
• fungi filamentoși: Aspergillus, Acromonium, Cladosporium, Fusarium,
Penicillium, Trichoderma etc.
Chiar dacă în laborator tehnologiile de utilizare a culturilor pure de
microorganisme de degradare au dat rezultate foarte bune, utilizarea lor în
condiții „in vivo” nu s-a ridicat la nivelul așteptărilor. Cea mai importantă
testare de acest tip a fost realizată în 1989 cu ocazia accidentului tancului
petrolier Exxon Valdez care a determinat poluarea cu petrol a coastelor
peninsulei Alaska. Ulterior au fost realizate și alte testări care au presupus o
serie de variante ale tehnologiei, incluzând adausul de nutrienți, de
dispersanți chimici, de biosurfactanți etc (Scragg, 1999).
Biodegradarea microbiană a petrolului poate asigura decontaminarea
unor soluri poluate sau a unor sedimente; în acest caz se utilizează populații
mixte de microorganisme (consorții) capabile să realizeze degradarea
eficientă a mai multor compuși poluanți. De

222
asemenea, spargerea unor conducte de petrol pot determina pagube
însemnate prin deversările ce se produc. Solurile conțin în mod natural
aproximativ 1% bacterii sau fungi ce pot utiliza hidrocarburile, alături de
cianobacterii sau unele alge. In cazul solurilor contaminate cu hidrocarburi
s-a dovedit că numărul micro-organismelor din respectivul habitat crește,
dar diversitatea acestora este redusă (Mesarch și Nies, 1997).
Biodegradarea hidrocarburilor este asociată cu creșterea microbiană,
cu metabolismul acestora și, prin urmare cu factorii ce afectează creșterea și
metabolismul microbian. Dacă microorganismele nu pot utiliza
hidrocarburile drept unică sursă de carbon, este necesară adăugarea unor
substanțe care să poată fi folosite drept sursă nutritivă. In asemenea situații
se utilizează tratamente mixte, cu inocul microbian și cu diferite substanțe
chimice (cum ar fi sulfatul de amoniu și fosfatul mono- și disodic).
Un microorganism cu proprietăți degradative speciale este fungul din
specia Phanaerochaete chrysosporium . Denumit și fungul putregaiului alb
datorită faptului că este capabil să degradeze lignina din lemn, această
specie manifestă în plus și capacități de degradare enzimatică a numeroși
compuși xenobiotici (benzen, toluen, etilbenzen, compuși clorurați cum ar fi
triclorfenolul etc). În afara acestei specii, în procesele de degradare a
compușilor xenobiotici mai pot fi implicate bacterii din genurile
Flavobacterium, Arthrobacter sau Rhodococcus (Lo și col., 1998) În
asemenea procese degradative intervin enzime extracelulare de tipul lignin-
peroxidazelor, mangan-peroxidazelor, glioxal oxidazelor, etc.

223
CAPITOLUL XXV

ACTIVITATEA GEOLOGICĂ MICROORGANISMELOR

Geomicrobiologia sau litobiologia este un domeniu al ecologiei
microorganismelor, cu caracter interdisciplinar, rezultat din confluența unor
concepte aparținând microbiologiei generale, geologiei, ecologiei și
științelor solului. Formarea și degradarea unor minerale, inițial s-a realizat
fără intervenția microorganismelor. Geomicrobiologia studiază rolul
microorganismelor în transformările substanțelor minerale, în formarea,
eliberarea și migrarea țițeiului în zăcământ, precum și în formarea
zăcămintelor de cărbuni. Unele microorganisme folosesc direct substanțele
minerale, ca surse de energie (donori de e- sau de hidrogen) sau ca acceptori
de e- sau hidrogen. Nevoia de substanțe minerale este foarte mare, atunci
când ele sunt utilizate ca sursă de energie.
Unele microorganisme din mediile naturale pot transforma cantități
mari de substanțe minerale prin două mecanisme diferite:
1) prin acțiune enzimatică directă (oxidare, reducere, hidroliză);
2) pe cale neenzimatică (indirectă), prin acțiunea unor produși finali de
metabolism. Pe această cale se pot realiza patru tipuri de interacțiuni: a)
coroziunea materiei insolubile prin efectul acizilor anorganici (azotic,
sulfuric, carbonic) sau acizilor organici; b) precipitarea carbonaților, a
sulfaților și a sulfurilor produse în metabolism; c) adsorbția oxizilor de Fe și
Mn pe structurile extracelulare a bacteriilor; d) chelatarea , reacție prin care
un compus organic produs pe cale metabolică poate complexa un ion
metalic, protejându-l de precipitare, oxidare sau reducere.
Procesele de transformare ale mineralelor sunt cel mai mult studiate
în cazul bacteriilor, dar au loc și sub acțiunea fungilor, a algelor, a

224
protozoarelor, a lichenilor, a unor plante superioare și chiar a unor
metazoare.
Transformările microbiene ale fierului și manganului
Fierul, al patrulea element ca abundență în natură este prezent în cea
mai mare parte, în forme insolubile, inaccesibile circulației biogeochimice.
Ciclul fierului poate fi redus la reacții de oxidare ale Fe feros la Fe feric și
de reducere a Fe feric la Fe feros. Reacțiile de oxido-reducere sunt
importante atât pentru compușii anorganici, cât și pentru cei organici ai Fe.
Fe3+și Fe2+ au solubilități diferite: Fe3+ (feric) precipită în mediul
alcalin ca hidroxid feric, iar în condiții anaerobe poate fi redus la forma
feroasă mai solubilă. În condiții naturale, în habitate aerobe Fe este prezent
în special în stare oxidată (ferică). În anerobioză se acumulează Fe feros.
Bacteriile provenite din medii naturale sau cultivate pe medii cu Fe și
Mn, examinate la microscopul electronic au evidențiat existența depozitelor
de Fe și Mn cu localizări selective.
Pe baza observațiilor privind asocierea frecventă a depozitelor de Fe
cu unele structuri celulare și cu polimerii extracelulari se consideră că
depozitarea Fe s-ar putea realiza prin mecanisme biologice, dar și pe cale
abiotică.
Oxidarea biologică a Fe2+ s-ar realiza în condiții de microaerofilie, la
pH 6,6, dar și în apele oligotrofe bine aerate, slab alcaline. După depunerea
oxizilor de Fe în matricea polimerică, fenomenele de cataliză abiotică ar
accelera fenomenele de depunere. Apa care se scurge prin formațiunile de
nisip dizolvă sărurile feroase. Când ajung la suprafață, mecanismele
oxidative convertesc Fe2+ la Fe3+, care precipită ca hidroxid feric, ce
formează depozite brun-ruginii în izvoare, pe suprafața pietrelor în apele
care curg lent ca o peliculă iridescentă de Fe(OH) 3.

225
Autooxidarea are loc rapid în condiții de aerobioză, la pH neutru. Se
formează Fe(OH) 2 și Fe(OH) 3, oxizi încărcați pozitiv, care se pot lega de
polimerii bacterieni electronegativi.
Datorită O 2 atmosferic, cel mai mult Fe din biosferă este în stare
oxidată (Fe3+). Reducerea Fe feric (Fe3+) la Fe2+ este rezultatul activității
bacteriilor heterotrofe din g. Alcaligenes, Bacillus , Proteus și Pseudomonas ,
precum și a unor fungi (Mulder, 1972).
Manganul , element esențial pentru toate organismele se găsește în
natură fie în formă redusă (Mn2+), fie în formă oxidată (Mn3+). Oxidarea
ionului manganos (Mn2+) la ion manganic (Mn3+ sau Mn4+) se poate realiza
pe trei căi:
1) Calea pur chimică , realizabilă în anaerobioză, la pH 9,0, cu formare de
MnO2, insolubil în apă;
2) Oxidarea în prezența hidroxiacizilor (acid malic, citric, gluconic) este
posibilă la pH mai mare de 8,0 și în prezența unor concentrații mari de Mn.
Mecanismul ei nu exclude intervenția unor microorganisme;
3) Oxidarea biologică este realizată de manganobacterii și de unii fungi:
Leptothrix sp., Gallionella, Hyphomicrobium, Sphaerotilus, Metallogenium ,
etc. Reacția după care bacteriile și fungii ar oxida Mn2+ este:
Mn2+ + 1/2 O 2 MnO2 + 2H+
Oxidarea s-ar produce pe suprafața celulelor bacteriene sub acțiunea
oxidazelor sau a catalazelor, fără beneficiu pentru microorganisme.
Microorganismele au un rol important și în geneza nodulilor de Mn. Nodulii
sunt concrețiuni minerale, bogate în oxizi de Fe și Mn, prezenți pe fundul
mărilor și oceanelor. Pot conține până la 65% MnO 2. Mărimea lor variază
între 1 mm și 20 cm diametru. Microorganismele ar constitui suprastructura
solidă pe care s-ar acumula oxizii de Fe și Mn.
Biosolubilizarea metalelor. “Leșierea“ bacteriană

226
Procedeele de biosolubilizare sunt reunite sub denumirea de leșiere
(engl. leaching, de la “to leach“  a extrage; fr. “lixiviation“ de la
lat.“lixivium“  lesie). Termenul caracterizează ansamblul procedeelor
tehnice și tehnologice, care duc la eliberarea metalelor din zăcăminte sau din
depozitele de steril. Ele includ: sfărâmarea minereului, extracția și selecția
unei anumite categorii de minerale și de concentrate, solubilizarea propriu-
zisă realizată de bacterii sau de metaboliții lor și extracția metalelor din
soluție.
Procedeele se încadrează în preocupările cunoscute sub denumirea
de hidrometalurgie microbiană (Brierley, 1986). Rolul bacteriilor în acest
proces a fost sugerat de Colmer și Hinkle (1947), care au remarcat prezența
constantă a bacteriei T. ferooxidans , în apele de drenaj ale minelor de
cărbune. Această bacterie, în asociere cu T. thiooxidans “dizolvă“ metalele
din zăcăminte.
Microorganismele care produc leșierea metalelor sunt, în special,
chemolitotrofe, acidofile. Au fost implicate T. ferooxidans, T. thiooxidans,
Leptospirillum ferooxidans și Sulfolobus acidocaldarius .
T. ferooxidans are rol fundamental în procesele de biosolubilizare. Se
izolează curent din apele acide ale minelor de cărbune și are rolul de a
converti Fe2+ la Fe3+. În plus, oxidează compușii sulfului, cu diferite grade
de oxidare: sulfurile (S2-) solubile și insolubile, sulful nativ (S0), tiosulfatul
(S2O32-) sau tetrationatul (S 4O62-). Produsul oxidării este sulfatul. Oxidarea
Fe2+ și a S se poate realiza spontan, fără intervenția bacteriilor, sub acțiunea
O2 în aer, dar procesul este lent și lipsit de semnificație practică. Reacția este
accelerată de 200.000-500.000 ori în prezența bacteriei T. ferooxidans .
Mecanismele biosolubilizării
În procesul de solubilizare a metalelor din zăcăminte, bacteriile pot
acționa pe două căi:
– pe cale directă, respectiv prin oxidarea mineralelor sulfurate;

227
– pe cale indirectă, participând la oxidare prin producerea Fe3+ și a acidului
sulfuric.
Biosolubilizarea indirectă este procedeul prin care metalele sunt
eliberate din mineralele insolubile, prin intermediul oxidanților chimici
produși de microorganisme. Reacțiile chimice caracteristice leșierii indirecte
se pot produce și ca oxidări pur chimice, dar activitatea microorganismelor
accelerează mult viteza reacțiilor chimice.
În leșierea indirectă, bacteriile produc Fe feric (Fe3+) ca Fe 2(SO4)3
prin oxidarea Fe feros (Fe2+) solubil. Fe 2(SO4)3 este un oxidant puternic și
dizolvă o mare varietate de metale pe care le transformă în ioni oxidanți
solubili într-o soluție de acid sulfuric.
Leșierea produsă sub acțiunea Fe 2(SO4)3 este numită indirectă,
deoarece are loc în absența bacteriilor viabile, ca și în absența O 2. În cursul
acestei reacții, reapare Fe feros, care este rapid reoxidat de bacterii. De
aceea, leșierea indirectă se numeste leșiere “asistată“.
Biosolubilizarea directă se realizează fără participarea sulfatului
feros produs pe cale bacteriană, deoarece metalele sunt eliberate din
minereul insolubil direct, prin metabolismul oxidativ al microorganismelor.
Bacteriile se leagă fizic pe suprafața sulfurilor metalice și transferă în cursul
metabolismului lor energetic, e- de la Fe sau S, pe atomii de oxigen.
Existența acestui mecanism aerob a fost demonstrată la T. thiooxidans .
Consecința este solubilizarea metalului, după reacția: SM (sulfură
metalică) + 2O 2  MSO 4. M este un metal bivalent.
Recuperarea metalelor prin acumularea de către microorganisme .
Capacitatea microorganismelor acvatice de a concentra ionii metalici
din soluțiile lor diluate prin adsorbție sau absorbție directă din apă a fost
demonstrată de Riley (1965) și este consecința proprietății de a fixa și
precipita intracelular sau pe suprafața lor, metalele din soluție. În prima
etapă are loc interacțiunea stoichiometrică a metalului din soluție cu

228
grupările chimice reactive de pe suprafața peptidoglicanului. Ulterior, după
complexare, situsurile respective devin “centre de nucleare“, la nivelul
cărora continuă procesul de depunere a metalului sub formă de precipitate
chimice. Se admite existența a două modalități majore de bioacumulare:
1) complexarea metalelor cu sarcini electropozitive, la grupările funcționale
electronegative ale suprafeței celulare sau ale polimerilor extracelulari;
2) acumularea metalelor în citoplasma microorganismelor. Ambele
modalități au fost demonstrate atât în variantele lor “active“, prin intervenția
celulelor vii, cât și “pasive“, adică în prezența celulelor moarte.
Procesele active de acumulare a metalelor sunt asociate cu celulele
vii și au la bază interacțiunile cu suprafața celulelor, reacții de oxido-
reducere, de schimb ionic, de precipitare, de înglobare intracelulară.
Procesele de acumulare se realizează prin următoarele mecanisme:
1) Reducerea metalelor de către microorganisme, ceea ce implică o
diminuare a valenței lor –reducerea Hg.
2) Precipitarea metalelor sub acțiunea sulfurilor produse de bacteriile
sulfat-reducătoare. Desulfovibrio sp., Desulfotomaculum produc H 2S care
reacționează cu cationii metalici liberi sau adsorbiți, pe care îi precipită sub
formă de sulfuri metalice.
3) Recuperarea argintului din suspensiile acvatice este un proces foarte
eficient, al cărui mecanism nu este precizat.
Acumularea intracelulară a metalelor are loc după un mecanism
incomplet elucidat, dar este extrem de rapidă: Ps. aeruginosa acumulează
100 mg uraniu/litru de suspensie în mai puțin de 10 secunde, iar uraniul
ajunge să reprezinte circa 50% din greutatea celulară uscată. Depozitarea
internă este bine cunoscută la bacteria Aquaspirillum magnetotacticum , care
include în structura sa magnetosomi alcătuiți din magnetită (FeO 4).
Magnetosomii sunt acoperiți de o membrană, asemănătoare ca structură
chimică, celorlate membrane celulare.

229
Procesele pasive de acumulare a metalelor (biosorbția) sunt
consecința sarcinii electronegative nete a celulelor bacteriene.
Descoperirea fenomenelor de bioacumulare a deschis calea unor
biotehnologii menite să asigure îndepărtarea metalelor (Cu, Cr, Al, Ni, Fe,
U, Pb, Cd) din apele uzate industriale. Procedeul poate fi folosit pentru
combaterea poluării, refacerea apelor de suprafață sau freatice contaminate,
precum și pentru recuperarea metalelor respective, cu consecințe economice
importante.
Biosorbantții produși în prezent sunt reprezentați de granule de
biomasă microbiană sau de polimeri (exopolizaharide sau componente ale
peretelui celular). Ei sunt compactați într-o masă rezistentă la influențele
mediului înconjurător, cu forme și dimensiuni adecvate, precum și cu
capacitate de regenerare. Pentru producerea lor poate fi folosită biomasă
microbiană rămasă neutilizată de la alte biotehnologii (producția de
antibiotice, fermentații etc). Biosorbanții se folosesc în special pentru
îndepărtarea cationilor metalelor grele din apele uzate, în special Cd, Cu, Pb
și Zn.
Rolul microorganismelor în formarea zăcămintelor de petrol
Petrolul (latin, petra  roca, oleum  ulei) este un amestec complex,
extrem de heterogen, de hidrocarburi gazoase, lichide și solide, la care se
adaugă numeroși compuși ai carbonului și hidrogenului cu O, N, S, P.
Proporția diferitelor elemente este următoarea: C – 82,2-87,1%; H -11,7-
14,7%; S – 0,1-5,5%; N – 0,1-1,5%; O – 0,1-4,5%; săruri minerale -0,1-1,2%.
Teoriile asupra genezei petrolului nu au explicat caracterul reacțiilor
chimice din care a rezultat complexul ce conține mii de hidrocarburi. În
prezent există un acord general asupra faptului că petrolul s-a format ca și
cărbunele, din materia organică, supusă unor condiții speciale de mediu și
continuă să se formeze și în prezent.

230
Sursa de bază pentru formarea combustibililor fosili este reprezentată
de plantele superioare în mediul terestru, iar în mediul acvatic, furnizorul de
biomasă este fitoplanctonul. Se adaugă resturile organice provenite din
lanțul trofic complex al mediului acvatic (din zooplancton, animale marine,
microorganisme).
Formarea petrolului, la temperaturi și presiuni moderate ar avea loc
în două etape: una inițială, biologică, în cursul căreia masa organică este
atacată și modificată de bacterii și o a doua, foarte îndelungată, de
transformări fizico-chimice.
În favoarea participării microorganismelor la formarea zăcămintelor
există mai multe argumente:
– petrolul este absent în formațiunile geologice pur anorganice;
– în zăcăminte a fost evidențiată frecvent prezența unor microfosile
de animale marine, fragmente de lemn pietrificat, crustacee mici, spori
fungici, rășini vegetale etc;
– prezența în zăcămintele de mare adancime (2000-2950 m) a unor
bacterii care pentru creștere necesită temperaturi și presiuni mari;
– unele bacterii, în condiții artificiale sintetizează unele hidrocarburi
simple;
– prezența, în special în fracțiunile grele ale petrolului, a unor
“molecule chimice fosile“ provenite din organismele vii: alcani de tipul
C15H32 (probabil originari din alge), alcani de tipul C 29H60 (originari din
plante superioare) etc.
Bacteriile acționează în mod cert asupra materiei organice
precursoare, pentru a o transforma într-un produs care seamănă mai mult cu
petrolul decât cu materialul original, protopetrol. Stadiile finale de conversie
a protopetrolului în țiței brut sunt de natură fizico-chimică.
Faza inițială – biologică corespunde transformării constituienților
majori (glucide, proteine, lipide) din structura organismelor moarte, sub

231
acțiunea bacteriilor. Inițial, acționează bacteriile facultativ anaerobe care
consumă O 2 dizolvat în apele din adânc, diminuează cantitatea de substanță
organică și deschid calea acțiunii microorganismelor anaerobe.
Faza a doua – fizico-chimică este de lungă durată. Cea mai mare
parte a materiei organice trece în această fază. În cursul ei, lipidele, prin
modificări structurale minore formează molecule din categoria “fosilelor
geochimice“, iar aminoacizii și glucidele simple, prin policondensare,
formează acizii humici și fulvici, asemănători celor descriși în sol. Ei
formează humusul marin, produs complex, coloidal, asemănător celui din
sol. Continuarea procesului de policondensare și a celui de sedimentare
realizează transformarea sedimentului organic în kerogen, care reprezintă
sursa principală de formare a petrolului, a gazelor și a șisturilor bituminoase.
Procesul de sedimentare continuă zeci, chiar sute de milioane de ani,
în condiții în care temperatura crește cu circa 30oC/km. Kerogenul, format
din nuclei poliaromatici, legați prin lanțuri alifatice suferă un proces de
degradare termică menajată, care are drept consecință dispariția grupărilor
funcționale (acid, ester, cetonă, etc.) și menținerea nucleilor poliaromatici.
Se produc rearanjări moleculare, eliminarea CO 2, H2O și a produșilor
oxigenați, degradarea lanțurilor alifatice, determinând formarea țițeiului.
Țițeiul conține cantități variabile de sulf, între 0,025 și 6%, sub
formă legată în peste 200 de molecule organice complexe sau ca S
elementar, sulfați, sulfuri, tiosulfat. Se admite că sulful din petrol este
rezultatul activității bacteriilor sulfat-reducătoare, active în faza de
sedimentogeneză asupra compușilor cu sulf din mediu pe care îi introduce în
combinații organice complexe. Microorganismele realizează și interacțiile
inverse, de desulfurizare in situ, prin degradarea compușilor sulfului cu
eliberare de H 2S.
După formare, țițeiul este regăsit în stare dispersată și conservat ca
atare în roca-mamă. Pentru a forma zăcăminte, el trebuie să migreze și să se

232
acumuleze în rezervorul poros (migrarea primară). Apoi se deplasează în
interiorul rezervorului pentru a se acumula la nivelul unei capcane
anticlinale sau a unor crăpături în strat (migrare secundară).
Bacteriile au un rol esențial în procesul complex de eliberare,
migrare și acumulare a țițeiului, realizabil pe mai multe căi:
1) degradarea matricei organice a resturilor vegetale, cu eliberarea
picăturilor de țiței;
2) dizolvarea carbonaților din rocile pe care este adsorbit și formarea de
canalicule și spații goale;
3) producerea de CO 2, CH4, H2 și alte gaze, care reduc vâscozitatea, în
special când se află sub presiune, favorizând scurgerea până la capcane;
4) producerea de acizi grași și substanțe tensioactive, care acționează asupra
țițeiului adsorbit sau aflat în emulsia apoasă.

233
CAPITOLUL XXVI

IDENTIFICAREA CU AJUTORUL TEHNICILOR
MOLECULARE A MICROORGANISMELOR DIN
ECOSISTEMELE ACVATICE ȘI TERESTRE POLUATE

Acizii nucleici sunt substanțe macromoleculare alcătuite din
nucleotide. Nucleotidele sunt formate dintr-o bază azotată, o pentoză și un
radical fosfat. Bazele azotate sunt de două tipuri: purinice – adenina și
guanina, respectiv pirimidinice –timina, citozina și uracilul. În structura
ADN intră dezoxiriboza, adenina, guanina, timina, citozina și radicalul
fosfat. În structura ARN intră riboza, adenina, guanina, uracilul, citozina și
radicalul fosfat. O bază azotată și o pentoză sunt legate prin legături β-N-
glicozidice formând o nucleozidă. Adăugarea radicalului fosfat la
nucleozidă duce la formarea unei nucleotide. Nucleotidele sunt legate între
ele prin legături fosfodiesterice. ADN este materialul genetic al majorității
organismelor cu excepția viroizilor și a ribovirusurilor.
În vederea izolării și purificării acizilor nucleici trebuie parcurse mai
multe etape:
● Alegerea materialului biologic de la care se izolează acizii nucleici:
– virusuri – se folosesc suspensii ce conțin particule virale (obținute în urma
lizei celulare a bacteriilor sensibile);
– bacterii – se folosesc suspensii bacteriene obținute dintr-o cultură
proaspătă de 18h;
– drojdii – se folosesc suspensii de drojdii obținute dintr-o cultură proaspătă
de 18 h;
– fungi filamentoși – se folosește miceliu obținut în mediu lichid de 24-48 h;
– organisme animale – se aleg organe, țesuturi moi, culturi de celule;

234
– plante – se alege țesut foliar tânăr, calus, embrioni.
● Distrugerea peretelui celular:
– virusuri – distrugerea proteinelor capsidale se realizează cu fenol; ADN-ul
și ARN-ul celulei gazdă sunt degradate prin tratament enzimatic cu DN-ază
și RN-ază;
Bacterii:
– prin îngheț-dezgheț se fragmentează peretele celular și se obțin protoplaști,
care fiind sensibili la presiunea osmotică se lizează;
– tratament enzimatic cu lizozim, lizostafin; pentru bacterii Gram-pozitive
concentrația de lizozim trebuie să fie mai mare (15-30 mg/ml) decât la
bacteriile Gram-negative (5-15 mg/ml). Lizozimul este un complex
enzimatic extras din albuș de ou activ la pH alcalin (minim pH=8).
Lizozimul degradează legăturile β-1,4- dintre acidul N-acetilmuramic și N-
acetilglucozamina componente ale peptidoglicanului. La bacteriile
Grampozitive din genul Staphylococcus se utilizează lizostafin – un
complex enzimatic sintetizat de anumite tulpini de stafilococi, lizozimul
fiind ineficient;
– utilizarea antibioticelor din gama β-lactamilor (penicilină, tetraciclină),
care au rol în inhibarea formării peretelui celular;
– ultrasonicarea – ultrasunetele provoacă ruperea pereților celulari. Ele sunt
generate prin trecerea unui curent alternativ printr-un cristal de cuarț;
Drojdii și fungi filamentoși:
– mojarare cu nisip de cuarț sau bile de sticlă urmat de vortexare;
– tratament enzimatic cu “suc de melc” (complex enzimatic extras din sucul
gastric al Helix pomatia ), care conține chitinază, celulază, protează, amilază,
etc;
– ultrasonicarea;

235
Determinarea purității și dozarea acizilior nucleici prin metode
spectrofotometrice

Concentrația de ADN sau ARN se poate determina pe baza absobției
radiațiilor UV la λ= 260 nm. Astfel, s-a determinat că la o valoare a
absorbanței de 1 la 260 nm concentrația unei probe de ADN dublu catenar
este de 50 μg/ml și a unei probe de ARN este de 40 μg/ml. Verificarea
spectrofotometrică a purității ADN se face prin citirea absorbanței la
lungimi de undă specifice pentru ADN și pentru contaminanții posibili
(polizaharide, EDTA, etanol λ= 230 nm; fenol λ= 270 nm; proteine λ=280)
față de tampon TE.
Pentru evaluarea purității ADN trebuie să se țină cont de următoarele
criterii:
– O valoare a raportului A260/A280 între 1,8 și 2 indică o puritate
mare a soluției de ADN; dacă raportul este mai mare de 2 atunci
proba este contaminată cu ARN, iar dacă raportul este mai mic de
1,8 atunci proba este contaminată cu proteine;
– O valoare a raportului A260/A230 mai mică de 2 indică o
contaminare cu polizaharide;
– Raportul A260/A270 indică gradul de contaminare cu fenol.

Verificarea electroforetică a ADN

Electroforeza reprezintă o metodă fizico-chimică analitică și
preparativă, care se bazează pe fenomenul migrării unor particule încărcate
electric într-un mediu solid sub acțiunea unui câmp electric extern. Migrarea
moleculelor de acizi nucleici în gel de agaroză în câmp electric este o
tehnică folosită în biologia moleculară pentru separarea și identificarea
acestora. Principiul general al electroforezei acizilor nucleici constă în faptul

236
că la pH neutru sau alcalin acizi nucleici au sarcină globală negativă și într-
un câmp electric vor migra spre electrodul pozitiv (anod). Moleculele
migrează în gel cu viteze diferite, în funcție de dimensiunea lor. Moleculele
de dimensiuni mici vor migra cel mai repede, iar moleculele de dimensiuni
mari vor migra mai încet. Moleculele de ADN plasmidial pot avea diferite
conformații moleculare: circulare închise covalent (CIC), supraîncolăcite
circulare deschis (CD) și lineare. Moleculele cu astfel de conformații
migrează diferit în gelul de electroforeză: cel mai rapid migrează forma
CIC, apoi forma L și ultima forma CD. Intensitatea curentului electric
aplicat gelului trebuie să fie de 5 V/cm. O tensiune mai mare determină
distorsionarea benzilor de ADN, acestea apărând curbate. Grosimea gelului
trebuie să fie de 3-4,5 mm. Concentrația de agaroză poate varia între 0,3-2%
în funcție de dimensiunea moleculelor de ADN ce urmează a fi separate.
Pentru gelul de verificare a unor extracte de ADN cromosomal se folosește
o concentrație de 0,7-0,9%. Colorarea moleculelor de ADN se realizează cu
bromură de etidiu, care este un agent intercalant de tip fluorocrom (se
intercalează între bazele azotate ale acizilor nucleici). Bromura de etidiu se
prepară ca soluție stoc în apă cu concentrația de 10 mg/ml și se utilizează la
o concentrație de 0,5-1μg/ml. Bromura de etidiu se adăugată fie direct la
agaroză când se prepară gelul fie gelul poate fi colorat după electroforeză.
Benzile de ADN pot fi vizualizate după migrare la transiluminator UV
(λ=250-310 nm).
Avantajele electroforezei în gel de agaroză: este o metodă rapidă și
simplă; prin această metodă pot fi separate și identificate fragmente de ADN
cu dimensiuni variabile; ADN poate fi localizat în gelul de agaroză prin
colorare cu bromură de etidiu. Mobilitatea electroforetică a ADN în gelul de
agaroză depinde de: mărimea moleculelor de ADN; concentrația agarozei;
conformația moleculară a ADN; curentul aplicat.

237
TEHNOLOGIA PCR (polimerase chain reaction) – reacția de
polimerizare în lanț

Reacția de polimerizare în lanț a unui fragment de ADN a fost
elaborată în 1983 de Kary Mullis. În scurt timp tehnologia PCR a devenit
una dintre cele mai importante și mai puternice metode în biologia
moleculară. Acumularea cunoștințelor despre modul de funcționare al ADN
polimerazelor termostabile, pe de o parte și dezvoltarea automatizării
aparaturii (termocicler), pe de altă parte, au permis utilizarea tehnologiei
PCR pentru cercetare și diagnostic (Sreenivasaprasad și Mills, 1998).
Reacția PCR este o metodă cu foarte multe aplicații în biologia
moleculară. Această reacție enzimatică permite amplificarea in vitro a unui
anumit fragment de ADN dintr-o probă de ADN complex putând genera
cantități de ordinul microgramelor din fragmentul țintă. De la apariția
metodei în 1985, specificitatea, sensibilitatea și viteza acestei tehnologii au
generat dezvoltarea mai multor metode cu aplicativitate în diverse arii de
cercetare în domeniul biologiei pentru toate clasele de organisme. Dintre
aplicațiile tehnologiei PCR pot fi amintite cele din domeniile micologiei,
care includ genetica fungilor și sistematica, ecologia și microbiologia
solului, fitopatologia, micologia medicală, biotehnologia fungilor, etc. (Edel,
1998).
PRINCIPIUL REACȚIEI PCR
Reacția PCR este o metodă de amplificare exponențială enzimatică
in vitro a unui fragment de ADN, fiind constituită din cicluri succesive de
replicare a ADN, utilizând doi primeri oligonucleotidici care flanchează
regiunea țintă și care hibridizează cu cele două catene ale matriței de ADN,
care conțin regiunea ce va fi amplificată. Amplificarea se bazează pe
utilizarea unei enzime, ADN polimeraza termostabilă numită Taq
polimeraza izolată de la Thermus aquaticus . După ce toate componentele

238
necesare desfășurării reacției PCR au fost amestecate, termociclerul
parcurge o succesiune de etape care necesită diferite temperaturi de lucru:
denaturarea ADN, legarea primerilor și amplificarea ADN.
Prima etapă presupune incubarea amestecului de reacție la o
temperatură mare (90-950C) care permite denaturarea matriței de ADN
dublu catenar. Următoarea etapă constă în răcirea amestecului de reacție la o
temperatură în jurul valorii de 550C (±) pentru hibridizarea primerilor
oligonucleotidici la capetele 3’ ale celor două catene monocatenare ale
matriței de ADN. A treia etapă necesită creșterea temperaturii la 720C
pentru inițierea sintezei noilor catene de ADN. Această secvență de trei
etape corespunde unui ciclu al reației PCR. Timpul necesar desfășurării
fiecărei etape este de regulă de 1-2 minute. În ciclul al doilea, catena de
ADN nou sintetizată este separată de catena matriță prin denaturare și
fiecare catenă servește din nou ca matriță în următoarele etape – legarea
primerilor și amplificare. De obicei se realizează 30-40 de cicluri. Teoretic
după parcurgerea a n cicluri în reacția PCR se vor forma 2n molecule de
ADN țintă. Diferența față de replicarea in vivo constă în faptul că în reacția
PCR etapa de desfacere a dublului helix de ADN matriță și atașarea
primerilor nu sunt realizate enzimatic ci cu ajutorul temperaturii, singura
enzimă utilizată fiind o polimerază termostabilă dependentă de ADN cu
funcție de replicază.
COMPONENTELE ȘI PARAMETRII REACȚIEI PCR
ADN matriță, primerii oligonucleotidici, ADN polimeraza și
deoxiribonucleotidele trifosfat (dNTP) sunt amestecate într-un tampon ce
conține ioni de Mg2+ (MgCl 2). Volumul de reacție este de regulă cuprins
între 25-100 μl. Condițiile standard pentru concentrațiile diferitelor
componente permit amplificarea majorității secvențelor țintă, dar pot fi
optimizate pentru fiecare reacție PCR nouă. De exemplu, concentrația de
MgCl2 necesară funcționării Taq polimerazei este 1,5 mM. În cazul în care

239
nu se obțin rezultate bune după reacția PCR această concentrație poate fi
optimizată: o concentrație mai mare de clorură de magneziu poate crește
cantitatea produșilor de amplificare, dar totodată scade specificitatea. O
concentrație mai mică de clorură de magneziu crește specificitatea, dar
scade cantitatea produșilor de amplificare. În mod similar temperatura și
timpul necesare pentru fiecare etapă a reacției, în special în etapa de legare a
primerilor, ar trebui optimizate pentru fiecare secvență țintă și pentru fiecare
pereche de primeri. Temperatura pentru legarea primerilor este în general
optimizată prin tatonări empirice, creșterea făcându-se până se vor obține
rezultate bune în ceea ce privește cantitatea produșilor de amplificare și
specificitatea de reacție a enzimei.

METODĂ DE IDENTIFICARE RAPIDĂ A MICROORGANISMELOR –
TEHNICA FISH

Tehnica FISH – fluorescence in situ hybridization” permite
identificarea microorganismelor din orice tip de probe din mediu (probe de
apă sau sol).
Tehnica presupune trei etape:
– fixarea celulelor (astfel sunt conservate moleculele de ADN sau
ARN);
– permeabilizarea pentru a facilita accesul sondelor oligo- sau
polinucleotidice la situsul țintă;
– hibridizarea ARN ribozomal cu sondele nucleotidice. Sondele pot fi
marcate direct cu fluorocromi sau colorantul este introdus în
următoarea etapă de detecție a microorganismelor.
Probele pot fi apoi analizate prin tehnici de microscopie cu
epifluorescență, laser scanning (CLSM – Confocal Laser Scaning
Microscopy) sau flow cytometry. Tehnica FISH clasică se bazează numai pe

240
utilizarea ARNr (în general 16S) ca țintă pentru sondele nucleotidice,
deoarece acesta este prezent în toate celulele într-un număr relativ mare de
copii. Deoarece ARNr este utilizat ca marker filogenetic există numeroase
baze de date legate de secvențierea acestuia necesare pentru design-ul
sondelor.
Pe parcursul celor douăzeci de ani de când a fost pusă la punct această
tehnică a devenit o unealtă prețioasă pentru microbiologi. Motivele
popularității acestei tehnici sunt evidente:
– FISH permite detecția și identificarea celulelor microorganismelor
fără a fi necesară cultivarea lor, fapt foarte important deoarece doar
0,3% dintre bacteriile din sol și mai puțin de 0,1% dintre bacteriile
marine pot fi cultivate în laborator in vitro (Amann și colab., 1995);
– posibilitatea detectării celulelor in situ permite pătrunderea în
interiorul structurii comunităților microbiene și poate ajuta la
identificarea lor rapidă și sigură.

241

Bibliografie

1. Anghel I. Cojocaru I. Toma N. Voica C.,1989, ’’Biologia și tehnologia
drojdiilor ’’ vol. I – Editura tehnica-București;
2. Anghel I., Toma M., Voica C., Cojocaru I.,1993, Biologia și tehnologia
drojdiilor , Vol. III, Ed. Tehnică, București;
3. Banu Constantin, 1987, Biotehnologii în industria alimentară , Editura
Tehnică Bucuresti;
4. Barton, Larry L.; Northup, Diana E., 2011, Microbial Ecology . Wiley-
Blackwell. Oxford: John Wiley & Sons. p. 22;
5. Bowler, Chris; Karl, David M.; Colwell, Rita R., 2009, " Microbial
oceanography in a sea of opportunity ". Nature 459;
6. Buchanan R.E., Gibbons N.E. – “ Bergey’s manual of determinative
Bacteriology ” , Ed. Wiliams;
7. Cernescu C.,2003, “ Virusologie medicală – Note de curs ”, Editura
Medicală, București;
8. Dan V., Kramer C., Bahrim G., Nicolau A., Zara Margareta, 1999,
Memorator de drojdii , Editura Evrika Brăila, ISBN 973-9499-86-4;
9. Dan V., Kramer C., Bahrim G., Nicolau A., Zara Margareta, 1999,
Memorator de mucegaiuri , Editura Evrika Brăila, ISBN 973-9499-89-9;
10. Dan V., Oancea I., Kramer C., Tofan C., Zara Margareta, 1991,
Controlul microbiologic al produselor alimentare , Editura Universitatea
“Dunărea de Jos” Galați;
11. Delong, Edward F., 2009, " The microbial ocean from genomes to
biomes". Nature 459 (7244);
12. Delong, E. F., 2007, "Microbial Communities in Nature and
Laboratory – Interview ". Journal of Visualized Experiments (4);

242
13. Eliade Gh., Ghinea L., Ștefanic Gh.,1975, Microbiologia solului , Ed.
CERES, București;
14. Eliade Gh., Ghinea L., Ștefanic Gh., 1983, Bazele biologice ale
fertilității solului , Ed. CERES, București;
15. Felicia Dragomir, 2006, Microbiologia alimentelor , Editura
Universitaria, Craiova;
16. Fenchel, Tom, Blackburn, Henry; King, Gary M., 2012, Bacterial
Biogeochemistry: The Ecophysiology of Mineral Cycling (3 ed.). Boston,
Mass.: Academic Press/Elsevier;
17. Gherman, V., Microbiologie generală . Aplicații., 2008, Editura
Politehnică, Timișoara;
18. Hatman M., 1990, Microbiologie, Lucrări practice , Universitatea
Agronomică Iași – Centrul de multiplicare, Iași;
19. Hatman M., Ulea E., 1993, Microbiologie – Curs, Universitatea
Agronomică Iași – Centrulde multiplicare, Iași;
20. Hugenholtz, P., 2002, "Exploring prokaryotic diversity in the
genomic era ".Genome Biology 3;
21. Kim, B., H., Gadd, G., M., 2008, Bacterial Physiology and
Metabolism , Cambrige University Press;
22. Kiss Șt., Ștefanic GH., Pasca Daniela, Drăgan-Bularde Zborovschi,
Crișan R. – Enzimologia mediului înconjurător , Ed. CERES, Vol. I –
1991, Vol. II, 1993;
23. Konopka, Allan, 2009, " What is microbial community
ecology?". The ISME Journal 3 (11);
24. Konopka, A., 2009, " Encyclopedia of Microbiology ". pp. 91–106;
25. Lazăr, V., Herlea V., Cernat R, Bulai D., Balotescu M., Moraru A.,
2004, Microbiologie generală. Lucrări practice , Editura Universității
București;

243
26. Logan, N., A., Lappin-Scott, H., M., Oyston P., C., F., 2006,
Prokaryotic diversity: mechanisms and significance , Cambrige
University Press;
27. Lupp, Claudia, 2009, " Microbial oceanography ",
Nature 459 (7244);
28. Madigan, Michael T., 2012, Brock biology of microorganisms (13th
ed.). San Francisco: Benjamin Cummings;
29. Manolescu Mirela, Lucica Roșu,Anca Ungureanu, 1996, Ghid
practic de microbiologie , Editura Scorillo, Craiova;
30. McDaniel, L. D., Young, E., Delaney, J., Ruhnau, F., Ritchie, K. B.,
Paul, J. H., 2010, " High Frequency of Horizontal Gene Transfer in the
Oceans". Science 330(6000);
31. Mihăescu Gh., Gavrilă L.,1989, Biologia microorganismelor
fixatoare de azot , Ed. CERES, București;
32. Ott, J., 2005, "Marine Microbial Thiotrophic
Ectosymbioses". Oceanography and marine biology, 42: 95–118;
33. Papacostea P., 1976, Biologia solului , Ed. Științifică și
Enciclopedică, București, 1976;
34. Popa Aurel, Popa Daniela, Dragomir Felicia, 2002, Microbiologie
generală, Editura Universitaria;
35. Popa, L., Herlea V., Bulai D., 2002, Microbiologie industrială ,
Editura Universității București;
36. Reddy, K. Ramesh; DeLaune, Ronald D., 2004, Biogeochemistry of
Wetlands: Science and Applications , Boca Raton: Taylor & Francis.
p. 116;
37. Roșu Lucica, 2002, Microbiologie Medicală – Bacteriologie. Note
de curs, Editura Medicala Universitara, Craiova;
38. Roșu Lucica – „ Microbiologie Medicală – Virusologie. Note de
curs”, 2006, Editura Universitaria, Craiova;

244
39. Roșu Lucica, Carmen Luminita Slavu, Ovidiu Zlatian, 2008,
Parazitologie și micologie medicală-note de curs , Editura Medicală
Universitară, Craiova;
40. Smets, Barth F.; Barkay, Tamar, 2005, " Horizontal gene transfer:
Perspectives at a crossroads of scientific disciplines ". Nature Reviews
Microbiology 3 (9);
41. Tofan C., Bahrim G., Nicolau A., Zara Margareta, 2002,
Microbiologia produselor alimentare – Tehnici și analize de laborator ,
Editura Agir;
42. Verstraete, Willy, 2007, " Microbial ecology and environmental
biotechnology ".The ISME Journal 1 (1);
43. Whitman, W. B.; Coleman, DC; Wiebe, WJ, 1998, "Prokaryotes:
The unseen majority ". Proceedings of the National Academy of
Sciences 95 (12);
44. Zarnea Gh. – Tratat de microbiologie generală , Ed. Academiei
Române, București, Vol. I – 1983, Vol. II – 1984, Vol. III – 1986, Vol. IV
– 1990,Vol.V – 1994.
45. Zara Margareta, 2006, Microbiologie generală , Ed. EuroPlus;
46. Zarnea G.,1994, Tratat de microbiologie generală , Ed. Academiei
R.S.R., București.