Пригодилось? Поделись!

Использование полезных микроорганизмов

Содержание

Роль микроорганизмов в природе и сельском хозяйстве

Классификация микроорганизмов по способам питания. Сущность автотрофного и гетеротрофного питания. Сапрофиты и паразиты.

Методы определœения суммарной биохимической активности почвенной микрофлоры

Характеристика микробов клеточной организации


Роль микроорганизмов в природе и сельском хозяйстве

Широкое распространение микроорганизмов свидетельствует об их огромной роли в природе. При их участии происходит разложение различных органических веществ в почвах и водоемах, они обусловливают круговорот веществ и энергии в природе; от их деятельности зависит плодородие почв, формирование каменного угля, нефти, многих других полезных ископаемых. Микроорганизмы участвуют в выветривании горных пород и прочих природных процессах.

Многие микроорганизмы используют в промышленном и сельскохозяйственном производстве. Так, хлебопечение, изготовление кисломолочных продуктов, виноделие, получение витаминов, ферментов, пищевых и кормовых белков, органических кислот и многих веществ, применяемых в сельском хозяйстве, промышленности и медицинœе, основаны на деятельности разнообразных микроорганизмов. Особенно важно использование микроорганизмов в растениеводстве и животноводстве. От них зависит обогащение почвы азотом, борьба с вредителями сельскохозяйственных культур при помощи микробных препаратов, правильное приготовление и хранение кормов, создание кормового белка, антибиотиков и веществ микробного происхождения для кормления животных.

Микроорганизмы оказывают положительное влияние на процессы разложения веществ неприродного происхождения - ксенобиотиков, искусственно синтезированных, попадающих в почвы и водоемы и загрязняющих их.

Наряду с полезными микроорганизмами существует большая группа так называемых болезнетворных, или патогенных, микроорганизмов, вызывающих разнообразные болезни сельскохозяйственных животных, растений, насекомых и человека. В результате их жизнедеятельности возникают эпидемии заразных болезней человека и животных, что сказывается на развитии экономики и производительных сил общества.

Последние научные данные не только существенно расширили представления о почвенных микроорганизмах и процессах, вызываемых ими в окружающей среде, но и позволили создать новые отрасли в промышленности и сельскохозяйственном производстве. К примеру, открыты антибиотики, выделяемые почвенными микроорганизмами, и показана возможность их использования для лечения человека, животных и растений, а также при хранении сельскохозяйственных продуктов. Обнаружена способность почвенных микроорганизмов образовывать биологически активные вещества: витамины, аминокислоты, стимуляторы роста растений - ростовые вещества и т.д. Найдены пути использования белка микроорганизмов для кормления сельскохозяйственных животных. Выделœены микробные препараты, усиливающие поступление в почву азота из воздуха.

Открытие новых методов получения наследственно измененных форм полезных микроорганизмов позволило шире применять микроорганизмы в сельскохозяйственном и промышленном производстве, а также в медицинœе. Особенно перспективно развитие генной, или генетической, инженерии. Ее достижения обеспечили развитие биотехнологии, появление высокопродуктивных микроорганизмов, синтезирующих белки, ферменты, витамины, антибиотики, ростовые вещества и другие, необходимые для животноводства и растениеводства продукты.

С микроорганизмами человечество соприкасалось всœегда, тысячелœетия даже не догадываясь об этом. С незапамятных времен люди наблюдали брожение теста͵ готовили спиртные напитки, сквашивали молоко, делали сыры, переносили различные заболевания, в том числе эпидемические. Свидетельством последнего в библейских книгах служит указание о повальной болезни (вероятно, чуме) с рекомендациями сжигать трупы и делать омовения.

При этом до середины прошлого века даже никто не представлял, что разного рода бродильные процессы и заболевания бывают следствием деятельности ничтожно малых существ.

Классификация микроорганизмов по способам питания. Сущность автотрофного и гетеротрофного питания. Сапрофиты и паразиты.

В соответствии с принятой сейчас классификацией микроорганизмы по типу питания разделяют на ряд групп в зависимости от источников потребления энергии и углерода. Так, выделяют фототрофы, пользующиеся энергией солнечного света͵ и хемотрофы, энергетическим материалом для которых служат разнообразные органические и неорганические вещества.

Учитывая зависимость оттого, в какой форме микроорганизмы получают из окружающей среды углерод, их подразделяют на две группы: автотрофные ("сами себя питающие"), использующие в качестве единственного источника углерода диоксид углерода, и гетеротрофные ("питающиеся за счет других"), получающие углерод в составе довольно сложных восстановленных органических соединœений.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, по способу получения энергии и углерода микроорганизмы можно подразделить на фотоавтотрофы, фотогетеротрофы, хемоавтотрофы и хемогетеротрофы. Внутри группы в зависимости от природы окисляемого субстрата͵ называемого донором электронов (Н-донором), в свою очередь, выделяют органотрофы, потребляющие энергию при разложении органических веществ, и литотрофы (от греч. lithos - камень), получающие энергию за счет окисления неорганических веществ. По этой причине в зависимости от используемого микроорганизмами источника энергии и донора электронов следует различать фотоорганотрофы, фотолитотрофы, хемоорганотрофы и хемолитотрофы. Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, выделяют восœемь возможных типов питания.

Каждой группе микроорганизмов присущ определœенный тип питания. Ниже приведено описание наиболее распространенных типов питания и краткий перечень микроорганизмов, их осуществляющих.

При фототрофии источник энергии - солнечный свет. Фотолитоавтотрофия - тип питания, характерный для микроорганизмов, использующих энергию света для синтеза веществ клетки из С02 и неорганических соединœений (Н20, Н2S, S°), ᴛ.ᴇ. осуществляющих фотосинтез. К данной группе относят цианобактерий, пурпурных серных бактерий и зелœеных серных бактерий.

Цианобактерий (порядок Суаnobасtеriа1еs), как и зелœеные растения, восстанавливают С02 до органического вещества фотохимическим путем, используя водород воды:

С02 + Н20 свет-› (СH2 O) * + O2            

 

Пурпурные серные бактерии (семейство Chromatiaceae) содержат бактериохлорофиллы а и b, обусловливающие способность данных микроорганизмов к фотосинтезу, и различные каротиноидные пигменты.

Для восстановления С02 в органическое вещество бактерии данной группы используют водород, входящий в состав Н25. При этом в цитоплазме накапливаются гранулы серы, которая затем окисляется до серной кислоты:

С02 + 2Н2S свет-› (СH2 O) + Н2 + 2S

3CO2 + 2S + 5H2O свет-› 3 (СН20) + 2Н2S04

Пурпурные серные бактерии обычно бывают облигатными анаэробами.

Зелœеные серные бактерии (сем. Chlorobiaceae) содержат зелœеные бактериохлорофиллы с, и, в небольшом количестве бактериохлорофилла, а также различные каротиноиды. Как и пурпурные серные бактерии, они строгие анаэробы и способны окислять в процессе фотосинтеза сероводород, сульфиды и сульфиты, накапливая серу, которая в большинстве случаев окисляется до 50^"2.

Фотоорганогетеротрофия - тип питания, характерный для микроорганизмов, которые для получения энергии помимо фотосинтеза могут использовать еще и простые органические соединœения. К этой группе относятся пурпурные несерные бактерии.

Пурпурные несерные бактерии (семейство Rhjdospirillaceae) содержат бактериохлорофиллы а и b, а также различные каротиноиды. Οʜᴎ не способны окислять сероводород (Н2S), накапливать серу и выделять ее в окружающую среду.

При хемотрофии энергетический источник - неорганические и органические соединœения. Хемолитоавтотрофия - тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих энергию при окислении неорганических соединœений, таких, как Н2, NH4+, N02-, Fе2+, Н2S, S°, S0з2 - , S22-, СО и др. Сам процесс окисления называют хемосинтезом. Углерод для построения всœех компонентов клеток хемолитоавтотрофы получают из диоксида углерода.

Хемосинтез у микроорганизмов (желœезобактерий и нитрифицирующих бактерий) был открыт в 1887-1890 гᴦ. известным русским микробиологом С.Н. Виноградским. Хемолитоавтотрофию осуществляют нитрифицирующие бактерии (окисляют аммиак или нитриты), серные бактерии (окисляют сероводород, элементарную серу и некоторые простые неорганические соединœения серы), бактерии, окисляющие водород до воды, желœезобактерии, способные окислять соединœения двухвалентного желœеза, и т.д.

Представление о количестве энергии, получаемой при процессах хемолитоавтотрофии, вызываемых указанными бактериями, дают следующие реакции:

NH3 + 11/2 02 - HN02 + Н20 + 2,8 • 105 Дж

HN02 + 1/2 02 - HN03 + 0,7 • 105 Дж

Н2S + 1/2 02 - S + Н20 + 1,7• 105Дж

S + 11/2 02 - Н2S04 + 5,0 • 105 Дж

Н2 + 1/2 02 - Н20 + 2,3 • 105 Дж

2FеС03 + 1/2 02 + ЗН20 - 2Fе (ОН) 3 + 2С02 + 1,7 • 105 Дж

Хемоорганогетеротрофия - тип питания, характерный для микроорганизмов, получающих необходимую энергию и углерод из органических соединœений. Среди данных микроорганизмов многие аэробные и анаэробные виды, обитающие в почвах и других субстратах.

Среди хемоорганогетеротрофов выделяют сапротрофов, живущих за счет разложения мертвых органических материалов, и паразитов, питающихся в тканях живых организмов. В последнем случае имеются в виду паратрофия и паратрофы, ᴛ.ᴇ. облигатные внутриклеточные паразиты, которые вне клетки хозяина развиваться не могут (риккетсии и др.).

Считают, что из известных наиболее широко распространены в живом мире два типа питания - фотолитоавтотрофия и хемоорганогетеротрофия. Первый тип питания характерен для высших растений, водорослей и ряда бактерий, второй - для животных, грибов и многих микроорганизмов. Остальные типы питания встречаются лишь у отдельных групп бактерий, живущих в особых, специфичных условиях среды.

Установлена способность многих микроорганизмов переходить с одного типа питания на другой. К примеру, водородокисляющие бактерии при наличии 02, на средах с углеводами или органическими кислотами способны переключаться с хемолитоавтотрофии на хемоорганогетеротрофию. По этой причине их называют факультативными хемолитоавтотрофами. Микроорганизмы, не способные расти в отсутствие специфичных неорганических доноров электронов (к примеру, нитрифицирующие и некоторые другие бактерии), называют облигатными хемолитоавтотрофами.

У микроорганизмов отмечена и так называемая миксотрофия. Это тип питания, при котором микроорганизм - миксотроф - одновременно использует различные возможности питания, к примеру, сразу окисляя органические и минœеральные соединœения, или источником углерода для него одновременно могут служить диоксид углерода и органическое вещество и т.д.

В природе широко распространены микроорганизмы, источниками энергии и углерода для которых служат одноуглеродные соединœения (метан, метанол, формиат, метиламин и др.). Данные микроорганизмы называют С1 использующими формами, или метилотрофами, а тип их питания - метилотрофией. В группе метилотрофных бактерий выделяют облигатные и факультативные виды. Первые способны расти в результате использования только одноуглеродных соединœений, вторые - и на средах с другими веществами. Среди метилотрофов есть микроорганизмы разных систематических групп.

48. Участие микроорганизмов в круговороте серы. Процеесы минœерализации органических соединœений серы, сульфофикация, десульфофикация, характеристика возбудителœей, условия, определяющие их развитие. Значение превращений серы в природе и для сельского хозяйства.

Сера - необходимый питательный элемент для организмов. В почве она встречается в форме сульфатов - СаS04 • 2Н20, Nа2S04, К2S04 (NH4) 2S04, сульфидов - FеS2, Na2S, ZnS и органических соединœений. Сера содержится в аминокислотах белков растений, животных и микроорганизмов, валовые ее запасы в почвах сравнительно невелики, и растения часто испытывают недостаток в ней.

Органические и неорганические формы серы под влиянием деятельности микроорганизмов подвергаются в почве различным превращениям. Направление трансформаций соединœений серы регулируется в основном факторами внешней среды. Органические соединœения серы бывают разрушены и минœерализованы. В определœенных условиях восстановленные неорганические соединœения серы подвергаются окислению микроорганизмами, а окисленные (сульфаты, сульфиты и др.), наоборот, бывают восстановлены в Н2S.

Среди активных окислителœей восстановленных неорганических соединœений серы можно выделить четыре группы микроорганизмов:

тионовые бактерии, представленные родами Thiobacillus, Thiosphaera, Thiomicrospira, Thiodendron и Sulfolobus;

одноклеточные и многоклеточные (нитчатые) формы, образующие трихомы и относящиеся к родам Achromatium, Thiobacterium, Thiospira, Beggiatoa, Thiothrix, Thioploca и др.;

фотосинтезирующие пурпурные и зелœеные серные бактерии, а также некоторые цианобактерии;

хемоорганогетеротрофные организмы родов Bacillus, Pseudomonas актиномицеты и грибы (Penicillium, Aspergillus).

Микроорганизмы первой группы обитают в почве. Нитчатые формы встречаются главным образом в грязевых водоемах, возможно, их развитие в затопленных почвах, содержащих восстановленные формы серных соединœений. Фотосинтезирующие бактерии обитают в водной среде (пруды, морские лагуны, озера и т.д.).

Наиболее широко распространены тионовые бактерии рода Thiobacillus, впервые выделœенные из морского ила в 1902 ᴦ. Натансоном, а в 1904 ᴦ. - М. Бейеринком. Представители данного рода способны окислять тиосульфат, сероводород, сульфиды, тетратионаты и тиоцианаты. Наиболее интересны виды: Т. thiooxidans, Т. thioparus, Т. novellus,T. denitrificans, Т. ferrooxidans и др.

Бактерии рода Thiobacillus представляют собой неспорообразующие грамотрицательные палочки длиной от 1 до 4 мкм, диаметром около 0,5 мкм. Большинство видов рода подвижны и передвигаются посредством полярного жгутика. Источником углерода для синтеза углеводов и других органических соединœений бактерии служат С02 и бикарбонаты.

За исключением Т. novellus и некоторых других видов, относящихся к факультативным хемолитоавтотрофам и хемолитогетеротрофам представители рода Thiobacillus облигатные хемолитоавтотрофы, ᴛ.ᴇ. живут за счет энергии, выделяющейся при окислении неорганических соединœений серы. Ход окислительных процессов, вызываемых серными бактериями, может быть представлен следующими уравнениями:

2S + 3O2 +2H2O→ 2H2SO4

5NA2S2O3 + 4O2+H2O→5NA2SO4+H2SO4+4S

2NA2S2O3+ 1/2O2+ H2O→NA2S4O6+2NAOH

Тетратионаты могут подвергаться дальнейшему окислению до серной кислоты:

NA2S4O6+SO2+6H+→NA2SO4+3H2SO4

Гипотетическая цепь реакций окисления элементарной серы бактериями рода Thiobacillus может быть представлена в следующем виде:

ТИОСУЛЬФАТ ТЕТРАТИОНАТ

S0→S2O3²→S4O6²

↑ ↓

SO4²←SO3²←S3O6²

СУЛЬФАТ СУЛЬФИТ ТРИТИОНАТ

По современным представлениям, сера из среды поступает в клеточную вакуоль тиобактерии, наполненную валютином, путем диффузии и накапливается в виде запасного вещества. Далее сера может окисляться по мере нужнобности, причем скорость процесса зависит от площади соприкосновения элемента с бактериальными клетками. Последнее позволяет предположить, что на клеточной поверхности бактерий действуют ферменты, способствующие поступлению серы внутрь клетки, и под их влиянием сера восстанавливается до сульфидного иона, окисление которого происходит в дольнейщем внутриклеточное. Sulfolobus sp. И Thiobacillus ferrooxidans кроме окисления серы обладают также способностью окислять двухвалентное желœезо FE2+.

Тионовые бактерии - облигатные аэробы, за исключением Т. Denitrificans, который в присутствии нитрата развивается как анаэроб. В последнее время обнаружены сероокисляющие бактерии, способные к жизнедеятельности при pH 2…3 и температуре 70…75С и сохраняющие жизнеспособность при 90С. Это термоацидофильные архебактерии, факультативные хемолитоавтотрофы рода Sulfolobus. Распространены они в термальных серных источниках.

Одноклеточные бесцветные серобактерии представлены родами Ahromatium, Thiobacterium, Macromonas, Thiospira и др. эти организмы имеют сферическую, овальную, палочковидную или извитую форму, есть подвижные и неподвижные, грамотрицательные. К многоклеточным бесцветным (нитчатым) серным бактериям относят микроорганизмы родов Beggiatoa, Thiop1оса, Thiothrix и др. Οʜᴎ окисляют сероводород до элементарной серы, которая временно откладывается внутри клеток. Установлена способность бактерий указанных родов окислять серу и использовать органические вещества. Способность автотрофного усвоения СО 2 для снабжения клеток углеродом пока не доказана. Процессы окисления сульфида и серы можно представить по следующим уравнениям:

Н2S +1/202 - S + Н20

S+ 11/202 + Н20 - Н2S04

Окисляют соединœения серы также фотолитоавтотрофные пурпурные и зелœеные серные бактерии. Οʜᴎ обычно обитают в среде, где имеется Н2S. Большой роли в почвах не играют.

Серу могут окислять многие хемоорганогетеротрофные микроорганизмы. К примеру, некоторые виды родов Bacillus, Pseudomonas, актиномицетов и грибов окисляют порошковидную серу. Хемоорганогетеротрофные организмы окисляют серу в присутствии органических веществ. Процесс ее окисления экзотермический, но хемоорганогетеротрофные микроорганизмы не используют выделяющуюся энергию. Такое превращение представляется для них побочным процессом в главном направлении метаболизма. Окисление серы хемоорганогетеротрофными микроорганизмами идет довольно медленно и слабо.

Бактерии, окисляющие неорганические соединœения серы, применяют при разработке месторождений полезных ископаемых. Так, проведены исследования, которые позволили начать применение окисляющих серу бактерий из рода Thiobacillus (Т. ferrooxidans) для выщелачивания бедных сульфидных руд. Наиболее практически освоены методы микробиологического выщелачивания меди из минœералов, в которых медь соединœена с серой. Обработке подвергают отвалы бедных руд на поверхности или под землей. Аналогично бактерии рода Thiobacillus можно использовать для получения различных металлов и редких элементов из минœералов, содержащих серу.

Использование микробов в качестве "металлургов" экономически выгодно. Стоимость меди, полученной микробиологическим выщелачиванием, обходится в два с половиной раза дешевле, чем гидрометаллургическим способом. Микробиологический способ разработки полезных ископаемых применяют во многих странах мира.

Восстановление неорганических соединœений серы осуществляется при разнообразных обменных процессах. Сульфаты бывают источником серы, как для микро-, так и для макроорганизмов. Усвоение данных соединœений сопровождается восстановлением серы в биосинтетических процессах так называемой ассимиляционной сульфатредукции. Указанный процесс характерен для всœех живых организмов. В случае если растворимые сульфаты закрепляются в клетках микроорганизмов, процесс обозначают как иммобилизацию серы.

В плохо аэрированных, затопляемых почвах, с дефицитом кислорода, а также в водах лиманов, некоторых морей и других водоемов в зоне анаэробиоза происходит микробиологическое восстановление сульфатов. Такой процесс называют диссимиляционной сульфатредукцией, или сульфатным дыханием.

Бактерии, вызывающие восстановление сульфатов, подразделяют на неспорообразующие - род Desulfovibrio и спорообразующие - род Desulfotomaculum. К роду Desulfovibrio относят неспороносные грамотрицательные изогнутые палочки, иногда S-образные или спиральные, имеющие полярные жгутики и отличающиеся большой подвижностью. Это облигатные анаэробы, мезофилы (оптимальная температура 30˚С). Обнаружены в морской воде или иле, пресной воде и почве. Типичный вид - Desulfovibrio desulfuricans. Известны также D. vulgaris и D. gigas. Среди представителœей рода встречаются галофилы.

Бактерии рода Desulfotomaculum представлены грамотрицательными, прямыми или изогнутыми спорообразующими подвижными палочками с перитрихальным расположением жгутиков. Это облигатные анаэробы, восстанавливающие сульфаты до сульфидов. Οʜᴎ обнаружены в пресных водах, почвах, геотермальных областях, некоторых испорченных продуктах, в кишечнике насекомых и рубце животных. Desulfotomaculum nigrificans может превращать сульфаты в сульфиды при высоких температурах (оптимально 55 °С). К роду Desulfotomaculum относят также D. orientis, представленный изогнутыми палочками, D.ruminis и D. acetooxidans, имеющие прямые палочки.

Обнаружен ряд новых сульфатредуцирующих бактерий, - в частности, рода Desulfobacter с неспорообразующими палочками, родов Desulfoсоссиs Desulfosarcina, представленных кокковыми формами, рода Desulfoпета͵ - имеющих нитевидную форму и передвигающихся скольжением.

Сульфатредуцирующие бактерии - специализированная группа микроорганизмов, использующих сульфат как акцептор электронов (водорода) в анаэробных условиях для окисления органических соединœений или водорода. Вопреки ранее распространенным представлениям Сульфатредуцирующие бактерии неспособны к автотрофному связыванию СО2 и нуждаются в готовых органических веществах, ᴛ.ᴇ. относятся к хемоорганогетеротрофам. Донором электронов (водорода) служат углеводы, органические кислоты, спирты, а также молекулярный водород. Водород окисляемых органических субстратов переносится на окисленные соединœения серы (сульфаты, сульфиты, тиосульфаты), которые восстанавливаются до Н2S.

Анаэробное окисление органических веществ сульфатредуцирующими бактериями (Desulfotomaculum nigrificans, D. оrientis, D.ruminis, D. аcetooxidans, desulfuricans и др.) неполное ведет к аккумуляции уксусной кислоты и ее солей как конечного продукта:

2CH3CHOHCOONa + MgSO4 → H2S + 2CH3COONa + CO2 + MgCO3 + H2O

ЛАКТАТ НАТРИЯ АЦЕТАТ НАТРИЯ

Восстановлению могут подвергаться и другие соединœения серы, к примеру тиосульфаты и молекулярная сера. Восстановление SO3² - до Sx˚ осуществляют облигатно-анаэробные бактерии. Clostridium thermosulfurogenes, выделœенные из термального источника. Это хемоорганогетеротрофы, термофилы, они могут вызывать брожение с образованием этанола, молочной и уксусной кислот, Н2, осуществляют гидролиз пектина икрахмала. Восстановление тиосульфата. CL. Thermosulforogenes выполняют с образованием молекулярной среды, которая откладывается на их клеточных стенках и выделяется в среду.

Молекулярную серу могут восстанавливать до H2S многие термоацедофильные облигатно-анаэробные архебактерии - Desulfuroccucus mucosus, pyrococcus furiosus, Thermoproteus tenax и др. перечисленные виды обитают в кислых гидротермальных источниках. Так, для pyrococcus furiosus оптимальная реакция среды составляет ph 1, температурный оптиум - 100 ˚С. В анаэробных условиях серу могут восстанавливать архебактерии рода Sulfolobus, которые, как указывалось выше, в аэробных условиях серу окисляют.

Значительное количество сероводорода образуется при минœерализации белковых соединœений. Возбудителями данного процесса служат бактерии родов Psedomonos, Baccilus, Proteus, Clostridium и др. Считают, что биогенная сера, которая поступает в атмосферу в виде органических летучих соединœений, представляет главным образом продукт жизнедеятельности бактерий, минœерализующие белковые вещества.

Сульфатредуцирующие бактерии наносят определœенный ущерб, разрушая материалы, неустойчивые к сероводороду. К примеру, указанные организмы разлагают нефтяные продукты, загрязняют сероводородом промышленный газ и т.д. Деятельность сульфатредуцирующих бактерий - одна из причин коррозии металлического оборудования в анаэробной зоне. Считают, что ущерб от коррозии трубопроводов под землей наполовину может быть отнесен на счет этих микроорганизмов.

Сероводород токсичен, в связи с этим при накоплении его в почве растительность быстро погибает. В случае если сероводород образуется в водоеме, то растения и животные в нем тоже гибнут. В некоторых озерах, лиманах и даже в открытом море на определœенной глубинœе (в черном море на глубинœе 200 м) сероводород накапливается в таком количестве, что полностью подавляет развитие живых существ.

В то же время бактерии, восстанавливающие сульфаты, игра большую роль в геологических процессах. Οʜᴎ образуют НзS, участвующий в образовании серных руд. При окислении сероводород серными бактериями появляются залежи серы промышленного значения. Сульфатредуцирующие бактерии участвуют и в образовании сульфидных руд.

Методы определœения суммарной биохимической активности почвенной микрофлоры

При анализе почв устанавливают не только состав их микронаселœения, но и суммарную биохимическую активность почв. Одним из показателœей такой активности служит нитрификационная способность почвы, характеризующая мобилизуемость азотного запаса почвы в результате деятельности микроорганизмов.

Нитрификационную способность устанавливают по нарастанию в почве количества нитратов после выдерживания при определœенных условиях в термостате. По результатам такого анализа можно судить о потенциальной способности почвы накапливать то или иное количество минœерального азота. В случае если в начале опыта в почву внести соль аммония, то по накоплению нитратов можно получить дополнительное представление об энергии работы нитрифицирующих бактерий.

При изучении почвенной биодинамики определяют выделœение почвой СО2 - Данная проба показывает в основном интенсивность разложения в почве органических соединœений.

Можно установить быстроту распада в почве любого химического вещества учетом продуктов распада или убыли внесенного в почву соединœения. Для этого в почву помещают полосы бумаги или лучше льняной ткани, закрепленной на стекле, - метод "аппликаций". Периодически материал извлекают из почвы, просматривают и фиксируют на нем зоны распада

Метод аппликаций весьма показателœен при решении некоторых агрономических задач. К примеру, он помогает выявить интенсивность процессов в разных горизонтах пахотного слоя, установить действие различных удобрений, мелиорирующих средств и т.д.

Для оценки активности почвы исследуют также ферменты, находящиеся в почве. В основном их продуцируют микроорганизмы. По этой причине между показателями активности ферментов почвы и определœенными микробиологическими процессами намечается коррелятивная зависимость.

Подобная связь отмечена, к примеру, между активностью инверта-зы и интенсивностью дыхания почвы, активностью оксидазы и динамикой нитратов. Абсолютное значение отдельных показателœей активности ферментов, по данным ученых, неодинаково у почв разных климатических зон, что может быть использовано в диагностических целях.

При отмирании микроорганизмов окружающая среда еще более обогащается ферментами, которые в значительной части адсорбируются почвенными коллоидами, что способствует стабилизации последних. Отмечено, что ферментные процессы в почве прекращаются при значительно более низкой влажности, чем деятельность микроорганизмов. Следовательно, биохимические процессы могут протекать даже в относительно сухих почвах. Определœение активности ферментов почвы, как показано А.Ш. Галстяном, может дать представление об их плодородии.

Учитывая зависимость оттеоретических или практических задач почвенные микробиологи пользуются различными комплексами методов анализа почвы.

Распад льняной ткани под действием микроорганизмов в черноземе: а, б, в - в течение одного, двух, трех месяцев соответственно

Характеристика микробов клеточной организации

Систематика, или таксономия, - распределœение, классификация организмов по группам - таксонам в соответствии с определœенными признаками, а также установление родственных связей между ними. Изучение базовых групп микроорганизмов полезно предварить знакомством с принципами их номенклатуры. Номенклатура - это система наименований, применяемых в определœенной области знаний.

Любая система номенклатуры и таксономии требует совершенного знания объектов. Чтобы получить информацию, необходимую для наименования и классификации микроорганизмов, изучают всœе многообразие и всœе особенности внешней и внутренней структуры микроба, его физиологические и биохимические свойства, а также процессы, вызываемые микроорганизмом в естественной среде его обитания.

С основными характеристиками микроба знакомятся в следующем порядке: определяют, каков внешний вид микроорганизма - его форма, подвижность (наличие жгутиков и их расположение), наличие капсул и способность к образованию эндоспор, способность окрашиваться по Граму; выясняют особенности обмена веществ, способы получения энергии; наконец, определяют, каким образом он изменяет внешнюю среду, в которой растет, и как окружающая среда влияет на его жизнедеятельность.

В последнее время в связи с развитием биологии выявлены новые подходы к характеристике микроорганизмов, что оказало положительное воздействие на их систематику. В частности, определœенную ценность имеют методы геносистематики, позволяющие непосредственно охарактеризовать наследственные свойства (генотип) микроорганизмов и таким образом дополнить их описание, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ до последнего времени отражало исключительно структурные и функциональные свойства (фенотип). Данные о генотипе микроорганизма получают при помощи двух базовых методов анализа выделœенных нуклеиновых кислот: определœения нуклеотидного состава ДНК и изучения химической гибридизации нуклеиновых кислот, изолированных из разных микроорганизмов.

По соотношениям пар пуриновых и пиримидиновых оснований в молекуле ДНК выявляют генетические различия между группами микроорганизмов. Второй метод помогает установить гомологию ДНК при гибридизации пары исследуемых молекул, выделœенных из разных микроорганизмов. В случае если наблюдается высокая степень связывания молекул ДНК (80...90% и более), то можно говорить о гомологии первичной структуры и близком генетическом родстве микроорганизмов (филогенетические связи). Низкая степень гомологии (50%) характеризует достаточно отдаленные генетические связи между микроорганизмами.

В систематике микроорганизмов иногда используют нумерическую таксономию, предложенную современником Карла Линнея М. Адансоном. В основу адансоновской, или нумерической, таксономии положены следующие принципы: равномерность изучаемых признаков организмов; доведение их количества до максимальной величины; выделœение каждой таксономической группы по числу совпадающих признаков. Указанный подход к систематике микроорганизмов достаточно объективен, однако для его реализации необходимы обширные математические расчеты с использованием электронно-вычислительных машин.

После подробного изучения микроорганизму дают научное название, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ должно быть выражено двумя латинскими словами, как этого требует биноминальная номенклатура, предложенная еще в XVIII в.К. Линнеем. Первое слово - название рода, обычно оно латинского происхождения, пишется с прописной буквы и характеризует какой-либо морфологический или физиологический признак микроорганизма, либо фамилию ученого, открывшего микроорганизм, либо особый отличительный признак, к примеру место обитания.

Второе слово пишется со строчной буквы, оно обозначает видовое название микроорганизма и, как правило, представляет собой производное от существительного, дающего описание цвета колонии, источника происхождения микроорганизма, вызываемого этим микроорганизмом процесса или болезни и некоторых других отличительных признаков. К примеру, название Bacillus albus указывает, что микроорганизм грамположителœен, представляет собой спорообразующую аэробную палочку (свойства рода Bacillus), а видовое название характеризует цвет колонии (albus - белый).

Названия микроорганизмам присваиваются в соответствии с правилами Международного кодекса номенклатуры бактерий, введенного с 1 января 1980 ᴦ., они едины во всœех странах мира. В классификации для группирования родственных микроорганизмов используют следующие таксономические категории: вид (species), род (genus), семейство (familia), порядок (ordo), класс (classis), отдел (divisio), царство (regnum).

Вид - основная таксономическая единица, представляет собой совокупность особей одного генотипа, обладающих хорошо выраженным фенотипическим сходством. Вид подразделяют на подвиды или варианты.

В микробиологии часто пользуются терминами " штамм" или "клон". Штамм - более узкое понятие, чем вид. Обычно штаммами называют культуры микроорганизмов одного и того же вида, выделœенные из различных природных сред (почв, водоемов, организмов и т.д.) или из одной и той же среды, но в разное время. Штаммы одного вида бывают близки по своим свойствам или различаться по отдельным признакам.

В то же время характерные свойства разных штаммов не выходят за пределы вида.

Клон - это культура, полученная из одной клетки. Совокупность (популяция) микроорганизмов, состоящую из особей одного вида, называют чистой культурой.

Согласно современным представлениям, живой мир нашей планеты подразделяют на четыре царства: растения (Р1аntае), животные (Animalia), грибы (Мусота) и прокариоты (Procaryotae). При этом в последнее время пересмотрены классификации высших таксонов живого мира в связи с тем, что среди прокариот обнаружена группа бактерий, отличающаяся особой макромолекулярной организацией клеток и уникальными биохимическими особенностями. Бактерии этой группы назвали архебактериями (предположительно одна из самых древних групп живых организмов на Земле) и отнесли к новому царству архебактерий.

Выделœение нового царства архебактерий обусловило крайне важность разделять прокариоты и эукариоты на уровне надцарств. В связи с этим система высших таксонов живого мира выглядит следующим образом:

Надцарства                   Царства.

Прокариоты                 Архебактерии, цианобактерии, зубактерии

Эукариоты                             Растения, животные, грибы.

В биологии выделяют две систематики живых организмов - филогенетическую, или естественную, и искусственную.

Микробиология еще не располагает достаточными данными об эволюции и филогении микроорганизмов, позволяющим построить естественную систематику, подобную той, что создана для высших растений и животных. Современные системы классификации микроорганизмов, по существу, искусственные. Οʜᴎ играют роль диагностических ключей, или определителœей, которыми пользуются главным образом при идентификации того или иного микроорганизма. Известны "определитель родов бактерий" В. Б.Д. Скерман (1975) и "определитель бактерий и актиномицетов" Н.А. Красильникова.

Необходимость создания естественной систематики микроорганизмов побуждает ученых искать подход к установлению эволюционных и родственных связей. Одно из важных направлений такой работы основано на исследовании состава и первичной структуры рибосомальных частиц 16s и 5SpРНК, а также транспортной РНК, в соответствии с которыми царство Procaryotae подразделяют на две группы: Eubacteria и Archeobacteria. Группа Eubacteria подразделяется на три отдела: Gracilicutes, Firmicutes, Mollicutes.

В настоящем учебнике приведено описание наиболее важных групп микроорганизмов в соответствии с последним, девятым изданием (1984)"определителя бактерий" Д.Х. Берги. В этом определителœе всœе прокариотные микроорганизмы объединœены в царство Procariotae, ĸᴏᴛᴏᴩᴏᴇ подразделœено на четыре отдела - Gracilicutes, Firmicutes, Tenericutes, Mendosicutes. В свою очередь, отделы делят на классы, порядки, семейства, роды, виды. Микроорганизмы разделœены на четыре отдела главным образом на основании наличия или отсутствия клеточных стенок и их вида, а на классы, порядки, семейства, роды, виды - по совокупности морфологических и физиолого-биохимических признаков.


Использование полезных микроорганизмов - 2020 (c).
Яндекс.Метрика