Курсовой проект - Характеристика грунтовых бактерий - файл n1.doc

Курсовой проект - Характеристика грунтовых бактерий
скачать (212 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc212kb.13.10.2012 19:59скачать

n1.doc



Дніпропетровський національний університет ім. Олеся Гончара та

міністерство освіти і науки молоді та спорту.

Центр заочної та дистанційної форм навчання

Кафедра мікробіології та вірусології
КУРСОВА РОБОТА

ХАРАКТЕРИСТИКА ГРУНТОВИХ БАКТЕРІЙ

Виконавець:

Студентка групи ББ-09-2з Браженцева І. О.

Науковий керівник:

Доцент Голодок Л.П.

Дніпропетровськ

2011р.

ЗМІСТ
Вступ.............................................................................................................................3

1. Мікрофлора ґрунту………………………………………………………………..4

1.1. Ґрунт як середовище існування мікроорганізмів……………………………..4

1.2. Мікроорганізми ґрунту, методи визначення їх складу………………...........10

2. Роль ґрунтових мікроорганізмів у кругообігу речовин…............…….............14

2.1. Кругообіг вуглецю в природі………………………………………................14

2.2. Кругообіг азоту в природі……………………………………………..............16

2.3. Кругообіг сірки й фосфору в природі………………………………………...19

3. Ґрунт середовище тимчасового існування патогенних мікроорганізмів……………………………………………………………....................................21

Заключення…………………………………………………………….....................23

Перелік посилань…………………………………………………………………...25


ВСТУП

1. МІКРОФЛОРА ГРУНТУ


    1. Ґрунт як середовище існування мікроорганізмів


Мікроби поширені в природі набагато ширше, чим інші живі істоти. Вони у великій кількості перебувають у ґрунті, воді, повітрі, в організмі людини й тварин, а також на поверхні їх тіла,на рослинах,різних предметах, у харчових продуктах. Завдяки винятковій різноманітності способів засвоєння живильних речовин,малим розмірам і легкої пристосовності до різних зовнішніх умов мікроорганізми можуть бути виявлені там, де відсутні інші форми життя. Ґрунт є основним середовищем існування багатьох мікроорганізмів. У ґрунті мікроорганізми знаходять найбільш сприятливі умови для свого розвитку. Звідси вони надходять у воду й повітря [1].

Переважаючим мікронаселеням ґрунту є бактерії і бацили. Їх склад 70-90% всієї мікрофлори. Друге місце за численністю займають актиноміцети-10-30%. Численність грибів – до 1%, хоча біомаса їх за рахунок міцелію може бути значною,особливо у кислих грунтах.

Великий вплив як на численність, так і на співвідношення окремих систематичних груп мікроорганізмів,оказує тип грунту. Мікрофлора різних грунтів має значні відмінності як у якіснім так і у кількіснім відношенням. Найбільша кількість бактерій і актиноміцетів знаходиться у чорноземі, сіроземі і каштанових ґрунтах (таблиця 1.1.1).

Органічні речовини,мінеральні з,єднання,достатня вологість ґрунту створюють умови для нагромадження в ній величезної кількості мікроорганізмів. Кількість мікроорганізмів у ґрунті значна: від сотень мільйонів до мільярдів особин в 1г.грунту.Найбільш богат мікроорганізмами культурний, оброблюваний грунт (до 5млрд.в1г.ґрунту),найменш ґрунт пустель,бідний вологою й органічними речовинами (200млн.в1г.).В1г.орного шару ґрунту втримується 1-10млрд.бактерій [12,13,22].


Таблиця1.1.1

Загальна кількість мікробів у різних ґрунтах, методом прямого підрахунку:

Вид ґрунту

Кількість мікробів


в 1гр.

Кількість спор в 1гр.

1.Підзол глинистий

801800000

4000

2. Лісова

1 219 000 000

12 000

3. Чорнозем

4 771 000 000

100 000-180 000

4. Піщана

2 854 000 000

200 000-400 000

5. Світлозем

2 661 100 000

700 000

6. Пухкі піски

904 000 000

600 000-1 200 000

7. Сірозем

896 000 000

750 000-1 500 000


Неоднаково також число мікроорганізмів у ґрунті в різних кліматичних умовах: у південних областях воно значно вище [19].

Особливість ґрунту як природного місцеперебування різних організмів полягає в тому, що умови для життєдіяльності біоти непостійні,а міняються залежно від кліматичних і інших факторів. Наприклад,типова ситуація із чергуванням процесів зволоження (після дощу або поливу) і висушування ґрунтів. У таких умовах суттєво знижується функціональна потенційна різноманітність ґрунтового бактеріального співтовариства , що оцінюється по здатності утилізувати різні органічні речовини. Є підстави вважати, що провідна екосистемна функція ґрунтової біоти визначається не тільки параметрами, що складаються в місцеперебуванні в цей момент часу,але й передісторією водного режиму.

Життєдіяльність мікроорганізмів у ґрунті здійснюється в основному на ґрунтових частках, у певних мікрозонах яких представлені клітини,ресурси й мікробні метаболіти. Поверхня ґрунтових часток як життєвий простір мікроорганізмів може становити кілька десятків квадратних метрів в 1г.грунту [12].

Розподіл мікробів у ґрунті нерівномірний. Самий повеневий шар товщиною 1-2мм.містить мало мікроорганізмів, тому що вони швидко відмирають під дією сонячних променів і висихання. Наступний шар,глибиною 10-20 см.,найбільш засіяний різноманітними мікроорганізмами, під впливом яких у ньому протікають бурхливі біохімічні процеси. У міру збільшення глибини кількість мікробів поступово зменшується, але їх виявляють навіть на значній глибині (1,5-6м.)зустрічаються поодинокі мікроби; вони виявлені й артезіанській воді [1,4,5,].

У родовищах нафти живуть «нафтові»бактерії. Харчуючись парафинами (відходи нафти),вони перетворюють частини нафти в густу асфальтоподібну масу, внаслідок утвору якої відбувається закупорка природних резервуарів нафти.

Ґрунтові мікроорганізми живуть у трифазнім полідисперснім середовищі, представленими твердою(мінеральні й органічні частки),рідкою(ґрунтова вода) і газоподібною(ґрунтове повітря) фазами.

Мікрофлора ґрунту надзвичайно різноманітна. Вона складається з нітрифікуючих,азотфіксуючих,денітрифікуючих,целюлозороскладаючих бактерій;сіро-і залізобактерій; серед них можуть бути аероби й анаероби, спороутворюючі й неспороутворюючі, а також гриби, водорості, найпростіші [3].

Серед прокаріот існують значні відмінності по відношенню до молекулярного кисню. За цією ознакою вони можуть бути поділені на декілька груп. Прокаріоти, для росту яких O2 необхіден, називаються облігатними аеробами. К ним відноситься більшисть прокаріотних організмів. Серед облігатних аеробов знайдені значні відмінності по відношенню до рівня молекулярного кисня в середовище. Деякі представники цієї групи не спроможні до росту при концентрації O2, яка дорівнює атмосферній, але можуть рости, якщо вміст O2 в навколишньому середовище буде значно нижче (десь2%).Такі облігатно-аеробні прокаріоти отримали назву мікроаерофілів.

Мікроаерофіли - особлива група мікробів, для яких концентрація кисню при культивуванні може бути зменшена до2%. Вищі його концентрації здатні затримувати їх ріст. Ця група представлена молочнокислими, азот фіксуючими бактеріями [8].

Необхідність прокаріот у низькій концентрації O2 в навколишньому середовищі пов,язана з їх метаболічними особливостями. Багато аеробних азотфіксуючих бактерій можуть рости в середовище з молекулярним азотом тільки при концентрації O2 нижче 2%, тобто як мікроаерофіли, а в присутності св,язанного азоту, наприклад, амонійного— на повітрі. Це пояснюється інгібіруючією дією молекулярного кисню на активність нітрогенази — ферментного комплекса, що відповідає за фіксацію Na. Подібна картина спостерігається у багатьох гидрогеноокислюючих бактерій. На середовище з органічними речовинами в якості джерела енергії вони добре ростуть при атмосферном вмісті O2. Якщо джерелом енергії є окиснення молекулярного H2, ці ж самі бактерії для росту потребують низкої концентрації O2. Останє пов,язують з інактивацією молекулярним киснем гидрогенази — фермента, що каталізуює використання H2 [7].

Облігатні анаероби – бактерії,які ростуть при відсутності вільного молекулярного кисню за рахунок процесів бродіння. Вони одержують кисень з органічних сполук у процесі їх метаболізму. Деякі з них не виносять навіть незначної кількості вільного кисню. Такими бактеріями є збудники ботулізму, газової анаеробної інфекції, правця, бактероїди, фузобактерії та інші. Окремі клостридії можуть бути аеротолерантними.

Факультативні анаероби (факультативні аероби) пристосувались,залежно від умов середовища(наявності або відсутності кисню),переключати свої метаболічні процеси з використанням молекулярного кисню на бродіння та навпаки. Групу факультативних анаеробів формують численні представники родини кишкових бактерій [8].

Л.Пастером було встановлено,що енергія, необхідна для життєдіяльності деяких видів бактерій,здійснюється у процесі бродіння.

Спори являють собою утвори круглої або овальної форми. Продукція спор- одна зі стадій циклу розвитку певних мікроорганізмів, вироблена в процесі еволюції в боротьбі за збереження виду. Спороутворення властиве деяким, переважно паличкоподібним мікроорганізмам(бацили й клостридії). До них відносяться збудники сибірської виразки, правця, анаеробній інфекції, ботулізму й сапрофітні види, що живуть у ґрунті, воді, організмі тварин. Спороутворення відбувається в зовнішньому середовищі (ґрунт, живильне середовище).

Деякі види бактерій і грибів, які живуть у грунті, воді, повітрі, можуть виробляти пігменти. Пігменти утворюються при достатньому доступі кисню, температурі 20-250 С і в більшості видів при розсіяному сонячному світлі. Утворення пігментів мікроорганізмами має певне фізіологічне значення. Вважають, що пігменти виконують у процесі дихання функцію акцептора водню,забезпечують захист мікроорганізмів від природного ультрафіолетового випромінювання, беруть участь у реакціях синтезу, а також мають антибіотичну дію) [3].

Маса біоти, включаючи бактерії, гриби, водорості, по даним прямих методів мікроскопії, може досягати декількох тонн на гектар ґрунтів. Першими наближенні по біомасі в поверхневих ґрунтових зразках (особливо в тайгово-лісовій зоні) домінують гриби. Біомаса бактерій у порівнянні один до одного з кількістю біомаси грибів, а інші компоненти, включаючи представників ґрунтової фауни, становлять другий план. Разом з тим самі по собі показники біомаси, до того ж розраховані на основі тотальних кількісних обліків (без диференціації „активної” і „неактивної й мертвої” біомаси), не дають уявлення про функціональну роль окремих представників ґрунтової біоти.

У цілому можна охарактеризувати грунт як надзвичайно гетерогенне середовище проживання, у якому існує рясна й різноманітна мікробна біомаса.

Оцінюючи роль мікроорганізмів, Т.В.Аристовська виділила п, ять найважливіших елементарних грунтово-мікробіологічних процесів: розкладання рослинного опаду, утворення гумусу, розкладання гумусу, деструкція мінералів ґрунтоутворюючої породи й новоутворення мінералів. Зазначені й інші функції ґрунтових мікроорганізмів становлять як би фундамент наземних екосистем.

Ґрунт представляється не тільки гетерогенним (характеристики системи варіюють у просторі), але й гетерохронним середовищем проживання, параметри якої змінюються у часі. Необхідність вивчення динаміки ґрунтової мікробної системи усвідомлена давно. Видатний російський мікробіолог В.М.Виноградський для виділення в лабораторних умовах групи бактерій з винятковими якостями запропонував створити специфічні (елективні) умови, які дають можливість переважного розвитку даній групи організмів. С. М. Виноградський запропонував, що серед мікроорганізмів є види, здатні засвоювати молекулярний азот атмосфери, що є інертною формою азоту по відношеню к усім тваринам і рослинам. Для виделення таких мікроорганізмів в поживне середовище були внесені джерела вуглецю, фосфора та інші мінеральні солі, але не добавлено ниякіх сполук,що мають азот. В наслідок в цих умовах. не могли расти мікроорганізми, яким необхіден азот у формі органічних або неорганічних сполук, але можуть рости види, що мають здатність фіксувати азот атмосфери. Саме так С. М. Виноградським у 1893 р. був отриман з грунту анаеробний азотфіксатор Clostridium pasteurianum.

С. М. Виноградський описав на основі мікроскопічних спостережень послідовну зміну мікробних популяцій у ході розкладання внесених у ґрунт органічних речовин. На першому етапі розкладання легкодоступної органіки домінували швидкозростаючі популяції з банальною морфологією й відносно великими розмірами клітин. Представники другого етапу розкладання важкодоступній ґрунтової органіки характеризувалися своєрідністю морфології й були названі С. М. Виноградським автохтонною мікрофлорою [9,16].

1.2. Мікроорганізми ґрунту, методи визначення їх складу.
Мікроорганізми ґрунту дуже численні й різноманітні. Серед них є бактерії, актиноміцети, мікроскопічні гриби й водорості, протозоа й близькі до цих груп живі істоти.

Залежно від типу ґрунту зміст мікроорганізмів коливається. У ґрунті кожної садової ділянки присутні свої мікроорганізми. Вони беруть участь своєю біомасою в нагромаджені органічної речовини ґрунту. Вони виконують величезну роль в утворі доступних форм мінерального харчування рослин. Винятково велике значення мікроорганізмів у нагромаджені біологічно активних речовин у ґрунті, таких як ауксини, гібереліни, вітаміни, амінокислоти, що стимулюють ріст і розвиток рослин. Мікроорганізми утворюють слизи полісахаридної природи, а також велика кількість ниток грибів, беруть активну участь у формуванні структури ґрунту, склеюванні пилуватих ґрунтових часток в агрегати, чим поліпшують водно-повітряний режим ґрунту.

Біологічна активність ґрунту, чисельність і активність ґрунтових мікроорганізмів тісно пов,язані зі змістом і складом органічної речовини. У той ж час із діяльністю мікроорганізмів тісно зв, язані такі найважливіші процеси формування родючості ґрунтів, як мінералізація рослинних залишків, гуміфікація, динаміка елементів мінерального харчування, реакція ґрунтового розчину, перетворення різних забруднюючих речовин у ґрунті, ступінь нагромадження отрутохімікатів у рослинах, нагромадження токсичних речовин у ґрунті і явище ґрунтовтоми. Велика санітарно-гігієнічна роль мікроорганізмів і в трансформації й знешкодженні з, єднань важких металів [17].

У природних ґрунтах розкладання опаду здійснюють дощові черв,яки, копрофаги та інші організми. Але в цьому процесі беруть участь і мікроорганізми. У кишечнику черв,яків для них створюються більш сприятливі умови для виконання будь-яких функцій, чим у ґрунті. Дощові черв,яки в союзі з мікроорганізмами перетворюють різні органічні відходи у високоефективні біологічні добрива з гарною структурою, збагачені макро- і мікроелементами, ферментами, активною мікрофлорою, що забезпечує пролонговану (тривалу, поступову) дію на рослини [10].

Отже, забезпечуючи розвиток мікроорганізмів у ґрунті, ми, підвищуємо врожай і поліпшуємо його якість. Адже мікроорганізми розвиваються, тобто діляться кожні 20-30 хвилин і при наявності достатнього харчування утворюють більшу біомасу. Якщо бик вагою 500кг за добу утворює 0,5кг біомаси, то 1кг мікроорганізмів за добу 500кг біомаси, а 500кг рослин створюють 5т біомаси. Чому ж цього не спостерігається в ґрунті? А тому що для цього мікроорганізмам необхідне харчування, а з іншого сторони лімітують різні фактори, зокрема отрутохімікати. На площі 1га в результаті життєдіяльності ґрунтових мікробів протягом року виділяється 7500м3 вуглекислоти. А вуглекислота необхідна і як джерело вуглецевого харчування рослин і для розчинення важкодоступних солей фосфорної кислоти й перетворення фосфору у форму доступну для харчування рослин. Таким чином там, де добре працюють мікроорганізми, немає необхідності у внесенні фосфорних добрив. Але самі мікроорганізми потребують органічної речовини [18].

У балансі органічної речовини ґрунту велика роль культурних рослин. Нагромадженню гумусу в ґрунтах сприяють багаторічні трави, особливо бобові. Після їх збирання в ґрунті залишається фітомаса, яка збагачена азотом за рахунок фіксації його бульбочковими бактеріями з повітря.

Серед методів кількісного аналізу найбільш об'єктивним є метод прямого мікроскопування ґрунту, принцип якого був запропонований С. М. Виноградським. При цьому способі готовлять ґрунтову суспензію й у певному обсязі її за допомогою мікроскопа підраховують загальне число мікроорганізмів. Наступним перерахуванням можна встановити, скільки мікроорганізмів припадає на 1г досліджуваного ґрунту. С. М. Виноградський готував препарати на предметнім склі й переглядав їх під оптичним мікроскопом. У полі зору можна було бачити паличкоподібні бактерії, дрібні й великі коки, іноді обривки міцелію грибів і актиноміцетів і інші мікроорганізми [16].

Пряме мікроскопування ґрунту полегшує при використанні флюорохромів, що дозволяє легше розрізняти мікроорганізми серед дрібних мінеральних часток.

Б. В. Перфильєв і Д. Р. Габе для підрахунку мікроорганізмів у ґрунті рекомендували користуватися сконструйованою ними капілярною камерою, глибина якої не перевищує 30-40 мкм, а ширина не більш поля зору мікроскопу Підрахувавши число мікроорганізмів у капілярі, можна потім зробити перерахування на 1г ґрунту.

Д. І. Нікітін і його співробітники використовували для прямого підрахунку мікроорганізмів ґрунту електронний мікроскоп. З його допомогою поряд зі звичайними мікроорганізмами можна виявити безліч дрібних форм мікроскопічних істот, які не були відомі дотепер. Ці цікаві форми живих істот вивчаються і в теперішній час.

Прямі методи дають уяву про загальну кількість мікроорганізмів у ґрунті. Однак зовнішній вигляд мікроорганізмів не дозволяє судити про їх функції, тому буває доцільно додатково визначити відношення в ґрунті окремих систематичних і фізіологічних груп мікроскопічних істот.

Окремі групи мікроорганізмів (бактерії, актиноміцети, гриби та інші) можуть бути визначені посівом ґрунтової суспензії на тверді живильні, середовища на яких потім зародки нанесених мікроорганізмів розвиваються. У практиці звичайно використовуються агаризовані живильні середовища. В окремих випадках береться різний набір живильних інгредієнтів, що допомагає виявляти ті або інші групи мікроорганізмів.

Загальні показники чисельності мікробів, які б умовні вони не були, становлять певну цікавість. На їх підставі можна приблизно обчислити масу сукупності мікроорганізмів у ґрунті. Як показують підрахунки, вона становить десяті частки відсотка маси ґрунту. У міру переходу від північних ґрунтів до південних відсоток мікробної маси в них збільшується. Загалом, від 0,1 до 1,0% ґрунтової органічної речовини складається із клітин різних мікроорганізмів, що викликають глибокі зміни органічних і мінеральних складових частин ґрунту[16].

При оцінки численності мікроорганізмів, особливо у ґрунті, необхідно пом, я тати, що їх клітини часто знаходяться в прикріпленому стані або у вигляді мікроколоній. Тому перед початком підрахування їх требо відділити від часточок субстрату та один від одного.

Різниця метода підрахунку мікроорганізмів під мікроскопом від метода визначення кількості клітин мікроорганізмів засіванням на поживні середовища полягає в тому,що при засіванні є можливість визначити тільки кількість життєздатних клітин у популяції. Оскільки середовищ придатних для росту усіх мікроорганізмів не існує, метод засівання дає можливість визначити кількість мікроорганізмів, здатних до росту на середовище даного складу, але не дозволяє підрахувати ті мікроорганізми, які не ростуть або ростуть дуже повільно. Це необхідно пом,ятати при аналізі ґрунту.

При аналізі ґрунтів нерідко враховується кількість окремих фізіологічних груп мікроорганізмів. Це робиться так званим методом титру, при якім рідкі виборчі (елективні) живильні середовища для певних груп мікроорганізмів заражають різними розведеннями ґрунтової суспензії. Установлюючи після витримки в термостаті ступінь розведення, що показує наявність шуканої групи мікроорганізмів, можна потім простим перерахуванням визначити чисельність її представників у ґрунті. Таким шляхом довідаються, наскільки ґрунт багатий нитрифікаторами, денитрифікаторами, целюлозоразлагаючими й іншими мікроорганізмами.

Для характеристики типу ґрунту і його стану важливі не тільки показники чисельності різних груп мікроорганізмів, але й аналіз стану в ґрунті окремих їх видів. За рідкісними винятками, навіть фізіологічні групи мікроорганізмів дуже широкі. Зовнішня обстановка може різко міняти видовий склад ґрунтових мікроорганізмів, але мало або зовсім не відбивається на кількості їх фізіологічних груп. Тому при аналізі ґрунту важливо прагнути встановити стан окремих видів мікроорганізмів [3,11].

2. РОЛЬ ГРУНТОВИХ МІКРООРГАНІЗМІВ У КРУГООБІГУ

РЕЧОВИН
У природі постійно відбувається кругообіг речовин, які необхідні для життя рослин і тварин. Особливо важливе перетворення речовин, що входять до складу живої матерії-органогенів. Це вуглець, азот, фосфор, сірка, водень і кисень, з яких будуються білки, жири, вуглеводи.

У кругообігу речовин у природі величезна роль належить рослинам і різним мікроорганізмам. Завдяки їх біохімічній активності менш складні хімічні сполуки перетворюються в більш складні й, навпаки, більш складні органічні сполуки розпадаються на прості хімічні елементи. Зелені рослини планети й фотосинтезуючі мікроорганізми використовують вуглекислоту атмосферного повітря, воду, мінеральні речовини ґрунту й енергію сонячних променів для синтезу органічних сполук, з яких побудовані різні компоненти клітин. Органічні речовини рослинного походження вживаються в їжу травоїдними тваринами. У свою чергу м'ясоїдні тварини і люди використовують органічні речовини як продукти харчування. Як тільки тварина або рослина гине, органічні сполуки їх, що входять до складу, клітин, руйнуються мікроорганізмами до більш простих і знову використовуються для синтезу рослинними організмами [5].
2.1.Кругообіг вуглецю в природі
Споживання СО2 з атмосферного повітря відбувається зеленими рослинами й фотосинтезуючими мікроорганізмами. Основна маса фіксованого вуглецю відкладається в рослинах у формі різних цукрів полімерів (целюлоза, крохмаль, пектин) або мономерів (глюкоза, фруктоза). Сполуки,що утворювалися використовуються тваринами й людиною для харчування. Після загибелі рослин і тварин органічні речовини переходять у ґрунт.

Повернення вуглекислоти в атмосферу відбувається в результаті процесів, у яких значну роль відіграють мікроорганізми ґрунту й води. Велика кількість вуглекислоти надходить назад в атмосферу при мінералізації органічних залишків рослин і тварин ґрунтовими бактеріями й грибами. Головними субстратами процесів мінералізації в природі є цукри у формі полімерів. Використання глюкози в якості основного енергетичного матеріалу при процесах біологічного окиснення (бродіння, дихання) приводить до вивільнення вуглекислоти й поповненню її запасів в атмосфері.

Ще однією особливістю процесу мінералізації є надходження невеликої частини мінералізованого вуглецю(1,0-1,5%) в атмосферу не у вигляді СО2, а в формі метану СН4. Цей газ утворюється з органічних речовин у місцях, недоступних для кисню (у ґрунтах тундри,на рисових полях). Додатковий цикл кругообігу вуглецю обумовлений анаеробними ґрунтовими мікроорганізмами. Одні з них (метанобактерії, метанококи й деякі клострідії ) в умовах вологих ґрунтів відновлюють СО2 у метан СН4 . Інші, навпаки, окислюють метан у вуглекислоту (метаномонас, псевдомонас) [2,5].

Одним з етапів кругообігу вуглецю в природі є процеси бродіння. Маслянокисле бродіння здійснюється анаеробами з роду Bacillus і Clostridium. Кінцевим продуктом бродіння є масляна кислота, утвір якої викликає псування продуктів. Більш складним типом маслянокислого бродіння є розщеплення пектинових речовин, міжклітинної речовини рослинної тканини. У ньому беруть участь як анаеробні так аеробні бактерії.

Анаеробне розкладання клітковини(целюлози) має дуже велике значення в кругообігу вуглецю в природі, тому що завдяки ньому клітковина руйнується. Першим етапом розкладання целюлози є її ферментативний гідроліз. Цей процес відбувається під впливом мікробних ферментів целюлаз. Вони є екзоферментами, але на відміну від інших гідролаз вони зв,язані з мікробними клітинами. Тому розкладання целюлози відбувається тільки при прямому контакті мікробів з волокнами целюлози. Анаеробне розкладання клітковини здійснюють мезофільні та термофільні бактерії, більшість яких відносяться до роду Clostridium.

Група целюлозорозкладаючих аеробних мікроорганізмів представлена широким колом у грунті. К ним відносять представників роду Cytophaga і Sporocytophaga, що здатні утворювати мікроцисти. В розкладанні клітковини також приймають участь міксобактерії. Повільно розкладають клітковину в аеробних умовах актиноміцети й гриби. Вони здатні здійснювати цей процес у кислих ґрунтах.

Виключно великі масштаби аеробного розкладання клітковини і перевага цього процесу у грунті над анаеробним розпадом клітковини дозволяє вважати,що окислення продуктів гідролізу целюлози до СО2 аеробними целюлозними бактеріями представляє в кількісном відношенні основний процес зв,язаний з кругообігом вуглецю в природі [5,6].
2.2. Кругообіг азоту в природі
Азот - основний елемент, необхідний для розвитку рослин і визначає врожай сільськогосподарських культур. Кругообіг азоту на землі й розклад його в доступні для рослин сполуки здійснюються завдяки життєдіяльності мікроорганізмів.

Фіксація азоту атмосфери, який перебуває у вільному стані, можлива тільки за допомогою азотфіксуючих організмів. Цією властивістю володіють багато мікроорганізмів, що вільно живуть у ґрунті й водоймах: різні види родів Clostridium, Azotobacter, Pseudomonas, Bacillus, Aerobader, фототрофні, метаноутворюючі й сульфатвідновлюючі бактерії, деякі мікобактерії, проактиноміцети, актиноміцети й гриби, синьо-зелені водорості та інші. Крім того, азотфіксація властива бульбочковим бактеріям (рід Rhizobium), що перебувають у симбіозі з бобовими рослинами. Найбільше значення в збагаченні ґрунтів зв'язаним азотом мають бульбочкові бактерії, а також види родів Azotobacter і Clostridium. Вони мають ферменти, що володіють здатністю зв'язувати вільний азот з іншими хімічними елементами. Фіксуючи азот атмосфери, ці мікроорганізми синтезують складні органічні сполуки. Значення азотфіксуючих мікроорганізмів велике. Вони збагачують ґрунт зв'язаним азотом і сприяють його родючості.

Складні органічні азотовмісні сполуки потрапляють у грунт із відмерлими рослинами, які розкладаються,виділеннями і трупами тварин. Гнильні мікроби виконують роль санітарів,очищаючи грунт і воду від органічних речовин, що розкладаються [1,5].

Амоніфікацією називають процеси розкладання білка й інших органічних сполук азоту з утворенням аміаку. До амоніфікації здатні багато видів спороутворюючих і не утворюючих спор бактерій, а також різні актиноміцети й міцеліальні гриби. Однак мікроорганізмів, пристосованих до використання тільки одних білків, досить мало. Більшість амоніфікаторів-поліфаги, які можуть використовувати величезну кількість найрізноманітніших речовин.

Усі амоніфікатори виділяють у середовище протеолітичні ферменти, під впливом яких здійснюється гідроліз білка до амінокислот. Амінокислоти, що утворилися, використовуються амоніфікаторами в конструктивних і енергетичних процесах. Характерними продуктами розпаду білків є NН3 і H2S.

Розкладання білків може відбуватися в аеробних й анаеробних умовах. В аеробних умовах азотовмістні органічні сполуки розкладаються мікроорганізмами: Bac.subtilus, Bac.мycoides, Bac. мesentericus, і пігментноутворюючі бактерії: Bac.pseudomonas fluorescens,представники сімейства Enterobacteriaceae. Анаеробну амоніфікацію здійснюють деякі види роду Ctostridium, протей, кишкова паличка, різні актиноміцети й цвілеві гриби. У цих випадках, крім аміаку й вуглекислого газу, утворюються продукти проміжного обміну: органічні кислоти, спирти, аміни.

В умовах обмеженого доступу повітря амоніфікацію проводять факультативно-анаеробні бацили й бактерії.

Існують бактерії, що розщеплюють сечовину до аміаку. Сечовина попадає у грунт з сечею людини і тварин, а також утворюється грунтовими грибами. Більше половини грунтових мікроорганізмів мають фермент уреазу і можуть обертати сечовину в аміак. Частково він потрапляє в атмосферу, але в основному зазнає подальших перетворень у ґрунті при процесах нітрифікації [5,10].

Нітрифікацією називають окиснення аміаку до азотної кислоти в процесі якого мікроорганізми одержують енергію для своєї життєдіяльності. Окиснення супроводжується асиміляцією вуглекислоти. Мікроорганізми, що здійснюють цей процес, відносяться до хемолітоавтотрофів та є облігатними аеробами.

Нітрифікація протікає у дві стадії:

Першу-окиснення аміаку до нітритів, здійснюють представники небагато чисельної групи так званих нітритних бактерій, описаних під наступними родовими назвами: Nitrosomonas, Nitrosocystis, Nitrosococcus, Nitrosolobus і Nitrosospira. Усі ці мікроорганізми подібні між собою у фізіолого-біохімічнім відношенні, але відрізняються по морфологічних ознаках і структурі клітин.

Друга стадія нітрифікації пов'язана з окисненням азотистої кислоти до азотної. Виділені й описані наступні збудники цього процесу: Nitrobacter winogradskyi, N. agilis, Nitrospina gracilis і Nitrococcous mobilis. Збудники нітрифікації не використовують органічні речовини й строго спеціалізовані відносно окислюваних субстратів-аміаку й нітритів.

У кислих грунтах автотрофна нітрифікація не відбувається,цей процес замінюється окисненням аміаку або інших відновлених азотовмісних сполук до нітритів і нітратів гетеротрофними мікроорганізмами-грибами і бактеріями. Це явище названо гетеротрофной нітрифікацієй,тому що виникнення нітратів супроводжується окисненням органічних сполук,що йде паралельно [10].

Денітрифікацією називають мікробіологічний процес відновлення нітратів до молекулярного азоту з одночасним (сполученим) окисненням до CO2 і H2O органічних речовин: органічних кислот, цукрів, спиртів. Кінцевим акцептором водню є NO3 . Енергія,що виділяється при окисненні органічного субстрату, використовується мікроорганізмами у процесі життєдіяльності. Денітрифікація може йти в анаеробних і в аеробних умовах, але особливо інтенсивно вона протікає без доступу кисню при наявності в ґрунті мікробів-денітрифікаторів. Однак є один вид денітрифікаторів, який може засвоювати CO2 повітря. Це Thiobacillus denitrificans. При відсутності органічних сполук він окислює сірку до сірчаної кислоти за рахунок кисню нітратів і отриману енергію використовує для синтезу органічних сполук з CO2 повітря.

Денітрифікуючі бактерії - факультативні анаероби (аероби), що переходять на денітрифікацію тільки при відсутності кисню. В аеробних умовах ці мікроорганізми окислюють органічні сполуки.

Мікроорганізми, що здійснюють процес денітрифікації, широко поширені в природі. Більшість з них ставиться до родів Pseudomonas, Achromobacter і Micrococcus (Ps. aeruginosa, Ps. denitrifleans, Ps. fluorescens, Achr stutzeri, Micrococcus denitrificans), але є й представники бацил-Вас.licheniformis.

Але денітрифікацію не слід розглядати як процес, що завжди приводить к зменшенню азоту у ґрунті. У ґрунті цей процес не йде до кінця, тому що рослини засвоюють виникаючі проміжні продукти, повертаючи їх у кругообіг. Денітрифікуючі бактерії зокрема денітрифікації одночасно здатні здійснювати синтез сполук,що стимулюють ріст рослин [2,21].
2.3. Кругообіг сірки й фосфору в природі
Кругообіг сірки відбувається в результаті життєдіяльності бактерій, що окислюють або відновлюють її.

Процеси відновлення сірки відбуваються декількома шляхами. Під впливом гнильних бактерій роду Clostridium, Proteus, в анаеробних умовах при гнитті білків, що містять сірку, відбувається утворення сірководню, і, рідше, меркаптану. Цей процес нагадує амоніфікацію азотовмісних органічних сполук. Великі кількості сірководню (Н2S), що утворюється при десіміляційним відновлені сульфатів, здійснюється облігатно анаеробними бактеріями ( родів Desulfovibrio, Desulfotomaculum, Desulfococcus, Desulfosarcina, Desulfonema).

Утворений в анаеробних умовах сірководень (Н2S) може окислюватися анаеробними фототрофними бактеріями сімейства Chromatiaceae до сірки або сульфату. В цьому сімействі відомі бактерії, що накопичують сірку у клітині, як проміжний продукт окислення сірководню (види Thiospirillum, Chromatium, Thiodiction) і бактерії, що відкладають сірку за межі клітин(види Ectothiorhodospira).

У аеробних умовах сірководень (Н2S) під дією сіркобактерій (види Beggiatoa, Thiothrix) окислюється в сульфат. Вільну сірку у аеробних умовах можуть окислювати до сульфату представники роду Thiobacillus. Утворюючи великі кількості сіркової кислоти тіобацили зменшують лужність ґрунту [19].

Великі кількості сірководню (Н2S) накопичуються також в результаті життєдіяльності сульфатвідновлюючих бактерій. Вони відновлюють сульфати ґрунту, мулу, води. Сірководень, що утворювався в процесі відновлення, частково потрапляє в атмосферу, а частково накопичується в ґрунті й воді. Надалі він окислюється.

Після того як запаси сірководню в зовнішньому середовищі вичерпані,сірка окислюється до сірчаної кислоти й сульфатів, що використовуються рослинами [5].

Кругообіг фосфору трохи відрізняється від кругообігу інших елементів. Бактерії не здатні поглинати більшість органічних фосфоровмісних сполук,свої потреби у фосфорі вони задовольняють шляхом поглинання фосфатних іонів, з яких потім синтезують органічні фосфатні сполуки. При розкладанні гнілосними бактеріями білкових сполук одночасно з мінералізацією азоту відбувається перетворення органічного фосфору у фосфатні іони. Фосфати служать фактором, що обмежують ріст рослин. Доступність фосфатів для рослин залежить від постійного перекладу у розчин нерозчинних фосфатних відкладень-процесу, в якому важливу роль грають мікроорганізми. Кислі продукти метаболізму, які вони утворюють (органічні кислоти, а також азотна та сірчана) розчиняють фосфат кальцію, а утворений ними сірководень (Н2S) сприяє розчиненню фосфату заліза. Ці сполуки можуть бути використані рослинами. Переходу нерозчинних сполук фосфору в розчинні сприяють сірчані бактерії, що також нітрифікують і кислоти, що утворюються, при процесах бродіння [14].

3.ГРУНТ-ТИМЧАСОВЕ СЕРЕДОВИЩЕ ІСНУВАННЯ ПАТОГЕННИХ МІКРООРГАНІЗМІВ
Крім численних мікроорганізмів, що є природними мешканцями ґрунту, в останній регулярно попадає з фекаліями величезна кількість мікробів кишкової групи, серед яких можуть бути й патогенні мікроби. Патогенні мікроорганізми можуть надходити в ґрунт із виділеннями людини й тварин інфікуючи його. Від інтенсивності виділення збудників інфекційних захворювань і тривалості бацилоносіїв залежить ступінь забруднення ґрунту.

Основна маса патогенних бактерій не знаходить у ґрунті досить задовільних умов для свого існування й поступово відмирає. Однак швидкість відмирання в окремих представників хвороботворних мікробів неоднакова (таблиця 3.1.).

Таблиця 3.1.

Тривалість збереження патогенних бактерій у ґрунті

Бактерії

Середній строк, неділя

Максимальний строк, місяць

1.Сальмонели черевного тифу

2-3

12

2.Шигели

1 Ѕ -5

9

3.Холерний вібріон класичний

1-2

4

4.Холерний вібріон Ель-Тор

4

6

5.Мікобактерії туберкульозу

13

7

6.Бруцели

Ѕ-3

2

7.Збудник чуми

Ѕ

1

8.Збудник туляремії

1 Ѕ

2,5


Велике значення має тип ґрунту, кількісний зміст і форми органічної речовини, фізико-хімічний склад, аерація, рН, температура, вологість, мікробні біоценози, бактеріофаги, антагоністичний вплив ґрунтових мікроорганізмів. Усе це обумовлює чудову здатність ґрунту переробляти й знешкоджувати величезні маси внесених у неї органічних відходів.

У ґрунті довго зберігаються спори бацил сибірської виразки, клострідій, правця, анаеробної інфекції, ботулізму, багатьох ґрунтових мікробів. У ґрунті живуть патогенні гриби, які проникають в організм і викликають такі захворювання, як аспергильоз, гістоплазмоз, мікотоксикоз.

З огляду на роль грунту як чинника передачі деяких інфекційних захворювань тварин і людини, у санітарно-епідеміологічній практиці проводять знезаражування грунту, застосовуються заходи, щоб запобігти забрудненню патогенними мікроорганізмами. Наявність у грунті мікроорганізмів, які потрапляють туди з випорожненнями, є показником її санітарно-епідеміологічного неблагополуччя [1,4,20].


ЗАКЛЮЧЕННЯ
Ґрунт - це не тільки субстрат, на якому ростуть рослини, з якого вони беруть мінеральні елементи живлення, він являє собою складну систему з різними біохімічними і біологічними процесами, що протікають у ній .У ґрунті відбуваються різноманітні біохімічні перетворення, установлюється складний взаємозв'язок між мікроорганізмами.

Ґрунтові мікроорганізми становлять значну частину будь-якої біогеосистеми - екологічної системи, що включає ґрунт, неживе і живе або зроблене живими організмами речовини, що беруть активну участь у її життєдіяльності. Ґрунт має високу буферну здатність, тобто довгий час може не змінювати своїх властивостей під впливом забруднювачів. Мікроорганізми ґрунтів мають високу чутливість до антропогенного впливу. Тому вони є гарними індикаторами забруднення навколишнього середовища. Так, по виду мікрофлори, що переважно живе (або, навпаки, відсутньої) на даній території, можна визначити не тільки ступінь забруднення, але і його вид (яка саме забруднююча речовина превалює на даній ділянці). Наприклад, індикаторами сильного антропогенного забруднення є відсутність кокоідних форм мікроводоростей з відділу Chlorophyta. Найбільш стійкими до забруднення виявилися нитчасті форми синьо-зелених водоростей (ціанобактерій Cyanophyta) і зелених водоростей.

Разом з тим, мікроорганізми самі є очисниками навколишнього середовища. Справа в тому, що живильними речовинами для багатьох бактерій є абсолютно неїстівні для вищих організмів речовини. У більшості випадків дані речовини (такі, як нафта, метан і інші) є для таких бактерій прямими джерелами енергії, без якої вони не виживуть. У деяких інших випадках такі речовини не є для бактерій життєво важливими, але бактерії можуть їх поглинати в більших кількостях без шкоди для себе. Ще до пристосування бактерій як біофільтрів і біоочисників, до появи штучних забруднювачів, мікроорганізми вже ефективно виконували очисну роль у природі.

Оцінка стану організмів, що живуть у ґрунті, їх біорозмаріття має важливе значення при розв'язку завдань природоохоронної практики: виділенні зон екологічного неблагополуччя, розрахунках збитку, нанесеного діяльністю людини, визначенні стійкості екосистеми й впливі тих або інших антропогенних факторів. Мікроорганізми і їх метаболіти дозволяють проводити ранню діагностику будь-яких змін навколишнього середовища, що важливо при прогнозуванні змін навколишнього середовища під впливом природних і антропогенних факторів.

ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ

1. Мікробіологія: підручник для студентів вищих навчальних закладів. За редакцією професора І. Л. Дикого / І. Л. Дикий, І. Ю. Холупяк, Н. Ю. Шевельова [та ін.] – Х: Видавництво НФаУ Оригінал, 2006. – с. 140-147.

2. Пирог Т. П. Загальна мікробіологія / Т. П. Пирог. – К: НУХТ, 2004. – с. 355-360, 425-428.

3. П’яткін К. Д., Мікробіологія з вірусологією та імунологією / К. Д. П’яткін, Ю. С. Кривошеєв. – К: Вища школа, 1992. – с. 73-75.

4. Ситник І. О., Мікробіологія, вірусологія, імунологія. / І. О. Ситник, С. І. Климнюк, М. С. Творко. – Тернопіль: ТДМУ, 2009. – с. 74–75, 108-109.

5. Бакулина Н. А. Микробиология / Н. А. Бакулина, Е. Л. Краева – М.: Медицина, 1980.- с. 103-112.

6. Вершигора А. Е. Общая микробиология. / А. Е. Вершигора. – К: Выщая школа, 1988. – 343 с.

7. Воробьёв А. А. Микробиология и иммунология / А. А. Воробьёв. – М: Медицина, 1999. –с. 75-76.

8. Гусев М. В. Микробиология: учебник / М. В. Гусев, Л. А. Минеева. - М: Издательство Московського университета, 1985 - 2-е изд.,- с. 5-6.

9. Гусев М. В., Микробиология: учебник для студентов биологических специальностей вузов / М. В. Гусев., Л. А. Минеева. – М: Издательский центр Академия, 2003. – 4-е изд. – с. 13-14, 164-168.

10. Звягинцев Д. Г. Биология почв: учебник / Д. Г Звягинцев, И. П Бабьева, Г. М Зенова - М.: Издательство МГУ, 2005. - 3-е изд., исправ. и доп – с. 48-51, с.75-183, 198-205.

11. Егоров Н. С. Руководство к практическим занятиям по микробиологии: Учеб. пособ. / Под редакцией Егорова Н. С. –М.: Издательство МГУ, 1995. - 3-е изд., перераб. и доп. - с. 117-119.

12. Кауричев И. С. Почвоведение: учебник / И. С. Кауричева. - М.: Агропромиздат, 1989 - 4-е издательство – 719с.

13. Колешко О. И. Микробиология с основами вирусологии: учебник / О. И.  Колешко, Т. В. Завезенова. – Издательство Иркутского госуниверситета, 1999. – с. 336-340.

14. Коротяев А. И., Медицинская микробиология, иммунология и вирусология: учебник для медицинских вузов / А. И. Коротяев, С. А. Бабичев. – Санкт-Петербург: СпецЛист, 2008. – 4-е издательсво – с. 147-149.

15. Лысак В. В. Микробиология: учебник для студентов биологических специальностей / В. В. Лысак. – Минск: БТУ, 2005. – с. 8-12.

16. Мишустин Е. Н. Микробиология: учебник. / Е. Н Мишустин, В. Т. Емцев - М.: Агропромиздат, 1987. 3-е изд., перераб. и доп – с. 118-119, 203-215, 226-234.

17. Нетрусов А. И. Микробиология: учебник для студентов высших учебных заведений / А. И. Нетрусова, И. Б. Котова. – М: Издательский центр Академия, 2006. – с. 287-290.

18. Нетрусов А. И. Экология микроорганизмов: учебник / под. редакцией. А. И. Нетрусова. - М.: Академия, 2004. – с.272-274.

19. Поздеев О. К. Медицинская микробиология: учебник для вузов. Под редакцией академика РАМН В. И. Покровского / О. К. Поздеев. – М: ГЕОТАР-МЕД, 2001. – с. 118-121.

20. Пяткин К. Д., Микробиология с вирусологией и иммунологией / К. Д. Пяткин, Ю. С. Кривошеев. – М: Медицина, 1981. – с. 36-38, 59-64, 79-80.

21. Стейниер Р. Мир микробов т.3: / Р. Стейниер, Э. Эдельберг, Дж. Ингрем Пер. с англ. /под редакцией д-ра биол. наук Е. Н.Кондратьева и д-ра биол. наук С. В.Шестакова.-М.: Мир, 1979. - с. 273-285.

22. Черкес Ф. К., Микробиология / Ф. К.Черкес, Л. Б. Богоявленская, Н. А. Бельская. – М: Медицина, 1986. – с.90-91.

Учебный материал
© bib.convdocs.org
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации