Какова роль бактерий в круговороте веществ в природе кратко

Обновлено: 05.07.2024

Роль микроорганизмов в круговороте веществ. Круговорот углерода. Роль бактерий в обмене углерода.

Круговорот веществ — совокупность превращений химических элементов, из которых построены живые организмы. Основные факторы, определяющие доминирующую роль микробов в круговороте веществ, — широкое распространение микроорганизмов (например, слой плодородной почвы толщиной 15 см может содержать до 5 т микробной биомассы на гектар) и их необычайная метаболическая гибкость при высокой скорости обмена. Большое значение имеет узкая специализация отдельных групп микроорганизмов в отношении утилизируемых веществ. Поэтому некоторые этапы круговорота веществ могут осуществляться исключительно прокариотами. В природе все организмы разделяют на три группы. Продуценты — зелёные растения и микроорганизмы, синтезирующие органические вещества, используя энергию солнца, углекислый газ и воду. Потребители (консументы) — животные, расходующие значительную часть первичной биомассы на построение своего тела.

Деструкторы — бактерии (в том числе актиномицеты) и грибы, разлагающие погибшие животные и растения; при этом органические вещества превращаются в неорганические, то есть происходит минерализация.

Круговорот углерода. Роль бактерий в обмене углерода.

Взаимосвязь живых организмов на Земле особенно ярко выражена в круговороте углерода. Атмосферный воздух содержит около 0,03% С0₂, но продуктивность зеленых растений настолько велика, что весь запас углекислоты в атмосфере (2600-10 9 т С02) был бы истрачен за 20 лет — срок, ничтожно короткий в масштабах эволюции. Фотосинтез бы прекратился, если бы микроорганизмы, растения и животные не обеспечивали возвращение С0₂ в атмосферу в результате непрерывной минерализации органических веществ. Циклические превращения углерода и кислорода реализуются главным образом через два разнонаправленных процесса: кислородный фотосинтез и дыхание (либо горение в небиологических реакциях).

• При кислородном фотосинтезе аэробные цианобактерии и зелёные растения основную часть окисленной формы углерода (СО₂) переводят в восстановленное состояние, характерное для органических соединений (например, глюкозу), а восстановленную форму кислорода (Н20) окисляют до 0₂. Хотя анаэробные пурпурные и зелёные бактерии могут восстанавливать С0₂ до органических веществ, окисляя отличные от воды соединения (NH₃, NO₂, Н₂, Fe 2+ , восстановленные соединения серы), вклад этих процессов в общую фиксацию СО, незначителен. В результате фотосинтетической фиксации С02 образуются сахара и другие соединения. Основная масса фиксированного углерода растений откладывается в виде полимерных углеводов (крахмал, целлюлоза). Поэтому сахара играют ведущую роль в питании всех живых организмов, нуждающихся в органической пище (организмы-гетеротрофы), и служат предпочтительными питательными веществами для большинства гетеротрофных микроорганизмов.

• В присутствии кислорода полное окисление органических веществ до CO., осуществляют многие аэробные (псевдомонады, бациллы) и факультативно анаэробные (актиномицеты) бактерии, грибы, а также животные. В качестве примеров неполного окисления можно привести окисление Сахаров уксуснокислыми бактериями (Acetobacter, Gluconobacter) с образованием ацетата, образование лактата грибами порядка Mucorales (Rhizopus oryzae, R. nigricans и др.), образование глюконовой кислоты аспергиллами и пенициллами.

• В анаэробных условиях органические соединения расщепляются путём брожения (дрожжи, молочнокислые бактерии, пропионовокислые бактерии, бактерии семейства Entembacteriaceae), либо окисляются в процессе анаэробного дыхания при наличии акцепторов водорода. В роли акцепторов водорода выступают нитраты, сульфаты, карбонаты, фумараты, Fe 3+ : соответственно выделяют денитрифицирующие, сульфатредупирующие, метанобразующие бактериями. Метанобразующие бактерии (Methanobacterium, Melhanococcus, Methanosarcina) — строгие анаэробы, составляющие последнее звено анаэробной пищевой цепи. Выделяемый ими метан в аэробных условиях может окислятся до С02 метилотрофными бактериями (Methylomonas, Methytosinus, Melhylococcus).

• Углерод извлекается из круговорота различными путями. Ионы карбоната, содержащиеся в морской воде, соединяются с растворёнными в ней ионами Са 2+ и осаждаются в виде СаС0₃ (карбонат кальция). Последний также образуется биологическим путём в известковых структурах простейших, кораллов и моллюсков, откладываясь в качестве известняковых горных пород. Отложение неминерализованных органических остатков в условиях высокой влажности и недостатка кислорода приводит к накоплению гумуса, образованию торфа и каменного угля. Ещё один вид изъятия органического углерода из круговорота — отложения нефти, и газа (метана).

• Деятельности человека неуклонно сдвигает баланс углерода в сторону образования С0₂. С одной стороны, это связано с интенсивным сжиганием нефти, угля и природного газа, а с другой — с уменьшением фотосинтетической фиксации углерода за счёт уничтожения лесных массивов, деградации почвы и загрязнения океана.

Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.

Жизнедеятельность на планете происходит благодаря круговороту и обмену веществ в природе. Без этого круговорота такие химические элементы, как кислород, углерод, сера, водород, азот, фосфор, быстро бы исчерпались, а все живое на Земле прекратило бы свое существование. Доминирующую роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе определило их повсеместное распространение, высокая скорость метаболических процессов и осуществление химических процессов, недоступных для остальных живущих на планете.

Почвообразование и азотфиксация

Естественной средой обитания многих микроорганизмов является почва. Какова же роль бактерий в почвообразовании и в круговороте веществ в ней?

Они принимают самое непосредственное участие в формировании химического состава почвы и ее самоочищении. Для жизнедеятельности растений необходимы неорганические вещества, которые они не могут самостоятельно добывать из почвы, и поддержку им в этом оказывают бактерии. Азот, находящийся в воздухе, является необходимым для их жизнедеятельности, но преобразовать его самостоятельно они не могут. На помощь приходят азотфиксирующие бактерии, которые обитают в почве как самостоятельно, так и в симбиозе с бобовыми. Бактерии-симбионты, поселяясь на ранней стадии роста корневой системы, образуют на корешках утолщения ─ клубеньки. Корни дают симбионтам необходимые для питания углеводы, а те, в свою очередь, N₂.

Существует несколько способов проникновения микроорганизмов в корни бобовых:

через поврежденную поверхность корневой системы;
через волоски корешков;
через клеточную оболочку.

Сам процесс проникновения включает в себя две стадии: стадия заражения корневой системы и стадия образования на ней клубеньков. В результате такого симбиоза растения дают нужный для бактерий углевод, органические вещества, аминокислоты, а те, в свою очередь, азот. Благодаря такому симбиозу почва насыщается азотом, незаменимым для жизни других растений.

Таким образом происходит круговорот азота, который состоит из трех стадий:

фиксирование азота, находящегося в атмосфере;
окисление N₂;
восстановление азота.

Все эти стадии невозможны без микроорганизмов, где каждый вид играет свою незаменимую роль. Отмершие растения, животные, отходы жизнедеятельности всего живого насыщают почву органикой. Роль сапротрофов в переработке органических веществ незаменима. Суть переработки заключается в том, что гнилостные бактерии питаются этой органикой, превращая ее в перегной, необходимый для растений.

Гнилостные бактерии играют незаменимую роль в очищении планеты. Без их участия она превратилась бы в одну большую свалку мертвой неразложившейся органики.

Круговорот углерода в биосфере

Растениям для дыхания необходим углекислый газ, но его содержание в воздухе составляет всего 0,03%. Без участия микробов этот запас был бы исчерпан всего за 20 лет. В процессе фотосинтеза растения фиксируют углерод, и впоследствии он находится в них в виде органических соединений. После отмирания он вместе с этими соединениями накапливается в земле, и бактерии, разлагая органику, тем самым освобождают углерод, который возвращается в биосферу.

Еще одним источником наполнения атмосферы углеродом является ферментация. Суть его состоит в том, что анаэробные бактерии осуществляют полное окисление продуктов, растительной клетчатки, в результате которого также освобождается свободный углерод.

Часть СО2 поступает в слои атмосферы с выхлопами отработанного топлива, при сжигании органики (листьев, древесины), топливных материалов.

Круговорот серы в природе

В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходит круговорот серы в природе путем ее окисления или восстановления. Метаморфизм происходит при гниении белковых отходов без доступа кислорода. При переработке белка образуется сероводород. Сера попадает в атмосферу также в результате деятельности сульфатвосстанавливающих микроорганизмов, которые восстанавливают сульфаты из ила, воды и почвы. В результате этого процесса часть сероводорода уходит в атмосферу, а часть накапливается в воде или почве, после чего он там окисляется. Суть процесса окисления сероводорода заключается в том, что он происходит в результате действий серобактерий, которые используют его в метаболических реакциях с целью получения необходимой энергии.

Круговорот фосфора

Высвобождение фосфора из органики происходит при гниении. Фосфорные микроорганизмы, местом обитания которых является вода и почва, используют для своих обменных процессов нерастворимые образования фосфора, которые впоследствии попадают в окружающую среду в растворимом виде. Растения используют фосфор из почвы и воды. У растений он входит в состав семян в виде нуклеиновой кислоты, отвечающей за передачу наследственной информации. У животных в состав крови, молока, тканей нервной системы. При отмирании фосфор возвращается в водоемы или почву в виде фосфатных отложений, которые и служат источником питания серных и нитрифицирующих бактерий.

Круговорот железа в природе

На планете постоянно происходит окисление таких химических веществ, как соли железа, марганца. Это окисление было бы невозможным без работы железобактерий. Отмирая, они опускаются на дно водоемов, образуя при этом залежи болотной и озерной руды.

Поселения таких микроорганизмов в трубопроводах приводят к коррозии и закупорке, что наносит вред промышленности. Передвижение железа и других металлов от центра Земли к ее поверхности также происходит за счет микроорганизмов, что приводит к образованию залежей полезных ископаемых.

Все живое состоит из белков, жиров и углеводов, образование которых невозможно было бы без таких химических элементов, как водород, углерод, сера, азот, фосфор, кислород. Суть обмена веществ заключается в том, что именно благодаря биологической активности микроорганизмов переход в различные стадии и регенерация этих химических элементов на планете являются источником существования всего живого на Земле. Без него невозможно и образование многих полезных ископаемых, в которых нуждается человек для своего существования.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.

Бактерии играют большую роль в биологически важных круговоротах веществ на Земле, осуществляя химические превращения, не доступные ни растениям, ни животным. Сапрофитные бактерии обеспечивают минерализацию органических веществ, но вместе с тем они выполняют и отрицательную роль, вызывая гниение продуктов. Гниение - это разложение азотсодержащих веществ с выделением аммиака. Он встречается повсеместно, в результате чего земля очищается от трупов животных и растений, обеспечивая плодородие почв, но в то же время происходит порча продуктов питания. Процесс гниения сопровождается выделением СО2, аммиака и энергии, сероводорода, метана и др. При гниении образуются ядовитые вещества, поэтому употребление гниющих продуктов в пищу человеком или животным недопустимо. Молочнокслое брожение - анаэробное окисление сахара, молока или других углеводов в молочную кислоту. Осуществляется большой группой молочнокислых бактерий, которые используются для изготовления простокваши, кефира, кумыса, сметаны, сливочного масла, сыров. Другие - сбраживают сахара растений, третьи - используют в квашении огурцов, капусты, силосовании кормов. Образующаяся молочная кислота препятствует развитию гнилостных бактерий и обеспечивает сохранность сочных продуктов. Силосование кормов позволяет сохранить от порчи сочные корма, убирать растительную массу в любую погоду.

В сельском хозяйстве сапрофитные бактерии обогащают почву солями аммония, азотной и азотистыми кислотами, доступными для высших растений. (Это нитрифицирующие бактерии, азотофиксирующие и клубеньковые бактерии) . Благодаря симбиозу с бактериями, бобовые играют важную роль в севооборотах, обеспечивая устойчивые урожаи.

Бактерии можно выращивать на дешевом сырье, отходах производства. Это особенность используется в народном хозяйстве - в микробиологической промышленности. Их используют для производства разнообразных органических веществ: столового уксуса, получают ферменты, лекарства и другие ценные вещества. Их используют в текстильной, кожевенной промышленности (вымачивание льна, кожи) , в медицине.

Выводы.
1. Большая часть бактерий - сапрофиты, они разлагают органические вещества до минеральных, которые усваиваются растениями, и этим самым способствует круговороту веществ.
2. Жизнь на Земле была бы возможна без круговорота веществ, т. е. без деятельности бактерий.
3. Использование бактерий в производсве экономически выгодно: создаваемые ими органические вещества обходятся дешевле, чем при выращивании растений и животных. Бактерии играют большую роль в биологически важных круговоротах веществ на Земле, осуществляя химические превращения, не доступные ни растениям, ни животным. Сапрофитные бактерии обеспечивают минерализацию органических веществ, но вместе с тем они выполняют и отрицательную роль, вызывая гниение продуктов. Гниение - это разложение азотсодержащих веществ с выделением аммиака. Он встречается повсеместно, в результате чего земля очищается от трупов животных и растений, обеспечивая плодородие почв, но в то же время происходит порча продуктов питания. Процесс гниения сопровождается выделением СО2, аммиака и энергии, сероводорода, метана и др. При гниении образуются ядовитые вещества, поэтому употребление гниющих продуктов в пищу человеком или животным недопустимо. Молочнокслое брожение - анаэробное окисление сахара, молока или других углеводов в молочную кислоту. Осуществляется большой группой молочнокислых бактерий, которые используются для изготовления простокваши, кефира, кумыса, сметаны, сливочного масла, сыров. Другие - сбраживают сахара растений, третьи - используют в квашении огурцов, капусты, силосовании кормов. Образующаяся молочная кислота препятствует развитию гнилостных бактерий и обеспечивает сохранность сочных продуктов. Силосование кормов позволяет сохранит

Бактерии очищают сточные воды в очистных сооружениях, разлагая органические вещества (рис. 17). Бактерии крайне важны в очистке обширных разливов нефти, которые происходят в результате крушения танкеров или аварий на нефтепроводах.

Бактерии в сельском хозяйстве

Вред бактерий

Необходимо отметить, что бактерии не только друзья и помощники человека. Они могут приносить человеку существенный вред, вызывая порчу пищевых продуктов, семян, кормов для животных. Также бактерии являются возбудителями заболеваний человека, домашних животных и культурных растений. Бактерии могут вызывать у людей, растений и животных инфекционные заболевания — холеру, дифтерию, туберкулез у человека, сибирскую язву у скота, гниль у картофеля и др. Поселяясь на продуктах питания, бактерии разлагают их, одновременно выделяя специфические вещества. При этом продукты питания приобретают неприятные запах и вкус.

Борьба с бактериями

Чтобы предотвратить порчу продуктов питания, их сушат, солят, засахаривают, маринуют, консервируют, хранят в холодильниках. Используемые при этом вещества-консерванты (соль, сахар, уксус) и низкие температуры снижают активность бактерий, тормозят их рост и размножение. Защитой человека от инфекционных заболеваний является здоровый образ жизни, соблюдение гигиенических правил. Для предотвращения заболеваний проводят профилактические прививки.

Читайте также: