Какова роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе кратко

Обновлено: 05.07.2024

С помощью микроорганизмов органические соединения растительного и животного происхождения минерализуются до углерода, азота, серы, фосфора, железа и др.

Круговорот углерода. В круговороте углерода активное участие принимают растения, водоросли и цианобактерии, фиксирующие СО₂ в процессе фотосинтеза, а также микроорганизмы, разлагающие органические вещества отмерших растений и животных с выделением СО₂. При аэробном разложении органических веществ образуются СО₂ и вода, а при анаэробном брожении -кислоты, спирты, СО₂.Так, при спиртовом брожении микроорганизмы (дрожжи и др.) расщепляют углеводы до этилового спирта и диоксида углерода. Молочнокислое брожение, вызываемое молочнокислыми бактериями, характеризуется выделением молочной и уксусной кислот и диоксида углерода. Процессы пропионовокислого (вызываемого пропионибактериями), маслянокислого, ацётонобутилового (вызываемых клостридиями) и других видов брожения сопровождаются образованием различных кислот и диоксида углерода.

Круговорот азота. Атмосферный азот связывают только клубеньковые бактерии и свободноживущие микроорганизмы почвы. Органические соединения растительных, животных и микробных остатков подвергаются в почве минерализации микроорганизмами, превращаясь в соединения аммония. Процесс образования аммиака при разрушении белка микроорганизмами получил название аммонификации, или минерализации азота. Активно разрушают белок такие бактерии, как псевдомонады, протей, бациллы, клостридии. При аэробном распаде белков образуются диоксид углерода, аммиак, сульфаты и вода; при анаэробном – аммиак, амины, диоксид углерода, органические кислоты, индол, скатол, сероводород. Разложение мочевины, выделяющейся с мочой, осуществляют уробактерии, расщепляющие ее доаммиака, диоксида углерода и воды. Образующиеся аммонийные соли в результате ферментации бактериями органических соединений могут использоваться высшими зелеными растениями. Но наиболее усвояемыми для растений являются нитраты – азотнокислые соли. Эти соли появляются при распаде органических веществ в процессе окисления аммиака до азотистой, а затем азотной кислоты. Данный процесс называется нитрификацией, а микроорганизмы, его вызывающие, – нитрифицирующими. Нитрифицирующие бактерии выделил и описал русский ученый С. Н. Виноградский (1890-1892). Нитрификация проходит в две фазы: первую фазу осуществляют бактерии рода нитрозомонас и др., при этом аммиак окисляется до азотистой кислоты, образуются нитриты; во второй фазе участвуют бактерии рода нитробактер и др., при этом азотистая кислота окисляется до азотной и превращается в нитраты. Две фазы нитрификации являются примером метабиоза – взаимоотношений микроорганизмов, при которых один микроорганизм размножается, используя продукты жизнедеятельности другого микроорганизма.

Нитраты повышают плодородие почвы, однако существует и обратный процесс: нитраты могут восстанавливаться в результате процесса денитрификации до выделения свободного азота, что обедняет его запас в виде солей в почве, приводя к снижению ее плодородия.

Помогаем учителям и учащимся в обучении, создании и грамотном оформлении исследовательской работы и проекта.

Темы исследований

Оформление работы

Наш баннер

Сайт Обучонок содержит исследовательские работы и проекты учащихся, темы творческих проектов по предметам и правила их оформления, обучающие программы для детей.

Код баннера:

Исследовательские работы и проекты

Роль микроорганизмов в природе и для человека

1.3. Роль микроорганизмов в природе и для человека

Микроорганизмы являются важным звеном в круговороте веществ в природе, разлагают растительные и животные остатки, очищают загрязненные органикой водоемы. Без них не могла бы существовать жизнь на земле.

Они распространены везде: в почве, воде, воздухе, организмах животных и растений, откуда они попадают на предметы, одежду, на руки, в пищу, в рот, кишечник [3]. Как и всякие живые существа, микроорганизмы питаются, и размножаются.

У них нет специальных органов пищеварения. Пита-тельные вещества проникают в микроорганизмы через оболочку клетки. Поэтому для развития микроорганизмов хорошей питательной средой являются продукты, содержащие много воды: молоко, бульоны, мясо, рыба и т. д.

Для размножения микробов, кроме питательной среды, необходима благоприятная температура (37—40°). При наличии питательной среды и соответствующей температуры микробы могут очень быстро размножаться путем деления или почкования (дрожжи). Примерно через полчаса количество микробов удваивается, через час увеличивается в 4 раза, через два часа — в 16 раз и т.д.

Учеными доказано, что микроорганизмы бывают: полезные и вредные [8].

Для собственных микроорганизмов наш человеческий организм является обычным родным "при-ютом" с самой нормальной для них средой обитания, поэтому "наши" микробы для нас - это совершенно не чужеродная форма жизни, так в организме одного взрослого человека проживает до 100 триллионов одноклеточных существ.

Факт, что мы состоим преимущественно из разных бактерий, может вызвать тревогу, однако, большинство бактерий действуют нам на благо, и без них мы просто не выжили бы. Это бактериально-человеческое взаимодействие по большей части является симбиотическим (взаимовыгодным).

В обмен на продовольствие и питание, бактерии помогают нам с пищеварением, образованием витаминов итспособствуют укреплению нашей иммунной системы. Кроме того, они защищают нас от патогенных инфекции.

Тысячелетиями человек использовал молочные бактерии для создания многих молочных продуктов. Человек размножает некоторые виды бактерий, потому что нуждается в них, и использует.

Благодаря деятельности микроорганизмов квасится капуста, маринуются овощи, готовится тесто, простокваша, кефир, сыр, масло. Бактерии необходимы в процессе брожения при производстве творога, уксуса, вина. Если в молоко добавить разные бактерии получатся, сыр, простокваша, кефир, йогурт, творог.

Бифидобактерии, лактобактерии и кишечные палочки - первые жители нашего кишечника, и начинают его заселять сразу после рождения ребенка. Полезные микробы участвуют в пищеварении, помогают вырабатывать и усваивать витамины группы В, защищают от аллергии, поднимают иммунитет и устойчивость к инфекциям.

Самый простой и приятный способ борьбы с дисбактериозом – это принимать кисломолочные продукты, содержащие жи-вые бифидо- и лактобактерии. К таким продуктам относятся: кефир, йогурт, ацидофилин и другие.
Без молочнокислых бактерий не было бы и силоса, идущего на корм скоту.

Известно, что если долго хранить вино, оно постепенно превращается в уксус. Это превращение вызывают попавшие в вино уксуснокислые бактерии. С их помощью получают уксус.

Токсичные вещества, содержащиеся в отходах, при этом обезвреживаются, вдобавок вырабатывается немалое количество топлива. Точно так же бактерии очищают сточные воды, а некоторые участвуют в образовании полезных ископаемых.

Почвенные бактерии превращают перегной в минеральные вещества, которые поглощают корни растений.

Всем живым организмам, чтобы создавать белки, необходим азот. Нас окружают настоящие океаны атмосферного азота. Но ни растения, ни животные, ни грибы усваивать азот прямо из воздуха не способны. Зато это умеют делать особые азотфиксирующие бактерии.

Различные бактерии помогают человеку изготавливать шелк, производить кофе, табак. Оказывается, если ввести в организм бактерии ген какого-либо нужного человеку белка - например, ген инсулина. Тогда бактерия начнет его вырабатывать.

Их главное оружие против более развитых существ – это токсины (яды). С помощью подобных веществ они отравляют клетки организмов, на которых паразитируют, а иногда они встраиваются в клетки человека, и уничтожают их.

В результате их жизнедеятельности возникают эпидемии заразных заболеваний человека и животных (чума, холера, оспа и др.) от которых ежегодно в странах Америки и Англии умирают сотни тысяч людей. Болезнетворные бактерии подстерегают человека повсюду.

Для жизнедеятельности микроорганизмов хорошей средой является налет на зубах, остатки пищи между ними. Обильное развитие микробов во рту ведет к быстрому размножению пищевых остатков, при этом накапливаются химические продукты этого распада, которые разрушают эмаль зубов, и приводят к развитию кариеса. Поэтому так важно систематически чистить зубы, полоскать рот после каждого приема пищи.

Но самое большое количество микроорганизмов обитает в толстом кишечнике. Поэтому надо обязательно соблюдать правила личной гигиены, мыть руки перед едой и после прогулки, а также после посещения туалета.

Живя в организме человека, микроорганизмы должны беречь своего хозяина, а не вредить ему, а чтоб это было именно так, необходимо соблюдать правила личной гигиены.

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.