Объясните значение микроорганизмов в природе и сельском хозяйстве кратко
Обновлено: 05.07.2024
Из всех функций на Земле важное значение микроорганизмов в том, что они участвуют в круговороте веществ в природе, в особенности углерода.
Микроорганизмы участвуют в образовании полезных ископаемых, а также в их добычи.
Микроорганизмы вызывают заболевания человека, животных и растений. Портят пищевые продукты, строительные материалы, вызывает коррозию металлов.
Микробы разрушают: гранит, древесину и др. материалы. Есть в природе парадокс, чем меньше живой организм, тем он продуктивней.
Микроорганизмы широко используется в различных отраслях народного хозяйства. С помощью микробов получают белки, жиры, углеводы, органические кислоты, ферменты, витамины, антибиотики и другие ценные вещества.
Микроорганизмы широко используются и пищевой промышленности. С помощью микробов получают хлеб и хлебопродукты, квас, вино, пиво, различные молочные продукты, колбасы и т.д.
Очень хорошо используется в сельском хозяйстве для получения высоких урожаев сельхоз культур и животноводстве.
Будучи в любом современном продуктовом магазине США или Великобритании, сложно поверить, что пищевая промышленность находится в наиболее тяжелом состоянии в последние десятилетия. Согласно прогнозам, к 2050 году мировое население вырастет с 7,5 миллиардов до почти 10 миллиардов человек. Чтобы накормить всех, миру придется фактически удвоить производство продуктов питания за какие-нибудь три десятилетия. И все это придется сделать в условиях усиливающейся засухи в мире и сокращения пригодных для фермерства земель, а также повышения резистентности сельскохозяйственных культур к гербицидам и пестицидам.
Сегодня стремление производителей все увеличивать производительность полей столкнулось с естественным пределом, и нынешний рост урожайности уже не успевает за ростом потребностей в продуктах питания. Становится очевидным, что сегодня сельское хозяйство нуждается в изменениях, способных изменить существующие способы выращивания урожаев и повысить экологическую безопасность производства.
Доктор Мэттью Валентайн (Mathew Wallenstein) из Университета штата Колорадо, совместно с группой единомышленников, ведет исследования в области применения микроорганизмов в качестве средства улучшения качества сельского хозяйства. За последние годы геномные технологии приблизили понимание человека природы микроорганизмов. По мнению ученого, точно также как изучение человеческого микробиома революционирует медицину и порождает новую пробиотическую отрасль, также и сельское хозяйство может получить необходимые изменения по мере изучения микромира почв.
Замена химии биологией — сила микроорганизмов
В природе растения сосуществуют с микроорганизмами, обитающими в их корневой системе, на их листьях и даже внутри их клеток. В то время как растения питают микроорганизмы углеродом, последние делают нутриенты доступными для поглощения растениями, а также защищают культуры от разного рода заболеваний. Однако, применяя культивацию почв и внося химические удобрения, человек тем самым нарушает этот симбиоз, убивая значительную часть этих полезных организмов.
Мэттью Валентайн был впечатлен недавними успехами врачей в борьбе с хронической и зачастую смертельной бактериальной инфекции, называемой Clostridium difficile. Решение медиков заключалось в пересадке больному фекального микробиома здорового человека. Ученый из колорадского университета был настолько воодушевлен изящностью подобного решения, что совместно со своим коллегой, доктором Колином Беллом (Colin Bell), он приступил к разработке микробной технологии по увеличению доступности фосфора, жизненно необходимого для роста растений элемента. Как известно, фермеры добавляют фосфор в почву посредством удобрений, что однако, зачастую приводит к тому, что до 70% этого химического элемента оказывается связанным в почве, и недоступным для растений.
Однако микроорганизмы способны высвобождать фосфор и другие микронутриенты, делая их доступными для растений. Валентайн и его команда исследователей разработали четыре вида бактерий, способных высвобождать фосфор из почвы за счет специализированных молекул, разрушающих связи между фосфором и частицами почвы. Для проверки нового решения на практике, команда ученых основала стартап Growcentia, и начала продавать свой новый продукт, получивший название Mammoth P.
Growcentia далеко не единственный стартап в своем роде, предлагающий аграриям микробные технологии для производства продуктов питания. Помимо собственно Growcentia, существуют также и такие компании как AgBiome, Indigo, Maronne BioInnovations и New Leaf Symbiotics.
Помимо этого, крупнейшие сельскохозяйственные компании в мире также активно инвестируют в биологические решения. Так, например компания Monsanto недавно инвестировала 300 млн. долларов в биотехнологическую компанию NovoZymes.
Возвращаясь к Growcentia, стоит отметить, что компания специализируется на почвенных микробах, повышающих эффективность и поглощение нутриентов, однако микроорганизмы также способны улучшить сельское хозяйство и многими другими способами. Некоторые компании сосредоточены на коммерциализации микробов, способных подавлять реакцию растений на недостаток воды настолько, что культуры продолжают активно расти в условиях засухи. Другие компании разрабатывают микроорганизмы, защищающие растения от заболеваний и вредителей. Микробы даже способны влиять на время цветения. Поистине, возможности микромира безграничны.
До недавнего времени ученые могли наблюдать и изучать лишь микробные виды, которые легко культивировать в лаборатории с использованием традиционных подходов, составляющие лишь крошечную часть от микробного мира. Однако сегодня благодаря новым методам в разработке микробных технологий, ученые могут исследовать гены микроорганизмов путем секвенирования, а также изучать их функциональность, используя высокопроизводительные методы скрининга для поиска микробов с определенным набором атрибутов. Помимо этого также возможна и генная инженерия микроорганизмов, позволяющая не только выводить новые организмы с заранее заданным набором характеристик, но и буквально создавать совершенно новый вид микробов.
Однако одно дело создавать полезные микробы в экспериментальных теплицах. Разработка и создание же микробиологической технологии, которая может применяться в больших масштабах, транспортироваться и храниться в суровых условиях в течение длительных периодов времени, чтобы затем безупречно функционировать в широком диапазоне почв и климатических условий — задача совершенно другого порядка.
По этой причине, многие продукты, находящиеся на стадии разработки, все еще должны пройти долгий путь, прежде чем их можно будет применять в сельском хозяйстве. Взрыв интереса к полезным микробам для производства продуктов питания предвещает будущее, когда сельское хозяйство будет меньше зависеть от искуственных удобрений. Будущее продовольственной безопасности лежит у наших ног в невидимой вселенной микробного мира.
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.
Микроорганизмы - это группа настолько маленьких живых организмов, что они не видны человеческим зрением. Их размер меньше 1 миллиметра, а, порою, намного меньше. Хотя встречаются в этой группе и относительно большие организмы, их даже можно рассмотреть при должном усердии. Изучением их всех занимается наука микробиология
Представители микроорганизмов
В природе существуют десятки тысяч видов микроорганизмов, и это только те, о которых мы знаем. Они являются довольно разнообразными. Некоторые различаются средой обитания, другие - образом или условиями существования, третьи - строением. Так, практически все они одноклеточные, но встречаются среди них и многоклеточные, хоть и редко.
Все микроорганизмы можно поделить на 2 группы: безъядерные (прокариоты) и обладающие клеточным ядром (эукариоты).
Прокариоты - это одноклеточные живые организмы, не имеющие клеточного ядра. Иногда их называют доядерными, а в 20-ых веках именовали монерами, но сейчас этот термин не используется. Представителями прокариотов являются всего 2 домена живых организмов: бактерии и археи. Полагают, что существуют миллионы видов микроорганизмов, относящихся к этим доменам. Но найти то, что не видишь невооружённым взглядом, довольно сложно, поэтому на сегодняшний день известно около десятка-другого тысяч видов.
Микроорганизмы, относящиеся к домену Эукариоты, могут быть как многоклеточными, так и одноклеточными. Главная их особенность - наличие ядра в клетке, поэтому их также называют ядерными. К слову, практически все живые организмы, имеющиеся в природе, относятся к Эукариотам. Исключением являются бактерии, археи, и вирусы.
Микроорганизмы, обладающие клеточным ядром, не очень многочисленны. Их объединяются в одну группу - протисты, хотя входят туда не все ядерные микроскопические организмы.
Бактерии: описание и типы
Бактерии - это домен микроорганизмов (чаще всего одноклеточных), не имеющих ядра. В природе их существует огромное количество видов, сотни тысяч, и даже миллионы, вероятно.
Дело в том, что они настолько малы, что их довольно трудно находить, и уж тем более изучать. Описано лишь около десяти тысяч видов бактерий. Ну а их количество, понятное дело, даже не поддаётся исчислению. Но можно сказать, что практически все из них выполняют некую роль в природе, и обладают некими уникальными свойствами. И исходя из этих знаний, делят бактерий на различные типы, классы, семейства и рода.
Археи: описание и типы
Археи представляют собой домен одноклеточных живых организмов, не имеющих ядра и мембранных органелл. Исходя из особенностей видов этих микроорганизмов, делят их на 8 типов (6 основных и 2 предполагаемых). А каждый из типов, в свою очередь, делится на один или несколько классов архей, обладающих уникальными свойствами. Классы включают в себя семейства и роды архей.
Протисты: описание и типы
Протистами называют группу живых организмов, относящихся к домену Эукариоты (их клетки имеют ядро), и не входящих в состав животных, растений, грибов и хромистов. Создана она по "остаточному принципу". И, соответственно, включает в себя различные живые организмы, сильно отличающиеся друг от друга.
Исходя из их способа перемещения в пространстве, протистов делят на 3 типа. А каждый из этих типов, исходя из иных особенностей видов, делят на классы, семейства и рода:
Роль микроорганизмов в природе
Микроскопические организмы встречаются практически везде, где имеется вода. Оптимальной температурой для них является 0-50 °C (сильно приблизительно), хотя могут они существовать и при более экстремальных температурах. Рекордно высокая температура для них, как и для всех живых существ, составляет 122 °C. Только стоит понимать, что такую температуру выдержит вовсе не каждый представитель данной группы живых существ. Каждый из видов обладает своими особенностями.
Основная роль микроорганизмов в природе заключается в осуществлении обмена веществ. А поскольку обитают они практически повсеместно, то роль эта очень велика. В большинстве случаев они являются редуцентами, то есть, перерабатывают остатки живых существ. Но иногда выполняют роль продуцентов, производя органические вещества из неорганических. А в силу того, что могут эти существа обитать там, где не выживут другие живые организмы, иногда они являются единственными продуцентами экосистем.
Для человека микроорганизмы могут являться как полезными, так и не очень. Например, благодаря им осуществляет самоочищение воды в различных водоёмах. А ещё они принимают участие в круговороте различных элементов: железа, фосфора, серы и других. Это явная польза, если и не прямая, то как минимум косвенная. Но также существует множество видов организмов, приносящих вред. Некоторые, к примеру, загрязняют водоёмы (если вспомнить, что другие их виды занимаются очищением, это можно счесть забавным). А некоторые вызывают порчу продуктов. А есть даже вредители, которые действуют не опосредованно, а прямо. Речь о патогенных микроорганизмах, или условно-патогенных. Они вызывают инфекционные заболевания.
Заключение
Таким образом, микроорганизмы представляют собой невидимые человеческим зрением живые организмы, обитающие практически везде (поскольку вода находится также практически везде), осуществляющие в природе важные функции, и приносящие человеку как вред, так и пользу.
Практическое применение микроорганизмов
Благодаря большому разнообразию синтезируемых ферментов микроорганизмы могут выполнять многие химические процессы более эффективно и экономично, чем если бы эти процессы проводились химическими методами. Изучение биохимической деятельности микроорганизмов позволило подобрать условия для максимальной активности их как продуцентов различных полезных ферментов - возбудителей нужных химических реакций и процессов. Микроорганизмы все шире применяются в различных отраслях химической и пищевой промышленности, сельском хозяйстве, медицине.
В нашей стране создана и успешно развивается новая отрасль промышленности - микробиологическая, все производства которой базируются на деятельности микроорганизмов.
Микроорганизмы, с помощью которых производят пищевые продукты, называют культурными. Их получают из чистых культур, которые выделяют из отдельных клеток. Последние хранят в музейных коллекциях и снабжают ими различные производства.
В результате осуществляемых культурными микроорганизмами химических реакций растительное или животное сырье превращается в пищевые продукты. С помощью микроорганизмов получают многие жизненно важные продукты питания, и хотя изготовление их знакомо человеку с древних времен, роль в нем микроорганизмов открыта сравнительно недавно.
Хлебопекарное производство.
Хлебопечение основано на деятельности дрожжей и молочнокислых бактерий, развивающихся в тесте. Совместное действие этих микроорганизмов приводит к сбраживанию сахаров муки. Дрожжи вызывают спиртовое брожение, молочнокислые бактерии - молочнокислое. Образующиеся при этом молочная и другие кислоты подкисляют тесто, поддерживая оптимальный для жизнедеятельности дрожжей уровень рН. Углекислый газ разрыхляет тесто и ускоряет его созревание.
Применение культурных микроорганизмов в виде прессованных хлебопекарных дрожжей, сушеных или жидких заквасок улучшает вкус и аромат хлеба.
Производство сыра.
Сыроделие основано на деятельности многих видов микроорганизмов: молочнокислые (термофильный стрептококк), пропионовокислые бактерии и др. Под действием молочнокислых бактерий происходит накопление молочной кислоты и сквашивание молока, под действием других полезных микроорганизмов созревает сыр. Участвуют в этом процессе также некоторые плесневые грибы. Сычужный фермент и молочнокислые бактерии производят глубокое расщепление белков, сахара и жира. Различные бактерии вызывают накопление в острых сырах летучих кислот, придающих им специфический аромат.
Читайте также: