Среда обитания микроорганизмов реферат

Обновлено: 08.07.2024

Содержание работы

Введение…………………………………………………….2
1. Среды обитания микроорганизмов……………………..6
1.1 Органы и ткани высших организмов………………7
1.2 Абиогенные субстраты
1.21 Микрофлора воды……………………………..13
1.22 Микрофлора воздуха………………………….16
1.23 Почва как среда обитания микробов…………17
2. Микроорганизмы и окружающая среда
2.1 Влажность среды…………………………………. 21
2.2 Температурный режим……………………………. 22
2.3 Кислотность среды…………………………………..25
2.4 Присутствие молекулярного кислорода в среде…. 26
2.5 Излучения…………………………………………….27
3. Взаимоотношения микроорганизмов…………………. 29
4. Значение микроорганизмов……………………………. 33
Заключение…………………………………………………..36
Список литературы………………………………………….37

Содержимое работы - 1 файл

юля.doc

1. Среды обитания микроорганизмов……………………..6

1.1 Органы и ткани высших организмов………………7

1.2 Абиогенные субстраты

1.21 Микрофлора воды……………………………..13

1.22 Микрофлора воздуха…………………………. 16

1.23 Почва как среда обитания микробов…………17

2. Микроорганизмы и окружающая среда

2.1 Влажность среды………………………………….. . 21

2.2 Температурный режим…………………………… . 22

2.3 Кислотность среды………………………………… ..25

2.4 Присутствие молекулярного кислорода в среде…. 26

3. Взаимоотношения микроорганизмов…………………. 29

4. Значение микроорганизмов……………… ……………. 33

Микроорганизмы являются самыми древними организмами, появившимися около 3,5 млрд. лет назад в архее. Около 2,5 млрд. лет они доминировали на Земле, формируя биосферу, участвовали в образовании кислородной атмосферы.

Микроорганизмы широко распространены в природе. Они постоянно присутствуют в почвах, водоёмах, на поверхности и внутри тела человека, животных и растений, в пищевых продуктах, воздухе и т.п. Широкое распространение микроорганизмов свидетельствует об их огромной роли в природе. При их участии происходит разложение различных органических веществ в почвах и водоёмах, они обусловливают круговорот веществ и энергии в природе; от их деятельности зависит плодородие почв, формирование каменного угля, нефти, многих других полезных ископаемых.

В экологическом плане микрофлора представляет собой часть наземной экосистемы (биогеоценоза). Роль её определяется местом в потоке энергии и круговороте веществ. Активное участие микроорганизмов в аккумуляции энергии и трансформации биогенных элементов обеспечивает жизнедеятельность других звеньев биоценоза и функционирование экосистемы в целом. Наличие микроорганизмов в естественных местах обитания является важнейшим фактором, определяющим целостность экосистем. В экстремальных условиях, непригодных для существования других организмов, микроорганизмы могут представлять единственную форму жизни.

Микроорганизмы оказывают положительное влияние на процессы разложения веществ неприродного происхождения – ксенобиотиков, попадающих в почвы и водоёмы и загрязняющих их.

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

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

Именно поэтому изучение сообществ микроорганизмов в естественной среде по- прежнему актуально. Дальнейшее изучение

этой темы позволит наиболее широко и эффективно использовать микроорганизмы на благо человечества.

При написании данной курсовой работы я пользовалась большим количеством литературных источников. Следует отметить, что данная тема хорошо изучена и достаточно полно освещена в литературе. Тем не менее, исследования микробных сообществ в естественной среде продолжаются на самых разных уровнях и в самых разных направлениях. Об этом можно судить из периодической печати и материалов Интернета.

Помимо справочной и учебной литературы я ознакомилась с рядом изданий специального характера.

1. Влияние пестицидов на микрофлору и биохимические процессы трансформации биогенных элементов.

2. Трансформация и деградация пестицидов микроорганизмами, обусловливающие самоочищение почвы или отравление её метаболитами.

1.СРЕДЫ ОБИТАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

1.1 Органы и ткани высших организмов

Одной из природных сред обитания микробов являются организмы животных и человека. Прежде всего микробы заселяют кожные покровы, составляя нормальную микрофлору кожи. Кишечник человека также заселён микроорганизмами, не вызывающими заболеваний. Особенно благотворную роль играют молочнокислые бактерии. Мирные взаимоотношения часто нарушаются. Неопасный для человека и животных эпибионт (проживающий на поверхности другого организма) проникает в ткани (через раны, царапины), вызывая нагноения. Это свойственно многим неспороносным бактериям, в том числе псевдомонадам.

Совершенно иным субстратом оказывается больной организм человека и животного. Некоторые или многие защитные механизмы и барьеры нарушены, и ослабленный организм становится подобием питательной среды, где развиваются патогенные микробы. Они поражают ткани человека и животных. Даже краткий перечень болезней, вызываемых микробами, заставит любого содрогнуться. Очень мелкие бактерии – риккетсии, внутриклеточные паразиты – возбудители сыпного тифа. В кровяном русле развиваются пастереллы – возбудители чумы. Холера вызывается вибрионом, поселяющимся в кишечнике. Туда же попадают и развиваются сальмонеллы, приводящие к развитию тяжёлых заболеваний типа брюшного тифа. Эпидимический цереброспинальный менингит, опасный своими осложнениями, вызывается мелкими кокками из рода Neisseria – организмами в высшей степени адаптированными к паразитическому образу жизни. Многие кокки являются возбудителями пневмонии, вызывают повреждение клапанов сердца. Дифтерия (коринебактерии), туберкулёз и проказа (микобактерии) и многие другие болезни вызваны развитием микроба-возбудителя в среде его обитания – в клетках, тканях и органах человеческого и животного организмов. Тяжелейшие болезни вызываются спорообразующими бактериями, среди них газовая гангрена (Cl. perfringens), столбняк (Cl. tetani), сибирская язва (Bac. anthracis) и др.

Для учеников 1-11 классов и дошкольников
Бесплатные сертификаты учителям и участникам

Лекция №5. Экология микроорганизмов.

Экология (от греч. oikos — дом, место обитания) микроорганизмов изучает их взаимоотношения друг с другом и с окружающей средой.

Микроорганизмы обитают во всех природных средах и являются обязательными компонентами любой экологической системы и биосферы в целом.

Микроорганизмы обнаруживаются в почве, воде, воздухе, на растениях, в организме человека и животных.

Выяснение экологии микроорганизмов служит основой для понимания явлений паразитизма, природно-очаговых и зоонозных заболеваний, а также для разработки противопаразитических мероприятий в борьбе с различными инфекционными болезнями.

Микрофлора почвы принимает участие в процессах почвообразования и самоочищения почвы, кругооборота в природе азота, углерода и других элементов. В почве обитают бактерии, грибы, лишайники (симбиоз грибов с цианобактериями) и простейшие.

На поверхности почвы микроорганизмов относительно мало, так как на них губительно действуют УФ-лучи, высушивание и т. д.

Наибольшее число микроорганизмов содержится в верхнем слое почвы толщиной до 10 см. По мере углубления в почву количество микроорганизмов уменьшается и на глубине 3—4 м они практически отсутствуют.

Состав микрофлоры почвы меняется в зависимости от типа и состояния почвы, состава растительности, температуры, влажности и т.д.

Большинство микроорганизмов почвы способны развиваться при нейтральном рН, высокой относительной влажности, при температуре от 25 до 45 °

1. Азотфиксирующие бактерии, (способные усваивать молекулярный азот), относящиеся к родам Azotobacter, Azomonas, Mycobacterium и др.

Азотфиксирующие разновидности цианобактерий, или сине-зеленых водорослей, применяют для повышения плодородия рисовых полей. Такие бактерии, как псевдомонады, активно участвуют в минерализации органических веществ, а также восстановлении нитратов до молекулярного азота.

2. Кишечные бактерии (сем. Enterobacteriaceae) — кишечная палочка, возбудители брюшного тифа, сальмонеллезов, дизентерии — могут попадать в почву с фекалиями. Однако в почве отсутствуют условия для их размножения, и они постепенно отмирают.

В чистых почвах кишечная палочка и протей встречаются редко; обнаружение их в значительных количествах является показателем загрязнения почвы фекалиями человека и животных и свидетельствует о ее санитарно-эпидемиологическом неблагополучии (возможность передачи возбудителей инфекционных заболеваний).

3. Аммонифицирующие бактерии (непатогенные бациллы (Вас. megatherium, Вас. subtilis и др.) , псевдомонады) составляя группу гнилостных бактерий, осуществляющих минерализацию белков.

4. Патогенные спорообразующие палочки родов Bacillus и Clostridium (возбудитель сибирской язвы, ботулизма, столбняка) способны длительно сохраняться в почве.

5. Грибы участвуют в почвообразовательных процессах, превращениях соединений азота, выделяют биологически активные вещества, в том числе антибиотики и токсины.

6. Простейшие, количество которых колеблется от 500 до 500000 на 1 г почвы. Питаясь бактериями и органическими остатками, простейшие вызывают изменения в составе органических веществ почвы.

Микрофлора воды, являясь естественной средой обитания микроорганизмов, отражает микробный пейзаж почвы, так как микроорганизмы попадают в воду с частичками почвы. Вместе с тем в воде формируются определенные биоценозы с преобладанием микроорганизмов, адаптировавшихся к условиям местонахождения, т. е. физико-химическим условиям, освещенности, степени растворимости кислорода и диоксида углерода, содержания органических и минеральных веществ и т. д.

В водах пресных водоемов обнаруживаются палочковидные (псевдомонады, аэромонады и др.), кокковидные (микрококки) и извитые бактерии. Загрязнение воды органическими веществами сопровождается увеличением анаэробных и аэробных бактерий, а также грибов. Особенно много анаэробов в иле, на дне водоемов.

Микрофлора воды выполняет роль активного фактора в процессе самоочищения ее от органических отходов, которые утилизируются микроорганизмами.

Вместе с загрязненными ливневыми, талыми и сточными водами в озера и реки попадают представители нормальной микрофлоры человека и животных (кишечная палочка, цитробактер, энтеробактер, энтерококки, клостридии) и возбудители кишечных инфекций — брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры, лептоспироза, энтеровирусных инфекций и др.

Поэтому вода является фактором передачи возбудителей многих инфекционных заболеваний. Некоторые возбудители могут даже размножаться в воде (холерный вибрион, легионеллы).

О безопасности питьевой воды также судят по количеству в ней бактерий группы кишечной палочки (E. Coli). Если в воде присутствует кишечная палочка — значит, она была загрязнена фекальными стоками, и в нее могли попасть возбудители многих инфекционных заболеваний.

Коли-титр — это минимальный объем воды в мл, в котором обнаруживается одна бактерия кишечная палочка. для питьевой воды должно быть не менее 300

Коли-индекс — показывает количество обнаруженных кишечных палочек в 1 л воды.для питьевой воды до 3,

Вода артезианских скважин практически не содержит микроорганизмов, обычно задерживающихся более верхними слоями почвы.

Микрофлора воды океанов и морей также содержит различные микроорганизмы, в том числе светящиеся и галофильные (солелюбивые), например галофильные вибрионы, поражающие моллюски и некоторые виды рыбы, при употреблении которых в пищу развивается пищевая токсикоинфекция.

Микрофлора воздуха взаимосвязана с микрофлорой почвы и воды. В воздух также попадают микроорганизмы из дыхательных путей и с каплями слюны человека и животных.

Солнечные лучи и другие факторы способствуют гибели микрофлоры воздуха. Большее количество микроорганизмов присутствует в воздухе крупных городов, меньшее — в воздухе сельской местности. Особенно мало микроорганизмов в воздухе над лесами, горами и морями.

В воздухе обнаруживаются кокковидные и палочковидные бактерий, бациллы и клостридии, актиномицеты, грибы и вирусы, (возбудителей туберкулеза, дифтерии, коклюша, скарлатины, кори, гриппа и др.).

Количество микроорганизмов в 1 м 3 воздуха (так называемое микробное число, или обсемененность воздуха) отражает санитарно-гигиеническое состояние воздуха, особенно в больничных и детских учреждениях (около 1000).

С целью снижения микробной обсемененности воздуха проводят влажную уборку помещения в сочетании с вентиляцией и очисткой (фильтрацией) поступающего воздуха; применяют обработку помещений лампами ультрафиолетового излучения.

Роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе

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

1. Круговорот азота

Азот (N) — важнейший биогенный элемент, входящий в состав белковой молекулы каждого живого существа. Запасы газообразного азота в атмосфере огромны. Столб воздуха над гектаром почвы содержит до 80 тыс. тонн азота.

Атмосферный азот ни растениям, ни животным не доступен (растения могут использовать для питания азот минеральных соединений, а животные потребляют азот в форме органических соединений). Только специфическая группа микроорганизмов обладает способностью фиксировать и строит из него все разнообразие азотсодержащих органических соединений своей клетки.

Цикл превращений азота в природе с участием микроорганизмов состоит из четырех этапов: фиксации атмосферного азота, аммонификации, нитрификации и денитрификации.

1. Фиксация атмосферного азота. – азотфикисующие бактерии свободноживущие (несимбиотическими), цианобактерии и клубеньковые.

Способностью фиксировать атмосферный азот и строить из него тело своей клетки обладают микроорганизмы, получившие название азотфиксирующих. Они обусловливают значительное повышение плодородия почвы.

К наиболее важным свободноживущим азотфиксаторам относятся Azotobacter chroococcum, Clostridium pasteurianum, Pseudomonas fluorescens. Азотобактерии в течение года на площади 1 га фиксируют от 20 до 50 кг газообразного азота.

Клубеньковые бактерии способны внедряться в корневые волоски бобовых растений и развиваться в них с образованием на корнях клубеньков, где и происходит фиксация азота.

2. Аммонификация белков. Разрушение азотистых соединений с образованием аммиака.

Участвуют гнилостные бактерии (бациллы, клостридии, актиномицеты, плесневые грибы).

Значительные запасы органического азота сохраняются в растительных и животных тканях. Когда гибнут растения и животные, компоненты их тела подвергаются действию микроорганизмов, и. Этот процесс называют аммонификацией или минерализацией азота.

Аммонификация остатков растений, трупов, других органических субстратов ведет к обогащению почвы азотистыми продуктами. Одновременно гнилостные микробы выполняют огромную санитарную роль, очищая почву и гидросферу от разлагающего органического субстрата.

3. Нитрификация. Аммиак окисляется сначала в азотистую, а затем в азотную кислоту.

Образовавшаяся азотная кислота в почве вступает в соединение с щелочами, в результате чего образуется селитра. Селитра хорошо растворяется в воде и усваивается растениями, в результате чего повышается плодородие почвы.

Нитрифицирующие бактерии родов Nitrosomonas, Nitrococcus, Nitrospira, Nitrosovibrio. Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus.

4. Денитрификация. Денитрифицирующие бактерии восстанавливают нитраты до молекулярного азота.

2. Круговорот углерода

Спиртовое брожение. При спиртовом брожении микроорганизмы превращают углеводы (сахара) с образованием этилового спирта как основного продукта и углекислоты: К возбудителям спиртового брожения относятся некоторые дрожжи, главным образом из рода Saccharomyces (S. cerevisiae, S. globosus, S. vini и др.).

В промышленности используются культуральные дрожжи. Этот процесс лежит в основе виноделия, пивоварения, производства спирта, хлебо-■ печения. Дрожжи используют и для приготовления кормового белка.

Молочнокислое брожение. При молочнокислом брожении происходит распад углеводов, а также многоатомных спиртов и белков до молочной кислоты.

род Lactobacillus, Bifidobacterium.

Маслянокислое брожение. является причиной прогор-кания растительных масел и жиров животного происхождения, а также семян сои и подсолнечника.

Уксуснокислое окисление . Уксуснокислое окисление — микробиологический процесс, при котором этиловый спирт окисляется до уксусной кислоты под влиянием уксуснокислых бактерий.

Уксуснокислые бактерии используют для производства пищевого уксуса из вина и спирта в промышленных условиях. Уксуснокислое брожение имеет важное значение при силосовании кормов

Роль микробов в разложении клетчатки .

В состав клетчатки (целлюлозы) входит более 50 % всего органического углерода биосферы. Клетчатка — наиболее распространенный полисахарид растительного мира; высшие растения на 15—50 % состоят из целлюлозы.

После гибели растений она подвергается разложению, в результате чего освобождается углерод. Распад клетчатки происходит повседневно в почве, водоемах, навозе, пищеварительном тракте травоядных благодаря ферментам, которые выделяют различные микроорганизмы.

3. Круговорот Фосфора. Органические и неорганические соединения фосфора разлагаются бактериями родов Pseudomanas, Bacillus (Вас. megaterium), грибами из родов Penicillium, Aspergillus, Rhizopus и др.

Роль микробов в превращении фосфора сводится к двум процессам: минерализации фосфора, входящего в состав органических веществ, и превращению фосфорнокислых солей из слаборастворимых в хорошо растворимые, доступные для растений.

Без фосфора не могут синтезироваться белки, входит в состав ядерного вещества и многих ферментов. В почве содержится в основном в органической, не усвояемой растением форме и в виде трудноусвояемых минеральных соединений. Органические соединения фосфора попадают в почву вместе с растительными остатками, трупами животных и отмершими микроорганизмами. Они представлены нуклеопротеидами, нуклеиновыми кислотами и др.

4. Круговорот Железа.

Железобактерии (нитчатые бактерии (Leptothix, Crenothrix), бактерии рода Gallionella и др.) — аэробы, встречаются в болотах, прудах, железистых источниках. В таких водоемах они окисляют закиси железа. В процессе деятельности железобактерий образуется окись железа. Скопление отмерших железобактерий (гидрат окиси железа) образует на дне стоящих водоемов залежи болотной руды.

Широко распространено в природе, встречается в виде органических и минеральных соединений, входит в состав животных и растительных организмов. Содержится в гемоглобине крови и дыхательных ферментах-цитохромах. При недостатке железа у животных развивается анемия, растения теряют зеленую окраску.

4. Круговорот Серы. При разложении в почве органических серосодержащих веществ, образуется сероводород, ядовитый для растений и животных. Сероводород окисляется серобактериями в безвредные, доступные для растений соединения. Серобактерии представлены несколькими различными группами: нитчатые, тионовые и фотосинтезирующие пурпурные и зеленые серобактерии.

Нитчатые серобактерии представлены несколькими родами: Beggiatoa, Thiothix и др.

Тионовые бактерии относятся к роду Thiobaccilus.

Фотосинтезирующие зеленые и пурпурные серобактерии представляют собой различные морфологические формы — кокки, палочки, спириллы, живут в строго анаэробных условиях и развиваются на свету при наличии в среде сероводорода или тиосульфита натрия.

Работа состоит из 1 файл

Человек как среда обитания микроорганизмов.docx

Человек как среда обитания микроорганизмов.

Микроорганизмы обитают во всех природных средах и являются обязательными компонентами любой экологической системы и биосферы в целом. Качественный и количественный состав микроорганизмов, обнаруживаемых в почве, воде, воздухе, на растениях, пищевых продуктах, в организме человека и животных, различен. Микрофлору человека составляет совокупность микробных биоценозов, встречающихся в организме здоровых людей и сформировавшихся в процессе эволюции. Данные биоценозы характеризуются относительным постоянством, однако, качественный и количественный состав микрофлоры организма человека меняется в течение жизни и зависит от пола, возраста, питания, климата и др. Кроме того, изменения микробных биоценозов могут быть обусловлены возникновением заболеваний, применением химиотерапевтических и иммунологических средств. Микроорганизмы заселены в кожные покровы и слизистые оболочки многих органов и полостей, сообщающихся с внешней средой. Кровь, лимфа, внутренние органы, головной и спинной мозг, спинномозговая жидкость стерильны. Микрофлору организма человека можно условно разделить на две группы: облигатную (или резидентную, аутохтонную) и факультативную (или транзиторную). К облигатной микрофлоре относятся микроорганизмы максимально приспособленные к существованию в организме человека и закономерно встречающиеся в его органах и полостях. В состав резидентной и транзиторной микрофлоры входят сапрофитные и условно-патогенные микроорганизмы. В последнее время все большее значение в патологии человека приобретают внутрибольничные или госпитальные инфекции, возбудителями которых являются условно-патогенные микроорганизмы, относящиеся к резидентной микрофлоре человека. Микрофлору отдельных биотопов тела человека различна и требует раздельного рассмотрения. Эволюционно сложившиеся отношения человека с его микрофлорой играют важную роль в нормальном функционировании организма. Положительная роль нормальной микрофлоры связана с витаминизирующим, ферментативным, антагонистическим и другими свойствами. Микроорганизмы являются постоянными спутниками не только человека и животных, но и, в равной степени, высших растений, в том числе используемых в качестве лекарственного сырья. Микроорганизмы поселяются и ведут активный образ жизни, как на поверхности, так и внутри зеленых частей растений, их корней, семян, плодов.

* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.

Именно почвенные организмы отвечают за разложение органи-ческого вещества, образовавшегося в наземной экосистеме при фотосинтезе, и снабжают растения доступными ресурсами. Они также играют существенную роль в формировании стабильных почвенных агрегатов. Жизнедеятельность почвенной биоты определяет уровень плодородия почв, а возможность управления биотой на основе контроля почвенной влаги представляет интерес с точки зрения дискуссионной проблемы устойчивого развития. Почвенная биота — идеальный пример системы, обеспечивающей устойчивое существование ненарушенных экосистем в течение очень больших промежутков времени. Важнейшая роль почвенной биоты связана с организацией циклов элементов (С, N, Р и др.), что позволяет многократно использовать ограниченное количество каждого ресурса, т. е. как бы придать конечному свойства бесконечного.

Бактерии, грибы, а также их хищники, включая простейших, нематод, клещей, дождевых червей и другие организмы, обеспечивают деструкцию органического вещества. Органическое вещество естественного происхождения представлено продуктами фотосинтеза (опад, корневые выделения растений). Основная роль почвенной биоты связана с минерализацией органического веще ства и сохранением питательных ресурсов в пределах экосистемы. Биота поставляет растениям минеральные ресурсы, которые образуются в процессе минерализации органического вещества. Те ресурсы, которые в данный момент времени не потребляютс растениями и могут быть потеряны экосистемой в случае их выноса (поверхностные, грунтовые воды), связываются почвенной биотой и временно консервируется в их биомассе. Последний процесс называется иммобилизацией ресурсов. В ходе последующих естественных процессов частичной гибели биоты (отмирание, действие хищников) эти ресурсы снова поступают в среду. В ненарушенных экосистемах процессы минерализации и иммобилизации тесно связаны с ростом растений, что обеспечивает устойчивое существование экосистемы.

Почва представляется не только гетерогенной (характеристики системы варьируют в пространстве), но и гетерохронной средой обитания, параметры которой изменяются во времени. Необходимость изучения динамики почвенной микробной системы осознана давно. Выдающийся русский микробиолог С. Н. Виноградский описал на основе микроскопических наблюдений последовательную смену микробных популяций в ходе разложения внесенных в почву органических веществ. На первом этапе разложения легкодоступной органики доминировали быстрорастущие популяции с банальной морфологией и относительно крупными размерами клеток. Данная микрофлора напоминала формы, учитываемые на богатых питательных средах in vitro, и была названа зимогенной

Гетерохронность почвенного микробного сообщества выявляется, в частности, в динамике показателя к = М/Р, отражающего отношение между количеством бактерий по данным микроскопии (М) к количеству, найденному по посеву (Р).

Для анализа различий между показателями численности бактерий в почве, по данным микроскопии, и посева запишем следующее равенство:М=Р1 + Р2 + РЗ + Р4 + Р5,

где М — численность бактерий по данным микроскопии; Р1 — выросшие и учтенные на данной среде бактерии; Р2 — неучтенные на данной среде бактерии с иными пищевыми потребностями или другими требованиями к условиям культивирования; РЗ — бактерии, неучтенные в связи с их медленным ростом; Р4 — бактерии, растущие на данной среде, но не учитываемые из-за стрессов; Р5 — мертвые клетки.

• Р2 отражает селективность среды и условий культивирования. В самом деле, нельзя учесть анаэробов при инкубировании чашек с посевом в аэробных условиях, так же как бессмысленно учитывать хемоавтотрофных нитрификаторов при посеве на мясо-пептонный агар (МПА). Схема микробной системы развернута во времени, и по мере развития сукцессии подключаются новые микробные популяции. Представителей поздних этапов с трудом удается культивировать даже на специально подобранных средах. Развертывание сукцессии — не что иное, как рост разнообразия Р2, поэтому тенденции изменения данного компонента по сравнению с остальными являются, по всей видимости, определяющими.

• РЗ — количество бактерий, способных расти на данной пита-тельной среде, но имеющих низкую радиальную скорость роста колонии. Обычно быстрорастущие формы, колонизируя практически все пространство и к тому же часто контролируя питательную среду физиологически активными веществами (антибиотиками), делают рост и учет медленнорастущих форм практически невозможными.

Предполагается, что многие неспорообразующие бактерии в силу разных причин способны переходить в особое (дормантное) состояние, при котором они уже не регистрируются методами посева, но тем не менее не погибают и могут быть выделены и учтены после "реанимационной" процедуры. В данное время признаки способности перехода в НФБ отмечены для более 30 видов 16 родов бактерий (Aeromonas, Campylobacter, Klebsiella, Legionella, Vibrio, Yersinia и др.). Дискуссионными остаются многие вопросы, связанные с надежными критериями определения НФБ.

Почвенным микробиологам проблема НФБ известна давно. Показано, что лабораторные манипуляции при посеве приводят к недоучету микроорганизма, если в естественной среде обитания он испытывал стрессовое напряжение. Примером может служить

Кроме того, на основе расписания появления колоний почвенных бактерий на питательной среде установлена вероятностная природа процесса размножения, который может быть описан уравнением Хаттори:тN(t)=Nf[1-exp(-L(t-tr))],

где N(t) и Nf — число колоний в момент (ив конце инкубации соответственно; tr — время появления первой колонии; L — вероятность формирования колонии (размножения). Значение L характеризует состояние бактериальной клетки in situ: например, уже через несколько часов после увлажнения воздушно-сухой почвы (размножение in situ еще не происходит) значение L возрастает от 0,02 до 0,04 ч-1. Таким образом, проблема учета Р4 может быть конструктивно решена исходя из того, что процессы размножения клеток и остановки роста микроколоний имеют вероятностную природу.

Ограничившись указанными компонентами, обратимся к оценке соотношения:

где к — коэффициент, отражающий различия между показателями численности бактерий по посеву и микроскопии.

Для понимания особенностей функционирования климаксно-го почвенного микробного сообщества используем уравнение микробного роста с учетом трат на поддержание:dX/dt+ аХ= YdS/dt,

где X — биомасса; t — время; S — ресурс; а — показатель поддер-жания; F— экономический коэффициент.

В условиях равновесия dX/dt = 0, так что dS/dt = aX/ Y. На основе имеющихся в литературе усредненных оценок значений параметров (а = 0,001 чч, У= 0,35) можно рассчитать, что для поддержания 1 кг микробной биомассы в течение года (8760 ч) потребуется примерно 25 кг доступного субстрата. Величина микробной биомассы, по разным оценкам, в различных почвах варьирует (для слоя 0—10 см) в диапазоне примерно от 100 до 2000 кг по углероду в расчете на 1 га. Таким образом, траты только на поддержание почвенной микробной массы сопоставимы по порядку величины с продуктивностью растений. Аналогичные расчеты на глобальном уровне показывают, что для умеренного климатического пояса траты на поддержание почвенной микробной массы в лесной зоне и агроценозах составляют соответственно примерно (6,3 и 5,3) • 1015 г углерода в год, что практически равно чистой первичной продуктивности этих экосистем.

Существенно, что сукцессионные процессы в природных макро- и микрокосмах определенным образом коррелируют. Примером может служить восстановление бореального таежного ландшафта, представленного хвойными лесами и подзолистыми почвами. После полного разрушения макрокосма в результате природных катастроф или антропогенного воздействия (например после пожара) на голом месте начинается постепенное восстановление макрокосма, которое в значительной степени определяется почвенным микробным блоком. На самых первых этапах почва содержит максимальное количество минеральных соединений азота и фосфора, что обеспечивает рост так называемых рудералов — быстрорастущих травянистых растений (крестоцветные, маревые, гречишные). В такой ситуации с относительным обилием ресурсов быстрорастущие растения скорее всего не нуждаются в особой помощи от микробных популяций. Более того, растения и микроорганизмы на данном этапе могут конкурировать за ресурсы.

В результате достаточно быстро понижается концентрация ми-неральных веществ до уровня, при котором рудералы утрачивают конкурентоспособность.

Таким образом, самовосстановление макрокосма на примере таежного ландшафта в существенной степени определяется уровнем минерализационного потенциала микробного блока и формированием обходных путей для обеспечения рециклизации ресурсов.

По существу практика интенсивного земледелия связывает создание и удержание начального сукцессионного этапа с высокой продуктивностью. В таких условиях микробный блок с собственной логикой развития микрокосма представляется вредной подсистемой, которую пытаются устранить или заменить.

Особый вклад в интенсивные технологии вносит в последнее время генная инженерия. Примером могут служить трансгенные растения, в которые перенесена от Bacillus thuringiensis генетическая информация о синтезе эндотоксина с выраженным инсектицидным эффектом. Заверения в полной экологичности и безопасности таких растений вряд ли заслуживают полного доверия, поскольку синтезируемый растениями токсин в активной форме аккумулируется в почве в результате связывания с глинистыми частицами и гумусовыми веществами.

Нередко заявления о преимуществах трансгенных растений не подкреплены достаточно надежными статистическими данными и представляют собой агрессивную рекламу на рынке семян. В общем случае экспрессия новой генетической информации в силу принципа сохранения требует дополнительных энергозатрат, а значит, в ряде весьма типичных случаев объекты генной инженерии будут характеризоваться пониженной конкурентоспособностью. Доказано, что микробные сообщества контрольных и трансгенных растений существенно различаются. Трансгенные растения с высокой устойчивостью к гербициду действительно могут давать относительно высокий урожай, но это преимущество в полной мере будет реализовано лишь в ситуации с применением гербицида. Понятно, что такие ситуации нельзя считать оптимальными по экологии.

Научным мифом является также утверждение об отсутствии риска при применении генноинженерных микробных популяций. Факты, которыми располагает популяционная экология почвенных микроорганизмов, позволяют с недоверием относиться к подобным утверждениям. В частности, создание оптимальных условий в почве в краткосрочном эксперименте (3 — 8 сут) для клубеньковых бактерий в конечном счете неожиданно приводило к гибели данной полезной популяции на 50-е сутки, т. е. в зависимости от масштаба времени принципиально менялся знак эффекта управления. Таким образом, динамику конкретных микробных популяций не удается предсказывать на достаточно большие времена, причем малые причины действительно имеют большие следствия.

Интродуцированная микробная популяция действует в рамках почвенного микробного сообщества. Знак эффекта существенно зависит от состояния почвенной микробной системы (системы более высокого уровня иерархии) в момент интродукции популяции и посева семян, что определяет нестабильность эффектов при применении бактериальных удобрений. Надежда, что все проблема интродукции микробных популяций можно решить с помощью биоинженерных процедур без экологического анализа, не оправдана.

Современные подходы к регуляции биоты почвы предполагают нарушение цикличности на уровне как микрокосма, так и макрокосма. Для контроля почвенной биоты требуется полная информация о системе. Между тем, по точному определению Т. Брока, природные местообитания микроорганизмов характеризуются именно тем, что их нельзя полностью контролировать. Это определение в полной мере относится и к экологии подпочвенных микроорганизмов. В последнее время пересматриваются привычные представления о том, что микроорганизмы в наземных экосистемах сосредоточены в основном в почве, а ролью мик-роорганизмов в подпочвенных слоях можно вообще пренебречь. Микробная жизнь в глубинах литосферы не просто существует. Она уникальна, разнообразна и представлена автономными микробными системами.

Если принять во внимание доказанную способность к активной жизнедеятельности при 110°С и исходить из усредненного температурного градиента (увеличение температуры на 15 — 25 °С с каждым километром), то микроорганизмы могут функционировать на глубине 4— 7 км.

Заключение.

Завершая краткое рассмотрение почвенных микроорганизмов, можно сделать вывод, что микробное население, функционирующее в данной сложной гетерогенной и гетерохронной среде, выполняет многообразные фундаментальные экосистемные функции. С точки зрения прикладных проблем установлена непосредственная связь между деятельностью почвенных микроорганизмов и глобальными проблемами, включая проблемы продовольствия, климата, ликвидации загрязнений.

Вполне очевидно, что природные почвенные и подпочвенные микроорганизмы не являются случайным набором разнообразных микробных популяций, а в определенном пространственно-временном масштабе действуют как телеономическая система, способная к противодействию (в смысле правила Ле Шателье) и самовосстановлению. Поэтому попытки взять под полный контроль данные микробные системы представляются утопичными.

Список использованной литературы.

1. Виноградский, С.Н. / Микробиология почвы. М.: Изд-во АН СССР, 1952.

2. Звягинцев, Д.Г. / Почва и микроорганизмы. М.: Изд-во МГУ, 1987. - 256 с.

3. Заварзин, Г.А. / Лекции по природоведческой микробиологии; Отв. ред. Н.Н. Колотилова; Ин-т микробиологии. - М.: Наука, 2003. - 348 с.

Читайте также: