Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

Участие микроорганизмов в круговороте азота.




Участие микроорганизмов в круговороте серы и фосфора.

Круговорот серы. Сера — необходимый питательный элемент для организмов. Круговорот серы состоит из окислительных и восстановительных процессов. Микроорганизмы осуществляют три важнейших этапа в превращении серы: минерализацию органической серы, окисление и восстановление минеральной серы. В процессе минерализации органической серы участвуют неспециализированные гетеротрофные микроорганизмы (аэробные и анаэробные бактерии, грибы и некоторые актиномицеты). В процессе минерализации серосодержащих соединений образуется сероводород, меркаптаны, минеральная сера и сульфаты. Процесс закрепления серы в цитоплазме при минерализации на-ся иммобилизацией. Окисление минеральной серы- сульфофикация, включает процессы окисления сероводорода, элементарной серы,тио- и тетрасоединений до серной кислоты. Эти процессы вызываются особыми группами бактерий – бесцветными серобактериями, зелеными и пурпурными серными бактериями, тионовыми бактериями и некоторыми железобактериями.В анаэробных условиях H2S могут окислять и денитрифицирующие бактерии. Восстановление сульфатов до сероводорода осуществляется облигатными сульфатредуцирующими анаэробами в процессе диссимиляционной сульфатредукции (сульфатное дыхание). В качестве конечного акцептора электронов они используют сульфаты, донором электронов могут служить различные органические соединения и молекулярный водород.Восстановление сульфатов до сульфидов происходит в процессе ассимиляционной сульфатредукции. в природе может происходить восстановлениеи элементарной серы в процессе серного дыхания, которое осуществляют анаэробные бактерии Desulfuromonas acetoxidans, использующие ее в качестве конечного акцептора электронов. Сера восстанавливается при этом также до сероводорода.

Круговорот фосфора. В живых организмах фосфор присутствует только в пятивалентном состоянии в виде свободных фосфатных ионов (PO) или органических фосфатных компонентов клетки. Живые клетки не способны поглощать большинство органических соединений, они предпочтительно используют соединения неорганического ортофосфата, из которых внутри них синтезируются органические фосфорсодержащие соединения. После отмирания организмов происходит минерализация этих соединений с помощью микроорганизмов и фосфатный ион снова освобождается.Доступность фосфатов лимитируется также их способностью адсорбироваться на органических и неорганических полимерах. Микроорганизмы осуществляют следующие преобразования соединений фосфора: перевод в растворимую форму фосфатных минералов, включение неорганического фосфата в органические соединения клетоки минерализацию органических соединений фосфора.Растворение минеральных фосфатов осуществляется с помощью кислот (органических или неорганических), которые являются продуктамиметаболизма микроорганизмов. Продукты метаболизма хемолитотрофных бактерий – азотная и серная кислота приводят к высвобождению ортофосфата из фосфоритов. Кроме того, Н2S, выделяемый в процессе жизнедеятельности многими микроорганизмами, приводит к растворению фосфатов железа. Включение (иммобилизация) растворимых фосфатов в растущие клетки микроорганизмов наблюдаются во всех экосистемах, но количество вовлекаемого фосфора невелико. Минерализацию фосфорсодержащих органических веществ осуществляют почти все гетеротрофные микроорганизмы, синтезирующие различные ферменты, такие как нуклеазы, фосфолипазы, фитазы и др.Круговорот фосфора в основном является однонаправленным, так как растворимые фосфаты постоянно переносятся из почвенной среды в моря и океаны и вследствие выщелачивания осаждаются в них. Единственный источник поступления (возвращения) фосфатов на сушу – процессы выветривания. Кроме того, отличительной особенностью круговорота фосфора от других биогенных элементов является отсутствие его в виде газообразных соединений.При техногенных загрязнениях водоемов сточными водами богатыми фосфатами, содержащимися в детергентах, инсектицидах и т. п., наблюдается чрезмерное размножение в них водорослей и резкое увеличение их продуктивности. Это приводит к серьезным экологическим проблемам современности – переходу водоемов от олиготрофного состояния к эвтрофному.

 

Участие микроорганизмов в круговороте азота.

Азот является необходимым компонентом всех белковых соединений. Свободный азот атмосферы не способны усваивать ни высшие растения, ни животные, ни человек. Только клубеньковые бактерии и свободноживущие азотфиксируюших бактерии могут фиксировать атмосферный азот, создавать азотнокислые соли, которые используются растениями.Жизнь растений и животных на Земле зависит от азотистого потенциала почвы—содержания в ней достаточного количества ассимилируемого азота. Цикл превращений этого необходимейшего для жизни элемента не может происходить в природе без участия микроорганизмов. Сложные органические азотсодержащие соединения, которые попадают в почву с остатками гниющих растений, трупов животных, мочевиной (содержащейся в моче человека и животных), подвергаются распаду с участием гнилостных микроорганизмов. Это процесс аммонификации, характеризующийся постепенным гидролитическим расщеплением белков до аминокислот, а затем до конечных продуктов — сероводорода, аммиака, индола, скатола и др.

(1 этап)Аммонификацию в кислородных условиях называют тлением. Такой процесс осуществляется аэробными бактериями (Вас. subtilis, Вас. mescntericus, Proteus vulgaris и др.), а окислительные реакции ведут к глубокому распаду молекулы белка. В анаэробных условиях наблюдается гниение органических остатков под действием гнилостных анаэробов — CI. sporogenes, CI. putrificum и др. В этом процессе преобладают восстановительные реакции и распад белков идет менее глубоко. Разложение мочевины, выделяющейся в больших количествах с мочой человека и животных, осуществляют уробактерии (Urobacillus pasteurii, Sarcina ureae и Др.), расщепляющие мочевину до аммиака и углекислоты..Аммонийные соли, образующиеся в результате ферментации бактериями органических соединений, частично могут использоваться высшими зелеными растениями. Однако наиболее пригодными для растений являются азотнокислые соли — нитраты (селитра). Их образование связано с этапом минерализации азотсодержащих соединений через азотистую кислоту. Этот процесс носит название нитрификации (2 этап)( от nitrum — селитра), а вызывающие его микроорганизмы — нитрифицирующих бактерий. Нитрификация протекает в две фазы: 1) под действием Nitrosomonas аммиак окисляется до азотистой кислоты и возникают нитриты; 2) при жизнедеятельности Nitrobacter азотистая кислота окисляется до азотной и превращается в нитраты. Нитрифицирующие бактерии открыты в 1899 г. русским ученым С. Н. Виноградским, который показал, что эти микроорганизмы обладают автотрофными свойствами и исключительной специфичностью действия.Наряду с нитрификацией в почве происходит и процесс денитрификации(3 этап) — разложение азотно или азотистокислых солей с выделением свободного азота, осуществляемое денитрифицирующими бактериями (Pseudomonas aeruginosa, Bact. denitrificans и Др.). Этот процесс уменьшает содержание нитратов в почве и снижает ее плодородие. Таким образом вовлекаемый в круговорот азотвновь возвращается в атмосферу.

NO3- => NO-2 =>NO => N2O=>N2

38.Микроорганизмы и почва. Почва — главный резервуар и естественная среда обитания микроорганизмов, принимающих участие в процессах ее формирования и самоочищения, а также в круговороте веществ (азота, углерода, серы, железа) в природе. Помимо неорганических веществ, почва состоит из органических соединений, образующихся в результате гибели и разложения живых существ. Микроорганизмы почвы обитают в водных и коллоидных плёнках, обволакивающих почвенные частицы. Состав микрофлоры почвы разнообразен и включает преимущественно спорообразующие бактерии, актиномицеты, спирохеты, архебактерии, простейшие, сине-зелёные водоросли, ми-коплазмы, грибы и вирусы. Состав микрофлоры зависит от вида почвы, способов её обработки, содержания органических веществ, влажности, климатических условий и других причин. Подавляющая часть микроорганизмов нах-ся в почве в адсорбированном состоянии. И лишь незначительное их число переходит в почвенный раствор. Большая часть микроорганизмов преобладает в неактивном состоянии – в виде эндоспор, микроцист. Вся масса микроорганизмов составляет пул почвы (ее микробный запас). Роль пула – поддержание гомеостаза – равновесия микролокуса по содержанию орг. и мин.в-в. Структура каждого микролокуса гетерогенна и включает в себя 3 фазы: жидкую, твердую, газообразную. Твердая – минеральные компоненты и органические вещества, в твердой фазе основная часть микроорганизмов. Их адсорбированное состояние обеспечивает микроорганизмам непосредственный контакт с питательным субстратом, предотвращает их вымывание/выветривание, повышает устойчивость к неблагоприятным условиям. Жидкую почву составляет почвенный раствор, поднимающися по капиллярам. Из почв р-ра микроорганизмы усваивают жидкость и пит.в-ва. Газовый состав отлич-ся от атомосферного: больше углекислого газа (от 0,1 до 1,5), относительно меньше кислорода (от 2 до 16). Содержание их в почве определяет соотношение аэробных и анаэробный микр-в.

В составе почвенной микрофлоры определяют несколько основных групп:

1.зимогенная микрофлора. это сапрофитные микроорганизмы, ведущие процесс минерализации.

2.автохтонная микрофлора – микроорг-мы, разлагающие гумус.

3 .олиготрофная микрофлоа. Завершают минерал-цию орг опада в почве.развиваются засчет минимальных концентраций орг. В-в. Выделяются олигонитрофилы (нуждаются в мин конц-ции орг азотсодер-ч в-в.), олигокарбофилы (потребляют остаточне углеродсод-е соед-я).

4.автотрофная микрофлора. в качестве источника используют углекислый газ и карбонаты.

Микроорганизмы распределены в почве неравномерно. На поверхности и в верхних слоях (толщиной 1-2 мм) их относительно мало из-за микробицидного действия солнечных лучей и высушивания. Наиболее многообразна и многочисленна микрофлора почвы на глубине 10-20 см, где протекают основные процессы превращения органических веществ, обусловленные деятельностью микробов. В глубоких слоях почвы микрофлора становится скудной. особенно насыщена микробами околокорневая (ризосферная) зона растений [от греч. rhiza, корень], образующими зону интенсивного размножения и повышенной активности, специфичную для каждого вида растений. В ризосфере представлены азотфиксирующие микр-мы: неспоровые бактерии(клубеньковые и фотосинтез-е), микобактерии, маслянокислые, водоросли.

 

39. Микрофлора воздуха. В атмосферный воздух микроорганизмы попадают с поверхности земли и предметов вместе с подымающейся пылью, а также с мельчайшими капельками влаги, сдуваемыми с водной поверхности. В воздухе микроорганизмы лишь временно могут сохранять жизнеспособность, и многие из них более или менее быстро погибают под влиянием высушивания и солнечных лучей.

Количественный и качественный состав микрофлоры атмосферного воздуха может существенно изменяться в зависимости от климатических условий, времени года и других факторов. Состав микрофлоры воздуха нестабилен. В воздухе находятся обычно наиболее устойчивые против высыхания и действия ультрафиолетовых лучей различные микрококки, сарцины, споры бактерий и грибов, дрожжи. Микрофлора воздуха зависит от микрофлоры воды и почвы, над которыми расположены слои воздуха. В почве и воде микробы могут размножаться, в воздухе они не размножаются, а только некоторое время сохраняются.

Микрофлора воздуха делится на резидентную и временную. Резидентная - обнаруживается часто и повсеместно.В составе резидентной микрофлоры, формирующейся за счет почвенных микроорганизмов могут присутствовать: микрококки, сарцины, бациллы, актиномицеты, плесневые грибы. Временная - обнаруживается значительно реже, так как необладает стойкостью в отношении действия различных факторов. Временная микрофлора воздуха также может сформироваться из почвенных микроорганизмов и из микроорганизмов, поступающих в воздух с поверхности водоемов. Контаминация воздуха патогенными микроорганизмами происходитв основном капельным путем за счет кашля, чихания, разговора, благодаря чему образуются взвешенные в воздухе аэрозольные частицы. Аэрозоль — коллоидная система, состоящая из воздуха, капелек жидкости или твёрдых частиц, и включающая различные микроорганизмы. Размер аэрозольных частиц варьирует от 10 до 2000 нм. При чихании может образовываться до 40 000 капель. В зависимости от размера капель, их электрического заряда, скорости движения аэрозольные частицы делятся на капельную и пылевую фазы и капельные ядрышки. Капельная фаза. Представляет собой мелкие капли, длительно сохраняющиеся в воздухе и испаряющиеся до оседания. Пылевая фаза. Состоит из крупных, быстро оседающих и испаряющихся капель, благодаря чему образуется пыль, поднимающаяся в воздух. Капельные ядрышки. Это мелкие капли (до 100 нм), которые, высыхая, остаются в воздухе во взвешенном состоянии и образуют устойчивую аэродисперсионную систему, в которой частично сохраняется влага, поддерживающая жизнеспособность микроорганизмов воздуха.

40.Микрофлора водоемов.С экологической точки зрения микрофлору водоемов принято делить на аутохтонную и аллахтонную.Аутохтонная микрофлора - естественная постоянная микрофлора данного водоема. Огромное большинство видов, сюда относящихся, мезофилы-оптимум их роста при температуре 18-20°С. В водоеме с низкой температурой развиваются психорофильные микробы, в горячих водоисточниках - термофильные. В целом аутохтонная микрофлора способствует самоочищению водоемов.Аллохтонная микрофлора поступает в водоемы извне - со стоками, смывами. Эта микрофлора в воде обычно длительно не сохраняется, так как водная среда, куда она попадает, по своему химическому составу, температуре, концентрации водородных ионов, как правило, не соответствует оптимальным условиям существования данных видов. Более длительному сохранению в водоемах аллохтонной микрофлоры может способствовать одновременное поступление в эти же водоемы субстратов, в которых находилась эта микрофлора (например - фекалий, мокроты).

Патогенная микрофлора относится к аллохтонной. формирование микрофлоры водоемов зависит от следующих факторов:

1. обилия и постоянства источников загрязнения;

2. близости и величины населенных пунктов, расположенных по берегам водоемов;

3. сезонных и метеорологических факторов;

4. физико-химических особенностей водоема;

5. глубины водоема и характера донных отложений;

6. видового состава и количества гидробионтов;

Широты местности.

Весь комплекс особенностей водоема, определяемый составом и количеством микроорганизмов в воде, содержащей органические и неорганические вещества в определенных концентрациях, обозначается термином сапробности. Различают три зоны сапробности.

Полисапробные зоны-зоны сильного загрязнения. В воде много органических веществ, мало кислорода. Микробный биоценоз обилен, но видовой состав ограничен анаэробными бактериями, грибами, акциномицетами, т.е. микроорганизмами, вызывающими гниение и брожение. Количество бактерий в 1 мл воды достигает миллиона и более. Здесь ярко выражены процессы анаэробного сбраживания орг полимеров, сопровождающихмя выделением сероводорода, аммиака, метана и др.

Мезасапробные зоны умеренного загрязнения с интенсивным процессом минерализации. Преобладают окислительные и нитрификационные процессы. Качественный состав микробиоциноза разнообразен. В основном это нитрифицирующие, облигатно аэробные бактерии, также виды Pseudomonas, Mycobacterium, Clostridium, Candida, Streptomyces, Flavobacterium и др. В 1 мл воды сотни тысяч микроорганизмов. 3.Олигосапробные зоны - чистой воды. Процесс самоочищения закончен, возможно небольшое количество органических соединений. Количество бактерий от десятка до тысячи в 1 мл. здесь преобладают процессы окисления нитритов в нитраты, соед-й железа двухвалентного в трех-.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...