Основы почвенной микробиологии. строение бактериальной клетки. Роль микроорганизмов в общем круговороте углерода и азота в природе

Опорный конспект

ЛЕКЦИЯ 12. 

ОСНОВЫ ПОЧВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ. СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ.

Предмет и задачи почвенной микробиологии.

Почвенная микробиология – это наука, изучающая роль микроорганизмов в процессах почвообразования, создания структуры почвы и почвенного плодородия в целом.

Задачи почвенной микробиологии:

1.Определение численности и качественного состава микрооганизмов по генетическим горизонтам почвы в географическом аспекте.2.Выявление влияния почвенных факторов (химического состава, структуры, влажности, аэрации, температуры, величины рН и др.) на распределение и численность м/о.3.Изучение зависимости качественного и количественного состава м/о почвы от хозяйственной деятельности человека – способа обработки почвы, чередования культур, внесения удобрений, орошения, дренажа и др.4.Исследование направленности, скорости, взаимосвязи биохимических процессов, происходящих в почве при участии м/о.5.Выявление сложных отношений почвенных микробов между собой и высшими растениями.

Методы почвенной микробиологии.

1.Метод приготовления жидких и твердых питательных сред на основе молока, мясного бульона, пивного сусла и др.

2.Методы стерилизации питательных сред, посуды, инструментов, рабочих столов и помещений.

3.Использование специальных инструментов (шпатели, петли, иглы) и посуды.

4.Метод приготовления чистых культур бактерий.

5.Метод количественного учета бактерий с помощью разведений и в камере Горяева.

6.Используют элективные среды для выделения определенных видов микробов.

7.Создают банки различных видов м/о.

8.Метод определения количества углекислого газа, выделяемого бактериями.

9.Метод изучения роста и накопления вторичных метаболитов.

10.Метод изучения ферментативной активности микробов.

Значение почвенных микроорганизмов.

1.С помощью м/о происходит создание почвенного плодородия. Они способны разлагать органические вещества, минерализовать их, освобождать почву от остатков органических веществ (погибшие животные и растения), превращая их в доступные для растений формы минеральных элементов – азот, фосфор, серу, железо. М/о осуществляют не только разложение, но и синтез веществ, например синтез гумуса, определяющего рыхлую, комковатую структуру почвы и создающего резерв питательных элементов для растений.

2.М/о почвы, многократно отмирая, служат пищей для других групп организмов, служат основой для накопления гумуса почвы, что важно при первичном почвообразовании. Образуя на поверхности почвы пленки, цианобактерии и другие водоросли предохраняют почву от эрозии.

3.Особое значение в плодородии почвы имеют также м/о, способные фиксировать инертный в биологическом отношении газообразный азот воздуха и вовлекать его в метаболизм растений и биологический круговорот в природе.

4.Благодаря выделению различных кислот м/о почвы способствуют выветриванию горных пород и растворению недоступных для корней растений минеральных соединений. Они выделяют в окружающую среду гормоны, витамины, антибиотики.

Отрицательная роль микроорганизмов.

1.Осуществляют перевод доступных форм некоторых питательных веществ в недоступные для растений, например, NO3- в N2 в процессе денитрификации.

2.Патогенные бактерии выделяют ядовитые вещества.

3.Некоторые виды микробов могут угнетать полезных для растений животных.

Особенности строения прокариотов.

Строение бактериальной клетки:

1.Отсутствие ядерной оболочки и оформленного ядра.

2.Отсутствие обособленных от цитоплазмы органелл.

Название органоидаФункции3. Клеточная стенкаВыполняет механическую, защитную,транспортную функцию. Служит местом локализации ряда веществ.В состав клеточной стенки входят тейхоевые кислоты, аминокислоты, полисахариды, белки, липиды, она состоит из 2-3 слоев.4. ЦитоплазмаИмеет наружную мембрану, окруженную клеточной стенкой. У некоторых видов – слизистые капсулы, чехлы, жгутики, ворсинки.  Цитоплазма (цитозоль) состоит из белков, содержит мембранные структуры, генетический аппарат клетки, включения, рибосомы. На рибосомах, как и у эукариот, осуществляется синтез белка.5.Мембраны1.Участвуют в поглощении воды и элементов питания.2.Участвуют в процессе передачи наследственной информации, так как на них закреплена кольцевая ДНК клетки.3.На мембранах расположены ферментные комплексы, отвечающие за фотосинтез, хемосинтез, энергетические функции клетки.Типичных органелл у прокариот нет. Есть внутриплазматические мембраны, которые выполняют функции энергообмена и выделения. 6.Генетический аппарат бактериальной клетки.Представлен 1 молекулой ДНК, имеющей форму кольца – бактериальной хромосомой. Это высокоупорядоченная, компактная и суперспирализованная структура располагается в определенном месте в клетке, не отделена мембраной (нуклеотид). При делении бактериальной клетки происходит удвоение ДНК.7. Запасные веществаЭто полисахариды (гликоген, гранулеза), полипептиды, полифосфаты, сера и др. У бактерий воды и почвы могут быть аэросомы (газовые вакуоли), которые обеспечивают плавучесть клеток. При неблагоприятных условиях некоторые бактерии формируют специальные структуры, способствующие их выживанию (споры, эндоспоры, цисты, гормогонии, бактероиды, клубеньковые бактерии). При попадании в хорошие условия они начинают размножаться.

Влияние внешних условий на жизнедеятельность почвенных микроорганизмов.

Название фактораХарактеристика1. Химический состав почвы.Большинство почвенных микробов – сапрофиты (используют готовые органические вещества). Чем больше почвенных удобрений, тем лучше они развиваются. Также важно наличие макро- и микроэлементов в почве. Азотфиксаторы усваивают атмосферный азот, переводя его в доступные формы.2.Содержание воды в почве.Оптимальное содержание воды в почве - 60-70%. Избыток воды снижает активность и численность микробов. Почвенная засуха тоже отрицательно влияет на их жизнеспособность. Физиологическая засуха возникает в условиях засоления почв и озер. На засоленных почвах обитают галофитные бактерии.3.Отношение к кислороду.По отношению к кислороду микробы делятся на аэробы (требуется кислород) и на анаэробы – получают энергию в процессе брожения и анаэробного дыхания. В почвенном воздухе содержание кислорода колеблется 2-12%, а углекислоты 3-12%.4.Температура.По отношению к температуре микробы делятся:А) психрофилы – холодолюбивые -4… -30 град. С,Б) мезофилы - +3… +50 град. С,В) термофилы - +18… +75 град. С.При отрицательных температурах большинство бактерий находятся в состоянии анабиоза. Их споры выдерживают температуру -190…-253 град. С. Термофилы и сине-зеленые водоросли живут в горячих источниках при +10…+90 град. С.5.Величина рН.Микроорганизмы зависят от рН почвенного раствора. Грибы предпочитают кислую среду рН=4-5, бактерии нейтральную – рН+7,0, молочнокислые бактерии (ацидофилы) развиваются при рН=1,0, азотфиксаторы при рН=5,0-8,7.6.Свет.Свет нужен только микроскопическим водорослям, цианобактериям, пурпурным, зеленым водорослям, которые фотосинтезируют. Большинству бактерий свет не нужен и даже вреден, особенно УФ-лучи.7.Почвенная радиация.На количество, состав и активность микробов влияют радиоактивные вещества почвы. Малые дозы радиации активизируют жизнедеятельность, большие дозы приводят к мутациям и гибели.

По способности использовать в качестве пищи различные субстраты почвенные микробы делятся на:

  1. Зимогенные – способны питаться свежим органическим веществом.
  2. Автохтонные – способны разлагать сложные перегнойные вещества почвы.
  3. Олиготрофные – способны перерабатывать бедные субстраты.
  4. Автотрофные – используют минеральные вещества почвы.

Заселяя один и тот же субстрат, микробы разных видов вступают между собой в сложные взаимоотношения:

1.Симбиоз – взаимовыгодное сожительство.  Это лишайники, в которых гриб добывает воду и минеральные вещества, а водоросль поставляет грибу продукты фотосинтеза.

2.Метабиоз – один из партнеров оказывает положительное влияние на другой. Между бактериями аммонификаторами и нитрификаторами – аммиак, образующийся в результате аммонификации, окисляется нитрификаторами до нитрата.

3.Конкуренция. Обычно за источники питания.

4.Хищничество – когда одни бактерии поедают другие.

5.Паразитизм – одни паразитируют на других.

6.Антагонизм – подавление одного вида другим. Грибы, выделяя антибиотики, отравляют бактерии.

Взаимоотношения между микроорганизмами и высшими растениями.

1.Взаимное влияние проявляется при поселении микробов на корнях растений. Используя корневые выделения и опад  растений, микробы в больших количествах поселяются в ризосфере. Ризосферные микробы оказывают существенное воздействие  на жизнь растений, обогащая почву доступными питательными веществами и выделяя биологически активные вещества, полезные для растений.

2.Полезные взаимоотношения складываются между высшими растениями и азотфиксаторами (симбиоз-мутуализм), которые являются поставщиками доступного для растения минерального азота.

3.Некоторые микробы, проникая внутрь растения, ведут паразитический образ жизни или вызывают бактериальные и грибные заболевания.

ЛЕКЦИЯ 13.

РОЛЬ МИКРООРГАНИЗМОВ В ОБЩЕМ КРУГОВОРОТЕ УГЛЕРОДА И АЗОТА В ПРИРОДЕ.

Участие микроорганизмов в биологическом круговороте углерода.

Главная роль в конструктивном обмене принадлежит углероду. По отношению к углероду  они делятся:

                                 ЖИВЫЕ ОРГАНИЗМЫ

                                 |                                  |

          АВТОТРОФЫ                                   ГЕТЕРОТРОФЫ  

                     |                                                          |

     Фотоавтотрофы                                     Фитофаги (+паразиты)

                Хемоавтотрофы                                     Зоофаги (+паразиты)

1.Автотрофы – сами синтезируют органические вещества:

А) фотоавтотрофы осуществляют фотосинтез (углекислота + вода + энергия солнца – органическое вещество) – водоросли, цианобактерии, пурпурные и зеленые водоросли, высшие растения.

Б) хемоавтотрофы осуществляют хемосинтез – получают энергию за счет окисления неорганического соединения (аммиака,азота, серы, водорода, сероводорода, закисного железа) - нитрифицирующие, водородные, серные, железобактерии.

2.Гетеротрофы – питаются готовыми органическими веществами:

А)  Сапротрофы питаются мертвыми органическими веществами (грибы, бактерии). Они составляют основную массу почвенных организмов, перерабатывают массу органических веществ мертвых растений и животных. К ним относятся сапрофиты, сапрофаги, детриофаги.

Б) Биотрофы питаются готовыми органическими веществами:

- фитофаги используют в пищу растения (копытные, насекомые),

- зоофаги используют в пищу животных (хищники, насекомоядные).

Схема биологического круговорота углерода.

Автотрофы (высшие зеленые растения, водоросли, цианобактерии) фиксируют углерод из углекислоты воздуха, включая его в органические соединения. Животные, поедая растения, включают углерод в органическое вещество своего тела. Дыхание аэробных организмов и многие виды брожения сопровождаются выделением углекислого газа. Опад растений и трупы животных, микробов разлагаются в почве и пополняют атмосферу углекислотой:

 

1.Фотосинтез. 2. Хемосинтез. 3. Дыхание растений. 4.Питание животных.5.Дыхание животных.

6.Отмирание организмов. 7.Брожение. 8.(а) Выделение углекислого газа при разложении мертвых остатков.

Аммонификация – это процесс разложения органических остатков до неорганических веществ с помощью бактерий. В аммонификацию включаются белки, мочевина, хитин, нуклеиновые кислоты, которые содержат азот. Все они разлагаются микробами с выделением аммиака. Разлагая то или иное вещество, аммонификаторы за счет этого питаются, размножаются, берут необходимую энергию. Конечные продукты аммонификации белков (аммиак и органические кислоты) частично используются микробами.

Нитрификация – это процесс окисления образующегося при аммонификации аммиака до азотистой и азотной кислоты. Высвобождающаяся  при окислении аммиака и нитритов энергия идет на хемосинтез – образование из углекислоты органического вещества.

Денитрификация - это процесс, обратный нитрификации, при котором происходит восстановление нитратов до молекулярного азота. Она проходит в условиях плотных и затопленных почв с плохой аэрацией, является вредным процессом, так как образующийся молекулярный азот уходит в атмосферу.

Азотфиксация – это процесс фиксации атмосферного азота бактериями и перевод его в доступную для растений форму. Механизм азотфиксации достаточно сложен. Очень много энергии требуется для разрыва тройной связи в молекуле азота -991 кДж на моль. Связывание атмосферного азота осуществляется с помощью фермента нитрогенеазы, пировиноградной кислоты (источник протонов и электронов), энергия АТФ.

Свободноживущие азотфиксаторы – свободноживущие в почве бактерии, осуществляющие азотфиксацию атмосферного азота.

Клубеньковые бактерии - это бактерии-симбионты, осуществляющие азотфиксацию в симбиозе с растениями.

Биологический круговорот азота в природе.

1.Растения усваивают соли аммония и нитраты, включая азот этих солей в свои органические вещества, усваивается также часть азота, связанный с клубеньковыми бактериями.2.Животные, поедая растения, переводят азот в состав своих органических соединений.3.После отмирания растений, животных и микробов их остатки разлагаются аммонификаторами с образованием минерального азота – аммония, часть аммиака переходит в нитраты.4.Определенная часть нитратов в процессе денитрификации при неблагоприятных условиях восстанавливается до молекулярного азота, который улетучивается в атмосферу.5.Свободноживущие и симбиотические азотфиксирующие микробы связывают молекулярный азот, вовлекая его в биологический круговорот.

Стадии биологического круговорота азота:

Фиксация азота свободно живущими микробами.Симбиотическая фиксация азота.Прижизненные выделения азотсодержащих соединенийУсвоение растениями азота, накопленного симбионтами.Питание животных.Аммонификация.Усвоение растениями аммонийных солей.Нитрификация.Усвоение растениями нитратов. Денитрификация.Вымывание органического азота из почвы.  

 

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Файл

12-13 конспект.doc

12-13 конспект.doc
Размер: 788.5 Кб

.

Пожаловаться на материал

Опорный конспект Предмет и задачи почвенной микробиологии. Отрицательная роль микроорганизмов. Особенности строения прокариотов. Взаимоотношения между микроорганизмами и высшими растениями.

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Инструкция мопеда «Stingray». Руководство по эксплуатации

Меры безопасности при эксплуатации мопеда. Расположение основных узлов. Органы управления и приборы Осмотр перед поездкой Запуск двигателя Основы управления мопедом Обкатка мопеда Техническое обслуживание.

Философия науки

Предмет философии науки. Социологический подход к науке. Социологический и культурологический подходы к исследованию «Философия науки». Генезис философии науки. Философское осмысление техники.

Соціалізація особистості: поняття, зміст, засоби

Реферат. Соціалізація особистості. Особистість людини і різні підходи до її вивчення. Поняття та сутність соціалізації. Основні етапи соціалізації особистості. Фактори соціалізації. Інститути соціалізації. Засоби та механізми соціалізації. Школа як чинник соціалізації особистості. Соціально-психологічна адаптація учня. Умови ефективності організації взаємодії у життєдіяльності виховних організацій. Проблеми соціалізації дітей у школі

Що означає бути просвітником? Головні риси, що відрізняють світогляд людини епохи Просвітництва.

Кант присвятив Просвітництву спеціальну статтю «Що таке Просвітництво?» Просвітницьке трактування моралі. Відношення «Я» - «Інший», «своє-чуже» в координатах просвітницького світогляду.

Социальная инженерия (Ф.Тейлор, Г. Форд, Фойоль, Гастев)

Социальная инженерия Фредерика Уинслоу Тейлора Социальная инженерия Генри Форда Социальная инженерия Анри Файоля Социальная инженерия Алексея Гастева

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok