Бактерии, полезные для человека.
Микроорганизмы имеют большое значение для человека: во-первых, потому, что они играют важную роль в биосфере, и, во-вторых, потому, что их можно преднамеренно использовать в нужных целях и при этом самыми разными способами.
Человек все больше и больше использует бактерии. Это создает все предпосылки для происходящей сейчас перестройки промышленности и создания так называемой биотехнологии. При этом мы рассчитываем на коренное изменение способов получения многих товаров повседневного спроса, и в том числе пищевых продуктов и источников энергии. Своими успехами биотехнология во многом обязана генетикам. Накопление генетических знаний позволило свободно обращаться с генами любых организмов, в том числе и с нашими собственными. Так возникла генная инженерия. [2]
Бактерии и плодородие почвы.
Бактерии играют важную роль в плодородии почвы. Ниже перечислим самые основные моменты.
распад и образование гумуса. Образование гумуса из лесной подстилки и лежащих на ней гниющих растительных и животных остатках мы рассмотрим в гл. 12. Гумус - это слой разложившегося органического вещества, который не только содержит питательные вещества, но и обладает важными физическими и химическими свойствами, такими, например, как способность удерживать воду. Роль сапрофитных бактерий в разложении органических веществ мы рассмотрим в разд. 9.11.1. При разложении образуются двуокись углерода, аммиак, минеральные соли (например, фосфаты и сульфаты) и вода, которые снова вступают в круговорот веществ.
биогеохимические циклы (круговороты биогенных элементов).
В круговороте азота участвуют:
а) азотфиксирующие бактерии, такие, как свободно живущие сапрофиты, например Azotobacter, или симбионты, например Rhizobium;
б) нитрифицирующие бактерии, которые превращают азот, связанный в органических соединениях (например, в белках), в нитраты, например Nitrosomonas и Nitrobacter;
в) денитрифицирующие бактерии, например Thio-bacillus, которые превращают нитрат в свободный азот.[3]
Железобактерии.
Железобактерии, бактерии, способные окислять закисные соединения железа в окисные и использовать освобождающуюся при этом энергию на усвоение углерода из углекислого газа или карбонатов. Окисление протекает следующим образом:
4Fe (HCO3)2 + 6H2O + O2 = 4Fe (OH)3 + 4H2CO3 + 4CO2.
При этой реакции энергии выделяется немного, поэтому железобактери окисляют большое количество закисного железа. Из железобактерий наиболее изучена в физиологическом и биохимическом отношении неспороносная подвижная палочка Thiobacillus ferrooxidans, окисляющая и серу. К железобактериям относятся также некоторые нитчатые бактерии из рода Leptothrix, с толстыми ржавого цвета капсулами (влагалищами), содержащими гидрат окиси железа; Gallionella, состоящая из спирально закрученных в виде пучков тончайших (0,01 мкм) нитей, образующих стебелёк, на поверхности которого откладывается гидрат окиси железа.
Железобактерии обитают в воде пресных и солёных водоёмов, играют большую роль в круговороте железа в природе. На дне водоёмов образуют тёмно-коричневые дискообразной формы конкреции, состоящие из железа и марганца.
Физиолого-биохимическая характеристика железобактерий.
Типичными представителями микрофлоры подземных вод являются железобактерии, наиболее полно описанные в монографии Н. Г. Холодного.
Железобактерии были открыты в конце прошлого века Р. Лиске и X. Молишем, которые включили в их число организмы, способные откладывать вокруг клеток окислы железа или марганца, независимо от физиологического значения данного процесса для организма. После открытия С. Н. Виноградским хемосинтеза сложились две точки зрения на физиологию железобактерий. По концепции С. Н. Виноградского, к которой полностью присоединился Н. Г. Холодный, железобактерии относились к типичными хемолитоавтотрофам, использующим энергию окисления двухвалентного железа для автотрофной ассимиляции углекислоты. В противоположность этой концепции В. О. Калиненко полагал, что окисление железа является побочной функцией некоторых гетеротрофных организмов. Возникшее противоречие разрешили В. В. Балашова, Г. А. Заварзин и Г. А. Дубинина.
Сегодня железобактерии не рассматриваются, как отдельная таксономическая единица. Это физиологическое, экологическое понятие, которое объединяет микроорганизмы, отлагающие на своих поверхностях окислы железа и (или) образующие его оформленные осадки. К группе железобактерий относятся организмы, принадлежащие к различным систематическим единицам: нитчатые бактерии, флексибактерии, одноклеточные бактерии из разных таксономических групп, микоплазмы, цианобактерии и др. Можно считать установленным, что все исследованные чистые культуры известных видов железобактерий обладают гетеротрофным типом обмена, и окисление закисного железа не служит для них источником энергии в целях ассимиляции углекислоты. Исключение составляет лишь ряд облигатно-ацидофильных бактерий, характеризуемых автотрофным типом метаболизма. Однако их местообитание ограничено подземными водами сульфидных месторождений, кислыми водами железистых источников (рН менее 4,5) и, соответственно, отношения к питьевым подземным водам не имеет.
Подземные воды характеризуются рН, близким к нейтральному, поэтому в качестве микробиологических агентов систем водоснабжения выступают, как правило, представители двух последних групп, что находит подтверждение в работах ряда исследователей. Ими в системах водоснабжения были обнаружены представители родов: Gallionella, Leptothrix, Crenothrix, Siderocapsa, Arthrobacter.[6}
Gallionella является типичным представителем одноклеточных железобактерий. Бактерии этого рода представляют собой слегка изогнутые бобовидные клетки, от вогнутой стороны которых отходят длинные переплетенные «стебельки», хорошо различимые при микроскопировании. Общая длина стебелька может достигать 1000 мкм. В состав стебелька входит железо в аморфном состоянии и органическое вещество. Более 90 % от сухой массы этих организмов приходится на окисное железо. По сравнению со стебельком сама клетка очень мала, ее размеры составляют 0,5-0,6 х 1,2-1,5 мкм, именно по этой причине клетка Gallionella долго оставалась незамеченной исследователями. В настоящее время установлено, что представители рода Gallionella не имеют клеточной стенки и представляют собой сапрофитные микоплазмы.
Leptothrix – нитчатый микроорганизм. Наиболее распространенный вид данного рода – L. ochracea. Окисляя закисное железо, он выделяет гидроокись железа, которая откладывается на поверхности клеток. При этом образуется типичный слизистый чехол, который препятствует сообщению клеток с внешней средой. Когда чехол становится достаточно плотным, клетки покидают его. Освободившиеся клетки имеют жгутики и поэтому подвижны. Покинув старый чехол, они приступают к выработке нового. Чехол L. ochraceae имеет форму цилиндра, диаметр которого постоянен на всем протяжении, внутренний – 1 мкм, наружный – 2-3 мкм. Нити L. ochraceae никогда не ветвятся.
Нитчатая бактерия Sphaerotilus natans по многим признакам очень близка к железобактериям, поэтому ее обычно рассматривают вместе с родом Leptothrix. Sphaerotilus образует длинные нити, состоящие из цепочек клеток, окруженных общим влагалищем. В отличие от Leptothrix влагалище Sphaerotilus состоит из полисахаридов. Клетки размножаются внутри влагалища поперечным делением. Они имеют полярные жгутики, могут покидать влагалище, прикрепляться к субстрату и прорастать. Очень часто бактерии прикрепляются к тому влагалищу, которое покинули. Это создает впечатление ложного ветвления нитей. Типичный вид рода Sphaerotilus – Sph. natans – относится к гетеротрофным организмам, обладает весьма активным обменом и дает вспышки массового развития. Влагалища Sph. natans обычно не содержат солей железа, но экспериментально показано, что при культивировании на специальных средах в них возможно отложение солей железа. Марганец в чехлах Sph. natans не откладывается. Sph. natans образует мощные разрастания в водоемах и водопроводных трубах. Бороться с этой железобактерией чрезвычайно трудно.
Для Crenothrix характерны коническая форма чехла и прикрепление к субстрату узким концом. Железо откладывается только у основания. Длина нитей Crenothrix достигает 3 мм, ширина у основания составляет 1,5-5,0 мкм, а у верхнего конца – 6-9 мкм. Клетки Crenothrix размножаются не только поперечным, но и продольным делением, поэтому у открытого конца чехла образуется несколько параллельных рядов.
Различные виды рода Siderocapsa в таксономическом отношении принадлежат к коринебактериям рода Arthrobacter и характеризуются большой морфологической вариабельностью, обусловленной возрастом и условиями культивирования [50,60]. Чаще обнаруживаются кокки или короткие палочки, погруженные в капсулу, в свою очередь, окруженную желтыми или коричневыми отложениями, содержащими железо или марганец.
Единый взгляд на распространение конкретных форм железобактерий в системах водоснабжения отсутствует.[3]
Серобактерии.
Серобактерии, тиобактерии, микроорганизмы, окисляющие восстановленные соединения серы. Изучение серобактерий послужило С. Н. Виноградскому основанием для установления хемосинтеза (1887). К серобактериям относятся фотосинтезирующие пурпурные и зелёные бактерии, окисляющие сероводород анаэробно на свету; тионовые бактерии; собственно серобактерии - бесцветные микроорганизмы, в клетках которых содержатся включения серы. Серобактерии в массе развиваются на поверхности сероводородного ила, где идёт восстановление сульфатов. Чаще всего встречаются нитчатые серобактерии (Beggiatoa, Thiothrix) и одноклеточные (Thiospira, Thiovulum, Macromonas).
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
Основные порталы (построено редакторами)