Сделай Сам Свою Работу на 5

Признаки грибов (Fungi, Mycota)

Николай Александрович Красильников – основатель кафедры БП в МГУ

*крупнейший специалист по систематике микроорг-мов

*рассматривал жизнь почв.микроорг-мов во взаимосвязи с высшими растениями

9) Евгений Николаевич Мишустин

*установил закон-ть геогр.распр-я микроорг-мов

Другие разделы почвенной биологии развивались позднее почвеной бактериологии:

Микология:

а) Ячевский (составил определитель грибов)

б) Селман Ваксман: открыл стрептомицин; отметил, что почва – ест.среда обитания грибов

в) Курсанов: организовал кафедру низших растений в МГУ

Альгология:

Мейер, Рихтер, Голлербах (осн-ль школы почв.альгологов), Штина.

Зоология:

Меркурий Сергеевич Гиляров: осн-ль почв.зоологии в МГУ, зоол.методы диагностики почв, борьба с почв.вредителями

Дмитрий Григорьевич Звягинцев

* изучал почву как среду обитания микроорганизмов

  1. Царства живой природы

Царство - иерархическая ступень научной классификации биологических видов.

до 1970 годов разделяли по царствам по типу питания

С развитием микроскопов (в особенности электронных) ученые обнаружили сущ.различия между одноклеточными организмами. в 1938 г. Герберт Копеланд предложил следующую схему (в царство Монера он отнес бактерий и сине-зеленых водорослей).

 

Гипотеза симбиогенеза объясняет механизм возникновения некоторых органоидов эукариотической клетки — митохондрий, пластид (митохондрии и пластиды имеют свою ДНКàпредположение о том, что они были клетками, и их поглотили другие клеткиàсимбиоз и эволюция.

Современная классификация основывается на анализе последовательностей генов рРНК.

  1. Почвенные водоросли, экологические функции, основные группы.

Почвенные водоросли – экол.группировка тех видов водорослей, жизнь которых постоянно связана с почвой. Бывают наземные (на пов-ти почвы), водно-наземные (в постоянно влажных почвах) и почвенные (внутри почвы)

*обнаруживаются во всех почвах, 5000-1.5млн. клеток в 1 г. почвы, 50-1500кг/га в год

*пигменты (каротиноиды) защищают защищают клетку от синглетного кислорода.

*тело – таллом, осмотрофное питание

* вегетативное размн-е, бесполые споры, но бывают и гаметы.

Экологические функции:

1) первыми заселяют вулканические пеплы, лаву, антропогенные субстраты

2) накапливают органику с азотом, первичные продуценты

3) экологические индикаторы (на загрязненность отходами, газами)

Группы см. в тетради

  1. Цианобактерии

*живут в пустынях, вулк.ист-ках, явл-ся комп-ми лишайников,

см. в тетради

  1. Беспозвоночные животные в почве. Размерные и трофические группы

Размерные группы

Трофические группы:

*фитофаги (филлофаги и ризофаги)

*хищники

*некрофаги

*копрофаги

*сапрофаги

Беспозвоночные животные в почве:

1) Простейшие (Protozoa)

2) Коловратки (Rotatoria): коловращ.аппарат из ресничек, 0.01-2 мм, полифаги

3) Нематоды (Nematoda): круглые черви, высокое сод-е азота в биомассе (т.к. едят бактерий)

*свободноживущие

-водные жители (предпочтительно дно)

-полифаги, хищники, бактериофаги итд

-до 10^6 особей/кв.м., около 11 000 видов

*паразитические

4) Энхитреиды (Oligochaeta): 2-45 мм, метамерия; 120 тыс./кв.м, 50 г/кв.м.; чувствительны к температуре, устойчивы к холоду. Главная пища – отмирающие корни! (т.е. живут в прикорневой зоне, подстилке итд).

5) Дождевые черви (Lumbricidae)

6) Моллюски (Mollusca): фитофаги и хищники

*легочные улитки (Helix pomatia=виноградная)

*голые слизни (Agriolimax agrestis, Limax maximus) – обитатели леса

7) Тихоходки (Tardigrada): около 900 видов, 0.1-1.5 мм, гидробионты; 4 сегмента-4 пары ног, 10^2-10^3 экз./г; в осн.во влажных почвах и мхах, питаются остатками/выделениями растений либо хищники. Очень-очень-очень выносливы!

8) Членистоногие (Arthropoda)

*Жабродышащие (Brahiata)

-Ракообразные (Crustacea)

Мокрицы (Oniscidea), около 3500 видов.

В пустынях могут выполнять роль

дождевых червей (мокрица Hemilepistus)

*Трахейные (Tracheata)

-Myriapoda: около 1000 видов

а)Symphila, Pauropoda – мелкие, в почв.подстилке

б) Diplopoda – в подстилке.

Переваривают целлюлозу (симбиоз с микроорг-ми)

в) Chilopoda – ядовитые хищники

-Insecta (см. вопрос 27)

*Хелицеровые (Chelicerata)

-Arachnida

а) Орибатиды: 13 г/кв.м., до 10^4 экз/куб.дм.

Сапрофаги.

б) Пауки (Aranei): до 100 экз./кв.м., хищники.

  1. Почвенные простейшие. Численность, распространение, таксономические группы, роль в почвах

Простейшие (Protozoa)

*одноклеточные; до 10^5 клеток/г, до 30-40 г/кв.м.

*осн.роль – регуляция числ-ти бактерий и грибов

*гидробионты

Осн.группы:

*Жгутиконосцы (Mastigophora): мелкие, имеют жгутик (1 или неск.), размер – неск.мкм

-растительные (Euglena)

-животные (Bodo, Oicomonas, Cercomonas, Monas)

*Саркодовые (Sarcodina): до 20-50 мкм, есть псевдоподии; питаются бактериями, грибами, мертвой органикой

-раковинные амебы (Testacea)

*Инфузории (Ciliophora): до 180 мкм

-равноресничные (Patamecium)

-кругоресничные (Vorticella)

-спиральноресничные (Stentor)

  1. Дождевые черви, их роль в почве

Дождевые черви (Lumbricidae): метамерия, 2-2000 см; до 500/кв.м, до 1т/кв.м.

*подстилочные (Dendrobaena octaedra, Lumbricus castaneus

*подстилочно-почвенные (Lumbricus rubellus)

*норники (Lumbricus terrestris)

Осн.функции в почве:

-механическое разрушение раст.остатков, нейтрализация кислых продуктов распада растительных тканей

-минерализация и гумификация органического материала

-избирательная стимуляция некоторых групп бактерий и грибов в почве

  1. Членистоногие – представители почвенной фауны

Членистоногие (Arthropoda)

*Жабродышащие (Brahiata)

-Ракообразные (Crustacea)

Мокрицы (Oniscidea), около 3500 видов.

В пустынях могут выполнять роль

дождевых червей (мокрица Hemilepistus)

*Трахейные (Tracheata)

-Myriapoda: около 1000 видов

а)Symphila, Pauropoda – мелкие, в почв.подстилке

б) Diplopoda – в подстилке.

Переваривают целлюлозу (симбиоз с микроорг-ми)

в) Chilopoda – ядовитые хищники

-Insecta (см. вопрос 27)

*Хелицеровые (Chelicerata)

-Arachnida

а) Орибатиды: 13 г/кв.м., до 10^4 экз/куб.дм.

Сапрофаги.

б) Пауки (Aranei): до 100 экз./кв.м., хищники.

  1. Царство грибов. Распространение, численность и роль грибов в почвах

Признаки грибов (Fungi, Mycota)

признаки растенийпризнаки животных

-неогр.верхушечный рост хитин в клет.стенке

-поперечные перегородки мочевина, гликоген

*мицелий (сост.из гиф. Плектенхима – ложная ткань, образ.гифами)

*плеоморфизм: один вид имеет неск.стадий развития, кот. разл-ся по

-внешности

-местообитанию

-функциям

Пример: Zygomycota, Ascomycota.

*гетерокариоз (в одной клетке неск.ядер)

*1-2 т/га, до 35 км/г

*за сутки разлагают в 2-7 раз больше, чем потребляют (т.к. выделяют ферменты)

По типу мицелия грибы делят на:

1) Низшие

-неклеточный мицелий

-нет перегородок

-гетерокариоз

2) Высшие

-клеточный мицелий

По размножению выделяют:

1) Chitridiomycota (они одни имеют подвижные зооспоры)

2) Zygomycota (спорангий-бесполое, зигоспора-половое (подробнее см.вопрос 28))

3) Ascomycota (имеют сумку (аск) с 8 спорами, нет подвижных форм)

4) Basidiomycota (базидии, пряжки на мицелии)

Также выделяют Deuteromycota (у них не найден половой процесс) и грибоподобные миксомицеты (относятся к Protozoa)

Роль грибов в почвах:

-структурирование почвы

-синтез меланиновых пигм-овàвлияние на окраску гумуса

-гетеротрофная нитрификация (подр.см.вопрос 41)

-растворение труднодоступных фосфатов, выд-е орг.к-т

  1. Дрожжи в почвах

Дрожжи – грибы, вегетативная стадия которых представлена одиночными почкующимися или делящимися клетками. Не обособлены в отдельный таксон, встречаются среди Ascomycota, Basidiomycota.

*клетки разной формы, могут формировать псевдомицелий (настоящий мицелий формируется при апикальном росте, а псевдо – при почковании)

*около 1000 видов

*в природе часто в ассоциации с растениями

Роль дрожжей в почве:

-трансформация орг.в-ва

-влияют на состав гумуса и водопрочность агрегатов

-в ассоциации с бактериями эффективнее фиксируется азот (дрожжи – углеродное питание бактерий)

-образуют комплексы с минеральными элементамиàповышают их доступность

Примеры:

-Saccharomyces cerevisiae – винные дрожжи

-Lipomyces – типично почвенные дрожжи (L.tetasporus, L.starkey, L.lipofer)

*не способны к брожению (только прямое окисление органики)

*разлагают множество сложных соединений (крахмал, гетероциклы)

  1. Лишайники и их роль в почвообразовательных процессах

Лишайники (Lichene) – группа симбиотических организмов (гриб+водоросль)

-гриб дает воду

-водоросль синтезирует органику

*тело – таллом (гомеомерный – симметрия на срезе, гетеромерный – нижний слой толще и плотнее, водоросли сосредоточены ближе к вершине)

*образуют лишайниковые вещества

*медленный рост (0.2-100мм), прикреплены к субстрату

*размн-ся делением таллома, либо с помощью сумки гриба

*уст-вы к высушиванию, поглощают воду из атмофсеры

По типу субстрата различают:

*эпигейные (напочвенные. Не встречаются в плодородных почвах, т.к. сильная конкуренция): Cladina, Aspicilla

*эпилитные (наскальные): Lecidea, Lecanora

Также встречаются актинолишайники:

-слоистый таллом

-актиномицет стимулирует образование хлорофилла

Роль лишайников в почве:

*разрушают горные породыàпервичное почвообразование (выделяют орг.к-ты)

 

  1. Сравнительная характеристика клеток эукариот и прокариот

  1. Царство прокариот. Основные группы и их характеристика

 

  1. Актиномицеты. Распространение, численность и роль в почве

Актиномицеты – Грам«+» бактерии

-ветвящийся мицелий (0.5-1 мкм): часть проникает в плотный субстрат, а часть – воздушный мицелий.

-синтезируют гидролазы (способны разлагать много чего как грибы)

*размн-ся мицелием или спорами (форм-ся на возд.мицелии; часто неподвижные, иногда со жгутиками)

*продуценты антибиотиков (н-р, стрептомицин)

*могут быть патогенами человека, животных, растений

Роль в почве:

*образуют симбиотические азотфиксирующие ассоциации с растениями

*активные разлагатели сложных органических соединений

  1. Вирусы и фаги

*были открыты Ивановским в конце 19 века (вирус табачной мозаики не задерживался батериальными фильтрами)

*группа чрезвычайно мелких паразитов, развиваются только внутри клеток других организмов. Отличие: вирус – паразит животных и растений, а фаг – паразит микроорганизмов.

*не имеют клет.стр-я, живут в виде вирионов (НК+капсид)

*в почве вирусы и фаги не размножаются, но долго сохраняются

 

Лизогения (фагоносительство) – явление, при котором:

-колония заражена фагом извне

-фаг не убивает клетку (умеренный фаг) и передается при делении

-НО если клетка ослабляетсяàфаг может убить

  1. Общие представления об обмене веществ у микроорганизмов.

 

 

Обмен в-в - набор химических реакций, которые возникают в живом организме для поддержания жизни.

*Осн.источник энергии –АТФ

*в-ва попадают в клетку через фосфолипидную мембрану

Практически все реакции протекают с участием ферментов.

Фермент – катализатор белковой природы. Ферменты специфичны 1 субстрат – 1 фермент). Бывают:

*констутивные (всегда синт-ся клеткой)

*индуцибельные (синт-ся только при наличии опр.субстрата)

Клетка может управлять скоростью отдельных реакций с помощью 2 механизмов:

1) механизм репрессии конечного продукта (в одной из реакций есть аллостерический (регуляторный) фермент, который связывается с конечным продуктом и изменяет активность начального фермента)

2) механизм катаболитной репрессии (если есть 2 субстрата, то сначала исп-ся тот, кот.обеспечивает более быстрый рост)

По зависимости от факторов роста (в-в, лимитирующих рост – витаминов, аминок-т итд):

-прототрофы (не зависят от факторов роста)

-ауксотрофы (зависят)

По типам питания выделяют

1) источник энергии

-фототрофы (свет)

-хемотрофы (химические связи в в-вах)

2) донор водорода (электронов)

-органика

-неорганика

3) источник углерода

-автотрофы (угл.газ)

-гетеротрофы (органика)

Пример: фотолитоавтотрофы (растения, зеленые бактерии), хемоорганогетеротрофы человек) итд.

Физиологическая группа – сов-ть микроорг-мов, осуществляющих одну и ту же общую физиологическую функцию в цепи превращ-я в-в.

Например: аммонификаторы, нитрификаторы, сульфатредукторы итд.

  1. Катаболизм

Катаболизм – процесс распада какого-либо в-ва на более простые с выделением АТФ (энергии).

Пример: гликолиз (глюкозаàмол.к-та), брожение.

Создаются в-ва с макроэнерг.связями, чаще всего АТФ при реакциях фосфорилирования:

1) субстратное (брожение). Бродят углеводы, спирты, орг.к-ты, гетероциклы. Накапливаются орг.к-ты, спирты, ацетон, угл.газ, водород. По главному продукту различают брожения (спиртовое, молочнокислое, маслянокислое)

2) фотофосфорилирование (анаэробный процесс).

-хлорофилл (водоросли (эукариоты), зеленые бактерии (прокариоты))

-родопсин (галобактерии)

У эукариот и цианобактерий в ходе фотосинтеза выделяется кислород, у остальных – нет.

3) окислительное фосфорилирование. Суть: кислород акцептирует электрон.

-дыхание (перенос электрона на молек.кислород)

-анаэробное дыхание (перенос электрона на неорганические акцепторы: сульфаты, нитраты, карбонаты)

Процессы катаболизма регулируются механизмом катаболитной репрессии (см.выше)!

  1. Анаболизм

Анаболизм – сов-ть процессов синтеза более сложных в-в из простых, протекающих при затратах энергии (АТФ).

Пример: фотосинтез, синтез белков итд.

*C:N=5:1 в биомассе, НО C:N=25:1 в среде, т.к. 1/5 C включается в в-ва клеток, а остальное расходуется на энергетические нужды.

*Источник С – органика, угл.газ

*Источник N – белки, нитраты, молек.азот

Процессы анаболизма регулируются механизмом репрессии конечного продукта (см.выше)!

 

 

  1. Роль почвенных микроорганизмов в биологическом круговороте веществ на Земле

-редуценты (актиномицеты, цитофаги)

-могут быть продуцентами (цианобактерии, зеленые водоросли)

 

  1. Энергетические процессы у микроорганизмов

Энергетический процесс (применительно ко всему живому) – сов-ть процессов обмена в-в, обеспечивающих снабжение клеток энергией.

Энергетические процессы подразделяются на:

*процессы образования и накопления химической энергии (АТФ, гликоген)

-фотосинтез

-хемосинтез

-нитрификация

*процессы превращения химической энергии в механическую, тепловую и другие виды энергии (потребление АТФ)

-окисление органики, разложение полимеров

-денитрификация

  1. Роль микроорганизмов в питании растений

-разл-е опадаàформ-е гумуса

-фиксация азота (только прокариоты): Rhizobium, Bradirhizobium, Azospirillum (симбиотич.), Azotobacter (свободножив.)

-перевод труднодоступных мин.солей в доступную форму (мобилизация; в особенности фосфор)

  1. Круговорот углерода.

Круговорот углерода – геохимический цикл планетарного масштаба, состоящий из взаимно противоположных процессов: фиксации угл.газа и минерализации орг.в-ва.

1) Связывание углекислого газа (в основном растения)

*фотосинтез (180 млрд.т/г)

*хемосинтез (аноргоксидация)

*гетеротрофная фиксация (н-р, карбоксилирование)

*обр-е метана (метаногены – см.вопрос 30)

 

2) Минерализаация (в основном бактерии)

*окисление метана (метанотрофы – см.вопрос 31)

*разл-е полимеров (см.соотв.вопросы 42,46,47 итд): гидролитики

 

  1. Клубеньковые бактерии (Rhizobium, Bradirhizobium, Mezorhizobium, Sinorhizobium)

Клубеньковые бактерии – симбиотические палочковидные бактерии типа Протеобактерии.

-заражение корня генетически запрограммировано и происходит в период прорастания семян

-бактерии в клубеньке=бактероидыàфиксация азота

Другие виды азотфиксирующего симбиоза:

*актинориза (Franckia). Встречается у ольхи, облепихи.

*взаим-е цианобактерий (Anabaena azollae) с водным папоротником (Azolla). Растет на пов-ти рисовых полейà150-300 кг азота на 1 гаàрисовые поля обеспечены азотом

*в лишайниках с цианобактериями

Сущ-ет нитрагин (препарат на основе клубеньковых бактерий)

  1. Архебактерии

Архебактерии – группа микроорганизмов

-рибосомы по св-вам похожи и на эукариот, и на бактерий

-способны образовывать метан (уникальная способность)

-большинство архей – экстремофилы (живут в условиях с высокими температурами, кислотностью итд)

-не способны к паразитизму

Виды архей:

1) метаногены (см.вопрос 30)

2) экстремальные галофилы

*разв-ся в рассолах (не менее 10% NaCl)

* нет кислорода, но есть светàобр-ся пурпурные мембраны с родопсиномàсинтез АТФ

*Halo- и Natrono-

3) экстремальные термофилы (Crenarcheota)

*только в горячих источниках (обычно в зонах вулканической активности) с температурой до 200-300 градусов.

Типичные представители:

а) Sulfolobus acidoaldarius

*не имеет опр. формы

*растет в среде при рН=1

*имеет пили – волоски для прикрепления к

частичкам серы (дыхание)

 

б) Thermoplasma

*нет клет.стенки

*анаэробны, восстанавливают серу

в) Picrophilius

*при рН=0.2-2.2, температуре 105 градусов

  1. Протеобактерии.

Протеобактерии – Грам(-) бактерии

-1500 видов

-разнообразные формы, функции (в честь греч.бога Протея)

По последовательностям 16S-рРНК делятся на:

1) альфа-подкласс

*пурпурные несерные

*простекобактерии: есть простека (вырост). Caulobacter.

*симбиот.азотфиксаторы (клубеньковые; см.вопрос 24)

*свободножив.азотфиксаторы:

Azotobacter (влажные нейтр.и слабощел.почвы)

Beijerinckia (слизистые бактерии, кислые почвы)

2) бета-подкласс

*метанотрофы

*нитрификаторы

3) гамма-подкласс

*энтеробактерии – факультативно анаэробные Грам(-) палочки

-эпифитные

-в кишечной флоре млекопит. (Escherichia coli, Salmonella)

-в воде и почвах (Serratia, Proteus)

*серные пурпурные

*псевдомонады: Грам(-) аэробные палочки и кокки

4) дельта-подкласс

*сульфатредукторы

*бделловибрионы – пиявки, пожирающие бактерий.

*миксобактерии – скользящие аэробные органотрофные бактерии, обр-ют плодовые тела( Myxococcus)

  1. Насекомые: разлагают, гумифицируют.

1) Коллемболы. 50 000 экз./кв.м. Хищники, сапрофаги. 0.2-2 мм. Живут в подстилке, любят воду. Формируют гумусовый слой подстилки, регулируют числ-ть микроорг-мов.

Делятся на 3 группы:

-поверхностные (в подстилке; сильные конечности, окрашены),

-гемиэдафические (в гумусовом слое)

-эуэдафиты (в мин.гор-тах)

2) Личинки насекомых

3) Муравьи (Formica rufa и термиты – общественные насекомые

-концентрирование органического вещества внутри гнезда

-обогащение почвы углеродом, азотом, обменными снованиями

-перемешивание почвы

  1. Характеристика основных отделов почвенных грибов
  2. Микоплазмы (Mollicutes)

Микоплазмы - прокариотные одноклеточные, грамотрицательные микроорганизмы, не имеющие клеточной стенки (только цитоплазм.мембрана)

*хемогетеротрофы, в основном факультативные анаэробы

*размн-ся непр.делениемàклетки разной формы

*самые мелкие из клеточных, имеют кольцевую двунитчатую ДНК, но ген.инфы меньше, чем в кишечной палочке (Escherichia coli)

*могут быть патогенами человека, животных, растений

Роль в почве:

-окисление железа и марганца (часто в ассоциации с др.орг-ми): Metallogenium symbioticum окисляет Mn и Fe в ассоциации с грибами

  1. Бактерии – метаногены (Methano-)

Бактерии-метаногены – группа микроорганизмов домена Археи.

*карбонатное дыхание, хемолитоавтотрофы

*строгие анаэробы

*часто симбионты человека и простейших (водородных бактерий)

* (в почве)

*Methano-

-coccus

-bacterium

-spirillum

 

  1. Бактерии - метанотрофы

Метанотрофы – микроорганизмы, окисляющие метан.

*облигатные метанотрофы: Methylo-

-monas

-bacillus

-coccus

*факультативные метанотрофы

Роль:

-продуценты белка из дешевого сырья

-борьба с метаном в угольных шахтах

-вовлекают метан в цикл углерода

  1. Микробные сукцессии в лесной подстилке.

Микробная сукцессия – последовательные закономерные изменения в комплексе почвенных микроорганизмов и в происходящих микробиол.процессах.

ВАЖНО: не важно, приведут ли эти изменения к установлению новой микробной системы!

Лесная подстилка - слой органических остатков на поверхности почвы в лесу, напочвенный покров из разлагающегося опада.

Состоит из:

*L-слой (опавшие в этом/прошлом году листья)

-много грибов, макромицетов ( т.е. грибов с большими плодовыми телами: Mycena)

-разлагаются сахара, крахмал, пектин, белки (примеры см.в соотв.вопросах)

*F-слой (ферментационный; материалу 2-4 года)

-очень активное дыхание, высокая числ-ть и разнообразие микроорг-мов

-много Basidiomycota, микромицеты (разл-ют целлюлозу: Trichoderma, Mycogonea)

-идет распад уст.полимеров (ксиланы¸целлюлоза, хитин, лигнин)àмного бактерий-гидролитиков (актиномицеты, грибы)

*H-слой (гумус; материалу 5-10 лет)

-меньше доступной органикиàменьше микробов

-остается много актиномицетов, бацилл и коринеподобных бактерий

-завершается распад уст.полимеровàнакапливается гумус

 

 

  1. Роль почвенных микроорганизмов в превращении алюминия

Осн. инф-я про алюминий:

*3 место по содержанию в земной коре, 1 место среди металлов

*в почве нах-ся в комплексах, солях, перв.и втор.минералах

*соед-я алюминия подвижнее в кислой среде

*выветривание алюмосиликатовàпоявление полуторных окислов Al:

-если остаютсяàлатеритообразование

-если выносятся из нек.гор-овàподзолообразование

(обр-ся комплексы алюминия с фульвок-тами)

Роль почвенных микроорганизмов:

1) минерализация комплексов (Metallogenium+гриб Penicillium sp.)

2) накопление соед-й алюминия в почв.профиле (Metallogenium)

3) обр-е комплексов с алюминием

  1. Участие микроорганизмов в превращениях железа в почве

Осн.инф-я про железо:

*2 место в земной коре (после алюминия)

*доступно в кислой среде, недоступно в щелочной (т.к. выпадает в осадок)

*переменная валентность:

-органика, нет кислорода: Fe(3)àFe(2) и легко мигрирует

-есть кислород: Fe(2)àгидроксид Fe(3) бурого цвета

Микроорганизмы могут:

1) окислять соед-я железа

Железобактерии – сборная группа микроорганизмов

-способны окислять соед-я железа

-откладывать его окиси на своей поверхности

-наиб.активно растут вблизи донных отложений на болотах и ручьях

Делятся на:

а) автотрофные облигатно-ацидофильные железобактерии

*окисляют железо при низком рН=2-3, энергия идет на хемосинтез

*обитают в желез.водных ист-ках, подз.водах сульфидных местор-й итд.

*Thiobacillus ferrooxidans (тионовые), Sulfolobus acidocaldarius (археи), Leptospirillum ferrooxidans (Грам(-))

Прим.: Виноградский считал такие бактерии истинными железобактериями

б) гетеротрофные железоокисляющие

*разв-ся при рН~7

Бывают:

-нитчатые железобактерии

*Грам(-), облигатные аэробы (Leptothrix, Toxothrix)

*имеют слиз.чехлы для накопления окисл.железа

-одноклеточные железобактерии

*при рН=7, нужна органика и железо

*Pseudomonas putida, Seliberia stellata (обр-ют орнштейны в почве)

-микоплазмы (сапротрофы)

*часто в ассоциации/паразитируют

*Siderococcus, Metallogenium

2) восстанавливать соединения железа (часто до вивианита)

Также встречаются магнитобактерии (Magnetospirillum)

*особые геныàимеют магнетит и магнитосомыàмагнитотаксис

*роль не ясна, активно изучаются!

 

  1. Роль почвенных микроорганизмов в превращениях минералов.

-разрушение минералов почв.породàвовлечение новых элементов в круговорот

*Thiobacillus ferrooxidans (разл-е сульфидов)

-образование бокситов, отложение сульфидов, карбонатов итд

-преобразование аморфного кремнезема в кварц (очистка от органики): Thiobacillus thioparus, Bacillus mucilaginosus

  1. Восстановление сульфатов микроорганизмами

Проводится:

1) сульфатредукторами- облигатными анаэробами («сульфатное дыхание»). Были открыты Бейеринком.

Сульфатредукция:

*приводит к содонакоплению

*до сероводорода

*Desulfo-

-vibrio

-nema

-sarcina

-bacter

*распространены во всех почвах, но в основном в почвах с анаэробными усл-ями (болота, затопл.территории итд)

2) термфофильными анаэробными бактериями (тиосульфаты до серы)

*Thermoanaerobacter, Clostridium thermosulfurigenes

 

 

  1. Схема круговорота серы

Осн.инф-я о сере:

*входит в состав нитрогеназы и нитратредуктазы

*ежегодно вымывается 10-80кг/га серыàвозникает проблема – дефицит серы

В своем цикле сера претерпевает след.изм-я:

1) окисляется

*аэробно:

-серые бесцветные (откладывают серу внутриклеточно, нет пигмента (отл-е от цианобактерий): Thiospira, Thiobacterium, Thiothrix

-тионовые (хемолитоавтотрофы, обр-ют серную к-ту; некоторые могут жить анаэробно, исп-я нитраты вместо кислорода (denitrificans)):Thiobacillus, Thiomicrospira

-термоацидофильные археи

*анаэробно:

-серные пурпурные (Rhodospirillales; Грам(-), много мембран): Thiocaspa, Thiospirillum, Chromatium

-зеленые бактерии (Chlorobiales): Chlorobium, Chloronema

2) восстанавливается

*из сульфатов (подробнее см.пред.вопрос)

*сераàсульфиды (только анаэробно!)

-Thermoproteus, Pyrococcus, Desulforococcus – кислая среда, высокая температура

3) освобождается при разложении органики

1-восстановление:

-бесцветные серобактерии: Thiospira, Thiothrix, Beggiatoa

-тионовые в аэробных усл-ях: Thiobacillus итд

-фотосинтез.серные в анаэробных: Chloronema, Chlorobium

2, 3-тионовые, археи

4-все микробы и растения

5-сульфатредукторы

6-термоацидофильные анаэробы

7-облигатно анаэробные термофильные Clostridium

 

 

  1. Микробные превращения фосфора

Осн.инф-я о фосфоре:

*входит в состав АТФ, НК, фосфолипидов.

*чаще всего фосфор нах-ся в недоступной растениям форме в почве, и даже внося удобрения, погл-ся около 15-20% (т.к. железо и алюминий могут связывать фосфаты)

В природе микроорганизмы могут проводить след.процессы:

1) минерализация фосфоорганических соед-й.

*фосфор нах-ся в окисленной форме (остаток фосф.к-ты)

-фитин (фермент – фитаза)

-лецитин (фосфолипаза)

-фосф.эфиры сахаров (фосфатаза)

-НК

2) мобилизация неорг.соед-й фосфора (перевод их в доступные формы)

*фосфор нах-ся в минералах/нераств.солях фосф.к-тыàнужны к-ты, чтобы растворитьàмобилизовать фосфор

-орг.к-ты: нитрификаторы, тионовые, лишайники, микоризные грибы

-неорг.к-ты: гетеротроф.бактерии ризосферы (обр-ют угольную к-ту)

  1. Иммобилизация азота микроорганизмами почвы

Иммобилизация – процесс закрепления потребляемого азота в орг.полимерах. Обратный процесс – минерализация.

10-30% азота микробной массы поступает в растения, всего же в Нечерноземной зоне РФ потоки азота через микробов оцениваются в 250кг/га.

Как повысить:

*вносим солому осенью под зерновыеàменьше азота вымывается

*вносим молибденàазота иммобилизуется больше, т.к. повышается акт-ть нитрогеназы и нитратредуктазы.

 

 

  1. Денитрификация

Денитрификация (анаэробное нитратное дыхание=~70%энерг.выхода) – сумма процессов, ведущих к частичному или полному восстановлению нитратов. Протекает в анаэробных условиях, подавляется кислородом.

Бывает:

*ассимиляционная

 

  1. Нитрификация

 

Нитрификация - микробиологический процесс окисления аммиака до азотистой кислоты или её самой далее до азотной кислоты.

Впервые нитрификаторов выделил Виноградский в спец.элективной среде.

Все они:

*Грам(-)

*облигатные аэробы, часто подвижные.

*рН=7.5-8, 25-30 градусов Цельсия

Считается, что нитрификация локализуется на цитоплазматической мембране

Бывает:

*автотрофная (энергия окисления исп-ся на хемосинтез:

Nitroso- (Nitro-)

-monas

-spira

-coccus

*гетеротрофная (в почвах с кислой средой нитрификацию проводят грибы и нек.микроорганизмы (Arthrobacter, Pseudomonas), которые окисляют параллельноàне получают энергии от нитрификации)

 

 

  1. Разложение белков.

 

  1. Биологическая фиксация азота. Общие представления

Биол.фиксация азота – сов-ть процессов восстановления молекулы азота и включения её в состав своей биомассы ПРОКАРИОТАМИ(!)

Биол.фиксация проходит по след.схеме:

Активный центр нитрогеназы – Fe:S:Mo=6:8:1

Можно использовать метод Габера-Боше, но он очень энергозатратен (225 ккал на 1 молекулу азотаà2 молекулы аммиака) и загрязняет окр.среду

Азотфиксация по особенностям диазотрофов делится на:

*ассоциативную (растения/животные дают пищу бактериям (экссудаты итд)àони фиксируют азот): Escherichia

*симбиотическую (подр.см.вопрос 24)

Также встречаются свободноживущие азотфиксаторы (Azotobacter, Clostridium pasteurianum). Clostridium pasteurianum был первым открытым азотфиксатором (Виноградский, 1898 г.).

 

  1. Схема круговорота азота

Аммонификация – процесс минерализации азотосодержащих орг.соед-й с выделением аммиака.

По типу разлагаемого соед-я делится бывает:

*аммон-я белка (см.вопрос 42)

*аммон-я НК(фермент – нуклеаза, разлагают почти все)

*аммон-я мочевины и моч.к-ты (фермент уреаза; н-р бактерии рубца жвачных)

*аммон-я хитина (ферм-т хитиназа)

Выделяющийся аммиак:

-потребляется раст-ми как ист-к азота

-окисляется в нитриты, нитраты (см.вопросы 40-41)

-иммобилизуется почв.микробами

(подр.см.вопросы 39-41)

  1. Образование водорода. Использование водорода.

Осн.инф-я: о водороде:

*3 место по распр-ю в биосфере, НО в атмосфере его очень мало (т.к. он молекулярный, а осн.его часть – в соед-ях)

*реагирует при нагревании (т.к. при нагревании распадается на радикалы Н)

*связывает в одну систему работу аэробов и анаэробов

Водород образуется по след.схеме:

, где Н+ - акцептор электрона

*у азотфиксаторов: нитрогеназа - катализатор обр-я водорода

*у водорослей и цианобактерий: фотолиз водыàобр-е водорода

Водородные бактерии – группа бактерий, окисляющих водород в аэробных условиях (10^8 т/год)

*Грам(+): коринеподобные Nocardia, Arthrobacter, Streptomyces

*Грам(-): Hydrogeno-(-bacter, phaga,), Rhizobium, Azospirillum

Роль вод.бактерий:

*продуценты белка, источник ферментов

*биорегенерация воздуха

  1. Разложение целлюлозы (155)

Целлюлоза – линейный полисахарид, составленный из структурных остатков бета-глюкозы. Обычно синт-ся растениями, но есть и исключения (Acetobacter xylinum, клубеньковые бактерии).

Осн.цель разл-я: вернуть угл.газ в атмосферу, т.е. замкнуть цикл углерода.

Один из самых сложных комплексов реакций разложения (см.рис)

  1. Разложение пектина

Пектины – кислые полисахариды, обр.межклет.в-во.

Ферменты:

*протопектиназа (перевод в раств.формы)

*пектинэстераза (обр-е пектин.к-т)

*полигалактуроназы (разл-ет пектин на молекулы галактуроновой к-ты)

Разлагаются (в аэробных усл-ях):

*грибами (Rhizopusà AlternariaàCladosporium, Trichoderma (разр-ют целлюлозу))

*Penicillium frequentans

 

  1. Разложение крахмала микроорганизмами

Крахмал – запасной полисахарид растений. Крахмал=амилоха (20-25%)+амилопектин (75-80%). Разл-ся амилазами (внеклет.микробные ферменты)

Амилоза – синяя окраска с йодомàопределяем амилолитическую акт-ть у микробов

Амилопектин – красно-фиол.окраска с йодом

  1. Фиксация СО2 микроорганизмами

Бывает:

*автротрофная

1) фотосинтез

*кислородный: цианобактерии

*бескислородный: пурпурные серные и несерные, зеленые бактерии

2) хемосинтез (см.след.вопрос)

3) образование метана (см.вопрос 30)

*гетеротрофная

  1. Хемосинтез

Хемосинтез — способ автотрофного питания, при котором источником энергии для служат реакции окисления неорганических соединений. Могут использовать только бактерии или археи! Был открыт в 1887 г. Виноградским.

По субстратам окисления различают:

*железобактерии (см.вопрос 34)

*серобактерии =тионовые (см.вопрос 37)

*водородные бактерии (см.вопрос 45)

*карбоксидобактерии

-автотрофы

-бактерии из разных таксонов: Arthrobacter, Pseudomonas, Alcaligenes, Streptomyces

*нитрификаторы (см.вопрос 41)

  1. Бактериальный фотосинтез (подр.см.вопрос 49)

Отличия бакт.фотосинтеза от фотосинтеза растений:

*бактерии не выделяют кислород (искл-е: цианобактерии)

*имеют особые пигменты – бактериохлорофилл, бактериородопсин

 

  1. Круговорот кислорода и его токсические эффекты

Осн.инф-я о кислороде:

*самый распр.эл-т на Земле (89% в гидросфере, 47% в литосфере, 21% в атмосфере)

 

Токсические эффекты молек.кислорода и его производных:

*окисление самих бактерий (для анаэробов)

*окисление клеточных метаболитов (для аэробов). Особенно чувствительна нитрогеназа

*синглетный кислород (радикал О) может повреждать важные комп-ты клетки;«тушится» каротиноидами

*обр-е перекиси водорода, супероксидовàнужны ферменты для их разл-я (н-р, пероксидаза, супероксиддисмутаза)

 

54. Разложение растительных полимеров в аэробной и анаэробной зонах почвы???

55.Нитрагин, ризоторфин

Нитрагин – препарат на основе клубеньковых бактерий, предназначенный для обработки семян бобовых перед посевом. Впервые получен в Германии в 1896 г.

Прим.: каждой культуре должен соотв.свой штамм

Получение:

*выделяем произв.штамм клубеньковых бактерий: разрезаем клубенекàсовершаем посев

*оцениваем: Штамм должен иметь след.св-ва:

1) специфичность по отн-ю к необх.раст-ю

2) генетическая уст-ть

3) св-во доминирования

4) инвазивность (сп-ть проникать в корни)

5) активность (сп-ть к азотфиксации)àэффективность (пов-е урожая)

Прим.:

*мелкие белые клубеньки – плохой штамм

*сложно оценить прибавку урожая (именно от внесения препарата)

Ризоторфин (торфяной нитрагин) – препарат из клубеньковых бактерий на основе стерильного торфа, изготавливаемый в РФ. Предназначен для бобовых (горох, люпин, соя, фасоль). После посева бактерии сохраняют высокий титр 5 лет.

Пол



©2015- 2017 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.