Практическое использование симбиоза и антогонизма в сельском хозяйстве и медицине

Кроме того, их использование позволяет снизить норму минеральных азотных удобрений, что положительно сказывается на уровне нитратов и нитритов в прдукции.

Применение антибиотиков для защиты растений и лечения и профилактики животных.

1. Цель, задачи, структура курса. Модульная система обучения и рейтинговая оценка знаний.

2. Роль микроорганизмов в природе и жизни человека. Микроорганизмы в почве как среде обитания.

3. Характеристика почвенных микроорганизмов.

4. Влияние на почвенные микроорганизмы обработки почвы и милеорации, органических и минеральных удобрений, химических средств защиты растений(пестицидов).

2. Роль микроорганизмов в природе и жизни человека.

Микробиология - это наука о мельчайших невидимых невооруженным глазом организмах, называемых микрорганизмами, или микробами.

Микробиология распадается на ряд самостоятельных разделов: общая микробиология, техническая, сельскохозяйственная, санитарная и т.д.

Микроорганизмы широко распространены в природе. Они постоянно присутствуют в почве, воде, на поверхности и внутри тела человека, животных и растений, в пищевых продуктах, воздухе и т.д.

Широкое распространение микробов свидетельствует об их огромной роли в природе. При их участии присходит разложение различных органических веществ в почвах и водоемах, они обуславливают круговорот веществ и энергии в природе; от их деятельности зависит плодородие почв, формирование каменного угля, нефти и др. ископаемых. Многие микроорганизмы используются в промышленности и сельском хозяйстве. Особенно велико значение микроорганизмов в растениеводстве и животноводстве. Это обогощение почвы азотом, борьба с вредителями сельхозкультур, приготовление и хранение кормов, получение кормового белка, антибиотиков и т. д.

Микроорганизмы принемают активное участие в разложении ксенобиотиков.

Наряду с полезными микробами существует большая гркппа болезнетворных, или патогенных микробов.
3. Характеристика почвенных микроорганизмов.

Мир почвенных микроорганизмов весьма разнообразен.

В почве встречаются грибы, актиномицеты, водоросли, вирусы, бактерии, простейшие.
Простейшие -Protozoa

Простейшие многочисленные и повсеместно распространенные в почвах одноклеточные микроорганизмы.

Среди простейших встречаются сапрофиты, но чаще это хищники паразиты.

Для простейших характерны сложные взаимоотношения с другими почвенными микроорганизмами. Большинство почвенных простейших - бактериоядные формы, обладающие избирательностью.

Простейшие выделяют биологически вещества положительно влияющие на фиксацию азота атмосферы почвенными микробами.

Простейшие стимулируют рост и развитие высших растений, выделяя азотсодержащие соединения в почву или участвуя в разложении сложных органических веществ до более простых, доступных для растений.

Могут влиять и косвенно на численность почвенных микроорганизмов.

Некоторые простейшие вызывают различные заболевания человека и животных.

В почве обитают представители 3 классов:

Саркодовые -Rhizopoda или Sarcodina

Инфузории, или ресничные - Ciliata

Жгутиковые - Flagellata

Типы питания простейших: фототрофные, гетеротрофные сапрофиты, гетеротрофные галозоиды.
Водоросли -Algae

Водоросли - эукариотные организмы, осуществляющие фотосинтез с выделением кислорода и имеющие хлоропласты. Среди водорослей известны одноклеточные, нитчатые, колониальные формы, а также многоклеточные, тело которых таллом, или слоевище.

Морфологическое разнообразие водорослей велико. Почти все почвенные водоросли одноклеточные и имеют микроскопические размеры, реже нити или колонии.

Классификация водорослей основана на таких признаках, как химический состав клеточной стенки, строение и расположение жгутиков у подвижных форм, характер фотосинтезирующих пигментов, а также природа запасных веществ.

Наиболее распространены в почве:

Зеленые водоросли- Chlorophyta

Желто-зеленые -Xanthophyta

Диатомовые водоросли - Bacillariophyta (Diatomeae)

Значение водорослей: обогощают почву органическими веществами, участвуют при формировании почв, используются в сельском хозяйстве как зеленые удобрения и источник каротина, некоторые фиксируют молекулярный азот, могут быть индикаторами на газовый и солевой режим почвы.

Грибы- Fungi

Грибы - низшие эукариотные одноклеточные и мицелиальные хемоорганотрофные организмы.

Представители грибов делят на макро- и микромицеты. Макромицеты образуют крупные плодовые тела, отсутствующие у микромицетов. У микромицетов на протяжении всего жизненного цикла имеются только микроскопические структуры.

Почвенные грибы представляют самую крупную экологическую группу, участвующую в минерализации органических остатков растений и животных и в образовании почвенного гумуса.

Грибы обладают признаками как животных, так и растений, а также признаками характерными только для царства Mycota.

По взаимоотношениям со средой и другими организмами грибы делят на пять экологических групп:

сапротрофы

паразиты

факультативные паразиты

микоризообразователи

хищные грибы

Для сельскохозяйственного или промышленного производства наиболее важны классы:

Zygomycetes

Ascomycetes

Basidiomycetes

Deuteromycetes

Значение грибов: активные редуценты- участвуют в разложении органических веществ, могут вызывать болезни растений, человека и животных, используются для получения антибиотиков, средств защиты растений, могут вызывать порчу пищевых продуктов, древесины и т.д.

Вирусы

Вирусы -группа ультрамикроскопических облигатных внутриклеточных паразитов, способных размножаться только в клетках живых организмов.

По химическому составу вирусы представляют собой нуклеопротеид, причем в каждом опреднленная нуклеиновая кислота ДНК или РНК.

Признаки вирусов:

не имеют клеточного строения

не способны к росту и бинарному делению

не имеют собственных систем метаболизма и др.

Вирусы специфичны, паразитируют на определенных хозяевах.

Не размножаются в почве, но могут долго в ней сохраняться.

Представлены порядком Actinomycetales. Это грамположительные бактерии, обладающие способностью к образованию ветвящихся гиф, могут образовывать мицелий. Гифы одноклеточные.

Для них характерно образование субстратного и воздушного мицелия со спороносцами. Большинство размножается спорами.

К актиномицетам также относят организмы, у которых гифы почти не наблюдаются и они представляют собой ветвящиеся или слегка разветвленные палочки.

Клетки имеют типичную для прокарио структуру.

Актиномицеты занимают промежуточное положение между грибами и бактериями.

Обитают в почве, где участвуют в разложении органических соединений и образовании гумуса. Среди них есть сапрофиты и возбудители болезней человека и животных. Многие образуют антибиотики. которые используются для борьбы с болезнями человека, животных и растений.

Наибольшее значение имеют представители семейств:

Actinomycetaceae

Mycobacteriaceae

Frankiaceae

Nocardiaceae

Streptomycetaceae

4. Влияние на почвенные микроорганизмы обработки почвы и милеорации, органических и минеральных удобрений, химических средств защиты растений(пестицидов).

Среди антропогенных факторов наибольшее влияние на микробное сообщество почвы имеют разнообразные приемы обработки и милиорация.

Главный прием основной обработки почвы, влияющей на жизнедеятельность ее микрофлоры, - вспашка. Она должна создавать в почве благоприятные условия для протекания мобилизационных процессов, в результате которых накапливаются питательные вещества для растений.

Существуют разные подходы к решению вопроса об использовании различных приемов основной обработки почвы. Необходимо учитывать биологическую разнокачественность пахотного слоя, которая выражается в постепенном снижении численности микроорганизмов по мере углубления в почву.

Мелиорация. Огромное значение в повышении плодородия почв имеют мелиоративные мероприятия. К ним относят орошение. осушение, внесение в кислые и щелочные почвы соединений, нормализующих реакцию среды, удаление избыточных солей.

Увлажнение активизирует микрофлору почвы, что приводит к накоплению питательных веществ для растений и способствует их роста.

Избыточное увлажнение почвы вызывает нежелательные явления, снижающие плодородие.

Осушение переувлажненных почв благоприятно сказывается на составе микрофлоры.

Нормализация реакции среды в почве активизирует деятельность тех или иных микроорганизмов.

Органические удобрения- навоз, городские отходы. компосты и др. способствуют интенсификации микробиологических процессов, поскольку они являются источником энергии и элементов питания микроорганизмов.

Минеральные удобрения. Внесение в почву удобрений не только улучшает питание растений, но и изменяет условия существования почвенных микроорганизмов, также нуждающихся в минеральных элементах.

Приблагоприятных климатических условиях количество микроорганизмов и их активность после внесения в почву удобрений значительно возрастают. Усиливается распад гумуса, увеличивается мобилизация азота, фосфора идр. элементов.

Химические средства защиты урожая - пестициды - используются в сельском хозяйстве очень широко.

Ежегодно публикуются списки химических и биологических средств борьбы с вредителями, болезнями растений, сорняками и регуляторов роста растений, разрешенных для применения в сельском хозяйстве.

Неумеренное применение пестицидов загрязняет окружающую среду и приводит к гибели многих ценных представителей фауны и флоры.

Поэтому к применению пестицидов нужно относиться крайне осторожно и отбирать для практического использования в сельском хозяйстве наименее вредные и быстро разлагающиеся соединения.

2. Строение, движение, размножение бактерий, спорообразование у бактерий.

Понятия вид, штамм или клон, чистая культура.

Царство прокариоты - Procaryotae, которое подразделено на 4 отдела, согласно руководства по систематике бактерий Берги:

Gracilicutes

Firmicutes

Tenericutes

Mendosicutes

В свою очередь они подразделяются на классы, порядки, семейства, роды и виды.

Бактерии самый многочисленный класс микроорганизмов.

Все они относятся к прокариотам.

По форме бактерии бывают шаравидные, палочковидные, извитые, нитчатые и др.

Структурное строение бактериальной клетки.

Принято различать внешние и внутренние структуры.

К внешним относятся клеточная стенка, капсула, слизистый чехол, жгутики, фимбрии и пили.

К внутренним - цитоплазма, в которой расположены нуклеоид, рибосомы и мембранные структуры, включения.

Фимбрии и пили, необязательные компоненты клетки - длинные тонкие прямые нити. обнаруживаются как у подвижных так и неподвижных форм.

Различают фимбрии общего типа - органы прикрепления и половые фимбрии или F-пили.

Жгутики, необязательный компонент клетки.

Различают два типа подвижных бактерий: скользящие ( за счет волнообразных сокращений клетки) и плавающие (передвигаются за счет жгутиков).

Различают несколько типов жгутования: монотрихальное, перитрихальное, амфитрихальное, лофотрихальное.

Капсула, необязательный компонент.

Представляет собой слизистое вещество, чаще полисахаридной природы.

Наличие капсулы зависит от штамма микроорганизма и условий его культивирования.

Функции : защитная, источник запасных питательных веществ,способствует прикреплению к различным поверхностям и др.

Клеточная стенка (оболочка) - важный и обязательный элемент клетки.

В зависимости от химического сроения и ультраструктуры клеточной стенки все бактерии делятся на гамположительные и грамотрицательные.

Грамположительные содержат 40-90% муреина, остальное полисахариды и тейхоевые и тейхуроновые кислоты. Клеточная стенка выглядит как гомогенный слой плотно прилегающий к цитоплазматической мембране.

Грамотрицательные содержат 1-10 % муреина, основную массу составляют липопротеиды, фосфолипиды, липополисахариды и белки входящие в состав наружной мембраны. Клеточная стенка многослойная, между цитоплазматической и наружной мембраной расположено периплазматическое пространство.

Деление бактерий на грам+ и грам- имеет важное диагностическое значение.

Цитоплазматическая мембрана образует выросты - мезосомы, выполняющие ряд важных функциий: на ней локализованы мембранные системы участвующие в процессе дыхания, хемосинтеза, азотфиксации, пигменты; участвует в избирательном поступлении веществ.

Цитоплазма представляет собой коллоидный раствор состоящий из белков, жиров, углеводов, воды и минеральных веществ.

Нуклеоид, представляет собой свернутую в кольцо нить ДНК и является основным носителем генетической информации.

В клетке имеются также внехромосомные факторы наследственности - плазмиды, не являющиеся обязательными компонентами. Их присутствие обеспечивает дополнительные полезные свойства.

Включения накапливаются, когда рост и деление клетки замедлены и в среде присутствуют исходные питательные вещества. К ним оносятся волютин, гликоген, гранулеза, жир.

Для бактерий характерно бесполое размножение путем бинарного деления.

Спорообразование характерно для палочковидных форм.

Процесс образования спор подразделяется на шесть -семь последовательных стадий. Споры покрыты многослойной оболочкой и обладают рядом свойств: термоустойчивостью, высоким коэффициеном преломления света, устойчивостью к химическим веществам и др.

Спорообразование для бактерий является способом перенесения неблагоприятных условий внешней среды и не имеет отношения к размножению.


ЛЕКЦИЯ 4

Питание микроорганизмов и биосинтез.
1. Химический состав клеток микроорганизмов.

2. Способы питания и поступление питательных веществ в клетку бактерий.

3. Типы питания у микроорганизмов.

4. Источники углерода, азота и др. элементов для разных групп микроорганизмов.

Элементы входящие в состав живых организмов называются биогенными, к их числу относятся C, H,J,N,P,S,K,Ca,Mg - составляют 98,8%.

На долю микроэлементов приходится 0,02% - Cu,Mn,Mo,Co,Pb и др.

Основную часть микробной клетки составляет вода 80-90 %.

Такое большое содержание воды говорит о ее важной роли (вода как растворитель и участник биохимических процессов...)

Сухая часть клетки 20-15% составляют органические вещества - белки, углеводы, жиры и жироподобные вещества, а также минеральные вещества.

На долю белков приходиться 40-60% от сухой части. Функции: структурные единицы клетки, биологические катализаторы, транспорт веществ, участники реакций, запасающая функция.

Углеводы составляют 10-30 % от сухой массы, чаще это моно- и дисахариды или полисахариды.

Функции: энергетический материал, структурные элементы, основная транспортная форма веществ, запас веществ.

Жиры и жироподобные вещества составляют 5-10 %. Функции: структурные компоненты клетки, энергетическая, запасающая).

Минеральные вещества содержаться в виде катионов калия. элементарная сера и др.
2. Способы питания и поступление питательных веществ в клетку бактерий.
Известны два способа питания живых существ - голозойный и голофитный.

Для микроорганизмов характерен голофитный способ питания.

Микроорганизмы способны осуществлять внешнее и внутреннее переваривание.

Поступление воды и растворенных в ней питательных веществ из окружающей среды внутрь микробной клетки, а также выход продуктов обмена происходит через клеточную стенку, капсулу и слизистые слои.

Различают 4 механизма поступления веществ в клетку:

1. простая диффузия

2. облегченная диффузия

3. активный транспорт

4. перенос групп

3. Типы питания у микроорганизмов.
В соответствии с принятой сейчас классификацией микроорганизмы по типу питания разделяют на ряд групп в зависимости от источников энергии и углерода.

Выделяют фототрофов, использующих энергию света, и хемотрофов. энергетическим материалом для которых служат разнообразные органические и неорганические вещества.

В зависимости от того, в какой форме микроорганизмы получают из окружающей среды углерод, их подразделяют на две группы:

автотрофные - источник углерода диоксид углерода, и

гетеротрофные, получающие углерод в составе довольно сложных восстановленных органических соединений.

По способу получения энергии и углерода микроорганизмы подразделяют на фотоавтотрофы, фотогетеротрофы, хемоавтотрофы и хемогетеротрофы.

Внутри группы в зависимости от природы окисляемого субстрата выделяют органотрофов и литотрофов.

Каждый тип питания характерен для большего или меньшего числа микроорганизмов.

Наиболее распространены среди микроорганизмов следующие типы питания:

фотолитоавтотрофия

фотоорганогетеротрофия

хемолитоавтотрофия

хемоорганогетеротрофия
4. Источники углерода, азота и др. элементов для разных групп микроорганизмов.
Наибольшее значение в питании микроорганизмов имеет углерод. Углерод составляет около 50% в сухом веществе клетки.

Потребности в углероде у различных микроорганизмов неодинаковы. Источником углерола для фотосинтезирующих бактерий является углекислый газ, а источник энергии солнечный свет.

Для других организмов источник углерода главным образом органические вещества, а источник энергии - окисление этих соединений.

Питательная ценность органических источников углерода зависит от строения их молекул. Лучший источник для большинства - органические соединения, содержащие частично окисленные атомы углерода.

Хуже ассимилируются вещества с большим количеством полностью восстановленных атомов углерода.

Почти не усваиваются органические соединения, содержащие углерод только в форме карбоксила.

Практически не существует органических соединений, которые не усваивались бы микроорганизмами.

Микроорганизмы нуждаются в источниках азотного питания.

Самый доступный источник азота для многих микроорганизмов - ионы аммония и аммиак.

Некоторые микроорганизмы способны усваивать нитраты и нитриты.

Существуют виды способные усваивать молекулярный азот воздуха.

Наряду с минеральными источниками многие микроорганизмы могут потреблять азот из органических соединений, которые одновременно служат и источником углерода.

Сера также как и азот необходимый элемент питания.

большинство микроорганизмов используют сульфаты, сульфиды. тиосульфаты и содержащие серу органические соединения.