Микроорганизмы образующие споры в почве

Большинство микроорганизмов, обитающих в почве, — сапрофаги, которые не приносят вреда животным организмам. Вместе с тем постоянно или временно в почве обитают патогенные, бо­лезнетворные микроорганизмы, возбудители инфекционных заболеваний. Некоторые из них (главным образом постоянные оби­татели почвы) образуют спору — плотную оболочку, обеспечивающую им устойчивость к различным неблагоприятным воздействиям внешней среды: высокой температуре, высыханию, давлению, отсутствию питательных веществ.

Группу спорообразных бактерий принято называть клостридиями. В последние годы накопилось достаточно данных о том, что клостридии обладают способностью не только многие десятилетия сохраняться в почве в виде спор, но и размножаться в ней. К патогенным бактериям относятся возбудители таких опасных инфекционных заболеваний, как сибирская язва, газовая гангрена, столбняк, ботулизм.

Заражение человека через загрязненную почву может наступить при самых различных обстоятельствах: непосредственно при обработке почвы, уборке урожая, строительных работах и т.п. К числу наиболее опасных болезней человека и животных относится сибирская язва. Возбудитель сибирской язвы — сибиреязвенная палочка, которая, попадая с мочой и испражнениями больных животных в почву, образует вокруг себя спору и в таком состоянии может сохраняться годами, особенно в каштановых и черноземных почвах. Животные, поедая корм, загрязненный этой палочкой, заражаются сибирской язвой. Человек заражается сибирской язвой, как правило, при контакте с больными или павшими животными, через продукты и сырье, полученные от больных животных (мясо, шерсть, шкура), а также при непосредственном соприкосновении с почвой.

Опасность для человека представляет и столбнячная палочка, которая обнаруживается в почве разных географических районов. Заражение человека происходит через поврежденную кожу или слизистую при контакте с зараженной почвой.

Спороносная палочка, возбудитель ботулизма — тяжелого пищевого отравления, обнаружена в среднем в 9% проб, взятых из почвы в районах Кавказа, Азовского и Каспийского морей, в Приморском крае, на Дальнем Востоке и в Санкт-Петербурге. Попадая на овощи, ягоды, фрукты, рыбу, грибы и другие продукты, при благоприятных анаэробных условиях она из споры превраща­ется в вегетативную форму, продуцирующую токсин (яд). По силе своего действия на организм человека и животного этот токсин превосходит все другие бактериальные токсины и химические яды. Ботулизм зарегистрирован, во многих странах мира — в США, Ка­наде, во Франции, Японии, России.

Известные случаи заражения ботулизмом на территории нашей страны связаны с продуктами домашнего приготовления: рыбы соленой и вяленой, консервированных грибов, овощей и фруктов.

Вместе с загрязненной почвой в поврежденные ткани человека могут проникнуть споры гангренозной палочки. Газовая гангрена протекает в виде быстро распространяющегося отека тканей и их омертвления. Вызывать ее могут несколько видов клостридии. Чаще в почве встречаются клостридии Перфрингенс типа А. Эти микробы, встречающиеся в каждом образце почвы, попадая в рану, продуцируют токсин, который и вызывает омертвление.

Из числа временных микроорганизмов, обитающих в почве, большую группу составляют возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры), бруцеллеза, туляремии, чумы, коклюша. Они попадают в почву только при определенных условиях (с выделениями больных, с нечистотами и др.). Нельзя сказать, что почва является благоприятной средой для их обитания. В их гибели большую роль наряду с недостатком питательных веществ, не всегда оптимальными влажностью и температурой почвы играет антагонизм между различного рода почвенными микроорганизмами. Не находя подходящих условий, патогенные для человека и животных неспороносные бактерии погибают обычно относительно быстро. Однако некоторые из них, особенно в загрязненной почве, сохраняются продолжительное время: возбудители брюшного тифа, паратифов и холеры могут оставаться жизнеспособными до трех месяцев; бруцеллеза — до пяти месяцев, туляремии — до двух месяцев. Энтеровирусы — возбудители полиомиелита и некоторых кишечных заболеваний ви­русного происхождения — сохраняются в почве до 170 дней.

Актиномиценты, вызывающие поверхностные и глубокие микозы, а также микобактерии — возбудители туберкулеза, проказы и дифтерии — при попадании в почву также несут ощутимую угрозу: палочки туберкулеза остаются жизнеспособными до 15 меся­цев, дифтерийные палочки — до двух-трех недель.

Обычно заражение человека кишечными инфекциями происходит через загрязненные овощи. Однако не меньшую опасность представляет вторичное загрязнение подземных и поверхностных вод. Атмосферные осадки, проходя через загрязненную почву, переносят микрофлору (в том числе и возбудителей заразных болезней) из поверхностных слоев в нижележащие грунтовые воды, откуда возбудители болезней могут попасть в водоемы.

Почва служит местом развития, а при определенных условиях и инфицирования мух. Обычно самка мухи откладывает яички в местах гнилостных отбросов и нечистот. Цикл развития до окрыленной мухи происходит в земле и сухих отбросах; в них же многие мухи сохраняются в зимний период — и взрослые, и в стадии личинок. Убедительно доказано, что мухи — активные распространители кишечных и других инфекций. Многие возбудители инфекционных за­болеваний сохраняются в жизнеспособном состоянии на поверхно­сти тела мухи до двух суток, а в кишечнике еще дольше.

Гельминтозы. Велика роль почв в распространении гельминтозов — болезней, вызываемых внедрением в организм человека глистов-паразитов — гельминтов. Одна из стадий развития (дозревание яиц) гельминтов (аскарид, власоглав и др.) проходит в почве. Зрелые яйца могут попасть в организм человека через загрязнен­ные руки, при употреблении загрязненных овощей и ягод, воды.

Яйца таких гельминтов, как свиной и бычий цепни (солитеры), из почвы попадают в корм крупного рогатого скота, свиней. В кишечнике этих животных они превращаются в личинки, которые с током крови разносятся по всему телу и поселяются главным образом в мышечных тканях. Человек может заразиться, употребляя без достаточной термической обработки мясо больных коров и свиней.

Микроэлементы. Определенное влияние на здоровье человека может оказать химический состав почвы. Впервые это отметил еще академик В.И. Вернадский. Теперь исследователи твердо установи­ли, что многие микроэлементы влияют на рост и развитие растений, состояние и функции организма животных, в том числе и человека.

Биохимические процессы, происходящие в земной коре, и процессы образования и обмена химических элементов в организ­ме взаимосвязаны как отдельные этапы круговорота веществ в природе, как процессы взаимного обмена, обусловливающие жизнь.

К достаточно изученным из 47 химических элементов, постоянно присутствующих в составе организмов, относятся медь, кобальт, цинк, марганец, йод, молибден, солен, фтор, стронций, бор, кадмий, ванадий. На них приходится от 0,4 до 0,6% живой массы.

Микроэлементы — биогенные химические элементы, играющие роль катализаторов в развитии растений, особенно в процессе фотосинтеза и усвоения азота. Установлено, что при добавлении к кормам животных необходимых микроэлементов у них отмечается усиление роста. Отсутствие того или иного микроэлемента сопровождается специфическими признаками его недостаточности.

В состав крови человека входят 24 элемента, женского молока — около 30 ( в частности, медь, цинк, кобальт, кремний, мышьяк). При этом число биогенных элементов в различных средах человеческого организма нельзя считать окончательно установленным. Микроэлементы играют важную роль в работе желез внутренней секреции — щитовидной, поджелудочной, половых и др. Есть основания полагать, что микроэлементы оказывают существенное влияние на функцию эндокринных желез. Микроэлементы входят в состав многих химических комплексов организма, таких, как соединение металлов с белками, различные ферменты, дыхательные пигменты, гормоны и некоторые витамины. Они участвуют в промежуточных процессах обмена веществ.

Микроэлементы поступают в организм человека с растительной и животной пищей, отчасти с водой по схеме: почва — растение — организм животного. Уровень обеспеченности растительных и животных организмов микроэлементами зависит от содержания их прежде всего в почве. Недостаток или избыток микроэлементов в почве приводит к недостатку или избытку их не только у травоядных, но и плотоядных животных, а также в организме человека. Это влечет за собой ослабление или усиление синтеза биологически активных веществ, в состав которых входят микроэлементы, нарушение процес­са промежуточного обмена веществ, возникновение заболеваний. Заболевания, связанные с недостатком или избытком микроэлементов, получили название эндемических (от греч. endemos — местный). Районы, в которых обнаруживаются отклонения в развитии растений и животных, а также регистрируются эндемические заболевания, связанные с местными геохимическими особенностями, называют биогеохимическими провинциями. Так, бедны йодом западные области Украины, кобальтом и медью — Ярославская область и т.п.

Низкий уровень йода в почве ведет к низкому содержанию его в растениях и подземных водах, а следовательно, и в пищевом рационе населения. Недостаток йода может вызвать заболевания эндокринной системы, критинизм. Недостаток кальция при избытке стронция в питьевой воде и продуктах питания является, как полагают, причиной некоторых эпидемических заболеваний. Низкое содержание кобальта в почве — причина возникновения дисфункции обменных процессов у рогатого скота и овец. Недостаток содержания в почве и питьевой воде фтора приводит к кариесу. При содержании фтора в питьевой воде выше 1,5 мг/л у человека и животных зубы поражаются « пятнистой эмалью ». При этом заболевании нередко поражается и опорно-двигательный аппарат.

www.zaiko-mich.narod.ru

Почвенные микроорганизмы

В почвах наиболее широко распространены микроорганизмы следующих групп: грибы, бактерии и актиномицеты.

Почвенные грибы представляют самую крупную экологическую группу, участвующую в минерализации органических остатков и в образовании гуминовых веществ. Грибы – наиболее древние организмы, они имеют сходные черты, как с растениями, так и с животными.

Сходство с растениями заключается в полярности клеток, неограниченном верхушечном росте, наличии клеточной стенки, вакуолей, поперечных перегородок, способностью к синтезу витаминов. Общие с животными признаки состоят в отсутствии хлорофилла, гетеротрофном типе питания, наличии в клеточной стенке хитина, а не целлюлозы, синтезе запасных углеводов в форме гликогена.

Грибы распространены повсеместно в природе, где есть хотя бы следы органических веществ. Их споры можно обнаружить на любых естественных субстратах, искусственных материалах и продуктах. Почти все грибы относятся к аэробным организмам.

В процессе метаболизма грибы выделяют в окружающую среду большое количество органических кислот, что способствует растворению труднодоступных минеральных веществ (например, фосфатов) и улучшению питания растений. Грибы могут осуществлять процесс гетеротрофной нитрификации, что имеет большое значение в кислых лесных почвах.

По численности и видовому разнообразию в почвах преобладаютбактерии.

Известно около 50 родов и свыше 250 видов почвообитающих бактерий.

В зависимости от строения клеточных стенок бактерии делятся на две большие группы – грамположительные и грамотрицательные.

Наиболее часто встречаются в почвах грамотрицательные бактерии:

— псевдомонады – мелкие одиночные подвижные бактерии, не образующие спор. Как правило, это аэробные организмы, но встречаются и анаэробы, например денитрификаторы – представители рода Pseudomonas;

— азотобактерии – довольно крупные подвижные палочки, большинство из них относятся к свободноживущим аэробным азотфиксаторам, например Azotobacter chroococcum;

— клубеньковые бактерии (Rhizobium, Bradirhizobium) – подвижные палочки, не образующие спор. Они живут в свободном состоянии в почве, но способны вступать в симбиотические отношения с бобовыми растениями. В этом случае они фиксируют азот атмосферы;

— энтеробактерии – многочисленная группа палочковидных бактерий, подвижных или неподвижных. К ним относятся: представители нормальной кишечной флоры млекопитающих (Escherichia coli), возбудители кишечных инфекций (Salmonella), патогенные для растений (Erwinia), обитатели воды и почв (Serratia, Proteus);

— почкующиеся бактерии размножаются путем образования почек. Сюда относятся нитрифицирующие бактерии рода Nitrobacter;

— миксобактерии и цитофаги – слизеобразующие скользящие бактерии, способны передвигаться по твердому субстрату, образуя плотные слизистые тяжи. Бактерии родов Polyangium и Cytophaga активно разлагают в почве целлюлозу. Цитофаги способны гидролизовать и другие полисахариды, например хитин.

Группа грамотрицательных бактерий объединяет фототрофные и хемотрофные организмы.

Среди них есть обычные сапротрофы, внутриклеточные паразиты других бактерий и формы, патогенные для человека, животных и растений.

К грамположительным относятся все спорообразующие бактерии и актиномицеты. Они составляют огромную массу почвенных микроорганизмов. Среди них нет паразитов, мало и патогенных форм.

Наиболее широко распространены в почвах:

— спорообразующие бактерии, использующие органические соединения в аэробных и анаэробных условиях. Общий признак – способность образовывать покоящиеся клетки – споры, устойчивые к внешним воздействиям. Всего насчитывают более десятка родов этих бактерий;

— бациллы (Bacillus) – аэробные свободноживущие подвижные организмы палочковидной формы, могут образовывать подвижные колонии. Все виды относятся к гетеротрофам, способны вырабатывать гидролитические ферменты, в почвах участвуют в процессах разложения различных органических веществ (белков, полисахаридов). Они вызывают аммонификацию белков (B. mycoides, B. subtilis), мочевины (B. pasteurii), разложение фосфорорганических соединений (B. megaterium);

— анаэробные спорообразующие бактерии представлены в почвах Clostridium родами, Desulfomaculum, Anaerobacter. Это крупные палочки с закругленными или заостренными концами. Они участвуют в процессах гниения, сбраживания простых углеводов, крахмала, пектина, целлюлозы (Cl. pasteurianum), азотсодержащих гетероциклических соединений (Cl. acidiurici);

— коринеподобные бактерии включают группу родов Arthrobacter, Micrococcus, Rhodococcus, Cellulomonas. Многие из них являются постоянными обитателями почв, подстилок, живых или мертвых растительных субстратов. Это гетеротрофные организмы, участвующие в минерализации органических веществ в аэробных условиях. Бактерии рода Arthrobacter преобладают в почвах, бедных свежими органическими остатками, и в экстремальных условиях. Они составляют основную массу микробного населения в почвах тундр, пустынь и высокогорных районов, так как сохраняют жизнеспособность при многих неблагоприятных условиях (низкие температура и влажность, недостаток питательных веществ).

Актиномицеты ‑ это разветвленные или мицелиальные бактерии, различающиеся по морфологии, но сходные по биохимическим показателям и хемотаксономическим признакам.

Мицелий актиномицетов очень тонкий, меньше 1,5 мкм в диаметре.

Выделено несколько групп актиномицетов:

— нокардии (Nocardia) образуют мицелий, распадающийся на отдельные фрагменты, сходные с клетками некоторых коринеподобных бактерий. Нокардии не образуют спор. Они участвуют в конечной стадии процесса минерализации органических веществ, способны разлагать сложные соединения, в том числе молекулы гуминовых кислот;

— стрептомицеты (Streptomyces) наиболее широко распространены в почвах. Обычно образуют колонии – плотные, бархатистые или мучнистые в период формирования спороносцев на воздушном мицелии. Они выделяют различные пигменты. Среди стрептомицетов много продуцентов антибиотиков. Например, антибиотик стрептомицин образует Str. streptomycini. В почве стрептомицеты участвуют в разложении сложных органических соединений.

Почти все актиномицеты – свободноживущие организмы. В почве они обитают в зонах с высокой концентрацией органических веществ. Среди актиномицетов есть патогенные формы, поражающие животных и человека, а также эндопаразиты растений. Например, представители семейства Frankiaceae отвечают за образование азотфиксирующих клубеньков на корнях некоторых растений (ольхи, облепихи).

Вирусы и фаги. Это особая группа чрезвычайно мелких паразитов, способных развиваться только внутри клеток других организмов – растений, животных, водорослей, грибов, бактерий и актиномицетов.

К вирусам относят паразитов животных и растений,

к фагам – паразитов микроорганизмов (альго-, мико-, бактерио- и актинофаги).

Вирусы паразитируют только на определенных хозяевах – растениях, животных и микроорганизмах.

Вирусы бактерий и актиномицетов называют фагами – бактериофагами и актинофагами. В настоящее время известны субмикроскопические агенты, поражающие грибы (микофаги) и водоросли (например, цианофаги, паразитирующие на сине-зеленых водорослях).

Как правило, фаги вызывают лизис клеток (растворение).

Газовая фаза

Газовая фаза почв – это воздух, заполняющий в почве поры, свободные от воды. Почвенный воздух занимает 20–25% от общего объема почвы.

Количество и состав почвенного воздуха оказывают существенное влияние на развитие и функционирование растений и микроорганизмов;

на растворимость и миграцию химических элементов, веществ и соединений в почвенном профиле;

на интенсивность и направленность почвенных процессов.

Состав атмосферного и почвенного воздуха (в объемных процентах)

helpiks.org

Распространение микроорганизмов в природе

Главным источником распространения микробов является почва. Она населена огромным количеством микроорганизмов, которые принимают самое активное участие во всех процессах, связанных с круговоротом веществ в природе.

Процессы почвообразования находятся в тесной зависимости от деятельности микроорганизмов. Под влиянием микробов в почве образуются различные газы, основной из них — углекислый. С одного гектара почвы в течение года выделяется около 7,5 млн. л углекислоты. Растворяясь в воде, углекислый газ превращается в угольную кислоту, и она способствует растворению минеральных веществ почвы. Выветривание горных пород зависит главным образом от углекислого газа, образуемого в почве микроорганизмами.

Огромная роль микроорганизмов заключается в разложении и минерализации органических остатков в почве и превращении их в гумус, обусловливающий плодородие почвы. Но микроорганизмы не только разлагают органические вещества. Под влиянием их происходит синтез новых органических веществ в почве, которые изменяют ее структуру. Сложные процессы круговорота азота в природе схематично изображены в других разделах.

В почве имеется все необходимое для развития микроорганизмов: органические и минеральные вещества, влага и защита от губительного действия солнечной радиации. Поэтому в почве микроорганизмы чрезвычайно широко распространены, и она является главным резервуаром их в природе. В почве существует также тесная связь между микробами и растениями. Особенно благоприятна для жизнедеятельности микробов влажная почва и такие естественные среды, как навоз, ил и др.

Почвы различаются не только количеством находящихся в них микробов, но и составом микрофлоры, который меняется в зависимости от времени года, метеорологических и климатических факторов, местоположения, освещения и влажности почвы. В пахотных почвах микроорганизмов больше, чем в заболоченных или торфянистых, особенно в летние месяцы.

Наиболее богаты микробами перегнойные удобряемые поверхностные слои почвы. В 1 г садовой почвы находят до 100 млн. микроорганизмов.

Почвенные микроорганизмы очень разнообразны по свойствам. Так, по температурным границам развития они принадлежат к психрофилам, мезофилам и термофилам. По типу питания микроорганизмы почвы принадлежат к автотрофам, синтезирующим вещества своего тела из неорганических элементов, и гетеротрофам, нуждающимся в готовых органических веществах. Особенно много в почве сапрофитов, гетеротрофный тип питания которых заключается в разложении органических веществ — остатков животных и растений.

Микроорганизмы почвы различаются и по потребности в кислороде: аэробы обычно располагаются в верхних слоях почвы, анаэробы — в более глубоких.

Среди почвенных микроорганизмов есть спорообразующие и не обладающие способностью к образованию спор, т. е. бесспоровые.

Почвенные микроорганизмы принадлежат к бактериям, плесневым грибам и дрожжам. Основные обитатели почвы — бактерии. Среди спорообразующих бактерий большое значение имеют мезофилы, принадлежащие к семейству Бациллус. Эти бактерии образуют термостойкие споры. Они вызывают разложение и гниение органических веществ в почве.

Термостойкие споры образуют также бактерии рода Клостридиум, которые по биохимическим свойствам делятся на две группы: одни обладают протеолитическими ферментами и вызывают распад белков (гниение), другие расщепляют углеводы (брожение). Некоторые клостридии являются паразитами и вызывают пищевые отравления.

Густо населяют почву и неспорообразующие мезофильные бактерии рода Протеус, также участвующие в процессе гниения.

Среди психрофильных обитателей почвы можно назвать бактерии семейства Псевдомонас и др., которые могут размножаться при низких температурах. Много в почве также стафилококков и других бактерий.

Почва виноградников, садовых и огородных участков содержит много дрожжей. Они попадают в нее из опавших ягод, плодов и сахарсодержащих овощей. Под действием прямых солнечных лучей дрожжи на поверхности почвы высыхают, но под поверхностным слоем сохраняют жизнеспособность. Так, на глубине 50 см всегда встречаются живые клетки дрожжей, которые используют сахаристые вещества. После исчезновения сахара дрожжи переходят в неактивное состояние и способны выдержать длительное голодание, используя запасные питательные вещества клетки.

С наступлением времени созревания плодов и ягод в почве виноградников и садов вновь накапливаются активные дрожжи. Таким образом, в почве ежегодно повторяется чередование в развитии дрожжей. Биологическая роль таких дрожжей в природе состоит в том, что они препятствуют накоплению в почве сахара.

В зависимости от характера почв в них преобладают те или иные формы микроорганизмов. Количественный и видовой состав микрофлоры почвы меняется с глубиной: в верхних слоях преобладают микроорганизмы, разлагающие остатки растений и животных, в более глубоких — микроорганизмы, довольствующиеся незначительными количествами органических веществ. Микроорганизмы могут сохраняться в почве продолжительное время, особенно в высушенном состоянии и при низкой температуре. Споры некоторых микробов могут сохраняться в почве годами.

www.comodity.ru

Эпизоотология

При самом активном, широком участии микроорганизмов в природе, главным образом в почве и гидросфере, постоянно осуществляется два противоположных процесса: синтез из минеральных веществ сложных органических соединений и, наоборот, разложение органических веществ до минеральных. Единство этих противоположных процессов лежит в основе биологической роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе. Среди различных процессов превращения веществ в природе, в которых микроорганизмы принимают активное участие, важнейшее значение для осуществления жизни растений, животных и человека на Земле имеют круговорот азота, углерода, фосфора, серы, железа.
Важнейший элемент, входящий в состав белков, а следовательно, имеющий исключительное значение для жизни — это азот. В живых существах, населяющих планету, содержится примерно 15—20 млрд. т азота, в почвах (в 30-сантиметровом слое) на каждом гектаре имеется в среднем 5—15 т азота.
В круговороте азота в природе с участием микроорганизмов различают следующие этапы: усвоение атмосферного азота, аммонификацию, нитрификацию, денитрификацию.
Усвоение азота из атмосферного воздуха азотфиксирующими бактериями. Среди микробов, усваивающих атмосферный азот, различают две группы — свободноживущих и клубеньковых.
Свободноживущие азотфиксаторы живут и фиксируют азот в почве независимо от растений. Основные виды этих микробов: Azotobacter chroococcum, Cl. pasteurianum. Азотобактер на площади в 1 га в течение года фиксирует от 20 до 50 кг газообразного азота, повышая плодородие почвы. Наиболее интенсивно этот процесс идет при хорошей аэрации почвы.
Клубеньковые бактерии — активные фиксаторы атмосферного азота в симбиозе с бобовыми растениями. Наличие бактерий в клубеньках бобовых растений установлено М. Ворониным. В чистой культуре эти микробы выделены Бейеринком в 1888 г .

Аммонификация — это минерализация азотсодержащих органических веществ, протекающая под воздействием аммонифицирующих микробов, выделяющих протеолитические ферменты. Благодаря аммонификации представителей растительного и животного мира и их продуктов жизнедеятельности (мочевины, испражнений) почва обогащается азотом и другими соединениями. Одновременно с этим аммонифицирующие микробы выполняют огромную санитарную роль, очищая почву и гидросферу от разлагающегося органического субстрата. Среди представителей этой группы наибольшее значение имеют следующие микроорганизмы:

· спорообразующие аэробы — Вас. mesentericus (картофельная бацилла), Вас. megatherium (капустная бацилла), Вас. subtilis (сенная палочка), Вас. mycoides (грибовидная бацилла).

· не образующие спор аэробные аммонификаторы — это Е. coli, Proteus vulgaris, Ps. fluorescens.

· анаэробные спорообразующие аммонификаторы относятся Cl. putrificum, Cl. sporogenes.

Аммонификацию вызывают также актиномицеты и грибы, живущие в почве.

Нитрификация — следующий за аммонификацией этап превращения азота микроорганизмами. Этот процесс представляет собой окисление аммиака, образующегося при разложении органических азотсодержащих соединений.

Денитрификация , протекающая под воздействием микробов, представляет собой восстановление нитратов с образованием в качестве конечного продукта молекулярного азота, возвращающегося из почвы в атмосферу. Вызывается этот процесс денитрифицирующими бактериями. Наиболее распространенные из них в природе: Tiolacillus denitrifi-cans — палочка, не образующая спор, факультативный анаэроб; Ps. fluorescens — подвижная палочка, выделяет зеленоватый пигмент, быстро разлагает нитраты; Ps. aeruginosa — бактерия сходна с предыдущей; Ps. s tutzeri — небольшая палочка, образующая цепочки, разлагает нитраты в анаэробных условиях.

Роль микробов в круговороте углерода . Важнейшим органогеном, входящим в состав микробов, растений, животных, является углерод. В клеточном веществе этот элемент составляет около 50 % сухого вещества. Автотрофные микробы для превращения углекислоты, не имеющей энергетических свойств, в органические энергетические соединения нуждаются в тепловых источниках, которыми для них служит солнечная энергия или химическая энергия окисления минеральных веществ. Усвоение углерода с использованием солнечной энергии называется фотосинтезом, а с использованием химической энергии — хемосинтезом. Таким образом, автотрофные микробы, используя солнечную или химическую энергию, превращают углекислоту в органическое вещество. Основной процесс, возвращающий углекислоту в атмосферу, — разложение органических соединений под влиянием микроорганизмов. Этот процесс разложения органических соединений называется брожением. В природе существует много типов брожений, вызывающихся определенными видами микробов. Приведем только имеющие наибольшее значение для круговорота углерода.

Брожение клетчатки . В природе огромные запасы углерода сосредоточены в клетчатке (целлюлозе) растений. После их гибели идет разложение клетчатки с высвобождением углерода в виде углекислоты, возвращающейся в атмосферу. Различают анаэробное и аэробное брожение клетчатки.

Анаэробное брожение клетчатки. Возбудители брожения клетчатки были выделены в 1889 году и описаны как возбудители водородного и метанового брожения ( Cl . omelianskii , Cl . cellobioparum ). анаэробное брожение клетчатки происходит в два этапа:

· первый этап – осахаривание клетчатки;

· второй этап – разложение сахара в зависимости от типа брожения на спирты, молочную, масляную кислоты, углекислоту, водород, метан и др.

Водородное и метановое разложение клетчатки происходит в преджелудках рогатого скота при поедании большого количества зеленой массы бобовых, особенно повышенной влажности, что обусловливает развитие острой тимпании рубца.

Аэробное брожение клетчатки наиболее интенсивно происходит под влиянием следующих трех родов микроорганизмов, широко распространенных в природе: Cytophaga — подвижных длинных палочек с заостренными концами, Ce i virio — изогнутых длинных палочек, Ce t acicula — коротких палочек c заостренными концами. В аэробных условиях клетчатку разлагают также актиномицеты и плесневые грибы родов Aspergillus, Penicillium и др.

Целлюлозоразлагающие микроорганизмы выполняют огромную санитарную роль, разлагая клетчатку отмерших растений, благодаря чему в почве накапливается гумус, повышающий ее плодородие.
Брожение пектиновых веществ. Разрушение отмерших растений происходит при активном участии микроорганизмов, вызывающих брожение пектиновых межклеточных веществ, связывающих растительные клетки. При нагревании пектиновые вещества приобретают студневидную консистенцию (пектис — студень). Возбудители этого брожения — Cl. pectinovorum — спорообразующие подвижные крупные палочки. Большое практическое значение пектиновокислое брожение имеет при мочке волокнистых растений (льна, конопли). Целлюлозные волокна этих растений склеены с окружающими тканями пектином.
Спиртовое брожение вызывается дрожжевыми грибами, разлагающими сахара с образованием этилового спирта и углекислоты.

Дикие дрожжи широко распространены в природе, они живут на цветах, листьях и стеблях растений, особенно в большом количестве на плодах. Культурные дрожжи используются в хлебопечении. Кефир изготовляется также с участием дрожжей. Вся промышленность по изготовлению этилового спирта, различных вин, пива основана на деятельности дрожжей. В животноводстве применяются жидкие и сухие кормовые дрожжи, богатые белками, жиром и витаминами.
Saccharomyces cerevisiae — пекарские, хлебные дрожжи — представляют собой овальные клетки величиной 8—10 мкм. Эти дрожжи вызывают верховое брожение. Верховое брожение происходит с незначительным повышением температуры до 20…28 0 С. Через 5…7 суток верховое брожение заканчивается, а дрожжи образуют хлопья и оседают на дно. Дрожжи низового брожения ( S . vini ) развиваются в аанэробных условиях и при более низкой температуре (6…12 0 С), поэтому процесс протекает более медленно.

Молочнокислое брожение. Микробиологический характер этого процесса установил Л. Пастер. В результате молочнокислого брожения, главным образом сахара, а также многоатомные спирты и белки расщепляются до молочной кислоты.

В зависимости от того, какие продукты образуются при сбраживании глюкозы – только молочная кислота или также и другие органические продукты и СО₂ — молочнокислые бактерии подразделяют на гомоферментативные и гетероферментативные.

Гомоферментативное молочнокислое брожение .

К гомоферментативным молочнокислым бактериям относят кокковидные микроорганизмы рода Streptococcus ( Str . lactis , Str . cremoris , Str . thermophilus , Str . diacetilactis ) и палочковидные бактерии рода Lactobacterium ( Lact . bulgaricum, Lact . lactis , Lact . а cidophilus ), образующие в процессе брожения только одну молочную кислоту.

Гетероферментативное молочнокислое брожение.

Вызывается представителями родов Leuconostoc (сферические клетки, расположенные одиночно или попарно, факультативные анаэробы, грамположительны, неподвижны), Lactobacterium (небольшие грамположительные палочки) и Bifidobacterium (прямые разветвленные палочки, неподвижные, грамположительные анаэробы, постоянные обитатели кишечника человека и животных). Все молочнокислые бактерии являются антагонистами гнилостных микроорганизмов. Это явление обусловлено действием молочной кислоты, активно продуцируемой молочнокислыми бактериями, а также способностью продуцировать антибиотические вещества. На этом основано применение диетических молочнокислых продуктов для профилактики и лечения желудочно-кишечных заболеваний, вызванных гнилостными микробами у человека и новорожденных животных.

Уксуснокислое брожение — микробиологический процесс окисления этилового спирта в уксусную кислоту. Природу его впервые установил Л. Пастер, доказав ведущую роль в нем бактерий. Последние широко распространены в природе, их обнаруживают в почве, воздухе, на растениях, в жилых помещениях и на животноводческих фермах.
Род уксуснокислых бактерий — Acetobacter — представлен 11 видами, типичными представителями является А. aceti и A. pasteurianurn. Это неподвижные, короткие, бесспоровые, аэробные палочки, располагающиеся изолированно, но чаще длинными цепочками.
При длительном хранении пива, сухих (не крепленных спиртом) вин на их поверхности А. aceti образует морщинистую пленку. Она состоит из трех наиболее распространенных в природе уксуснокислых бактерий — Acetobacter aceti, A. pasteurianurn и A. kutringianurn. В промышленности микроорганизмы рода Acetobacter используют для производства пищевого уксуса из вина и спирта. Уксуснокислое брожение имеет важное практическое значение при силосовании кормов.

Маслянокислое брожение вызывается маслянокислыми микроорганизмами, разлагающими углеводы с образованием масляной кислоты.

Возбудители маслянокислого брожения в большинстве анаэробы, они широко распространены в природе, их обнаруживают в почве, воде, воздухе, на растениях, продуктах питания и кормах. Одновременно с углеводами они разлагают жиры и белки, при этом вначале образуются промежуточные продукты — пировиноградная кислота, уксусный альдегид, затем масляная кислота и побочные продукты — ацетон, бутиловый спирт, углекислота, водород. Маслянокислое брожение вызывает около 25 видов микроорганизмов.

Основные из них: Cl. pasteurianum, Cl. pectinovorum, Cl. felsineum. Это подвижные крупные палочки с закругленными концами, образуют споры, приобретая характерную веретенообразную форму. В цитоплазме этих микробов содержится гликоген и гранулеза, поэтому они хорошо окрашиваются раствором йода в синий и бурый цвет. Споры микробов весьма устойчивы к теплу и могут переносить стерилизацию при температуре 120 o С, оставаясь живыми, например, в мясных и рыбных консервах. Размножаясь в консервах, они образуют газы, вызывающие вздутие банок (бомбаж). Одновременно в этих продуктах накапливаются и ядовитые вещества. Поэтому консервы с бомбажем в пищу непригодны.

Маслянокислое брожение нередко является причиной прогоркания семян подсолнечника, сои, прогоркание растительных масел и жиров животного происхождения. При накапливании в силосе масляной кислоты в количестве 0,3—0,4 % он плохо поедается животными. Маслянокислые микробы участвуют в самосогревании влажного зерна, сена.

Превращение микроорганизмами фосфора, железа и серы. Фосфор входит в состав белков и липоидов. Особенно много его в ядрах клеток, головном мозге человека и животных. Микроорганизмы, участвующие в превращении фосфора, живут в почве, воде. Их роль сводится к двум процессам: минерализации фосфора, входящего в состав органических веществ, и превращению фосфорнокислых солей из слаборастворимых в хорошо растворимые. Минерализацию фосфора вызывают гнилостные бактерии, в частности Вас. megatherium. Образующаяся при этом фосфорная кислота связывается со щелочами почвы и превращается в слаборастворимые соли кальция, железа, магния и, следовательно, малодоступные для растений. В дальнейшем под действием почвенных кислотообразующих бактерий, особенно нитрифицирующих, эти соли превращаются в растворимые соединения фосфорной кислоты, доступные для растений.

Железо входит в состав белка гемоглобина, содержащегося в эритроцитах, и дыхательных ферментов (цитохромов). Этим объясняется его важная роль в процессе дыхания человека и животных. В природе железо входит в состав многих органических и минеральных соединений в виде нерастворимого окисного Fe 3+ и растворимого закисного Fe 2+ . Перевод железа из одной формы в другую осуществляется железобактериями.

Основные представители железобактерий — нитчатые бактерии родов Crenot h rix, Leptothrix . Железобактерии являются аэробами и обитают в водоемах, в процессе их Деятельности образуется окись железа. После отмирания бактерий образуется болотная и озерная железная руда, залегающая островами в десятки и сотни квадратных метров. Железобактериям принадлежит важная роль в образовании железомарганцевых отложений в природе.

В состав белка растительного и животного происхождения входит и сера, этим объясняется важность этого элемента в круговороте веществ. Бактерии, усваивающие соединения серы, называют серобактериями. Живут они в почве, воде, навозе. При разложении в почве органических серосодержащих веществ, а также при восстановлении солей серной, сернистой и серноватистой кислот образуется сероводород, ядовитый для растений и животных. Этот газ превращается в безвредные, доступные для растений соединения серобактериями. Серобактерии подразделяют на нитчатые ( Beggiatoa , Thiothix ), тионовые ( Thiobaccilus ), фотосинтезирующие пурпурные и зеленые. Нитчатые бактерии представляют собой длинные нити, состоящие из множества клеток, являются аэробами, способны окислять сероводород до серной кислоты. Тионовые бактерии – это подвижные, не образующие спор грамотрицательные палочки, способные окислять серу и ее соединения. Фотосинтезирующие серобактерии имеют различные морфологические формы (кокки, палочки, спириллы), являются строгими анаэробами и развиваются на свету в среде с сероводородом или тиосульфитом натрия.

moodle.ggau.by