Размещено на http://www.allbest.ru/

13. Рост и размножение прокариот, фазы роста и развития бактерий на питательной среде. Представить график

Прокариоты обычно размножаются бесполым путём - бинарным делением. В начале деления клетка удлиняется, затем делится нуклеоид. Воспроизведение нуклеоида, содержащего всю генетическую информацию, необходимую для жизнедеятельности микроорганизма, - наиболее важный из всех процессов, которые происходят при росте клетки. Дальше осуществляется репликация ДНК ферментами ДНК-полимеразами.

После завершения репликации ДНК начинается сложный комплекс процессов, которые ведут к образованию межклеточной перегородки. На последней стадии деления дочернии клетки отделяются друг от друга. Процесс деления у некоторых бактерий идёт не до конца, в результате образуются цепочки клеток.

Спирохеты, риккетсии, некоторые дрожжи и грибы, простейшие и другие организмы размножаются поперечным делением клеток.

Миксобактерии делятся перетяжкой.

Цикл развития бактерий состоит из нескольких фаз:

Размножение бактериальной популяции в периодической культуре описывается S-образной кривой роста, которая выражает зависимость числа клеток от продолжительности роста культуры. При развитии популяции на жидкой питательной среде в условиях периодической культуры выделяют четыре основные фазы роста, последовательно сменяющих друг друга (рис.):

лаг-фаза;

фаза логарифмического роста;

фаза стационарного роста;

фаза отмирания.

Рис. Кривая роста периодической культуры бактерий

Лаг-фаза (от англ. lag - запаздывание) - период между посевом бактерий и началом размножения. Клетки приспосабливаются к новым условиям среды. Приспособление выражается в синтезе индуцибельных (адаптивных) ферментов, нуклеиновых кислот, белков. Этот период характеризуется интенсивной метаболической активностью, увеличением размеров клеток, которые готовятся к делению. Длительность фазы зависит от состава среды, на которой раньше выращивалась культура и на которую произведен посев. Чем полноценнее среда, тем короче лаг-фаза. На продолжительность фазы оказывает влияние количество и возраст засеваемых клеток. Чем старше культура и чем меньше взято клеток для посева, тем длительнее эта фаза.

Потребление субстрата сопровождается увеличением бактериальной массы - биомассы. Прирост биомассы называется урожаем. Урожай клеток отражает интенсивность развития культуры. Важным показателем, характеризующим эффективность использования субстрата или продуктивность культуры в конкретных условиях среды, является экономический коэффициент:

где Y - экономический коэффициент;

Х - количество выросшей биомассы, г;

S₁ - количество потребленного субстрата, г.

Количество потребленного субстрата определяется как разность между исходной S₀ и его остаточной S концентрацией:

S₁ = S₀ - S.

Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом интенсивного деления бактерий. Нарастание клеток идет в геометрической прогрессии: скорость размножения постоянная; продолжительность генерации, т.е. время между двумя последовательными делениями клетки, минимальная. Однако, даже в этой фазе происходит отмирание около 20 % клеток. Продолжительность фазы логарифмического роста около 5 - 6 часов. Продолжительность скорости размножения в этот период различна у разных организмов: например, у E. coli - 20-30 мин., у азотобактера - 70-80 мин., у клубеньковых бактерий - до 90 мин. Рост культуры в экспоненциальной фазе является сбалансированным, т.к. все компоненты клетки синтезируются в одинаковой степени. Однако рост является сбалансированным в течение очень короткого интервала времени. В процессе роста культуры происходит изменение состава питательной среды: питательные вещества потребляются, а ненужные продукты метаболизма накапливаются. Реакцией клетки на изменения качества среды является изменение интенсивности синтеза РНК, белка, полисахаридов и других необходимых компонентов.

Стационарная фаза. Качественные изменения среды являются основной причиной замедления роста культуры. В этот период число жизнеспособных клеток в популяции перестает увеличиваться, хотя многие из них находятся в стадии активного деления. Количество вновь появляющихся и переходящих в стадию покоя клеток приблизительно равно. На протяжении всей фазы численность популяции не изменяется. У разных видов она наступает через различные промежутки времени: у E. coli через 24 ч, у азотобактера через 72 ч. Количество клеток в стационарной фазе достигает максимума, размеры их становятся близкими к размерам клеток исходного посевного материала.

Фаза отмирания. В этой фазе гибель микроорганизмов превышает скорость их размножения. Отмечаются морфологические и физиологические изменения клеток, появляются инволюционные формы. Отмирание бактерий в культуре происходит под влиянием различных причин: истощения питательной среды, накопления в среде вредных продуктов метаболизма, изменения физико-химических свойств среды в неблагоприятную сторону, «естественного старения» клеток. Некоторая часть клеток гибнет под действием собственных ферментов. Основную роль при этом играют протеолитические ферменты. Они вызывают разрушение белковых веществ в клетке, что приводит ее к гибели. Решающим фактором в этом процессе является накопление в стационарных культурах продуктов метаболизма. Продолжительность фазы колеблется от 10 ч до нескольких недель.

Таким образом, цикл развития периодической культуры сложный. Действующие на клетку факторы очень многочисленны и меняются по ходу развития культуры. Вначале культура страдает от высокой концентрации питательных веществ в свежей среде, через некоторое время культура начинает развиваться с возрастающей скоростью, достигая ее максимального уровня. Затем постепенно сказывается исчерпание элементов питания и отравление продуктами метаболизма, развитие культуры замедляется и в конце концов прекращается совсем.

47. Мобилизация и иммобилизация азота. Методы регулирования трансформации азотных соединений в почве

Помимо биологической денитрификации, газообразные потери азота из почвы обусловлены также косвенной денитрификацией, или хемоденитрификацией, т. е. восстановлением нитратов, образующихся в ходе нитрификации и биологической денитрификации, в результате ряда химических реакций.

Микроорганизмам отводится в ней косвенная роль. Их участие ограничивается разложением органического азотистого вещества до аминокислот, аммиака и азотистой кислоты. Вступая между собой в реакцию, эти соединения восстанавливают свой азот до молекулярного.

К образованию приводит также химическое взаимодействие таких промежуточных продуктов окисления при нитрификации, как гидроксиламин и азотистая кислота.

Восстановление нитратов до NO, N2O и N2 возможно и при реакции их с почвенным органическим веществом, сохраняющим фенольные и хинонные группы, и при взаимодействии с ионами некоторых тяжелых металлов.

Кроме того, азотистая кислота очень нестойка, при кислой реакции (рН ниже 5) она легко разлагается с образованием азотной кислоты и окиси азота (NО), а последняя может улетучиваться из почвы.

В почве одновременно с минерализацией органического азота содержащего вещества, нитрификацией и денитрификацией происходят и вторичные процессы синтеза, когда минеральные соединения азота вновь переходят в органические, неусвояемые для растений. Эти процессы иммобилизации носят биологический характер. Микроорганизмы строят белок своих тел, используя углеводы и азот. В качестве азотной пищи им необходимы в первую очередь минеральные соединения азота почвы (или внесенных в нее азотных удобрений), которые они переводят в белок плазмы микробных клеток.

В результате биологического синтеза в почве азот не теряется, как в случае вымывания нитратов или денитрификации; он лишь переходит в недоступные растениям сложна органические вещества. При отмирании и последующем разложении микроорганизмов белковый азот их тел частично снова освобождается в минеральной форме, а часть его в процессе гумификации микробного белка включается в состав образующихся в почве гумусовых веществ и на более длительный срок переходит в неусвояемую форму. Процессы мобилизации и иммобилизации азота протекают в почве одновременно, интенсивность их, соотношение менаду ними в значительной степени определяют азотный режим почвы и условия азотного питания растений.

В нашей стране разработан комплекс агрохимических приемов, направленных на повышение эффективности азотных удобрений. Важнейшие условия, способствующие повышению эффективности азотных удобрений, следующие.

1. Строгое соблюдение агрономической технологии использо­вания азотных удобрений с учетом доз, форм, сроков и способов их внесения.

2. Правильное соотношение азота с другими макро- и микро­элементами в зависимости от плодородия почвы и биологических требований культуры.

3. Совершенствование методов оптимизации азотного питания сельскохозяйственных культур в процессе всей вегетации растения.

При этом необходимо учитывать прямое действие удобрений как источника питания растений этим элементом и косвенное, связанное с мобилизацией дополнительного «экстраазота» вследствие активизации процессов минерализации органического вещества почвы. Это имеет важное значение, так как к количеству минерального азота почвы и азота минерального удобрения добавляется «экстраазот»,

который трудно учесть существующими методами. Поэтому может создаваться избыток азота в почве, приводящий к полеганию хлебов, ухудшению качества продукции, загрязнению природных вод нитратами и т.д.

4. Использование ингибиторов нитрификации. Хотя этот прием и временный, на этапе разработки комплексных мер повышения эффективности азотных удобрений ингибирование нитрификации может сыграть существенную роль, особенно в предотвращении его потерь.

5. Совершенствование форм азотных удобрений в плане пролонгирования их действий. По-видимому, важно совершенствовать технологию производства мочевино-формальдегидных форм (МФУ) и различных видов капсулированных азотных удобрений. Актуальны исследования по синтезу новых видов и форм минеральных

удобрений с постепенным переходом питательных веществ удобрений в почвенный раствор в процессе вегетации растений. Это позволит повысить коэффициент продуктивного их использования и снизить потери питательных элементов в окружающую среду.

6. Проведение периодического известкования в севообороте при систематическом применении азотных удобрений на кислых почвах, особенно дерново-подзолистого типа. Это объясняется тем, что азотные удобрения усиливают кислотность почвы, что отрицательно влияет на рост и развитие растений. Снижается коэффициент использования азота сельскохозяйственными культурами и соответственно возрастают его потери.

Применение комплекса агротехнических приемов, направленных на регулирование процессов мобилизации и иммобилизации азота в почве и в процессе гумификации. Минерализация азота почвы при внесении азотных удобрений зависит от многих факторов: 1) от степени окультуренности дерново-подзолистых почв (на хорошо окультуренных почвах больше «молодых», т.е. легкогидролизуемых, гумусовых соединений); 2) интенсивной деятельности почвенных микроорганизмов; 3) увеличения поглотительной деятельности корневой системы удобренных растений; 4) форм азотного удобрения (аммиачные формы способствуют большему усвоению азота почвы по сравнению с нитратными); 5) известкования, которое значительно увеличивает мобилизацию и усвоение растениями азота почвы; 6) внесения навоза, с которым в почву поступает дополнительное количество микрофлоры, активно минерализующей органический азот почвы.

Нитратная и аммонийная формы азота могут быть иммобилизованы в результате взаимодействия с почвенным органическим веществом, потребления почвенными микроорганизмами, фиксации глинистыми минералами аммонийной формы азота. Иммобилизации подвергается 20-60% внесенного азота, размер ее зависит от: 1) форм и доз азотных удобрений (из амидных и аммиачных форм удобрений обычно закрепляется в 1,5-2 раза больше, чем из нитратных; с повышением дозы азота удобрений абсолютное количество иммобилизованного азота возрастет, а относительное - процент от внесенного - снижается); 2) количества закрепленного азота (в высоко-гумусных почвах содержание азота всегда выше, чем в мало-гумусных); 3) количества энергетического материала, который сов­местно с минеральными удобрениями увеличивает иммобилизацию азота удобрений за счет образования трудногидролизуемых соединений; 4) от отношения С: N в почве (чем шире отношение, тем больше иммобилизуется азота).

63. Влияние механического состава на деятельность почвенных микроорганизмов

Основная масса почвенных микроорганизмов (90-99%) связана с твёрдой фазой почвы, и только незначительная доля их находится в почвенном растворе. Это объясняется особенностью твёрдых частиц почвы удерживать (адсорбировать) клетки микроорганизмов.

Работами Н.Н. Худякова и его учеников было показано, что микроорганизмы активно поглощаются частицами почвы.

В крупных почвенных агрегатах находится значительно больше микроорганизмов, чем в мелких. Д.Г. Звягинцев объясняет это не только величиной агрегатов, но и большим содержанием в них органических веществ, что обусловливает размножение микроорганизмов.

В почвенном растворе имеются питательные вещества для микроорганизмов, что способствует размножению микробов не только на поверхности твёрдых частиц, но и в водной фазе почвы. На распределение микроорганизмов в твёрдой и водной фазах почвы значительно влияют растительные остатки, обогащаюшиепочвеный раствор органическими соединениями.

Для некоторых групп микроорганизмов источником питания могут служить гумусовые соединения, а также продукты их распада.

Для каждого типа почвы характерен свой профиль. У одних почв гумусовый слой невелик, у других он очень мощный. От этого зависит глубина распространения микроорганизмов в почве.

98. Заполнение предложенных в методических указаниях таблиц и рисунков

К плесневым грибам относятся мукоровые грибы, аспергиллы и пенициллы. Мукоровые грибы имеют одноклеточный мицелий, от которого отходит плодоносящая нить спорангиеносец, заканчивающийся спорангием с эндоспорами. Аспергиллы имеют септированный (многоклеточный) мицелий, конидиеносец и конидии, несущие эктоспоры. У пенициллов от многоклеточного мицелия отходит конидиеносец, несущийэктоспоры на конидиях, собранных в кисточки.

Плесени и органы плодоношения плесневых грибов :

Рис.1 (плесневые грибы)

1- пенициллиум; 2 - аспергиллус; 3- мукор

прокариот бактерия азот почва

Вегетативное тело большинства грибов состоит измицелии, или грибницы. Мицелий образуется из переплетающихся между собой тонких, ветвящихся нитей, так называемых гиф. Отдельная гифа имеет оболочку, протоплазму и вполне дифференцированное ядро; встречаются и многоядерные гифы. Кроме ядра, в протоплазме находятся различные включения - гранулы валютина, капли жира, гликоген и др. Мицелий у грибов может быть одноклеточным и многоклеточным, поделенный поперечными перегородками (септированный).

Зеленые плесени вызывают различные грибы, но чаще всего грибы рода триходерма. Зеленый цвет колониям гриба придают споры. Бесполая форма триходермы образует зеленые конидиоспоры. Половая форма триходермы формирует белую или коричневую строму, которая дает сумчатое спороношения в асках с аско-спорами.

Кокки подразделяют на парные кокки - диплококки; кокки, образующие квадраты, - тетракокки; кокки, расположенные цепочкой, - стрептококки; кокки, образующие скопления, близкие по форме к гроздьям винограда, - стафилококки; группирующиеся «этажами», - сарцины. Палочковидные бактерии имеют строго цилиндрическую форму, концы палочек могут быть ровными, закругленными, заостренными. Спиралевидные, извитые формы бактерий подразделяют на виброны и спириллы, спирохеты. Изогнутость тел вибронов не превышает одной четверти оборота спирали. Спириллы образуют изгибы из одного или нескольких оборотов. Нитчатые бактерии, образуют длинные нити.

Рис 2 Формы бактерии шаровидные 1 -- монококки; 2 -- стрептококки; 3 -диплококки, тетракокки; 4 -стафилококки; 5 -- сарцины, 6 -- палочковидные бактерии, 7 -- бациллы, 8 - вибрионы, 9 --извитые, 10 -- спириллы, 11 -спирохеты, 12 - нитчатые.

Рис.3 .Внутренняя структура бактериальной клетки

Расположение спор у бактерий.

Величина и расположение спор у бактерий различны: у одних видов бактерий они развиваются в центре, не превышая размер клетки (центральный тип спорообразования, или бациллярный); у других вздувается шарообразно центр или конец клетки, а бактерии имеют вид веретена или барабанной палочки (центральный и полюсной плектридиальный типы). Споры образуются в основном в момент действия различных неблагоприятных условий на бактериальную клетку, например при высыхании, избытке кислорода (у анаэробов), высоких температур и т. д. Как только спора попадает в благоприятную среду, а таковой могут быть прежде всего влага, тепло и даже незначительное количество питательного субстрата, она начинает прорастать.