Микрофлора снежного покрова г. Кирова

Министерство образования и науки Российской Федерации Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Вятский Государственный Гуманитарный университет»

Химический факультет

Кафедра экологии

 

 

КУРСОВАЯ РАБОТА

Микрофлора снежного покрова г. Кирова

 

 

Выполнила

Студентка 2 курса, группы ЭПБ-21

Мельчакова  А.Н

                                                                              

                                                                                           Научный руководитель:

профессор кафедры экологии, д.б.н.

Широких А.А

________________/подпись/

 

 

 

 

КИРОВ  2014

СОДЕРЖАНИЕ

1	ВВЕДЕНИЕ
2	Прокариоты в окружающей среде
2.1.	Макросистематика бактерий
2.2.	Экологические ниши бактерий
2.2.1.	Почвенные бактерии
2.2.2.	Бактерии – обитатели водоёмов
2.2.3.	Бактерии в городской среде
2.3.	Патогенные и условно-патогенные бактерии
3	Материалы и методы
3.1	Объекты исследования
3.2	Метод исследования
3.3
3.	Результаты  исследования
4.	Заключение
5.	Литература

 

1. Введение.

В последнее время стало актуальным исследование городской микрофлоры, что связано с усиливающимся распространением микозов человека и животных, вызванных ослаблением иммунитета человека и адаптивными изменениями микрофлоры, повышающих их агрессивность и возбудимость. Бактериальная аэромикрофлора городской среды в России мало изучена. В связи с этим изучение количественного и качественного состава микроорганизмов городской среды представляет интерес с точки зрения установления его количественного состава, источников  поступления в воздушную среду, выяснения влияния уровня загрязнения городской среды на ее состояние. Ранее микробиологические свойства городской среды, в основном, изучались с точки зрения присутствия в их составе санитарно-опасных микроорганизмов. В ходе урбанизации формируется особый состав микробоценоза, резко отличающийся от такового в естественных экосистемах. Кроме того, происходит его постоянное изменение под действием как природных характеристик среды, так и антропогенных нагрузок города. Долгие исследования качества воздуха и снега свидетельствуют о высоком химическом и биологическом загрязнении окружающей среды городов. Зафиксировано, что с выпадением снежных осадков количество микроорганизмов снижается. Накануне снеготаяния в снежных массах диагностируется аномально высокое скопление микробоценозов. Наибольший уровень загрязнения фиксируется вблизи автотрасс, железнодорожных магистралей и промышленных предприятий. Основными источниками загрязнения атмосферы в городах являются предприятия топливного комплекса, химической и нефтехимической, машиностроительной, деревообрабатывающей, легкой и пищевой отраслей промышленности. Автомобильный транспорт вносит большой вклад в загрязнение атмосферы. Все это свидетельствует об увеличивающейся антропогенной нагрузке на город. В этой связи актуальным является исследования изменений микробоценозов экосистем промышленных территорий. Целью данной работы является оценка экологического состояния окружающей среды на основе микробиологического состава снегового покрова территории г. Кирова. Сразу провести все необходимые измерения, пробы и анализы не считается разумным, не изучив предварительно всю необходимую теоритическую информацию, касающуюся данного раздела микробиологии, и бактериологии в частности.

 

2. Прокариоты в окружающей среде

 Прокариоты (лат. Procaryota, от др.-греч. προ «перед» и κάρυον «ядро»), или доядерные — одноклеточные живые организмы, не обладающие (в отличие от эукариот) оформленным клеточным ядром и другими внутренними мембранными органоидами (за исключением плоских цистерн у фотосинтезирующих видов, например, у цианобактерий). Единственная крупная кольцевая (у некоторых видов — линейная) двухцепочечная молекула ДНК, в которой содержится основная часть генетического материала клетки (так называемый нуклеоид) не образует комплекса с белками-гистонами (так называемогохроматина). К прокариотам относятся бактерии, в том числе цианобактерии (сине-зелёные водоросли), и археи. Потомками прокариотических клеток являются органеллы эукариотических клеток — митохондрии и пластиды.

Прокариоты значительно крупнее вирусов (в среднем 0,5—5 мкм), впрочем, самые мелкие из них могут быть мельче вируса оспы. Самые крупные бактерии можно увидеть невооруженным глазом в виде точек и палочек, но это исключения. Обычно прокариотические клетки рассматривают под оптическим микроскопом. Впервые бактерии заметил в конце XVII в. голландский натуралист А. ван Левенгук в простейший микроскоп — лупу из одной крошечной каплевидной линзы. Прокариотическая клетка обычно покрыта оболочкой (клеточной стенкой), как клетка растения. Но состоит эта упругая, как автомобильная шина, оболочка не из целлюлозы, а из близкого к ней вещества муреина. Некоторые бактерии (те же микоплазмы) потеряли оболочку вторично.

Многие бактерии имеют жгутики. Вращаясь со скоростью 3000 об/мин, они тянут за собой клетку. Скорость движения может быть велика, например вибрион холеры может смещаться на 3 тыс. длин своего тела в одну минуту. Жгутиков может быть до нескольких десятков. Другие микроорганизмы могут двигаться, изменяя форму клетки, например змеевидно ползая по твердой поверхности. 
Основные формы клеток прокариот показаны на рисунке 12. Они довольно просты: шарики (кокки), иногда объединенные по два (двойные кокки, диплококки), образующие цепочки (стрептококки, например возбудитель ангины) или склеенные в некое подобие виноградной грозди (стафилококки, от греч. «стафилус» — виноград), склеенные по четыре (сарцины), палочки (бациллы), искривленные палочки (вибрионы) и штопоро- образные (спириллы). Куда реже встречаются ветвящиеся формы клеток. Простота формы делает невозможным точное определение прокариот по внешнему виду. Наоборот, физиология их настолько разнообразна, что микробиологи в описании нового вида или разновидности обязательно указывают, в чем нуждается микроорганизм и какие продукты производит, т. е. основные характеристики обмена с окружающей средой.

Рис. 12. Форма клеток бактерий

Размножение прокариот.

Размножаются прокариоты чаще всего простыми делениями клетки. Реже встречается почкование, когда отпочковывающаяся молодая клетка много мельче материнской. Разделившиеся клетки часто остаются вместе, образуя нити, а иногда и более сложные структуры.

В благоприятных условиях прокариоты растут очень быстро, по геометрической прогрессии. Например, обычная бактерия кишечная палочка, проживающая в наших кишечниках, за 20 мин удваивает численность, за 40 — учетверяет, и скоро численность достигает многих миллионов клеток на миллилитр. Рост бактерий в ограниченном объеме показан на рисунке 13. На нем видно, что, захватив все ресурсы, популяция бактерий останавливает рост. Далее численность их может снижаться из-за отравления продуктами своего же обмена. В проточной среде скорость роста постоянна и зависит от температуры и количества пищи. Поэтому в профильтрованной через почву ключевой воде бактерий нет — они не успевают размножиться до того, как их выносит за пределы источника. В неблагоприятных условиях некоторые бактерии образуют споры — покоящиеся стадии, покрытые прочной оболочкой. В виде спор они выносят высокую, порой выше 100° С температуру и остаются жизнеспособными многие годы (споры сибирской язвы в почве—десятки лет). Наоборот, растущие, делящиеся клетки большинства прокариот погибают уже при 80° С. Есть, однако, и любители высокой температуры — термофилы, живущие в горячих источниках. Микробиологи часто выращивают бактерии на поверхности твердой среды — мясном отваре с желатином или агаром (тем самым веществом, из которого делают мармелад). Клетка, попавшая на поверхность этого питательного студня, начинает делиться и образует колонию (пятно определенной формы и цвета), в которой все клетки — потомки одной, первоначальной. Это очень распространенный прием получения чистой линии микробов.

Образ жизни прокариот.

Хотя микроорганизмы незаметны в природе, они распространены в огромных количествах везде, особенно в почве. Фактически весь облик Земли создан ими. Питаться они могут практически всем, исключая созданные человеком пластмассы, стиральные порошки и яды вроде ДДТ. Все прочее может усваиваться всевозможными бактериями. Известно, что зеленые растения могут расти и размножаться, создавая органические вещества из минеральных солей, воды и углекислого газа, используя при этом энергию солнечных лучей. Животные не способны делать это и питаются органическим веществом, созданным растениями или другими животными. Энергию, необходимую для синтеза своей органики, они получают через окисление пищи кислородом воздуха. Поэтому растения называют автотрофами (самопитающимися), а животных — гетеротрофами (разнопитающимися). К микроорганизмам такое деление не подходит — слишком разнообразны их типы питания. Их характеризуют по природе источников трех необходимых компонент жизни: энергии, углерода и водорода. Водород, строго говоря, нужен не сам по себе, а как источник электронов, поэтому он может быть заменен другими соединениями и элементами, легко отдающими электроны.

Рис. 13. Рост бактериальной культуры: вверху — в геометрической прогрессии растет численность бактерий в свежей среде; внизу — кривая роста в ограниченном пространстве (в лагфазе клетки готовятся к делению)

По источнику энергии различают две категории организмов: фототрофы (использующие солнечный свет) и хемотрофы (использующие энергию химических связей в питательных веществах). По источнику углерода выделяют автотрофы (СО2) и гетеротрофы (органическое вещество). Наконец, по источнику водорода (электронов) различают органотрофы (потребляющие органику) и литотрофы (потребляющие производные литосферы) - это могут быть  NH3, H2S, S, СО, Fe2+ и т. д. 
У прокариот есть еще одно замечательное свойство, которого лишены все высшие организмы. Хотя азот (N2) по-гречески означает «безжизненный», он необходим для жизни, потому что входит в состав основных ее слагающих — белков и нуклеиновых кислот. Но усваивать атмосферный азот ни растения, ни животные не в состоянии. Это могут делать только некоторые прокариоты, сначала восстанавливая его до аммиака (NH3), а затем превращая в нитриты (NO2) и нитраты (NО3). До развития химической промышленности все мы жили за счет бактерий. Этот процесс идет в бескислородной среде, поэтому связывающие азот микроорганизмы выработали специальные устройства для защиты его от кислорода.  

2.1. Макросистематика бактерий

2.1.1.  Бактерии – фототрофы

Многие бактерии используют свет,  как источник энергии. Все они окрашены в красный, оранжевый, зеленый или сине-зеленый  цвет; ведь для того, чтобы свет произвел какую-либо работу,  он должен быть поглощен красителем – пигментом. У бактерий это разнообразные хлорофиллы и каротиноиды.

Пурпурные серные бактерии получают водород (электроны) из сероводорода (H2S),  окисляя его  до  серы  и  сульфатов.  Пурпурные несерные бактерии получают его из растворенных органических веществ.

Земные бактерии также могут усваивать  H2S, молекулярный водород и органику. Большинство из них могут связывать молекулярный азот. Обитают они, чаще всего, в водоемах на  поверхности ила,  некоторые в горячих источниках.

Особенность бактериального фотосинтеза в том,  что при нем выделяется свободный кислород (О2).  Такой фотосинтез называют аноксигенным (бескислородным).

Совсем по другому используют энергию солнечного излучения цианобактерии ( их неточно называли сине-зелеными водорослями). Они расщепляют воду и используют водород,  а молекулярный кислород выделяется в атмосферу. Полагают, что именно цианобактерии со своим оксигенным фотосинтезом сделали  атмосферу нашей планеты кислородной.

Цианобактерии  устойчивые к бытовому и промышленному загрязнению, вызывают «цветение» и порчу в водоемах, озерах, водохранилищах. Они могут жить и на прибрежных камнях и скалах, в горах и пустынях  (им достаточно росы),  в горячих источниках.

Но неприятности, порой причиняемые цианобактериями, можно «простить», и не  только за то, что они когда-то сделали атмосферу Земли пригодной для нашего дыхания, выделяя свободный кислород.

Эти организмы активно связывают атмосферный азот, обеспечивая урожай рисовых полей и продуктивность всех других водоемов. 

2.1.2.  Бактерии – хемоавтотрофы

Многие бактерии получают энергию используя неорганические вещества: аммиак, нитриты, соединение серы, двухвалентное железо и ионы других металлов. Источником углерода для них является углекислый газ.  К ним  относятся бактерии, превращающие аммиак в нитриты – в нитраты. Другие бактерии получают энергию для своего роста, окисляя соединения серы:

Н2S → S → SO32- → SO42-

Так как сера и сероводород  часто встречаются в горячих вулканических источниках, эти бактерии там обычны. Металлурги древности, в том числе и на Руси,  высоко ценили железные болотные руды, залегавшие в болотах. Из них на древесном угле получалось высококачественное, чистейшее железо. Эти руды создают бактерии, окисляя двухвалентное железо до трехвалентного:

Fe2+ →  Fe3+   .

Некоторые из железобактерий могут окислять и серу, перерабатывая растворимые сульфаты не только сульфиды  железа, но и других металлов. Сейчас такие бактерии помогают металлургам, выщелачивая из бедных руд, цинк, сурьму, никель, марганец, молибден и уран. Проще всего через толстый слой измельченной породы пропускать воду с бактериями и собирать вытекающую воду с сульфатами соответствующих металлов. Все другие способы здесь оказываются  экономически не выгодными. 

2.1.3. Бактерии – органотрофы

Теперь перейдем к бактериям, потребляющим органическое вещество. Еще в прошлом веке великий французский химик и микробиолог Л.Пастер понял, что без микроорганизмов гниение и брожение  превращающих органику в неорганические соединения NH3,  H2S,  CO2,  H2O жизнь на Земле стала бы невозможной. Именно они замыкают круговорот биогенных веществ на нашей планете, поставляя зеленым растениям – фитотрофам необходимое «сырье».  «Не по зубам» микроорганизмам только созданные человеком пластмассы, стиральные порошки и яды. Поэтому, они накапливаются в окружающей нас среде  и уже начинают угрожать существованию самого человека.

Из микроорганизмов – органотрофов, чаще всего, люди применяют в своей практике бактерии, использующие как источник энергии реакцию брожения.Эти процессы идут без участия кислорода  микроорганизмы, не нуждающиеся в Н2О, называют анаэробами.