Контрольная работа по дисциплине «Микробиология»

Потеря газов, несущих запас энергии, невыгодна для экосистемы, и обычно такие газы должны использоваться в ней полностью или почти полностью. Например, метан во многих случаях выделяется в таких малых концентрациях, при которых он уже не может улавливаться микроорганизмами и обеспечивать их жизнедеятельность.

Содержание воздуха в почве зависит от ее структуры и влажности. Газовый состав почвенного воздуха существенно отличается от атмосферного. В нем содержится значительно больше CO2 — от 0,1 до 1,5% (в атмосфере 0,03% CO2) и относительно меньше кислорода — от 2 до 16% (в атмосфере 21% O2). Содержание CO2 и O2 в почвенном воздухе определяет соотношение аэробных и анаэробных форм микроорганизмов в структуре микробоценоза.

 

 

4. Какую роль играет  почвенная влага для жизнедеятельности микроорганизмов?

Главная функция почвенного раствора заключается в переносе веществ и обеспечении микроорганизмов водой. Снабжение питательными веществами обычно проходит два этапа:

1) перенос питательных веществ  с почвенным раствором на твердую поверхность и концентрирование на ней,

2) использование адсорбированных веществ адгезированными микробными клетками.

 

 

№3. Метаболизм бактерий.

 

Цель: сделать описание всех типов метаболизма бактерий.

Используя учебную литературу и материал лекций заполнить таблицу:

По типам питания организмы могут быть разными. Главное — это источник энергии, донор водорода (электронов) и источник углерода для построения органического вещества:

1. источник энергии:

а) фототрофы — источник энергии свет,

б) хемотрофы — источник энергии химические вещества (органические или неорганические);

2. донор водорода (электронов):

а) органотрофы используют органические вещества;

б)литотрофы используют неорганические вещества — Н2О, Н2, NH3, H2S, S, СО, Fe2+;

3. источник углерода:

а) автотрофы используют СО2,

б) гетеротрофы используют органические вещества.

 

Название типа метаболизма	Краткая характеристика типа	Бактерии, осуществляющие данный тип метаболизма, их место и роль в природе
Хемолито-автотрофия	Источник энергии – энергия химических связей Донор электронов – неорганические вещества Источник углерода – углекислый газ	Группы, получившие свои названия соответственно природе окисляемых субстратов: Нитрифицирующие бактерии Водородные бактерии Серобактерии и тионовые бактерии (Thiobacillus. T. thioparus, T. denitrificans, T. ferrooxidans и др.)  Железобактерии микроорганизм Stibiobacter, окисляющий окислы трехвалентной сурьмы (Sb2O3) до пятивалентной (Sb2O5).
Хемолито-гетерофтрофия	Источник энергии – энергия химических связей Донор электронов – неорганические вещества Источник углерода – органические вещества.	некоторые сульфатредукторы – физиологическая группа бактерий, восстанавливающих сульфат до сероводорода в анаэробных условиях. (Desulfobacter, De–sulfococcus, Desulfosarcina, Desulfonema). В природе Б. с. обитают в сероводородном иле, где проходит анаэробный распад органики. Участвуют в формировании месторождений серы. Вызывая анаэробную коррозию железа, наносят существенный вред трубопроводному транспорту.
Хемооргано-гетеротрофия	Источник энергии – энергия химических связей Донор электронов – органические вещества Источник углерода – органические вещества.	род Bacillus, Pseudomonas, актиномицеты и грибы.
Хемооргано-автотрофия	Источник энергии – энергия химических связей Донор электронов – органические вещества Источник углерода – углекислый газ	факультативные метилотрофы, окисляющие муравьиную кислоту
Фотооргано-гетеротрофия	Источник энергии – энергия света Донор электронов – органические вещества Источник углерода – органические вещества	пурпурные и некоторые зеленые бактерии, галобактерии, некоторые цианобактерии
Фотооргано-автотрофия	Источник энергии – энергия света Донор электронов – органические вещества Источник углерода – углекислый газ	некоторые    пурпурные бактерии
Фотолито-гереротрофия	Источник энергии – энергия света Донор электронов – неогранические вещества Источник углерода – органические вещества	некоторые зеленые бактерии, гелиобактерии
Фотолито-автотрофия	Источник энергии – энергия света Донор электронов – неорганические вещества Источник углерода – углекислый газ	растения, цианобактерии, пурпурные и зеленые бактерии;

 

 

№4. Характеристика основных типов брожения.

Брожение – это форма диссимиляции, при которой богатые энергией органические вещества расщепляются с освобождением энергии до менее богатых энергией, но тоже органических веществ.

 

Тип брожения, общая формула	Конечные продукты, экологические условия	Названия родов и видов бактерий и грибов, осуществляющих этот тип	Значение результатов типа брожения в экосистемах
Спиртовое	этанол и СО2, еще в незначительном количестве сивушные масла и глицерин. Происходит в анаэробных и аэробных условиях	дрожжи из рода Saccharomyces, Torula и некоторые плесени, например Mucor	хлебопечение, получении спирта, пивоворение, виноделии, производство кваса и некоторых кисломолочных продуктов.
Молочнокислое	молочная кислота, а также ряд побочных продуктов – уксусная кислота, диоксид углерод, иногда этанол.	Возбудители гомоферментативного брожения: Streptococcus lactis, S. cremoris, S. Thermophilus; Pedioco-ccus damnosus;  Lactobacillus bulgaricus, L. acidophilus, L. Plantarum. Возбудители гетероферментативного брожения:  Lactobacillus brevis, Lactobacillus cellobiosus, Leuco-nostoc cremoris, L. Mesen-teroides. Возбудители бифидоброжения: Bifidobacterium bifidum	Молочеая кислота губительно действует на другие микробы, находящиеся в кислом молоке, а также на гнилостные микробы кишечника. Некоторые молочнокислые бактерии применяют для получения декстрана, полисахарида, который употребляют как кровезаменитель при потере крови, лечении шоковых состояний
Маслянокислое	масляная кислота, уксусная кислота, CO2 , Н2 и Н2О.  Безазотистые вещества разлагаются при отсутствии кислорода.	бактерии рода Clostridium  (Clostridium pectinovorum, Clostridium felsineum и др.)	применяется при технической обработке лубоволокнистых растений - льна, конопли канатника, джута, кенафы и др
Уксуснокислое	окисление этилового спирта в аэробных условиях до уксусной кислоты	Бактерии рода Acetobacter aceti, A. pasteurianum, А. огleanense, A. xylinum, A. schutzenbachii. Гриб (Mycoderma aceti)	Уксуснокислые бактерии могут образовывать до 10—14% уксусной кислоты и приводить к порче вина и пива

 

Контрольные вопросы:

1. Каковы общие признаки всех типов брожения?

Все типы брожения до образования пировиноградной кислоты идут с получением одних и тех же промежуточных продуктов и по одному и тому же пути — пути Эмбдена-Мейергофа-Парнаса. Дальнейшие превращения пировиноградной кислоты могут идти в разных направлениях, которые будут определяться специфическими особенностями данного микроорганизма и условиями среды. Конечными продуктами брожения могут быть молочная, уксусная, пропионовая, масляная кислоты, спирт, ароматические вещества, диоксид углерода и другие соединения. Всем истинным процессам брожения свойственно общее правило: восстановленная на первой стадии форма НАД+ (за счет окисления 3-фосфоглицеринового альдегида) снова окисляется на второй стадии, передавая водород любому акцептору. Это может быть пировиноградная кислота, ацетилфосфат, ацетальдегид, диацетил, ацетоин и т.д.

 

2. Какие этапы выделяют в молочнокислом брожении?

Анаэробный ферментативный процесс превращения простых сахаров в молочную кислоту. Состоит из двух этапов:

1) гликолиза, в ходе которого сахар окисляется до пировиноградной кислоты (две молекулы на каждую молекулу окисляемой гексозы) с попутным образованием двух молекул АТФ (4-2=2) и двух молекул восстановленного НАД (2НАДН+Н+).

2) восстановления пировиноградной  кислоты до молочной кислоты. При этом на восстановление каждой молекулы пирувата тратится одна молекула НАДН+Н+.

Таким образом, образующийся продукт (молочная кислота) по степени окисления не отличается от исходного, а весь энергетический выход процесса равен 2АТФ на молекулу простого сахара. 

 

3. Какова основная  отличительная черта организмов  – возбудителей спиртового брожения?

Клетки дрожжей имеют разную форму: округлую и овальную, стреловидную и лимоновидную, цилиндрическую и палочковидную, треугольную и серповидную. Иногда они образуют структуры, имитирующие мицелий. Он отличается от истинного мицелия тем, что возникает в результате почкования, а не апикального роста гиф и поэтому называется ложным, или псевдомицелием.

 

№5. Характеристика круговоротов основных биогенных.

Цель: выяснить степень участия микроорганизмов

 

1. Круговорот азота: характеристика этапов круговорота, экологические условия, при которых они осуществляются, микроорганизмы, участвующие в этих процессах.

 

Он складывается из трех основных процессов: 

1) фиксации  азота атмосферы;

2) окисления  азота — нитрификации;

3) восстановления  азота, включающего процессы аммонификации (гниения), и денитрификации.

Каждый из этих процессов осуществляется определенной группой бактерий.

 

Главный источник азота органических соединений – газообразный азот N2 в составе атмосферы.  Молекулярный азот не усваивается живыми организмами. Переход его в доступные живым организмам соединения (фиксация) может происходить несколькими путями. 

• Фиксация азота частично происходит в атмосфере, где при грозовых разрядах образуется оксид азота (II), который окисляется до оксида азота (IV),  с последующим образованием  азотной кислоты и нитратов, выпадающих на поверхность Земли с атмосферными осадками.
• Наиболее эффективна фиксация азота, осуществляемая бактериями, формирующими симбиотические связи с бобовыми растениями (клубеньковые бактерии родам Rhizobium (преимущественно), Bradyrhizobium, Azorhizobium и др). В результате их деятельности в наземных и подземных органах растений (например, клевера или люцерны) за год накапливается азота до 150-400 кг на 1 га.  Азот связывают также свободноживущие азотфиксирующие почвенные бактерии (аэробные азотфиксаторы рода Azotobacter chroococcum, в анаэробных условиях наиболее активным азотфиксатором является Clostridium pasterianum), а в водной среде – сине-зеленые водоросли (цианобактерии). Они имеют ферменты, обладающие способностью связывать свободный азот с другими химическими элементами. Все азотфиксаторы включают азот в состав аммиака (NH3), и он сразу же используется для образования органических веществ, в основном для синтеза белков.  Значение азотфиксирующих микроорганизмов велико. Они обогащают почву связанным азотом и способствуют ее плодородию.

 

Процессы нитрификации, или окисления, аммиака в нитриты, а затем в нитраты осуществляют почвенные бактерии. В результате этого процесса растения получают питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности. На первом этапе нитрификации  нитрозные бактерии (Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira ) окисляют аммиак в азотистую кислоту, получая при этом энергию, необходимую для своей жизни. На втором этапе нитратные бактерии (Nitrobacter, Nitrobacter, Nitrococcus) окисляют азотистую кислоту в азотную. Азотная кислота, растворяя, например, фосфат кальция, приводит к образованию фосфатов, которые легко усваиваются растениями.

Большинство растений получают азот из почвы в виде нитратов. Поступающие в растительную клетку нитраты восстанавливаются до нитритов, а затем до аммиака, после чего азот  включается в состав аминокислот, составляющих белки. Часть азота растениями усваивается непосредственно в виде ионов аммония из почвенного раствора.

Животные получают азот по пищевым цепям прямо или опосредованно от растений. Экскреты и мертвые организмы, составляющие основу детритных пищевых цепей, разлагаются и минерализуются организмами-редуцентами, превращающими органический азот в неорганический.

 

Аммонификация (гниение) — процесс разложения белков на менее сложные соединения: пептоны, пептиды, аминокислоты. Последние в свою очередь могут разрушаться до конечных продуктов — аммиака. В процессах расщепления белка активное участие принимают аэробные микроорганизмы: В. subtilis, В. mycoides, В. mesentericus и пигментообразующие бактерии: В. pseudomonas fluorescens. В анаэробных условиях процессы разложения белка могут осуществлять протей, кишечная палочка, а также актиномицеты и плесневые грибы. В этих случаях, помимо аммиака и углекислого газа, образуются продукты промежуточного обмена: органические кислоты, спирты, амины и др. Существуют бактерии, расщепляющие мочевину до аммиака. Частично он улетучивается в атмосферу, но в основном подвергается дальнейшим превращениям в почве при так называемых процессах нитрификации.

Процессы денитрификации возможны в природных условиях при наличии в почве микробов-денитрификаторов (большинство из них относятся к родам Pseudomonas, Paracoccus и Bacillus), которые восстанавливают нитраты до молекулярного азота. Эти процессы протекают на глубине 10—15 см в почве в анаэробных условиях и ведут к понижению плодородия почвы, уменьшая в ней запасы нитратов. Образовавшийся азот улетучивается в атмосферу.

 

2. Круговорот кислорода - углерода: характеристика этапов круговорота, экологические условия, при которых они осуществляются, микроорганизмы, участвующие в этих процессах.

 

Круговорот кислорода тесно взаимосвязан с круговоротом углерода поскольку оба элемента входят в состав углекислого газа и являются важнейшими компонентами всех органических соединений - углеводов, жиров и белков, нуклеиновых кислот, макроэргических соединений.

Круговорот углерода складывается из прихода и расхода углекислого газа атмосферы:

Приход углекислого газа включает:

1) дыхание живых организмов;

2) разложение отмерших  организмов растений и животных  микроорганизмами, процесс брожения;

3) антропогенные выбросы  при сжигании топлива;

4) вырубку лесов.

Расход углекислого газа включает:

1) фиксацию углекислого  газа из атмосферы при фотосинтезе с освобождением кислорода;

2) потребление части  углерода животными, питающимися  растительной пищей;

3) фиксацию углерода  в литосфере (образование органогенных  пород – уголь, торф, горючие сланцы, а также почвенных компонентов, как гумуса);

4) фиксацию углерода в гидросфере (образование известняков, доломитов).

 

Потребление СО2 атмосферного воздуха совершается зелеными растениями и фотосинтезирующими микроорганизмами. При фотосинтезе образуются различные органические соединения. Основная масса фиксированного углерода отлагается в растениях в форме различных Сахаров — полимеров (целлюлоза, крахмал, пектин) или мономеров (глюкоза, фруктоза и др.). Образовавшиеся органические соединения используются животными и человеком для питания. После гибели растений и животных органические вещества переходят в почву. 

 

Возвращение углекислоты в атмосферу происходит в результате процессов, в которых значительную роль играют микроорганизмы почвы и воды. Большое количество углекислоты поступает обратно в атмосферу при минерализации органических остатков растений и животных почвенными бактериями и грибами. В процессе минерализации микробы почвы и воды не только переводят углерод органических соединений в СО2, но и возвращают в круговорот остальные биоэлементы (азот, фосфор, сера). Главными субстратами процессов минерализации в природе являются сахара в форме полимеров. Использование глюкозы в качестве основного энергетического материала при процессах биологического окисления (брожение и дыхание) приводит к высвобождению углекислоты и пополнению ее запасов в атмосфере. Большая часть углекислоты поступает в атмосферу также при сжигании нефти, каменного угля и метана.

Дополнительный цикл круговорота углерода обусловлен анаэробными почвенными микроорганизмами. Одни из них (метанобактерии, метанококки и некоторые клостридии) в условиях влажных почв восстанавливают СО2 в метан (СН4). Другие, наоборот, окисляют метан в углекислоту (метаномонас, псевдомонас). Одним из этапов круговорота углерода в природе являются процессы брожения (спиртовое, уксуснокислое, молочнокислое, маслянокислое). Они происходят при участии микроорганизмов.

Анаэробное разложение клетчатки (целлюлозы) имеет очень большое значение в круговороте углерода в природе, так как благодаря ему клетчатка, являющаяся составным элементом оболочек растительных клеток, разрушается. В результате водородного брожения образуются масляная и уксусная кислоты, углекислота и водород, а при втором типе брожения (метановый) вместо водорода — метан. Анаэробное разложение клетчатки происходит в глубине почвы. В аэробных условиях клетчатка разрушается различными плесенями, актиномицетами и бактериями.