Экология. Микрофлора почвы
 Скачать 37.4 Kb.
|
|
Экология (от греч. oikos– дом, место обитания) микробов изучает взаимоотношения микробов друг с другом и с окружающей средой. Микроорганизмы – составная часть биоценоза, т.е. совокупности животных, растений и микробов, заселяющих участок суши или водоема. Сообщество микробов, обитающих на определенных участках среды, называется микробиоценозом. Микроорганизмы окружающей среды участвуют в процессах круговорота веществ в природе, уничтожают остатки погибших животных и растений, повышают плодородие почвы и др. функции.. В биосфере Земли практически отсутствуют среды, лишенные микроорганизмов. Они способны использовать любые возможности для своего существования и всюду, где есть хотя бы минимальные источники энергии, углерода и азота встречаются микроорганизмы в т.ч. болезнетворные. Они сосуществуют в виде сложных ассоциаций – биоценозов в естественных средах обитания – почва, вода, воздух, кожные покровы и слизистые оболочки человека и животных. .Микрофлора почвы. Почва заселена разнообразными микробами, которые участвуют в процессах почвообразования и самоочищения почвы, кругооборота в природе азота, углерода и др. элементов. В почве обитают бактерии, грибы, лишайники. Органические вещества в почве подвергаются переработке гнилостными, нитрифицирующими, денитрифицирующими, азотфиксирующими, серобактериями и другими архебактериями.В почве обитают азотфиксирующие бактерии, способные усваивать молекулярный азот (Azotobacter, Azomonas, Mycobacteriumи др.). Азотфиксирующие разновидности цианобактерий, или сине-зеленых водорослей применяют для повышения плодородия рисовых полей.Почва является метом обитания спорообразующих палочек родов Bacillus и Clostridium.Непатогенные бациллы(B.megaterium, B.subtilisи др.) наряду с псевдомонадами, протеем и некоторыми др. бактериями являются аммонифицирующими, составляя группу гнилостных бактерий, которые осуществляют минерализацию органических веществ. Патогенные спорообразующие палочки (возбудители сибирской язвы, ботулизма, столбняка, газовой гангрены) способны длительно сохраняться, а некоторые даже размножаться в почве.Кишечные бактерии (сем. Enterobacteriaceae)кишечная палочка, возбудители брюшного тифа, сальмонеллезов, дизентерии – могут попадать в почву с фекалиями. Однако здесь отсутствуют условия для их размножения и они постепенно отмирают. В чистых почвах кишечная палочка и протей встречаются редко, обнаружение их в значительном количестве является показателем загрязнения почвы фекалиями человека и животных и свидетельствует об ее санитарно-эпидемиологическом неблагополучии в плане передачи возбудителей кишечных инфекций.В почве находятся также многочисленные грибы. Они участвуют в почвообразовательных процессах, превращениях соединений азота, выделяют биологически активные вещества, в том числе антибиотики и токсины. Токсинообразующие грибы, попадая в продукты питания человека, вызывают интоксикации – мико- и афлатоксикозы. Подцарство Архебактерии (Archaeobacteria).Представлены метаногенными, голофильными и серо-зависимыми бактериями. Известно около 50 видов архебактерий.Метаногенныебактерии образуют метан путем восстановления диоксида углерода молекулярным водородом. Метан является основным продуктом их метаболизма. Считают, что весь метан биогенного происхождения на Земле образован деятельностью метаногенных бактерий. Их ежегодная производительность составляет около 1 · 109т метана.Эти бактерии обитают в строго анаэробных условиях в иле водоемов, в болотах и др. местах, а также в ЖКТ человека и животных. Особенно много их в рубце жвачных.Галобактерии– это обитатели горячих солевых водоемов. Благоприятной для них является среда, которая содержитNaClв количестве 20-30%, т.е. является насыщенным раствором.Серозависимыебактерии являются обитателями горячих кислых водоемов и почв, вулканических расщелин. Образование месторождений серы обязано серозависимым бактериям. Царство Грибы –Mycota (Fungi).Гетерогенная группа организмов. Микрофлора воды.Отражает микробный пейзаж почвы, т.к. микроорганизмы в основном попадают в воду с частичками почвы. Вместе с тем в воде формируются определенные биоценозы с преобладанием микробов, адаптировавшихся к условиям местонахождения, т.е. к физико-химическим условиям, освещенности, степени растворимости кислорода и диоксида углерода, содержанию органических и минеральных веществ и т.д.В водах пресных водоемов обнаруживаются различные бактерии: палочковидные (псевдомонады, аэромонады и др.), кокковидные (микрококки) и извитые формы. Загрязнение воды органическими веществами сопровождается увеличением числа анаэробных и аэробных бактерий, а также грибов, Особенно много анаэробов в иле, на дне водоемов.Микрофлора воды играет роль активного фактора в процессе самоочищения от органических отходов, которые утилизируются микроорганизмами. Вместе с загрязненными ливневыми, талыми и сточными водами в озера и реки попадают представители нормальной микрофлоры человека и животных (кишечная палочка, цитробактер, энтеробактер, энтерококки, клостридии) и возбудители кишечных инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры, лептоспироза, энтеровирусных инфекций и др.). Таким образом, вода является фактором передачи возбудителей многих инфекционных заболеваний. Некоторые возбудители могут даже размножаться в воде (холерный вибрион, легионеллы).Микрофлора воды океанов и морей также представлена различными микроорганизмами, в том числе светящимися и галофильными (солелюбивые). Например, галофильные вибрионы поражают молюсков и рыб некоторых видов, при употреблении которых в пищу развивается пищевая токсикоинфекция.Вода артезианских скважин практически не содержит микроорганизмов, т.к. они обычно задерживаются верхними слоями почвы. Микрофлора воздуха.С микрофлорой почвы и воды взаимосвязана микрофлора воздуха. В воздух также попадают микроорганизмы из дыхательных путей и с каплями слюны человека и животных. Здесь обнаруживаются кокко- и палочковидные бактерии, бациллы, клостридии, актиномицеты, грибы и вирусы. Солнечные лучи и другие факторы способствуют гибели микрофлоры воздуха. Большое количество микроорганизмов присутствует в воздухе крупных городов, их меньше в воздухе сельской местности. Особенно мало микробов в воздухе над лесами, горами и морями. Много микробов содержится в воздухе закрытых помещений, микробная обсемененность зависит от условий уборки помещения, уровня освещенности, количества людей в помещении, частоты проветривания и др.Воздухявляется неблагоприятной средой для развития микроорганизмов. Степень загрязненности воздуха зависит от очень многих факторов: время года (зима – лето), городская или сельская местность, равнина или горы, воздух открытых пространств или закрытых помещений.Микрофлора воздуха представлена в основном кокками (стафилококки, стрептококки, сарцина), сапрофитными бактериями, грибами. В воздухе закрытых помещений накапливается микрофлора, выделяемая от человека (дыхательные пути). Патогенная микрофлора попадает в воздух при кашле, чихании (при акте чихания в воздух попадает 104–106мт.). В виде аэрозолей в воздухе могут быть возбудители ОРЗ, гриппа, дифтерии, коклюша, туберкулеза, кори, легочной чумы и др. Бактерии в виде высушенных частиц размером от 1 до 100 мкм могут быть в пыли. Микрофлора кормов. Корма, их состав во многом определяют состояние и продуктивность животных. Качество растительных кормов, их питательность связаны с действием микроорганизмов, находящихся на поверхности растений.Микроорганизмы, которые живут и размножаются на наземных частях растений (листья, стебли), называют эпифитами. Такую микрофлору изучают для того, чтобы знать ее видовой состав, свойства и процессы, которые она может вызывать при заготовке и хранении кормов. Эпифиты чаще всего попадают на поверхность растений из почвы, вместе с семенами растений при посеве. Количество эпифитов на поверхности растений зависит от фазы развития растения, влажности и других факторов. Так, при увеличении влажности и возраста растений, возрастает численность микроорганизмов на их поверхности. Микрофлора молока Микробы проникают в молоко из внешней среды через выводные протоки, молочную цистерну и сосковый канал. Для некоторых из них молоко служит хорошей питательной средой.Больше всего микробов бывает в сосковом канале, молочной цистерне и меньше — в выводных протоках и альвеолах. Часть микробов под действием бактерицидных веществ погибает, сохраняются более стойкие микрококки и стрептококки, которые по своим свойствам близки к молочнокислым стрептококкам кишечного происхождения. Микробы скапливаются у соскового канала и образуют пробку, в которой наряду с сапрофитами могут находиться возбудители инфекционных болезней. Обычно их больше в первых порциях молока и меньше в последних. Поэтому первые порции молока необходимо сдаивать в отдельную посуду, чтобы исключить загрязнение всего молока и окружающей среды. Обсеменение молока микробами зависит от чистоты и состояния вымени, кожного покрова животного, рук человека, посуды и другого инвентаря.Особенно много различных микробов находится в молоке животных, больных маститом. Одной из причин могут быть микробы, которые проникают в молочную железу через сосковый канал или гематогенным путем. Способствующими факторами являются переохлаждение, травмы, генетическая предрасположенность. Продукты воспаления снижают качество молока, при этом уменьшается количество лактозы, кальция, казеина. В маститном молоке можно обнаружить стафилококки, стрептококки, кишечную палочку и другие микроорганизмы. Их численность во многом обусловливается состоянием внешней среды.В большом количестве микробы содержатся на поверхности кожного покрова животного. Чем грязнее кожа, тем их больше попадает в молоко. Так, по данным Бакгауза и Конгейма, в 1 мл молока коровы с нечищеной кожей насчитывается от 170 тыс. до 2 млн микробов, коровы с чистой кожей — 20 тыс. При систематической чистке животного их количество снижается до 3 тыс. в том же объеме. Микробы на поверхность кожи попадают из корма, подстилки, навоза, воздуха.Еще одним источником загрязнения молока могут быть корма: при их раздаче образуется много пыли. Вместе с пылью в молоко попадают и микробы. Поэтому раздавать корма во время доения не следует. Если в качестве подстилки используют старую прелую солому, в ней может содержаться большое количество микроорганизмов, особенно плесневых грибов. Разбрасывание такой подстилки перед доением увеличивает число микробов и их спор как в воздухе, на поверхности тела животного, так и в молоке. В связи с этим в качестве подстилки лучше использовать свежую солому, опилки, стружку, сухие листья или торф, которые поглощают влагу, газы и в некоторой степени препятствуют развитию гнилостных и патогенных микроорганизмов. По данным А. К. Скороходько, кишечная палочка, сальмонеллы, бактерии брюшного тифа в торфяной подстилке погибают в течение 6—8 дней. Микрофлора органов дыхания.Верхние отделы дыхательных путей несут высокую микробную нагрузку – они анатомически приспособлены для осаждения бактерий из вдыхаемого воздуха. Помимо обычных негемолитических и зеленящих стрептококков, непатогенных нейссерий, стафилококков и энтеробактерий, в носоглотке можно обнаружить менингококки, пиогенные стрептококки и пневмококки. Верхние отделы дыхательных путей у новорожденных обычно стерильны и колонизируются в течение 2-3 суток.Исследования последних лет показали, что наиболее часто из дыхательных путей клинически здоровых животных выделяется сапрофитная микрофлора: S.saprophiticus, бактерии родовMicrococcus,Bacillus, коринеформные бактерии, негемолитические стрептококки.Кроме того, выделены патогенные и условно-патогенные микроорганизмы: альфа- и бета – гемолитические стрептококки, стафилококки (S.aureus), энтеробактерии (эшерихии, сальмонеллы, протей и др.), пастереллы, псевдомонады, и в единичных случаях, грибы родаCandida.В носовой полости обнаруживается наибольшее число сапрофитов и условно-патогенных микроорганизмов. Они представлены стрептококками, стафилококками, сарцинами, пастереллами, энтеробактериями, коринеформеными бактериями, грибами рода Candida,Ps.aeruginosaи бацилами. Трахея и бронхи заселены аналогичными группами микроорганизмов. В легких обнаружены отдельные группы кокков (бета- гамолитическими,S.aureus), микрококки, пастереллы,E.coli.При снижении иммунитета у животных (особенно молодняка) микрофлора органов дыхания проявляет болезнетворные свойства.Микрофлора мочеполовой системы.Микробный биоценоз органов мочеполовой системы более скудный. Верхние отделы мочевыводящих путей обычно стерильны; в нижних отделах доминируют Staphylococcusepidermidis, негемолитические стрептококки,дифтероиды;частовыделяют грибы родовCandida,ToluropsisиGeotrichum. В наружных отделах доминируетMycobacteriumsmegmatis.Основной обитатель влагалища – B.vaginalevulgare, обладающая выраженным антогонизмом к другим микробам. При физиологическом состоянии мочеполовых путей микрофлора обнаруживается только в их наружных отделах (стрептококки, молочнокислые бактерии).Матка, яичники, семенники, мочевой пузырь в норме стерильны. У здоровой самки плод в матке стерилен до момента начавшихся родов. При гинекологических заболеваниях видовой состав микрофлоры изменяется.Микрофлора кожиКожный покров тела имеет свои области, свой рельеф, свою «географию». Клетки эпидермиса кожи постоянно отмирают и пластинки рогового слоя слущиваются. Поверхность кожи постоянно «удобряется» продуктами выделения сальных и потовых желез. Потовые железы обеспечивают микроорганизмов солями и органическими соединениями, в том числе азотсодержащими. Выделения сальных желез богаты жирами.Микроорганизмы заселяют главным образом участки кожи, покрытые волосами и увлажненные потом. На участках кожи, покрытых волосами, находится около 1,5*106 клеток/см2. Некоторые виды локализуются в строго определенных участках.Обычно на коже преобладают грамположительные бактерии. Типичными обитателями кожи являются различные виды Staphylococcus,Micrococcus,Propionibacterium,Corynebacierium,Brevibacicrium,Acinetobacter. Для нормальной микрофлоры кожи характерны такие видыStaphylococcus, какSt.epidermidis, нoне упомянутыйSt.aureus, развитие которого здесь свидетельствует о неблагоприятных изменениях микрофлоры организма. Представители родаCorynebacteriumиногда составляют до 70% всей кожной микрофлоры. Некоторые виды являются липофильными, т. е. образуют липазы, разрушающие выделения жировых желез.Большинство микроорганизмов, населяющих кожу, не представляют какой-либо опасности для хозяина, но некоторые, и, прежде всего St.aureusусловно патогенны.Нарушение нормального сообщества бактерий кожи может иметь неблагоприятные последствия для макроорганизма.а кожных покровах микроорганизмы подвержены действию бактерицидных факторов сального секрета, повышающих кислотность (соответственно значение рН снижается). В подобных условиях живут преимущественно Staphylococcusepidermidis, микрококки, сарцины, аэробные и анаэробные дифтероиды. Другие виды (Staphylococcusaureus, бета-гемолитические и негемолитические стрептококки) правильнее рассматривать как временные. Основные зоны колонизации – эпидермис (особенно роговой слой), кожные железы (сальные и потовые) и верхние отделы волосяных фолликулов. Микрофлора волосяного покрова идентична микрофлоре кожи Микрофлора желудочно-кишечного тракта.Наиболее активно микроорганизмы заселяют желудочно-кишечный тракт ввиду обилия и разнообразия в нем питательных веществ.Кишечный тракт животных — обычное место обитания разнообразных микроорганизмов, преимущественно анаэробных.Характер взаимоотношений этих микроорганизмов с хозяином может быть различным и в первую очередь зависит от особенностей его рациона.В кишечном тракте хищных или насекомоядных животных находится корм, по своему биохимическому составу близкий к составу их тела. Он является также прекрасным субстратом для развития микроорганизмов. Поэтому здесь складываются конкурентные взаимоотношения микроорганизмов с хозяином. Последний не может полностью исключить возможность их развития, но ограничивает его благодаря секреции кислоты и быстрому пищеварению, в результате чего почти все продукты деятельности пищеварительных ферментов потребляются животным. Более медленное прохождение корма через толстый кишечник способствует бурному развитию микроорганизмов, и в прямой кишке уже содержится огромное их количество.В кишечник травоядных попадает большое количество клетчатки. Известно, что только некоторые беспозвоночные могут переваривать клетчатку самостоятельно. В большинстве случаев переваривание целлюлозы происходит за счет разрушения ее бактериями, а животное потребляет в качестве пищи продукты ее деградации и сами клетки микроорганизмов. Таким образом, здесь наблюдается кооперация, или симбиоз. Наибольшего совершенства этот тип взаимодействий достиг у жвачных животных. В их рубце корм задерживается достаточно долго, чтобы могли быть разрушены доступные микроорганизмам компоненты растительных волокон. В этом случае, однако, бактерии используют значительную часть растительного белка, который в принципе мог бы быть разрушен и использован самим животным. Однако у многих животных взаимодействие с кишечной микрофлорой носит промежуточный характер. Например, у лошадей, кроликов, мышей в кишечнике корм в значительной степени используется до того, как начнется бурное развитие бактерий. Однако в отличие от хищников, у таких животных корм дольше задерживается в кишечнике, что способствует ее сбраживанию бактериями.Наиболее активная жизнедеятельность микроорганизмов всегда происходит в толстом кишечнике. Анаэробы здесь развиваются, осуществляя брожения, при которых образуются органические кислоты—преимущественно уксусная, пропионовая и масляная. При ограниченном поступлении углеводов образование этих кислот энергетически выгоднее, чем образование этанола и молочной кислоты. Происходящее здесь же разрушение белков приводит к снижению кислотности среды. Накапливающиеся кислоты могут быть использованы животным.Содержимое кишечника — благоприятная среда обитания микроорганизмов. Однако здесь действует и ряд неблагоприятных факторов, способствующих адаптации и специализации кишечных микроорганизмов. Так, в толстом кишечнике накапливаются желчные кислоты до концентрации, уже угнетающих рост некоторых бактерий. Масляная и уксусная кислоты также обладают бактерицидными свойствами.В состав кишечной микрофлоры различных животных входит ряд видов бактерий, способных разрушать целлюлозу, гемицеллюлозы, пектины. У многих млекопитающих в кишечнике обитают представители родов BacteroidesиRuminococcus.B.succinogenesбыл обнаружен в кишечнике лошадей, коров, баранов, антилоп, крыс, обезьян.R.albusиR.flavefaciens, активно разрушающие клетчатку, обитают в кишечнике лошадей, коров, кроликов. К сбраживающим клетчатку кишечным бактериям относятся такжеButyrivibriofibrisolvensиEubacteriumcellulosolvens. РодыBacteroidesиEubacteriumпредставлены в кишечнике млекопитающих рядом видов, некоторые из которых разрушают также белковые субстраты.В составе кишечной микрофлоры разных животных обнаруживаются характерные различия. Так, у собак относительно много стрептококков и клостридий.В кишечнике, рубце жвачных животных и других органах представители нормальной микрофлоры распределены определенным образом. Часть форм приурочена к поверхности клеток, другие находятся на некотором удалении от ткани. Состав прикрепленных форм может изменяться при ослаблении или заболевании хозяина, и даже при стрессе. При нервных стрессах, например, за счет активизации протеаз происходит разрушение белка на поверхности глоточного эпителия, что позволяет прикрепляться клеткам условно патогенной бактерии Pseudomonasaeruginosa, которые начинают здесь активно размножаться вместо безвредных представителей нормальной микрофлоры. Образовавшаяся популяцияPs.aeruginosaв дальнейшем может вызвать поражение легких.Рубец жвачных обильно заселен большим числом видов бактерий и простейших. Анатомическое строение и условия в рубце почти идеально отвечают требованиям для жизнедеятельности микроорганизмов. В среднем, по данным различных авторов, количество бактерий составляет 109*1010 клеток в 1 г рубцового содержимого.Помимо бактерий, в рубце осуществляют расщепление кормов и синтез важных органических соединений для животного организма также различные виды дрожжей, актиномицетов и простейших. Инфузорий в 1 мл может быть несколько (3-4) миллионов.Видовой состав рубцовых микроорганизмов со временем претерпевает изменения.В молочный период в рубце у телят преобладают лактобактерии и определенные виды протеолитических бактерий. Полное становление рубцовой микрофлоры завершается при переходе животных на кормление грубыми кормами. У взрослых жвачных видовой состав рубцовых бактерий, по мнению некоторых авторов, постоянен, существенным образом не изменяется в зависимости от кормления, времени года и ряда других факторов. Представляют наиболее важное в функциональном отношении значение следующие виды бактерий: Патогенность– видовой генетический признак, потенциальная возможность вызывать при благоприятных условиях инфекционный процесс. Факторы патогенности:1. микробные ферменты диполимеризир. структуры2. адгезия – приспособления для адсорбции.3. антифагоцитные поверхностные структуры.4. токсины. Различают экзо(продукты обмена Гр+ ) и эндо(продукты распада Гр-) токсины.Паразтизм Все конкретные проявления паразитизма: особенности питания паразитов, их метаболизма, часто имеющий место антагонизм, иммунный ответ хозяина и т. п. являются всего лишь следствиями специфических свойств живой среды обитания паразитов, которые в своей совокупности не имеют прямых аналогий в свободной жизни. Ограничусь лишь перечислением основных из них: гомеостатичность, пространственно-временная дискретность, двойственность, обилие «живой» органики и ее практическая неисчерпаемость, специфическая реактивность, способность к увеличению размеров в процессе роста живых организмов и их размножения, качественные изменения в процессе развития организмов, возможность активных и значительных перемещений в пространстве, высокая степень разнокачественности как следствие генетического полиморфизма хозяев. Все эти свойства требуют особого изучения и осмысления в рамках предлагаемой концепции, поскольку могут объяснить если не все, то многое в историческом процессе становления паразитизма и многообразия его конкретных проявлений.Таким образом, осознание вторичности всех конкретных особенностей паразитизма (в смысле их обусловленности специфическими свойствами живой среды обитания паразитов) представляет собой, на мой взгляд, единственную возможность разрешить, наконец, ту сложную ситуацию, которая продолжает существовать и по сей день вокруг трактовки сущности паразитизма. Согласно предлагаемой трактовке паразитизма, он укладывается в естественные и достаточно четкие границы, а паразитология, наполняясь новым содержанием и приобретая новые общебиологические проблемы, нашла бы более определенное и обоснованное место в системе биологического знания. Воздействие экологических факторов на живой организм весьма многообразно. Одни факторы оказывают более сильное влияние, другие действуют слабее; одни влияют на все стороны жизни, другие — на определенный жизненный процесс. Способность организмов адаптироваться к определенному диапазону изменчивости факторов среды называют экологической пластичностью. Эта особенность является одним из важнейших свойств всего живого: регулируя свою жизнедеятельность в соответствии с изменениями условий среды, организмы приобретают возможность выживать и оставлять потомство. Значит, эврибионтные организмы явлются эколог ически наиболее пластичными, что обеспечивает их широкое распространение, а стенобионтные, напротив, отличаются слабой экологической пластичностью и, как следствие, обычно имеют ограниченные ареалы распространения. Взаимодействие экологических факторов. Ограничивающий фактор. Экологические факторы воздействуют на живой организм совместно и одновременно. При этом действие одного фактора зависит от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы. Эта закономерность получила название взаимодействие факторов. Например, жару или мороз легче переносить при сухом, а не при влажном воздухе. Скорость испарения воды листьями растений (транспирация) значительно выше, если температура воздуха высокая, а погода ветреная. В некоторых случаях недостаток одного фактора частично компенсируется усилением другого. Явление частичной взаимозаменяемости действия экологических факторов называется эффектом компенсации. Например, увядание растений можно приостановить как увеличением количества влаги в почве, так и снижением температуры воздуха, уменьшающего транспирацию; в пустынях недостаток осадков в определенной мере восполняется повышенной относительной влажностью воздуха в ночное время; в Арктике продолжительный световой день летом компенсирует недостаток тепла. Вместе с тем ни один из необходимых организму экологических факторов не может быть полностью заменен другим. Отсутствие света делает жизнь растений невозможной, несмотря на самые благоприятные сочетания других условий. Поэтому если значение хотя бы одного из жизненно необходимых экологических факторов приближается к критической величине или выходит за ее пределы (ниже минимума или выше максимума) , то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Такие факторы называются ограничивающими (лимитирующими) . |