выявление азотобактера. Выявление азотобактера в почвах Башкортостана. Выявление азотобактера в почвах Республики Башкортостан
 Скачать 107.38 Kb.
|
|
Муниципальное автономное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №17» городского округа город Стерлитамак Республики Башкортостан « Выявление азотобактера в почвах Республики Башкортостан» Выполнили: Живаева Жанна, Махмутова Азалия, Митряшкина Вилена, Садртдинова Кристина обучающиеся МАОУ «СОШ №17» г.Стерлитамака Республика Башкортостан Руководитель проекта: Калимуллина Айгуль Ришатовна Содержание Введение стр.1 Литер Введение Актуальность проекта: Республика Башкортостан – уникальная республика, где имеются большие заповедные территории и развита промышленность, прежде всего химическая и нефтехимическая. Гипотеза проекта: антропогенная деятельность человека (промышленность, автотранспорт, внесение удобрений) замедляют развитие азотфиксирующих бактерий. Цель проекта – выделить азотфиксирующие бактерии в различных почвах Республики Башкортостан для выявления антропогенной деятельности на развитие азотфиксирующих бактерий. Задачи: 1. Отобрать образцы почвы с различных почв Республики Башкортостан. 2. Провести исследование наличия карбонатов, ионов тяжелых металлов и анионов. 3. Определение кислотности среды почвенной вытяжки. 4. Посев и наблюдение за ростом колоний AZOTOBACTER. 5. Микроскопическое исследование образцов. 6. Анализ полученных результатов. Методика исследования: 1. Отбор почв 2. Исследование рН почвы с помощью универсального индикатора 3. Обнаружение карбонатов 4. Посев и наблюдение за ростом азотфиксирующих бактерий на среде Эшби 5. Приготовление микропрепаратов
Литературный обзор Что такое азотобактер? Азотоба́ктер (лат. Azotobacter) — род бактерий, живущих в почве и способных в результате процесса азотфиксации переводить газообразный азот в растворимую форму, доступную для усваивания растениями. Род азотобактер принадлежит к грамотрицательным бактериям и входит в группу так называемых свободноживущих азотфиксаторов. Представители рода обитают в нейтральных и щелочных почвах, воде и в ассоциации с некоторыми растениями. Образуют особые покоящиеся формы — цисты. Играет важную роль в круговороте азота в природе, связывая недоступный растениям атмосферный азот и выделяя связанный азот в виде ионов аммония в почву. Используется человеком для производства азотных биоудобрений, является продуцентом некоторых биополимеров. Первый представитель рода, Azotobacter chroococcum, был открыт и описан в 1901 году голландским микробиологом и ботаником Мартином Бейеринком. На данный момент в род входят шесть видов. Строение азотобактера. Клетки бактерий рода Azotobacter относительно крупные (1—2 мкм в диаметре), обычно овальные, но обладают плеоморфизмом, то есть могут иметь разную форму — от палочковидной до сферической. На микроскопических препаратах клетки могут располагаться одиночно, парами, неправильными скоплениями или, изредка, цепочками различной длины. Формируют особые покоящиеся формы — цисты, не образуют спор. В свежих культурах клетки подвижны за счёт многочисленных жгутиков. В более поздних культурах клетки теряют подвижность, приобретают почти кокковидную форму и продуцируют толстый слой слизи, формирующий капсулу клетки. На форму клетки также оказывает влияние химический состав питательной среды — пептон, например, вызывает плеоморфизм и, в том числе, индуцирует образование так называемых «грибоподобных» клеток. Индуцирующее влияние на плеоморфизм в культурах представителей рода Азотобактер в составе пептона оказывает аминокислота глицин. При микроскопии в клетках наблюдаются включения, часть из которых окрашивается, а часть остаётся бесцветными. В начале XX века считалось, что прокрашиваемые включения являются «репродуктивными гранулами», или гонидиями, и принимают участие в размножении клетки, являясь своеобразными «зародышевыми» клетками, однако затем было доказано, что гранулы не принимают участия в размножении клеток и не являются «малыми, коккоподобными репродуктивными клетками» бактерий — гонидиями. Прокрашиваемые гранулы состоят из волютина, неокрашивающиеся же гранулы являются каплями жира. Гранулы являются резервным источником питания. Цисты азотобактера. Цисты более устойчивы к действию неблагоприятных факторов внешней среды, чем вегетативные клетки — так, цисты в два раза более устойчивы к действию ультрафиолетового излучения чем вегетативные клетки, устойчивы к высушиванию, гамма-излучению, солнечной иррадиации, действию ультразвука, однако не являются устойчивыми к действию высоких температур. Формирование цист индуцируется изменением концентрации питательных веществ в питательной среде и добавлением некоторых органических веществ (например, этанола, н-бутанола и β-гидроксибутирата). Цисты редко образуются в жидких питательных средах. Инцистирование может быть индуцированно химическими факторами и сопровождается метаболическими сдвигами, изменениями в катаболизме и дыхании, изменениями в биосинтезе макромолекул. Определённое значение в индукции инцистирования имеет альдегиддегидрогеназа, а также регулятор ответа AlgR. Циста азотобактера — сферическое тело, состоящее из так называемого центрального тела (уменьшенной копии вегетативной клетки с большим количеством вакуолей) и двуслойной оболочки, внутренняя часть которой называется интима и имеет волокнистое строение, а внешняя называется экзина и представлена ровной, отражающей структурой, имеющей гексагональное кристаллическое строение. Экзина частично гидролизуется трипсином и устойчива к действию лизоцима, в отличие от центрального тела. Центральное тело может быть изолировано в жизнеспособном состоянии некоторыми хелатирующими агентами. Главными компонентами внешней оболочки цисты являются алкилрезорцинолы, состоящие из длинных алифатических цепей и ароматических колец. Алкилрезорцинолы встречаются также у других бактерий, животных и растений. Циста является покоящейся формой вегетативной клетки, необходимой для переживания неблагоприятных факторов внешней среды, и не служит для размножения. После возобновления оптимальных условий, таких, как оптимальное значение pH, температуры и поступления доступного источника углерода, цисты прорастают, образовавшаяся вегетативная клетка вновь размножается путём простого деления клетки. При прорастании цист экзина цисты повреждается, и высвобождается большая вегетативная клетка. Микроскопически первым проявлением прорастания спор является постепенное понижение преломления света цистами при фазово-контрастной микроскопии. Прорастание цист — медленный процесс и длится около 4—6 часов, на протяжении которых центральное тело увеличивается и происходит захват гранул волютина, прежде находившихся в интиме. Затем экзина лопается и вегетативная клетка высвобождается из экзины, имеющей характерную подковообразную форму. При прорастании цисты отмечаются метаболические изменения. Сразу после прибавления источника углерода к среде цисты начинают поглощать кислород и выделять двуокись углерода, скорость дыхания повышается до максимальных значений через 4 часа после прибавления глюкозы. Синтез белков и РНК также начинается после прибавления источника углерода к среде, однако интенсификация синтеза макромолекул отмечается лишь через 5 часов после прибавления источника углерода. Синтез ДНК и фиксация азота инициируются через 5 часов после прибавления глюкозы к безазотистой питательной среде. Во время прорастания цист отмечаются изменения в интиме, видимые на электронно-микроскопических препаратах. Интима состоит из углеводов, липидов и белков и занимает почти такой же объём в клетке, что и центральное тело. Во время прорастания цист интима гидролизируется и используется клеткой для синтеза компонентов клетки. Место обитания. Азотобактер встречается в большом количестве в хорошо разрыхленных почвах, достаточно обеспеченных органическим веществом и фосфором. Наиболее деятелен азотобактер в щелочной среде (фиксация азота прекращается при pH ниже 6). Азот, связанный в организме азотобактера, подвергается нитрификации после отмирания бактерий. Азотобактер в кислых почвах не живет и быстро погибает при высеве бактеризованных им семян. Реакция почвы отражается и на тарификаторах. Как было выяснено, нитрифицирующие бактерии, подобно растениям, страдают и от повышенной концентрации ионов водорода в почвенном растворе, но еще опаснее для них увеличение подвижности алюминия. Аммонификация же, благодаря тому, что в ней принимают участие множество различных микробов, сравнительно слабо изменяется под влиянием почвенной кислотности. Азотобактер был обнаружен и в экстремальных условиях почв северного и южного полярного региона, несмотря на короткие местные сезоны роста и относительно низкие значения pH, — в арктическом регионе в глине и суглинках (в том числе торфянистых и песчанистых суглинках), в антарктическом регионе — в грунте побережья. В сухих почвах представители этого рода способны сохраняться в виде цист до 24 лет. Также они были выделены из водных местообитаний, в том числе из пресноводных водоёмов, солоноватоводных болот. Некоторые представители ассоциированы с растениями и обнаружены в ризосфере, вступая с растением в определённые взаимоотношения — представители рода были выделены из ризосферы мангровых деревьев совместно с другими азотфиксирующими и денитрифицирующими бактериями. Значение. Азотфиксация играет большую роль в круговороте азота в природе. Азотфиксация является важнейшим источником азота, и представители рода азотобактера играют важнейшую роль в круговороте азота почвы, осуществляя фиксацию молекулярного азота. Также представители рода синтезируют некоторые биологически активные вещества, в том числе и некоторые фитогормоны, например ауксины, тем самым стимулируя рост и развитие растений, являясь биологическим стимулятором роста растений и синтезируя факторы, необходимые для роста растений. Экзополисахариды представителей рода способствуют мобилизации тяжёлых металлов в почве, способствуя самоочищению почв, загрязнённых тяжёлыми металлами, например кадмием, ртутью и свинцом. Некоторые представители также способны к биодеградации некоторых хлорсодержащих ароматических соединений, например 2,4,6-трихлорфенола (2,4,6-Трихлорфенол) — ранее использовавшегося инсектицида, фунгицида и гербицида, имеющего мутагенное и канцерогенное действие и являющегося ксенобиотиком и поллютантом. Благодаря своей способности фиксировать молекулярный азот, тем самым повышая плодородие почвы и стимулирования роста растений азотобактер используется в сельском хозяйстве для получения азотных биоудобрений, в том числе азотобактерина, также они являются продуцентами полисахарида — альгиновой кислоты (E400), использующегося в медицине (в качестве антацида), в пищевой промышленности (в качестве пищевой добавки к мороженому, пудингам и кремам) и в биосорбции металлов и поли(3-гидроксибутирата). Практическая часть
 Результаты экспериментов. 1. Слабокислые почвы обнаружены на побережье реки Юрузань, возле бариевого производства, и на лугу. 2. Содержание карбонатов обнаружено в почвах, собранных возле Куштау, близ бариевого производства, склона реки Услинки и небольшое содержание в почве, взятой с огорода. 3. Содержание хлоридов присутствует во всех образцах почвы. 4. Содержание ионов тяжелых металлов, а также сульфатов в почвах отсутствует. 5. Обрастание почвенных комочков бактериями AZOTOBACTER имеется во всех образцах, кроме склона реки Юрузань. 100% - обрастание наблюдалось в почвах, взятых возле источника Кургазак, бариевого производства, огорода и луга. Также в этих образцах наблюдалась пигментация. Выводы 1. Гипотеза, о том что антропогенная деятельность человека замедляет рост азотфиксирующих бактерий, не подтвердилась. 100% обрастание почвенных комочков наблюдалось как в естественных экосистемах, где антропогенное воздействие отсутствовало, так и в почвах, подверженных химическому воздействию. 2. На склоне реки Юрузань азотфиксирующие бактерии не выделены, что возможно связано с кислотностью почвы. 3. Исследование деятельности азотфиксирующих бактерий будет продолжено с помощью наборов «Скрининг азотфиксирующих бактерий на способность к стимулированию растений» и «Поиск продуцентов антимикробных веществ». |