Экология. Вопросы контрольной работы МБ. Вопросы контрольной работы
 Скачать 32.31 Kb.
|
|
Вопросы контрольной работы 1.1. Экология микроорганизмов – наука о жизнедеятельности микроорганизмов и их сообществ. В природных условиях микроорганизмы никогда не существуют изолированно. Как и любые другие организмы, они подвержены влиянию различных факторов окружающей среды. Взаимодействие микроорганизмов с их окружением изучает экология микроорганизмов. В лесной микробиологии важнейшее значение имеет ксилобиология как часть лесной экологии, изучающая взаимодействие древесины как субстрата и микроорганизмов (в основном грибов) как возбудителей процесса разложения древесины (ксилолиза). 2.1. Морфология микробных клеток. Размеры, форма и группирование клеток. Строение прокариотических клеток. Средние размеры прокариот лежат в пределах 0,5-5 мкм. Форма прокариотной клетки является одним из важнейших систематических признаков и бывает очень разнообразна. Различают четыре основных морфологических типа: кокки, бациллы, спириллы и вибрионы. Кокки - клетки шаровидной формы, подразделяются на монококки (одиночные клетки), диплококки (расположены парами), стрептококки (цепочки), стафилококки (скопления клеток, напоминающие гроздь винограда), сарцины (скопления кубической формы). Большинство прокариот имеет палочковидную форму, их называют бациллами. Спириллы - имеют извитую или спиралевидную форму. Вибрионы - короткие палочки, всегда изогнутые в виде запятой. Прокариотические клетки имеют следующее строение: - Клеточная стенка (грамположительных, грамотрицательных бактерий) придает клетке определенную форму, предохраняет от осмотических повреждений. - Цитоплазматическая мембрана и ее производные выполняет роль основного осмотического барьера клетки, ответственна за поступление веществ питательного субстрата в клетку и выход продуктов метаболизма наружу. - Цитоплазма содержимое клетки содержащая растворимые компоненты РНК, ферментные белки. - Нуклеоид содержит всю необходимую для жизнедеятельности клеток генетическую информацию - Рибосомы - место синтеза белков из аминокислот. 3.1. Микроорганизмы как часть экосистемы. Функции микроорганизмов в природе. Микроорганизмы – это группа настолько маленьких живых организмов, что они не видны человеческим зрением. Они широко распространены в природе, например, в 1 г почвы или грунта водоема может содержаться до 2-3 млрд. микроорганизмов. К микроорганизмам относятся бактерии, микоплазмы, актиномицеты, дрожжи, микроскопические грибы и водоросли. Морфология и жизненный цикл микроорганизмов чрезвычайно разнообразны. В процессе эволюции они адаптировались к самым различным экологическим условиям. Выделяются следующие элементарные процессы, в которых микроорганизмы являются ключевым фактором: разложение растительного опада, образование гумуса, разложение гумуса, деструкция минералов почвообразующей породы и новообразование минералов. 4.1. Современная классификация микроорганизмов (такосномия). В иерархической классификации микроорганизмов используются следующие таксономические категории: подвид – группа близкородственных сходных организмов внутри вида с уровнем ДНК-гомологии выше 70%; род – таксономическая группа, объединяющая родственные виды, и далее – семейство, подпорядок, порядок, подкласс, класс, царство и домен (или надцарство). Согласно современной систематике, микроорганизмы относятся к трем царствам: · Vira — к ним относятся вирусы; · Eucariotae — к ним относятся простейшие и грибы; · Procariotae — к ним относятся истинные бактерии, риккетсии, хламидии, микоплазмы, спирохеты, актиномицеты. Царство прокариот включает в себя отдел цианобактерий и отдел эубактерий, который, в свою очередь, подразделяется на порядки: · собственно бактерии (отделы Gracilicutes, Firmicutes, Tenericutes, Mendosicutes); · актиномицетов; · спирохет; · риккетсий; · хламидий. Порядки подразделяются на группы. Основными таксономическими критериями, позволяющими отнести штаммы бактерий к той или иной группе, являются: · морфология микробных клеток (кокки, палочки, извитые); · отношение к окраске по Граму — тинкториальные свойства (грамположительные и грамотрицательные); · тип биологического окисления — аэробы, факультативные анаэробы, облигатные анаэробы; · способность к спорообразованию. Дальнейшая дифференциация групп на семейства, рода и виды, которые являются основной таксономической категорией, проводится на основании изучения биохимических свойств. Этот принцип положен в основу классификации бактерий, приведенной в специальных руководствах — определителях бактерий. Вид является эволюционно сложившейся совокупностью особей, имеющих единый генотип, который в стандартных условиях проявляется сходными морфологическими, физиологическими, биохимическими признаками. Для патогенных бактерий определение «вид» дополняется способностью вызывать определенные нозологические формы заболеваний. Существует внутривидовая дифференцировка бактерий на варианты: · по биологическим свойствам (биовары или биотипы); · по биохимической активности (ферментовары); · по антигенному строению (серовары или серотипы); · по чувствительности к бактериофагам (фаговары или фаготипы); · по устойчивости к антибиотикам (резистентовары). В микробиологии широко применяют специальные термины — культура, штамм, клон. Культура — это видимая глазом совокупность бактерий на питательных средах. Культуры могут быть чистыми (совокупность бактерий одного вида) и смешанными (совокупность бактерий двух или более видов). Штамм — это совокупность бактерий одного вида, выделенных из разных источников или из одного источника в разное время. Штаммы могут различаться по некоторым признакам, не выходящим за пределы характеристики вида. Клон — это совокупность бактерий, являющихся потомством одной клетки. 5.1. Типы симбиоза: экзо- и эндосимбиоз; метабиоз, мутуализм, комменсализм, паразитизм, антагонизм; факультативные и облигатные симбионты. Симбиоз – взаимоотношение двух различных видов существ (симбионтов), приносящие пользу обоим видам или хотя бы одному из них. При симбиозе (совместном существовании) различают ассоциативные (благоприятствующие) и антагонистические (конкурентные) взаимоотношения. По расположению партнеров различаются: · экзосимбиоты – микроорганизмы существуют раздельно друг от друга; · эндосимбиоты – один из микробов развивается в клетке другого. Метабиоз – тип взаимоотношений, когда пользу извлекает только один партнер, не причиняя вреда другому. Чаще всего наблюдается развитие одного организма за счет продуктов метаболизма другого. По относительной пользе, извлекаемой партнерами из ассоциативных взаимоотношений, выделяют несколько типов симбиоза: мутуалистичекий симбиоз (мутуализм) – оба партнера извлекают пользу от взаимосуществования, при этом они не могут существовать раздельно; паразитизм (паразитический симбиоз) – один из партнеров испытывает вредоносное влияние другого; комменсализм – микробы питаются за счет хозяина, но сами не оказывают на него, ни какого влияния. Антагонизм – когда один организм подавляет или прекращает развитие другого (вплоть до гибели) в основном за счет продуктов его жизнедея-тельности (кислоты, антибиотики, бактериоцины), благодаря лучшей приспособленности к условиям среды, путем непосредственного уничтожения (например, нормальная микрофлора кишечника и возбудители кишечных инфекций). Молочнокислые бактерии, например, выделяя молочную кислоту, создают кислую реакцию среды, препятствующую развитию гнилостных бактерий. Это явление используется при квашении капусты, изготовлении кисломолочных продуктов. По обязательности симбиотической связи выделяют: · факультативный симбиоз – каждый организм может существовать самостоятельно; · облигатный симбиоз – один или оба симбионта сильно зависимы друг от друга, и развиваться раздельно не могут. 6.1. Влияние факторов внешней среды на развитие микроорганизмов: температура, кислотность и щелочность, окислительно-восстановительные условия и отношение к кислороду, соленость, излучения, гидростатическое давление, магнитные поля и др. Условия внешней среды оказывают большое влияние на жизнь микроорганизмов. - Температура. Все микроорганизмы по отношению к температуре разделяются на три основные группы: психрофилы (холодолюбивые), мезофилы и термофилы (теплолюбивые). Оптимальной температурой для психрофилов является 6–10, для мезофилов 20–35 и для термофилов 50–60 °С. При отрицательной температуре большинство бактерий и грибов переходит в состояние анабиоза. - Влажность. Микроорганизмы способны активно расти и развиваться только при наличии в среде воды. Это объясняется тем, что питательные вещества могут поступать в клетку только в растворенном виде. С уменьшением оводненности замедляются жизненные процессы. Клетка переходит в состояние анабиоза. - Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от реакции среды. Грибы предпочитают более кислую среду (рН 3–6), бактерии – нейтральную или щелочную с оптимумом рН 7–8. Исключение составляют уксуснокислые и серные бактерии, которые лучше развиваются в условиях сильнокислой среды. - Отношение к кислороду. По отношению к кислороду все организмы делятся на аэробов и анаэробов. Аэробы требуют для своего роста и развития молекулярный кислород, используя его в качестве конечного акцептора электронов в процессе дыхания. Анаэробные микроорганизмы способны жить без кислорода, получая энергию в процессах брожения или анаэробного дыхания. - Действие видимого излучения. Солнечная энергия необходима микроскопическим водорослям, цианобактериям, пурпурным и зеленым бактериям для фотосинтеза. Другим микроорганизмам она может приносить вред, вызывая их гибель. Бактерицидность видимого излучения зависит от длины волны: чем она короче, тем больше в каждом кванте заключено энергии и сильнее действие на живые объекты. Под действием прямых солнечных лучей погибают многие, в том числе патогенные микробы. - При повышении гидростатического давления происходит ряд изменений в протекании биологических процессов. Замедляются реакции, приводящие к увеличению объема (например, брожения с образованием газообразных продуктов). Наоборот, усиливаются реакции поглощения газов. Химические равновесия сдвигаются в сторону субстратов реакции. При повышенном давлении происходят денатурация биологических полимеров и диссоциация сложных агрегатов в клетках. Клетки после деления не расходятся и образуют длинные филаменты. - У микроорганизмов, как и у других живых существ, установлен магнитотропизм, то есть движение происходит по магнитному меридиану (в северном полушарии на север, а в южном – на юг). Микроскопические грибы растут по силовым линиям магнитного поля. 7.1. Особенности водных микроорганизмов. Вода является естественной средой обитания многих микроорганизмов. Обычная нормальная микрофлора воды – это сапрофиты, представленные псевдомонасами, микрококками, серо- и железобактериями, мицелиальными и дрожжеподобными грибами, микроскопическими водорослями, простейшими, зоопланктоном и зообетосом, фагами, актиномицетами и другими микроорганизмами. Важная роль микроорганизмов в процессах биологической продуктивности водоемов определяется тем, что микроорганизмы разлагают мертвое органическое вещество, превращая продукты его распада в пригодные для питания водой растительности и, кроме того, сами микроорганизмы служат пищей для водных животных. 8.1. Особенности почвенных микроорганизмов. Роль микроорганизмов в почвообразовательных процессах и в плодородии почв. Микроценозы почвы. Особенность почвенных микроорганизмов состоит в их способности разлагать сложнейшие высокомолекулярные соединения до простых конечных продуктов: газов (углекислый газ, аммиак и др.), воды и простых минеральных соединений. Микробиоценоз – совокупность популяций разных видов микроорганизмов, обитающих в определенном биотопе. В почве микроорганизмы находят наиболее благоприятные условия для своего развития. Органические вещества, минеральные соединения, достаточная влажность почвы создают условия для накопления в ней огромного количества микроорганизмов. Каждому типу почв, каждой почвенной разности свойственно свое, специфическое профильное распределение микроорганизмов. При этом численность микроорганизмов и их видовой состав отражают важнейшие свойства почвы: запасы органического вещества, количество и качество гумуса, содержание питательных элементов, реакцию, влагообеспеченность, степень аэрированности. Микрофлора почвы очень разнообразна. Она состоит из нитрифицирующих, азотфиксирующих, денитрифицирующих бактерий; серо- и железобактерий, грибов, водорослей, простейших. Большинство микроорганизмов, обитающих в почве, принимает участие в круговороте веществ в природе: разложении органических веществ до неорганических, усвоении минеральных элементов и фиксации атмосферного азота растениями. С помощью микроорганизмов изменяется структура и химический состав почвы. Микрофлора почвы включает все известные группа микроорганизмов: споровые и споронеобразующие бактерии, актиномицеты, грибы, спирохеты, архебактерии, простейшие, сине-зеленые водоросли, микоплазмы и вирусы. В 1 г почвы насчитывается до 6 млрд микробных тел. 9.1. Микробно-растительные взаимодействия в ризосфере и ризоплане. Прорастающее и развивающееся из семени в почве растение сталкивается с различными микроскопическими биологическими объектами: микроскопическими животными, простейшими, грибами, бактериями и вирусами. Будущее растение контактирует с этими объектами как формирующейся корневой системой, так и будущей надпочвенной частью — стеблем, пока проростком. Корень контактирует с неспецифическими для него микроорганизмами, т.е. такими, контакт с которыми не приводит к его инфицированию, и со специфическими, инфицирующими корень микроорганизмами. Среди инфицирующих имеются непатогенные и типичные патогены. К непатогенным относятся, например, клубеньковые бактерии, а из грибов — микоризные, эндо- и эктоми- коризные. Однако имеется и другая точка зрения, когда взаимодействие с растениями упомянутых бактерий и грибов в более широком контексте рассматривается как патогенез. В настоящее время под ризосферой понимают пространство вокруг корня от 0 до 2-8 мм в диаметре, в котором имеет место более обильное развитие микроорганизмов из-за стимулирования их роста корневыми экссудатами (выделениями), а в более широком смысле — корневыми депозитами. Пространство ризосферы иногда называют еще эндоризосферой, включая в это понятие и ткани самого корня в противовес ризоплане, под которой подразумевают только то, что находится непосредственно на поверхности корня и прикреплено к корню. Корневые экссудаты представляют собой низкомолекулярные органические вещества, продукты фотосинтеза и метаболизма растения. К ним относятся сахара, органические и аминокислоты, спирты, гормоны, витамины и др. Эти вещества «утекают» из зоны вблизи кончика корня, точнее зоны «растяжения» корня в процессе его роста и развития. 10.1. Сферы использования микроорганизмов. Микроорганизмы широко используются в пищевой промышленности, домашнем хозяйстве, микробиологической промышленности для получения аминокислот, ферментов, органических кислот, витаминов и др. К классическим микробиологическим производствам относится виноделие, пивоварение, приготовление хлеба, молочнокислых продуктов и пищевого уксуса. Биотехнология – совокупность промышленных методов, использующих живые организмы и биологические процессы в контролируемых условиях для производства ценных для человека продуктов – белков, аминокислот, гормонов, лекарственных препаратов и т. д. Производство бактериальных удобрений. Биопестициды – микробные препараты для защиты растений, в первую очередь от насекомых-вредителей. Синтез антибиотиков. Антибиотики образуются бактериями, плесневыми грибами, а также растениями и животными. Получение микробного белка. Компостирование органических отходов. Использование грибов в целлюлозно-бумажном производстве. В последние годы разрабатывается технология получения и отбелки целлюлозы с помощью лигнинразрушающих грибов и их ферментов. 11.1. Биология дереворазрушающих грибов. Функциональная роль дереворазрушающих грибов в лесных сообществах. Ксилолиз. Последовательные стадии разложения древесины различными группами микроорганизмов. Основные типы ксилолиза. Сукцессия грибов в древесине. Специфические черты базидиальных грибов. Дереворазрушающие грибы разрушают древесину на всех этапах, от повреждений лесных деревьев до разложения древесины во время хранения, а затем в сооружениях и изделиях. Дереворазрушающие грибы разлагают одревесневшие стенки клеточных оболочек у древесных растений, т. е. разрушают клетчатку, лигнин и другие компоненты оболочки. В результате этого происходит разложение древесины, заболевание древесных растений, потеря качества древесины. Кроме этого, вследствие разрушения клеточной оболочки изменяются химический состав, физические и технологические свойства древесины. Главная функция дереворазрушающих грибов – освобождение элементов минерального питания из древесного отпада. Биологическое разложение древесины, или микогенный ксилолиз (ферментативное разложение древесного вещества клеточных стенок, окисление его в метаболизме мицелия до СО2 и Н2О с освобождением энергии), - сложный биохимический процесс, зависящий как от биотических, так и от абиотических факторов. При разложении в естественных условиях «мертвой» древесины гниение проходит в несколько этапов, в течение которых последовательно сменяется флора микроорганизмов. Первая фаза. Запасные вещества — крахмал, сахара и другие, доступные действию обычпых сапрофитных грибов соединения, — подвергаются разрушению в первую очередь аскомицетами, вызывающими окраску древесины, а также некоторыми несовершенными грибами. Так как флора этой фазы не способна к расщеплению стойкого лигно- целлголозного комплекса, то она погибает, как только будут исчерпаны легко доступные вещества. Вторая фаза. Характеризуется развитием древоразрушающих грибов, разлагающих вещества клеточных стенок древесины. Полисахариды при этом предварительно расщепляются при посредстве ферментов до простых Сахаров. В этой фазе бактерии из-за неблагоприятной кислой реакции среды, создающейся вследствие выделения древоразрушающимн грибами кислот, совершенно не развиваются. Вторая фаза продолжается, в зависимости от условий увлажнения и других факторов, от 1 года до 10 лет. Третья фаза распада древесины осуществляется в основном под воздействием различных шляпных форм грибов, главным образом из семейства пластинчатых (Agaricaceae). Процесс протекает очень медленно и растягивается, в зависимости от условий и видов грибов, на много десятков лет. Характерным признаком этой фазы является наличие больших масс отмершего мицелия грибов. Этот мицелий, богатый органическими веществами, представляет субстрат, пригодный для развития бактерий, которые и обнаруживаются в большом количестве среди микроорганизмов этой фазы. Типы ксилолиза: 1. Деградация - грибы атакуют углеводы в слое S2 вторичной клеточной стенки. 2. Деструкция (бурая, трухлявая гниль). Грибы атакуют сначала углеводы клеточной стенки, оставляя слегка модифицированным лигнин до конца ксилолиза. 3. Коррозия одновременная (белая, трухляво-волокнистая гниль). Грибы атакуют одновременно все основные химические компоненты клеточной оболочки в течение всего времени ксилолиза. 4. Коррозия последовательная (белая, ситовая, или пестрая гниль). Грибы атакуют все основные химические компоненты, но вначале предпочитают гемицеллюлозы и лигнин, в результате чего образуются каверны с белым содержимым, более чем на 90 % состоящим из целлюлозы. 5. Делигнификация (белая, волокнистая или губчато-волокнистая гниль). Грибы избирательно аткауют гемицеллюлозы и лигнин и только в конечной стадии ксилолиза также и целлюлозу. Сукцессия грибов в древесном детрите. Древесный детрит используется как субстрат многими видами организмов – грибов, беспозвоночных (насекомых и клещей), бактерий и др.. Многие дереворазрушающие грибы в условиях чистой культуры могут осуществить ксилолиз на 70 и даже на 100 % (от первоначальной массы органического вещества древесины). Специфической чертой базидиальных грибов является половой процесс это слияние участков вегетативных гиф – соматогамию, в результате образуются базидии с базидиоспорами. Базидиоспоры образуются эндогенно и дают начало гаплоидному монокариотическому короткоживущему мицелию (первичный мицелий). Два гаплоидных мицелия, сливаясь, дают начало дикариотическому мицелию (вторичный мицелий). Этот мицелий является вегетативной стадией большинства дереворазрушающих грибов. На нем образуются особые выросты, называемые пряжками, из него формируются плодовые тела, содержащие микроскопически тонкий спороносный слой – гимений, в котором располагаются базидии с базидиоспорами и стерильные механические элементы (парафизы, цистиды) |