Курсовая по микробиологии

     Определение биомассы микроорганизмов, аэробно  использующих глюкозу, проводят следующим  образом: 2 г свежей почвы помещают в пенициллиновый флакон, вносят 5 мг глюкозы в объеме 0,1 мл, флакон закрывают  резиновой пробкой и инкубируют при 25°С в течение 30-60 мин. В начале и в конце инкубации отбирают пробы воздуха объемом 0,5 см³ с помощью шприца и определяют в них концентрацию СО₂ на газовом хроматографе. Скорость выделения СО₂ (V(СО₂)) рассчитывают по динамике прироста концентрации СО2 с учетом объема газовой фазы флакона. Объем газовой фазы рассчитывают по разнице между общим внутренним объемом флакона и объемом твердой и жидкой фаз почвы. Для расчета Q однократно прослеживают динамику потребления глюкозы и прироста V(СО₂). Для этого ставят серию флаконов и инкубируют их с глюкозой, как было описано выше, периодически из термостата изымают по два флакона, готовят вытяжки 0,5 М К₄SО₄ и определяют остаточное содержание глюкозы бихроматным методом (см. определение микробной биомассы регидратационным методом). Одновременно в двух флаконах каждые 2-3 ч в течение дня измеряют динамику Y(СО₂). Величину Y находят по   уравнению материального баланса Y = DХ/DS = 1-DСО₂/DS, m - по наклону линеаризованной кривой в координатах "lnV(СО₂) – время".

     При серийных анализах достаточно измерить лишь начальную скорость выделения  СО₂, воспользовавшись ранее определенным значением коэффициента Q. 
 
 
 
 
 
 

     1.5 Влияние физико-химических  факторов на дыхание  микроорганизмов  почв 

     Микроорганизмы  находятся в непрерывном взаимодействии с внешней средой и, естественно, подвергаются разнообразным ее влияниям.

     Происходящие  в окружающей среде изменения  обычно так или иначе отражаются на микроорганизмах. В одних случаях они могут способствовать еще лучшему развитию микробов, в других – подавлять их жизнедеятельность. Иногда один и тот же фактор в одних условиях является благоприятно действующим на микробов, в других – наоборот, угнетающим.

     Следует, однако, помнить, что изменчивость и  быстрая смена поколений у микробов позволяет им приспособляться к самым разнообразным условиям жизни, быстро закреплять приобретенные признаки и передавать их но наследству.

     Все разнообразные факторы, оказывающие  влияние на микроорганизмы, делятся  на три группы [12]:

     физические  (влажность среды, температура, различные формы лучистой энергии, механические воздействия);

     химические (химический состав и реакция среды, в которой находятся микроорганизмы);

     биологические (взаимодействие микробов с другими организмами).

     Физические  факторы

     Влажность среды 

     Все микроорганизмы нуждаются в воде. Без влаги их жизнедеятельность немыслима, и они погибают. В микробных клетках содержится до 85% воды. Питательные вещества поступают в клетку растворенными в воде. С водой же удаляются из клетки продукты ее жизнедеятельности. Поэтому развитие микробов возможно только при наличии в субстрате доступной для них свободной воды в жидко-капельном состоянии.

     С уменьшением количества влаги в  субстрате развитие бактерий приостанавливается вследствие ослабления в клетках жизненных процессов – обмена веществ, а при удалении влаги ниже определенного уровня (30-20%) – совершенно прекращается.

     Плесени могут развиваться и при меньшем  содержании влаги в субстрате  – до 15%.

     Температура

     Температура внешней среды – мощный фактор воздействия на организмы, определяющий не только интенсивность, но и вообще возможность развития. Однако микробы, по сравнению с животными и растениями, более приспособлены к колебаниям температуры.

     Принято различать три основные, так называемые кардинальные, температурные точки, имеющие значение для развития микроорганизмов; температурные оптимум, минимум и максимум.

     Температурный оптимум – это температура, при которой данный вид микробов наиболее хорошо развивается, т.е. температура, соответствующая физиологическим требованиям данного микроорганизма.

     При температурном минимуме или максимуме развитие микробов еще возможно, но уже ограничено.

     Свет

     Прямые  солнечные лучи оказывают губительное  действие па все микроорганизмы. Губительное  действие обусловлено, прежде всего, негативным влиянием коротковолнового спектра – ультрафиолетовых лучей (УФ) – солнечного света. Кроме того, солнечные лучи высушивают микробную клетку.

     Лучи  Рентгена

     Рентгеновские лучи имеют очень малую длину  волны и обладают высокой проникающей способностью. Действие лучей рентгена на микроорганизмы зависит от дозы облучения. В малых дозах эти лучи стимулируют жизненные процессы микробов, а в больших — угнетают.

     Давление  и механические сотрясения относятся также к физическим факторам. Микроорганизмы не испытывают значительных изменений под влиянием даже очень высоких давлений. К механическим сотрясениям, особенно если они сильные и длительные, микроорганизмы чувствительны и при их воздействии могут погибнуть.

     Химические  факторы

     Различные химические вещества в зависимости  от ряда условий не одинаково действуют  на отдельные виды микробов.

     В малых концентрациях они ведут  себя как раздражители микробных  клеток, а в значительных количествах  – как яды. Установлено, что микробные  клетки способны реагировать на ничтожно малые количества некоторых химических веществ. Если запаянный с одного конца капилляр, наполненный каким-либо химическим веществом, ввести в каплю жидкости, содержащую подвижные микробы, то реакция микроорганизмов в ответ па это может быть разной. Например, если в капилляре находится раствор пептона, а в жидкости есть гнилостные бактерии, то они будут скапливаться у отверстия капилляра. Такое явление носит название положительного хемотаксиса. Если же в капилляре находится раствор кислоты, то микроорганизмы будут удаляться от капилляра – наблюдается отрицательный хемотаксис.

     В хемотаксисе обнаруживается основное свойство живой клетки – раздражимость, которая является ответной реакцией клетки на проникшее в нее вещество.

     Очень многие химические соединения угнетают жизнедеятельность микроорганизмов (бактериостатическое действие) или убивают их (бактерицидное действие). Однако добиться уничтожения всех микроорганизмов в каком-либо субстрате при помощи химических соединений трудно, т.к. различные микробы по-разному относятся к химическим агентам.

     Биологические факторы

     Из  факторов биологического порядка, отражающихся на жизнедеятельности микроорганизмов, прежде всего следует отметить взаимное влияние микробов друг па друга. Микроорганизмы, находясь в естественной среде обитания – в почве, в воде, в организме животного, вступают во взаимодействие не только с окружающей средой, но и друг с другом, а также с другими живыми организмами, образуя так называемый биоценоз. При этом взаимоотношения между микроорганизмами могут иметь различный характер.

     Факторы среды, определяющие развитие ценоза почвы [13]

     На  активность микроорганизмов и формирование их ценоза в почве влияет ряд факторов. Прежде всего следует отметить роль температуры почвы в протекании микробиологических процессов.

     На  температуру почвы огромное влияние  оказывает географический фактор. Кроме  того, наблюдаются суточные колебания  температуры, которые сильнее всего  оказываются на поверхностном слое почвы. Сезонные колебания температуры  влияют на весь профиль почвы. В криофильных почвах на некоторой глубине имеется постоянный мерзлотный слой, подавляющий активность микроорганизмов.

     В одной т той же зоне температурный  режим почвы зависит также  от ее способности поглощать тепловые лучи, теплоизлучения, характера растительности.и т.д.

     Среди микроорганизмов имеются психрофилы, размножающиеся при относительно низких положительных температурах; мезофиллы, которые растут при обычных температурах окружающей среды, и термофилы, требующие высокой температуры.

     Основная  масса почвенных микроорганизмов  принадлежит к мезофиллам. Наблюдения показывают, что при температуре  ниже 5°С в почве практически перестает накапливаться СО₂, то есть приостанавливается процесс распада органических соединений.

     Доказано, что оптимальная и максимальная температуры у большинства почвенных  мезофильных микроорганизмов меняются в зависимости от климата. Бактерии в южных почвах, как правило, имеют повышенные температурные оптимум и максимум. В этом сказывается приспособительная реакция микроорганизмов к условиям среды. Она отсутствует лишь у бактерий, завершающих процесс минерализации органических остатков (Bacillus megaterium, Bac. Subtilis, Bac. Mesentericus и др.). в основном это спорообразующие бактерии. Очевидно, что для их существования температурная адаптация не имеет большого значения. В почвах южной зоны, как правило, обитают микроорганизмы, предъявляющие повышенные требования к теплу.

     Теплолюбивые  микроорганизмы при оптимальной  для них температуре более  активны, чем психрофильные их формы. Термофилы обладают исключительно высокой биохимической активностью. В связи с этим в южных почвах при благоприятных условиях микробиологические процессы протекают более энергично, чем в северных. Однако термофильных микроорганизмов даже в южных почвах мало, и существенной роли в почвенных процессах они не играют. Это объясняется тем, что при сильном нагревании почва быстро пересыхает и создается неблагоприятная обстановка для размножения термофилов. Термофильные микроорганизмы поступают в почву в основном с навозом, при созревании которого происходит их массовое размножение. Поэтому богатство почвы термофилами может служить косвенным признаком степени ее унавоженности.

     Возникает вопрос – как сказываются низкие температуры зимнего периода  на почвенной микрофлоре. Казалось бы, что в это время происходит массовая гибель микроорганизмов, но исследования нередко указывают на увеличение количества бактерий. Предполагали, что  в почве существует особая группировка  холодоустойчивых микроорганизмов, но эта точка зрения не подтвердилась. Увеличение числа бактерий объясняется, видимо, десорбцией микроорганизмов  из почвенных частиц, наступающей  при коагуляции коллоидов под  влиянием холода. Возможно, определенную роль играет и замедленное отмирание  бактерий при низких температурах.

     Температурный режим почвы до некоторой степени  поддается управлению. Легче всего  это достигается в теплицах, в  результате чего получают значительный эффект.

     В полевых условиях также можно  улучшить температурные условия  для микроорганизмов и растений. Это достигается соответствующей  обработкой почвы, ее мульчированием, созданием экранов, путем нанесения  на почву темноокрашенных веществ (торф, зола и т.д.).

     Огромное  влияние на жизнедеятельность микроорганизмов  оказывает влажность почвы. Вода, составляющая жидкую фазу почвы, содержит в себе то или иное количество растворенных веществ. В основном из почвенного раствора растения и микроорганизмы усваивают  питательные вещества.

     Корневая  система растений или клетки микроорганизмов  для ассимиляции водного траствора должны иметь более высокое осмотическое давление, чем раствор. По величине осмотического давления микроорганизмы почвы существенно различаются. Большинство из них способны развиваться в почве при наличии по крайней мере гигроскопической влаги. Некоторые микроорганизмы, преимущественно актиномицеты и ряд грибов, могут развиваться при ничтожной влажности почвы.

     В обычных почвах со средней влажностью осмотического давления раствора колеблется в пределах 0,5×10⁵-5×10³ Па. В солончаках, богатых растворимыми солями, осмотическое давление может достигнуть 1,6×10⁷ Па.

     Можно считать, что мобилизационные, агрохимически желательные процессы лучше всего протекают при влажности почвы, приближающейся к 60% ее полной влагоемкости. При таком увлажнении в почве достаточно воды и воздуха, находящихся между почвенными агрегатами. При более сильном увлажнении воздух из почвы вытесняется, что подавляет аэробные микробиологические процессы.