Курсовая по микробиологии

Реферат

     Страниц 60, таблиц 9, рисунков 3, источников литературы 17. 

     ПОЧВА, МИКРООРГАНИЗМЫ, БИОЛОГИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ ПОЧВ, БИОКАЛОРИМЕТРИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ, РЕДУКТАЗНАЯ  АКТИВНОСТЬ 

     Цель  данной курсовой работы: проанализировать методы анализа дыхания микроорганизмов  почвы и влияния на него химических и физико-химических факторов.

     В работе рассмотрена почва и ее характеристики, методы контроля микробиологического  состава почв, методы контроля дыхания  почв, биокалориметрический анализ биологической активности и содержания микроорганизмов почв, влияние физико-химических факторов на дыхание микроорганизмов почв. В экспериментальной части данной работы проведено определение общего количества микроорганизмов методом культивирования, оценка редуктазной активности микроорганизмов, измерение тепловыделения микроорганизмов, определение базового дыхания микроорганизмов почв, проанализировано влияние физических факторов на микроорганизмы почв. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Содержание

Введение………............................................................................................................................................5

1 Основная  часть……………………………………………………………………………………….…..7

1. Почва и ее характеристики…………………………………………………………………………....7
1. Микробиологический состав почв…….............................................................................10
2. Биологическая активность почв……………………………………………………….…13
2. Методы контроля микробиологического состава почв…………………………………………….14
1. Методы определения содержания грибов………………………………………….…….17
2. Методы определения содержания бактерий………..........................................................19
3. Методы контроля дыхания почв……………………………………………………………………..21
1. Базальное и индуцированное дыхание………………......................................................24
2. Определение поглощения О₂……………………..............................................................25
3. Определение выделения СО₂……………………………………………………………..26
4. Биокалориметрический анализ биологической активности и содержания микроорганизмов почв…………………………………………………………………………………………………………28
1. Биокалориметрический метод определения содержания микроорганизмов в средах……………………………………………………………………………………………………….29
2. Оценка уровня биологической активности почв………………………………………..29
5. Влияние физико-химических факторов на дыхание микроорганизмов почв…………………………........................................................................................................................35
1. Методы оценки влияния факторов на дыхание микроорганизмов…………………….39
2. Влияние токсичных факторов на дыхание микроорганизмов………………………….43
6. Математическая модель дыхания микроорганизмов и оценки влияния различных факторов среды ………………….................................................................................................................................49
2. Экспериментальная часть……………………………………………………………………………..51
1. Материалы и оборудование………………………………………………………………………...…51
2. Микроорганизмы и питательные среды……………………………………………………………...51
1. Питательные среды для культивирования микроорганизмов……………......................51
2. Выделение чистых культур бактерий и грибов………………………………………….53
3. Методы анализа……………………………………………………………………………………..…54
1. Определение общего количества микроорганизмов методом культивтрования….......................................................................................................................................54
2. Построение калибровочной зависимости микроорганизмов по спектру мутности……………………………………………………………………………………………………55
3. Оценка редуктазной активности микроорганизмов…………………………………….56
4. Измерение тепловыделения микроорганизмов почв……………………………………57

Заключение…………………………………………………………………………....................................59

Список  использованной литературы……………………………………………………………………..60 
 
 
 
 
 
 

Введение 

     Первые  микробиологические исследования были чисто морфологическими. Техника  и методы исследований еще позволяли  ученым наблюдать лишь богатство  жизненных форм, не видимых простым  глазом. Это был период накопления фактического материала – основы новой области науки – микробиологии.

     Возникновение современной микробиологии относится  к 60-м годам прошлого века и связано  с именем Луи Пастера, который, собственно, и начал выявлять функции микроорганизмов  в окружающей среде. Значение работ  Пастера так очевидно, а результаты его работ настолько известны, что на них незачем останавливаться. Опровержение теории самозарождения, создание вакцины против бешенства, установление связи между метаболизмом живых организмов и действием  заквасок – все это явилось  фундаментом для многих отраслей науки.

     Пастер  доказал, что микробы – не плод воображения авторов рисунков или  описаний, а что они вездесущи; кроме того, Пастер первым обратил  внимание на их роль в преобразовании природной среды, в которой они  обитают Работы Пастера указали путь к исследованию физиологии микроорганизмов, и это было не случайно. Каждая область науки в отличие от метафизики возникает в результате накопления большого фактического материала и определенного общественного заказа. Пастер занялся широким кругом исследований, связанных с проблемами, тревожившими многих людей. Так, по заказу виноделов Франции он провел исследования по спиртовому брожению с участием дрожжей. Эта работа, кроме чисто практических аспектов, позволяющих контролировать и направлять процесс производства вина, открыла новые пути для других исследователей. Точно так же разработка метода приготовления вакцины против бешенства дала человеку средства борьбы с вирусными болезнями. Таким образом, работы, казалось бы, чисто практического характера можно сочетать с теоретическими.

     Микробиология почвы отделилась от общей микробиологии  сравнительно поздно – только в  самом конце XIX в. Мы уже знаем, что  человек занимался сельским хозяйством много тысячелетий. Работая в  поле, он мог наблюдать циклические  изменения, происходящие в почве, знал, что запаханные пожнивные остатки  подвергаются в почве спонтанному  разложению, видел ежегодное восстановление плодородия почвы при должном  уходе за ней. Эти процессы были непонятны, и их приписывали покровительству  разных богов.

     Указания  Пастера побудили двух ученых –  Т. Шлесинга и А. Мюнца – заняться микробиологическими процессами, происходящими в почве. Однако «отцовство» почвенной микробиологии приписывается не им. Истинным создателем этой отрасли микробиологии стал русский ученый – С. Н. Виноградский.

     Микробиология почвы – это наука, занимающаяся изучением почвенных организмов микроскопической величины. Однако это  определение слишком поверхностно и общо. Круг интересов микробиологии  почвы очень широк и охватывает следующие вопросы:

     изучение  видового состава разных физиологических  групп почвенных микроорганизмов, их численности и зависимости  их встречаемости от почвенных условий, способа обработки и удобрения;

     биохимические процессы, происходящие в почве в  результате жизнедеятельности микроорганизмов, их скорость, направление и интенсивность;

     роль  микроорганизмов в процессе образования  почв, их эволюции и плодородия;

     взаимозависимости между микроорганизмами, обитающими в почве, и между микроорганизмами и высшими растениями.

     Все эти вопросы только до известной  степени определяют задачи почвенной  микробиологии. По каждому из пунктов  можно указать много проблем, решение которых способствует лучшему  пониманию совокупности сложных  природных явлений, происходящих в  почве. Более того, почвенная микробиология, не ограничиваясь рамками почвенной  среды, связывает деятельность почвенных  микроорганизмов с совокупностью  биологических процессов, происходящих на земном шаре.

     По  мере совершенствования методов  исследования в общей микробиологии  происходила эволюция. Сначала микробиологи занимались только морфологией микробов, а позже начали изучать их физиологию и биохимию. Почвенная же микробиология  с самого начала связывала физиологические  и биохимические функции микробов, обитающих в почве, с почвенными процессами.

     Историю развития микробиологии почвы можно  подразделить на четыре главных периода:

     1 начальный период, охватывающий 1860-1882 гг.;

     2 период бурного расцвета исследований  почвенных микроорганизмов (1882-1902 гг.);

     3 период изучения возможностей практического использования результатов работы почвенных микробиологов в сельском хозяйстве (1902-1912 гг.);

     4 период развития современной  микробиологии почвы, продолжающийся  до настоящего времени.

     Уже упоминалось, что творцом микробиологии  почвы считается С. Н. Виноградский. Главным его достижением была разработка вполне современных методов  культивирования почвенных микроорганизмов. До него все попытки изучения почвенной  среды лимитировались отсутствием  специфических методов изоляции этих организмов. Виноградский благодаря  своей интуиции преодолел рутинные методы, применявшиеся в общей  микробиологии. Он разработал принципы так называемого избирательного культивирования, позволяющего выделять любые физиологические группы почвенных  микроорганизмов. Они применяются  в микробиологии до сих пор, и  вряд ли утратят свое значение.

     Виноградский  интересовался почвенной микробиологией в очень широком плане. Начав  с автотрофных бактерий, ассимилирующих двуокись углерода из воздуха, он перешел  к фиксации азота свободноживущими микроорганизмами, а затем к микроорганизмам, разлагающим клетчатку и пектины.

     О значении работ С. Н. Виноградского  может свидетельствовать факт избрания его руководителем отдела микробиологии  в Институте Пастера в Париже. Эту должность он занял по личному  приглашению Пастера. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. Почва и ее характеристика

     Каждая  почва состоит из органических, минеральных  и органических минеральных комплексных  соединений. Основным источником минеральных  соединений в почвах являются почвообразующие  породы. Минеральное вещество составляет 80-90% всего веса почвы.

     Органические  соединения почвы формируются в  результате жизнедеятельности растений, животных и микроорганизмов. В процессе почвообразования происходит накопление органического вещества на поверхности  почвы и в ее верхних горизонтах. Разное соотношение процессов поступления  растительных и животных остатков в  почву и процессов их преобразования, а также разная напряженность  этих процессов приводят к тому, что характер горизонтов накопления органического вещества отличается большим разнообразием.

     Растительные  и животные остатки, попадая в  почву, претерпевают сложные изменения. Часть их полностью распадается  до углекислоты, воды и простых солей (процесс минерализации). Другая часть  преобразуется в сложные новые  специфические органические вещества самой почвы – гумусовые вещества (процесс гумификации). Совокупность же специфических и неспецифических  органических веществ почв, растительных и животных остатков разной степени  разложения, кроме тех, которые еще  не утратили тканевого строения, получила название гумуса, или перегноя [1].

     В образовании гумуса микроорганизмы принимают самое активное участие. Гумус начинает накапливаться в  почвенном слое с первых этапов развития почвообразовательного процесса. Под  термином «гумус» объединяется целая  группа родственных высокомолекулярных соединений, химическая природа которых  до сих пор точно не установлена. Гумус составляет 85-90% всего органического  вещества почвы. В нем аккумулировано значительное количество азота, фосфора  и других элементов. Гумус образуется из растительного опада, имеющегося на поверхности почвы, и отмершей корневой системой растений.

     Растительные  остатки различного происхождения  имеют неодинаковый состав, что определяет быстроту их деструкции и состав образующегося  гумуса. Огромное влияние имеет богатство  растительных остатков азотом. Интенсивный  их распад идет при условии, если азота  содержится не менее 1,5%, при соотношении С к N, составляющем 20:1. Распад усиливается в субстратах с большим содержанием азота. Особенно медленно разлагается древесина и кора деревьев.

     В состав гумуса входит большая группа соединений, представляющих собой сложные  гетероциклические вещества. Обычно в гумус превращается 10-20% растительных остатков. В нем содержится около 4-4,5% азота. Значительная часть азота  входит в белковую фракцию, связанную  с высокомолекулярным комплексом небелковой природы. Остальное азот включается в гетероциклическое ядро гумусовых веществ.

     В составе гумуса имеется небольшое  количество нуклеиновых кислот, в  которых заключено до 3-5% азота. Содержание углерода колеблется в пределах 45-60% , а фосфора – от 0,27 до 1,45%.

     Гумусовые вещества почвы состоят из гуминовых  кислот, фульвокислот и гумина. Соотношения между ними определяют качественную характеристику гумуса разных типов почв. Обычно учитывается прежде всего отношение углерода гуминовых кислот (Сг) к углероду фульвокислот (Сф). В том случае, когда это отношение меньше 1, гумус фульватный; когда отношение Сг/Сф больше 1 – гумус гуматный.

     Гумус существенно изменяет физические свойства почвы. Он способствует созданию структуры почвы, улучшает ее тепловые свойства, обладая большой влагоемкостью, обусловливает сохранение влаги в почве. Последнее свойства особенно важно для зон с недостаточным количеством летних осадков. Благодаря обменным реакциям гумус стабилизирует реакцию почвенной среды.

     Почвенные горизонты обычно характеризуются  содержанием гумуса в процентах. Перегнойные и торфяные горизонты  характеризуются потерей при  прокаливании. Потеря при прокаливании – убыль в весе почвы при  нагревании ее до 450-500°С при свободном доступе воздуха за счет потери воды и органических веществ – выражается также в процентах.