Контрольная по микробиологии

     Аэробные  микроорганизмы. 1. Корневидная, или грибовидная, бацилла (Вас. mycoides) широко распространена в почве, образует споры овальной формы. Грамположительная, подвижная. Перитрих — жгутики расположены по всей поверхности клетки. На плотной питательной среде (МПА) рост колоний напоминает мицелий, откуда и название micoides, что означает грибовидный. На жидкой питательной среде (МПБ) рост в виде кусочка ваты, который расположен на дне. Среда же прозрачная.

 2. Картофельная  бацилла (Вас. mesentericus) по форме напоминает предыдущую. Образует овальные споры. Окрашивается по Граму, подвижная, перитрих. На МПА образует сухие, матовые, складчатые колонии. Складки колоний напоминают складки брыжейки, откуда и название — mesentericus. На МПБ рост поверхностный в виде сухой пленки.

 3.  Капустная бацилла    (Вас.  megaterium)    образует споры. Окрашивается по Граму. Палочки со спорами в препаратах    чаще расположены    в виде цепочки.    На МПА колонии    блестящие    с волокнисто-бахромчатыми краями, на МПБ — слабая муть.

 4.  Сенная бацилла  (Вас. subtilis) очень широко распространена в природе и является энергичным аммонификатором. Образует овальные споры,    подвижная, перитрих.    Окрашивается    по Граму.    На    МПА — сухие, складчатые, непрозрачные    колонии;    на МПБ — на поверхности среды пленка.

 5.  Чудесная палочка (Serratia marcescens)    образует кроваво-красный пигмент. На МПА колонии   напоминают кровавые пятна. Округлые, с ровными   краями, приподнятые в центре, слизистой консистенции.    На МПБ образует равномерную муть    красного    цвета. Микроб подвижен. В мазках видны мелкие    грамотрицательные палочки.

 Факультативно-анаэробные микроорганизмы. 1. Вульгарный протеи (Proteus vulgaris)—очень полиморфная палочка, резко изменяющая форму и размеры на питательной среде. По Граму не окрашивается, подвижная, перитрих. Во время роста может перемещаться по наклонной поверхности плотной питательной среды (проба по Шукевичу).

 2. Кишечная  палочка (Е. coli)—грамотрицательная, подвижная, встречаются и неподвижные штаммы. Местонахождение— кишечник животных и человека, откуда попадает в почву и водоемы. Принимает активное участие в разложении белка.

 Анаэробные  микроорганизмы. I. Cl. putrificum — небольшая- спорообразующая палочка, по .форме напоминает барабанную. Один из наиболее распространенных возбудителей анаэробного разложения клетчатки, образует большое количество газов. Не сбраживает углеводы.

 2.Cl; sporogenes —мелкая клостридия с центральным - расположением споры. В отличие от предыдущей сбраживает углеводы. В процессе аммонификации образуются аммиачные соли, которые окисляются и переходят в соли азотной кислоты (нитраты).

 Другие  микроорганизмы, разлагающие  белок. Кроме бацилл и бактерий, белковые вещества разлагают актиномицеты и другие грибы, но аммонифицирующая способность их ниже и выражена в разной степени. Разложение белков происходит под действием экзоферментов (ферменты, выделяемые во внешнюю среду). Микроорганизмами могут усваиваться только растворимые продукты гидролиза белка: пептоны в аминокислоты. Микробы же, не образующие аминокислоты, естественными белками питаться не могут. В процессе аммонификации образуется большое количество аммиака, который идет на синтез азотистых соединений.

 Аммонификация мочевины.

     Животными и человеком ежесуточно выделяется в окружающую среду более 150 тыс. т, а в год более 20 млн т мочевинного азота, или 50 млн т мочевины. В моче содержится 47% азота, поэтому она считается одним из концентрированных азотистых удобрений. Мочевина непригодна для азотистого питания растений, и только после разложения ее уробактериями она становится усвояемой.

     Уробактерии (ureae — моча) были открыты в 1862 г. Л. Пастером. Среди них встречаются как палочковидные, так и шаровидные формы микробов. Они образуют фермент уреазу. Наиболее энергичные возбудители разложения мочевины — Вас. probatus и Вас. pasteuri, у которых жгутики расположены по всей поверхности тела. Такие микробы разлагают в 1 л раствора до 140 г мочевины. Из шаровидных микробов наиболее энергичное действие на мочевину оказывает Sporosarcina ureae. В 1 л раствора она разлагает до 30 г мочевины. Характерный признак этой сарцины — наличие у нее жгутиков.

     Уробактерии аэробы и хорошо развиваются только в резкощелочной среде. В качестве азота они используют аммиачные соли или свободный аммиак, образующийся при гидролизе мочевины. Углерод из мочевины уробактерии использовать не могут, так как он находится в сильно окисленной форме и при гидролизе не выделяется в виде углерода диоксида. Углерод уробактерии используют из различных органических соединений (соли лимонной, янтарной, яблочной, уксусной и других кислот, а также моносахариды,сахариды и крахмал).

Нитрификация.

    Продукты гниения белков и разложения мочевины — аммиак и аммиачные соли — могут быть непосредственно усвоены растениями, но они обычно превращаются в нитраты — соли азотной кислоты. Биологическая сущность процесса нитрификации была доказана работами Т. Шлезинга и Л. Мюнца в 1879 г. Позднее (1888 — 1890) известный русский микробиолог С. Н. Виноградский, применив элективную среду, выделил чистые культуры тарификаторов. Ученый установил, что органическое вещество в среде тормозит развитие нитрифицирующих бактерий, в то время как в чисто минеральных питательных растворах они хорошо растут. В первой фазе аммиак окисляется до азотистой кислоты по схеме:

 NH3             →   NH4OH  →  NH2OH   → HNO   → HNO +274,9 кДж.

 Аммиак           Едкий             Гидро-        Нитро-        Азотистая

                         аммоний      ксиламин         ксил              кислота

     Считается, что процесс нитрификации проходит в несколько стадий, при этом образуется ряд промежуточных продуктов: гидроксиламин, нитроксил и др.

 Во  второй фазе азотистая кислота окисляется до азотной:

 HNO2   →  HNO3 +87,6 кДж.

Азотистая Азотная                                                                                                       кислота         кислота

     Первая  и вторая фазы единого процесса нитрификации вызываются разными возбудителями. С. Н. Виноградский объединил их в три рода; Nitrosomonas, Nitrococystis, Nitrosospira. Бактерии рода Nitrosomonas имеют форму палочек, грамотрицательные, подвижные, снабжены одним жгутиком, спор не образуют. Разные виды Nitrosomonas широко распространены в почве и отличаются друг от друга формой и размерами. Род Nilrococystis способен образовывать зооглеи (кокковые формы микробов окружены общей капсулой). Род Nitrosospira С. Н. Виноградский разделил на два вида: Nitrosospira bria и Nitrosospira arctica. Бактерии обоих видов имеют правильную спиральную форму. Наряду со спирально закрученными нитями у старых культур встречаются короткие палочки и кокки.

     В последнее время выделено еще  два рода микробов, вызывающих первую фазу нитрификации: Nitrosolobus и Nitrosovibrio. Окисление азотистой кислоты в азотную осуществляется мелкой полиморфной, грамотрицательной, неподвижной бактерией, которую С. Н. Виноградский назвал Nitrobacter, Микробы группы Nitrobacter лучше развиваются на чисто минеральных средах и могут синтезировать органическое вещество своего тела, используя углерода диоксид.

     Во  второй фазе нитрификации применяют  участие также микробы родов  Nitrospina и Nitrococcus.

     Нитрифицирующие микробы отрицательно относятся  к органическим веществам. Добавление к минеральному раствору 0,2% пептона  или глюкозы приостанавливает рост микробов. Сильная чувствительность нитрифицирующих микробов к органическим веществам отмечается в растворах, в почве этого не наблюдается, так как в ней водорастворимых веществ в значительных количествах никогда не бывает. Кроме нитрифицирующих бактерий, в почве находятся и другие микроорганизмы, которые используют органическое вещество и тем самым создают благоприятные условия для развития нитрификаторов. Это лишний раз свидетельствует о том, что физиологические свойства микроорганизмов надо изучать не на изолированных искусственных средах, а в естественной среде их обитания.

     На  процессы окисления аммиака влияют не только микробы, но и их ферменты. Кроме органического вещества, на нитрификацию оказывает влияние концентрация аммиака. Его действие на культуру резко проявляется в условиях жидких сред. В почве же аммиак,находится в адсорбированном состоянии и не может оказывать угнетающего действия. Поэтому нитробактер сразу же окисляет азотистую кислоту в азотную.

     На  процесс нитрификации положительно сказывается присутствие кислорода. В обрабатываемых почвах процесс нитрификации протекает более интенсивно. Примерно также нитрификация проходит на черноземных почвах, особенно когда в них достаточное количество аммонифицирующих микробов, готовящих пищу (среду) для нитрификаторов. У солонцов меньшая нитрифицирующая способность.

     В почвах азотистая кислота не накапливается, поскольку  Nitrosomonas и Nitrobacter встречаются в одной среде, находятся в своеобразном симбиозе. Нитрификаторы способны осуществлять хемосинтез, то есть создавать органическое вещество из углерода диоксида и воды за счет химической энергии окисления аммиака до азотистой кислоты и азотистой до азотной кислоты. Нитрификаторы чувствительны к кислой среде, они лучше развиваются при рН 8,3—9,3. В результате жизнедеятельности нитрифицирующих бактерий на 1 га почвы может накапливаться за год до 300 кг азотной кислоты.

Денитрификация.

     Это процесс, обратный нитрификации. Различают  прямую и косвенную денитрификацию.

     Прямая  денитрификация вызывается жизнедеятельностью денитрифицирующих бактерий, очень широко распространена в почве, навозе, водоемах. Среди них наибольшее значение получили Thiobacillus denitrificaris, Ps. fluorescens, Ps. aeruginosa, Ps. sluizeri, Paracoccus denitrificans и др. Они имеют форму палочек, а некоторые— форму кокков и восстанавливают нитраты до молекулярного азота. Денитрифицирующие бактерии почвы лучше развиваются без доступа воздуха и в щелочной среде. Поэтому наибольшие потери азота почвой происходят при плохой аэрации и высокой влажности. Процесс денитрификации при рН 6,1 и выше 9,6 полностью прекращается. Денитрификация проходит по схеме NО_{3  →}   NO_2→NO →N₂O →N₂, при этом соединения азота (нитрат и нитрит) восстанавливаются до газообразных продуктов — NO, N₂O и N₂.

     Косвенная денитрификация осуществляется чисто  химическим путем при взаимодействии азотистой кислоты с аминными соединениями. Роль микроорганизмов в этих процессах действительно косвенная и сводится к образованию нитритов, главным образом из нитратов. Косвенной денитрификации способствуют самые различные виды микроорганизмов, которые не только восстанавливают нитраты, но и разлагают белковые вещества с образованием аминокислот. Взаимодействие между микробами происходит в кислой среде, окультуренная же почва редко имеет такую реакцию, поэтому денитрификация в ней выражена в меньшей степени, но все же она наблюдается.

Фиксация  молекулярного азота  свободноживущими микроорганизмами.

     Растения  усваивают минеральный, связанный  азот. В такой форме он находится  в почве, где количество его невелико, поэтому всегда создается дефицит. Молекулярный азот в большом количестве содержится в атмосфере, но растения усваивать его не могут. Некоторые культуры в течение ряда лет дают хорошие урожаи без внесения в почву азотистых удобрений. Это побудило ученых высказать предположение о содержании в почве каких-то организмов, усваивающих азот из воздуха.

     Выделить  из почвы анаэробного фиксатора  азота Cl. pasteurianum, который может развиваться на питательных средах, не содержащих в своем составе азота, удалось в 1893 г. С. Н. Виноградскому. Cl. pasleurianum представляет собой довольно крупную палочку (до 8 мкм в длину) с овальной спорой на конце. Такая форма устойчива к неблагоприятным воздействиям среды и встречается как в кислых, так и в щелочных почвах. В 1901 г. Мартин Бейеринк (голландский ученый) выделил из огородной почвы чистую культуру аэробного фиксатора азота, названного им Azotobacter chroococcum, который активно связывает атмосферный азот и обогащает им почву. Кроме указанных микроорганизмов, фиксировать азот из воздуха могут некоторые микобактерии, многие грибы, пурпурные бактерии и синезеленые водоросли. Из всех микроорганизмов наибольшая азотфиксирующая способность у азотобактера и его разновидностей.

     Клетки  азотобактера имеют шаровидную или  овальную форму, располагаются попарно или по четыре и окружены слизистой капсулой. Молодые клетки имеют палочковидную форму, снабжены жгутиками, старые — форму неподвижных кокков, содержащих различные включения. Азотобактер требователен к субстрату и особенно реагирует на дефицит фосфора. На бедных почвах он не развивается. Это послужило основанием для использования азотобактера в качестве индикатора на содержание в почве фосфора и калия. Кроме углерода, азотобактер нуждается также в кальции, сере, магнии в ряде других элементов. Для нормального роста азотобактера нужны также и некоторые микроэлементы, особенно молибден, который может быть заменен ванадием. Если имеются доступные источники связанного азота, то азотобактер питается ими, а если их нет, то использует молекулярный азот. Установлено, что фиксация молекулярного Hjoia — восстановительный процесс, в результате которого образуется, прежде всего аммиак.

     Расшифровке этого    уникального    процесса посвящено много работ, но пока еще не все ясно.