Контрольная работа по "Микробиология"

     Гидролазы широко распространены в почвах и играют роль в обогащении их подвижными и доступными для растений и микроорганизмов питательными веществами, разрушая высокомолекулярные органические соединения, такие как белки, полисахариды. К этому классу относятся ферменты: целлюлаза, протеаза, фосфатаза и другие, активность которых является важнейшим показателем биологической активности почв и оценки антропогенного воздействия.

     Условием плодородия почв и их биогенности, является также запас элементов питания. Кислотные дожди, особенно в регионах с гумидным климатом, выщелачивают из почвы Са, К, Na, Mg, а это ведет к изменению их химических и физических свойств, нарушается режим питания высших растений, снижается численность бактерий и актиномицетов, нарастает почвенный токсикоз (сильно - на песчаных почвах). Ранняя диагностика дефицита питательных элементов в почве возможна на основании ориентировочного учета потребности почв в биогенных элементах с помощью азотобактера.

     ПОЧВЫ ПО ИНТЕНСИВНОСТИ РАЗЛОЖЕНИЯ ПОЛОТНА (МЕТОД МИШУСТИНА, ВОСТРОВА И ПЕТРОВОЙ). Метод широко используют в агрономической практике для оценки микробиологической активности почвы. После инкубации накопившийся аммиак определяют диффузионным методом в чашках Конвея.

     Параллельно устанавливают общее количество выросших клеток методом прямого  счета под микроскопом или  методом питательных пластин  на МП А. По окончании опыта определяют нитрат в опытных и в контрольных почвах по методу Грандваль - Ляжу. Определение денитрифицирующей активности почвы и изучение смены процессов в замкнутой системе почва - атмосфера, путем применения ацетилена по методу Федоровой.

     Используемый  в микробиологической практике для определения денитрифицирующей активности почв метод сравнения данных по количеству нитрата, нитрита и аммония в разных образцах после инкубации их с селитрой в течение 14 суток громоздок (требует химических анализов) и недостаточно точен. Федоровой ацетилена (С2Н2) позволяет вычленить денитрификацию из прочих метаболических реакций и количественно оценить процесс методом газовой хроматографии.

     Принцип метода определения денитрифицирующей  активности почвы состоит в том, что введение ацетилена в исходную атмосферу дает возможность фиксировать количество выделившейся закиси азота в процессе диссимиляции NO3~ и NO2~ . Определение всех газовых компонентов (GO2, N2O, N2, Н2, С2Н2, С2Н4, СН4) расширяет возможности метода, позволяет наблюдать смену процессов, обусловленную активностью физиологических групп микроорганизмов (включая метано-образующие) и изучать воздействие на них отдельных факторов. По окончании опыта (через 15 или 30 суток) из контрольных и опытных колб берут соответствующий объем субстрата для определения остатка глюкозы в нем (по методу Бертрана или другим методом) и общего азота (по методу Кьельдаля).

Вопрос 90. Силосование кормов – силосуемые растения. Значение сахарного  минимума для эффективного силосования. Термогенез и его значение при силосовании. Микробиологические процессы при холодном способе силосования и методы регулирования.

      Силосование - один из распространенных способов консервирования кормов. Силосуют различные виды кормов - зеленые растения, влажное зерно, отходы овощеводства, корнеклубнеплоды, бахчевые культуры, свекловичный жом, барду, солому.

      Успех силосования растений зависит от содержания в них сахара, который в процессе жизнедеятельности молочнокислых бактерий превращается в основном в молочную кислоту, концентрация которой сдвигает активную кислотность среды до рН 4,2. Это положение названо сахарным минимумом при силосовании.

      Растения, у которых содержание сахара выше необходимого сахарного минимума, относятся к легкосилосующимся - кукуруза, сорго, суданская трава, подсолнечник, топинамбур, отава злаковых трав, вико-овсяная смесь, рапс озимый.

      У трудносилосующихся растений величина сахарного минимума выше, чем фактическое содержание сахара, но все же его количество обеспечивает необходимое подкисление и сохранность корма. Трудно силосуются донники, клевер красный до цветения, могар.

      К несилосующимся растениям относятся  крапива до цветения, люцерна в  период бутонизации, ботва картофеля, арбуза, тыквы. Зеленая масса этих растений содержит явно недостаточное количество сахара для образования необходимой концентрации молочной и уксусной кислот для сохранения корма.

      В частности, она не учитывает избыточное содержание сахара в силосуемом сырье, что приводит к получению силоса с повышенной кислотностью. Перекисленный силос плохо поедается и отрицательно влияет на здоровье животных.

      Другой  недостаток теории сахарного минимума заключается в том, что она не учитывает влажность силосуемых растений и изменение буферных свойств растений в период силосования. Понижение влажности растительного сырья перед силосованием до 55 - 65 % дает возможность в анаэробных условиях получать силос высокого качества при значении рН корма свыше 4,2.

     Высокий разогрев корма при силосовании  имеет и другие весьма нежелательные последствия: белки входят в сложное соединение с углеводами, образуя вещества типа меланоидинов, не усваиваемые организмом животных. В результате питательная ценность кормов резко снижается. Разогревание корма - термогенез может осуществляться только при окислительных процессах, вызывающих значительную и бесцельную трату органических веществ, в том числе органических кислот, т. е. консервирующего корм фактора. При термогенезе величина потерь («угара») возрастает, что является нежелательным с хозяйственной точки зрения. Бороться с этим явлением можно при помощи комплекса приемов, предупреждающих проникновение воздуха к силосуемому корму (плотная укладка, изоляция корма).

     В практической обстановке нередко сильно разогревающиеся силосы имеют высокую кислотность. Нарастание кислотности в «горячих» силосах происходит в тот период, когда температура корма не превышает 40°.

     При холодном способе силосования созревание силоса идет при умеренном повышении  температуры, доходящем в некоторых  слоях корма  до 40°С; оптимальной температурой считается 25-30 °С. При таком силосовании скошенную растительную массу, если нужно, измельчают, укладывают до отказа в кормовместилище, утрамбовывают, сверху как можно плотнее укрывают для изоляции от воздуха. Растительная масса в этом случае укладывается в траншею одномоментно, утрамбовывается и изолируется слоем земли. Холодный способ силосования наиболее распространен, что объясняется как сравнительной его простотой, так и хорошим качеством получающегося корма.

Вопрос 98. Современные методы исследования микробной клетки: оптическая, электронная микроскопия, ценохимические, физико-химические методы. Нарисуйте основные формы микробов царства прокариот, разные варианты расположения спор у бацилл, клостридиумов, плектридиумов, актиминоцитов. Выполните схему структуры вирусов.

     Диаметр типичной клетки животных составляет 10-20 мкм, что в пять раз меньше мельчайшей видимой частицы. Только с появлением совершенных световых микроскопов в начале XIX века удалось  установить тот факт, что все ткани  животных и растений состоят из отдельных клеток. Это открытие, обобщенное в форме клеточной теории Шлейденом и Шванном в 1838 году, знаменует собой начало клеточной биологии.

     Будучи  малыми по размерам, животные клетки к тому же бесцветны и прозрачны: следовательно, открытие их основных структур стало возможным благодаря разработке набора красителей в конце XIX столетия. Именно красители обеспечили достаточный контраст для наблюдения субклеточных структур.

     Обычная оптическая микроскопия

     В общем случае излучение данной длины волны может быть использовано для изучения только таких структур, минимальные размеры которых еще сопоставимы с длиной волны самого излучения. Предел разрешения светового микроскопа задается длиной световой волны, которая для видимого света лежит в пределах от 0,4 мкм (фиолетовый) до 0,7 мкм (темно-красный). Самыми маленькими объектами, которые еще можно наблюдать в световой микроскоп, являются бактерии и митохондрии (их ширина ~ 0,5 мкм). Более мелкие элементы клетки искажаются эффектами, вызванными волновой природой света.

     Для приготовления постоянного препарата, который можно окрасить и наблюдать  в микроскоп, клетки обрабатывают фиксирующим  агентом с тем, чтобы иммобилизировать, убить и сохранить их. В современных  методах, используется обработка альдегидами, например, формальдегидом или глутаральдегидом, которые формируют ковалентные связи со свободными аминогруппами белков и, таким образом, сшивают соседние молекулы.

     После фиксации ткани режут на очень тонкие "ломтики" (срезы) на микротоме. Срезы толщиной от 1 до 10 мкм помещают на поверхность предметного стекла. В качестве заключающих сред используют парафин или специальную смолу. В жидком виде эти среды пропитывают и окружают фиксированную ткань: затем они затвердевают при охлаждении или за счет полимеризации, образуя твердый блок, который удобно резать на микротоме.

     Существует  серьезная опасность того, что  процедуры фиксации или заключения могут повредить структуру клеток или клеточных макромолекул. Вот  почему предложен другой метод приготовления срезов - быстрое замораживание. Замороженную ткань режут на криостате в специальном микротоме, установленном в холодной камере.

     В содержимом большинства клеток, состоящих на 70% из воды, отсутствуют компоненты, способные помешать прохождению световых лучей. В естественном состоянии большинство клеток после фиксации и приготовления срезов невидимы в обычном световом микроскопе.

Электронная микроскопия

     Взаимосвязь длины волны света и предела  разрешения сохраняется для любой  формы излучения, как для световых лучей, так и для электронов. Однако в последнем случае предел разрешения существенно ниже. Длина волны электрона уменьшается с увеличением его скорости. В электронном микроскопе с напряжением 100000 В длина волны электрона равна 0,004 нм, а согласно теории, разрешение такого микроскопа составляет 0,002 нм.

     Общая схема просвечивающего электронного микроскопа (ПЭМ) напоминает схему светового, хотя электронный микроскоп значительно  больше и как бы перевернут. Источник излучения - нить катода, испускающая электроны с вершины цилиндрической колонны высотой около двух метров. В электронном микроскопе нельзя наблюдать живые объекты. Поэтому ткани фиксируют, сшивая клетки и клеточные структуры глутаральдегидом, а затем обрабатывают осмиевой кислотой. Образцы обезвоживают, фиксируют смолами и нарезают тонким стеклянным или алмазным ножом.

     Тонкие  срезы являются двумерными срезами ткани и не позволяют судить о трехмерной структуре клеточных компонентов. Трехмерное изображение можно получить после реконструкции сотен серийных срезов. В настоящее время разработаны более прямые методы получения трехмерного изображения. Один из них состоит в изучении образца под сканирующим электронным микроскопом. Для получения изображения в просвечивающем электронном микроскопе используют электроны, проходящие через образец, а в сканирующем электронном микроскопе используются электроны, рассеиваемые или излучаемые поверхностью образца. В данном случае образец должен быть зафиксирован, высушен и покрыт тонкой пленкой тяжелого металла. Затем образец сканируется очень узким пучком электронов. Таким образом, происходит формирование единого, цельного и значительно увеличенного изображения.

     Просвечивающий  электронный микроскоп можно  использовать для изучения поверхности  образца с очень большим увеличением, наблюдая отдельные макромолекулы. Как и при сканирующей электронной микроскопии, на высушенный образец напыляется тонкая пленка тяжелого металла. Металл напыляется под определенным углом, так что отложения напыленной пленки в некоторых местах толще, чем в других. Этот процесс известен как оттенение - здесь возникает эффект тени, создающий впечатление трехмерности изображения.

     В настоящее время можно наблюдать  с высоким разрешением даже внутренние детали трехмерных структур, таких, как  вирусы. Для этого используют метод  криоэлектронной микроскопии, где очень тонкий (100 нм), быстро замороженный слой влажного образца помещают на микроскопическую решетку. С помощью специального приспособления гидратированный образец удерживают при - 160сС в вакууме микроскопа.  Таким способом можно наблюдать материал практически непосредственно: без фиксации, окраски и сушки.

     Методы  исследования физико-химических свойств  клетки:

     1. О вязкости клеточного содержимого,  которое дает представление об  агрегатном состоянии цитоплазмы  и ядра, можно судить по скорости  падения зерен крахмала в цитоплазме некоторых растительных клеток, по скорости перемещения ядрышка под влиянием силы тяжести, по скорости перемещения капельки масла, введенной в нервное или мышечное волокно, по скорости перемещения металлической частицы, введенной в клетку в магнитном поле, и по броуновскому движению, обычно наблюдаемому во многих растительных и животных клетках.