Азотфіксуючі бактерії

 

План

Вступ …………………………………………………….............3

Розділ 1. Характеристика бактерій …………………………………..5

1. Сутність поняття бактерії: основні ознаки і риси……….5
2. Загальна характеристика азотофіксуючих бактерій. Азотофіксація ……….…………………………….............8
3. Практичне значення бактерій ………………..………….11

Розділ 2. Надходження  азоту в рослини і його перетворення ……13

2.1. Азотне живлення …………………………………………..13

2.1.1. Історія досліджень азотного живлення рослин ….13

2.1.2. Азотне живлення інших організмів ………………16

2.2. Перетворення азоту рослинами .………………………….19

2.3. Особливості азотного живлення бобових рослин……......21

2.4. Використання азот  фіксаторів при культивуванні  різних рослин ………………………………………………………………...25

Розділ 3. Удосконалення симбіозу рослин та азотфіксуючих бактерій ……………………………………………………………….28

3.1. Підбиття недоліків при культивуванні рослин ………….28

3.2 Практичні рекомендації щодо усунення недоліків……….29

Висновки ………………………………………………………..31

Список використаної літератури ……………………...............32

Додатки …………………………………………………………34

 

 

Вступ

Мікроорганізми, в тому числі й бактерії, дуже поширенні і відіграють величезну  роль у природі та в господарській  діяльності людини. Їхня основна роль – розкладання органічних сполук до мінеральних. Мінералізація органічних залишків, в свою чергу, супроводжується безперервним надходженням в атмосферу вуглекислого газу, завдяки чому відбувається фотосинтез у зелених рослинах. Отже, життєдіяльність мікробів - обов'язкова умова існування на Землі органічного  світу.

Завдяки діяльності бактерій відбувається кругообіг не тільки вуглецю, а й азоту, сірки, заліза та інших речовин. У природі майже немає процесів, в яких не брали б участі мікроби.

Одним із основних місць перебування бактерій є  вода і грунт, а також тіла рослин, тварин і людей.   Різноманітні перетворення органічних і мінеральних речовин у грунті, які відбуваються внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів, обумовлюють родючість грунту, а значить і врожай сільськогосподарських культур. Винятково важливе значення мають мікроорганізми, що їх використовують в різних галузях народного господарства, наприклад у таких необхідних для життя людини процесах, як випікання хліба, виробництво молочнокислих продуктів, ферментів, кормового білка, амінокислот, вітамінів, антибіотиків, гормонів, органічних кислот, стимуляторів росту, бактеріальних добрив, засобів захисту рослин тощо.

Вивчення та пояснення такого складного явища, як бактерії, необхідне для щоб  ми могли зрозуміти механізм взаємодії бактерій із фізичним світом і, відповідно, усунення негативних наслідків цієї взаємодії і організації нормальних умов життєдіяльності. Цим і пояснюється актуальність дослідження впливу азотофіксуючих бактерій на рослини.

Метою курсової роботи є удосконалення співіснування азотофіксаторів та рослин.

  Об'єктом дослідження азотфіксуючі бактерії .

  Предметом дослідження є вплив азотфіксуючих бактерій на ріст і розвиток рослин.

  Завданням курсової роботи є:

1. Вивчення існуючих літературних джерел на тему бактерії, а саме азотофіксуючі бактерії та їх узагальнення;
2. Аналіз азотофіксаторів;
3. Підбиття «мінусів» (недоліків) існування даних бактерій;
4. Розробка заходів, щодо усунення недоліків та удосконалення співіснування бактерій, що досліджуються із зовнішнім світом.

  Під час написання даної курсової роботи були використані такі наукові методи: соціологічний метод, бібліографічний метод тощо.

  Інформаційною базою для написання роботи є: законодавча база України,  література з мікробіологі та фізіології рослин, періодичні видання тощо.

   Також необхідно відмітити, що вагомі внески в дослідженні даної проблеми зробили такі відомі дослідники, як: Патика В.П., Петров Р.В., Пяткін К.Д., Ситник І.О., Творко М.С., Шлегель Г., Шелудько Ю.М., Сухов К.С. та багато інших.

  Дана курсова робота складається із таких складників як: вступ; теоретичний, аналітичний і проектний розділ; висновки; пропозиції; перелік посилань та додатки.

  Ця робота дає змогу докладніше ознайомитися із всіма аспектами мікробіології тому що, тут співставлено думки різних авторів щодо даної проблеми, вирішення якої є однією з головних цілей біолога.

 

 

 

Розділ 1. Характеристика бактерій

1. Сутність поняття бактерії: основні ознаки і риси

Бактерії (від лат. bacteria - паличка) – велика група (тип) мікроскопічних, переважно одноклітинних організмів, які мають кліткову оболонку, що містить в собі велику кількість дезоксирибонуклеїнової кислоти (ДНК), що має примітивне ядро, яке немає видимих хромосом і оболонки, не містить, як правило, хлорофілу і пластид, розмножуються поперечним діленням (рідше перетяжкою і почкованням) [11, 365]. Бактерії різноманітні по своїй фізіології та біохімічно досить активні. Вони не являють собою єдиної групи, а виникли різними шляхами. Деякі із них (наприклад, нитковидні, азотобактер та ін..) близькі до синьо-зелених водоростей, інші бактерії мають подібні з одноклітинними тваринами – простішими [2, 61].

Бактерії відзначаються простотою форми. За зовнішнім виглядом їх поділяють на такі основні групи: кулясті (коки), паличкоподібні (бактерії, бацили, клостридії), звивисті (вібріони, спірили і спіротехи) і нитчасті (сіркобактерії, залізобактерії тощо).

Коки. Кулясті бактерії – коки – бувають сферичні, еліпсоподібні, бобовинні і ланцетоподібні. За характером поділу, розміщенням і біологічними властивостями вони поділяються на мікрококи, диплококи, стрептококи, тетракоки, сарцини і стафілококи [1, 28]

Мікрококи характеризуються поодиноким розміщенням клітин під час поділу в одній площині. Їх завжди можна знайти у грунті, воді, повітрі.

Диплококи – коки, які діляться в одній площині і після поділу їх клітини розміщуються попарно. До них належать представники як сапрофітних, так і патогенних мікроорганізмів.

Стрептококи – коки, розміщені у вигляді ланцюжка, утворюються за поділу тільки в одній площині, як і диплококи.

Тетракоки – коки, які діляться в двох взаємно перпендикулярних площинах і після поділу утворюють тетроди. Ця форма бактерій трапляється зрідка.

Сарцини – коки, розміщенні у формі правильних пакунків по 8-16 і більше клітин, діляться в трьох взаємно перпендикулярних площинах. Найчастіше трапляються в грунті і повітрі.

Стафілококи – кулясті бактерії, які діляться в кількох площинах і утворюють скупчення, що нагадують виноградні грона. Патогенні стафілококи, наприклад золотистий стафілокок, є збудниками гнійних інфекцій. Серед стафілококів є й сапрофіти.

Палички. Паличкоподібні (циліндричні) форми характерні для більшості бактерій. Їх прийнято поділяти на дві групи – бактерії і бацили. Бактерії, як правило, не  утворюють ендоспор. Бацилами називають бактерії, які здатні утворювати ендоспори. Кінці паличкоподібних бактерій частіше заокругленні, проте вони можуть бути обрубаними або загостреними. Вони також розрізняються за довжиною і поперечним діаметром. Подібно до коків, паличкоподібні бактерії можуть розміщуватися парами вздовж – диплобактерії і диплобацили та ланцюжками – стрептобактерії або стрептобацили. Серед деяких видів паличкоподібних бактерій, особливо в старих культурах, бувають різновиди, які мають бокові вирости (туберкульозна паличка). Є також бактерії, що можуть утворювати булаво видні потовщення (збудники дифтерії).

До звивистих бактерій належать вібріони, спірили і спіротехи. Вони розрізняються не тільки за довжиною і товщиною, а й за ступенем зігнутості [7, 34 ].

Вібріони – мікроби, які мають вигляд коми. Типовим представником цих мікробів є збудник холери.

Спірили – звивисті бактерії, які мають один або кілька повних завитків. Представниками непатогенних спірил є пурпурна фотофторна бактерія.

Спірохети – бактерії, що мають вигляд зігнутого довгого гвинта. Звивистість клітин спірохет  зумовлена характером їхнього руху. Серед цих бактерій є як сапрофітні, так і патогенні види.

Нитчасті бактерії. Це переважно паличкоподібні одноклітинні і багатоклітинні організми. Їхні нитки утворенні багатьма клітинами, з'єднаними за допомогою слизу, чохлів, піхв, плазмодесмі тощо. Нитки трихомних бактерій можуть вільно плавати у воді або бути прикріпленими до субстракту.

Незвичайні форми  бактерій.  Крім перелічених основних форм прокаріотів, виявленні бактерії, які мають вигляд зімкненого або розімкненого кільця (троїдна форма), правильної шестикутної зірки, трикутника, пласких квадратових пластинок, гантелей, червоподібних та бактерій, що утворюють вирости та інші форми.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Загальна характеристика азотофіксуючих бактерій. Азотофіксація

В природі постійно здійснюються два протилежних процеси –  синтез складних органічних речовин  із мінеральних і розклад органічних з'єднань до мінеральних. В процесах перетворення речовин в природі  бактерії приймають саму активну участь. Одним із найважливіших процесів є кругообіг азоту.

Молекулярний азот атмосфери  засвоюється лише мікроорганізмами. Відомі два роди архебактерій, 38 родів  бактерій і 20 родів ціанобактерій, які  здійснюють азотфіксацію (рис.1.). Всі вони дістали назву діазотрофи. Найважливіші з них бактерії родів (Azotobacter, Clostridium), деякі актиноміцети (Frankia), ціанобактерії (Anabaena, Nostoc) та симбіотичні бактерії. В молодих культурах грам позитивні палочки, котрі в подальшому набувають округлої форми, з'єднуються у вигляді диплококів або сарцин, оточених загальною капсулою [8, 295].

Clostridium pasteurianum фіксує атмосферний азот в анаеробних умовах, крім того може викликати і масляно-кисле бродіння. Це поліморфний мікроорганізм, спори якого мають трикутну форму та оточені студенистою капсулою [4, 231]. 

Нещодавно виявлено, що до азотфіксації здатні бактерії-метаногени (Methanobacterium), які зумовлюють утворення метану. Необхідно зазначити, що перевірка методом радіоактивних ізотопів не підтвердила здатності виділених із грунту видів дріжджів та плісневих грибів до азотфіксації, як вважалося раніше [8, 296].

У грунті серед  вільноживучих організмів переважають  бактерії, а в водному середовищі функція азотфіксаторів належить синьо-зеленим водоростям. Несимбіотичні бактерії продукують за рік близько 7 кг азоту на га ріллі.

До симбіотичних відносяться бульбочкові бактерії роду Rhizobium [3, 195]. З розвитком кореневої системи рослин, на яких вони оселяються, активність цих бактерій в зоні діяльності коренів посилюється. До коренів стягуються переважно ті азот-фіксатори, які у процесі еволюції пристосувалися до співжиття з відповідними видами рослин. Вони нагромаджуються в молодих тканинах головного та бічних коренів. Там вони Інтенсивно розмножуються поділом, утворюючи так звані інфекційні нитки. Під впливом життєдіяльності бактерій клітини кореня розростаються у кулясті бульбочки, де в клітинах рослини-господаря нагромаджуються колони азотфіксуючих бактерій. Такі бактерії називають бульбочковими. Формування бульбочок триває від чотирьох до десяти днів. Бактерії проникають у тканини рослини-господаря і примушують їх інтенсивно ділитися, утворюючи бульбочки. Тут бактерії концентруються і живляться за рахунок виділень рослини-господаря, а самі вони приносять користь цій рослині, зв'язуючи атмосферний азот у легкі для засвоєння рослиною сполуки. Азотфіксуючі            бактерії              вступають       у         симбіоз

переважно з  рослинами з родини Бобові. 
Крім бобових цю здатність мають лишайники, мохи, вільха, обліпиха, деякі папороті, розові, злаки, осикові – всього приблизно 12 000 рослин.

Фіксує азот не сама рослина,  а мікроорганізми, що перебувають із нею в симбіозі (бактерії, актиноміцети, водорості).

Для покращення родючості грунту в рослинництві використовують препарат азобактерин – бактеріальне добриво, яке складається із живої бактерії (азотобактер), яка має властивість фіксувати атмосферний азот, і нітрогену – із живих бульбочкових бактерій, які вносять під бобові культури [10, 125].

Рис. 1. Азотфіксуючі бактерії: 1 — Azotobacter vinelandii; 2 — Clostridium pasterianum; 3 — Rhizobium meliloti; 4 — бульбочкові бактерії в клітинах кореня вільхи.

 

Азотфіксація – процес зв'язування молекулярного азоту (N2) атмосфери і переведення його в азотні сполуки. Азотфіксація виконується азотфіксуючими мікроорганізмами, в тому числі і бульбочковими бактеріями, і іншими мікроорганізмами (бактерії, актиноміцети, синьо-зелені водорості), які перебувають в грунті, прісних водоймах, морях і океанах [11, 36].

Азотфіксація – важливий біологічний процес, який відіграє велику роль в кругообігу азоту в природі і збагачує грунт і водойми зв'язаним азотом. В атмосфері міститься над 1 га грунту більш як 70 000 т вільного азоту, і тільки в результаті азотфіксації частина цього азоту стає доступною для використання вищими рослинами.  Вільноживучі азотфіксуючі бактерії зв'язують декілька десятків кілограмів азоту на 1 га в рік. Синьо-зелені водорості на рисових полях фіксують до 200 кг/га азоту в рік. Загальний прибуток азоту при культивуванні бобових рослин складає від 57,5 до 335 кг/га в рік. Кількість азоту внесена в грунт бобовими рослинами за рахунок діяльності бульбочкових бактерій, досягає 100- 250 кг/га за сезон. Звісно, цей процес має велике значення для поліпшення грунтів і покращення урожайності сільськогосподарських культур.