Роль мікроорганізмів у водних екосистемах

Міністерство освіти і  науки, молоді та спорту України

Національний авіаційний університет

Інститут екологічної  безпеки

Кафедра екології

 

 

 

 

 

Курсова робота

з дисципліни

«Основи біохімічних та мікробіологічних технологій»

на тему:

«Роль мікроорганізмів у  водних екосистемах»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Виконав:

студент 301групи ІЕБ  Щербей В.Я.

Перевірив:

доцент кафедри екології Матвєєва І.В.

 

 

Київ 2011

НАЦІОНАЛЬНИЙ АВІАЦІЙНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра екології

 

ЗАВДАННЯ

для виконання  курсової роботи з дисципліни

«Основи біохімічних  та мікробіологічних технологій» 

 

студента  Щербея Валерія Ярославовича

 

Тема курсової роботи: «Роль мікроорганізмів у водних екосистемах»

Термін виконання роботи: з 13 жовтня  до 7 грудня

1. Вихідні дані роботи.

2. Етапи роботи.

-вивчення теоретичної  літератури з обраної теми;

-вибір методів та вибірки  дослідження;

-оформлення курсової  роботи;

3. Перелік обов’язкового  графічного матеріалу:

-додатки (фотоілюстрація  мікроорганізмів ).

4. Завдання видав  / Матвєєва І.В./

5. Завдання прийняв /Щербей В.Я./

 

 

 

 

 

 

Курсова робота захищена з оцінкою

 

Голова комісії

Члени комісії

 

Тема: «Роль мікроорганізмів у водних екосистемах»

 

Об’єкт дослідження: Мікроорганізми у водних екосистемах.

 

Мета роботи: розглянути та проаналізувати мікроорганізми у водних екосистемах, описати яку роль вони виконують, зробити висновки щодо мікрофлори води.

 

Метод дослідження: аналітичне опрацювання  інформаційних джерел.

 

Зміст:1 – Особливості розвитку  мікроорганізмів та становище у водній системі.

          2 –   Роль мікроорганізмів у водних екосистемах

 

Актуальність  теми: зумовлена розвитку та стану мікроорганізмів у водних екосистемах. Значний вклад мікроорганізмів. Потрібно зробити аналіз водного середовища. Дати характеристику мікрофлори води. В цій темі висвітлено все що стосується ролі мікроорганізмів в екосистемі, а саме у водній.

 

 Ключові слова: мікроорганізми, мікрофлора води, водні екосистеми, бактерії,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗМІСТ

ВСТУП

Розділ 1

І. Особливості розвитку та становище мікроорганізмів у водному середовищі

1. Стан мікроорганізмів водного середовища
2. Водні екосистеми

Розділ2

ІІ. Роль мікроорганізмів  у водних екосистемах

2.1 Мікрофлора води

       2.2 Значна  роль мікроорганізмів у водних екосистемах

 

ВИСНОВКИ

СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ

ДОДАТКИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

Вода є природним середовищем  для багатьох мікроорганізмів. Велика їхня кількість міститься в прибережній  зоні та на поверхні, менша – вдалині  від берегів і на глибині. Чисельність  мікроорганізмів у воді залежить від багатьох чинників: вмісту органічних речовин, швидкості течії води, температури, пори року, розміщення та забрудненості  водойм.

Типовими представниками водної мікрофлори є зелені та пурпурові  бактерії, залізобактерії, а також  бактерії родів Pseudomonas, Bacillus, Flavobacterium, Caulobacter, Spirillum та інші.

При розгляді водних екосистем  їх розділяють на прісноводні та екосистеми світового океану.

За вмістом мікроорганізмів  у водоймах виділяють три зони: полісапробну, мезосапробну й олігосапробну.

Для оцінки санітарно-гігієнічного стану водойм застосовують низку  показників, зокрема, мікробне число, колі-титр і колі-індекс.

Мікроорганізми водойм беруть участь формуванні мулу. Серед мікробного населення мулу переважають гетеротрофні організми, які акумулюють Ферум  та Манган, мікоплази, стебельцеві й  інші бактерії. У цій зоні виявлені пурпурові та зелені фототрофні бактерії, які утворюють над поверхнею  мулу і гниючих рослинних решток рожеві або темно-червоні плівки. Ріст зелених і пурпурових фототрофних  бактерій тісно пов'язаний із розвитком  сульфатредукувальних бактерій, які  є основними продуцентами сірководню. Окиснення сірководню фототрофними бактеріями сприяє очищенню водойм від  цієї токсичної для багатьох гідробіонтів сполуки.

Мікроорганізми із-за легкості населення у воді і високій  метаболічній активності іграють головну  роль в хімічних процесах. Ведуча роль в процесах трансформації основних хімічних елементів (вуглець, оксиген, азот, водень, фосфор та інші) на планеті  припадає на мікроорганізми.

 

 

І. Особливості  розвитку та становище мікроорганізмів.

1. Стан мікроорганізмів водного середовища.

Мікроорганізми — найбільш давня форма організації життя на Землі. По чисельності вони представляють собою найбільшу і різноманітну частину організмів, населених у біосфері.

Вода є середовищем  в якому мікроорганізми можуть розмножуватись оскільки у водах завжди міститься  та чи інша кількість органічних і  мінеральних речовин, що можуть використовуватись  для живлення мікробів

Основними складовими мікроорганізмів  у водному середовищі є бактерії .

Відомо, що всі бактерії є  водними організмами в широкому розумінні, тобто вони живляться  і розмножуються у воді. Навіть бактерії, які населяють сухі ґрунти, живуть у воді, що міститься у капілярах ґрунту. Тобто, водойми є сприятливим місцем для життєдіяльності бактерій. Хоча більшість з них веде не вільноплаваючий спосіб життя, а є прикріпленими до поверхні мулу, підводного каміння, скель, водних рослин тощо. Найчастіше, вони разом із мікроводоростями і найпростішими формують складні організмові комплекси - біоплівки.

Отже, охарактеризуємо групи  бактерій, які входять до складу середовища водойм.

Сапрофіти. Це гетеротрофні бактерії, особливістю життєдіяльності яких є вивільнення C, N, P, S та інших елементів з органічних речовин і переведення їх у неорганічну форму з виділенням СО₂. Найважливішим у цьому процесі є те, що бактерії переводять органогенні елементи у єдину доступну для рослин-продуцентів форму – неорганічну (NH₄⁺, PO₄^3-, SO₄^2-, CO₂), таким чином замикаючи колообіг речовин всередині екосистеми.

Нітрифікатори. Це група бактерій, які забезпечують нітрифікацію, тобто двоступеневий процес перетворення токсичного NH₄⁺ на нетоксичний NO₃^-. Проміжним продуктом є високотоксичний NO₂^-. Перетворення амонію на нітрит у водоймах здійснюють бактерії роду Nitrosomonas, Nitrosospira, а перетворення нітриту на нітрат – Nitrobacter, Nitrospira.

Всі перелічені бактерії є  хемоавтотрофами. Щодо споживання кисню, нітрифікація є дуже киснезатратним процесом, тому при концентрації NH₄⁺ вже 2 мг/л нітрифікатори можуть спожити весь кисень водойми.

Денітрифікатори. Ці мікроорганізми спричиняють перетворення нітратів на газ азот за схемою NO₃^- – NO₂^- – NO – N₂0 – N₂. Приклади денітрифікуючих бактерій: Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes. Денітрифікатори є завжди асоційованими із нітрифікаторами, споживаючи утворені ними нітрати, і знаходячись у анаеробному шарі, утвореному їх життєдіяльністю. Втрати водоймою азоту через процес денітрифікації складають близько половини всього азоту, що надійшов.

Нітратредуктори. Виділяють асиміляторну і дисиміляторну нітратредукцію, з них важливе місце в колообігу азота посідає остання. Дисиміляторна нітратредукція – процес перетворення нітрату на амоній за схемою NO₃^- - NO₂^- - N₂0 - NH₄⁺. Процес є зворотним нітрифікації. Прикладом нітратредукторів є Citrobacter.

Металоредуктори. Важливе місце у замкненні колообігів заліза і марганцю і забезпеченні продуцентів цими елементами відіграють анаеробні бактерії, які окиснюють MnO₂ до Mn²⁺, а за його відсутності – Fe(OH)₃ до Fe²⁺.

Сіркобактерії. Серед них вирізняють облігатних анаеробів, які відновлюють SO₄^2- до високотоксичного H₂S (Desulfovibrio, Desulfotomaculum), та аеробів, які окислюють сірководень, проводячи зворотню реакцію (Thiobacillus, Thiothrix, Beggiatoa).

Метанобактерії. Бактерії родів Methanobacterium, Methanobacillus, Methanococcus, Methanosarcina в анаеробних умовах, де вже відсутні неорганічні акцептори електронів, використовують органічні речовини в якості акцепторів (одночасно одна молекула органічної речовини окислюється, а друга відновлюється). Процес цей проходить з виділенням метану. Methanomonas methanica, Pseudomonas methanica та види Thioploca окиснюють метан до вуглекислого газу, переводячи його у доступну для рослин форму.

 

2. Водні екосистеми

При розгляді водних екосистем  їх розділяють на прісноводні та екосистеми світового океану.

Прісноводні екосистеми

Прісноводні екосистеми широко представлені на всіх континентах. Ріки та озера Землі вміщують 116 куб. м  води. Основна частина цієї води прісна, хоча деякі внутрішні водойми  мають солону воду (це характерно для  жаркого та сухого клімату).

У прісноводних озерах завжди виділяють три частини, які можна  розглядати як окремі екосистеми:

прибережна частина - літораль;

глибоководна  частина - профундаль;

основна товща  води - пелагіаль.

Літораль характеризується наявністю великої кількості прикріплених рослин - макофітів. Придонна частина озер майже не має рослин, вода мало рухома і зберігає протягом майже всього року температуру +4° С. Фауна таких місць збіднена. Вона представлена в основному личинками комарів-дзвонців та молюсками.

У пелагіалі рослини представлені плантктоном із синьозелених, діатомових та зелених водоростей, макрофітами, що плавають (елодея, рдести). Усі живі організми мають різноманітні пристосування, що допомагають їм утримуватися в товщі води. У рослин - це парашутоподібні вирости, крапельки жиру в тілі, тварини активно плавають.

Також озера поділяються на евтрофні, що багаті на азот, фосфор, оліготрофні, бідні на азот і фосфор (нітратів менше 1 мг/л) та проміжні між ними озера - мезотрофні. У розвитку річкових екосистем основну роль відіграють характер дна та берегів, температура води та швидкість течії. У прибережній частині струмків та річок ростуть звичайні для цих місць очерети, комиші, лепешняки та стрілолист. У товщі води плавають елодея, латаття. При зростанні швидкості течії до 0,3-0,6 м/сек. та більше товща води вже не зростає. Для річок планктон не характерний, оскільки зноситься течією. Річкова ентомофауна досить різноманітна. Вздовж течії рік спостерігається своя закономірність у розподілі іхтіофауни.

Трофічні ланцюги прісноводних екосистем та особливо річок короткі  через відсутність багатої кормової бази. Вони починаються з автотрофних  рослин та закінчуються в пасовищних трофічних ланцюгах хижими рибами, а в детритних трофічних ланцюгах - мікроорганізмами.

На території України  зареєстровано 71 тисяча річок, що мають  загальну довжину 243 тис. км. Більшість  рік належить до басейнів Чорного  та Азовського морів. В Україні 3 тисячі озер із загальною площею водного дзеркала 2 тис. кв. км. Окрім цього, країна має 23 тис. ставків та водосховищ, особливо їх багато в районі середнього та нижнього Дніпра.

Екосистеми світового океану

Характерною особливістю  океанічних екосистем є: глобальність розмірів і величезні глибини, заповнені життям; безперервність (усі океани пов'язані один з одним); постійна циркуляція (наявність сильних вітрів, які дмуть протягом року в одному і тому ж напрямку, наявність глибинних течій); панування різних хвиль і приливів, що зумовлює помітну періодичність життя угруповань, особливо в прибережних зонах;  солоність і сильна буферність; наявність розчинених біогенних елементів, які є лімітуючими факторами, що визначають розміри популяції.

Умови життя в океанічній воді більш рівні, ніж на суші. Рослинність  бідніша - в основному це водорості. Тваринний світ багатий. Він представлений  такими групами:

Бентос - природні організми (водорості, губки, моховатки, асцидії), повзаючі (голкошкірі, ракоподібні), риби, молюски.

Планктон - завислі у воді діатомові та інші водорості.

Тимчасові компоненти - личинки черв'яків, молюсків, ракоподібних, голкошкірих, мальки риб. З постійного компонента - найпростіші, черевоногі молюски, веслоногі рачки. Вони є поживою для морських птахів.

Нектон - група активних організмів товщі. Риби, головоногі молюски, китоподібні, ластоногі.