SYSTEMATYKA ROŚLIN I ZWIERZĄT

Sinice są to organizmy:

• bezjądrowe,

• samożywne (autotroficzne),

• jednokomórkowe, wielokomórkowe i kolonijne.

Należą do prokariontów gram-ujemnych.

Sinice wykazują duże możliwości przystosowawcze:
- wykazują zdolność wykorzystania szerokiego spektrum światła,
- są odporne na złe warunki tlenowe i wysokie pH,
- rozwijają się przy niskim stosunku azotu do fosforu w wodzie, ponieważ potrafią wiązać wolny azot z powietrza,
- obecność w komórkach wakuoli gazowych umożliwia im zmianę ciężaru właściwego komórki i pozwala na przemieszczanie się ich w pionie wody

Sinice liczą około 2000 gatunków.

Żyją w wodach słodkich, morskich i w źródłach solankowych. Wiele sinic żyje w symbiozie z:

• glonami,

• grzybami,

• roślinami zarodnikowymi

• roślinami nasiennymi

Protoplast sinic można podzielić na dwie strefy:

1. chromaplazma (chromatoplazma) zawiera:

tylakoidy (lamelle) zawierające barwniki: chlorofil a, c-fikocyjaninę, c-fikoerytrynę, karotenoidy i ksantofile.

2. centroplazma, w której mieści się nukleoid z genami.

Heterocysty - komórki silnie załamujące światło w mikroskopie, większe od pozostałych komórek, o grubych ścianach komórkowych i mniej wysycone barwnikami. W heterocystach zachodzi wiązanie wolnego azotu z powietrza. Pod względem morfologicznym sinice można podzielić na:

1. Sinice chrookokalne - komórki sinic są kuliste lub pałeczkowate, żyją pojedynczo lub w koloniach. Należą tutaj: Gleocapsa, Gleobacter, Anacystis.

2. Sinice pleurokapsularne - sinice jednokomórkowe, często żyjące w koloniach, mające zdolność tworzenia beocytów. Tutaj należy Myxosarcina, Pleurocapsa, Dermocarpa.

3. Sinice nitkowate nie mające zdolności tworzenia heterocyst. Tutaj należy Lyngbya, Spirulina,Oscillatoria.

4. Sinice nitkowate mające zdolność tworzenia heterocyst. Są to sinice wielokomórkowe i kolonijne. Należą tutaj: Calothrix, Anabaena, Nostoc.

Eugleniny - Euglenophyta

Tobołki - Pyrrophyta
Jednokomórkowe glony morskie i wód zasolonych: nieliczne zasiedlają wody śródlądowe. Zawierają chlorofil, karoteny i ksantofile.

Złotowiciowce - Chryzophycea
Reprezentowane przeważnie przez organizmy jednokomórkowe, (czasem kolonijne). Zawierają chromatofory z chlorofilem oraz karotenem i ksantofilem. Odżywiają się autotroficznie, w wodach zanieczyszczonych heterotroficznie.

Okrzemki - Bacillarriophycea
Liczą ponad 10000 gatunków. Są jednokomórkowe, ale często tworzą kolonie. Ciało komórki okryte jest krzemionkową ścianą komórkową, zbudowaną jak pudełko - z wieczka i denka. Barwa złocisto-brązowa. Preferują słabe oświetlenie i głównie w miejscach słabo oświetlonych. Kolonie porastają wszystkie przedmioty, także liście roślin blokując im światło. Te z braku światła giną. W dotyku okrzemki są szorstkie (krzemionka).
Zielenice - Chlorophyta
Organizmy jednokomórkowe, kolonijne i wielokomórkowe. Wszystkie gatunki zielenic maja organelle asymilacyjne w postaci zielonych chromatoforów zwierających chlorofil z domieszką karotenu i ksantofili. Najbardziej reprezentatywna grupa glonów. Liczą ok. 11000 gat. Większość żyje w wodach słodkich. Formy jednokomórkowe są przyczyną zakwitów wody (zielonkawe jej zabarwienie), a wielokomórkowe nitkowate ciągną się pasmami na roślinach i wszystkich przedmiotach. Wszystkie cechują duże wymagania świetlne i najchętniej duża zawartość składników mineralnych , azotu, fosforu i innych. Często rozwijają się błyskawicznie dzięki zdolności do rozmnażania wegetatywnego przez fragmentację plechy.

Gałęzatka - Cladophora aegagropila
Forma kulista powstaje naturalnie w jeziorze. Glon porasta darniami dno jeziora na głębokości 8-10m, odrywa się płatami i wypływa na wierzch. Jest to gatunek o ogromnej tolerancji na chemiczne składniki ściekowe. Wykorzystywany do testu biologicznego mającego na celu określenie toksyczności niektórych związków chemicznych pochodzących od ścieków przemysłowych.

GRZYBY
Grzyby są organizmami szeroko rozpowszechnionymi na kuli ziemskiej. Rozwijają się wszędzie tam, gdzie w podłożu znajdują dostateczną ilość substancji odżywczych. Jako, że nie zawierają chlorofilu, odżywiają się całkowicie heterotroficznie. Wśród grzybów najwięcej jest saprofitów mających olbrzymi udział w rozkładzie substancji organicznej. Liczne są również gatunki prowadzące pasożytniczy tryb życia, odpowiedzialne za większość chorób roślin, atakujące również ludzi i zwierzęta.

• Dla wzrostu grzybów niezbędna jest wysoka wilgotność względna powietrza (optimum powyżej 70%) i odpowiednia temperatura (optimum 16-25 stopni Celsjusza).

Liczbę gatunków grzybów ocenia się na 80 000, spośród których kilkadziesiąt należy do silnie alergizujących. Systematyka grzybów przedstawiana bywa w różnym ujęciu. Przez długi czas uznawano je za rośliny i tak też klasyfikowano. Z czasem uznana została wyraźna odmienność grzybów w stosunku do roślin i w efekcie wyodrębniono je w oddzielną jednostkę taksonomiczną, która uzyskała najwyższą rangę królestwa.
Grzyby stanowią grupę bardzo niejednorodną. Podstawą podziału systematycznego są cechy anatomiczne i sposób rozmnażania. W obrębie gromady grzybów właściwych wydzielono 2 grupy:

Myxomycotina ( grzyby śluzowate)

Eumycotina (grzyby właściwe)

• sprzężniaki (reprezentowana przez rodzaj Mucor i Rhizopus),

• workowce (rodzaj Aspergillus, Penicillum, Saccharomyces),

• podstawczaki (reprezentowana przez Sporobolomyces)

• grzyby niedoskonałe, budząca najszersze zainteresowanie alergologii, do której należą grzyby z rodzaju Alternaria, Botrytis, Cladosporium, Candida, Epicoccum, Fusarium.

ROŚLINY WYKORZYSTYWANE NA OCZYSZCZALNIACH HYDROBOTANICZNYCH

Trzcina pospolita (Phragmites australis)

Manna mielec (Glyceria aquatica

Pałka szerokolistna (Typha latifolia)

Kosaciec żółty (Irys pseudoacornus)

Rzęsa drobna (Lemna minor)

Wierzba wiciowa (Salix viminalis)

• Rekultywacja gleb, ochrona przed erozją

Wierzby bardzo dobrze wiążą i kumulują wszelkie zanieczyszczenia znajdujące się w glebie m.in. metale ciężkie takie jak ołów i kadm - hałdy, czy składowiska odpadów. Znajdują także zastosowanie w ochronie wzgórz i zboczy pozbawionych naturalnej roślinności przed erozją.

• Przydomowe oczyszczalnie ścieków

• Ma olbrzymie zapotrzebowanie pokarmowe, dzięki czemu skutecznie eliminuje ze ścieków wszystko, co w nich się znajduje, nie wyłączając również metali ciężkich i innych szkodliwych substancji, które wbudowuje w swoje tkanki. Ocenia się, że w okresie wegetacyjnym wierzba wiciowa porastająca złoża piaskowe, usuwa ze ścieków ok. 324 kg azotu i 75 kg fosforu z ha.

• Wierzba energetyczna

• Uprawa wierzby jako biomasy zapewnia największą wydajność energetyczną z jednego hektara. Z hektara drzewostanu wierzbowego zdatnego do wyrębu można uzyskać 6 lub 7 - krotnie więcej drewna niż z lasu sosnowego w tym samym wieku. Biomasa może być wykorzystywana w:
  -elektrowniach stacjonarnych - spalanie wikliny
  -środkach transportu - metanol, powstający poprzez gazyfikację wikliny jako paliwo samochodów nowej generacji

Bakterie nitryfikacyjne

Bakterie utleniające NH₃ na NO₂^- - autotroficzne bakterie nitryfikujące I fazy utleniające sole amonowe przez stadia pośrednie hydroksyloaminy i nitroksylu do azotynów. Są bezwzględnymi tlenowcami nieprzetrwalnikującymi. Rosną w pożywkach mineralnych zawierających jony NH₄⁺ o pH około 8,0.

Charakterystyczną ich cechą jest wzrost na granicy dwóch faz, zwykle na powierzchni ciał stałych (gleba). Bakterie te są odporne na wysuszenie (mogą przetrwać w wysuszonej glebie w stanie życia utajonego przez wiele lat). Reakcję utleniania wywołaną przez Nitrosomonas można opisać następująco:

  NH₄⁺ + 1½O₂ → NO₂^- + H₂O + H⁺ ( 1 faza nitryfikacji)

 

Wytwarzający się w trakcie chemosyntezy kwas azotawy jest silnie toksyczny dla bakterii. Już stężenie 0,3M hamuje proces w 30%. Gromadzący się w komórkach jon NO₂^- musi być czynnie przez nie wydalany, na co organizm przypuszczalnie zużywa dużo energii, Wydajność chemosyntezy jest więc nieduża (około 20% w młodych hodowlach, 7% w starszych).

Bakterie utleniające NO₂^- na NO₃^- -

HNO₂ + 0,5 O₂ → HNO₃ ( 2 faza nitryfikacji)

Chemoautotrofy II fazy - Nitrobacter -utleniają azotyny do azotanów. Należą tutaj następujące rodzaje:

Żyją one w środowisku lekko alkalicznym (pH 7,7) i podobnie jak Nitrosomonas, chociaż w słabszym stopniu adsorbują się na powierzchni ciał stałych. Wiążą one CO₂, korzystając z energii utleniania azotynów na azotany.  

Wolny amoniak hamuje silnie chemosyntezę Nitrobacter. Już stężenie 0,0001 M obniża intensywność procesu o 70%.

Bakterie nitryfikacyjne jako autotrofy rozwijają się dobrze w środowiskach nie zawierających zbyt wysokich ilości związków organicznych. Niekorzystny wpływ na rozwój tych bakterii wykazują natomiast: pepton, pewne aminokwasy (cysteina, hystydyna), metionina, aminy oraz alkaloidy.

Nitryfikatory są bardzo wrażliwe na działanie wielu związków toksycznych.

Mają określone wymagania termiczne. Ich optimum leży w granicach 28-30⁰C. Temperatury niższe od optymalnej wpływają hamująco na intensywność nitryfikacji.

Wymagają one do wzrostu dwutlenku węgla jako źródła C, odczynu w zakresie 7,2 - 7,8 pH.

Cechuje je bardzo powolny wzrost (czas generacji komórek w warunkach naturalnych wynosi 20 - 40 godz.)

Ostatnio zwraca się szczególna uwagę na rolę organizmów hetero-troficznych w procesie nitryfikacji (bakterie właściwe z rodzaju Pseudomonas, Alcaligenes, Arthrobacter, Corynebacterium i Micrococcus, promieniowce, grzyby strzępkowe, grzyby drożdżopodobne). Produktami pośrednimi są pochodne hydroksyloaminy, związki nitrowe i nitrosowe.

Przemiany przeprowadzane przez organizmy heterotroficzne można przedstawić następująco:

 

R-NH₂ → R-NHOH → R-NO → R-NO₂

 

Proces nitryfikacji heterotroficznej ma duże znaczenie ekologiczne, ponieważ zachodzić może w środowisku w warunkach niedoboru tlenu oraz przy odczynie poniżej 7,2 pH.

Bakterie żelaziste i manganowe

Bakterie żelaziste i manganowe są grupą bardzo zróżnicowaną pod względem morfologicznym i fizjologicznym. Oprócz bakterii chemosyntetyzujących wyróżniamy wśród nich gatunki miksotroficzne, a nawet odżywiające się sposobem heterotroficznym. Bakterie chemosyntetyzujące mają zdolność do utleniania soli żelazawych na żelazowe, lub soli manganawych na manganowe.

Wśród bakterii tych wyróżnia się następujące grupy różniące się miejscem odkładania utlenionych form żelaza i manganu:

 1. na zewnątrz w wyrostkach cytoplazmatycznych (Pedomicrobium sp., Hyphomicrobium sp.,) śluzowatych styliskach (Gallionella sp.), pochwach (grupa Sphaerotillus-Leptotrix), na powierzchni ściany komórkowej (Thiobacillus ferooxidans, Metallogenium sp., bakterie purpurowe) lub w otoczkach ( bakterie z rodziny Siderocapsaceae i z rodzajów Siderococcus, Siderocapsa, Siderobacter, Ferrobacterium i Naumaniella),

2. w wewnątrzkomórkowych organellach,

3. na zewnątrz powierzchni endospor lub w magnetosomach (bakterie magnetotaktyczne).  

Złogi tlenków i wodorotlenków żelaza nadają komórkom lub skupiskom bakterii zabarwienie brązowo-żółte, z manganu zielonkawo-oliwkowe lub brązowo-czerwone.

Enzymatyczny mechanizm utlenienia żelaza i manganu u Leptotrix sp. zachodzi zgodnie z równaniami:

4FeCO₃ + O₂ + 6H₂O → 4 Fe(OH)₃ + 4 CO₂

Mn²⁺ + ½ O₂ + H₂O → MnO₂ + 2H⁺

3Mn²⁺ + ½ O₂ + 3H₂O → Mn₃O₄ + 6H⁺

Przedstawicielami tych bakterii są:

Gallionella ferruginea - bakteria nitkowata, rozgałęziona. Komórki mają kształt nerkowaty, wydzielający do swej wklęsłej strony koloidalny wodorotlenek żelazowy. Związek ten zestala się i tworzy wstęgowatą łodyżkę, która ulega spiralnemu skręceniu pod wpływem obrotowego ruchu komórek. Komórki znajdują się na końcu łodyżki i rozmnażają przez podział podwójnie poprzeczny, powodujący ich widełkowate rozgałęzienie. Podstawy łodyżek przyczepiają się albo do podłoża, albo jako masy nitkowate pływają w wodzie w postaci „watowatych” kłaczków. Ten gatunek bakterii nie gromadzi związków manganu.

 

Leptotrix ochracea - bakterie nitkowate, nierozgałęzione. Cylindryczne komórki, w których gromadzi się wodorotlenek żelaza po pewnym czasie przybierają barwę żółtą, a następnie rdzawo-brązową. W miarę grubienia otoczki tkwiąca wewnątrz nitka bakteryjna wymyka się z niej i tworzy na nowo otoczkę.

 

Leptotrix echinata - są to bakterie manganowe, szczeciniaste, mają pęk nitek wychodzący ze wspólnej nasady i tworzą duże, wolno żyjące kolonie. W grubszej u nasady, a zwężającej się na wierzchołku otoczce tkwią nitkowate komórki. Bakterie te gromadzą tlenek manganowy. Żelaza nie magazynują.

 

Crenothrix polyspora - są to nitkowate bakterie żelazowo-manganowe, wielozarodnikowe. Nitkowate, cylindryczne komórki maja otoczkę zabarwiającą się z biegiem czasu na kolor rdzawy. Bakterie są nierozgałęzione, węższe u podstawy i rozdęte na końcach, gdzie wytwarzają liczne zarodniki. Ten gatunek bakterii prowadzi osiadły tryb życia, przyczepiając się do stałych obiektów

Bakterie siarkowe

Najpospolitszymi rodzajami bakterii siarkowych są: Beggiatoa, Tipoloca i Thiothrix, które odgrywają znaczącą rolę w zarastaniu i tworzeniu osadów w przewodach wodociągowych. Utleniają one siarkowodór do wolnej siarki, którą magazynują w komórkach. W przypadku braku siarkowodoru wykorzystują zmagazynowaną siarkę, utleniając ją do siarczanów. Bakterie te mają kształt długich, nie rozgałęzionych, ruchliwych nitek, składających się z łańcuszków wielu komórek.

2H₂ S + O₂ = 2H₂O + S₂ + energia.

S₂ + 3O₂ + 2H₂O = 2H₂SO₄ + energia.

Rodzaj Thiothrix to forma osiadła, mająca nici o różnej grubości z delikatną, śluzowatą pochewką. Wykazuje ona zdolność tworzenia konidiów, które poruszając się, rozprzestrzeniają się w wodzie, a po przyczepieniu do podłoża przez wielokrotne podziały komórkowe dają początek nowym organizmom

Bakterie denitryfikacyjne

Przemiany azotanów wytworzonych w procesie nitryfikacji zachodzą w warunkach anoksycznych i beztlenowych (Eh w zakresie +70 do -300 mV, przy udziale licznej grupy haterotroficznych bakterii denitryfikujacych (Pseudomonas sp., Bacillus sp., Micrococcus sp., Alcaligenes sp.) wymagających jako donatora wodoru do redukcji NO₃^- związków organicznych, takich jak: sole kwasów tłuszczowych, alkohole, związki aromatyczne, metan. Produktami końcowymi są tlenek (NO) i podtlenek (N₂O) azotu oraz azot cząsteczkowy:

  NO₃^- → NO₂^- → NO → N₂O → N₂

Wytworzone w procesie denitryfikacji produkty gazowe są obojętne dla organizmów żywych, zatem z punktu widzenia ochrony środowiska, proces ten jest korzystny.

Heterotroficzne bakterie denitryfikujące dla przeprowadzenia procesów życiowych (wzrost, oddychanie) potrzebują źródła węgla organicznego. Używane źródła węgla są bardzo różnorodne. Są nimi m.in. alkohole, glukoza, octany, kwas mrówkowy, a także odpady przemysłowe, takie jak: melasa, serwatka, odpady podestylacyjne. Dla denitryfikacji wody pitnej jako źródło węgla organicznego używamy przede wszystkim: metanolu, etanolu i kwasu octowego.

Czynniki wpływające na proces denitryfikacji

1.Temperatura i pH

Temperatura i odczyn wody wpływają na szybkość procesu denitryfikacji poprzez oddziaływanie na konfigurację przestrzenną enzymów Denitryfikatory redukują azotany w szerokim zakresie temperatur od 5 do 70^o C, przy czym optimum temperatury mieści się w granicach 15-37^oC. Redukcja azotanów przebiegała w pH od 4,4, do 7,8, optimum zaś zbliżone jest do pH = 7,0. Zaobserwowano także większą wrażliwość denitryfikatorów na środowisko kwaśne niż zasadowe. Oprócz tego zarówno pH jak i temperatura wpływają na końcowe produkty denitryfikacji. W temperaturach niskich i bardzo wysokich głównym produktem jest podtlenek azotu, a w optymalnej azot cząsteczkowy. W niskim pH produkowany jest podtlenek azotu, a w pH około 6,0 produktem jest azot cząsteczkowy. 

2. Tlen

W badaniach przeprowadzonych nad szybkością denitryfikacji wykazano, że im mniejsze stężenie tlenu tym szybkość procesu jest większa.

3. Inhibitory

Reduktazy, które prowadzą proces denitryfikacji mogą pod wpływem różnych związków chemicznych ulegać inhibicji. Może to powodować całkowite zahamowanie procesu, bądź też zmniejszyć jego szybkość. Inhibitory wpływające na proces denitryfikacji można podzielić na trzy grupy:

- blokujące tylko jeden enzym, np. tlenek węgla,

- blokujące więcej niż jeden enzym, np. cyjanek,

- wpływające na różne enzymy w zależności od stężenia, np. siarczki

---