Obieg azotu. Obieg azotu w przyrodzie opiera się na 5 podstawowych procesach
-pobieranie nieorganicznych związków z podłoża
-rozkładzie martwych szczątków organicznych z uwolnieniem amoniaku
-wiązaniu azoty cząsteczkowego
-nitryfikacje
-denitryfikacja
Organizmy autotroficzne pobierają z podłoża nieorganiczne związki azotowe(głównie jony amonowe i azotany) i przekształcają je w związki organiczne. Autotrofy stanowią podstawowe źródło azotu dla heterotrofów, które część pobieranego azotu usuwają do środowiska w procesach wydalania. Martwe szczątki organiczne rozkładane są prze destruentów. Zjawisku temu towarzyszy uwolnienie amoniaku (amonifikacja), który po przekształceniu w jony amonowe może być ponownie przyswojony przez organizmy autotroficzne. Bakterie nitryfikacyjne utleniają jony amonowe azotanów, zaś bakterie denitryfikacyjne redukują azotany do azotu cząsteczkowego, który uwalnia sie do atmosfery. Bakterie wiążące azot cząsteczkowy redukują go do amoniaku, który po przekształceniu w jony amonowe ponownie zostaje przyswojony przez organizmy autotroficzne.

Amonifikacja. – proces przekształcania związków organicznego azotu i amoniaku,

-może być procesem tlenowym i beztlenowym. Działają przy tym bardzo różne enzymy uczestniczące w procesach dysymilacji,

-w zależności od rodzaju enzymów i sposoby ich działania w warunkach tlenowych, oprócz amoniaku powstają, jako produkty rozkładu keto kwasy, oksokwasy lub lotne kwasy tłuszczowe,

- w warunkach beztlenowych pod wpływem dekarboksylaz produktami wyjściowymi mogą być aminy, CO2 i inne.

W glebie zależnie od warunków ekologicznych, amonifikacja może przebiegać z różnym nasileniem. Możemy tu wyróżnić:

-amonifikację brutto – taka ilość azotu amonowego, którą się otrzymuje z procesów min substancji organicznej,

-amonifikacja netto – ilość amoniaku powstającego przy rozkładzie związków organicznych z uwzględnieniem równoszceśnie zachodzących strat (nitryfikacja, utlenianie się, asymilacja)

Rodzaje amonifikacji:

1)hydrolityczna- CH3CH(NH2)COOH+ H2O= CH3CH(OH)COOH+ NH3 (alanina..= kwas mlekowy.)

2)hydrolityczna połączona z dekarboksylacją- CH3CH(NH2)COOH+ H2O= CH3CH2OH+ NH3+ CO2 (alanina= alk etylowy)

3)reduktywna- CH3CH(NH2)COOH+ H2= CH3CH2COOH+ NH3 (=kw propianowy) 4)reduktywna połączona z dekarboksylacją CH3CH(NH2)COOH+ H2= CH3CH3+ NH3+ CO2 (=etan)

5)przez utlenienie z dekarboksylacja CH3CH(NH2)COOH+ O2= CH3COOH+ NH3+ CO2 (=kw octowy).

6)dezaminacja desaturatywna – rozkład aminokwasu z wytworzeniem kw org nienasyconego CH3 – CH – COOH CH2 – CH – COOH

7)dezaminacja oksydatywna CH3 – CH – COOH CH3 – CO – COOH

8)Dezaminacja tupu Sticklanda CH3 – CH – COOH + CH3 – CH – COOH CH3COCOOH + CH3COOH

HYDROLIZA MOCZNIKA jest uważana z przykład deaminacji hydrolitycznej. Wiele bakterii ma zdolność wykorzystania mocznika, jako źródła azotu, a hydroliza tego związku jest katalizowana przez ureazę:

H2N – CO – NH2 +H2O H2N – CO – NH2

Mocznik karbaminian

H2N – CO – NH4 +H2O (NH4)2 CO3

węglan amonu

(NH4)2 CO3 2 NH3 + CO2 + H2O

BAKTERIE MOCZNIKOWE: Urobacterium, Urobacillus, Bacillus pasteurii, Proteusz vulgaris, Sporosarcina ureae

AMONIFIKATORY: Clostridium sporogenes, C perfringens, C tetani, C botulinum

- względne beztlenowce: Escherichia coli, Aerobacter aerogenes, Proteusz vulgaris

- tlenowce: Bacillus subtilis, Bacillus cereus var Mycoides, Bacillus megaterium, Pseudomonas fluarescens, P aeruginosa, Serratia marcescens, Halobacterium salinarium.

IMMOBILIZACJA azotu– proces włączania azotu min w biomasę mikroorganizmów, a następnie w związki próchnicowe. Procesowi temu ulega 20-30% azotu zastosowanego w nawozach min. Z tej ilości ok. 70% przechodzi w związki próchnicowe. Szczególnie silnie immobilizowane jest azot w glebach o szer stosunku C:N (nawożenie słomą). Najkorzystniej jest gdy stosunek C:N w glebie wnosi 12-15:1.

Stosunek C:N a właściwości mikrobiologiczne gleby.

-w glebach stosunek C:N jest różny w zależności od rodzaju gleby

-dla większości gleb stosunek C:N jest w poziomie próchniczym wynosi od8-15 (najczęściej 10-12)

-w glebach darniowych stosunek C:N jest większy niż w glebach leśnych

-w poziomach próchniczych profilu glebowego stosunek C:N jest zwykle szerszy niż w poziomach min

-wraz ze wzrostem głębokości w profilu stosunek C:N z reguły zwęża się.

-jeśli stosunek C:N w rozkładanej substancji organicznej w glebie jest szerszy niż 25:1, następuje immobilizacja azotu – mikroorganizmy pobierają azot przyswajalny dla roślin (uwstecznienie, białczanie)

-gdy stosunek C:N w rozkładanej substancji organicznej w glebie jest zbyt szeroki (powyżej 32:1) następuje spowolnienie mineralizacji i immobilizacji azotu.

-jeśli stosunek C:N w rozkładanej substancji organicznej w glebie jest większe niż 25:1 immobilizacja azotu nie zachodzi. Następuje intensywna mineralizacja azotu, który nie jest wykorzystywany przez rośliny.

NITRYFIKACJA- proces tlenowy polegający na utlenianiu amoniaku przez azotany(III) do azotanów(V). Bakterie nitryfikacyjne dzielą się na dwie grupy. 1)Nitroso- przeprowadzają 1etap nitryfikacji, amoniak jest utleniany do azotanów(III), sole amonowe są utleniane do kw azatowego(III), który przekształca się w azotanu(III) przez zasady znajdujące się w środowisku. NH4++ 1,5O2= NO2- +H20+ 2H++ 267,2kJ (jon amonowy= jon azotanowy(III)) gat Nitrosomonas europea, Nitrosomonas javanensis- są one bezwzględnymi tlenowcami. Mają odporność na wysuszenie, wrażliwe na kwaśny odczyn. 2)Nitro- przeprowadzają 2etap nitryfikacji. Utleniają azotany(III) do kw azotowego(V) który tworzy azotany(V) np., Nitrobacter winogradski, Nitrobacter agilis. NO2- + 0,5O2= NO3- +73,3kJ, NH4OH- 2H= NH2OH (wodorotlenek amonu= hydroksyloamina) NH2OH- 2H= NOH (= nitroksyl), NOH+ H2O= NH(OH)2 (=dihydroksyamniak), NH(OH)2- 2H= HNO2 (= kw azotowy III).

Denitryfikacja - jest procesem, w czasie którego redukowane są nieorganiczne formy azotu, takie jak azotany. Proces ten odgrywa znaczącą rolę w obiegu azotu w przyrodzie. Jest przeprowadzany przez fakultatywne anaerobowe mikroorganizmy. Donorami elektronów może być źródło organiczne w przypadku denitryfikacji heterotroficznej lub źródło nieorganiczne w denitryfikacji autotroficznej.
Asymilacyjna oraz dysymilacyjna redukcja azotanów.

Znaczenie denitryfikacji: zmniejszenie ilości przyswajalnego azotu, usuwa nadmiar NO₂^- i NO₃^- ze środowiska, zamyka obieg azotu.

Do denitryfikacyjnych bakterii zalicza się: Bacillus licheniformis, Paracoccus denitrificans, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas denitrificans, Thiobacillus denitrificans, Alcaligenes

Czynniki wpływające na przebieg denitryfikacji
Wśród czynników regulujących przebieg procesu denitryfikacji należy wymienić tlen, chociaż bakterie denitryfikacyjne jako fakultatywne beztlenowcowe potrafią przeprowadzić redukcję azotanów w warunkach beztlenowych. Z drugiej strony niekompletna redukcja zachodzi, jeżeli poziom tlenu jest niski. Wynika to ze zróżnicowanej represji enzymów uczestniczących w denitryfikacji przez tlen. Innymi ważnymi czynnikami wpływającymi na przebieg tego procesu są: odczyn pH, stężenie azotanów, temperatura, wilgotność oraz natężenie światła. Optymalne pH dla procesu denitryfikacji wynosi ok. 7,0 – 8,5. Często ograniczenie dostępu związków węgla powoduje akumulację pośrednich produktów redukcji, takich jak: NO₂ oraz N₂O. W dodatku tempo procesu denitryfikacji zależy od rodzaju źródła węgla, np. reakcja szybciej przebiega jeżeli używany jest octan niż w przypadku glukozy lub etanolu.

Bakterie wolno żyjące wiążące azot:

-tlenowe: np. Azotobacter, Arthrobacter, Azomonas

-względnie tlenowe: np. Enterobacter, Spirillum, Azomonas

-beztlenowe: np. Clostridium, Chlorobium, Desulfovibrio

Bakterie symbiotyczne wiążące azot:

-typ cycas: np. Anabena, Azolla, Gleotricha

- typ parasponium: np. Rhizobium, Azorhizobium, Shinorhizobium

-typ alnus: np. promieniowce z rodziny Frankia

Wiązanie azotu:

Etapy efektywnej symbiozy:

Przedinfekcyjny:

-namnażanie się bakterii na powierzchni korzenia

-przyłączenie się bakterii do powierzchni korzenia

-rozgałęzienie się włośników

-skręcenie się włośników
Infekcja i tworzenie się brodawki:

-powstanie nici infekcyjnej

-rozwój tkanki merystema tycznej wraz z rozwojem brodawki

-uwolnienie bakterii z nici infekcyjnej

-wewnątrzkomórkowe namnażanie się bakterii i powstanie form bakteroidalnych.

Funkcjonowanie brodawki:

-redukcja N2 do NH3

-funkcje biochemiczne i fizjologiczne

-utrwalanie się funkcjonowania brodawki(nitrogeneza)

Leghemoglobina – hemoproteina wiążąca tlen znaleziona w brodawkach korzeniowych roślin motylkowych. Ma budowę i właściwości podobne do hemoglobiny, tak jak i ona ma barwę czerwoną. Przypuszcza się, że leghemoglobina ułatwia transport tlenu przez komórki roślinne do bakteroidów, zwiększając jego szybkość.

Etapy rozwoju efektywnej brodawki:

U bakterii Rhizobium właściwy dla danej rośliny dany gatunek wchodzi do włośnika rośliny gospodarza a następnie trafia „nicią zakaźną” do kory korzenia i pod wpływem bodźca komórki tetraploidalnej korzenia rośliny tworzy się brodawka ,a komórki bakterii dzielą się.

W wytworzonej brodawce komórki przechodzą w postać bakteroidów zdolnych do wiązania azotu. Jest wytwarzana leghemoglobina, której funkcją jest utrzymanie zredukowanego potencjału redoks. Bakterie dostarczają roślinie azot a rośliny w zamian dostarczają bakteriom zredukowane związki węgla. W ostatecznym etapie następuję uwolnienie bakteroidów i przejście w ich pierwotną postać.

Typy brodawek:

-niezdeterminowana(nieorganiczna) – tworzone przez rośliny strefy umiarkowanej np. koniczyna, lucerna, groch, w wyniku podziałów kory wewnętrznej korzenia.

Mają kształt cylindryczny, brodawki niezdeterminowane składają się z następujących stref:

-merystematyczna, inwazyjna, pośrednia, wiązania azotu, starzenia się.

-zdeterminowana(organiczna) - występują u roślin tropikalnych np. soja, fasola.

Rozwijają się z komórek kory zewnętrznej korzenia, a ich merystem jest aktywny tylko przez krótki okres, nić infekcyjna jest wąska i krótka, skrobia występuje w komórkach niezainfekowanych, azot jest głównie w formie ureidów.

Nitragina – preparat biologiczny zawierający specjalnie dopasowany szczep symbiotycznych bakterii brodawkowych przygotowany do zaprawiania nim nasion roślin motylkowych. Stosuję się zwykle zawiesinę wodną.

Mikoryza- polega na współżyciu korzenia lub innych części roślin, a nawet nasion z grzybami. Oba gatunki mają z tego korzyści, wymieniając się substancjami odżywczymi. Roślina dostarcza grzybom glukoze, a bakterie umożliwiają roślin większy dostęp do wody i do rozpuszczonych związków mineralnych w niej.

Podział:

Ektomikoryza- zewnętrzna, strzępki grzybni oplatają korzenię roślin tworząc tzn. mufkę i wnikają do wnętrza wypełniając przestwory komórkowe.

Endomikoryza- wewnętrzna, strzępki grzybni wnikają bezpośrednio do tkanek roślinnych, natomiast włośniki nie zanikają i nie tworzy się mufka grzybniowa.

Ektendomikoryza- mieszana, strzępki jednocześnie wnikają do komórek roślinnych i tworzy się tzn. mufka.

Znaczenie: -zwiększenie powierzchni chłonnej ok. 1000 razy w porównaniu do korzeni niemikoryzowanych

- ochrona przed patogenami

-wzrost odporności na czynniki takie jak: mróz, susza, wysoka temperatura, kwaśne deszcze.

ryzosfera – gleba przylegająca do korzeni roślin, jest grubości kliku milimetrów i zalezy od gatunku rosliny

ryzoplana – powierzchnia korzeni, na której osiedlają się drobnoustroje

Rozmieszczenie drobnoustrojów w glebie.

W głąb liczba drobnoustrojów maleje. Główna masa drobnoustrojów znajduje się:

–                 w warstwie 5 – 20 cm

–                      wokół korzeni (w ryzosferze)

–                      w glebach łąkowych i zlewnych w najbardziej powierzchniowej warstwie

Wrażliwość drobnoustrojów na wilgotność.

Podział drobnoustrojów glebowych pod względem wrażliwości na wilgotność:

higrofilne – (rozwijają się przy ciśnieniu macierzystym < 4,85 pF) – większość drożdży i niektóre grzyby

 mezohigrofilne – (pF 4,85 – 5,48) – większość grzybów, niektóre bakterie

kserofilne – (pF >5,48) – niektóre grzyby np.: Penicillum

Optymalny dla bakterii i promieniowców zakres potencjału H₂O w glebie wynosi pF1,6–2,6

Wilgotność gleb optymalna dla rozwoju:

 bakterii 80% - (dla bakterii tlenowych 50-79% m.p.w., dla aktywności enzymatycznej 80%)

– grzybów 60%

– promieniowców 20-40% m.p.w.

Grzyby i promieniowce wykorzystują także wodę zawartą w powietrzu glebowym. Niektóre mogą rozwijać się przy wilgotności względnej 72%.

Najbardziej wrażliwe bakterie na zmiany wilgotności w glebie to:

– rozkładające celulozę, pektyny i aminokwasy.

Najmniej wrażliwe:

– bakterie amylollityczne – Arthrobacter < Pseudomonas – Azotobacter <denitryfikatory

Grupy bakterii glebowych.

a) autochtoniczne, które występują zawsze, nawet w glebach nieuprawianych. Wśród nich występują wszystkie grupy mikroorganizmów. Przeważnie są to organizmy saprofityczne, bytujące na martwej substancji organicznej, tlenowe, rosnące powoli, nie fermentujące sacharydów. Dominują bakterie Gram +, nieprzetrwalnikujące pałeczki, promieniowce i maczugowce z rodzaju Arthrobacter i Corynebacterium (2 – 60% populacji). Ponadto do autochtonów należą bakterie z rodzajów: Bacteroides, Bacillus, Enterobacter, Escherichia, Flavobacterium, Micrococcus, Leuconostoc i Legionella.

b) zymogenne, które bytują w glebie okresowo i rozwijają się po wprowadzeniu do gleby substancji organicznej. Rozwój ich zależy od dopływu świeżej, łatwo przyswajalnej materii organicznej. Organizmy te mogą okresowo przebywać w glebie w stanie anabiozy i gwałtownie rozwijać się w odpowiednich warunkach. Należą do nich między innymi bakterie z rodzajów: Bacillus, Pseudomonas, Escherichia, Proteus, Corynebacterium, różne gatunki mikroorganizmów termofilnych.

Obecność mikroflory zymogennej jest ściśle związana z działalnością człowieka. Źródłem jej mogą być:

–  odchody zwierząt i ludzi

– ścieki bytowo-gospodarcze z gospodarstw rolnych

–nawozy naturalne wzbogacające glebę w składniki organiczne, w postaci obornika, gnojówki, kompostów roślinnych

–                      opady atmosferyczne zmywające obszary zamieszkałe przez ludzi oraz środowiska przemysłowe, zawierające również mikroflorę patogenną

–                      gryzonie i owady będące przenośnikami organizmów chorobotwórczych

Ze względu na wykorzystywane źródło energii, bakterie dzielimy na:

–                      siarkowe (uzyskujące energię, potrzebną do asymilacji CO₂, podczas utleniania siarki i jej związków)

–                      metanowe (rozkładające związki organiczne z wytworzeniem metanu)

–                      wodorowe (utleniające wodór cząsteczkowy)

–                      żelazowe (utleniające związki żelazawe do żelazowych)

–                      purpurowe siarkowe (samożywne, zawierające bakteriochlorofil, które w czasie fotosyntezy redukują CO₂, utleniając siarkowodór)

–                      purpurowe bezsiarkowe (na świetle, przy braku tlenu, samożywne, w czasie fotosyntezy redukujące CO₂ przez utlenianie znajdujących się w środowisku alkoholi lub wodoru)

Drobnoustroje chorobotwórcze  występujące w glebach.

- bakterie wytwarzające przetrwalniki - laseczki wąglika Bacillus anthracis

– beztlenowe laseczki Clostridium tetani wywołujące tężec

-  laseczki jadu kiełbasianego Clostridium botulinum

–   pałeczki fekalne Salmonella i Shigella

–   niektóre serotypy Escherichia coli

–   prątki gruźlicy

–                      bakterie wywołujące brucelozę

–                      grzyby strzępkowe (dermatofity geofilne)

–                      wirusy

–                      pierwotniaki chorobotwórcze i ich cysty oraz jaja pasożytów jelitowych (tasiemiec)

) błonnika (celulozy)

–                      może być rozkładany przez wiele różnorodnych mikroorganizmów

–                      tylko w mocno kwaśnych (pH poniżej 4,2) i pozbawionych tlenu środowiska błonnik nie ulega rozkładowi mikrobiologicznemu

–                      w warunkach kwaśnych i tlenowych rozkładany jest przez niektóre grzyby jak: Alternaria, Aspergillus, Penicillum, Fusarium i szereg innych

–                      istnieje specyficzna grupa bakterii tlenowych, energicznie rozkładających błonnik; rozkładają one celulozę bardzo szybko do dwucukru celobiozy, a za pomocą celobiozy jest rozkładany do glukozy

–                      do bakterii rozkładających celulozę w warunkach tlenowych i niekwaśnych należą cienkie, lekko wygięte pałeczki z rodzaju Cytophaga, różniące się między sobą produkowanym barwnikiem i innymi cechami; czerpią energię potrzebną do życia z rozkładu błonnika

–                      celuloza jest intensywnie rozkładana przez: Achromobacter, Pseudomonas, Vibrio, promieniowce: Streptomyces, Nocardia

–                      w żwaczu zwierząt przeżuwających znajduje się mikroflora beztlenowa rozkładająca błonnik

Znaczenie:

–                      w glebie, wodzie, oborniku, żwaczu zwierząt przeżuwających powstają duże ilości dwutlenku węgla i wodoru

–                      tlenowy jak i beztlenowy rozkład błonnika jest zjawiskiem pożytecznym

–                      w wyniku beztlenowego rozkładu błonnika powstają kwasy organiczne: masłowy, octowy, bursztynowy, alkohole i inne produkty

–                      substancja organiczna ulega zmineralizowaniu dzięki drobnoustrojom

b) skrobi

–                      w warunkach tlenowych rozkładają ją głównie grzyby: Aspergillus oryzae, Aspergillus niger oraz bekterie: Bacillus subtilis i inne

–                      w warunkach beztlenowych jest rozkładana przez bakterie: Bacillus macerans, Bacillus polymyxa

–                      wyróżniamy 3 etapy rozkładu skrobi

•                     fosoroliza – np. glikogen jest katalizowany przez α-1,4-glukanofosforylazę; powstającą w wyniku działania tego enzymu  α-glukozo-1-fosforan

•                     hydroliza – komórki polisacharydu są rozszczepiane przez amylazy. W wyniku ich działania powstaje ze skrobi maltoza.   α-amylaza występująca u roślin, zwierząt i mikroorganizmów, enzymy te powodują szybkie upłynnienie skrobi. W miejsce skrobi pojawiają się cukry proste, które mogą ulegać fermentacji mikrobiologicznej.

•                     transglikoliza – krystaliczne związki składają się z pierścieniowo zamkniętych łańcuchów zawierających od 6 do 8 cząsteczek glukozy, które powstają ze skrobi pod wpływem działania specjalnych enzymów – transglikolaz

c) tłuszczy

–                      hydrolizowane są przez drobnoustroje wytwarzające enzymy zwane lipazami

–                      enzymy te są wydzielane za zewnątrz drobnoustroju, gdzie katalizują rozkład tłuszczów do glicerolu i kwasów tłuszczowych.

–                      drobnoustroje rozkładające tłuszcze: Staphylococcus aureus, Bacillus sp.,Clostridium sp., Pseudomonas sp., Geotrichum sp.

d) ligniny

–                      jest substancją inkrustującą i nadającą sztywność tkankom roślinnym

–                      jest najtrudniej rozkładanym materiałem organicznym przez drobnoustroje

–                      rozkładają ją niektóre grzyby atakujące drewno składowane lub ligninę wchodzącą w skład żywych organizmów roślinnych

–                      grzyby można podzielić na dwie grupy: wywołujące brunatną zgniliznę drewna i wywołujące całą zgniliznę drzewa

–                      do pierwszej grupy należą grzyby atakujące celulozę i hemicelulozę, nie naruszając ligniny, np.: Polystictus versicolor

–                      do drugiej grupy należą grzyby atakujące równocześnie ligninę i celulozę, np.: Serpula lacrymans

–                      szczególnie niekorzystnym rozkładem a nawet niebezpiecznym dla zdrowia ludzi i zwierząt jest rozkład lignin przez niektóre grzyby. Grzyby te rozwijają się bardzo wolno, ale potrafią całkowicie zniszczyć drewniane przedmioty i urządzenia, są to grzyby trudne do zwalczenia

Rola drobnoustrojów w powstawaniu próchnicy.

są głównym czynnikiem próchnicotwórczym, a także czynnikiem powodującym

rozkłąd substancji próchniczej

–                      biorą udział w rozkładzie lignin

–                      niektóre wytwarzają oksydazy fenolowe

–                      obumarłe komórki drobnoustrojów wchodzą w skład substancji próchnicowych

–                      wydzielają metabolity do środowiska, z których powstają związki humusowe

–                      w powstawaniu próchnicy decydującą rolę odgrywają również różne drobnoustroje biorące udział w rozkładzie i przemianach substancji organicznej w glebie

3.Współczynnik humifikacji.

to procentowy udział humusu w martwej materii organicznej

Humifikacja – to procesy przekształceń materii organicznej gleb polegające na częściowym rozkładzie związków organicznych i wtórnej syntezie. W wyniku humifikacji powstaje humus glebowy, nadający poziomom próchnicznym gleb ciemne zabarwienie. Związki humusowe są substancjami o złożonej strukturze. Z uwagi na swe cechy fizyczne i chemiczne odgrywają bardzo ważną rolę w kształtowaniu właściwości gleb.

Humifikacja składa się z dwóch etapów:

–                      rozkładu (butwienie z udziałem tlenu i beztlenowe gnicie)

–                      syntezy swoistych związków próchnicznych, które składają się z kwasów humusowych, kwasów fulwowych, huminów i ulminów. Im więcej tych związków, tym żyźniejsza jest gleba.

Woda jako środowisko bytowania drobnoustrojów.

Drobnoustroje występujące w wodach powierzchniowych można podzielić na dwie główne grupy:

autochtoniczne, czyli miejscowe (tubylcze) – do nich zaliczamy te rodzaje i gatunki, dla których woda jest normalnym środowiskiem bytowania i rozwoju

–                      - dominujące bakterie

–                      - styliskowe, np.: Caulobacter

- pochewkowe

- nitkowate

- pączkujące

–                      w osadzie dennym

–                      - gnilne

- beztlenowce celulolityczne

- chemoorganotrofy beztlenowe, np.: Desulfovibrio

- beztlenowe bakterie metanogenne

allochtoniczne, czyli obce (naniesione) – do nich zaliczamy te rodzaje i gatunki, dla których woda nie jest normalnym środowiskiem i które są przenoszone do wód z gleby, powietrza, roślin, zwierząt, odchodów ludzi i zwierząt, ścieków i innych środowisk. Drobnoustroje te mogą znaleźć w wodzie warunki odpowiednie do swego rozwoju

i wtedy prowadzą normalny tryb życia. Jeśli warunki będą nieodpowiednie, mogą one przetrwać jedynie przez pewien czas, potem giną.

–                      - pałeczki G-

–                      - Escherichia coli

- Pseudomonas areuginosa

- Proteus

- Klebsiella

- Enterobacter

–                      laseczki G+

–                      - Bacillus

- Clostridium

2. Czynniki determinujące warunki życia w wodach.

W ekosystemach wodnych można wyróżnić 2 grupy czynników mających decydujący wpływ na stosunki ilościowe i jakościowe mikroorganizmów:

–                      czynniki abiotyczne (energia świetlna, energia cieplna, odczyn wody, ruch wody, klimat oraz związki rozpuszczone i zawieszone w wodzie (martwa substancja organiczna

i związki nieorganiczne oraz gazy takie jak tlen, dwutlenek węgla, metan i inne))

–                      czynniki biotyczne (wszystkie organizmy żywe bytujące w wodzie – rośliny, zwierzęta

3. Charakterystyka bakterii z grupy coli.

Bakterie grupy coli to przede wszystkim szczepy Escherichia coli oraz drobnoustroje

z rodzaju Enterobacter, Citrobacter i Klebsiella. Wykrywane są one na podłożach z laktozą po inkubacji w temperaturze 37°C.

Bakterie grupy coli typu kałowego to głównie szczepy Escherichia coli i tylko te nieliczne szczepy z rodzajów Enterobacter, Citrobacter i Klebsiella,które mają zdolność fermentacji laktozy w temperaturze 44C.

Obecność w badanej próbce wody bakterii grupy coli lub bakterii grupy coli typu kałowego świadczy o stosunkowo świeżym zanieczyszczeniu wody kałem, ściekami, glebą lub gnijącymi materiałem roślinnym. W zasadzie dla większości rodzajów wód zalecane jest oznaczanie liczby bakterii obu grup coli.

Określa się miano coli – najmniejsza objętość wody, z której można wyhodować bakterie

z grupy Escherichia coli

–                      0,1 – woda jest niezdrowa

–                      1,0 – woda jest zanieczyszczona (niepewna)

–                      10 – woda jest stosunkowo czysta (możliwa do użycia)

–                      100 – woda jest dostatecznie czysta

Normy:

–                      woda studzienna >50

–                      woda wodociągowa >100

4. Analiza bakteriologiczna wody.

Sanitarna analiza bakteriologiczna wody, wykonywana w sposób rutynowy przez terenową służbę przeciwepidemiczną, obejmuje oznaczanie tzw. ogólnej liczby bakterii w 1ml wody oraz wykrywanie bakterii grupy coli.

W badaniu ogólnej liczby bakterii, wykonywane metodą płytkową wyróżniamy dwa rodzaje bakterii:

–                      psychrofilne tworzące kolonie na płytce z agarem w ciągu 72h w temp. 20°C

–                      mezofilne tworzące kolonie na płytce z agarem w ciągu 24h w temp. 37°C

Strefy saprobowe wód – to strefy o różnym stopniu zanieczyszczenia organicznego zbiornika wodnego. W poszczególnych strefach występuje zróżnicowany skład biocenoz, właściwy do istniejących warunków.

Wyróżnia się trzy zasadnicze strefy saprobowe, tj. polisaprobową, mezosaprobową

i oligosaprobową.

Saprobowość jest zatem wyższa, im większe jest zanieczyszczenie wody.

Strefa polisaprobowa

–                      to strefa największego zanieczyszczenia

–                      woda jest mętna, o barwie brudnoszarej i o nieprzyjemnym zapachu

–                      bardzo duże stężenie związków organicznych zapewnia rozwój mikroflorze heterotroficznej

–                      wysokie zapotrzebowanie tlenu powoduje ostry deficyt tlenowy, a czasem nawet całkowite wyczerpanie tego gazu z wody

–                      w warunkach beztlenowych tworzą się gazy: siarkowodór, amoniak, wolny azot

i inne

–                      w biocenozie dominuje Zooglea ramigera oraz nitkowata bakteriaSphaerotilus natans

–                      jeśli jest obecny siarkowodór, wówczas występują liczne bakterie siarkowe

–                      liczne są również gatunki pierwotniaków z rodzaju Colpidium, Lionotusm, Metopus

Strefa α-mezosaprobowa

–                      to miejsce rzeki, w której następuje dalszy, bardzo intensywny rozkład związków organicznych

–                      tlenu jest jednak wystarczająco dużo na pokrycie pełnego zapotrzebowania

–                      biologicznymi wskaźnikami tej strefy jest w dalszym ciągu Sphaerotilus natans, Zooglea ramigera

–                      oprócz tego występuje masowo grzyb ściekowy Leptomitus lacteus

–                      w biocenozie zwraca uwagę większe zróżnicowanie gatunków niż miało to miejsce w strefie polisaprobowej

Strefa β-mezosaprobowa

–                      woda jest przezroczysta, o normalnej barwie lub też intensywnie zielona od bujnie rozwijających się glonów

–                      jest to strefa kończącej się mineralizacji związków organicznych

–                      zachodzą w niej procesy nitryfikacji

–                      warunki tlenowe są dobre, gdyż ilości pobieranego tlenu na mineralizację wydatnie się zmniejsza w stosunku do dwóch pierwszych stref

–                      w składzie biocenozy wzrasta udział autotrofów

–                      brak masowych skupień Sphaerotilus natans i Leptomitus lacteus

–                      bardzo licznie występują różne gatunki okrzemek i zielenic

–                      zmniejsza się udział pierwotniaków

Strefa oligosaprobowa

–                      to odcinek rzeki, w którym kończy się wpływ wprowadzanego zanieczyszczenia

–                      woda jest przezroczysta, pozbawiona zapachu i bardzo dobrze natleniona

–                      strefa zasiedlona przez bakterie chemosyntetyzujące, głównie bakterie nitrifikacyjne oraz żelaziste

–                      w biocenozie występują nielicznie sinice, natomiast dominują różnorodne gatunki okrzemek i zielenic

–                      pierwotniaki występują sporadycznie

Strefa katarobowa

–                      wody bardzo czyste, można do nich zaliczyć wysokogórskie potoki i jeziora, wody źródlane

–                      odznacza się bardzo małą zawartością związków organicznych i niskim stopniem mineralizacji

–                      woda bez zapachu, o dużej przezroczystości

Strefa antysaprobowa

–                      zwana też strefą toksyczną

–                      występuje tam gdzie mają miejsce intensywne procesy gnicia

–                      występuje tu znikoma liczba mikroorganizmów

7. Klasy czystości wód.

Klasa I – wody tej klasy mogą być wykorzystywane jako źródło zaopatrzenia ludności

w wodę pitną, jako źródło zaopatrzenia przemysłu spożywczego i innych gałęzi przemysłu wymagających tej klasy czystości wody oraz hodowli ryb łososiowatych

Klasa II – wody tej klasy mogą być wykorzystywane jako źródło zaopatrzenia w wodę hodowli zwierząt, do celów rekreacji, sportów wodnych i kąpielisk oraz hodowli ryb z wyjątkiem łososiowatych

Klasa III – wody tej klasy mogą być wykorzystywane jako źródło zaopatrzenia w wodę zakładów przemysłowych z wyjątkiem tych, dla których wymagana jest klasa I i II oraz do celów nawodnienia terenów rolnych i ogrodniczych

Mikroorganizmy zasiedlają zbiorniki wód powierzchniowych we wszystkich strefach; mogą być zawieszone w wodzie w postaci drobnej, żywej zawiesiny (planktonu) lub też prowadzić życie osiadłe na przedmiotach i roślinach podwodnych (peryfiton) oraz w osadach dennych (bentos).W środowisku wodnym występują również bakterie rosnące w postaci tzw. biofilmu, na powierzchni zbiornika wodnego, w warstwie graniczącej z powietrzem (neuston).

Bakterie neustonu: Pseudomonas Caulobacter Hyphomicrobium Nevskia Flavobacterium Alcaligens Micrococcus

W strefie przybrzeżnej drobnoustroje występują w postaci tzw. zespołu poroślowego zwanego peryfitonem: okrzemki i zielenice bakterie Leptothrix ochracea, Spheaerotilus natans pierwotniaki

Jezioro eutroficzne – w typologii jezior: jezioro słodkowodne odznaczające się dużą koncentracją substancji odżywczych rozpuszczonych w wodzie, co powoduje silny rozwój życia biologicznego przy jednoczesnym spadku ilości tlenu w wodzie i ograniczeniu procesów mineralizacji.Jeziora eutroficzne nie są głębokie, ich woda obfituje w sole mineralne i ma odcień zielony lub zielonożółty co spowodowane jest masowym rozwojem glonów.Charakteryzują się małą przezroczystością wody, w takich zbiornikach zasięg penetracji światła słonecznego do wód jest niewielki, szczególnie latem, i sięga niekiedy tylko 20-100cm.Wody takich jezior mają odczyn zasadowy lub obojętny. Skutkiem tego jest pojawienie się organizmów beztlenowych i powstanie mułu jeziornego, które prowadzi do powolnego wypłycania zbiornika, przekształcania go w torfowisko, bagno, itp., później całkowitego zaniku jeziora.

Glony Bruzdnice z rodzaju Ceratium Zielenice Skrętnice Nitkowate sinice Anabaena Aphanizomenon Microcystis Mało jest okrzemków Pierwotniaki (bezbarwne wiciowce)

Jezioro oligotroficzne – jezioro, którego wody są bogate w rozpuszczony tlen, a ubogie

w substancje mineralne i odżywcze. Takie własności wody jeziornej spowodowane są wpływem podłoża, w którym wyżłobiona jest misa jeziorna (kwaśne skały krystaliczne i krzemionkowe) oraz położeniem tego jeziora w terenach o surowych warunkach klimatycznych (wysokie góry).

W tych jeziorach nie rozwija się życie, woda jest bardzo przezroczysta. Okrzemki Astrionella Tabellaria Melosira Złotowiciowce Dinobrion Niektóre zielenice Pierwotniaki, orzęskiwolno pływające, np.: Pantofelekosiadłe, np.: wirczyk (Vorticella)Mało jest sinic

Bentos – środowisko denne zasiedlane jest przez zespół organizmów. Muliste dno zawiera bogactwo związków organicznych powstających z rozkładu obumarłych, opadających z wyższych warstw szczątków roślin i zwierząt. Równocześnie, zwłaszcza w wodach głębokich, pozbawione jest ono roślin, które z braku światła nie znajdują w tej strefie warunków do życia. Niedobór tlenu sprzyja z kolei rozwojowi m.in. beztlenowej mikroflory gnilnej.

Peryfiton – zasiedla strefę przybrzeżną zbiorników wodnych. Jest to zespół mikroorganizmów tworzących porośla na przedmiotach martwych zbiornika i na podwodnych roślinach. Ponadto w skład peryfitonu wchodzi wiele osiadłych lub czasowo osiadłych pierwotniaków, nicieni, skąposzczetów, larw owadów, pomiędzy jej składnikami obserwuje się wiele zależności ekologicznych.

Grzyby wodne – rozwijają się w wodach, których pH spada poniżej 6,0. Głównie w wodach płytkich, na powierzchni lub też pod powierzchnią, gdyż wymagają do wzrostu tlenu.

11. Drobnoustroje chorobotwórcze występujące w wodach. Bakterie bezwzględnie chorobotwórcze:

    1. Pałeczki z rodzaju Salmonella, w tym Salmonella typhi, Salmonella paratyphi – dur brzuszny

    2. Pałeczka z rodzaju Shigella - czerwonka

    3. Vibrio cholerae – przecinkowiec cholery ( w krajach tropikalnych)

    4. Prątki gruźlicy

    5. Krętki z rodzaju Leptospira – żółtaczka bakteryjna, czyli choroba Weila

    6. Bakterie warunkowo chorobotwórcze, czyli oportunistyczne:Escherichia coli Pseudomonas aeruginosa Klebsiella Enterobacter Serratia Proteus