Azot - podst. pierwiastek biogenny. Wyst. w przyrodzie w bardzo dużych ilościach. Azot to gł. składnik atmosfery. Do gleby dostaje się gł. w związkach organicznych razem z resztkami roślinnymi, obumarłymi ciałami zwierząt i odchodami. Zarówno w zw. organicznych jak i nieorganicznych azot może dostać się do gleby razem z nawozami. Rośliny nie wykazują raczej zdolności do wiązania azotu cząsteczkowego, w związku z czym w tej części obiegu azotu bakterie mają swój udział. Wiązanie azotu cząsteczkowego może odbywać się przy udziale bakterii wolnożyjących lub symbiotycznych.
1. Bakterie tlenowe wolnożyjące z rodzaju Azotobacter. Aby wyizolować bakterie Azotobacter trzeba zastosować pożywkę wybiórczą. Skład tej pożywki powinien odpowiadać bakteriom z rodzaju Azotobacter. Z tej pożywki możemy wyeliminować jakiekolwiek źródło azotu, gdyż Azotobacter będzie korzystał z azotu znajdującego się w powietrzu. W pożywce powinno być ograniczone źródło węgla. Najczęściej organicznym źródłem węgla jest glukoza, mannitol lub octan. Wrażliwość bakterii Azotobacteru na kwasowość środowiska - dlatego do pożywki dodaje się węglan wapnia, aby zalkalizować środowisko.
Doświadczenie:
- pożywka płynna - organiczne źródłem jest glukoza
- pożywka stała - dodajemy agar
Do kolbki z pożywką płynna wrzucamy 2, 3 grudki gleby; na płytki z podłożem stałym układamy w rzędach 4x4. Inkubujemy w 28oC do 72h.
Odczyty:
- obserwacje makroskopowe: rozpoznawanie Azotobactera. Azotobacter wydziela bardzo dużo śluzu. Śluz ma zabarwienie brunatne, wywołane przez produkcję barwników melaminowych - melaminy
- obserwacje mikroskopowe: Azotobacter jest dwoinką o dość dużych komórkach otoczonych otoczką śluzową
2. Bakterie wolnożyjące - Clostridium pasteurianum - wymagania bakterii podobne do Azotobactera. Trzeba odciąć dostęp tlenu np. przez wysoki słup pożywki.
Doświadczenie:
- hodowla wzbogacona - pożywka płynna taka, jak u Azotobactera o wysokim słupie; 1 cm warstwa gleby do umieszczenia. Po umieszczeniu gleby pasteryzacja w 75oC przez 10 minut. Clostridium to laseczki, które przetrwalnikują i stosując pasteryzację eluminujemy bakterie nieprzetrwalnikujące.
- hodowla naturalna - gleba, do niej dodajemy 2% roztwór sacharozy; dodajemy jej tyle, aby z gleby zrobiła się zbita papka, która bardzo ściśle upychamy do probówek. W obu przypadkach następuje inkubacja w 28oC do 72h.
Stwierdzenie:
- bakterie Clostridium przeprowadzają fermentację masłową, w związku z czym hodowle mają zapach zjełczałego masła
- w hodowli wzbogaconej po delikatnym wstrząśnięciu obserwujemy wydzielanie się pęcherzyków gazu.
Obserwacje - przetrwalnikująca laseczka barwiona filetem krystalicznym - preparat martwy utrwalony; preparaty przyżyciowe - barwione płynem Lugola; Skrobia barwi się z płynem Lugola na kolor granatowy.
3. Bakterie symbiotyczne - Rhizobium - bakterie te żyjące bez rośliny mają postać pałeczek Gram `-`; nie wykazują wtedy żadnych zdolności wiązania azotu cząsteczkowego. Dopiero gdy dojdzie do wniknięcia tej bakterii do korzenia rośliny motylkowej bakteria zmienia formę na bakteroidę - dopiero ta forma ma zdolność wiązania azotu cząsteczkowego. Ta symbioza między rośliną a bakterią jest bardzo specyficzna - tylko jeden gatunek Rhizobium może wniknąć do jednej, określonej rodziny. Ta specyficzność wiąże się z tym, w jaki sposób wykształcone są brodawki korzeni.
Różne sposoby odżywiania się przez bakterie:
1. samożywne - autotrofy
2. cudzożywne - heterotrofy
Autotrofy - mogą zdobywać energię ze światła -> fototrofy; mogą zdobywać energię z rozpadu związków chemicznych -> chemotrofy.
Foto i chemotrofy muszą posiadać dawcę wodoru i protonów, które będą rozkładać CO2.
organo - tym dawcą wodoru i protonów jest związek organiczny - najczęściej kwas jabłkowy lub kwas bursztynowy
lito - dawcą protonów i elektronów jest związek nieorganiczny - najczęściej siarka lub siarkowodór
fotoorganotrofy - bakterie purpurowe bezsiarkowe
fotolitotrofy - bakterie purpurowe siarkowe
Mikroorganizmy celulolityczne - rozkładające celulozę. Celuloza jest podst. składnikiem materiału roślinnego, powstaje w większych proporcjach niż jakakolwiek inna substancja. Celuloza stanowi połowę biomasy powstającej podczas fotosyntezy. Resztki roślinne znajdujące się w glebie zawierają od 45% do 90% celulozy, która ma bardzo ważne znaczenie w obiegu węgla. Jest drugim po CO2 ważnym elementem w tym obiegu. Celulolityczny rozkład celulozy jest katalizowany przez celulazę. Celulaza to kompleks enzymatyczny, który składa się z co najmniej trzech enzymów: endo-β-1,4-glukanazy, egzo-β-1,4-glukanazy. Oba te enzymy atakują wiązania beta 1,4; te wiązania łączą pojedyncze cząstki glukozy. Endo-β-1,4-glukanoza atakuje cząsteczki wewnątrz łańcucha celulozy. W rezultacie jeden łańcuch jest podzielony na 2 mniejsze. Egzo-1,4-glukanazy atakują disacharydy składające się z 2 cząsteczek sacharozy tzw. Celobioz. Trzeci enzym wchodzący w skład celulozy to β-glukozydaza, która rozkłada celobiozę do pojedynczych cząsteczek glukozy.
Największe znaczenie w tlenowym rozkładzie mają grzyby, w glebach kwaśnych tylko one rozkładają celulozę a także w zdrewniałych częściach roślin, gdzie celuloza jest inkrustowana ligniną. Są to grzyby z rodzaju Fusarium i Chaetomium, Aspergillus fumigatus i nidulaus , także Botrytis cinerea, Trichoderma viridae.
Bakterie rozkładające celulozę to najczęściej: Sporocytophyga i Cytophag. Jeżeli nie ma żadnego innego źródła węgla oprócz celulozy to niektóre gatunki z rodzaju Pseudomonas i Bacillus mogą rozkładać celulozę.
Aby bakteria mogła rozłożyć celulozę, musi wejść z nią w kontakt - bakterie rozkładają celulozę przesuwając się wzdłuż włókien.
W rozkładzie beztlenowym przeważają bakterie z rodzaju Clostridium. Są to gatunki, które rozkładają celulozę w wysokich temperaturach.
Pożywka minimalna - wchodzą w ich skład tylko sole mineralne czyli nie ma źródła węgla i energii.
Pożywka stała - pożywka minimalna, zalana czystym agarem. Na nim ułożony jest krążek bibuły. Na jej powierzchni ułożone są mniejsze grudki gleby w rzędach - aby było widać śluz, który wytwarzają bakterie.
Mikroorganizmy amylolityczne - mikroorganizmy rozkładające skrobię. Skrobia stanowi podstawowy materiał zapasowy, występuje w postaci kulistych granul w komórkach roślinnych. Skrobia roślinna składa się z amylazy, której jest 15-27% i z amylopektyny. Enzymem odpowiedzialnym za rozkład skrobi jest α-amylaza. Jest to enzym zewnątrztkankowy. Jest bardzo wiele mikroorganizmów, które w przypadku braku węgla rozkładają skrobię. Są to zarówno grzyby i bakterie.
Grzyby - 3 gatunki z rodzaju Aspergillus: oryzae, niger, wonti. Stosowane są często do produkcji amylaz na skalę przemysłową. Te amylazy często stosuje się w browarnictwie.
Bakterie - gatunki z rodzaju Bacillus: Bacillus polymyxa, maceraus. Bacillus polymyxa ma zdolności do wytwarzania enzymów rozkładających toksyczne związki.
Bakterie z rodzaju Clostridium, rozkładając skrobię beztlenowo, wytwarzają związki azotu.
Fermentacja mlekowa stanowi formę oddychania beztlenowego. Fermentacja mlekowa jest to mikrobiologiczny beztlenowy proces przekształcania węglowodorów do kwasu mlekowego. W procesie tym bakterie właściwej fermentacji mlekowej zdobywają energię. Należą do nich ziarniaki z rodziny Streptococcaceae (rodzaje Streptococcus, Leuconostoc i in.) i pałeczki z rodzaju Lactobacillus. Wszystkie te bakterie są gramdodatnie i na ogół nieruchliwe. Fizjologicznie są beztlenowcami względnymi. Oznaczają się złożonymi wymaganiami pokarmowymi (auksotrofy). Proces fermentacji może przebiegać w różny sposób.
Homofermentacja produkująca prawie wyłącznie (ponad 95%) kwas mlekowy i przebiegająca wg wzoru sumarycznego: C6H12O6->2CH3CHOHCOOH + 94,16kJ Rodzaje: Streptococcus, Streptobacterium, Thermobacterium
Heterofermentacja, w której wyniku powstaje ok. 50% kwasu mlekowego i znaczna ilość CO2, kwasu octowego i (lub) etanolu. Sposób przebiegu tego typu fermentacji jest cechą gatunkową. Rodzaje: Betacoccus, Betabacterium
Rzekoma fermentacja mlekowa (fermentacja pseudomlekowa) - kwas mlekowy może powstawać jako jeden z produktów metabolizmu niektórych bakterii z rodziny Enterobacteriaceae np. E. coli lub grzybów z klasy Zygomycetes np. Mucor, Rhizopus. Rozwój tych drobnoustrojów w kiszonkach roślinnych jest nie pożądany.
Oznaczenie miana siarkowodoru - w przypadku, gdy w kiszonce znajdują się bakterie gnilne to na skutek zachodzących przy ich udziale procesów następuje wydzielanie siarkowodoru. Siarkowodór łączy się z octanem ołowiu na skutek czego powstaje czarny osad siarczku ołowiu.
Kiszenie polega na fermentacyjnej przemianie cukrów w kwas mlekowy, który obniża pH środowiska i jednocześnie sam w postaci nie zdysocjowanej jest inhibitorem wzrostu wielu drobnoustrojów. W wyniku fermentacji i gromadzenia się kwasu pH spada poniżej 4,2 - zwykle do 3,5. Trwałe produkty uzyskuje się tylko w przypadku kiszenia surowców zawierających wystarczająco dużo cukru. Z kiszeniem wiąże się pojęcie minimum cukrowego; jest to najmniejsza zawartość cukru w suchej masie surowca pozwalająca na utrzymanie w wyniku fermentacji mlekowej takiej ilości kwasu, aby pH spadło przynajmniej do 4,2. Takie pH zabezpiecza kiszonki przed rozwojem bakterii gnilnych i masłowych, które jako beztlenowce zużywają mleczany znalazłyby w słabo zakwaszonym środowisku doskonałe warunki rozwoju. Niektóre pasze zielone, np. motylkowe zawierające mało cukru, kisi się łącznie z zielonkami zawierającymi nadmiar cukru w suchej masie, jak np. kukurydza lub buraki.