WODA, GLEBA I POWIETRZE JAKO ŚRODOWISKO BYTOWANIA DROBNOUSTROJÓW

Gleba

Gleba jest dobrym siedliskiem dla rozwoju drobnoustrojów.

Bakterie żyją tu na granicy dwóch faz: powierzchni cząstek stałych i koloidów.

Na glebę jako środowisko bytowania drobnoustrojów składa się:

-część stała-stanowi 50% gleby, wyróżniamy: koloidy mineralne (tu przyklejają się drobnoustroje) i koloidy organiczne ( związki humusowe)

-powietrze glebowe-35%, wypełnia wolne przestrzenie między stałymi elementami gleby, zawiera NH3, CO2, N2, O2 mało CH4, H2S

-roztwór glebowy-15% to woda występująca w tym środowisku wraz z substancjami mineralnymi i organicznymi, stanowi źródło substancji odżywczych dla drobnoustrojów.

Od czego zależy skład mikroflory gleby?

-ilości składników odżywczych

-pH( odczyn gleby- gleba gliniasta, zawiera mniej bakterii niż piaszczysta)

-dostępność tlenu

-wilgotność ( zbyt mało wody hamuje rozwój drobnoustrojów; zbyt dużo utrudnia jej przewietrzenia i prowadzi do stworzenia warunków beztlenowych).

Ilość drobnoustrojów w glebie waha się od kilku milionów do kilku miliardów drobnoustrojów Ig gleby.

Najwięcej mikroorganizmów jest w glebach żyznych, w warstwie gleby uprawnej, w ryzosferze i próchnicy. Na Saharze także występują drobnoustroje- ich liczba to kilka tysięcy komórek na 1g.

Rolą mikroorganizmów glebowych jest rozkład martwej materii organicznej do produktów łatwo przyswajalnych przez rośliny.

Pełnią rolę substancji chemicznych będących zanieczyszczeniami środowiska, a przez co biorą udział w obiegu pierwiastków w przyrodzie.

Typy bakterii glebowych (wg Winogradskiego)

*Autochtoniczne- naturalna mikroflora gleby, są to Gram-ujemne, nieprzetrwalnikujące pałeczki, wykorzystujące wiele różnych związków jako źródło węgla i energii, stanowią 50-80% ogólnej ilości mikroflory.

Przykłady:

-rodzaje Artherobacter, Corynebacterium, Mycobacterium, Peutomonas, Bacillus

*część promieniowców, grzybów

*bakterie autotroficzne

*bakterie śluzowe

*bakterie azotowe: Nitrobacter, Nitrosomas

*Zymogenne- bakterie rozwijające się okresowo w glebie po wprowadzeniu substancji odżywczych (np.;resztek roślinnych) rozwój uzależniony jest od dopływu świeżej materii organicznej.

Przykłady:

-Pseudomonas, nieprztrwalnikujące laseczki tlenowe i beztlenowe

*Allochtoniczne- bakterie wprowadzone do gleby żyznych środowisk np.; wraz z odchodami zwierząt

Przykłady:

-E. coli, Enterococcus taecalis

Woda

*stanowi najistotniejsze pod względem objętościowym środowisko życia drobnoustrojów

Środowisko wody możemy podzielić na:

-wody podziemne

-wody powierzchniowe

-wody gruntowe

Czynniki determinujące rozwój mikroorganizmów wodnych:

-biotyczne, fizyczne, chemiczne

-zawartość pokarmu ( w wodach czystych zawartość pokarmu jest mała, co sprzyja bakteriom oligotroficznym, wykorzystującym śladowe ilości pokarmu)

-zawartość rozpuszczonych gazów- głownie ilość tlenu

-temperatura- większość wód, są to wody zimne, które sprzyjają rozwojowi bakterii psychrofilnych i mezofilnych

-dostęp światła

-ruchy wody

Mikroorganizmy wodne

-osiadłe- tworzą biofiltr na martwych powierzchniach w zbiorniku wodnym np.; Pseudomonas, corylobacter, Neuskia, Flavobacterium, alcatinges lub tzw. zespół poroślowy - wzrost w postaci błonki na wodnych roślinach i martwych cząstkach materii- Leptohirir, sphoarothilus natas.

-wolnopływające- bierne unoszą się w toni wodnej lub mają zdolności aktywnego przemieszczania się za pomocą rzęsek tworzą baktrioplqnkton.

Mikroorganizmy allochtoniczne środowiska wodnego

-przedostaja się do wody z powietrza, gleby oraz ze ściekami

-wody zanieczyszczone ściekami mogą stanowić źródło epidemi np.;Vibro chleare, Salmonella- dur brzuszny, Shigella- czerwonka, wirus WZW, pierwotniaki, jaja pasożytów, zarodniki grzybów.

Kontrola stanu mikrobiologicznego wód polega na:

-zbadaniu obecności w wodzie bakterii stale bytujących w przewodzie pokarmowym człowieka, zwierząt, bakterii z grupy coli, citrobcter freundii, enterobacter aerogenius), paciorkowców kałowych ( enterococcus), laseczek beztlenowych ( clostridium)

Wykrycie tych bakterii świadczy o feralnym zanieczyszczeniu

Kontrola taka nie obejmuje izolacji z wody drobnoustrojów chorobotwórczych, ponieważ liczba tych bakterii szybko spada, a okres wylęgania choroby jest długi.

Powietrze

-jest środowiskiem wtórnym dla drobnoustrojów

-rozprzestrzenianie drobnoustrojów odbywa się dzięki prądom wraz z przemieszczaniem cząstek kurzu , bowiem drobnoustroje przyczepiają się do pływów obecnych w powietrzu.

-w formie aerozolu biologicznego- wydalamy z otwartych jam ciała człowieka

Czynniki warunkujące liczbę drobnoustrojów w powietrzu

-warunki środowiska

-wysokość- im wyżej tym mniej drobnoustrojów

-pora roku( zimą mniej niż latem)

-strefa klimatyczna ( w tropikalnej najwięcej, w arktycznym mniej)

-rodzaj atmosfery ( w miastach więcej niż na wsiach, polach, lasach)

-opady -usuwają mechaniczne pyły

Najwięcej drobnoustrojów jest w warstwie powietrza bezpośrednio stykającej się z gleba

W powietrzu jest stały dostęp światła i drobnoustroje Bronia się przed fotouczuleniem - wytwarzają barwniki- żółte, czerwone ( z grupy karetonoidów)

Drobnoustroje bytujące w powietrzu

-bakterie z rodzaju : Micrococcus, Scarcina, Bacillus, Achromobacter

-drożdze: Torulopsis, Rhontorula

-grzyby: nitkowate Penicillum, Aspergillus, bacillus, achromobacter

Analiza mikrobiologiczna powietrza

- określa stopień zakażenia danej objętości powietrza 1m3, 10l

Metody analizy mikrobiologicznej powietrza

1.Sedymentacja kocha ( płytkowa)

Otwarte płytki z podłożem odżywczym wystawiamy w kilku miejscach pomieszczenia na określony czas. Drobnoustroje wraz z kurzem opadają na podłoże (PIN-89, 2-04008/08)

2. Puszki

Odmierzoną ilość powietrza wtłacza się do naczynia zawierającego określona objętość jałowej wody lub soli fizjologicznej. Drobnoustroje zostają uwiezione w płynie, który bada się metoda płytkową. Znając ilość wtłoczonego powietrza, ilość płynu obliczamy liczbę drobnoustrojów w 1 ml powietrza

3. uderzeniowa

Aparat przepuszczający odmienna ilość powietrza kieruje się na płytki z podłożem odżywczym.

RÓWNOWAGA BIOLOGICZNA W GLEBIE. OBIEG AZOTU.

Równowaga biologiczna w glebie.

Jest to stan, w którym skład ilościowy i jakościowy drobnoustrojów w glebie utrzymywany jest na pewnym poziomie, wahającym się w określonych granicach dla danego rodzaju gleby.

Co wpływa na równowagę biologiczna w glebie:

-aktywność metaboliczna drobnoustrojów

-zabiegi agrotechniczne tj. orka

-zabiegi agrotechniczne, np.; nawożenie, opryskiwanie

Zaburzenie równowagi biologicznej może być okresowe lub trwałe- zależy od rodzaju czynnika i jego nasilenia w czasie.

W laboratorium zjawiska zaburzenia równowagi można przedstawić na glebowych płytkach agaryzowanych.

Płytka kontrolna 10g gleby

Płytka z sacharozą 10g gleby + 0,5 g sacharozy

Płytka z peptonem 10 g gleby + 0,5 g peptonu

Płytka z NPK 10g gleby + 1ml NPK ( 1% NH4No3, 1% KH2PO4)

Płytka z sacharozą i NPK 10 g gleby + 0,5g sacharozy + 1ml NPK

Obieg azotu

*Azot jest jednym z najważniejszych pierwiastków w przyrodzie

*Jest głównym składnikiem powietrza

* Głównym produktem w obiegu azotu jest amoniak- jest to produkt końcowy w degradacji białek i aminokwasów.

Obieg azotu

NO2- i NO3-

Nitryfikacja Denitryfikacja

NH⁺₄ N₂

Wiązanie azotu atmosferycznego

Drobnoustroje mogą wykorzystywać różne formy azotu:

1.Cząsteczkowy ( znajdujący się w atmosferze)

2.Mineralny (jony NH+4, NO-3, NO-2, sole amonowe są łatwiej przyswajalne)

3.Organiczny (występujący w prostych i złożonych związkach organicznych)

Udział bakterii w krążeniu azotu:

*Denitryfikacja-oddychanie azotanowe- desymilacyjna redukcja azotanów.

Proces, w którym azot związany zostaje przekształcony w formę cząsteczkową. Jest to redukcja azotanów do azotynów, wolnego azotu i NO2, NO, N2O.

NO-3 NO-2 NON2ON2

1 2 3 4

Enzymy katalizujące proces:

-1 etap dysymilacyjna reduktaza azotanowa

-2 etap reduktaza azotynowa

-3 etap reduktaza tlenku azotu

-4 etap reduktaza podtlenku azotu

Przykłady bakterii denitryfikujących:

Pseudomonas denitryficans, Paracoccus denitryficans, Bacillus licheniformis, Pseudomonas aeruginosa

*Amonifikacja azotanów

Bakterie beztlenowe przeprowadzają proces redukcji azotanu do azotynu, ale nie jest on redukowany do wolnego azotu i uwalniany do atmosfery, lecz ulega dalszej redukcji do amoniaku. NO-3Nh+4

*Mineralizacja- Amonifikacja białek

Białka i aminokwasy są rozkładane przez drobnoustroje z wydzieleniem amoniaku. Proces ten sprowadzany w pożywce dla amonifikatorów, w której znajdują się aminokwasy jako źródło węgla i energii.

*Nitryfikacja

Proces utleniania amoniaku do azotynów i azotanów przy udziale bakterii nitryfikacyjnych.

NH3Nh4OH[NOH]NO-2NO-3

• Enzym 1- monooksygenaza amonowa

Przykłady bakterii nitryfikacyjnych:

Nitrosomonas europea, Nitrobacter winogradskyi, a także rodzaj Nitrococcus i Nitrosolobus, Nitrosospira, Nitrosovibrio.

Wiązanie azotu ( atmosferycznego) cząsteczkowego

Biologiczne wiązanie azotu polega na redukcji wolnego azotu do amoniaku z udziałem enzymu nitrogenezy, która składa się z nitrogenezy i reduktazy nitrogenazowej.

*drobnoustroje są jedynymi organizmami, które są w stanie wiązać azot atmosferyczny

*przeprowadzają one proces wiązania N2 do związków organicznych

*wydajność tego procesu waha się od 100/300kg N/rok/ha- dla bakterii symbiotycznych, wolnożyjące 1-3 kg

Symbiotyczne wiązania azotu

-za proces ten odpowiedzialne są drobnoustroje z rodzaju Rhizobium, Bradyrizobium

-są gram ujemne pałeczki- ściśle tlenowce

-mają one zdolność tworzenia brodawek korzeniowych u roślin motylkowych

Etapy tworzenia brodawki korzeniowej

Wiązanie azotu przez bakterie wolnożyjące

*należą do nich bakterie wodne i glebowe, m.i. grupy purpurowych bakterii siarkowych i bezsiarkowych i sinic, np.: Xantobacter, Alcaligens i inne.

*większość bakterii tlenowych proces wiązania azotu przeprowadza w warunkach zmniejszonego dostępu tlenu

*wyjątek stanowi grupa Azobacter, np.; Achroococcum, która w pełnie przystosowała się do obecności tlenu.

*sinice ( znanych jest 40 gat.) pełnią dużą rolę w procesie wiązania azotu atmosferycznego, szczególnie na polach ryżowych 30-50 kg N/rok/ha

---