Роль микроорганизмов в круговороте веществ

 

 

 

Министерство  образования и науки РФ

ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт

 пищевой  промышленности»

Среднетехнический факультет

 

 

Реферат

по дисциплине «Микробиология,

физиология  питания, санитария»

на тему: «Роль микроорганизмов в круговороте веществ»

 

 

 

 

 

                                                                                                       Выполнила

                                                                                     студентка группы То- 102

Ащеулова Ирина Владимировна

                                                                               Проверила

 преподаватель  кафедры «ТПОП»

                                                                                      Соляник Наталья Сергеевна

Кемерово, 2011

Содержание.

1. Роль микроорганизмов в круговороте  азота в природе. Азотное питание  прокариот с различными типами  жизни

2. Роль микроорганизмов в круговороте  водорода. Водородные бактерии, особенности  их метаболизма, роль в природе  и практическое значение

3. Роль микроорганизмов в круговороте  кислорода. Типы жизни прокариот,  основанные на окислительном фосфолировании

4. Роль микроорганизмов в круговороте  серы в природе, их значение  превращения веществ и практическое  использование

5. Роль микроорганизмов в круговороте  углерода в природе. Углеродное  питание прокариот с различными  типами жизни

6. Роль микроорганизмов в круговороте  фосфора. Различные типы жизни  бактерий, основанные на использовании  соединений фосфора.

7. Литература.

 

1. Роль микроорганизмов в круговороте  азота в природе. Азотное питание  прокариот с различными типами  жизни.

Круговорот азота в природе  складывается из трех основных процессов: 1)фиксация азота атмосферы; 2)нитрификация-окисление  азота; 3) денитрификация (гниение) - восстановление азота. Азот атмосферы фиксируют  только свободноживущие азотофиксаторы (азотобактер) и микробы-симбионты - клубеньковые бактерии.N2=H2N=H3N Они имеют  ферменты, обладающие способностью связывать  свободный азот с другими химическими  элементами. Эти микроорганизмы синтезируют  сложные органические соединения. Значение: обогащают почву связанным азотом и способствуют ее плодородию. Аммонификация, или гниение, - процесс разложения белков на менее сложные соединения: пептоны, пептиды, аминокислоты. Процессы нитрификации, или окисления, аммиака  в нитриты, а затем в нитраты  осуществляют почвенные бактерии, в  результате растения получают питательные  вещества. Сначала бактерии (нитрозомонас) окисляют аммиак в азотистую кислоту, получая при этом энергию, необходимую для своей жизни. (NH2+1,5O2=NO2+H2O+2H) На втором этапе нитратные бактерии(нитробактер) окисляют азотистую кислоту в азотную. (NO2+О2 = NO3). Процессы дентрофиксации иду при наличии в почве денитрофиксирующих бактерий, которые восстанавливают нитраты до молекудярного азота. NO3 = NO2 = NO = N2.Эти процессы протекают на глубине 10-15см в почве в анаэробных условиях и ведут к понижению плодородия почвы, уменьшая в ней запасы нитритов. Бактерии, осуществляющие круговорот азота в природе могут быть либо симбионтами, либо свободноживущими.

 

2. Роль микроорганизмов в круговороте  водорода. Водородные бактерии, особенности  их метаболизма, роль в природе  и практическое значение.

К водородным бактериям относятся  эубактерии, способные получать энергию путем окисления молекулярного водорода с участием О2, а все вещества клетки строить из углерода СО2. Водородные бактерии - хемолитоавтотрофы, растущие при окислении Н2 в аэробных условиях. Н2 +1/5О2=Н2О. Помимо окисления для получения энергии молекулярный водород используется в конструктивном метаболизме. На 5 молекул Н2, окисленного в процессе дыхания приходится 1 молекула Н2, затраченная на образование биомассы. 6 Н2+2О2+СО2=СН2О +5Н2О. Молекулярный водород - наиболее распространенный неорганический субстрат, используемый бактериями для получения энергии в процессе окисления. К водородным бактериям относятся представители 20 родов, объединяющие грамположительные и грамотрицательные формы разной морфологии, подвижные и неподвижные, образующие спор и бесспоровые, размножающиеся делением и почкованием.(род Hydrogenobacter). Из всех хемолитоавтотрофных эубактерий только водородные бактерии с помощью определенной формы гидрогеназы могут осуществлять непосредственное восстановление НАД+ окислением неорганического субстрата. К образованию молекулярного водорода приводят разные процессы, в том числе и биологические. Активными продуцентами Н2 являются эубактерии. Также активно осуществляется и потребление Н2

Важная роль в этом принадлежит  водородным бактериям. В последнее  время водородные бактерии привлекают к себе внимание возможностью практического  использования: для получения кормового  белка, а также ряда органических соединений (кислоты, аминокислоты, витамины, ферменты).

 

3. Роль микроорганизмов в круговороте  кислорода. Типы жизни прокариот,  основанные на окислительном  фосфолировании.

 

 

Молекулярный кислород микроорганизмы используют в процессе дыхания и  окисления неорганических веществ. Выделяют кислород в атмосферу некоторые  фотосинтезирующие бактерии (цианобактерии и прохролофиты). По мере накопления кислород становится постоянным компонентом внешней среды, и только локально могут быть созданы такие условия, где он отсутствует или содержится в малых количествах. Это обусловило два возможных варианта взаимодействия прокариот с молекулярным кислородом. Одни из существовавших анаэробных форм «ушли» в места обитания, где кислород практически отсутствует, и тем самым сохранили «облик бескислородной эпохи». Другие были вынуждены пойти по пути приспособления к «кислородным» условиям. Это означает, что они формировали новые метаболические реакции, служащие в первую очередь для нейтрализации отрицательного действия молекулярного кислорода.

Группы хемолитотрофных эубактерий: эубактерии, окисляющие соединения серы; железобактерии; нитрифицирующие бактерии; водородные бактерии; карбоксидобактерии; эубактерии, восстанавливающие сульфаты. Группы хемоорганотрофных бактерий: метилотрофы; уксуснокислые бактерии; аммонифицирующие бактерии; бактерии, разрушающие целлюлозу; денитрифицирующие бактерии.

 

4. Роль микроорганизмов в круговороте  серы в природе, их значение  превращения веществ и практическое  использование

Круговорот серы осуществляется в  результате жизнедеятельности бактерий, окисляющих или восстанавливающих  ее. Процессы восстановления серы происходят несколькими путями. Под влиянием гнилостных бактерий - клостридий, протея в анаэробных условиях при гниении белков, содержащих серу, происходит образование сероводорода и, реже, меркаптана. Большие количества сероводорода накапливается также в результате жизнедеятельности сульфатвосстанавливающих бактерий. Они восстанавливают сульфаты почвы, ила и воды. Сероводород, образовавшийся в процессе восстановления частично, улетучивается в атмосферу, а частично накапливаются в почве и воде. В дальнейшем он окисляется. Процессы окисления сероводорода совершаются при участии серобактерий и тиобацилл. Серобактерии используют сероводород в биоэнергетических процессах окисления, обеспечивая себя энергией. В результате этих процессов сероводород окисляется до серы, которая накапливается в цитоплазме бактерий, которая накапливается в цитоплазме бактерий. После того, как запасы сероводорода во внешней среде исчерпаны, сера окисляется до серной кислоты и сульфатов, используемых растениями. Тиобациллы окисляют серу, сероводород, гипосульфит. Они накапливают серу внутри клетки и вне ее, иногда окисляют серу до сульфатов. Среди тиобацилл встречаются аутотрофы и гетеротрофы. Практическое использование: бактерии, в процессе окисления серы образуют используемые растениями сульфаты, бактерии гниения разлагают останки животных.

 

5. Роль микроорганизмов в круговороте  углерода в природе. Углеродное  питание прокариот с различными  типами жизни

Круговорот углерода складывается из двух взаимосвязанных процессов: 1) потребление углекислоты атмосферного воздуха аутотрофными микробами; 2) возвращения, пополнения запасов углекислоты  в атмосфере. Потребление СО2 совершается  фотосинтезирующими микроорганизмами. При фотосинтезе образуются различные органические соединения. Основная масса углерода отлагается в растениях в форме различных сахаров (глюкоза, фруктоза, крахмал и др.). Образовавшиеся органические соединения используются человек и животными для питания, а после их гибели органические вещества переходят в почву. Возвращение углекислоты происходит микроорганизмами почвы и воды. Большое количество углекислоты поступает обратно в атмосферу при минерализации органических остатков растений и животных почвенными бактериями и грибами. Главными субстратами процессов минерализации в природе являются сахара в форме полимеров. Использование глюкозы в качестве основного энергетического материала при процессах биологического окисления (брожение, дыхание) приводит к высвобождению углекислоты. Дополнительный цикл круговорота углерода обусловлен анаэробными почвенными микроорганизмами. Одни из них (метанобактерии) в условиях влажных почв восстанавливают СО2 в метан (СН4). Другие, наоборот, окисляют метан в углекислоту.

В зависимости от источника углерода все прокариоты делятся на две  группы: автотрофы (синтезируют все  необходимые компоненты из углекислоты) и гетеротрофы (источником углерода служат органические соединения). Последние  делятся на паразитов (живут за счет других живых клеток) и сапрофиты (нуждаются в готовых органических веществах, но от других организмов не зависят.

 

6. Роль микроорганизмов в круговороте  фосфора. Различные типы жизни  бактерий, основанные на использовании  соединений фосфора

Круговорот фосфора несколько  отличается от круговорота остальных  элементов. Освобождение фосфора из органических соединений происходит в  результате процессов гниения. Однако, до сих пор не обнаружены микроорганизмы, которые могли бы осуществлять процессы окисления и восстановления фосфора. Фосфорные бактерии, находящиеся  в почве и воде, используют для  своей жизнедеятельности нерастворимые  соединения фосфора, переводя их в растворимые. Эти соединения потом могут быть использованы растениями. Переходу нерастворимых  соединений фосфора в растворимые  способствуют также нитрифицирующие  и серные бактерии, образующие кислоты  при процессах брожения.

Брожение (молочнокислое, спиртовое, пропионовокислое, маслянокислое); фотосинтез; дыхание.

 

Литература

1. А.С. Коничев, Г.А. Севастьянова. Молекулярная биология. М., 2005.

 

2. К.А. Мудрецова-Висс, А.А. Кудряшова, В.П. Дедюхина. Микробиология, санитария и гигиена. М., 2001.

 

3. Основы микробиологии, вирусологии  и иммунологии. Под редакцией  А.А. Воробьева и Ю.С. Кривошеина.,2000

4. http://revolution.allbest.ru/biology/00142336_0.html