Контрольная на тему Роль микроорганизмов в круговороте веществ

Содержание


1. Роль микроорганизмов в круговороте веществ 3
2. Привести суммарное уравнение маслянно-кислого брожения. Укажите микроорганизмы его вызывающие 14
Список используемой литературы 18


1. Роль микроорганизмов в круговороте веществ

Интенсивное развитие промышленности и сельского хозяйства в годы, последовавшие за окончанием Второй мировой войны, сопровождалось растущим из года в год потреблением всех видов природных ресурсов (полезных ископаемых, пресной воды, лесных ресурсов, целинных почв и т.д.) с одновременным ухудшением условий окружающей среды, особенно в крупных городах и индустриальных областях нашей планеты. Впервые за всю историю цивилизации люди начали понимать, что ресурсы планеты и ее биосферы не безграничны и их потребление необходимо контролировать и по возможности возобновлять.
К сожалению, классические методы прямого учета и количественной оценки специализированных групп микроорганизмов на элективных питательных средах не дают информации о реальной геохимической деятельности микроорганизмов в природных условиях, поскольку на питательных средах вырастают не только активные микробы, но и все жизнеспособные формы, включая споры и покоящиеся клетки. Современные молекулярно-биологические методы также не позволяют количественно оценивать активность микроорганизмов в условиях in situ. Поэтому для количественной оценки специализированных физиологических групп микроорганизмов в биогеохимические процессы круговорота биогенных элементов (углерода, серы, кислорода, азота), были разработаны специальные методы и подходы, основанные на детальном изучении геохимических условий в природных экосистемах, населенных микроорганизмами, а также методики, основанные на использовании радиоактивных и стабильных изотопов.
Детальный анализ распределения субстратов и метаболитов специфических физиологических групп микроорганизмов позволяет в ряде случаев получить ценную информацию о геохимической активности микроорганизмов в природных условиях. Так, например, при анализе послойного распределения метана по профилю заболоченной почвы или анаэробного озерного ила можно составить представление о продукции метана метаногенами и о процессах микробного окисления части этого метана. Анализируя изменение содержания сульфата и сероводорода в подземном водоносном горизонте от области "питания" до области "разгрузки", можно получить довольно полное представление о масштабах процесса сульфатредукции в изучаемых подземных водах.
Более полную информацию о природных микробиологических процессах получают при проведении краткосрочных экспериментов с изолированными природными образцами (озерная, морская и подземная вода, образцы почвы, грунта и донных осадков), к которым добавляют радиоактивно меченные субстраты, используемые теми или иными физиологическими группами микроорганизмов.
Данными методами определяют содержание специфического субстрата (М, мг/кг или мг/л), радиоактивность добавленного меченого субстрата (R, имп/мин на 1 л или 1 кг) и радиоактивность метаболитов (r, имп/мин), образовавшихся за время краткосрочной инкубации (t, ч) изолированного образца, населенного микроорганизмами. Расчет продукции метаболитов (Р) осуществляют по формуле Р = Mr/Rt (мг на 1 л или 1 кг природного образца за 1 ч).
Разработанные отечественными микробиологами методы количественной оценки геохимической активности микроорганизмов с использованием меченых соединений углерода и серы широко используются во всем мире для количественной оценки активности фото- и хемоавтотрофных бактерий, метаногенов, метанотрофов, сульфатредукторов, аэробных и анаэробных серных и тионовых бактерий.
Полезную информацию о природных микробиологических процессах дает также изучение соотношения стабильных изотопов серы, углерода, азота, кислорода и водорода в различных природных соединениях (органические вещества, серные и углерод-содержащие газы и минералы), образуемых и потребляемых микроорганизмами.
Лабораторные эксперименты с чистыми культурами микроорганизмов (рис. 1) показали, что продукты метаболизма заметно обогащаются легкими стабильными изотопами, а в остаточном субстрате происходит накопление тяжелых стабильных изотопов. Наиболее изотопно легкие метаболиты накапливаются при использовании первых порций субстрата (рис. 1, А, В) и при медленной удельной скорости потребления субстрата (рис. 1, Б). Кроме того, величина эффекта фракционирования стабильных изотопов при прочих равных условиях выше на небольших молекулах субстрата (рис. 1, В) и зависит от количества ступеней ферментативного синтеза метаболита (рис. 1, В).

Рис. 1. Закономерности фракционирования стабильных изотопов углерода в экспериментах с чистыми культурами микроорганизмов: