Изучение активности микроорганизмов в биопрепаратах

Биопрепараты включают виды-популяции молочнокислых бактерий и дрожжей и небольшое число фотосинтезирующих водорослей ( сине-зеленых бактерий и зеленых водорослей ), актиномицетов и других микроорганизмов. Мы остановимся на изучении лишь некоторых видов для более подробного изучения их физиологической активности. 
 Физиологическая активность является важным отличительным признаком. Бактерии разделяют по способу питания, по типу получения энергии (дыхание, брожение, фотосинтез), по отношению к рН с указанием пределов устойчивости и оптимума роста и т.д. Наиболее важным критерием считают отношение к кислороду. 

 

Особое значение в почвенной  микрофлоре имеют липомицеты, или  жировые дрожжи — род Lipomyces..

Большинство таких видов  являются слабобродящими или вовсе не способными к спиртовому брожению, они обладают преимущественно или только аэробным обменом веществ и окисляют сахара и другие питательные субстраты.   

Они являются почкующимися аскоспоровыми дрожжами. Липомицеты распространены только в почвах. Эти дрожжи можно считать типичными представителями почвенной дрожжевой флоры. Клетки этих дрожжей крупные (до 9—10 мкм в диаметре), чаще сферические, реже слегка овальные. Для всех дрожжей характерен и аэробный (дыхательный) метаболизм. Размножаются липомицеты многосторонним почкованием, причем почки иногда закладываются на широком основании. Клетки их содержат много жира (отсюда название рода) и окружены слизистой полисахаридной капсулой (рис. 60). По типу образования спор все липомицеты разбиваются на две группы, четырехспоровые и многоспоровые. Споры тех и других различаются по структуре поверхности: ребристая у четырехспоровых и складчатая или гладкая у многоспоровых. Способ образования сумок не совсем ясен, однако показано,что зто дрожжи гомоталличные.

 Все виды липомицетов не вызывают брожения, они развиваются в условиях низкого содержания азота в различных типах почв и в разнообразных климатических условиях. Наличие липомицетов приводит к изменению почвенной структуры, а выделяемые ими олигосахариды привлекают азотфиксирующих бактерий. Липомицеты (род Lipomyces) перспективны как продуценты липидов и амилаз.

Липомицеты могут встречаться на больших глуби-нах и даже составлять доминирующую часть активной микрофлоры нижних горизонтов этих почв. В процессе жизнедеятельности они способны синтези-ровать внеклеточные полисахариды, создавая вязкую среду с высокой гигро-скопичностью, а образуемые ими кислые полисахариды, взаимодействуя с катионами почвенных минералов, могут стимулировать связывание почвен-ных частиц между собой, повышая водопрочность и агрегирование почв.

Давно известна их способность  к хорошему выживанию в минеральных  горизонтах почв, бедных органическим веществом. Однако при этом липомицеты не является олиготрофамы, в лабораторных культурах они не способны к росту на разбавленных питательных средах. Отличительная особенность этих дрожжей - очень крупные клетки, на богатых средах быстро накапливают большое количество запасных липидов – до 80% от общей массы клетки. Судя по всему, стратегия выживания липомицетов в почве - это быстрое накопление запасных веществ, при попадании достижимых субстратов, например свежего опада, а затем длительное их расходования в «ожидании» новых поступлений.

Дрожжи синтезируют  антибиотические и полезные для  растений вещества из аминокислот и сахаров, продуцируемых фотосинтезирующими бактериями, органическими веществами и корнями растений.

Биологически активные вещества типа гормонов и ферментов, произведенные  дрожжами, стимулируют точку роста  и, соответственно, рост корня. Они секретируют (выделяют) полезные субстраты для  эффективных микроорганизмов типа молочнокислых бактерий и актиномицетов.

Молочнокислые бактерии (Lactococcus lactis) -группа микроаэрофильных грамположительных микроорганизмов, сбраживающих углеводы с образованием молочной кислоты как одного из основных продуктов. Молочнокислое брожение стало известно людям на заре развития цивилизации. С тех пор им пользуются в домашних условиях и в пищевой промышленности для переработки и сохраненияеды и напитков. Традиционно к молочнокислым бактериям относят неподвижных, неспорообразующих кокковидных или палочковидных представителей отряда Lactobacillales (например, Lactococcus lactis или Lactobacillus acidophilus). В эту группу входят бактерии, которые используются в ферментации молочных продуктов, овощей.   Основным свойством молочнокислых бактерий, по которому их объединяют в отдельную обширную группу микроорганизмов, является способность образовывать в качестве главного продукта брожения молочную кислоту. Сбраживание углеводов по типу молочнокислого брожения, как правило, коррелирует с рядом других признаков. Молочнокислые бактерии неподвижны, не образуют спор, каталазо- негативны, положительно окрашиваются по Граму, не образуют пигмент, не восстанавливают нитраты в нитриты.

В последние годы были описаны  штаммы, которые по некоторым свойствам  отличаются от типичных. Они подвижны, восстанавливают нитраты в нитриты, образуют споры, каталазоположительны.

Молочнокислые бактерии вырабатывают молочную кислоту из сахара и других углеводов, произведенных  фотосинтезирующими бактериями и дрожжами. Напитки типа йогурта и рассолов производят с использованием молочнокислых  бактерий уже очень давно. Молочная кислота — сильный стерилизатор. Она подавляет вредные микроорганизмы и ускоряет разложение органического вещества. Кроме того, молочнокислые бактерии способствуют разложению лигнинов и целлюлозы и ферментируют эти вещества.

МК бактерии способны подавить распространение вредного микроорганизма, вызывающего болезни растений. Увеличение численности ослабляет растения, что вызывает развитие других болезней и часто заканчивается вспышкой нематод. Численность нематод падает постепенно, по мере того, как бактерии молочной кислоты подавляют распространение Fusarium.

Молочнокислые бактерии используют для обработки навоза и сточных вод для устранения неприятного запаха и как добавки для ускорения компостирования органических отходов.

В природе молочнокислые бактерии встречаются на поверхности растений (например, на листьях, фруктах, овощах, зёрнах), в молоке, наружных и внутренних эпителиальных покровах человека, животных, птиц, рыб. Таким образом, помимо своей роли в производстве пищи и кормов, молочнокислые бактерии играют важную роль в живой природе, сельском хозяйстве и нормальной жизнедеятельности человека.

Все высшие формы лучистых грибков имеют хорошо развитый мицелий. Толщина гиф мицелия варьирует в широких пределах в зависимости от видовой принадлежности культуры, ее возраста, условий развития. Диаметр тонких гиф 0,1-1,0 мкм, наиболее толстых гиф — до 1,5 мкм.

Оболочка актиномицетов в целом представляет собой относительно неплотную систему. Через нее в клетку могут проникать многие химические соединения, например белок, антибиотики, аминокислоты и многие другие вещества.

Оболочка принимает участие  в общем обмене веществ и образовании различных продуктов жизнедеятельности клетки — метаболитов. Оболочка построена так же, как и у грамположительных бактерий, и состоит из белковых, липидных, мукополисахаридных компонентов. У отдельных групп актиномицетов в оболочках содержатся фосфорные соединения, тейхоевые кислоты, количество которых у разных представителей актиномицетов не одинаковое.

Под оболочкой у актиномицетов, как и у всех других микроорганизмов, находится цитоплазматическая мембрана. Мембрана актиномицетов принимает участие в процессах обмена веществ, а также при делении клеток. Рост мембраны приводит к впячиванию ее внутрь клеток, в результате чего образуется поперечная перегородка. Исследования японских специалистов и других авторов показали, что цитоплазматическая мембрана принимает участие и в образовании спор.

Лучистые грибки очень  неразборчивы в выборе пищи. Они могут развиваться на скалах, где имеются только ничтожные количества питательных веществ, в грунтах, содержащих углеводороды, и в почвах, разлагая при этом гумусовые вещества, труднодоступные для других микроорганизмов. Актиномицеты успешно конкурируют с другими микроорганизмами почвы, способны легко изменяться под влиянием окружающих условий и приспособляться к среде. Благодаря таким свойствам они широко распространены в природе, могут легко выращиваться в лабораторных условиях.

Представители лучистых грибков  используют в качестве источников азотного питания различные соединения минерального азота в виде нитратов, аммонийных солей. Способность усваивать тот или иной источник минерального азота у разных представителей лучистых грибков различна. Одна группа культур предпочитает усваивать нитраты; другая — аммонийные соли (NH₄NO₃, NH₄C1). Лучистые грибки используют азот и из органических соединений (мочевина, пептон, различные аминокислоты). Степень усваивания аминокислот у разных культур различна. Так, аспарагиновая и глутаминовая кислоты и пролин ассимилируются почти всеми организмами, хуже усваиваются гистидин, лейцин, серии. Некоторые аминокислоты (аргинин, тирозин, аланин) стимулируют у пигментированных культур способность окрашиваться более интенсивно. Почти все представители лучистых грибков могут расщеплять различные белки (казеин, желатин, кератин).

Способность лучистых грибков  поселяться, расти, размножаться на многих субстратах, использовать для своего развития самые различные источники питания объясняется тем, что в клетках этих организмов есть набор разнообразных ферментов, благодаря которым культуры могут разрушать и образовывать сложные органические вещества. Набор ферментов в клетке обеспечивает также все необходимые жизненные процессы, происходящие в ней, включая и ее воспроизведение. Представители лучистых грибков образуют протеолитические ферменты-протеазы, с помощью которых культуры разлагают белки животного и растительного происхождения.

Белки разлагаются актиномицетами или до конечных продуктов (сероводорода, аммиака и воды), или до образования промежуточных веществ (пептонов, аминокислот). Интенсивность разложения белков зависит от условий аэрации, состава питательной среды, температуры и других факторов

Многие актиномицеты могут  активно преобразовывать (трансформировать) некоторые соединения в биологически активные вещества — гормоны (кортизон, преднизон, преднизолон и др.). Найдены актиномицеты, которые способны трансформировать особые, полициклические соединения — стероиды — с образованием стероидных гормонов, являющихся регуляторами ферментативных процессов в организмах.

Лучистые грибки содержат и окислительно-восстановительные ферменты. Один из таких ферментов — лакказа, при помощи которого разлагаются фенольные соединения гидрохинон, катехол и др.

Фотосинтезирующие бактерии (зеленые водоросли или цианобактерии) — независимые самоподдерживающиеся микроорганизмы. Эти бактерии синтезируют полезные вещества из корневых выделений растений, органических веществ и ядовитых газов (например, сероводорода), используя солнечный свет и тепло почвы как источники энергии. Полезные вещества включают в себя аминокислоты, нуклеиновые кислоты, другие биологически активные вещества и сахара, способствующие развитию и росту растений. Эти вещества поглощаются растениями непосредственно и также выступают в качестве пищи для развивающихся бактерий. Так, в ответ на увеличение числа фотосинтезирующих бактерий в почве растет содержание других эффективных микроорганизмов. Например, содержание микоризных грибков увеличивается из-за доступности азотных соединений (аминокислот), используемых как субстрат, который выделяется фотосинтезирующими бактериями. А микориза, в свою очередь, улучшает растворимость фосфатов в почвах, доставляя, таким образом, растениям недоступный ранее фосфор.

Таким образом, каждая разновидность эффективных микроорганизмов (фотосинтезирующие бактерии, молочнокислые бактерии, дрожжи, актиномицеты, грибы) имеют собственную важную функцию, но при этом, с одной стороны, поддерживают действие других микроорганизмов, с другой — используют вещества, произведенные этими микроорганизмами. Это явление «сосуществования и сопроцветания» и есть симбиоз.

Когда эффективные микроорганизмы развиваются в почвах как сообщество, количество полезных микроорганизмов  увеличивается. Микромир почвы становится богаче, и микробные экосистемы в  почве хорошо сбалансированы, причем определенные микроорганизмы, особенно патогенные, не развиваются. Таким образом, подавляются болезни почвы.

Корни растений выделяют вещества типа углеводов, аминокислот, органических кислот и активных ферментов. ЭМ используют их для роста. В течение этого процесса они, в свою очередь, выделяют и тем самым обеспечивают растения аминокислотами, нуклеиновыми кислотами, разнообразными витаминами и гормонами. Кроме того, ЭМ в околокорневой зоне образуют симбиоз с растениями. Следовательно, в почвах, заселенных ЭМ, растения развиваются в исключительно благоприятных условиях.

.

 

 

 

 

 

 

 

 

Проект

 

 

 

 

На тему: Изучение физиологической активности микроорганизмов, входящих в биопрепараты для улучшения плодородия сероземов Алматинской области.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнила : Бегимбаева А.

ХБТ 114р

Приняла : Игнатова Л.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Алматы - 2012