Сайт nashuch.ru и его партнеры используют на этом сайте определенные технологии, в том числе файлы cookie, чтобы подбирать материалы и рекламу на основе интересов и анализа активности пользователей. Чтобы узнать подробности, ознакомьтесь с нашей политикой конфиденциальности. Оставаясь на сайте, вы даете согласие на использование этих технологий. nashuch.ru также участвует в рекламной деятельности третьих сторон, которая учитывает интересы пользователей. Это позволяет поддерживать наши сервисы и предлагать вам подходящие материалы. Нажимая кнопку «Принять», вы выражаете согласие с описанной рекламной деятельностью.

принять

Предмет и задачи курса «Микробиология». Значение микробиологии в сельском хозяйстве, почвенных и геологических просцессах, промышленности, медицине и экологии



страница1/2
Дата10.07.2019
Размер0.82 Mb.
Название файла-
ТипЗакон
  1   2

  1. Предмет и задачи курса «Микробиология». Значение микробиологии в сельском хозяйстве, почвенных и геологических просцессах, промышленности, медицине и экологии.

Микробиология (от греч. micros – малый, bios – жизнь, logos – учение) – наука о мельчайших невидимых невооруженным взглядом живых объектах – микроорганизмах, закономерностях их развития и тех изменениях, которые они вызывают в среде обитания и в окружающей среде.

Предмет изучении общей микробиологии – общие закономерности, биологические свойства микроорганизмов вне зависимости от их видовой принадлежности: морфологию, физиологию, биохимию, генетику, экологию, эволюцию и другие признаки микроорганизмов.

Роль микроорганизмов в сельском хозяйстве трудно переоценить. Особенно важно отметить то, что многие микроорганизмы для производства ценных продуктов используют отходы промышленного производства, и тем самым производят их разрушение, предохраняя окружающую среду от загрязнения.

Почвенная микробиология изучает роль микроорганизмов в процессах почвообразования, создания структуры почвы и почвенного плодородия в целом.

Геология и микробиология находятся сегодня в тесной взаимосвязи. Микробов, к примеру, используют в ходе тестов, для определения того, есть ли в конкретном месте полезные ископаемые того или иного вида.

Медецинская микробиология изучает патогенные и условно патогенные для человека микроорганизмы, их экологию и распространение, методы их выявления и индефикации, а также вопросы эпидемиалогии, специфической терапии, и профилактики вызываемых ими забовеваний.

Экологическая микробиология изучает взаимоотношения микро-и макроорганизмов, совместно обитающих в биотопах. Это часть общей экологии - науки, изучающей взаимоотношения животных, растений, микроорганизмов между собой и с окружающей средой.


  1. Краткий исторический очерк развития науки микробиологии, Работы Луи Пастера, Виноградского, Омелянского, Вейеринка, Кузнецова и др.

О существовании живых микроорганизмов человечество узнало лишь, после того, как были изобретены оптические приборы. В последнем десятилетии XVI в. шлифовальщики стекол братья Янсены сконструировали прибор из увеличительных стекол. Это позволило практически наблюдать и изучать невидимый мир. Первые сведения о существовании в природе микроорганизмов дал Антоний Левенгук (1632—1723), который при помощи увеличительных стекол, дававших увеличение до 160 раз, стал рассматривать самые разнообразные предметы: капли гниющей воды, зубной налет и др. В этих предметах А. Левенгук обнаружил «мельчайших зверьков».

Французский ученый Луи Пастер (1822—1895) является основоположником научной микробиологии. Благодаря своим экспериментам он внес огромный вклад в дело борьбы с заразными болезнями человека и животных. Л. Пастер доказал, что брожение вызывается строго определенными микроорганизмами.

Основоположник микробиологии почвы С. Н. Виноградский (1856-1953) установил роль микроорганизмов в круговороте азота, углерода, фосфора, серы и железа. Он изучил нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии почвы.

В. Л. Омелянский (1867-1928) посвятил свои исследования выяснению роли бактерий в круговороте азота и углерода, анаэробному разложению клетчатки.

3. Строение бактериальной клетки. Клеточная оболочка, ее структура и функции.

В клетке отсутствует ядро, митохондрии и пластиды. Носитель наследственной информации ДНК, расположена в центре клетки в свернутом виде. Микроорганизмы, которые не имеют настоящего ядра, относятся к прокариотам. Все бактерии — прокариоты.

Предполагается, что на земле существует свыше миллиона видов этих удивительных организмов. К настоящему времени описано около 10 тыс. видов.

Бактериальная клетка имеет стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с включениями и нуклеотид. Из дополнительных структур некоторые клетки имеют жгутики, пили (механизм для слипания и удержания на поверхности) и капсулу. При неблагоприятных условиях некоторые бактериальные клетки способны образовывать споры. Средний размер бактерий 0,5-5 мкм.

4. Микроорганизмы и систематика, отдельные этапы её развития. Краткая характеристика каждого класса микроорганизмов.

Систематика – распределение микроорганизмов в соответствии с их происхождением и биологическим сходством. Систематика занимается всесторонним описанием видов организмов, выяснением степени родственных отношений между ними и объединением их в различные по уровню родства классификационные единицы – таксоны. Основные вопросы, решаемые при систематике (три аспекта, три кита систематики)- классификация, идентификация и номенклатура.

Целями систематики являются:

Классификация – распределение отдельных единиц по группам более высокого ранга (таксономия). Для группирования родственных микроорганизмов по иерархической схеме используют следующие таксономические категории:

Вид — род — семейство — порядок — класс — отдел — царство.

Номенклатура – присвоение микроорганизму названия после подробного его изучения.

Для названия микроорганизмов используют бинарную номенклатуру (название из двух латинских слов), предложенную Линнеем еще в XVIII веке.

Первое слово – название рода. Это имя существительное, пишется с прописной буквы и обычно характеризует какой-либо морфологический или физиологический признак, или же особый отличительный признак, например, место обитания.

Второе слово – это имя прилагательное, пишется со строчной буквы и характеризует какую-либо особенность данного вида.

Идентификация – распознавание микроорганизмов. Это третья цель систематики. Пользуясь определителями бактерий, грибов, дрожжей, можно определить название микроорганизма, выделенного из окружающей среды.

Бактерии рода Streptococcus имеют шарорвидную или овальную форму, диаметр их менее 2 мкм., размер клеток варьирует у разных видов. Стрептококки как правило неподвижны. Культивируются на питательных средах с добавлением глюкозы, сыворотки или крови. По характеру роста на кровяном агаре стрептококки делят на три типа:

1. В- гемолитические стрептококки.

2. А- гемолитические стрептококки.

3. Негемолитические стрептококки.

5.

6-9. Классификация бактерий по Красильникову.



Eubacteriae (истинные бактерии). В этот класс входят организмы с неветвящимися клетками и прочными клеточными стенками, имеющими форму мелких тонких палочек, реже кокков, находятся также нитевидные и спиралевидные формы. Часть эубактерий обладает подвижностью, часть — неподвижные. Движение существляется при помощи жгутиков простого строения, состоящих из взаимно перевитых фибрилл.

Actinomycetes (актиномицеты). Состоит из организмов, обладающих мицелиальными, нитевидными, палочковидными и кокковидными грамположительными клетками. В отличие от бактерий, входящих в другие классы, для типичных представителей актиномицетов (высшие формы) характерно наличие хорошо выраженного ветвящегося септированного или не-септированного мицелия.

Myxobacteriae (миксобактерии). Организмы палочковидными и кокковидными клетками, обладающими, тонкой эластичной (неригидной) клеточной стенкой, благодаря чему они при движении могут изменять свою форму, изгибаться. Жгутиками не обладают. Движение осуществляется по типу скольжения. Миксобактерии способны образовывать микроцисты, а также особые плодовые тела, имеющие самую различную форму.

Spirochaetae (спирохеты). Представляют группу бактерий, обладающих уникальной морфологией и способом движения. Клетки спирохет очень тонки (0,1—0,6 мкм), но их длина достигает 500 мкм. У клеток спирохет имеются три основные структуры: протоплазматичный цилиндр (собственно тело клетки), аксиальная (опорная) нить и трехслойная наружная оболочка. Клетки извиты, как у спирали, но обладают необычной гибкостью. Они способны изгибаться и сокращаться, перемещаясь винтообразно через полужидкие среды.

Спирохеты отличаются от других прокариотов по ряду признаков: ни один из представителей этой группы не ветвится, не образует слизистых масс, не имеет спор, включений, пигментов; размножаются клетки спирохет поперечным делением.

1. Actinomycetales

1.1 Actinomycetaceac – образует споры:

1.1.1 Actinomyces

1.1.2 Actinopichium

1.1.3 Proactinomyces

2. Micromonosporaceac

2.1 Micromonosporo

2.2 Microcispora

2.3 Micropolyspora

3. Streptosporogeaceac

3.1 Streaptosporangium

4. Mycibacteriaceac

4.1 Mycobactenem

4.2 Mycococus

4.3 Propionibactenium

4.4 Presdohocterium

10. Классификация бактерий по Берги. Основные подходы к классификации бактерий.

Согласно этой классификации все МО делятся на 2 больших класса:

1) Schysomicetes: Eubacteriales, Лактобактерии, Risobioceae, Brusellaceae, Enterobacteriaceae, Neiseriaceae (гонококк), Preudomonoales, Clamidobacteriales, Hypomicrobiales, Caryophamales, Bico, Myxobacteriales, Actinomycetes, Strepto.

2) Microtatobiales: отряд 2-Ricketsiales, Virales.

Форма клетки бактерий, Клеточная стенка, способ питания, типичные представители.

11. Морфология различных групп микроорганизмов. Формы бактерий, объединяющие разные свойства (палочковидные, шаровидные и т.д. Например, микоплазмы и др.

Морфология микроорганизмов – это наука, изучающая их форму, строение, способы передвижения и размножения.

Бактерии — преимущественно одноклеточные микроорганизмы размером от десятых долей микрометра, например микоплазмы, до нескольких микрометров, а у спирохет — до 500 мкм.

Различают три основные формы бактерий — шаровидные (кокки), палочковидные (бациллы и др.), извитые (вибрионы, спирохеты, спириллы).

Шаровидные бактерии (кокки) имеют обычно форму шара, но могут быть немного овальной или бобовидной формы. Кокки могут располагаться поодиночке (микрококки); попарно (диплококки); в виде цепочек (стрептококки) или виноградных гроздьев (стафилококки), пакетом (сарцины). Стрептококки могут вызывать ангину и рожистое воспаление, стафилококки — различные воспалительные и гнойные процессы.

Микоплазмы - бактерии, лишенные клеточной стенки, нуждающиеся для своего развития в ростовых факторах, содержащихся в дрожжах.

Палочковидные бактерии самые распространенные. Палочки могут быть одиночными, соединяться попарно (диплобактерии) или в цепочки (стрептобактерии). К палочковидным относятся кишечная палочка, возбудители сальмонеллеза, дизентерии, брюшного тифа, туберкулеза и др. Некоторые палочковидные бактерии обладают способностью при неблагоприятных условиях образовывать споры. Спорообразующие палочки называют бациллами.Бациллы, напоминающие по форме веретено, называют клостридиями.

Извитые бактерии могут быть в виде запятой — вибрионы, с несколькими завитками — спириллы, в виде тонкой извитой палочки — спирохеты. К вибрионам относится возбудитель холеры, а возбудитель сифилиса — спирохета.

Бактериальная клетка имеет клеточную стенку (оболочку), часто покрытую слизью. Нередко слизь образует капсулу. Содержимое клетки (цитоплазму) отделяет от оболочки клеточная мембрана. Цитоплазма представляет собой прозрачную белковую массу, находящуюся в коллоидном состоянии. В цитоплазме находятся рибосомы, ядерный аппарат с молекулами ДНК, различные включения запасных питательных веществ (гликогена, жира и др.).

12. Влияние внешних факторов на жизнедеятельность организмов. Влияние реакций среды, температуры, аэрации, окислительно-восстановительного потенциала и др.

Изменение условий внешней среды оказывает воздействие на жизнедеятельность микроорганизмов. Физические, химические, биологические факторы среды могут ускорять или подавлять развитие микробов, могут изменять их свойства или даже вызывать гибель.

Температура — важнейший фактор для развития микроорганизмов. Для каждого из микроорганизмов существует минимум, оптимум и максимум температурного режима для роста. По этому свойству микробы подразделяются на три группы:



  • психрофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при низких температурах с минимумом при -10-0 °С, оптимумом при 10-15 °С;

  • мезофилы - микроорганизмы, для которых оптимум роста наблюдается при 25-35 °С, минимум — при 5-10 °С, максимум — при 50-60 °С;

  • термофилы - микроорганизмы, хорошо растущие при относительно высоких температурах с оптимумом роста при 50-65 °С, максимумом — при температуре более 70 °С.

Реакция среды

Жизнедеятельность микроорганизмов зависит от концентрации водородных (Н+) или гидроксильных (ОН-) ионов в субстрате, на котором они развиваются. Для большинства бактерий наиболее благоприятна нейтральная (рН около 7) или слабощелочная среда. Плесневые грибы и дрожжи хорошо растут при слабокислой реакции среды. Высокая кислотность среды (рН ниже 4,0) препятствует развитию бактерий, однако плесени могут продолжать расти и в более кислой среде. Подавление роста гнилостных микроорганизмов при подкислении среды имеет практическое применение. Добавление уксусной кислоты используется при мариновании продуктов, что препятствует процессам гниения и позволяет сохранить продукты. Образующаяся при квашении молочная кислота также подавляет рост гнилостных бактерий.

Концентрация соли и сахара

Поваренная соль и сахар издавна используются для повышения стойкости продуктов к микробной порче и лучшей сохранности пищевых продуктов.

Некоторые микроорганизмы нуждаются для своего развития в высоких концентрациях соли (20 % и выше). Их называют солелюбивыми, или галофилами. Они могут вызывать порчу соленых продуктов.

Высокие концентрации сахара (выше 55-65 %) прекращают размножение большинства микроорганизмов, это используется при приготовлении из плодов и ягод варенья, джема или повидла. Однако эти продукты тоже могут подвергаться порче в результате размножения осмофильных плесеней или дрожжей.

Свет

Некоторым микроорганизмам свет необходим для нормального развития, но для большинства из них он губителен. Ультрафиолетовые лучи солнца обладают бактерицидным действием, т. е. при определенных дозах облучения приводят к гибели микроорганизмов. Бактерицидные свойства ультрафиолетовых лучей ртутно-кварцевых ламп используют для дезинфекции воздуха, воды, некоторых пищевых продуктов. Инфракрасные лучи тоже могут вызвать гибель микробов за счет теплового воздействия. Воздействие этих лучей применяют при тепловой обработке продуктов. Негативное воздействие на микроорганизмы могут оказывать электромагнитные поля, ионизирующие излучения и другие физические факторы среды.



Химические факторы

Некоторые химические вещества способны оказывать на микроорганизмы губительное действие. Химические вещества, обладающие бактерицидным действием, называют антисептиками. К ним относятся дезинфицирующие средства (хлорная известь, гипохлориты и др.), используемые в медицине, на предприятиях пищевой промышленности и общественного питания.

Некоторые антисептики применяются в качестве пищевых добавок (сорбиновая и бензойная кислоты и др.) при изготовлении соков, икры, кремов, салатов и других продуктов.

Биологические факторы

Между различными микроорганизмами могут устанавливаться разные взаимоотношения: симбиоз- взаимовыгодные отношения; метабиоз — жизнедеятельность одного за счет другого без принесения вреда; паразитизм — жизнедеятельность одного за счет другого с причинением ему вреда; антагонизм — один из видов микроорганизмов угнетает развитие другого, что может привести к гибели микробов. Например, развитие молочнокислых бактерий угнетает рост гнилостных, эти антагонистические взаимоотношения используют при квашении овощей или для поддержания нормальной микрофлоры в кишечнике человека.

Антибиотическими свойствами обладают фитонциды — вещества, обнаруженные во многих растениях и пищевых продуктах (лук, чеснок, редька, хрен, пряности и др.). К фитонцидам относятся эфирные масла, антоцианы и другие вещества. Они способны вызывать гибель патогенных микроорганизмов и гнилостных бактерий.

13. Основные свойства, характеризующие морфологию колоний бактерий и примеры их описания.

Форма. Бактериальные колонии по этой культуральной характеристике могут быть плоскими, округлыми, ризоидными или гирозными, иметь ровные, хорошо очерченные или рваные края.

Размер. Важная характеристика морфологии колоний. Различают мелкие колонии диаметром 1-3 мм, средние размером от 2 до 4 мм и крупные, размер которых составляет 4 мм и более.

Пропускание света. Бывают просвечивающие, или прозрачные, и непрозрачные бактериальные колонии.

Поверхность. Может быть шероховатой или гладкой, морщинистой, блестящей, влажной, тусклой, слизистой или сухой.

Структура. При изучении под микроскопом можно увидеть колонии различной морфологии – однородные, нитевидные или зернистые. Методы определения – микроскопия или исследование при помощи лупы.

Цвет. Эта культуральная характеристика выявляется при наличии в бактериальных клетках пигментов. Цвет колоний иногда является видовым признаком и входит в название. Например, золотистый стафилококк, цианобактерии, пурпурные бактерии, синегнойная палочка и другие получили свои названия из-за характерной окраски их колоний, выращенных на питательной среде. Иногда пигменты бактерий выделяются в субстрат и окрашивают ее.

Консистенция. Определяется при непосредственном контакте с колонией специального инструмента. Различают слизистые, мягкие, плотные и врастающие в агар.

Профиль колонии может быть выпуклым или плоским, кратерообразным или конусовидным.

Степень погружения в среду. Большинство колоний живут на поверхности субстрата. Однако существуют также глубинные, в виде чечевичек, погруженных в толщу среды, и донные бактерии, образующие пленки на дне сосудов с питательной средой.

14. Рост, размножение, спорообразование, движение бактерий и методы их изучения.

Форму прокариотов, способы их передвижения, размножения, строение, спорообразование и размеры изучает особый раздел – морфология.

Микроскопия – один из способов изучения бактерий, который осуществляется с помощью электронных, биологических, люминесцентных микроскопов. Для этого используется темнопольный и фазово-контрастный метод. Они позволяют узнать, насколько подвижна бактерия, форму клетки, образует ли споры и как она размножается.

Помимо этого способа изучения микроорганизмов, выделяют еще несколько:



  • Физиологический метод дает информацию о том, как бактерии реагируют на изменение условий в среде обитания.

  • Выращивание культуры микроорганизмов нужно для изучения ее роста, скорости, с которой размножаются клетки. Такой метод называют культуральным. · Строение бактерий под микроскопом можно оценить окрашиванием. Разнообразные методы дают сведения не просто о морфологических признаках прокариотов, но и позволяют определить их видовую принадлежность.

Суть проста: в природе бактерии могут иметь одинаковую форму, но краситель придает им разные цвета.

15. Запасные вещества и другие внутриклеточные включения и их роль в жизнедеятельности микроорганизмов.

У многих микроорганизмов в определенных условиях среды внутри клеток откладываются вещества, которые можно рассматривать как за-пасные,-полисахариды, жиры, полифосфаты и сера. Эти вещества на-капливаются, если в питательной среде содержатся соответствующие исходные соединения, но вместе с тем рост бактерий ограничен или вообще невозможен из-за недостатка каких-то отдельных компонентов питания или присутствия ингибиторов. Запасные вещества содержатся в клетках – они нерастворимы в воде. При условиях, благоприятных для роста, когда в этих веществах возникает потребность, они снова включаются в метаболизм.

Внутриклеточные органеллы прокариотов – это микроструктурные плазматические соединения, отвечающие за функции жизнеобеспечения и присутствующие практически во всех бактериальных клетках. Органеллы подразделяют на две большие группы:



  • обязательные – имеют жизненно важное значение для функционирования организма;

  • необязательные – не имеют большого значения для функционирования; микроорганизмы даже одного штамма могут различаться набором этих органелл.

Обязательные органеллы

К необходимым для жизнедеятельности клетки органеллам относятся: · нуклеоид (бактериальная хромосома) – представляет собой кольцевую двухцепочную молекулу ДНК;



  • рибосомы (отвечают за синтез белка) – аналогичны рибосомам клеток, имеющих ядро; могут перемещаться в цитоплазме свободно или быть связанными с ЦПМ;

  • цитоплазматическая мембрана (ЦПМ);

  • мезосомы – отвечают за энергетический метаболизм и участвуют в процессе клеточного деления; являются результатом впячивания цитоплазматической мембраны.

К необязательным органеллам относят:

  • плазмиды – носители генетической информации, аналогичные бактериальной хромосоме, но значительно меньшего размера и с возможностью присутствия нескольких копий в организме;

  • включения, содержащие питательные вещества (например, волютин); могут являться характерной особенностью конкретного вида микроорганизма.

16. Микроорганизмы и их отношение к источникам углерода, азота, фосфора и другим элементам питания. Доступность элементов в питании.

Бактериальные клетки не имеют специальных органов питания, т.е. являются голофитными.

По источникам углерода, необходимого для построения биополимеров, бактерии делятся на следующие группы:


  • автотрофы — микроорганизмы, которые используют как единственный источник углерода углекислый газ, и не нуждаются в сложных органических соединениях.

  • гетеротрофы — микроорганизмы, которые используют в качестве источника углерода разнообразные органические углеродосодержащие соединения (углеводы, углеводороды, аминокислоты, органические кислоты) как биологического, так и не биологического происхождения.

По источникам азота выделяют:

  • азотфиксирующие микроорганизмы (способны усваивать молекулярный азот атмосферы),

  • микроорганизмы, ассимилирующие неорганический азот солей аммония, нитратов или нитритов и, соответственно, называющиеся аммонифицирующими, нитратредуцирующими и нитритредуцирующими.

Однако большинство патогенных для человека микроорганизмов способны ассимилировать только азот органических соединений.

Микроорганизмы, способные синтезировать все необходимые им органические соединения (углеводы, аминокислоты и др.) из указанных компонентов, называются прототрофами.

Микроорганизмы, не способные синтезировать какое-либо из необходимых соединений, и ассимилирующие их в готовом виде из окружающей среды или организма хозяина (человека, животного), называются ауксотрофами по этому соединению. Чаще всего ими являются патогенные или условно-патогенные для человека микроорганизмы.

Источники фосфора.

Фосфор необходим всем живым клеткам микроорганизмов. Фосфор входит в состав наиболее важных соединений протоплазмы, определяющих ее структуру и функции. В отличие от других элементов (азота и серы) фосфор входит в состав органического вещества клетки только в окисленном (в форме Р2О5) состоянии. Фосфор не вступает в соединения с углеродом, а образует с ним связи (при большой затрате энергии в АТФ) только через атомы азота или кислорода. В связи с этим некоторые органические соединения фосфора используются микроорганизмами как аккумуляторы энергии, освобождающейся при окислительных процессах.

Источники серы.

Они играют большую роль в структуре клеток, так как входят в состав белков в виде серосодержащих аминокислот: цистина, цистеина, метионина. Для большинства микроорганизмов хорошим источником серы служат сернокислые соли которые в процессе ассимиляции восстанавливаются И используются в синтезе аминокислот, содержащих серу.

Сера входит в состав биотина и тиамина, а также коэнзима А, участвующего в обмене жирных кислот и липидов в цикле Кребса.Некоторые микроорганизмы, утратившие способность восстанавливать сульфаты, нуждаются в соединениях, содержащих атом серы в восстановленной форме, как, например, сероводород, цистеин.

17. Энергетический обмен веществ. Ферменты. Адаптивные и иммобилизированные ферменты.

Катаболизм (энергетический обмен), представляющего собой ферментативное расщепление крупных органических молекул с выделением свободной энергии, которая запасается в виде макроэргических связей в молекулах АТФ;

Ферменты – вещества, способные каталитически влиять на скорость биохимических реакций. Они играют важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов. Открыты ферменты в 1814 г. русским академиком К. С. Кирхгофом.

Ферменты, присущие данному микроорганизму и входящие в число компонентов его клетки, называются конститутивными. Существует и другая группа - ферменты индуцируемые (адаптивные), которые вырабатываются клеткой только при добавлении к среде вещества (индуктора), стимулирующего синтез данного фермента. В этих условиях микроорганизм синтезирует фермент, которым, он не обладал.

18. Особенности энергетических процессов в мире бактерий: дыхание и брожение. Аэробные и анаэробные микроорганизмы.

Дыхание бактерий заключается в том, что органические вещества, имеющие более сложную формулу, окисляются до более простых. При этом процессе высвобождается биоэнергия.

Чтобы получить необходимую биоэнергию для жизни и питания из органических и неорганических веществ, одни бактерии используют для этого О2, для других он, наоборот, смертелен, а третьи прекрасно приспосабливаются к любым условиям и любому его содержанию. Учитывая такую сущность, их делят по способу на два типа: аэробные, для которых необходим кислород, и анаэробные ─ те, для которых он губителен.

Аэробные микроорганизмы

В процессе дыхания аэробные бактерии преобразуют окисление органики до воды и углекислого газа. При полном окислении выделяется вся энергия. Если происходит неполное окисление органики, то невыделившаяся часть будет оставаться в продуктах их питания.

Анаэробы.

Для дыхания этих микроорганизмов О2 не нужен. Это называется брожением. Нужную энергию они получают путем расщепления сложных молекул органики на простые. Процесс брожения происходит в результате распада глюкозы без наличия воздуха, к примеру, спиртовое брожение, где глюкоза преобразуется в спирт и выделяется углекислый газ. В результате такого брожения выделяется биоэнергия, температура субстрата повышается на несколько градусов. Жизнедеятельность такого вида хорошо видна при брожении и нагревании зерна, сена, силоса.

Основными особенностями анаэробов являются:



  • Образование метана. Этот биопроцесс происходит в результате деятельности метановых бактерий путем разложения органических соединений.

  • Образование сероводорода. Это является продуктом работы сероводородных бактерий.

  • Винное брожение.

19. Питание микроорганизмов. Механизмы питания у автотрофных т гетеротрофных организмов.

В качестве питательных веществ и источника энергии микроорганизмы используют различные органические и неорганические соединения.

Процесс питания микроорганизмов имеет ряд особенностей: во – первых, поступление питательных веществ происходит через всю поверхность клетки, во – вторых, микробная клетка обладает исключительной быстротой метаболических реакций, в третьих, микроорганизмы способны довольно быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды обитания.

Процесс питания микроорганизмов имеет ряд особенностей: во – первых, поступление питательных веществ происходит через всю поверхность клетки, во – вторых, микробная клетка обладает исключительной быстротой метаболических реакций, в третьих, микроорганизмы способны довольно быстро адаптироваться к изменяющимся условиям среды обитания.

Разнообразие условий существования микроорганизмов обуславливает различные типы питания.

Обязательными элементами, входящими в состав основного соединения (белка) служат четыре органогена – кислород, водород, углерод и азот.

Источником водорода и кислорода для микроорганизмов служит вода. Вода необходима микробным клеткам и для растворения питательных веществ, так как они могут проникать в клетку только в растворенном виде.

Источником азота и углерода для большинства микроорганизмов являются различные химические соединения (органические и неорганические). Некоторые виды микроорганизмов способны усваивать элементарный азот непосредственно из воздуха, а углерод – из углекислоты.

По типам питания, в основе которых лежит источник азота и углерода, микроорганизмы подразделяются на две группы: автотрофы и гетеротрофы.

Автотрофы (от греческого autos – сам, tropha – питание) способны синтезировать сложные органические вещества, используя для этого простые неорганические соединения. Источником углерода и азота для этих микроорганизмов являются углекислота и другие неорганические соединения углерода, молекулярный азот воздуха и аммонийные соли. За счет этих простых соединений автотрофные микроорганизмы синтезируют белки, жиры, углеводы, витамины, ферменты.

Гетеротрофы (от греческого heteros – другой, tropha – питание) способны ассимилировать углерод только из органических соединений. Что касается источника азота, то здесь могут быть разные источники. Многие гетеротрофы усваивают азот из аммонийных соединений. Есть представители гетеротрофных микробов, которые в качестве источника азота используют аминокислоты, а некоторые (преимущественно патогенные виды) используют нативный (неизмененный) белок.

Гетеротрофы широко распространены в природе и играют очень важную роль в утилизации мертвых органических веществ растительного и животного происхождения. Они играют важную роль в разложении мертвых органических остатков в почве, в сточных водах, в открытых водоемах.

20. Молочнокислое брожение

Молочнокислое брожение – процесс превращения углеводов молочнокислыми бактериями в молочную кислоту.

Возбудители молочнокислого брожения подразделяются на 2 группы:

гомоферментативные и гетероферментативные, которые, в свою очередь, вызывают гомоферментативное и гетероферментативное молочнокислое брожение. В основу этого деления положены конечные продукты, образуемые при гомо- и гетероферментативном молочнокислом брожении.

Гомоферментативное молочнокислое брожение и его возбудители. При гомоферментативном молочнокислом брожении образуется преимущественно молочная кислота.

Химизм процесса:

С6H12О6 → 2 СН3СНОНСООН + Е

глюкоза молочная кислота

К гомоферментативным молочнокислым бактериям относятся молочнокислые стрептококки: Streptococcus lactis, Streptococcus cremoris, Streptococcus thermophilus, а также молочнокислые палочки: Lactobacillus delbrueckii, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus ptantarum.

Гетероферментативное молочнокислое брожение и его возбудители. Конечными продуктами при этом брожении являются не только молочная кислота, но и побочные продукты: уксусная кислота, этиловый спирт, янтарная кислота, диоксид углерода, водород. Суммарное уравнение процесса имеет вид:

С6H12О6 → СН3СНОНСООН + СООНСН2СН2СООН + СН3СООН +СН3СН2ОН + CО22

Глюкоза → молочная кислота + янтарная кислота + уксусная кислота + этиловый спирт

К гетероферментативным молочнокислым бактериям относятся бактерии рода Streptococcus: Streptococcus diacetilactis, Streptococcus acetoinicus; бактерии рода Lactobacillus: Lactobacillus brevis, Lactobacillus helveticus, а также бактерии рода Leuconostoc: Leuconostoc mesenteroides, Leuconostoc cremoris.

Характеристика молочнокислых бактерий

Все молочнокислые бактерии - грамположительные, факультативные анаэробы. Среди молочнокислых бактерий есть мезофилы (предпочитают температуру около 30 °С) и термофилы (Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus), оптимальной температурой для которых является температура около 40–50 °С.

Молочнокислые бактерии отличает высокая требовательность к питательной среде: они нуждаются в полном наборе готовых аминокислот, в витаминах группы В12, в компонентах нуклеиновых кислот, что и определяет их распространение в природе.

Молочнокислые бактерии обитают в основном на растениях, плодах, овощах, в желудочно-кишечном тракте, в молоке и молочных продуктах, а также в местах разложения растительных остатков.

В качестве источника углерода используют лактозу, мальтозу.

Оптимальное значение рН для развития молочнокислых бактерий около 4. Молочнокислые бактерии образуют от 1 до 3,5 % молочной кислоты.

Практическое значение молочнокислого брожения. Оно находит широкое применение при изготовлении кисломолочных продуктов, сливочного масла, маргарина, используется в хлебопечении, при квашении овощей, силосовании кормов и производстве молочной кислоты.

Многие мезофильные гетероферментативные молочнокислые бактерии и лейконосток являются вредителями в производстве спирта, пива, вина, безалкогольных напитков, сахара и др.

21. Маслянокислое брожение. Химизм процесса. Возбудители. Практическое использование и роль в процессах порчи пищевых продуктов

Маслянокислое брожение – анаэробное окисление органических веществ маслянокислыми бактериями в масляную кислоту.

Химизм процесса:

С6H12О6 → СН3СН2СН2СООН + 2 СО2 + 2Н2

глюкоза масляная кислота

Возбудители маслянокислого брожения

Маслянокислые бактерии относятся к роду Clostridium. Это крупные, подвижные грамположительные палочки, образующие устойчивые споры, при образовании которых клетка приобретает форму веретена или теннисной ракетки, облигатные (строгие) анаэробы.

Маслянокислые бактерии широко распространены в природе. Обитают там, где много органических веществ и нет доступа воздуха – в иловых отложениях водоемов, навозе, почве и т.д.

Эти бактерии могут сбраживать многие углеводы, в т.ч. (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, целлюлозу), спирты (этиловый, маннит, глицерин) и аминокислоты. По характеру используемых субстратов маслянокислые бактерии делятся на две группы: сахаролитические клостридии, которые сбраживают в основном углеводы (Ctostridium butyricum), и протеопитические клостридии,которые разлагают белки и пептоны до аминокислот и затем их сбраживают (Clostridium sporogenes, Clostridium subterminalis, Clostridium perfringens, Clostridium botulinum).

Практическое значение маслянокислого брожения. Маслянокислое брожение используется в промышленности для получения масляной кислоты (продуцент Clostridium butyricum). Хотя масляная кислота обладает резким, неприятным запахом прогорклого масла, ее эфиры отличаются приятным ароматом: метиловый эфир имеет яблочный запах, этиловый – грушевый, амиловый – ананасный. Эфиры масляной кислоты используют в кондитерской, безалкогольной, парфюмерной промышленности.

Маслянокислые бактерии участвуют в круговороте веществ в природе. С другой стороны, маслянокислые бактерии могут вызвать массовую гибель картофеля и овощей, вспучивание сыров, порчу консервов, прогоркание масла и маргарина, увлажненной муки и других продуктов, чем наносят большой урон народному хозяйству. Борьба с маслянокислыми бактериями затруднена из-за высокой устойчивости спор.

22. Спиртовое брожение. Химизм, условия проведения процесса. Возбудители. Практическое использование спиртового брожения

Спиртовое брожение – микробиологический процесс превращения углеводов в спирт и углекислый газ. Вызывается аскомицетовыми дрожжами рода Saccharomyces, некоторыми бактериями и отдельными представителями мукоровых грибов.

Суммарное уравнение реакции:

С6H12O6 → 2 СН3CH2ОН + 2СО2 + Е

Глюкоза этиловый спирт

Как и любое брожение, это сложный многоступенчатый процесс, который протекает при участии комплекса ферментов. Наряду со спиртом, могут образовываться побочные продукты: глицерин, уксусный альдегид, уксусная, яблочная кислоты, сивушные масла (смесь высших кислот).

Основными возбудителями спиртового брожения являются дрожжи – сахаромицеты.

Это факультативно-анаэробные микроорганизмы. В аэробных условиях дрожжи получают энергию путем полного окисления моно- и дисахаридов до углекислого газа и воды, т.е. путем аэробного дыхания. При этом интенсивно накапливается биомасса (эффект Пастера). Поэтому производство хлебопекарных дрожжей ведут в аэробных условиях. Ацидофилы. Мезофилы.

Естественным местообитанием дрожжей является поверхность плодов и ягод, сок и поверхность листьев, нектар, вода, почва, кожные покровы и пищеварительный тракт людей и животных.

Условия проведения спиртового брожения

1. Источники питания. В качестве источника углерода используют глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу. Крахмал дрожжи не сбраживают, так как амилолитические ферменты у них отсутствуют. Поэтому крахмалсодержащее сырье подвергают осахариванию при участии амилаз различного происхождения. Концентрация сахара 10–15% наиболее благоприятна для большинства дрожжей. В качестве источника азота используются аммонийные соли органических кислот и аминокислоты.

2. Анаэробные условия.

3. Температура. По отношению к температуре сахаромицеты делятся на низовые и верховые дрожжи. Дрожжи верхового брожения вызывают бурное и быстрое брожение при температуре 20–28 °С. При этом они всплывают на поверхность под действием выделяющегося диоксида углерода. Низовые дрожжи осуществляют более спокойное брожение, которое ведут при 5–10 °С.

4. Концентрация этилового спирта. Этиловый спирт, накапливающийся в среде, оказывает неблагоприятное действие на дрожжи. Угнетающее действие спирт оказывает уже при концентрации в среде 2–5 % об., а при 12–15 % об. брожение прекращается.

5. Активная кислотность среды (рН). Спиртовое брожение протекает в кислой среде (рН 4–4,5). При подщелачивании среды до рН 8 дрожжи в качестве основного продукта брожения накапливают не спирт, а глицерин. Это так называемая глицериновая форма спиртового брожения:

6Н12О6 → 2CН2ОHCHOHСН2ОН+СН3СН2ОН+СН3СООН+2СО2 + Е

глюкоза глицерин этиловый уксусная

Практическое использование спиртового брожения

Спиртовое брожение лежит в основе производства этилового спирта, пива, вина, используется в хлебопечении. Совместно с молочнокислым брожением оно используется при производстве кваса, кефира, кумыса. Основными потребителями этилового спирта являются пищевая и химическая промышленность, а также медицина.

23. Исследование микроорганизмов в живом виде. Основные методы и приемы

Исследование микроорганизмов в живом состоянии применяется главным образом для изучения формы и подвижности бактерий, реже при реакции агглютинации. Для этих целей готовят препараты “раздавленная капля” и “висячая капля” .

Препарат “раздавленная капля”. При приготовлении «раздавленной» капли жидкость с исследуемым материалом наносят на предметное стекло и сверху накладывают покровное. Капли материала надо брать такой величины, чтобы они заполняли все пространство между покровным и предметным стеклом и не выступали за края покровного.

Препарат “висячая капля”. Для "висячей" капли необходимо иметь предметное стекло с луночкой. На покровное стекло предварительно наносят каплю жидкости с исследуемой культурой микроорганизмов. Затем на покровное стекло накладывают предметное стекло, с луночкой посередине, края которой предварительно смазаны вазелином. Предметное стекло слегка прижимают к покровному, в результате чего оба стекла склеиваются. После этого препарат перевертывают покровным стеклом кверху. Получается герметически закрытая камера, в которой капля долго не высыхает.

Для предотвращения быстрого высыхания препараты рекомендуется помещать во влажную камеру (чашку Петри), на дно которой положено 2-3 влажных кружка фильтровальной бумаги, покрытых двумя сухими.

При изучении препаратов «раздавленная» и «висячая капля» под световым микроскопом край капли сначала отыскивают со слабым увеличением и при суженой диафрагме, а потом исследуют препарат при помощи более сильного увеличения. Более удобными для их микроскопического изучения представляются такие виды микроскопии, как темнопольная, фазово-контрастная и аноптральная.

24. Микрофлора воды. Санитарная оценка воды по микробиологическим показателям. Способы очистки и дезинфекции воды

Вода является благоприятной средой для развития многих микроорганизмов.

В состав микрофлоры воды входят сапрофиты: флуоресцирующие бактерии, микрококки, реже встречаются бактерии рода Bacillus. Содержание в воде микроорганизмов зависит от содержания в ней органических веществ. Степень обсеменения воды организмами характеризуется понятием сапробность воды – это совокупность живых существ, обитающих в водах, загрязненных органическими веществами животного или растительного происхождения.

Количество микроорганизмов в 1 см3 воды может варьироваться в широких пределах – от единиц до миллионов. Вода открытых водоемов более богата сапрофитными микроорганизмами, чем воды подземных источников. В речной воде встречаются гнилостные, нитрифицирующие, азотфиксирующие, серо- и железобактерии и др.

Вода не является благоприятной средой для размножения болезнетворных микроорганизмов, однако многие из них сохраняются и выживают в ней определенное время.

Требования к качеству воды для производственных нужд зависят от ее назначения. Если вода входит в состав готовой продукции (компоты, маринады, рассолы), то она должна быть прозрачной, бесцветной, без постороннего запаха и вкуса; не должна содержать посторонних примесей, а также патогенных микроорганизмов; должна быть свободна от животных и растительных организмов, паразитов, их яиц и личинок.

При использовании микробиологически загрязненной воды в производство могут попасть возбудители инфекционных заболеваний, пищевых отравлений, а также гнилостные, кислотообразующие, споровые формы бактерий, которые могут оказать неблагоприятное влияние не только на ход технологического процесса, но и на качество и стойкость готовой продукции при хранении.

Санитарная оценка воды по микробиологическим показателям

О безопасности воды в эпидемиологическом отношении судят по результатам ее санитарно-бактериологического исследования. Микробиологические показатели питьевой водопроводной воды нормированы ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством». Общая бактериальная обсемененность (микробное число) не более 100 клеток в 1 г, коли-титр – не менее 300 мл, коли-индекс – не более 3.

Коли-титр – наименьший объем воды, в котором содержится одна кишечная палочка.

Коли-индекс – количество кишечных палочек в 1 дм3 воды.

В СанПиНе 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества», введенного в действие с 1 января 2002 г, предъявляются более жесткие требования к питьевой воде. Для оценки санитарного состояния воды в ней определяют общее микробное число – не более 50 КОЕ/см3; термотолерантные колиформные бактерии – не допускаются в 100 см3; общие колиформные бактерии также должны отсутствовать в 100 см3; споры сульфитредуцирующих клостридий - не допускаются в 20 см3; колифаги – в 100 см3. Исследование питьевой воды проводят один раз в квартал при пользовании городским водопроводом и один раз в месяц при наличии собственных источников водоснабжения.

Общее микробное число воды (ОМЧ) – количество мезофильных аэробных и факультативноанаэробных микроорганизмов, способных образовывать колонии на питательном агаре при 37 0С в течение 24 часов.

К общим колиформным бактериям относятся грамотрицательные не образующие спор палочки, не обладающие оксидазной активностью, ферментирующие лактозу или маннит с образованием альдегида, кислоты и газа при температуре 370С в течение 24 часов.

Термотолерантные колиформные бактерии обладают всеми признаками общих колиформных бактерий, которые, кроме этого способны ферментировать лактозу до кислоты и газа при температуре 44 0С в течение 24 часов.

Сульфитредуцирующие клостридии (преимущественно Clostridiumperfringens) – спорообразующие анаэробные палочковидные бактерии, редуцирующие сульфит натрия на железо-сульфитном агаре в течение 24 часов при температуре 44 ̊С.

Колифаги – бактериальные вирусы, способные лизировать кишечную палочку и формировать зоны лизиса через 18±2 часа при температуре 37 ̊С на ее газоне на питательном агаре. Колифаги – индикаторы очистки питьевой воды в отношении энтеровирусов.

В отдельных случаях при санитарной оценке воды в качестве санитарно – показательного микроорганизма наряду с БГКП используют энтерококки. Так, в Международном Европейском стандарте на питьевую воду наличие энтерококка определяют в качестве дополнительного показателя фекального загрязнения воды.

Очистка и дезинфекция питьевой воды состоит из нескольких этапов:

1. Отстаивание в специальных отстойниках. При этом удаляются взвеси, нежелательные привкусы и запахи, происходит обесцвечивание, обессоливание и опреснение воды. Для ускорения отстаивания применяют коагулянты.

2. Фильтрование через слой речного песка. В верхних слоях фильтра формируется биологическая пленка, состоящая из содержащихся в воде примесей и хлопьев коагулянтов, на которых оседает большое количество микроорганизмов.

1. Обеззараживание профильтрованной воды, т.е. удаление оставшихся в воде микроорганизмов, среди которых могут быть и патогенные, с помощью различных дезинфицирующих средств (с помощью окислителей, путем озонирования, облучения ультрафиолетом, обработки ультразвуком).

Очистка сточных вод. Биологические методы очистки делятся на аэробные и анаэробные.

В свою очередь, аэробная очистка может протекать в естественных и в искусственно создаваемых условиях.

Очистка в естественных условиях проводится путем фильтрования сточных вод через слой почвы на полях орошения или полях фильтрации (почвенные методы очистки), а также в очистных прудах.

При аэробной очистке в искусственных условиях процесс очищения ведут в специальных сооружениях: в биофильтрах и аэротенках. В аэротенках процесс очистки близок к естественным способам очистки, но интенсифицируется путем дополнительного насыщения кислородом. При этом активный ил (биоценоз микроорганизмов, с помощью которых осуществляется очистка) свободно плавает в воде в виде хлопьев. В биофильтрах биологическая очистка происходит при участии микроорганизмов, прикрепленных к биопленке. При аэробной очистке протекают интенсивные процессы по минерализации органических веществ различными гетеротрофными микроорганизмами, а также протекает активная нитрификация.

Анаэробная очистка проводится в искусственно создаваемых сооружениях – метантенках, септиктенках и двухъярусных отстойниках. В них осуществляется обработка твердой фазы сточных вод (осадков с решеток из первичных отстойников, а также активный ил и биопленка). При анаэробной очистке происходят различные микробиологические процессы (гниение, различные типы брожения). В результате, сложные органические соединения (белки, жиры, углеводы) сточных вод превращаются в жирные кислоты, спирты и газообразные вещества (диоксид углерода, аммиак, метан, водород). Остаток твердой фазы сточных вод, не разрушенный микроорганизмами обезвоживают, сушат и используют в виде удобрения, а спрессованный в виде брикетов – в качестве топлива.

25. Химические методы стерилизации

При химической стерилизации используют газы и средства из различных химических групп (перекисные, фенольные, галоидосодержащие, альдегиды, щелочи и кислоты, поверхностно – активные вещества и др.). Для использования в быту выпускаются моющие, чистящие, отбеливающие и другие препараты, оказывающие антимикробное действие за счет введения В их состав различных химических веществ. Эти препараты используются для очистки и обеззараживания санитарно – технического оборудования, посуды, белья и пр.

Пар формальдегида (пароформ) может применяться в лечебных учреждениях для стерилизации металлических изделий медицинского назначения (скальпели, иглы, пинцеты, зонды, зажимы, крючки, кусачки и др.). Перед стерилизацией парами формальдегида изделия необходимо подвергнуть предстерилизационной очистке и тщательно просушить.

При стерилизации каким – либо химическим способом регламент обработки того или иного объекта зависит от особенностей обеззараживаемого объекта, резистентности микробов, особенностей свойств химического препарата, температуры окружающей среды, влажности и других факторов. Так, стерильность металлических инструментов достигается за пять часов выдерживания в герметичной камере с парофомом при температуре не ниже 20 градусов и относительной влажности 95 – 98%, при температуре 15 градусов полная стерильность этих объектов достигается только через 16 часов.

Спороцидная активность глутарового альдегида зависит от температуры. Оптимум его действия наступает при температуре 15 – 25 градусов. При повышении температуры активность спороцидного действия этого препарата снижается.

Стерилизацию химическим методом применяют несколько ограничено. Чаще всего этот метод используют для предупреждения бактериального загрязнения питательных сред и иммунобиологических препаратов (вакцин и сывороток). К питательным средам чаще всего добавляют такие вещества, как хлороформ, толуол, эфир. При необходимости освободить среду от этих консервантов ее нагревают на водяной бане при 56 градусах и консерванты испаряются.

Для консервации вакцин или сывороток используют мертиолат, борную кислоту, формалин.

26. Микроорганизмы в почве. Роль микроорганизмов в почвенных процессах минерализации органических веществ, образование гумуса и отструктуирования почвы.

Почва является результатом жизнедеятельности высших растений, низших организмов, включая разнообразные группы микроорганизмов. В результате жизнедеятельности зеленого организма (растений, водорослей и др.) разрушаются огромные количества орг. вещества, разлагается орг. вещество, затем отмирая, лизируясь, а также выделение в окр. среду ферментов, микроорганизмы превращает малоокисленные вещества в полностью окисленные соединения, тем самым подготавливают среду для базы той экосистемы, которая формируется в почвенной среде. Микроорганизмы осуществляют круговорот веществ в почве, влияя на минерализацию органических остатков и превращая нерастворимые формы в доступные для растений соединения.

При этих процессах происходит активное выделение метаболитов — продуктов, участвующих в синтезе гумуса. Микроорганизмы содействуют накоплению и разложению гумуса. Количество и качество питательных веществ в почве зависит от интенсивности микробиологических процессов аммонификации и нитрификации, от целлюлозоразлагающей и ферментативной активности и т. д. Функционирования почвенной микрофлоры является одним из важных факторов, способствующих структуризирования почвы. Так, например, развиваясь на поверхности частиц почвы, грибы и актиномицеты окружающих эти частицы мицелием и формируют водостойкие агрегаты, на следующем этапе могут скрепляться гумусом. Определенную роль в этом процессе играют микроорганизмы, которые синтезируют внеклеточные полисахариды.

27. Взаимодействие микроорганизмов друг с другом – симбиоз, метабиоз, антагонизм. В конкретных экологических условиях между разными группами микробов устанавливаются определенные взаимоотношения, характер которых зависит от физиологических особенностей и потребностей совместно развивающихся микробов. Кроме того, микроорганизмы вступают в различного рода взаимоотношения не только между собой, но и с простейшими, высшими растениями и другими группами организмов, составляющих почвенное население.

В основном эти взаимоотношения можно условно подразделить на две большие группы: благоприятные — синергизм и неблагоприятные — антагонизм . Однако взаимоотношения между микробными сообществами далеко не всегда укладываются в рамки этих подразделений, так как они чрезвычайно сложны, разносторонни и вариабельны. Изменения во взаимоотношениях происходят вследствие изменений окружающих условий существования или в результате перехода микробов из одной стадии развития в другую.

Можно отметить следующие формы взаимоотношений между микроорганизмами: сосуществование, метабиоз, симбиоз, конкуренция, хищничество, паразитизм, антагонизм. Метабиоз — использование продуктов жизнедеятельности одних микробов другими. Это явление наблюдается, например, при ступенчатом разложении растительных и животных остатков в почве. Симбиоз характеризуется взаимовыгодным влиянием микроорганизмов друг на друга в единой ассоциации (совокупности). Так, классическим примером симбиоза между водорослями и грибами являются лишайники. Тесный симбиоз между этими двумя группами микроорганизмов зашел так далеко, что в процессе эволюции данная микробная ассоциация выделилась в особый морфофизиологический класс, отличный как от грибов, так и от водорослей. При этом гриб, составляющий основу лишайника, расщепляет питательный субстрат и поставляет необходимые для усвоения вещества водорослям, а водоросли снабжают гриб продуктами фотосинтеза.

Антагонизм — подавление развития одних форм микробов другими с помощью вырабатываемых ими антимикробных веществ. Этими веществами могут быть: химические соединения неспецифического действия (кислоты, спирты, перекиси и др.), которые подавляют рост микробов при высоких концентрациях; антибиотики, обладающие специфичностью действия и проявляющие антимикробные свойства при низких концентрациях.

28. Микроорганизмы в воздухе. Природа биологического пыления и аллергены микробного происхождения.

В поверхностных слоях атмосферы преобладают плесени, вблизи земли — бактериальные формы. Чаще из воздуха выделяют: Bacillus subtilis, Micrococcus  flavus, Bacillus мegatherium, Bacillus mycoides, Sarcina alba, Micrococcus candicans, Staphylococcus aureus, Staphylococcus citreus, Torula alba, Penicillium, Aspergillus, Mucor, Actinomyces и др.

Численный и видовой состав микрофлоры воздуха существенно изменяется в зависимости от географических особенностей региона, времени года, метеорологических условий, санитарного состояния местности и ряда других факторов. Микроорганизмы находятся в воздухе в виде капельного или пылевого микробного аэрозоля (аэрозолем называют коллоидные частицы, состоящие из воздуха и распыленных в нем твердых веществ или капелек жидкости).

Микробы попадают в воздух с пылью, уносимой с поверхности земли ветром. Попав в воздух, они быстро отмирают или вновь оседают на поверхности земли и различных предметов. Ультрафиолетовые лучи губительны для бактерий, но если последние адсорбированы на частицах пыли или других веществ, то становятся надежно защищенными от действия ультрафиолетового облучения.

Аллергены - это антигены, способные вызывать сенсибилизацию организма и участвовать в развитии реакций гиперчувствительности I типа.

Аллергены микроскопических грибов широко распространены благодаря их огромному разнообразию и уникальной способности к выживанию. Условно патогенные микроорганизмы, микрогрибы и плесени, обитающие в жилых помещениях, часто служат причиной круглогодичных аллергических заболеваний. Они активно заселяют сырые помещения, ванные комнаты, туалеты, сантехнику, старую мебель, испорченные продукты и органические отходы. Грибы, обитающие в природе, паразитируют на коре деревьев, в почве и листьях.

Споры грибов разносятся ветром, водой, животными и человеком. По современной классификации грибы делят на 4 класса: Ascomycetes, Basidiomycetes , Ligimyces, Oomycetes . Грибы родов Alternaria Penicillium и Aspergillus , которые относятся к классу Ascomycetes , вызывают аллергию чаще всего.

Как правило, грибы поражают дыхательные пути и вызывают тяжёлые аллергические заболевания, такие, как бронхолёгочный аспергиллёз, круглогодичный аллергический ринит, бронхиальную астму.

29. Вирусы, микоплазмы и бактериофаги. Общие сведения.

Вирусы (от лат. virus — яд животного происхождения) — мельчайшие организмы, которые по своей морфологии и биологическим свойствам отличаются от других микроорганизмов. Вирусы являются строгими эндопаразитами. Размеры вирусов очень малы: от 25 до 250 нм, поэтому они проходят через поры фарфоровых фильтров, задерживающих все известные бактерии.

Внутри вириона находится нуклеопротеид, в котором содержится вся ДНК или РНК, имеющаяся у вируса. Характерным признаком является то, что вирусы содержат только одну из нуклеиновых кислот: либо ДНК, либо РНК.

Нуклеопротеид вириона покрыт сверху белковой оболочкой — капсидом, которая предохраняет его от неблагоприятных внешних воздействий и обеспечивает вирусу адсорбцию — прикрепление к клетке. Капсид состоит из отдельных белковых субъединиц — капсомеров. Капсомеры могут быть уложены по спирали, как, например, у вируса гриппа — спиральный тип симметрии, кубический — у аденовирусов и кишечных вирусов, сферический – у вируса полиомиелита и комбинированный – у бактериофагов.

Более сложная структура у вирусов крупных и средних размеров. Они (вирус гриппа, оспы, герпеса), помимо белковой оболочки, окружающей нуклеопротеид, имеют и внешнюю оболочку, которая содержит белки, полисахариды, липиды, а у вируса гриппа и других миксовирусов – и ферменты.

Фаги обладают специфичностью, которая заключается в их способности размножаться только в бактериях определенного вида или типа и вызывать лизис. Различают моновалентные фаги, которые лизируют культуру бактерий определенного вида, и типовые фаги, лизирующие отдельные штаммы или варианты внутри одного и того же вида. Существуют и полифаги, которые могут вызывать лизис клеток родственных видов бактерий. Свойства специфичности фагов используют при лабораторной диагностике инфекционных заболеваний

В отличие от бактерий микоплазмы и L-формы не имеют клеточной стенки, вследствие чего у них наблюдается выраженный полиморфизм. Они могут быть представлены шаровидными, ветвистыми телами или бесформенной зернистой массой. Размеры их от 1–8 мкм до 250 нм.

Характерным общим признаком микоплазм и L-форм является наличие цитоплазматической мембраны толщиной 7,5 нм, по своему строению близкой к мембране бактерий, а также ядерного и рибосомального аппарата. Оба вида микроорганизмов сходны по аминокислотному составу и по содержанию нуклеиновых кислот (РНК, ДНК) и углеводов. Микоплазмы и L-формы также сходны по форме и структуре колоний.

30. Ферменты, используемые для биохимической оценки активности микроорганизмов по отношению к углероду, азоту и т.д. Методы оценки.

Ферменты:

1 Оксидоредуктазы – участвуют в окислительно-восстановительных реакциях, осуществляя перенос электронов или атомов водорода к акцептору. К ним относятся дегидрогеназы, оксидазы (цитохромоксидаза, каталаза, пероксидаза).

2 Трансферазы – катализируют процессы межмолекулярного переноса химических элементов. К ним относят фосфотрансферазу, аденозинтрансферазу и др.

3 Гидролазы – катализируют гидролитическое расщепление пептидных, эфирных, гликозидных и других связей. (эстеразы (фосфатаза, ДНКаза, РНКаза); карбогидразы, расщепляющие углеводы (β-галактозидаза); протеазы (амипептидазы, протеиназы, трипсин); амидазы (уреаза, аргиназа)).

4 Липазы – катализаторы реакции с присоединением по двойным связям и обратных реакций с отрывом этих групп. К ним относят декарбоксилазы, дезаминазы, альдолазу, фумаразу.

5 Изомеразы – каталируют процессы изомеризации при внутренней конверсии разных изомеров. К ним относят глюкозо-6-фосфатизомеразу, рацемазу.

6 Лигазы (синтетазы) – катализируют связывание (реакции конденсации или присоединения) между собой молекул в реакциях расщепления пирофосфатной связи, например в молекуле АТФ. К ним относят глутаминсинтетазу, аспарагинсинтетазу, карбоксилазу и др.

Для оценки биохимической активности бактерий используют следующие реакции:

1 ферментацию — неполное расщепление субстрата до промежуточных продуктов, например ферментацию углеводов с образованием органических кислот;

2 окисление — полное расщепление органического субстрата до СО2 и Н2О;

3 ассимиляцию (утилизацию) — использование субстрата для роста в качестве источника углерода или азота;

4 диссимиляцию (деградацию) субстрата;

5 гидролиз субстрата.

31. Превращение азота в природе. Процессы нитрификации, денитрификации и усвоение молекулярного азота.

Белки растений и животных могут разлагаться с помощью бактерий─аммонификаторов с образованием аммиака и ионов аммония, затем в процессе микробной нитрификации образуются нитраты. В результате денитрификации образуется молекулярный азот. Все эти превращения происходят с участием микроорганизмов.

Процесс выделения азота из аминокислот и превращение его в аммиачную форму называется аммонификацией. Микроорганизмы, вызывающие этот процесс, выделяют в окружающую среду протеолитические ферменты, под действием которых белки гидролизуются до аминокислот» Последние поступают в клетку и в ней дезаминируются с образованием аммиака, органических кислот и других продуктов.

Возбудителями процесса аммонификации являются аммонифицирующие или гнилостные бактерии.

Под Нитрификацией понимают процессы окисления аммиака до нитритов и нитратов. Процесс идет в две фазы. Возбудителями фаз являются последовательно:

I фаза: возбудители бактерии рода Nitrosomonas : имеют овальную, иногда кокковидную форму. Размеры 1,5-3 мкм. Подвижны монотрихи (или лофотрихи), спор не образуют. Окисляют аммиак до нитритов по реакции:

2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + Энергия

II фаза - возбудители бактерии рода Nitrobacter - мелкие тонкие палочки (0,5 х 1 мкм). Клетки подвижные (монотрихи) или неподвижные. Часто в колонии наблюдается полиморфизм (клетки различной формы). Для нитробактерий характерно размножение почкованием.

2NHO2 + O2 = 2HNO3 + Энергия

Денитрификация. В этом процессе происходит восстановление нитратов до молекулярного азота. Возбудители - Бактерии вида Paracoccus Denitrificans. Биологический смысл: использование кислорода нитратов в качестве акцептора водорода при окислении углеводов (анаэробное нитратное дыхание).

Ассимиляция атмосферного азота микроорганизмами – диазотрофия - имеет важное значение в балансе азота в почве. Её осуществляют свободноживущие и симбиотические микроорганизмы: бактерии, актиномицеты, цианобактерии.

Способность к фиксации атмосферного азота обусловлена наличием сложной системы ферментов – Нитрогеназой. Процесс играет колоссальную роль в природе, так как в нем происходит превращение азота в доступные для живых организмов формы, повышается почвенное плодородие.

32. Микроорганизмы и окружающая природная среда. Бактерии деструкторы основных загрязняющих веществ.

Абиотические факторы - это физико-химические условия среды обитания. К ним относятся температура, влажность среды, осмотическое давление, различные виды лучистой энергии, концентрация водородных ионов, кислорода.

Прокариоты (бактерии) способны существовать в гораздо большем диапазоне изменений среды обитания, чем эукариоты (мицелиальные грибы и дрожжи).

Важнейшим фактором внешней среды является температура. Она определяет скорость размножения микроорганизмов, а также интенсивность протекания химических реакций в процессах обмена веществ в клетках. При переходе к крайним температурам жизненные процессы сначала замедляются, а затем или совсем приостанавливаются, и жизнь переходит в скрытую форму, или вообще прекращаются.

По отношению к температуре микроорганизмы подразделяют на три группы: психрофилы, мезофилы и термофилы.

Преимущество бактериальной очистки по сравнению с химической в том, что она не вызывает появления нового загрязняющего агента в окружающей среде. Плотность фитопланктона после бактериальной очистки повышается. Некоторые микроорганизмы способны изменять молекулу ксенобиотика и делать ее доступной и привлекательной для других микроорганизмов («кометаболизм»). Примером может служить разложение инсектицида паратиона под действием двух штаммов Pseudomonas – P. aeruginosa и P. stuzeri. В некоторых случаях происходит неполное превращение молекулы ксенобиотика - фосфорилирование, метилирование, ацетилирование и т. д., результатом которого является утрата этим веществом токсичности.

Одним из сильных загрязнителей является ЭДТА (этилендиаминтетрауксусная кислота). Причина в том, что ЭДТА связывает тяжелые металлы, способствуя их накоплению в почве. Бактрии родов Pseudomonas и Bacillus способны за две недели разрушить все связи комплекса Fe-ЭДТА. Эти бактерии успешно применяются для очистки бытовых сточных вод, куда попадают детергенты моющих средств. Кроме Pseudomonas, биодеградацию ксенобиотиков могут осуществлять и представители родов Acinetobacter, Metviosinus.

33. Примеры использования микроорганизмов для утилизации жидких и твердых отходов ( приемы и методы).

В зависимости от вида и качества отходов в них присутствуют определенные доминирующие группы бактерий, которые и определяют выбор технологии утилизации. Одним из возможных способов утилизации жидких навозных стоков является их биологическая переработка, включающая получение технических и кормовых микробных препаратов. Это позволяет быстро и эффективно перерабатывать значительные количества отходов. Биологическая утилизация может осуществляться по следующим направлениям:

Микробиологическая конверсия растительного сырья – наиболее эффективный способ осуществить управляемую переработку целлюлозо – и крахмалсодержащих сельскохозяйственных продуктов и отходов в полезные субстанции. При этом решается ряд задач по переходу к безотходным технологиям и, в частности, проблемы малой энергетики и и Фоторедукция углекислого газа связана с перенесением водорода не от воды, а от сероводорода:

6СО2 +12Н2S + hv → С6Н12О6 + 12S + 6Н2О

Биологическое значение хемосинтеза и бактериального фотосинтеза в масштабах планеты относительно невелико. Только хемосинтезирующие бактерии играют существенную роль в процессе круговорота серы в природе. Поглощаясь зелёными растениями в форме солей серной кислоты, сера восстанавливается и входит в состав белковых молекул. Далее при разрушении отмерших растительных и животных остатков гнилостными бактериями сера выделяется в виде сероводорода, который окисляется серобактериями до свободной серы (или серной кислоты), образующий в почве доступные для растения сульфиты. Хемо- и фотоавтотрофные бактерии имеют существенное значение в круговороте азота и серы спользования новых возобновляемых энергоресурсов, а также защиты окружающей среды.

Производство спирта может быть основано не только на использовании пищевых субстратов и отходов пищевых производств, но и на техническом сырье, способном подвергаться гидролизу, в том числе неферментативному, с образованием сахаров (например, на древесных опилках). Использование термофильных анаэробных бактерий позволяет не только ускорить проведение процесса биоконверсии, но и исключить стадию предварительного гидролиза сырья, так как эти микроорганизмы способны сами продуцировать мощные гидролазы.

Конверсия сельскохозяйственных отходов в биогаз осуществляется под действием естественно сложившихся метаногенных микробных сообществ в анаэробных условиях. Такие микробные сообщества основаны на синтрофных взаимодействиях микроорганизмов разных систематических и физиологических групп, осуществляющих межвидовой перенос интермедиатов (водорода, ацетата, формиата).

Процесс начинается с гидролиза биополимеров растительного сырья и отходов внеклеточными ферментами бактерий рода Clostridium. Далее продукты гидролиза подвергаются брожениям разных типов под действием микроорганизмов сем. Clostridiaceae, Enterobacteriaceae, Lactobacillaceae, Streptococcaceae, и образуется смесь летучих жирных кислот, спиртов и газов. Далее следует синтрофная стадия, на которой продукты брожения используются бактериями родов Synthrophomonas и Synthrophobacter с образованием субстратов метаногенеза (Н2, СО2 и ацетата). Завершающая стадия процесса приводит к образованию метаногенными археями биогаза.

Микробная минерализация является наиболее эффективным и экологически приемлемым способом удаления органических ксенобиотиков. Для их обезвреживания уже давно и довольно успешно используются различные микроорганизмы. Для экологических нужд чаще используются гетеротрофные микроорганизмы. Основную группу почвенных микроорганизмов, разрушающих ксенобиотики, составляют бактерии рода Pseudomonas.

34. Загрязнения среды. Источники загрязнения. Классификация загрязняющих веществ ( органические и не органические)

Главные загрязнители:

- CO2, CO, NОx, SO, SO2, Фосфаты, тяж металлы, нефтепродукты, Радиация, теплые воды.

- Физические (тепловые, радиоактивные,световые, радиомагнитные) , химические, физико-химические (аэрозоли, чвстицы: угля, пыли, асбеста), биологические( МО)

35. Самоочищение воды и почвы от органических и не органических веществ.

Самоочищение почвы происходит в результате ее поглотительной способности и жизнедеятельности микроорганизмов. Почвенная микрофлора, грибы, простейшие и личинки насекомых при доступе кислорода быстро разрушают органические вещества, превращая их в органические или минеральные. Этот процесс называется минерализацией органических веществ.

Загрязнение водоемов сточными водами, отходами промышленных предприятий обусловливает усиленное размножение сапрофитных микробов, которые расщепляют сложные органические соединения до простых минеральных (СО2) и делают их доступными для питания автотрофных организмов (нитрифицирующих, серои железобактерий, водорослей). Основная роль в удалении из водоемов растворимых веществ принадлежит микробам.

Вода


Самоочищение от ионов тяжелых металлов происходит за счет целого ряда процессов: соосаждения с гидроксидами перечисленных выше металлов, сорбции ионов органическими коллоидами, образования сложных металлоорганических комплексов с гуминовыми кислотами. Доля участия каждого из этих процессов в удалении тяжелых металлов зависит от рН, окислительно-восстановительных условий в водоеме, концентрации металлов. В результате вода освобождается от тяжелых металлов, а в донных отложениях происходит их накопление. Изменение окислительно-восстановительных условий в донных осадках может привести к переходу ионов металлов в водный слой, т.е. к вторичному загрязнению воды.

Минерализация органических загрязнений происходит главным образом за счет биохимических процессов, протекающих с участием разнообразных гидробионтов. Биохимические превращения в водоемах осуществляются как в водной среде, так и в донных отложениях.

Главенствующую роль в окислении растворенных органических веществ играют бактерии. Поступление в водоем органических загрязнений вызывает в нем бурное развитие сапрофитных бактерий. При этом видовой состав бактериального населения определяется характером внесенных загрязнений. В воде развиваются виды, способные использовать те или иные внесенные вещества в качестве источников питания.

36. Сапробность. Оценка самоочищения рек и водоемов.

Степень загрязненности водоема называется сапробностью и характеризует особенности водоема: определенная концентрация органических веществ, соответствующая стадия их минерализации, условия развития и состав микроорганизмов. Различают три основные зоны сапробности: полисапробная, мезосапробная, олигосапробная.

Полисапробная зона (зона сильного загрязнения)— вода загрязнена органическими веществами, число микроорганизмов достигает нескольких миллионов в 1 мл, при этом преобладают кишечные и анаэробные гнилостные бактерии, обусловливающие процесс гниения и брожения.

Мезосапробная зона (зона умеренного загрязнения) характеризуется минерализацией органических веществ с преобладанием окислительных процессов и выраженной нитрификацией. Количество бактерий в 1 мл воды составляет сотни тысяч, причем содержание коли-бактерий значительно уменьшается.

Олигосапробная зона (зона чистой воды) обычно не содержит органических веществ. Количество бактерий в 1 мл воды составляет десятки, сотни, преобладают серо-и железобактерии.

Таким образом, наличие определенного количественного и качественного состава микроорганизмов в различных зонах санпробности характеризует активность процесса самоочищения водоема.

37. Химические методы оценки качества поверхностных вод и их использование в экологическом прогнозировании состояния водных ресурсов. Примеры

Одна из наиболее острых экологических проблем — состояние поверхностных вод, т.е. рек и озер. Проблема состояния поверхностных вод имеет два аспекта: количественный и качественный. И тот, и другой аспект составляют одно из важнейших условий существования живых существ, в том числе и особенно — человека. Хотя морские воды представляют собой объект, отличающийся от поверхностных вод, проблемы воздействия антропогенной деятельности на моря и последствия их во многом схожи с проблемами поверхностных вод.

Оценка качества поверхностных вод (прежде всего степени их загрязненности) относительно хорошо разработана и базируется весьма представительном пакете нормативных и директивных документов, использующих прямые гидрохимические и гидрологические методы и критерии оценки.

К химическим методам отнесены:

а) объемные (титрометрические) методы;

б) весовой метод;

К инструментальным методам:

а) электрохимические (потенциометрические) методы;

б) спектральные (оптические) методы, включая: атомно=абсорбционные;спектрофотометрические;колориметрические;турбидиметрические;люминисцентные;фотометрические;пламенно-фотометрические;

в) хроматографические методы, включая: методы тонкослойной хроматографии; газохроматографические методы.

38. Биоремедиация водных и почвенных объектов от загрязнения и истощения. Роль организмов экосистемы в восстановлении естественных качеств среды.

Биоремедиация — комплекс методов очистки вод, грунтов и атмосферы с использованием метаболического потенциала биологических объектов — растений, грибов, насекомых, червей и других организмов.

Диоксины попадают в почвы из воздуха с дождем и текучими водами. Из почвы диоксины попадают в сельскохозяйственную продукцию и воду. В организме животных они способны накапливаться. После загрязнения диоксинами применяются методы биоремедиации.

Возможно три основных подхода к Биоремедиации почв с помощью микроорганизмов:


  • биостимуляция - стимулирование развития аборигенной микрофлоры на территории подвергшейся загрязнению.

  • биодополнение - внесение в почву биопрепаратов микроорганизмов способных к деградации загрязнителя.

  • фитостимуляция - использование растений для стимуляции развития ризосферных микроорганизмов.

Главную роль в деградации загрязнений играют микроорганизмы. Растение является своего рода биофильтром, создавая для них среду обитания (обеспечение доступа кислорода, разрыхление грунта. В связи с этим, процесс очистки происходит также вне периода вегетации (в нелетний период) с несколько сниженной активностью.

39. Методы очистки природных вод и производственных стоков от органических и неорганических загрязнений.

Различают : 1) естественное; 2) искусственное.

К естественным относятся :

1. Поля фильтрации – очистка производится сельско-хозяйственных, бытовых и СВ, загрязненных малотоксичными орган. и минеральными загрязнениями.

2 Поля орошения – в них сочетается очистка СВ и выращивание сельско-хозяйственных культур.

3. Биоокислители - искусственно созданные биологические пруды , заселенные отдельными видами зеленых и сине-зеленых водорослей.

Например:Chlarella(зел), Euglena(с/з), Ankistradesmers, Chlamidamonos.

4. Биологические пруды – одно-; двух-; трехступенчатые. Они предназначены как для очистки, так и для доочистки. Для доведения показателей СВ до нормы сброса в водоем для восполнения водных ресурсов, так и использования в обратном водоснабжении технических и других нужд, а также подготовки СВ для полива с/х культур

Биоплата: естественное сооружение. Сообщение между собой расположенных пониженных участках бассейнов рек, лагун и др. сооружений, которые заросли кустарниками и др.

Ботаническая площадка: только чистыми зарослями растений (тросник обыкновенный – Rhagmites communis), глубиной 3 м.

Лагуна: где отводится большие объемы СВ предприятий, с/х объектов, местных хоз-в и др. Специально создаются или натуральные пониженные участки.

Искусственные биосооружения: Можно отнести следующие сооружения, где очистка может происходить в анаэробных (метантенк) и аэробных (биофильтры, аэрофильтры, аэротенки) условиях.

Аэробные очистные сооружения: Органические вещества минерализуются при участии активной биологической пленки, созданной человеком в управляемом режиме. Она состоит 80 % – МО, 6-15 % – водоросли, до 5 % – простейшие черви и др. МО, т.е. она представляет собой совокупность МО, созданных или адаптированных из организмов данной экосистемы, где эти сооружения используются для очистки СВ.

Биофильтры: железобетонное сооружение изолированного типа различной емкости, которые предназначены для

Аэротенки: различают 3 типа в зависимости от степени смешения жидкостью, находящейся в очистных сооружениях:

1) Аэротенки, в которых сточная вода (СВ) не смещивается с жидкостью находящиеся в аэротенке.

очистки разнообразных СВ. Высота их 4-6 м.

2) Аэротенк со ступенчатым пуском СВ, при котором поступление жидкости смешивается с частью жидкости, находящиеся в самом аэротенке.

3) Аэротенк-смеситель, в котором поступление СВ смещивается со всем объемом жидкости.

Для очистки СВ используются анаэробные процессы, где в результате образуется метан.

Схематично метановое брожение можно разделить на 2 фазы:

1) В метантенке расщепляются сложные органические вещества (белки, углеводы и т.д.) под влиянием обычной сопрофитной микрофлоры и образуется кислоты жирного ряда. Содержание кислот может уменьшать pH до 5.

2) Бактерии живущие в той среде разрушают образованные кислоты и выделяется CH4 и CO2.

40. Биологическая очистка природных и сточных вод. Естественные и искусственные методы аэробной и анаэробной очистки от загрязняющих веществ.

Ответ такой же как и в 39

41. Биотрансформация органических веществ отдельными группами гетеротрофных микроорганизмов. На примере, нефти и нефтепродуктов.

Способность усваивать углеводороды нефти присуща микроорганизмам, представленным различными систематическими группами. К ним относятся различные виды микромицетов, дрожжей и бактерий.

Наиболее активные деструкторы нефти встречаются среди бактерий. Они характеризуются способностью к усвоению широкого спектра углеводородов, включая и ароматические, обладают высокой скоростью роста и, следовательно, представляют большой практический интерес.

Углеводородокисляющая группа микроорганизмов природного происхождения таксономически очень разнообразна. Наиболее активные бактериальные штаммы относятся к родам: Pseudomonas, Arthrobacter,

Rhodococcus, Acinetobacter, Flavobacterium, Corynebacterium, Xanthomonas, Alcaligenes, Nocardia,

Brevibacterium, Mycobacterium, Beijerinkia, Bacillus, Enterobacteriaceae, Klebsiella, Micrococcus, Sphaerotilus.

Среди актиномицетов внимание привлекает многочисленный род Streptomyces. Из дрожжей выделяют род Candida и Torulopsis.

Постоянными и доминирующими компонентами естественных биоценозов нефтяных загрязнений являются родококки, их основная экологическая функция – аккумуляция газообразных н-алканов, жидких углеводородов нефти и трансформация их в биомассу. Бактерии этого рода отличаются высокой жизнестойкостью при действии неблагоприятных факторов – низкой температуры, солнечного ультрафиолета, длительного отсутствия питательных веществ. Естественная нефтеокисляющая микрофлора нефтезагрязненной тундровой почвы представлена главным образом бактериями R. Erythropolis. В связи с этим понятен интерес к родококкам – деструкторам нефти.

42. Биомасса и энергия. Производство энергии из биомассы при помощи микроорганизмов.

Вещества, из которых состоят растения и животные, называют биомассой. Посредством химических или биохимических процессов биомасса может быть превращена в определенные виды топлива: газообразный метан, жидкий метанол, твердый древесный уголь. Продукты сгорания биотоплива путем естественных экологических или сельскохозяйственных процессов вновь превращаются в биотопливо.

Энергия биомассы может использоваться в промышленности, домашнем хозяйстве. Так, в странах, поставляющих сахар, за счет отходов его производства покрывается до 40% потребностей в топливе.

Биотопливо в виде дров, навоза и ботвы растений применяется в домашнем хозяйстве примерно 50% населения планеты для приготовления пищи, обогрева жилищ.

Существуют различные энергетические способы переработки биомассы:


  • термохимические (прямое сжигание, газификация, пиролиз);

  • биохимические (спиртовая ферментация, анаэробная переработка, биофотолиз);

  • агрохимические (экстракция топлива).

43. Биометаногенез. Производство биогаза, основные методы и технологии, используемые в получении метана.

Биогаз — это смесь из 65 % метана, 30 % СО2, 1 % сероводорода и незначительных примесей азота, кислорода, водорода и угарного газа. Энергия, заключенная в 28 м3 биогаза, эквивалентна энергии: 16,8 м3 природного газа; 20,8 л нефти; 18,4 л дизельного топлива. В основе получения биогаза лежит процесс метанового брожения, или биометаногенез — процесс превращения биомассы в энергию.

Биометаногенез — сложный микробиологический процесс, в котором органическое вещество разлагается до диоксида углерода и метана в аэробных условиях. Микробиологическому анаэробному разложению поддаются практически все соединения природного происхождения, а также значительная часть ксенобиотиков органической природы. В анаэробном процессе биометаногенеза выделяют три последовательные стадии, в которых участвуют свыше 190 различных микроорганизмов. На первой стадии под влиянием экстрацеллюлярных ферментов ферментативному гидролизу подвергаются сложные многоуглеродные соединения — белки, липиды и полисахариды. Вместе с гидролитическими бактериями функционируют и микроорганизмы — бродильщики, которые ферментируют моносахариды, органические кислоты.

На второй стадии (ацидогенез) в процессе ферментации участвуют две группы микроорганизмов: ацетогенные и гомоацетатные. Ацетогенные Н2 -продуцирующие микроорганизмы ферментируют моносахариды, спирты и органические кислоты с образованием Н2, СО2, низших жирных кислот, в основном ацетата, спиртов и некоторых других низкомолекулярных соединений. Деградация бутирата, пропионата, лактата с образованием ацетата происходит при совместном действии ацетогенных Н2 -продуцирующих и Н2 -утилизирующих бактерий. Гомоацетатные микроорганизмы усваивают Н2 и СО2, а также некоторые одноуглеродные соединения через стадию образования ацетил-КоА и превращения его в низкомолекулярные кислоты, в основном в ацетат.

На заключительной третьей стадии анаэробного разложения отходов образуется метан. Он может синтезироваться через стадию восстановления СО2 молекулярным водородом, а также из метильной группы ацетата. Некоторые метановые бактерии способны использовать в качестве субстрата формиат, СО2, метанол, метиламин и ароматические соединения: Особое место в утилизации отходов занимает метановое сбраживание. Оно позволяет получать из местного сырья биогаз как локальный источник энергии, а также улучшать качество органического удобрения и защищать окружающую среду от загрязнений.

44. Биоэнергия: фотопроизводство водорода и превращение энергии солнечного света в энергию химических связей.

Все возрастающий дефицит ископаемых топливных ресурсов выдвигает на первый план острую проблему создания и внедрения возобновляемых источников энергии и сырья за счет биосистем растений и фототрофных микроорганизмов, конвертирующих с высокой эффективностью солнечную энергию в энергию химических связей. Резервы солнечной энергии достаточно велики на поверхность земного шара попадает около 5 10 ккал этой энергии в год, что в 10 000 раз превосходит современный уровень мировой энергетики за счет добычи ископаемого топлива. Солнечная энергия способна обеспечить современный и будущий уровень энергозатрат человечества.

Количество энергии, падающей на общую площадь пустынь на Земле (2-10 км), достигает 5 10 кВт ч. Если бы удалось освоить эту энергию с КПД хотя бы 5%, то уровень мировой энергетики возрастет более чем в 200 раз.

Фотопроизводство водорода

Известно достаточно много бактерий, которые выделяют водород, но большинство из них

— факультативные анаэробы, то есть могут существовать только в средах без доступа воздуха, что, очевидно, не очень-то подходит для промышленности.

Исследователи из Вашингтонского университета в Сент-Луисе обнаружили в океанских водах одноклеточную цианобактерию, названную Cyanobacterium cyanothece 51142, которая совмещает в себе сразу два фундаментальных биохимических пути — это фотосинтез и запасание энергии в светлое время суток и азотфиксация с выделением водорода и затратой энергии — ночью.

Позже Химадри Пакраши доказал, что бактерия имеет «двухфазный цикл». В течение дня она фотосинтезирует, используя солнечный свет и атмосферный углекислый газ для запасания энергии в форме гликогена. Ночью эта энергия тратится, когда запускается фермент нитрогеназа, фиксирующий атмосферный азот и выделяющий водород в качестве побочного продукта.

45. Микробная переработка отходов и побочных продуктов промышленности, сельского хозяйства и быта. Перспективы развития.

Отходы, содержащие углеводы – в основном перерабатываются путем микробного брожения. Использование для получения спирта и биомассы дрожжей с применением Saccharomyces cerevisiae. Молочная сыворотка: ее концентрирование методом ультрафильтрации или обратного осмоса, разделение на лактозу и белок. Из лактозы получают глюкозо-галактозные сиропы, белок используют в качестве пищевых добавок. Нативную сыворотку используют для получения напитков.

Переработка отходов, содержащих целлюлозу: отруби, мезга т.д. Для переработки этих отходов используется микроорганизм Trichoderma viride (синтезируют целлюлазу – фермент, расщепляющий целлюлозу). Целлюлоза - ϶ᴛᴏ полисахарид, состоящий из глюкопиронозных колец, соединенных β-1,4, гликозидной связью. Целлюлаза - ϶ᴛᴏ мультиэнзимный (полиферментный) комплекс. Он состоит из эндо-β-1,4-глюконазы, которая отщепляет от целлюлозы крупные фрагменты со свободными концами. Второй фермент – экзоβ-1,4-глюконаза, которая отщепляет от конца цепочки дисахарид целлобиозу. Третий – β-гликозидаза гидролизует целлобиозу до глюкозы.

Продуцент, выращивают на среде из еловой древесины, добавляя раствор минеральных солей. Далее среду фильтруют и фильтрат, содержащий целлюлозу, смешивают с измельченной бумагой, выдержанной при 50°С. Под действием фермента образуется сироп. Выход глюкозы 50% по отношению к целлюлозе. При сбраживании глюкозы в спирт из 1 т картона можно получить 150 л спирта.

В растительных остатках содержится до 30% ксилозы, которая состоит из остатков β-d-глюкозы. Такое сырье обрабатывают ферментом ксилоназой. Можно отходы, содержащие ксилан, использовать как питательную среду для выращивания шампиньонов. Можно использовать углеродсодержащее сырье для получения белка одноклеточных. С этой целью используются дрожжи рода Candida и дрожжеподобные грибы Endomyces или Endomycopsis. Из 100г сырья получают 25г дрожжевого.

46. Микроорганизмы в окружающей природной среде и повреждение материалов, строительных конструкций и изделий, вызываемые ими. Методы борьбы с микробными повреждениями.

Микробы попадают в воду с поверхности земли, а также из воздуха с дождем и пылью. Концентрация микробов в воде неодинакова. Так, в воде родников, артезианских колодцев содержится очень мало микробов. Много микробов содержится в воде прудов, озер, рек, особенно вблизи населенных пунктов, так как вода здесь загрязняется стоками нечистот, отбросами и др. По мере удаления от населенных пунктов, вдали от берегов, количество микробов в воде постепенно уменьшается

Очень большое количество микробов содержит почва, имеющая наиболее благоприятные условия для жизнедеятельности микробов: надежную защиту от солнечных лучей, нужные питательные вещества, достаточное количество влаги. Количество микробов в различных слоях почвы неодинаково. В самом верхнем слое содержится мало микробов, так как здесь они быстро гибнут под воздействием прямых солнечных лучей, способствующих высыханию микробных клеток. Наибольшее количество микробов в почве содержится на глубине 10—20 см. С увеличением глубины общее количество микробов уменьшается, а на глубине 4—5 м их может вообще не быть. В воздух микробы попадают из почвы с пылью. Особенно много их в нижних слоях воздуха. С увеличением расстояния от земли воздух становится чище. Например, в воздухе над снежными горными вершинами микробов очень мало.Много микробов содержит воздух в помещениях, где плохая вентиляция, а также в местах скопления большого количества людей. B воздухе можно обнаружить болезнетворные микробы — палочки туберкулеза, дифтерии, стрептококки, которые попадают в него при кашле, чихании больных людей, а также с предметов, которыми пользовались больные.

49. Микроорганизмы в нефтяной, газовой, и геолого-минералогических отраслях промышленности в добыче полезных ископаемых и рекуперации вторичных продуктов промышленности.

М/о в нефтяной, газовой и геолого-минералогических отраслях промышленности в добыче полезных ископаемых и рекуперации вторичных продуктов промышленности.

Все микробиологические методы воздействия на нефтяные пласты делятся на две основные группы. К первой подгруппе относятся биотехнологии, в которых активируется естественная микрофлора пласта путем подачи питательных веществ с поверхности, а ко второй -биотехнологии, в которых в пласт вводятся культуры микроорганизмов с питательными веществами. В результате своей жизнедеятельности микроорганизмы образуют различные соединения (жирные кислоты, спирты, углекислота, молекулярный водород, поверхностно-активные вещества), влияющие на флюиды и породу пласта, процессы нефтевытеснения.

Как правило, микроорганизмы , используемые в последующем для разработки различных биотехнологических приемов и методов, выделяют из нефтяных пластов, пластовых вод, нефтезагрязненных экосистем. Одним из примеров использования бактерий в нефтедобывающей промышленности с целью повышения нефтеотдачи пластов является штамм Azotobacter vinelandii, выделенный из почвы, который продуцирует при 28-30ºС, рН 6,8-7,2 в условиях аэрации и перемешивания до 10 г/л экзополисахарида, имеющего высокие физико-механические и химические характеристики.

Геотехнология разрабатывает методы создания искусственных месторождений полезных ископаемых, например при подземной газификации углей, подземной перегонке горючих сланцев, обжиге сульфидных минералов. В горнодобывающей и металлургической промышленности

существуют и другие методы выделения солей и металлов. Современная наука считает весьма перспективным применение микроорганизмов. Новая отрасль — биометаллургия — базируется на закономерностях биохимических процессов. При этом не требуется сложное оборудование, столь необходимое для пирометаллургии, расходуется меньше энергии.

51. Основные методы подготовки микробиологической техники. Физические методы стерилизации.

В состав лаборатории входят:

1) лабораторные комнаты для проведения микробиологических исследований;

2) моечная;

3) препараторская для подготовки лабораторной посуды, приготовления питательных сред и других вспомогательных работ;

4) автоклавная;

5) комната, где производят прием материала и выдачу результатов исследования.

Мытье лабораторной посуды. Посуду, содержащую заразный материал и культуры микробов, обеззараживают в автоклаве. Нельзя обрабатывать посуду дезинфицирующим раствором, так как даже следы его задерживают рост микробов. Стеклянную посуду моют ершами с применением бикарбоната натрия, полужидкого мыла или стирального порошка. Для устранения белого налета стеклянную посуду помещают на 30— 40 мин в 5—10% раствор хлористоводородной кислоты. Сильно загрязненную посуду опускают в слегка подогретую хромовую смесь. Новую лабораторную посуду кипятят 15 мин в воде с мылом, прополаскивают, погружают в теплый 1—2% раствор хлористоводородной кислоты и кипятят 10—15 мин. В пипетки вводят кусок проволоки, на конец которой плотно накручивают кусок ваты, и тщательно протирают их. Предметные и покровные стекла должны быть хорошо обезжирены (нанесенная на стекло капля воды должна растекаться). Стекла, бывшие в употреблении, загрязненные краской и маслом, опускают на 2 ч в концентрированную серную кислоту или хромовую смесь, затем промывают проточной водой и кипятят в 5% растворе бикарбоната натрия 30—40 мин. Вымытую посуду ставят в сушильный шкаф или сушат на воздухе, пробирки закрывают пробками из ваты, заворачивают в бумагу и стерилизуют в сушильном шкафу или печи Пастера.

52. Посев проб на плотные и жидкие питательные среды. Основные способы и методика.

При посеве в жидкую питательную среду петлю с находящимся на ней материалом погружают в среду. Если материал вязкий и с петли не снимается, его растирают на стенке сосуда, а затем смывают жидкой средой. Жидкий материал, набираемый в пастеровскую или градуированную пипетку, вливают в питательную среду. 2. При посеве на скошенный мясопептонный агар пробирку берут в левую руку между 1 и II пальцами, чтобы основание пробирки находилось на поверхности кисти руки и посев осуществлялся под контролем глаза. Пробку из пробирки вынимают правой рукой V и IV пальцами, не прикасаясь к той части пробки, которая входит внутрь пробирки. Остальные 3 пальца правой руки остаются свободными для взятия бактериальной петли, посредством которой производится посев. Петлю держат, как писчее перо. После вынимания пробки пробирку с питательной средой держат в наклонном положении во избежание попадания в нее посторонних микроорганизмов из воздуха. Петлю с находящимся на ней пересеваемым материалом вводят в пробирку до дна, опускают плашмя на поверхность питательной среды и скользящими движениями наносят штрих снизу вверх, от одной стенки пробирки к другой.

При посеве на поверхность плотной питательной среды в чашки Петри чашку держат в левой руке. Дно ее с одной стороны придерживают 1 и II пальцами, а с другой —IV и V пальцами. Крышку, приоткрытую настолько, чтобы в образовавшуюся щель свободно проходили петля или шпатель, фиксируют 1 и III или 1 и II пальцами (рис.). Небольшое количество исследуемого материала втирают бактериальной петлей в поверхность питательной среды у края чашки. Затем петлю прожигают, чтобы уничтожить избыток находящегося на ней материала. Линию посева начинают с того места, в котором находится материал. Бактериальную петлю кладут плашмя на питательную среду, чтобы не поцарапать ее поверхности, и проводят штрихи по всей среде или по секторам, разграфив предварительно дно чашки (при условии, что среда прозрачна) на несколько равных частей. Нужно стараться, чтобы штрихи, наносимые петлей, располагались как можно ближе друг к другу, так как это удлиняет общую линию посева и дает возможность Для равномерного распределения засеваемого материала по поверхности плотной питательной среды можно пользоваться вместо петли тампоном или шпателем.

53. Морфология разнообразных групп микроорганизмов и методы их исследования.

К миру бактерий относятся одни из самых мелких МО обитающих на Земле. Меньше их микоплазмы, вирусы и бактериофаги. Среди бактерий встречаются и гиганты до 10 микрон (например, серобактерии, железобактерии, хламидобактерии и др.). Размер 2 микрона в длину и 1 микрон в ширину.

По форме МО делят условно на 3 основные группы:

1. шаровидные, среди них различают:

- кокки;

- диплококки;

- стрептококки.

Они размножаются делением или продольным, или поперечным (в одном измерении в длину)

- тетрококки (деление в двух взаимно перпендикулярных проекциях под прямым углом);

- сарцины (делятся в трёх взаимно перпендикулярных плоскостях под прямым углом);

- стафилококки - грозди винограда (деление в трёх взаимно не перпендикулярных плоскостях, образуя скученность).

Очень широко распространены в природе. Среди них различают сапрофитов, условно патогенные и патогенные формы. Их много в почве, воде, организмах насекомых, животных, а также растений.

2. Бактерии палочковидные формы, различают бактерии и бацилы.

Бактерии - неспорообразующие, делятся в длину.

Бацилы - делятся вдлину, спорообразующие плектидриальные; клостридиальные (clostridium) - посередине клетки.

Бацилы: диплобацилы, стрептобацилы

Бактерии: диплобактерии, стрептобактерии

3. Извитые бактерии. Различают:

- Вибрионы (имеют форму запятой. Типичные представители - обитатели пресных водоемов (водные вибрионы и холерный вибрион))

- Спириллы (имеют изгиб с одним или несколькими оборотами вибрион)

- Спирохеты (sphacrochita) (имеют вид тонкой спирали с многими оборотами, с размерами от десятой доли микрона до 10 микрон в длину. Есть гиганты от 370 и до 2 мкм. Среди спирохет есть сапрофиты, но больше инфекционные формы)

+) Микробактерии (нитчатые или нитевидные формы)

- Последние образуют хламидобактерии (состоят из длинных нитей, образованных палочковидными бактериями, расположенных в виде цепочки и покрытых чехлом-футляром. Содержатся в сточных водах и очистных сооружениях (например, аэротенках, прудах и др.).

- Рикеции (были открыты Рикетсом и Провачеком. Живут в паразитическом симбиозе с насекомыми и паукообразными, а некоторые из них на головных покровах (вши). Вызывают цепной или брюшной тиф.)

- Микоплазмы (МО очень малого размера - 0,1-0,2 мкм, сферической или овальной формы, не имеющей твёрдой оболочки).

Строение бактериальной клетки

Клеточная оболочка бактериальной клетки сложена разными соединениями, в зависимости от того, какие вещества входят в клетку.

Бактерии делят на:

- Грам отрицательные (грам -);

- Грам положительные (грам +).

Оболочка сложена из мукосахаридов, мукопептидов и мукопротеидов (для Грам -). А для Грам + из мукопептидов, полисахаридов, (?) кислот.

Оболочка ригидна, то есть обладает жесткостью, толщина от 0,01 до 0,04 мм и составляет 20% от сухой массы клетки.

Под клеточной оболочкой у бактерий находится цитоплазматическая мембрана, состоящая из 3 слоёв. С наружней и внутренней поверхности - монослой белка, между ними липидный слой. Толщина ЦПМ от 50 до 100 ангстремов.Мембраны играют большую роль в проницаемости клетки и ее осматических процессах.

Цитоплазма образует коллоидную систему, состоящую из липидов, белков, углеводов, минеральных соединений. Главную роль сложения матрицы играет вода. Окрашивается теми же красителями, что и протоплазма растений.

Рибосомы состоят из белков (55%), фосфоролипидов (40%) и богаты РНК. Доля РНК превышает 40% от сухого вещества клетки. Каждая бактерия имеет 1000 рибосом, а каждая рибосома образует полирибосомы, в которых осуществляется синтез белка в организме.

Мезосомы располагаются в тех частях клетки, в которых имеется повышенное парциальное давление кислорода. Состоят из белков (30-40%), липидов (25-38%), РНК 1%.

Участвуют в обмене веществ, осуществляют синтез пептидов, участвуют в жировом обмене, и солевом, водном, липидном и др. балансах.

Нуклеотид представлен в виде тяжей, выполняет роль ядра.

54. Исследование микроорганизмов в окрашенном виде. Окраска микроорганизмов по Граму, основные растворы и методика.

Метод окраски по Граму

Фиксированный мазок окрашивают карболовым раствором генцианового фиолетового в течение 1-2 минут.

1.В течение 1 минуты обрабатывают мазок раствором Люголя.

2.Обесцвечивают спиртом 10-20 сек.

3.Промывают водой.

4.Докрашивают мазок водным раствором фуксина 1-2 минуты.

NB! Метод окраски по Граму является важным диагностическим методом. Все бактерии по отношению к окраске по Граму делятся на грамположительные - темно-фиолетового цвета и грамотрицательные - красного. Способность окрашиваться в тот или иной цвет зависит от строения их клеточной стенки и коррелирует со многими другими свойствами бактерий. У грамположительных бактерий в клеточной стенке отсутствуют ароматические и серосодержащие аминокислоты, отмечается низкое содержание липидов, у грамотрицательных, напротив, эти вещества содержатся в большом количестве. Кроме того, у грамположительных бактерий имеется магниевая соль рибонуклеиновой кислоты, отсутствующая у грамотрицательных. Она и образует прочный химический комплекс с белком, генцианвиолетом и йодом, который не разрушается при кратковременном действии спирта. У грамотрицательных такой комплекс не образуется. Они легко обесцвечиваются под действием спирта. Фуксин докрашивает грамотрицательные микроорганизмы в красный цвет.

55. Требования, предъявляемое к микробиологическим лабораториям и правило работы.

Работа в микробиологической лаборатории требует строгого соблюдения специальных правил, что определяется двумя основными положениями.

Первое

- в микробиологической практике используют, главным образом, чистые культуры микроорганизмов, т. е. популяции микроорганизмов одного вида, часто являющихся потомством одной клетки.



Второе

- при исследованиях с не идентифицированными микроорганизмами, при их выделении из объектов окружающей среды и техногенных потоков, могут быть выделены патогенные и условно патогенные микроорганизмы

Подготовку лаборатории к занятиям проводит лаборант; студенты, выполняя задания, должны соблюдать следующие правила.

1. Каждый студент в микробиологической лаборатории работает на постоянном месте, выполняя задания индивидуально.

2. На рабочем месте не должно быть посторонних предметов (в том числе портфелей и сумок).

3. Студент должен работать только в чистых халатах, волосы должны быть подобраны, не падать на плечи.

4. При работе с культурами микроорганизмов необходимо соблюдать все правила микробиологической техники. На пробирках, колбах, чашках Петри, матрацах должна быть сделана надпись, содержащая родовые и видовые названия культуры, дату засева, фамилию студента и номер группы.

5. Все предметы, использованные при работе с живыми культурами, должны быть обеззаражены либо обжиганием в пламени горелки (петли, иглы), либо погружены в дезинфицирующий раствор (предметные и покровные стекла, пипетки, шпатели).

6. Все засеянные пробирки, чашки помешаются в термостат или сдаются лаборанту. Отработанный материал (пробирки, чашки Петри) также помещается в определенные емкости по указанию лаборанта для их дальнейшего обеззараживания.

7. В лаборатории запрещается курение, прием пищи, лишнее хождение по лаборатории.

8. В конце занятия студент должен привести в порядок рабочее место, вымыть руки. Необходимо иметь индивидуальное полотенце, салфетки для вытирания рук.

56. Санитарно-бактериологические показатели оценки качества природных вод.

Санитарно-бактериологические показатели качества воды. Непосредственное обнаружение в воде возбудителей инфекционных заболеваний является затруднительным в виду того, что методы выделения патогенных микроорганизмов, особенно вирусов, сложны и не позволяют в короткий срок дать заключение об эпидемиологической характеристике воды. Поэтому санитарно-бактериологическая оценка производится по косвенным показателям, которыми являются: 1) микробное число и 2) содержание кишечной палочки. Оба эти показателя общеприняты на основе длительных наблюдений, свидетельствующих о том, что чем сильнее загрязнена вода, тем больше в ней сапрофитной и кишечной микрофлоры и, наоборот, чем меньше она загрязнена (особенно выделениями человека и хозяйственно-бытовыми сточными водами), тем меньше в этой воде число микробов и, в частности, кишечных палочек и, следовательно, тем слабее выражена возможность возникновения инфекционных заболеваний при употреблении такой воды.

Микробное число (общее количество микробов в 1 мл воды) является ориентировочным показателем, поскольку подсчитываются все находящиеся в пробе микробы без их идентификации; оно указывает на загрязнение воды любой сточной жидкостью, отбросами и т. д., которые не гарантированы от содержания в них патогенных бактерий.

Обнаружение кишечной палочки в воде имеет большое санитарно-показательное значение. Это связано с тем, что местом естественного обитания ее является толстый кишечник человека и животного. Во внешнюю среду она может попадать только с испражнениями. Следовательно, обнаружение кишечной палочки в воде свидетельствует о загрязнении ее фекалиями, в которых могут находиться, помимо B. coli, патогенные бактерии кишечной группы — возбудители брюшного тифа, дизентерии, паратифов. Кишечная палочка называется показателем фекального загрязнения воды.

58. Метантенки для утилизации активного ила, осадков и высококонцентрированных сточных вод. Размещение, строительство, эксплуатация.

Метантенк— устройство для анаэробного брожения жидких органических отходов с получением метана. Метановое сбраживание – это процесс распада органических соединений до простых веществ, в результате которого выделяется газ. Жиры и белки в основном разлагаются с высоким выделением метана, а углеводы — с выделением углекислого газа. Смесь этих газов – это биогаз. Процесс разложения происходит в результате жизнедеятельности анаэробных микроорганизмов.

Получение биогаза из органических отходов имеет следующие особенности:

1. осуществляется санитарная обработка сточных вод (особенно животноводческих и коммунально-бытовых), содержание органических веществ снижается до 10 раз;

2. анаэробная переработка отходов животноводства, растениеводства и активного ила приводит к минерализации основных компонентов удобрений (азота и фосфора) и их сохранению (в отличие от традиционных способов приготовления органических удобрений методами компостирования, при которых теряется до 30-40% азота);

3. при метановом брожении высокий (80-90%) КПД превращения энергии органических веществ в биогаз;

4. биогаз с высокой эффективностью может быть использован для получения тепловой и электрической энергии, а также в двигателях внутреннего сгорания;

5. биогазовые установки могут быть размещены в любом регионе страны и не требуют строительства дорогостоящих газопроводов.

Метантенк является одним из важных элементов очистных сооружений. В отличие от аэротенков в них поступает, как правило, не сама сточная жидкость, а концентрированный осадок, выпадающий в отстойниках. Для малых количеств сточной жидкости (как правило, до 25 м³ в сутки) обычно применяют септики, для средних количеств (до 10 000 м³ в сутки) — двухъярусные отстойники. В метантенках органические остатки переводятся в незагнивающую форму без доступа кислорода.

Конструктивно метантенк представляет собой цилиндрический или реже прямоугольный резервуар, который может быть полностью или частично заглублён в землю. Днище метантенка имеет значительный уклон к центру. Кровля метантенка может быть жёсткой или плавающей. В метантенках с плавающей кровлей снижается опасность повышения давления во внутреннем объёме. Стенки и днище метантенка выполняются, как правило, из железобетона.

Принцип действия: Сверху в метантенк по трубе поступает осадок и активный ил. Для ускорения процесса брожения метантенк подогревают, а содержимое перемешивают. Подогрев осуществляется водяным или паровым радиатором. В условиях отсутствия кислорода из органических веществ (жиров, белков и т. д.) образуются жирные кислоты, из которых при дальнейшем брожении образуется метан и углекислый газ. Сброженный ил высокой влажности удаляется из нижней части метантенка и направляется на сушку (например, иловые площадки). Образовавшийся газ отводится через трубы в кровле метантенка. Из одного кубического метра осадка в метантенке получается 12—16 кубометров газа, в котором около 70 % составляет метан.

Существуют две технологические схемы сбраживания (работы биореакторов):

1. Одноступенчатая (низконагружаемые метантенки);

2. Двухступенчатая (иногда называется многоступенчатой) – в этом случае в качестве первой ступени устанавливается метантенк, работающий в мезофильном режиме, а в качестве второй – открытый (на нем осуществляется обезвоживание и уплотнение осадка). Преимуществами такой схемы является: отсутствие расслоения осадка и отделения иловой воды.

Размещение

Различают подземное, надземное размещение биогазовой установки, а также строительство установки внутри помещения.

На место расположения будущей биогазовой установки влияют несколько факторов, например, наличие свободных площадей, расположение животноводческих помещений, место предполагаемого складирования переработанного субстрата, глубина залегания грунтовых вод.

При планировании места расположения необходимо учитывать все факторы и, прежде всего, удобство в обслуживании, близость источников сырья и воды для метантенка.

Метантенк желательно разместить поблизости от потребителей биогаза, так как длинный газопровод увеличивает стоимость установки и опасность утечки биогаза. А также метантенки должны располагаться, по возможности, ближе к источникам перерабатываемого сырья.

Перспективным представляется размещение метантенка на дне солнечного соляного пруда, рва, поскольку солнечный соляной пруд может одновременно являться и противопожарным водоемом.

Эксплуатация

Оптимальный режим сбраживания при длительности процесса 9—14 суток требует меньшей зольности и влажности осадка. Следовательно, оптимальная эксплуатация метантенков всецело зависит от эффективности работы песколовок и первичных отстойников. Причем очень важно, чтобы в первичных отстойниках было хорошее уплотнение осадка. Для нормальной эксплуатации метантенков требуется поддержание постоянной оптимальной нагрузки с соблюдением таких необходимых условий протекания процесса, как постоянство дозы загрузки (времени пребывания осадка в метантенке) и температуры. Успешная эксплуатация метантенков может быть нарушена попаданием веществ, токсически влияющих на анаэробную микрофлору: ионов тяжелых металлов (меди, никеля, цинка), избытка ионов аммония, сульфидов, цианидов, фенолов, высококонцентрированных поверхностно-активных веществ (ПАВ). Поэтому при нарушениях работы метантенков, но при благоприятных главных условиях протекания процесса нужно произвести химический анализ указанных ингредиентов.

Иногда даже при внешне благоприятных условиях протекания процесса сбраживания могут быть резкие кратковременные изменения рН, нагрузки и температуры, обусловленные случайными факторами. Такие колебания бывает трудно уловить в ходе эксплуатации, но знать о их возможности необходимо.

Таким образом, основой поддержания оптимальных параметров эксплуатации метантенков прежде всего является успешная работа сооружений, в которых образуются осадки и формируется состав. Только комплексный подход к технологии эксплуатации может дать желаемый эффект.

Возможно три режима работы метантенков:

· психрофильный – при температуре до 200°С

· мезофильный – при температуре 33°C;

· термофильный – при температуре t = 53°C.

Выбор температуры определяется условиями работы метантенка: технико-экономическими, санитарно-гигиеническими, природоохранными с учетом

обеспечения полного цикла сбраживания. Следует также обратить внимание на химический состав осадка и его объем.

По конструктивным признакам метантенки бывают с неподвижным незатопленным и подвижным перекрытием. Наибольшее распространение в отечественной практике получили метантенки с неподвижным незатопленным перекрытием. Такие метантенки, например, построены для Харьковской станции аэрации и в Москве для Люблинской и Курьяновской станций аэрации.

Образующийся в метантенке газ может быть использован в качестве топлива в котельных установках Для приведения в действие газовых двигателей либо в качестве заменителя горючего для газобаллонных машин.

59. Метод титра и его использование для выявления количественного и качественного состава микроорганизмов в различных пробах.

Метод титра, или предельных разбавлений, применяется для установления количества микроорганизмов определенных физиологических групп (например, бактерий молочно-кислых, уксусно-кислых, бактерий группы кишечной палочки и др.) на товарах и материалах.

Сущность метода состоит в том, что исследуемый материал в определенных количествах (берется последовательный ряд десятикратных разведений, подготовленных для анализа пробы) высевается в сосуды с элективной, т. е. избирательной для определяемых микроорганизмов, питательной средой. Выращиваются посевы также в наиболее благоприятных условиях для развития искомых микроорганизмов (температура, доступ воздуха и др.) и в то же время благоприятных для развития других. По прошествии необходимого срока выращивания посевов устанавливают, в каком наименьшем количестве исследуемого материала (в каком предельном разведении его) находились представители данной группы, т. е. определяют их титр. Выявляются искомые микроорганизмы по типичным для них изменениям питательной среды. Для выявления бактерий группы кишечной палочки это специальная среда Эндо (компоненты этой среды подавляют рост грамположительных бактерий).

Бактерии коли-группы (кишечная палочка) являются, таким образом, санитарно-показательными микроорганизмами. Для санитарно-гигиенической оценки воды, пищевых продуктов и других объектов важно установить не только наличие этих бактерий, но и их количество, что позволяет судить о степени фекального загрязнения. Чем больше обнаружено санитарно-показательных микроорганизмов, тем с большей вероятностью можно ожидать наличия на исследуемом объекте возбудителей инфекционно-кишечных заболеваний и тем более низкая оценка должна быть дана санитарному состоянию исследуемого объекта. Количество кишечных палочек, определяемое методом титра, выражают коли-титром и коли-индексом.

Количество колоний бактерий учитывают следующим образом: дно чашки Петри маркером делят на равные секторы, учтенные колонии отмечают точками на стекле. Для определения титра считают среднее число колоний на чашке и умножают на разведение. Для подтверждения принадлежности к бактериям группы кишечной палочки из колоний, выросших на среде Эндо, готовят фиксированные мазки, окрашивают их по Граму, микроскопируют.

60. Создание бактериальных препаратов на основе исследований для производственного применения. Области применения.

Области применения бактериальных препаратов:

В животноводстве и ветеринарии:

Недостаток кормового белка можно восполнить биотехнологическим путем. Так, продуцентами кормового белка могут быть бактерии, дрожжи, микроскопические водоросли, микро-и макромицеты, которые можно выращивать на различных отходах.

Один из способов сохранения скошенной травы и увеличения ее питательной ценности –силосование. При этом растительную массу уплотняют в специальных силосных ямах и вводят в нее специальные закваски (смесь микроорганизмов). Это позволяет в зимнее время скармливать животным растительный корм даже более ценный, чем исходный.

Пробиотики –это биологические препараты, которые представляют собой культуры симбионтных микроорганизмов или продукты их ферментации, которые способствуют росту последних, подавляют рост патогенных и условно-патогенных микроорганизмов, нормализуют пищеварение, обладают антитоксическим и антиаллергическим действием и др.

Вакцины – это препарты, которые получают на основе ослабленных, инактивированных или дезинтегрированных возбудителей болезней. Применяются для иммунизации животных с профилактической и лечебной целями.

Антибиотики –это препараты, которые применяют для профилактики и лечения инфекционных заболеваний. Они вырабатываются микроорганизмами и способны тормозить рост и вызывать гибель бактерий и других микробов. В качестве кормовых используют антибиотики, которые ранее были медицинскими.

В растениеводстве:

Вакцин для растений не существует. Однако разработаны оригинальные способы борьбы с насекомыми-вредителями растений (энтомопатогенные препараты; от греч. entoma–насекомые). При этом выращивают специальные микроорганизмы, которые заражают и убивают насекомых, но не вредят человеку, животным и самому растению.

Еще один способ борьбы с насекомыми – обработка участков поля феромонами (половыми аттрактантами насекомых; от лат. attraho–притягиваю к себе). Их получают микробиологическим путем с использованием химических стадий. Привлеченных феромонами насекомых собирают и уничтожают.

Бактериальные удобрения – препараты на основе микроорганизмов, которые способны потреблять азот из воздуха и переводить его в аммонийную и органическую форму.

В пищевой промышленности

Различные микроорганизмы в виде заквасок применяют для получения кисломолочных продуктов.

Биотехнологическим путем также получают пищевые подкислители: лимонная, яблочная, молочная и другие кислоты.

Микроорганизмами синтезируется глутаминовая кислота (глутамат), которая спользуется для усиления аромата мясных, рыбных, грибных изделий.

В медицине

Вакцины – это препараты, которые получают на основе ослабленных, инактивированных или дезинтегрированных возбудителей болезней. Применяются для иммунизации животных с профилактической и лечебной целями.

Антибиотики –это препараты, которые применяют для профилактики и лечения инфекционных заболеваний. Они вырабатываются микроорганизмами и способны тормозить рост и вызывать гибель бактерий и других микробов. В качестве кормовых используют антибиотики, которые ранее были медицинскими.

В энергетике

Получение биогаза из органических отходов путем метанового брожения. Так, в Китае многие сельскохозяйственные фермы имеют установки для переработки отходов и навоза. Получаемый газ используют для отопления и приготовления пищи. Сырье для получения биогаза можно специально выращивать (зеленая масса быстрорастущих растений и деревьев, водоросли).

Получение водорода биофотолизом воды. Известны фототрофные бактерии, которые способны выделять водород под действием света.

Ферменты этих бактерий наряду с водородом образуют и кислород, т.е. происходит биофотолиз воды. Пока это направление пока еще не дало практических результатов, но является весьма перспективным.

Биосинтез углеводородов микроорганизмами. Например, в США для получения жидких углеводородов используют микроводоросль Botriococcus braunii, которая под действием света накапливает до 75% углеводородов от сухой массы клеток.

Другие приложения

Получение растворителей. Путем анаэробного ацетонобутилового сбраживания крахмалосодержащего сырья, мелассы, молочной сыоротки можно получить смесь растворителей (60% бутанола, 30% ацетона и 5 - 10% этанола), а также газы – водород и диоксид углерода. Бутанол используют при производстве пластмасс, а ацетон – как растворитель.

Бактериальное выщелачивание металлов. Например, бактерия Thiobacillus ferrooxydans окисляет двухвалентное железо и восстанавливает двухвалентную серу. Это является основой перевода многих сульфидных минералов в раствор при бактериальном выщелачивании меди, цинка, урана, серебра

61. Мезосомы и фотосинтетические мембранные структуры произошли от…

Мезосомы и фотосинтетические мембранные структуры произошли от – Плазматической мембраны

62. Энергетический метаболизм - это поток реакций, сопровождающихся мобилизацией энергии и преобразованием ее в электрохимическую ( дельта мю H+ ) или химическую ( АТФ ) форму, которая затем может использоваться во всех энергозависимых процессах.

63. Биологическое окисление – процесс окисления биологических веществ с выделением энергии

64. При гомоферментативном молочнокислом брожении конечным продуктом окисления глюкозы является молочная кислота CH3CHOHCOOH)

65. Какими прокариотами осуществляется спиртовое брожение?

Дрожжи родов Sacchamyces, грибы родов Oidium, Mucor, Monilia.Бактерии рода clostridium.

Среди прокариот к активному спирт. брожению способны Erwinia amylovora, Zymomonas mobilis, Sarcina vintriculi.

66. При взаимодействии масляной кислоты, продукта маслянокислого брожения со спиртом в присутствии серной кислоты как катализатора образуется эфир и вода.

����3����2����2��������+��3��7����→����3����2����2��������3��7+ H2O

67. Как называется микроорганизм, участвующий в круговороте азота?

Почвенные бактерии. Azotobacter – бактерия, связывающий азот воздуха. Нитрифицирующие- Nitrosomonas,Nitrobacter. Нитрификаторы – бактерии, принадлежащий к семейству Nitrobacteracea.

68. Обсемененность почвы микроорганизма находится в тесной зависимости от степени загрязнения ее фекальными массами и мочой, а также от характера обработки и удобрения.

69. Микроорганизмы, обладающие морфологической изменчивостью в зависимости от условий среды могут иметь вид палочек, кокков или обнаруживающие слабое ветвление.

70. Оболочка грамм «+» прокариот сложена из мукопептидов, полисахаридов, тейховой кислоты.

71. Роль мезасом в прокариотовой клетке: участвует в обмене веществ, в жировом обмене, поглощении солей и воды.

72. Какие органоиды прокариот участвуют в синтезе белка?

Рибосомы состоят из белков, фосфорепидов и богаты РНК. Составляет 60% всей РНК и представляет собой субмикроскопические органоиды, размеры которых от 20 до 40 мкм. Они образуют полирибосомы, в которых осуществляется синтез белка.

73. Брожение – это процессы получения энергии, при которых отщепляемый от субстрата водород переносится, в конечном счете, на органические акцепторы. Без участия молекулярного кислорода и органических соединений способны окисляться, когда имеется какой либо акцептор – минеральное, органическое соединение, которое при этом восстанавливается. Природу биологического окисления впервые раскрыл и описал Луи Пастер. Ему на примере молочно-кислого, спиртового и масленно-кислого брожения удалось доказать, что эти процессы вызываются жизнедеятельностью микроорганизмов.



74. При гетероферментативном молочнокислом брожении, вызываемое некоторыми микроорганизмами, глюкоза расщипляется с образованием…

С6Н12О6 —> CH3CHOHCOOH + CO2 + H2 + CH3COOH + C3H2O5

75. Ферменты, участвующие в спиртовом брожении…

Сахар при спиртовом брожении католизируется ферментом зимазой, который сложен из двух элементов: апозимаза ( элемент, который разрушается при нагреве) и козимаза (термостабильный).

76. Что понимается под сапробностью водоемов?

Сапробность – комплекс физиолого-биохимических свойств данного организма, обусловленных его способностью развиваться в воде с тем или иным содержанием веществ и степени загрязнения.

77. Укажите какие симбиотические группы бактерий почвы учавствуют в связывании молекулярного азота?

На то, что клевер и другие бобовые растения обогащают почву азотом, впервые указал Буссенго. Установление связи между фиксацией азота и корневыми клубеньками бобовых явилось заслугой Хелльригеля и Вильфарта (1886-1888). Бобовые могут расти в отстутствие связанного азота лишь в том случае, если их корни усеяны клубеньками, которые образуются в результате заражения корневых волосков бактериями из почвы. Бактерии, вызывающие образование клубеньков у бобовых растений (клубеньковые бактерии), относятся к роду Rhizobium. При свободном существовании в почве эти аэробные грам-отрицательные палочки растут как сапрофиты. По специфичности в отношении растения-хозяина, а также по некоторым другим признакам различают несколько видов клубеньковых бактерий (Rhizobium leguminosarum, Rhizobium meliloti, Rhizobium trifolii, Rhizobium phaseoli, Rhizobium lupini, Rhizobium japonicum и др.).

78. Бактерицидные химические вещества по их действию на бактерии подразделяются поверхностно-активные вещества, фенолы и их производные, красители, соли тяжелых металлов, окислители, группа формальдегида.





Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2


База данных защищена авторским правом ©nashuch.ru 2017
обратиться к администрации | Политика конфиденциальности

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Лабораторная работа
Пояснительная записка
Методические указания
Рабочая программа
Методические рекомендации
Теоретические основы
Практическая работа
Учебное пособие
Общая характеристика
Общие сведения
Теоретические аспекты
Физическая культура
Дипломная работа
Самостоятельная работа
Федеральное государственное
История развития
Направление подготовки
квалификационная работа
Выпускная квалификационная
Общая часть
Техническое задание
Технологическая карта
Методическое пособие
Краткая характеристика
государственное бюджетное
Теоретическая часть
прохождении производственной
Техническое обслуживание
Методическая разработка
Технология производства
Общие положения
Математическое моделирование
Исследовательская работа
Металлические конструкции
Организация работы
Понятие предмет
Правовое регулирование
учреждение высшего
Гражданское право
Уголовное право
Описание технологического
Технологическая часть
Практическое занятие
Решение задач
Метрология стандартизация
Общие требования
История возникновения
Основная часть
физическая культура