могут преобладать бактерии окисляющие закисные соединения железа и марганца, поступающие из микроаэрофильной зоны. Пониженный окислительно-восстановительный потенциал в нижних микрозонах благоприятен для микроорганизмов, восстанавливающие захороненные окисные соединения железа и марганца

45. Особенности микрофлоры морей и океанов. Микрофлора афотической зоны, её значение для трофических цепей глубоководных зон.

Физические характеристики морей: На глубинах t C океанской воды постоянна в течение всего года:

2000 м – от 2 до 4 С, 6000-11000 м – от 1,1 до 3,6 С. Наименьшая соленость в верхних широтах: 3435% Самая высокая соленость – 30-20֯северной и южной широты: 37 ‰. В экваториальной зоне соленость снижается. Гидростатическое давление: При погружении на 10м в глубину давление возрастает на 1 атм. Почти на 80 % площади мирового океана давление составляет 300 атм. На максимальных глубинах достигает 1100 атм.

Световой режим. Свет проникает на глубину 1500м. Сначала поглощаются ультрафиолетовые и красные лучи, затем зеленые,голубые и фиолетовые. Газовый режим. Кислород – 0-8,5 мг/л, Азот – 8,4-14,5 мг/л, СО2 – 34-56 мг/л. Также обнаруживаются зоны с высокой концентрацией сероводорода.

Донные отложения. Дно покрыто толстым слоем осадков (3-8 км). Прибрежные грунты (25% осадков) – терригенного происхождения, состоят из гравия, песка, ила. Пелагические отложения (75%) – образуются за счет обитателей пелагиали и неорганических частиц.

Пелагиаль – толща воды океанов, морей и озёр. Делится на вертикальные зоны по освещённости и по распределению жизни (поверхностная, переходная и глубоководная)

Прокариотические автотрофы и хемотрофы играют важную роль в первичной продукции:

•Цианобактерии

•Серные пурпурные и зеленые бактерии

•Нитрификаторы

•Железо/марганец/сера окисляющие бактерии

Прокариотические органотрофы осуществляют процессы гетеротрофной деструкции:

•Преобладание грам(-) бактерий (Chromobacterium, Bacterium, Pseudomonas)

•Среди грам(+) – Micrococcus, Sarcina, Bacillus, плеоморфные виды рода Arthrobacter, Mycobacterium

и некоторые виды актиномицетов

•Образование мелких форм

•Светящиеся бактерии (Photobacterium, Vibrio)

Уменьшение численности сапротрофов с глубиной, в зависимости от содержания органического вещества. И даже в экваториальнотропической зоне имеются слои, в которых обнаруживаются единичные бактерии.

В морской воде и иле содержится от 10 млн. до 3 млрд. клеток в 1 мл. Основная масса расположена в прибрежных зонах. На глубине 1 км встречаются единичные представители, а до 4 км они практически отсутствуют. • В пробах грунта Северного Ледовитого океана на МПА вырастали единичные колонии, что соответствовало сотням сапротрофных бактерий в 1г ила.

Афотическая зона— глубинная водная толща, характеризующаяся полным отсутствием солнечного света и практически полным отсутствием фотосинтеза. Нередко эту зону также называют «ночной зоной». Давление, до 775 кг на см². Жизненные формы — в основном хищники и детритофаги, существуют здесь за счёт «трупного дождя» из полуразложившихся остатков гидробионтов, падающих из вышележащих слоёв.

Исключение составляет особая, связанная с чёрными курильщиками, глубоководная экологическая зона — гидротермаль с «оазисами жизни», в которых, в отличие от фотосинтеза эвфотической(верхней) зоны, пищевая цепь существует благодаря первичной продукции, вырабатываемой на основе хемосинтеза хемоавтотрофных бактерий, усваивающих сульфидные минералы гидротермальных источников — гидротерм.

В 2005 году, в одном из глубоководных гидротермальных сообществ вблизи берегов Мексики была впервые обнаружена особая фотосинтетическая зелёная серобактерия, способная осуществлять фотосинтез без солнечного света путём усваивания слабого свечения других организмов гидротермали.

46. Методы аэробной биологической очистки сточных вод: поля фильтрации, поля орошения.

Метод основан на использовании жизнедеятельности аэробных микроорганизмов, для которых органические вещества сточных вод (в растворенном и коллоидном состоянии) являются источником питания. При наличии свободного кислорода в сточных водах микроорганизмы окисляют (минерализуют) органические вещества.

Поля орошения– это специально подготовленные для очистки сточных вод участки земли. Очистка протекает под действием почвенной микрофлоры, солнца, воздуха и под влиянием растений. В почве полей орошения находятся бактерии, дрожжи, водоросли, простейшие животные. Сточная вода, содержащая в основном бактерии, фильтруется через почву. Биоценозы смешиваются в слое почвы и возникают сложные взаимодействия микроорганизмов, благодаря чему сточная вода освобождается от содержащихся в ней бактерий. Микроорганизмы минерализуют органические вещества с использованием растворенного кислорода. После, такую почву используют для возделывания сельхоз культур.

Если на полях не выращиваются сельскохозяйственные культуры, и они предназначены только для биологической очистки сточных вод, то они называются полями фильтрации.

47. Методы аэробной биологической очистки сточных вод: аэротенки, биофильтры.

Биофильтр -сооружение очистки сточных вод путём минерализации органических веществ бактериями - аэробами. Представляет собой бассейн с дренажом на днище (шлак, галька), покрытого биологической пленкой аэробных микроорганизмов. В биофильтре отстоявшаяся сточная жидкость, проходя через дренаж, очищается создаваемой на нем биологической пленкой, аналогичной активному илу аэротенков. Загрязняющие вещества сточных вод сорбируются биопленкой и, под влиянием организмов, из которых она состоит, подвергаются процессу окисления. Реакция окисления происходит в присутствии воздуха, который попадает через крупнозернистый дренаж. Аэротенки - сходны по строению с биофильтрами, это тоже проточные резервуары, чуть с большей глубиной (4 - 6 м), в которых сточные воды очищаются с помощью аэробных микроорганизмов виде активного ила, а также кислорода (искусственной аэрации).

48. Методы анаэробной переработки органических отходов: метантенки. Метаногенная и не метаногенная микрофлора.

Метантенк —резервуар цилиндрической формы для анаэробного брожения жидких органических отходов с получением метана. В них поступает не сама сточная жидкость, а концентрированный осадок и активный ил. Содержимое метантенка подогревают. 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.

3 основные стадии анаэробного разложения органического вещества:1. Гидролиз 2. Брожение 3.

Метаногенез

Первая и вторая фаза – кислотные (рН не выше 6,5), мезофильные, температура 35-37 С. Последняя фаза – метаногенная, термофильная, температура 55С.

МИКРОФЛОРА МЕТАНТЕНКОВ СХОДНА С РУБЦОМ ЖВАЧНЫХ. Неметаногенная микрофлора: Enterobacteriaceae, Bacillaceae, Clostridiaceae, Lactobacillaceae. Целлюлозоразрушающие: Ruminococcus, Veilonella,. Ascillospira, Spirochaeta, Propionibacterium. Денитрификаторы – Alcaligenes, Achromobacter, Ps.denitrificans, Bacillus. Пурпурные бактерии – Rhodopseudomonas.

Метаногенная микрофлора. Морфологически разнообразная группа: прямые или изогнутые палочки разной длины; клетки неправильной формы, близкие к коккам; извитые формы. Объединены двумя общими признаками: облигатные анаэробы и способны образовывать метан. Methanothermus, Methanococcus, Methanosarcina.

49. Методы определения численности и биомассы микроорганизмов в природных

образцах.

Определение численности: • Прямой счет под микроскопом (световая микроскопия, флуоресцентный метод)

•Методы культивирования на питательных средах.

•Определение микробной биомассы:

1.измерение количества АТФ и общего содержания адениновых нуклеотидов

2.измерение содержания компонентов клеточных стенок— мурамовой кислоты или липополисахаридов

3.измерение концентрации хлорофилла

4.определение белка, так как бактериальные гемопротеины имеют характерную хемилюминесценцию.

5.определение липидов; метиловых эфиров жирных кислот фосфолипидов (МЭЖК)

6.измерение дыхания после добавления субстрата

КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ОЦЕНКА МЕТАБОЛИЗМА МИКРООРГАНИЗМОВ

• Измерение скорости микробной продукции проводят с использованием меченного тритием тимидина

•Измерение скорости фотосинтеза проводят в светлых и темных склянках с введенной порцией

14^СО2

•Измерение скорости дыхания по выделению 14^СО2 из органических субстратов

•Определение активности специфических ферментов

50. Методы исследования некультивируемых форм бактерий.(НФБ)

Мы можем культивировать меньше 0,1 % всего микробного разнообразия. Морские воды содержат многие виды архей и бактерий, которые не поддаются культивированию в лаборатории. Некоторые патогены человека, Legionella pneumophila, Salmonella enteritidis, Vibrio cholerae, постоянно образуют НФБ формы в природных эконишах. Методы исследования :

• Прямые наблюдения природных образцов с помощью микроскопа

Метод прямого прижизненного окрашивания проб. Например, микроорганизмы окрашивают акридиновым оранжевым и он флуоресцирует. Цвет флуоресценции зависит от отношения ДНК/белок в клетке: активно делящиеся клетки зеленые, а растущие более медленно или покоящиеся оранжевые

Метод компьютерного моделирования

• Методы молекулярной диагностики

Обнаружение отдельных генов или специфических последовательностей генома позволяет проводить анализ микробных сообществ без выделения чистых культур.

ГИБРИДИЗАЦИОННЫЙ АНАЛИЗ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОЛЕКУЛЯРНЫХ (ГЕННЫХ) ЗОНДОВ.

•Филогенетические зонды – олигонуклеотиды, комплементарные участкам ДНК различной степени вариабельности и специфичные на разных таксономических уровнях: виды, роды, семейства и пр.

•Функциональные зонды – гены, кодирующие ключевые ферменты метаболизма: азотфиксация

(нитрогеназа), автотрофия (рибулозо-1,5-бисфосфат карбоксилаза/оксигеназа), денитрификации (нитратредуктаза), метанотрофии (метанмонооксигенааз) и др.

51. Генетически модифицированные микроорганизмы и проблема их распространения в природе.

Генно модифицированный микроорганизм получают с помощью ферментов, которые могут разрезать и сшивать ДНК в определенных местах. Причем в пробирке это можно сделать в заданном районе, встраивая таким образом нужный ген в определенное место. Модифицированную плазмиду вводят в клетки кишечной палочки, дают им размножиться и выделяют из культуры бактерий точные копии нужной плазмиды. Теперь можно заражать ими клетки растений, животных и других микоорганизмов. Общеизвестно, что микроорганизмы синтезируют целый ряд ценных веществ.. Пищевые добавки, аминокислоты, витамины, ароматизаторы, ферменты – вот далеко не полный перечень веществ, которые получают при помощи генетически модифицированных микроорганизмов. В ряде случаев, биотехнологические методы производства этих соединений уже заменили традиционный химический синтез. Преимущества биотехнологического производства с использованием генетически модифицированных микроорганизмов очевидны: микроорганизмы быстро растут и, в большинстве случаев, легко культивируются.

Однако некоторые формы ген.мод. бактерий могут нести опасность если их штаммы выйдут за пределы лаборатории.Так, эта бактерия, приобретшая чужеродный ген, может попасть в организм человека, и могжет продуцировать свой белок. Что может привести к смерти человека.