Конечными продуктами обмена первичных анаэробов являются несбраживаемые продукты: Н2, ацетат, ЛЖК. Соответственно используемым субстратам выделяют гидрогенотрофные и ацетотрофные организмы. Разложение иных продуктов брожения, в том числе спиртов, суммарно обозначаемых как ЛЖК, включает два варианта: прямое окисление при достаточном окислительном потенциале акцептора или конверсию в водород и ацетат особой группой синтрофных организмов.

Вторичные анаэробы используют лишь ограниченное число простых органических соединений - лактат, этанол, Н2 и др. Ключевым процессом при разложении несбраживаемых веществ служит межвидовой перенос Н2 и сопряженный с ним ацетогенез. Межвидовой перенос Н2 обуславливает термодинамическую возможность разложения несбраживаемых веществ, если Н2 удаляется из системы. За счет межвидового переноса Н2 существует группа синтрофных организмов. Внутренним акцептором Н2 в системе может служить только СО2.

Пространственная организация тесно связана с трофической и отчетливо проявляется в бентосных сообществах, приобретающих аналогию с тканью. Принцип кооперативной трофической связи между функциональными различными группами бактерий состоит в том, что, продукты обмена одних групп организмов являются субстратом для других.

Питание бактерий осуществляется исключительно путем молекулярной диффузии, движущей силой которой служит градиент концентрации вещества вокруг клетки. Перенос вещества от одного организма к другому пропорционально квадрату расстояния. Чем ближе клетки бактерий от источника питания, тем эффективнее поступление вещества в клетку. Поскольку в бентосных сообществах действуют функциональные группы бактерий, то для взаимодействующих организмов важно сближение на минимальное диффузионное расстояние.

35. Типы антагонистических взаимодействий между популяциями микроорганизмов

Антагонизм — термин, применяемый к таким взаимоотношениям между микроорганизмами, когда один вид задерживает или полностью подавляет рост другого. Если угнетение взаимно, говорят об аменсализме.

В конкурентной борьбе организмы могут следовать r-стратегии (r—показатель скорости логарифмического роста популяции в нелимитирующей среде) или К - стратегии (К—показатель верхнего предела численности популяции). При обилии пищи r-стратегии быстро размножаются и получают преимущество, но в неблагоприятных условиях быстро отмирают. К-стратегии расходуют больше ресурсов на поддержание жизнеспособности, размножаются медленнее, но зато лучше сохраняются в неблагоприятных условиях. В зависимости от условий получают преимущество организмы, следующие той или иной стратегии, причем имеют значение изменения среды как в пространстве, так и во времени.

Взаимосвязь между микроорганизмами проявляется и при различных инфекционных болезнях животных и человека. Так, гемофильные бактерии проявляют свое патогенное действие в организме в сообществе с различными сапрофитами – стафилококками, кишечной палочкой, что используется в лабораторной диагностике. Тяжесть течения злокачественного отека зависит от присутствия

совместно с патогенными клостридиями сапрофитов. Наиболее широко используется человеком антогонистические взаимоотношения между микроорганизмами (антибиотики, пробиотики).

Жизнь организма в сообществе зависит не только от абиотических условий, но и от того, в какие взаимоотношения он вступает с другими организмами.

36. Распределение микроорганизмов в почвенном профиле. Перемещение микроорганизмов в почве, динамика численности популяций.

На распределение микроорганизмов в почвенном профиле оказывает влияние, в первую очередь, запас органического вещества. Как правило, профильное распределение микроорганизмов соответствует содержанию гумуса по горизонтам почвы: наибольшая их численность обнаруживается в верхних органогенных слоях, а с глубиной она убывает более или менее резко в зависимости от типа почвы.

При сильном летнем иссушении почвы максимум численности может быть обнаружен не в верхнем слое, а на некоторой глубине, где сохраняется влага. Высокая численность микроорганизмов характерна для иллювиального горизонта, погребенных или надмерзлотных горизонтов в почвах тундры.

Водоросли обычно сосредоточены в верхних 5 см почвы и особенно на поверхности. Грибы очень четко связаны с распределением органического вещества. В глубоких минеральных горизонтах почвы преобладают олиготрофные группировки бактерий и обычны дрожжи рода Lipomyces. Распределение простейших следует за общей численностью микроорганизмов, и, как правило, их больше в верхних горизонтах почв.

Большое влияние на распределение и перемещение организмов в почвенных слоях оказывают корни растений. Они служат источником органических веществ и на их поверхности обитает гораздо больше микроорганизмов, чем в окружающей почве.

Перемещение организмов в почве может быть активное и пассивное. Активно передвигаются все животные и растущие корни растений. Микроскопические животные, простейшие, передвигаются по почве во влажной среде, по системе капилляров, заполненных водным раствором. Многие бактерии, обладающие жгутиками, также активно передвигаются в системе водных пленок, пор и капилляров.

Динамика численности популяции изменяется в зависимости от условий окружающей среды, подобные связи могут иметь связанный характер, так, например, при снижении уровня влаги в почве, рост одних микроорганизмов может замедлятся, в то время как другие, более устойчивые виды получают приемущество.

37. Функциональные группы микроорганизмов в почве. Эколого-трофические группы микроорганизмов и их сукцессии.

Основные группы:

Сапрофаги (в т.ч. целлюлозо-разрушающие грибы или бактерии): микроорганизмы, обладающие ферментами, разлагающими полимеры, которые влияют на большую часть энергетических потоков в пищевых сетях

Микросимбионты (в т.ч. микоризные грибы, ризобии): микроорганизмы, связанные с корнями, деятельность которых усиливает прием питательных веществ растениями;

Вредители и возбудители болезней (в т.ч. патогенные грибы, беспозвоночные животные - вредители растений), виды, используемые в биологическом контроле (в т.ч хищники, паразиты и сверхпаразиты вредителей и возбудителей болезней);

Бактериальные трансформеры: бактерии, преобразующие углерод (в т.ч. метанотрофы) или питательные элементы, такие как азот, сера или фосфор (в т.ч. нитрифицирующие бактерии).

Микрорегуляторы регулируют потоки питательных веществ в результате питания растениями и других взаимодействий с организмами;

Химические инженеры/микробные сапрофаги. Химические инженеры отвечают за протекание химических процессов и способны разлагать органическое вещество в ходе реакций анаболизма и катаболизма. Эти процессы регулируют в основном микроорганизмы (микробы), представленные бактериями и грибами, поскольку более 90% потока энергии в почвенной экосистеме опосредуется микробами.

Бактерии – водные организмы, которые живут в почвенных порах, заполненных водой. Большинство бактерий имеют ограниченные способности к передвижению и налипают на поверхность минеральных и органических частиц, образуя плотные скопления (маты) из клеток, которые называют биопленками. Их расселение зависит от движения воды, роста корней или активности почвенных организмов.

Движения бактерий весьма ограничены и более 90% бактерий в почве неактивны, поскольку они не способны перемещаться в поисках органического субстрата. В природе большую часть времени бактерии неактивны, вероятно, из-за голодания. При помещении в лабораторные условия и при предоставлении им пищи, они начинают быстро размножаться и рост биомассы может быть в 1 -10 тыс. раз выше, чем в природе.

Бактерии могут выполнять огромное количество метаболических функций, в т.ч. ускорять значительное количество химических превращений, включая распад органического вещества, а также подавлять развитие болезней и стимулировать перемещение питательных веществ по корням.

38. Значение биологической рекультивации техногенных земель. Этапы рекультивационных мероприятий.

Учебник по рекультивации.

39. Биоремедиация загрязненных почв с участием микроорганизмов. Этапы биоремедиационных мероприятий.

Биоремедиация — комплекс методов очистки вод, грунтов и атмосферы с использованием метаболического потенциала биологических объектов.

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.

40. Участие микроорганизмов в деградации атмосферных загрязнений.

При попадании в атмосферу и водные источники, на почву и растительность, а также на поверхности зданий, сооружений и других объектов жизнедеятельности человека оксиды азота, растворяясь в воде, образуют азотную и азотистую кислоту, вредное действие которых сказывается и на организме человека, вызывая заболевания сердечнососудистой, дыхательной, нервной систем и желудочнокишечного тракта.

Биологические методы подразумевают использование углеводородокисляющих и других микроорганизмов (УОМ), которые способны разлагать продукты сгорания до безопасных минеральных соединений. В различных источниках имеется описание 22 родов бактерий, 31 рода микроскопических грибов и в том числе 19 родов дрожжей выделенных из почвенных экосистем. Из морской среды обитания выделено 25 родов бактерий и 27 родов микроскопических грибов. В их числе: бактерии (Bacillus, Clostridium, Escherichia и др.), мицелиальные грибы (Aspergillus, Penicillium, Mucor и др.), дрожжи (Candida, Saccharomyces, Trichosporon и др.), цианобактерии (Microcoleus, Oscillatoriam, Plectonema и др)

Верхние слои атмосферы в малой степени очищаются микроорганизмами, поскольку большинство из них гибнет в атмосфере из-за ультрафиолетовых лучей, высыхания, отсутствия питательных веществ. Основная часть микроорганизмов обитает в верхних слоях почвы и очищает приземный слой атмосферы, используя в качестве субстратов роста окись углерода (CO), сероводород (H2S), углеводороды (CH) и окислы азота (NOx). При этом главным источником загрязнения воздушной среды является почва. Частично микроорганизмы попадают в воздух с открытых водоемов с капельками воды, от человека, животных, растений.

Применение методов биологической очистки при загрязнении продуктами сгорания углеводородных топлив в большей степени подходит для очистки почвы и воды, поскольку многие микроорганизмы, ненадолго попадающие в атмосферу, являются патогенными и условно патогенными, а также вызывающими образование опасных соединений, в том числе азотной и серной кислоты. Для предотвращения загрязнения атмосферы предлагается использование альтернативных топлив, каталитических нейтрализаторов и каталитических покрытий поршня, что в свою очередь также уменьшит уровень загрязнения почвы и воды.

41. Роль микроорганизмов в глобальных циклах элементов: круговорот углерода и кислорода. Группы микроорганизмов, участвующих в круговороте.

По отношению к источникам углерода микроорганизмы делят на две группы – автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы превращают CO2 в органические соединения за счет внешних источников энергии. Обычно автотрофы делят на две группы: хемолитоавтотрофы для ассимиляции углерода СО2 используют энергию окисления минеральных веществ, фотоавтотрофы для этой цели используют солнечную энергию. Гетеротрофы нуждаются в готовых органических соединениях, которые используются ими и как источник энергии, и как источник углерода.