Тема 16. Поширення мікроорганізмів та їх роль у кругообігу речовин у природі. Кругообіг азоту

Поширення мікроорганізмів у біосфері. Поняття про екологічну нішу. Фактори, які впливають на якісний та кількісний склад мікроорганізмів. Мікроорганізми та біогенна міграція атомів. Поняття про кругообіг речовин у природі. Кругообіг азоту.

Фіксація молекулярного азоту. Відкриття мікроорганізмів, що здійснюють цей процес. Роботи С.Н. Виноградського та М. Бейерінка. Вільноживучі азотфіксатори:

а) анаеробний фіксатор – Cl. pasteurianum. Його характеристика та поширення;

б) аеробний фіксатор – азотобактер. Його характеристика та поширення.

Симбіотична фіксація азоту. Роботи М. Бейерінка. Бульбочкові бактерії. Їх характеристика. Специфічність. Значення бактероїдів.

Амоніфікація. Визначення. Типи. Амоніфікуюча мікрофлора. Значення цього процесу для родючості ґрунтів.

Нітрифікація. Роботи С.Н. Виноградського. Види нітрифікуючих бактерій. Їхня характеристика. Двофазність процесу. Тісний зв’язок процесів амоніфікації та нітрифікації в ґрунті. Нітрифікація та родючість ґрунтів.

Денітрифікація. Пряма та непряма. Денітрифікатори, їх поширення у ґрунті. Негативне значення цього процесу для сільського господарства та заходи боротьби з ним.

Тема 17. Участь мікроорганізмів у кругообігу вуглецю, сірки, фосфору, заліза

Перетворення вуглецевмісних речовин у природі. Мінеральний вуглець. Його питома вага в загальному метаболізмі вуглецю. Фізіологічний тип бактерій, які використовують лише мінеральний вуглець. Органічний вуглець. Вуглеводи рослинних залишків та їхнє перетворення. Розщеплення речовин, що входить до складу клітинних стінок рослин. Розщеплення пектинових речовин. Збудники, їх характеристика. Хімізм процесу. Розщеплення клітковини. Мікроорганізми, які розщеплюють клітковину в аеробних і анаеробних умовах, їх характеристика. Роль клітковинних бактерій у шлунку жуйних тварин. Роботи С.Н. Виноградського, В.Л. Омелянського. Розщеплення в природі лігніну, жирів, восків. Мікроорганізми, їх характеристика. Метаболізм вуглеводів у природі.

Біологічний цикл сполук сірки. Мінералізація органічної сірки. Мікроорганізми, які здійснюють цей процес. Перетворення мінеральної сірки. Характеристика мікроорганізмів – не нитчастих (р. Thiobacillus), нитчастих (р. Beggiatoa, p. Thiotrix), фотосинтезуючих зелених і пурпурних сіркобактерій. Роботи С.Н. Виноградського. Відновлення мінеральної сірки. Характеристика сульфатовідновних бактерій. Їхня роль у геологічних процесах.

Перетворення сполук фосфору в природі. Джерела фосфору в природі. Мінералізація фосфорорганічних сполук. Мобілізація важкодоступних фосфатів. Мікроорганізми, які беруть участь у цих процесах.

Перетворення заліза та марганцю в природі. Збудники, їх характеристика. Роль мікроорганізмів у геологічних процесах, бактеріальне вилужування металів та перспективи його промислового використання (роботи кафедри).

IV. Генетика мікроорганізмів

Тема 18. Постійність, зміна та передача ознак. Мутації

Вступ до генетики мікроорганізмів. Роль генетики мікроорганізмів у розвитку молекулярної біології, медицини, технічної мікробіології. Спадковість та мінливість у мікроорганізмів (вчення про плеоморфізм та мономорфізм). Поняття про генотип і фенотип, фенотипічна адаптацію та мутації. Використання бактерій та фагів для вирішення кардинальних питань спадковості та мінливості живих організмів.

Генетичний апарат у еукаріотів і прокаріотів: помилки реплікації, що є результатом заміни однієї пари основ (точкові мутації) та розриву вуглеводно-фосфатного остову ДНК із випаданням, інверсією чи вставкою нового фрагмента. Спонтанні та індуковані мутації, частота їх виникнення. Використання фізичних та хімічних мутагенів. Молекулярні основи реверсії.

Фенотипічні вираження мутацій: зміна чутливості до антимікробних речовин, втрата здатності використовувати певні субстрати, виникнення ауксотрофності, поява фагорезистентності, високої чутливості до температури (умовно-летальні мутанти) тощо.

Методи відбору мутантів: використання селективних середовищ, відбір, заснований на різній здатності до виживання (пеніциліновий метод, фільтрація). Час фенотипічного вираження мутацій у клітинах з одним чи декількома нуклеотидами. Мутації з придбанням, мутації із втратою. Роль мутацій у популяційній мінливості, еволюції мікроорганізмів. Селекція різних мутантів. Застосування мутантів мікроорганізмів у наукових дослідженнях і практичних цілях.