Тема 1.3. Экология микроорганизмов Основы экологии

Тема 1.3. Экология микроорганизмов
Основы экологии микроорганизмов. Экология микробных сообществ.
Микроорганизмы – существенная часть любой экосистемы, выполняющая функции синтеза нового
органического вещества в процессе первичной продукции и деструкции органических веществ.
Функции микроорганизмов в природных сообществах:
*Минерализация – полное разрушение органических веществ до самых простых неорганических веществ –
СО2, Н2О, Н2S, CH4, NH4 и др.
*Питание для других организмов сообщества – «мортмасса».
*Пища для крупных микроорганизмов, простейших. Роль жертвы.
*Модификация сложных соединений или газообразную форму.
*Подавление/стимулирование активности или ограничение роста и жизнедеятельности других организмов
сообщества.
В природных сообществах:
*Микроорганизмы никогда не находятся в оптимальных условиях.
*Пищевые ресурсы в систему поступают медленно.
*Бактерии используют 1 % от своих возможностей жизнедеятельности.
Между собой микроорганизмы строят различные взаимоотношения:
1. Конкуренция. Микроорганизмы вырабатывают антибиотики и другие агрессивные вещества, подавляя
жизнедеятельность конкурирующей биоты.
2. Кооперация. Кооперативные взаимоотношения возникают при накоплении субстрата. Для анаэробов
кооперативные взаимоотношения более обязательны, чем для аэробов, поскольку анаэробные бактерии
часто испытывают энергетические барьеры при потреблении питательных субстратов.
3. Симбиозы. Обусловлены не только пищевой зависимостью, но и изменениями условий внешней среды
(микориза, ризосфера, эндо- и экзосимбиозы с простейшими и пр.)
4. Паразитизм. Возбудители инфекционных болезней человека и животных, риккетсии и хламидии
(облигатные паразиты); фитопатогенные бактерии Agrobacterium; хищники грамотрицательных бактерий
Bdellovibrio и зеленых водорослей Campylobacter.
Физиологический статус микробов (по Виноградскому С.Н.)
*Автохтонные микроорганизмы – постоянно присутствуют в сообществе независимо от количества
питательных веществ в среде. К-стратеги – микроорганизмы, растущие с постоянной невысокой скоростью,
не зависимой от концентрации питательных веществ.
*Аллохтонные (зимогенные) бактерии – не всегда присутствуют в природной среде, активно размножаются
вследствие сброса определенного количества питательных веществ. R-стратеги, выбирают для
жизнедеятельности высокую скорость роста. Такие организмы неэффективно используют питательные
вещества. Быстрое стремительное размножение сменяется столь же быстрыми темпами отмирания.
Существуют такие экониши, в которых специализированный микроорганизм практически не испытывает
конкуренции или антагонизма со стороны других видов. Например, желудок человека и животных, где
обитает Helicobacter pilori.
В сообществе обязательны:
* Микроорганизмы-гидролитики, обладающие набором ферментов-гидролаз, способные использовать
полимерные соединения, обеспечивающие субстратом себя и «микрофлору рассеяния»
*Диссипотрофные микроорганизмы. Эти организмы заканчивают разрушение веществ, которые не смогли
расщепить гидролитики.
Стабильное природное сообщество характеризуется наличием функциональных дублеров. При таких
условиях даже серьезное изменение внешней среды не влияет на стабильность сообщества.
Основы экологии микроорганизмов. Микроорганизмы воздуха.
Микроорганизмы – существенная часть любой экосистемы, выполняющая функции синтеза нового
органического вещества в процессе первичной продукции и деструкции органических веществ.
Воздух как среда обитания неблагоприятен для развития микробов вследствие действия таких факторов
среды как:
*отсутствие питательных веществ
*отсутствие достаточной влаги
*отсутствие оптимальной температуры
*губительное действие солнечных лучей
*губительное действие высушивания
Состав микробиоты воздуха зависит от: степени загрязнения воздуха минеральными и органическими
взвесями; температуры; осадков; характера местности; влажности и др.
Микрофлора воздуха зависит от микрофлоры почвы или воды.
В воздухе бактерии не размножаются, однако некоторое время микробы могут сохраняться.
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.
Количество микробов в воздухе колеблется в больших диапазонах – от нескольких экземпляров до многих
десятков тысяч в 1м3. В холодных климатических районах и над морскими просторами воздух содержит
лишь несколько клеток в больших объемах воздуха, в воздухе городов количество бактерий несоизмеримо
больше. Хвойные леса вырабатывают огромное количество фитонцидов, обладающих бактерицидными
свойствами.
С порывами ветра микроорганизмы могут разноситься на большие высоты над уровнем суши и моря.
Воздух более загрязнен вблизи земной поверхности.
В воздухе микроорганизмов тем больше, чем больше плотность населения. Весьма богат микробами воздух
в закрытых помещениях, особенно в кинотеатрах, вокзалах, школах, в животноводческих помещениях и др.
В них часто находят в 1 м3 от 5 до 300 тыс. бактерий.
В зависимости от времени года в воздухе меняются состав и количество микрофлоры. Если принять общее
количество микробов зимой за 1, то весной оно будет составлять 1,7, летом – 2, осенью – 1,2.
Микрофлора воздуха состоит в основном из бактерий, обитающих в почве, на растениях и живых
организмах. В воздухе часто встречаются пигментные сапрофитные бактерии (микрококки, различные
сарцины). Эти бактерии выработкой пигментов надежно защищены от действия ультрафиолетовых лучей.
Споровые бактерии Вacillus subtilis, В. megaterim, В. cereus, В. mesentericus, В. mycoides попадают в воздух
из почвы.
Рseudomonas glaucum, Mucor mucedo, Micrococcus roseus, Micr. candicans, Staphylococcus citreus, Staph. albus,
актиномицеты, плесневые, дрожжевые грибы и др. довольно часто входят в состав бактериоценоза воздуха.
При чихании, кашле, разговоре, через воздух, вместе с аэрозолем и каплями слизи и мокроты, могут
передаваться возбудители воздушно-капельных бактериальных и вирусных инфекционных заболеваний.
При их быстром распространении велика вероятность эпидемий и пандемий.
Основы экологии микроорганизмов. Микроорганизмы морских водных экосистем.
Микроорганизмы – существенная часть любой экосистемы, выполняющая функции синтеза нового
органического вещества в процессе первичной продукции и деструкции органических веществ.
Морские воды являются специфической средой обитания микроорганизмов, что связано с характерным
солевым составом воды, низкими температурами, высоким давлением, малыми концентрациями
органических веществ.
Общая численность микроорганизмов, их горизонтальное и вертикальное распределение в открытых
районах океана колеблется от нескольких тысяч до сотен тысяч в 1 см3, а на больших глубинах снижается
до сотен и десятков в 1 см3.
Прибрежные воды характеризуются более высоким числом бактерий, что обусловлено в свою очередь более
высокой концентрацией растворенного органического вещества, общими гидрологическими процессами, в
частности, приливно-отливными явлениями.
Физиологические группы морских микроорганизмов:
*Галофилы. В морской воде развиваются преимущественно виды, адаптировавшиеся к высокой
концентрации соли, способные размножаться при концентрации соли в среде от 2 до 30 %.
*Психрофильные (холодолюбивые) и мезофильные (холодовыносливые) бактерии. Соотношение между
психрофильными и мезофильными формами в водной среде складывается в пользу первых, что обусловлено
постоянно низкой температурой водных масс морей и океанов.
* Барофилы - микроорганизмы, живущие в глубоких морских впадинах и на больших глубинах, они
способны выносить большое гидростатическое давление (до 50 МПа). Большинство из них относятся к
родам Pseudomonas, Micrococcus и Bacillus.
*Продуценты – автотрофные микроорганизмы, к которым можно отнести цианобактерии, оксигенные и
аноксигенные фототрофные бактерии, а также микроводоросли.
*Деструкторы, в число которых входят большинство гетеротрофных бактерий и грибы.
*Завершающим звеном в трофических цепях водных экосистем являются редуценты – простейшие
организмы и некоторые бактерии.
Автотрофные микроорганизмы усваивают азот из неорганических соединений, растворенных в воде.
Гетеротрофы по отношению к источнику азота проявляют избирательность. Паразиты используют
органические азотсодержащие вещества клеток хозяина.
1. Гетеротрофные микроорганизмы играют главенствующую роль в водных экосистемах, осуществляют
важнейшие процессы – круговорот органического вещества и процессы реминерализации ОВ, благодаря
чему биогенные соединения вновь становятся доступными для первичных продуцентов.
-Азотфиксаторы – Azotobacter, Clostridium;
-Нитрификаторы – Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus, Nitrospira – в основном строго морские виды
бактерий. Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus, Nitrosovibrio – встречаются и в морских и в
пресных водоемах.
-Денитрификаторы – представлены в основном бактериями рода Pseudomonas, широко распространенными
в окружающей среде, а также довольно широким спектром гетеротрофных бактерий.
-Аммонификаторы – бактерии, обладающие протеолитической активностью родов Bacillus, Proteus,
Pseudomonas, Clostridium.
-К диссимиляционным и ассимиляционным сульфатредукторам относят бактерии родов, имеющих
приставку Desulfo-. Они обитают, как правило, в бескислородных осадках пресных и морских водоемов,
например бактерии родов Desulfotomaculum, Desulfovibrio, Desulfococcus и другие.
-Способностью окисления восстановленных соединений серы обладают бактерии родов Thiobacillus,
Thiomicrospira и Sulfolobus.
2. Продуценты – цианобактерии, оксигенные и аноксигенные фототрофные бактерии, а также
микроводоросли.
Среди автотрофных бактерий, обитающих в морях, встречаются бактерии родов Chromatium, Thiocystis,
Chlorobium, Prosthecochloris, Chloroflexus, Erythrobacter, цианобактерии родов Cyanotbece, Xenococcus,
Spirulina и другие.
В морской воде количество микроорганизмов меньше, чем в пресной, но все же отличается разнообразием
видов. В морской воде были обнаружены бактерии, относящиеся к различным родам – кокки (роды
Micrococcus и Sarcina), споровые и неспороносные, подвижные и неподвижные палочки (роды Pseudomonas,
Achromobacter, Flavobacterium, Bacillus, Cytophaga, Cоrinebacterium, Vibrio), а также дрожжи, актиномицеты
и некоторые грибы.
Широко распространены также, особенно в прибрежных районах, бактерии родов Mycobacterium и
Rhodococcus.
Некоторые микроорганизмы, обнаруженные в морской воде, попадают в нее с речными стоками и
приспосабливаются к новой среде обитания. Это относится к актиномицетам и микобактериям, широко
распространенным в почвах и некоторым другим видам микроорганизмов.
Основы экологии микроорганизмов. Микроорганизмы солоноватых водных экосистем.
Микроорганизмы – существенная часть любой экосистемы, выполняющая функции синтеза нового
органического вещества в процессе первичной продукции и деструкции органических веществ.
Фьорды и заливы – крупные акватории, в которые с одной стороны поступают значительные водные массы
из прибрежных рек и ручьев, а с другой – водные массы прилегающего моря. Воды заливов
характеризуются меньшей соленостью, чем морские, более высокими температурными режимами,
значительным содержанием органических веществ.
Особая структура бактериоценоза фиорда складывается в результате:
*перемешивания пресных водных масс, несущих, как правил, загрязнения с прибрежных районов и более
чистых водных масс морской воды
*насыщения поверхностных вод растворенной органикой
*происходит интенсивное выпадение в осадок мелкодисперсной взвеси, которые содержат гамму
*адсорбированных органических молекул и ряда ионов минеральных элементов
создается новая химическая ситуация в верхних слоях донных осадков залива, что оказывает воздействие на
бентосные сообщества.
Залив, в который впадают реки и ручьи, является сложным гидрохимическим объектом. Благодаря
материковому стоку, особенно в весенний период, здесь происходит взаимодействие и смешение двух
водных масс – речной и морской, обладающих различными гидрохимическими и гидрологическими
характеристиками. В процессе трансформации пресных вод суши изменяется их плотность, солёность и
другие параметры.
В зоне контакта суши и моря, рек и моря происходит интенсивный круговорот солевого состава, биогенных
веществ и микроэлементов.
В районах загрязнения залива прибрежными стоками наблюдается уменьшение биоразнообразия фауны и
флоры и понижение продуктивности биоценозов.
Загрязнение влияет на структуру бактериоценоза. В условиях загрязнения в состав микробоценоза
добавляются аллохтонные бактерии, в числе которых большой доли достигают условно-патогенные
микроорганизмы. Увеличивается биоразнообразие.
Отклик бактериальных сообществ на антропогенное загрязнение выражается в смене обычно
доминирующих в воде гр+ бактерий на гр- м/о.
Основы экологии микроорганизмов. Микроорганизмы пресноводных экосистем.
Микроорганизмы – существенная часть любой экосистемы, выполняющая функции синтеза нового
органического вещества в процессе первичной продукции и деструкции органических веществ.
Численность микроорганизмов в природных пресных водах зависит от их происхождения. Водосбор реки
происходит из различных источников, естественных, таких как болота, озера, ручьи, мелкие притоки,
подземные горизонтально залегающие источники, и искусственных – прудов, водохранилищ. Значительную
долю воды и загрязнений привносят атмосферные осадки.
Осадки
Дождевая вода бедна микроорганизмами и обогащается ими, захватывая и, увлекая из воздуха мельчайшие
частицы пыли.
Снег практически свободен от бактерий и все же в 1 мл только что выпавшего и растопленного снега даже в
самые сильные морозы насчитывается от нескольких десятков до нескольких сотен бактерий.
Микрофлора града различна и колеблется от нескольких тысяч до десятков клеток в 1 мл, причем
микроорганизмы обнаруживаются как внутри градин, так и на их поверхности.
Количество микроорганизмов во льду зависит от качества воды, из которой он образовался. Так, в 1 мл
растопленного льда естественных водоемов, особенно в черте города, содержатся десятки тысяч
микроорганизмов, а во льду, приготовленном из дистиллированной воды, лишь единицы.
Подземные воды весьма бедны микроорганизмами, что объясняется адсорбцией микроорганизмов на
частицах почвы при прохождении воды через грунт. В них содержатся единицы сапрофитных бактерий в 1
мл. Смешиваясь с грязными потоками воды во время дождя, ключевые источники могут содержать до
нескольких тысяч бактерий в 1 мл. В водах артезианских скважин число микроорганизмов обычно не
превышает десятка в 1 мл, но и они попадают в воду при прохождении ее через трубы, сама же артезианская
вода свободна от бактерий.
В реках вода проточная и содержит больше бактерий, водорослей, зоопланктона и зообентоса, а также
речного гумуса и минеральных взвешенных веществ, чем морская. Количество питательных веществ
является главным фактором, способствующим развитию микроорганизмов и разнообразию
физиологических групп. Численность бактерий в равнинных участках рек обычно колеблется от сотен тысяч
до миллионов в 1 мл, претерпевает значительные сезонные колебания, обнаруживая максимум во время
пика паводка.
Озера представляют собой водоемы со стоячей водой. Озера принято делить на эвтрофные, мезотрофные (от
2 до 4 млн), олиготрофные (от 500 тыс. до 1,5 млн) и дистрофные (общее содержание бактерий в среднем
150 тыс. клеток в 1 мл), характеризующиеся различной интенсивностью жизненных процессов в водоеме,
зависящей в основном от поступления в водную массу биогенных элементов.
Микробное население болот чрезвычайно бедно, что объясняется высокой кислотностью воды, ее крайне
слабой минерализацией из-за отсутствия контакта с грунтом, который обычно покрыт растительностью.
Болотная вода насыщена метаном, что обуславливает развитие специфических метанобразующих
микроорганизмов.
В воде искусственных водоемов содержание бактерий в несколько раз больше, чем в воде рек, т.е.
составляет несколько млн. в 1 мл воды. Количество микроорганизмов в иле водохранилищ колеблется от 0,5
до 2,5 млн. клеток в 1 г сырой массы.
В толще воды содержатся сильно разбавленные питательные вещества и много растворенного кислорода,
поэтому здесь развиваются, в основном, нитрифицирующие бактерии и олигокарбофильные
микроорганизмы, нуждающиеся в низких концентрациях органического вещества.
В глубинных и придонных слоях воды обычно наблюдается завышенное содержание бактерий независимо
от распределения их в толще воды по причине обилия питательных веществ.
Наиболее типичными и постоянными водными микроорганизмами являются олигокарбофилы,
флуоресцирующие, пигментные и лишенные пигмента формы. Наиболее часто в пресной воде
обнаруживаются бактерии родов Pseudomonas, Micrococcus, Spirillum, Sarcina, Cladotrix, Sphaerotilus.
Анаэробных видов в чистой воде, как правило, нет. Встречаются и типичные водные грибы из родов Мucor
и Fusarium, а также актиномицеты. Кроме них, как в олиготрофных, так и в эвтрофных водоемах
встречаются бактерии рода Mycobacterium и Bacillus.
Среди автотрофных бактерий, обитающих в пресных водоемах, встречаются бактерии родов Lamprocystis,
Thiocystis, Thiodictyon, Thiopedia, Thiospinllum, Ancalochloris, Chloronema, цианобактерии родов
Myxobaktron, Arthrospira, Cylindrospermum, Nostoc.
Огромное количество микроорганизмов обитает в иле пресных водоемов, представляющем собой отмершие
остатки гидробионтов, не разложившиеся в водной толще, и минеральные частицы различного
происхождения (углекислый кальций, глинистые частички), постоянно оседающие на дно. Здесь создается
зона, богатая органическим веществом и благоприятная для развития различных групп микроорганизмов. В
самом поверхностном слое ила, соприкасающемся с водной массой, число бактерий выражается сотнями
тысяч и миллионами клеток на 1 см2.
В поверхностном слое ила особенно большую роль играют нитчатые серо- и железобактерии. Серобактерии
окисляют образующийся в иле сероводород в соли серной кислоты, что предотвращает его диффузию в
водоем, и следовательно заморы рыбы. Разрушение бактериальной пленки при сильных волнениях приводит
к массовому отравлению рыб сероводородом. Здесь обитают также бактерии, окисляющие метан, водород.
Встречаются представители Caulobacter и Seliberia, простековые, а также хищные формы. В иле
преобладают спорообразующие бактерии. Чем глубже залегает ил, тем больше в нем спороносных форм.
На глубине 2–5 см от поверхности ила создаются микроаэрофильные условия, на глубине до 10 см –
анаэробные, которые благоприятствуют жизнедеятельности преимущественно анаэробных гетеротрофных
бактерий, получающих энергию для своих нужд в процессах брожения. Особенно распространены здесь
бактерии, сбраживающие целлюлозу, пектиновые вещества, метанобразующие, а также гнилостные и другие
группы анаэробных бактерий, в частности, анаэробные фиксаторы атмосферного азота. Встречаются
флексибактерии, которые имеют гидролитические ферменты, расщепляющие пектин, целлюлозу, хитин,
крахмал.
Основы экологии микроорганизмов. Микроорганизмы почвенных экосистем.
Микроорганизмы – существенная часть любой экосистемы, выполняющая функции синтеза нового
органического вещества в процессе первичной продукции и деструкции органических веществ.
Почва – благоприятная среда для обитания и размножения различных микроорганизмов.
В состав микробных биоценозов почвы входят бактерии, грибы, простейшие и бактериофаги.
Санитарно-гигиеническое значение микрофлоры почвы огромно. Почва может стать источником
распространения инфекционных болезней, а также обсеменения патогенными и сапрофитными
микроорганизмами воды, воздуха, сырья, пищевых продуктов, кормов.
Микроорганизмы почвы участвуют в природном круговороте веществ, минерализации органических
отбросов, самоочищении почвы.
Существенную роль в формировании микробного биоценоза почвы играют высшие растения, насекомые и
животные.
Микрофлора плодородной почвы состоит из микробных популяций водорослей, актиномицетов,
нитрифицирующих, денитрифицирующих, целлюлозоразлагающих бактерий, серобактерий, пигментных
микробов, грибов и простейших. Особо важное значение имеют азотфиксирующие бактерии, обогащающие
почву соединениями азота.
Численность микроорганизмов в почве очень велика. В 1 г почвы может быть от 1 до 10 млрд.
бактериальных клеток. На один гектар почвы приходится от до 6 тонн бактериальной массы.
Наибольшее количество (1х106 в 1 мм3) микробов содержится в верхнем слое почвы – на глубине 5…15 см.
В глубоких слоях (1,5…6 м) встречаются единичные микроорганизмы.
В месторождениях нефти обитают углеводородокисляющие бактерии.
В почве постоянно обнаруживают грамположительные палочки и кокки, образующие эндоспоры –
гнилостные спорообразующие аэробы из рода Bacillus (В. mycoides, В. subtilis, В. mеsentericus, В.
megatherium, В. cereus).
Анаэробы из рода Clostridium (Cl. sporogenes; Cl. putrificum, Cl. perfringens) также распространены в
различных видах почв. В почве долго сохраняются споры возбудителей столбняка Cl. tetani, газовой
гангрены Cl. perfringens, ботулизма Cl. botulinum.
В почве также обнаруживаются неспорообразующие аэробные бактерии рода Pseudomonas (Ps. fluorescens) и
факультативно-анаэробные бактерии рода Proteus (Pr. vulgaris).
Важным показателем санитарного состояния почвы является обнаружение бактерий семейства
Enterobacteriaceae и грамположительных энтерококков – показателей фекального загрязнения.
В почве выявляют азотфиксирующий род Azotobacter, нитрифицирующие рода Nitrobacter, Nitrospina,
Nitrococcus, Nitrospira, сероокисляющие бактерии родов Achromatium, Beggiatoa, Thioploca, Thiospirillopsis,
Thiothrix; железобактерии; сапрофитные кокки родов Micrococcus (Micr. albus, Micr. candicans, Micr. cereus
flavus), Sarcina (S. ureae) и грибы группы актиномицетов родов Actinoplanes, Streptomyces, Kineosporia и др.
Актиномицеты участвуют в деструкции органических, в частности растительных остатков, подключаясь к
процессу на поздних стадиях минерализации. Они способны разлагать и более сложные соединения, в том
числе гумусовые вещества.
Обильно населяют почвы микроскопические грибы. Обладая мощным ферментативным аппаратом, грибы
активно разлагают растительные остатки. Способность грибов к образованию органических кислот отводит
им главенствующую роль в процессах первичного почвообразования. Биомасса грибов в лесных почвах
зачастую превышает бактериальную биомассу.
Среди почвенных водорослей чаще всего встречаются представители четырех отделов: зеленые, синезеленые, желто-зеленые и диатомовые.
Зеленые водоросли, обладая хлорофиллом, способны к фотосинтезу, в процессе которого они выделяют
кислород. В отличие от бактерий и грибов, относящихся к деструкторам органического вещества, водоросли
являются продуцентами, создателями органического вещества.
Основы экологии микроорганизмов. Микроорганизмы почв. Микориза.
Микроорганизмы – существенная часть любой экосистемы, выполняющая функции синтеза нового
органического вещества в процессе первичной продукции и деструкции органических веществ.
Почва – благоприятная среда для обитания и размножения различных микроорганизмов.
В состав микробных биоценозов почвы входят бактерии, грибы, простейшие и бактериофаги.
Санитарно-гигиеническое значение микрофлоры почвы огромно. Почва может стать источником
распространения инфекционных болезней, а также обсеменения патогенными и сапрофитными
микроорганизмами воды, воздуха, сырья, пищевых продуктов, кормов.
Микроорганизмы почвы участвуют в природном круговороте веществ, минерализации органических
отбросов, самоочищении почвы.
Микрофлора плодородной почвы состоит из микробных популяций водорослей, актиномицетов,
нитрифицирующих, денитрифицирующих, целлюлозоразлагающих бактерий, серобактерий, пигментных
микробов, грибов и простейших. Особо важное значение имеют азотфиксирующие бактерии, обогащающие
почву соединениями азота.
Численность микроорганизмов в почве очень велика. В 1 г почвы может быть от 1 до 10 млрд.
бактериальных клеток. На один гектар почвы приходится от до 6 тонн бактериальной массы.
Наибольшее количество (1х106 в 1 мм3) микробов содержится в верхнем слое почвы – на глубине 5…15 см.
В глубоких слоях (1,5…6 м) встречаются единичные микроорганизмы.
В почве постоянно обнаруживают грамположительные палочки и кокки, образующие эндоспоры –
гнилостные спорообразующие аэробы из рода Bacillus (В. mycoides, В. subtilis, В. mеsentericus, В.
megatherium, В. cereus), анаэробы из рода Clostridium (Cl. sporogenes; Cl. putrificum, Cl. perfringens). В почве
долго сохраняются споры возбудителей столбняка Cl. tetani, газовой гангрены Cl. perfringens, ботулизма Cl.
botulinum, неспорообразующие аэробные бактерии рода Pseudomonas (Ps. fluorescens) и факультативноанаэробные бактерии рода Proteus (Pr. vulgaris).
Важным показателем санитарного состояния почвы является обнаружение бактерий семейства
Enterobacteriaceae и грамположительных энтерококков – показателей фекального загрязнения.
В почве выявляют азотфиксирующий род Azotobacter, нитрифицирующие рода Nitrobacter, Nitrospina,
Nitrococcus, Nitrospira, сероокисляющие бактерии родов Achromatium, Beggiatoa, Thioploca, Thiospirillopsis,
Thiothrix; железобактерии; сапрофитные кокки родов Micrococcus (Micr. albus, Micr. candicans, Micr. cereus
flavus), Sarcina (S. ureae) и грибы группы актиномицетов родов Actinoplanes, Streptomyces, Kineosporia и др.
Отношения между микроорганизмами и растениями базируются как на обмене метаболитами, так и на
обеспечении физического контакта.
Микроорганизмы в этом союзе:
*участвуют в процессах почвообразования, создают среду обитания для растений
*разлагают сложные биологические полимеры
*микроорганизмы возвращают в окружающую среду соединения, необходимые для роста и развития
растений
*проводят процесс связывания молекулярного азота, который обогащает почву азотными соединениями
*специфические микробные метаболиты влияют на скорость роста растений (грибы обеспечивают растения
соединениями фосфора)
*способны освоить большее пространство почвы для питания растением (мицелиальные микроорганизмы –
актиномицеты)
*выделение антимикробных субстанций сдерживает колонизацию и инфицирование различных частей
растения фитопатогенными микроорганизмами
Растения в союзе:
*живые растения, их мертвые остатки, а также различные прижизненные выделения – источники питания
для микроорганизмов
*поверхностные и внутренние структуры растения служат средой обитания микроорганизмов, предоставляя
им пространство для роста, возможность перемещения и распространения вместе с *частями растения, а в
ряде случаев и защиту от внешних воздействий.
растения могут направленно влиять на окружающую его микробную ассоциацию, выделяя аттрактанты или
репелленты.
Микробно-растительные взаимоотношения устанавливаются уже на стадии образования семени, оболочка
которого, а часто и внутренние структуры уже несут клетки или покоящиеся формы почвенных
микроорганизмов, а также свойствами самого семени.
Среди микроорганизмов, обнаруженных на поверхности и внутри семян, наиболее известны представители
таких родов аэробных и анаэробных бактерий, как Bacillus, Clostridium, Arthrobacter, Agrobacterium, Erwinia,
Pseudomonas, Xanthomortas, Streptomyces и др., а также грибов, относящихся к родам Aspergiilus, Botrytis,
Claviceps, Fusarium, Acremonium, Penicillium, Trichothecium, Phytophtora и другим, среди которых есть и
фитопатогенные.
Развивающаяся корневая система, проникая в глубь почвы, вступает во взаимодействие с почвенными
микроорганизмами, животными и корнями других растений. Вокруг корня формируется так называемая
ризосфера – окружающее корень пространство почвы, характеризующееся более высокой плотностью
микроорганизмов. Размер ризосферы исчисляется примерно от 0 до 8 мм в диаметре, количество микробных
клеток в ней велико. Пространство поверхности корня часто определяют как отдельное местообитание
микроорганизмов, называемое ризопланой.
Рост микробного сообщества стимулируется за счет продуктов жизнедеятельности корневой системы
растения – корневых депозитов, ризодепозитов (низкомолекулярные органические вещества (сахара,
спирты, органические и аминокислоты, витамины, гормоны и т.д.) или высокомолекулярные метаболиты
(полисахаридные и белковые слизи, ферменты) или утраченные части растения (слущивающиеся клетки,
отмершие участки корня, корневой чехлик и т.д.)
Симбиоз:
*Растение способствует изменению физико-химических условий среды обитания микроорганизмов,
оказывая механическое воздействие на почву, выводя через свою сосудистую систему ряд газов (например,
метан на рисовых чеках) и транспортируя кислород в анаэробные участки почвы вокруг корня.
*Ризосферные микроорганизмы, развиваясь на корневых депозитах растения, в процессе метаболизма и
после отмирания микробных клеток выделяют питательные вещества в формах, доступных для
использования растениями.
*Микроорганизмы ризосферы влияют на растение за счет стимуляторов роста (например, гиббереллинов),
которые воздействуют на морфологию и физиологию растения, а также других специфических метаболитов,
например этилена, вызывающего раннее цветение.
*В присутствии патогенных микроорганизмов микроорганизмы ризосферы могут синтезировать различные
биоконтролирующие агенты (антибиотики, ферменты, сидерофоры и др.), подавляющие рост нежелательной
микробиоты. Продуценты таких агентов относятся к родам Pseudomonas, Bacillus, Agrobacterium,
Trichoderma и др.
*Микроорганизмы синтезируют лектины, участвующие в адгезии бактериальных клеток к поверхности
корня, и стимуляторы роста растений (индолилуксусную кислоту).
*Стимуляция роста части поверхностных слоев клеток корневого волоска приводит к его спирализании, а
микроорганизмы попадают внутрь спирали и формируют инфекционную нить.
*Клетки интенсивно размножаются, образуя наросты (клубеньки) на корнях растений. Внутри клубеньков и
происходит процесс симбиотической азотфиксации, который сопровождается совместным синтезом
сложного соединения леггемоглобина, белковую часть которого образует растение, а гем синтезирует
бактерия.
Пространство вокруг надземных частей растения, а также ткани этого растения образуют филлосферу, в
которой выделяют собственно поверхность растения, называемую филлопланой. Количество эпифитных
микроорганизмов, обитающих на надземной части растения, сравнимо с численностью микроорганизмов в
почве.
Состав микробного сообщества филлосферы принципиально ничем не отличается от сообщества, присущего
семенам растений.
Среди его представителей отмечены как сапротрофные, так и патогенные виды.
Микроорганизмы, обитающие на листьях растений, помимо упомянутых выше, относятся к родам
Enterobacter, Zymomonas, Acetobacter, Gluconobacter, Methylobacterium, Rhodotorula и др.
Основы экологии микроорганизмов. Круговорот углерода, водорода и кислорода.
Микроорганизмы – существенная часть любой экосистемы, выполняющая функции синтеза нового
органического вещества в процессе первичной продукции и деструкции органических веществ.
Выведение углерода из системы круговорота осуществляется образованием неорганических отложений в
виде известняка. В систему углерод возвращается либо с помощью выветривания пород, либо за счет
деятельности микроорганизмов. Также в природе углерод может накапливаться в виде трудноразлагаемых
органических веществ – ксенобиотиков, таких как пестициды, красители и др. Отложения углерода в виде
полезных ископаемых – нефть, торф, газ – добываются человеком и снова возвращаются в круговорот после
использования.
Кислород и водород входят в состав всех органических соединений. Они поглощаются продуцентами в
составе воды и углекислого газа в процессе фотосинтеза, всеми другими организмами, с органическим
веществом, созданным продуцентами, во время дыхания (из атмосферы или водного раствора) и
потребления питьевой воды. как конечные продукты биологического круговорота, водород и часть
кислорода возвращается в неживую среду так же в виде воды, а кислород, кроме того, выделяется в
молекулярной форме в атмосферу растениями-продуцентами как один из конечных продуктов фотосинтеза.
Основы экологии микроорганизмов. Круговорот азота, фосфора и серы.
Молекулярный азот составляет порядка 80 % газов земной атмосферы, однако в этой форме он недоступен
для большинства земных организмов. Таким образом, без уникального проецсса азотфиксации цикл азота не
мог бы замкнуться
Фосфор как элемент не имеет значения распространения в почве, поэтому может выступать в природных
средах как лимитирующий фактор. Фосфор в отличии от углерода, азота и серы выбрасывается в атмосферу
только в экстремальных случаях, присутствует в скальных породах и и при попадаении в морскую среду
выводится из цикла. В этой связи крупнейшим резервуаром фосфора на Земле являются морские осадки.
Растворимая форма органического фосфора представлена ортофосфатом или фосфатом. Минеральный
фосфор представлен залежами апатитов.
Сера в природе встречается в виде молекулярной серы и наиболее часто в виде сульфатов или сульфидов.
Многие бактерии включают серу или ее соединения в свой метаболизм.
Сероводород образуется везде под воздействием аммонифицирующих микроорганизмов. Достигая аэробной
зоны, он попадает в зону действия микроорганизмов, окисляющих соросодержащие соединения, например
Beggiatoa. Природные выходы серы на поверхности земли находятся в районах с вулканической
активностью.
Основы экологии микроорганизмов. Симбионты организма человека. Пищеварительный тракт.
Ротовая полость. Бактериальные заболевания.
Совокупность микробных биоценозов, встречающихся в организме здоровых людей, составляет
нормальную микрофлору человека. Заселение бактериями различных частей тела, органов и систем
организма начинается в момент рождения человека и продолжается на протяжении всей его жизни.
Формирование качественного и количественного состава нормальной микрофлоры регулируется сложными
антагонистическими и синергическими отношениями между отдельными ее представителями в составе
биоценозов.
Состав микрофлоры может меняться в зависимости: от возраста, от условий внешней среды, от условий
труда и социальной сферы, от рациона питания, от перенесенных заболеваний, от травм, от стрессовых
ситуаций
Любой человеческий организм содержит две группы микроорганизмов
1. Постоянная (резидентная или естественная микробиота): Стабильный состав. Обычно обнаруживаются в
определенных местах тела человека определенного возраста. После нарушений состав быстро спонтанно
восстанавливается
2. Транзиторная (временная микробиота): Не обитает постоянно. Попадает на кожу или слизистые оболочки
из окружающей среды, не вызывая заболеваний. Быстро отмирают
Присутствие транзиторной микрофлоры определяется:
*поступлением микробов из окружающей среды
*состоянием иммунной системы организма хозяина
*составом постоянной нормальной микробиоты
Однако, если в составе нормального ценоза и/или в состоянии иммунной системы макроорганизма
происходят изменения, транзиторные микроорганизмы могут вызывать заболевания – эндогенные
инфекции.
Микрофлора ЖКТ локализуется не только в просвете кишечника, но и в слизи, прокрывающей эпителий и в
самой оболочке.
Экологические ниши для представителей автохтонной микрофлоры:
1. Пристеночная:
а) Облигатная группа анаэробных микроорганизмов располагается в глубоких слоях кишечной слизи и в
криптах ворсинок
б) Факультативная группа – в поверхностных слоях слизи
2. Просветная: Транзиторная микрофлора находится в просвете кишечника
Полость рта является благоприятной средой обитания для многих видов бактерий; в ней имеется
достаточное количество питательных веществ, оптимальная температура, слабощелочная реакция.
В ней находятся естественные обитатели: молочнокислые бактерии:
Lactobacillus acidophilus, L. salivarius, L. casei, L. plantarum, L. fermenti, L. buchneri;
Treponema macrodentium,
бактерии родов Micrococcus, Streptococcus (преобладают Str. salivarius), Corinebacterium, Entamoeba
gingivalis
Иногда встречаются бактерии родов Bacterioides, Wolionella.
Энтерококки, по данным некоторых авторов, тоже относятся к резидентным микроорганизмам, а вот
появление в ротовой полости бактерий родов Klebsiella и Escherichia свидетельствует о развитии серьезного
дисбактериоза. В полости рта обнаруживают посторонние или заносные микробы, которые поступают из
внешней среды вместе с пищей, водой и воздухом.
Большое количество микробов обнаруживают у шейки зубов, в промежутках между зубами, в участках,
малодоступных обмыванию слюной и действию лизоцима, содержащегося в слюне и мокроте. В развитии
микроорганизмов в органах полости рта важную роль играют химический состав твердых тканей и пульпы
зуба, а также биохимические процессы, происходящие в них.
В миндалинах довольно часто обитают стрептококки, стафилококки, аденовирусы
В биохимических процессах, протекающих в эмали, особо важное значение имеет структура мягкого
зубного налета (пленка), покрывающего зуб. В образовании налета принимают участие протеины слюны.
Колонии различных видов микроорганизмов, составляющие основную массу зубного налета, заключены в
органический матрикс, состоящий из глюкопротеидов слюны, белков и частично из внеклеточных
микробных полисахаридов.
При проникновении в полость зуба бактерий и чужеродных веществ пульпа активно реагирует в виде
воспаления, чаще с образованием соединительнотканной капсулы. Твердые ткани зуба также проницаемы
для патогенных бактерий и токсических веществ.
В развитии заболеваний органов полости рта, челюстей и пограничных областей лица и шеи принимают
участие непатогенные, условно-патогенные и патогенные бактерии, вирусы, грибы, простейшие.
Кариесом поражено 40–90% населения; его распространение приняло пандемический характер. Кариес –
заболевание, которое проявляется в постепенном разрушении твердых тканей зуба (эмаль и дентин) с
последующим образованием в нем дефекта в виде полости. В этом процессе, по мнению большинства
исследователей, главную роль играют микробы, проникающие в периодонт по каналу зуба из очага
воспаления пульпы, между стенкой альвеолы и корнем зуба при пародонтозе, а также при общей
гематогенной инфекции.
Гингивит – воспаление слизистой оболочки десны. Оно может быть травматическим, инфекционным,
аллергическим. Инфекционный гингивит вызывается микроорганизмами, содержащимися в зубном налете.
Пародонтоз (альвеолярная пиорея) – заболевание тканей, окружающих зуб, сопровождающееся
рассасыванием костной ткани лунок альвеолярного отростка, гингивитом.
Стоматит – воспаление слизистой оболочки рта. Вызывается химическими, механическими, термическими
факторами, лекарственными препаратами и микробными агентами (бактерии, грибы, вирусы).
В условиях физиологической нормы в содержимом желудка микробы не обнаруживаются вовсе, либо их
количество в 1 мл не превышает 103, встречаются кислотоустойчивые бактерии. Наиболее часто
встречаются: Lactobacillus, Streptococcus, Sarcina, грибы. Лактобактерии желудка представлены в основном
L. acidophilus и L. fermenti, реже L. casei и L. bravis.
Обнаружение бактерий родов Escherichia и Bacterioides может свидетельствовать о патологии желудочнокишечного тракта.
В тощей кишке здоровых людей среда может быть стерильной, хотя чаще в верхних отделах обнаруживают
бактерии родов Streptococcus, Staphylococcus, молочнокислые палочки, грамположительные аэробы и грибы.
Общее количество микроорганизмов в этом отделе не превышает 104–105 клеток в 1 мл кишечного
содержимого. В дистальном отделе подвздошной кишки количество увеличивается до 107–108, появляются
анаэробные бактерии.
В микробном биоценозе толстой кишки практически здорового взрослого человека преобладает анаэробная
микрофлора (96–99 % от всего количества микроорганизмов в 1 мл кишечного содержимого)
Функции микроорганизмов желудочно-кишечного тракта:
*Антагонистическая функция
*Витаминообразующая функция.
*Иммунизирующая функция.
*Участие микрофлоры кишечника в обмене веществ.