Роль бактерий в жизни растений: Роль бактерий в жизни человека

Роль бактерий в жизни человека

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Суднев  Н.Е. 1

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение школа № 41

Мартиросова  Р.Р. 1

1Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение школа № 41

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Свидетельство руководителя

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение.

Что такое бактерии?

Без меня не сваришь сыра,

И не сделаешь кефира.

Простоквашу и творог,

Приготовить я помог.

Вы, наверно, догадались, что в этой загадке шла речь о бактериях, потому что я хочу представить вам свой проект-исследование под названием «Бактерии в жизни человека».

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

• . Краткая характеристика бактерий

Бактерии – самая древняя группа организмов из ныне существующих на Земле.

Бактерии (в переводе с греческого языка означает «палочки») – это самые простые, наиболее распространенные организмы, которые существуют на Земле около 3,5 млрд. лет, но вместе с тем постоянно развивающиеся. Они обитают в воде, почве, воздухе, внутри и на поверхности тел животных и растений. Бактерии можно увидеть только под микроскопом.

У бактерий не существует мужских и женских особей. Бактерии размножаются делением. Кроме питательной среды, необходима благоприятная температура (37-40градусов). Попадая в благоприятные условия, они начинают быстро размножаться путем деления.

При температуре свыше 50 градусов большинство бактерий погибает. Бактерия состоит из одной клетки, ее окружает покрытие — «мембрана», не пропускающая воду. Внутри бактерии находится вещество, называемое «протоплазма», но отсутствует единый центр, или ядро.

Бактерии способны передвигаться, хотя не имеют конечностей. Бактерия покрыта слизистой оболочкой, которая изменяет ее форму, образуя иногда волокнистые отростки. Некоторые бактерии передвигаются с их помощью, другие — сокращая саму клетку, наподобие червей.

Большинство бактерий бесцветно. Только немногие окрашены в пурпурный или в зелёный цвет. Но колонии многих бактерий имеют яркую окраску, которая обусловливается выделением окрашенного вещества в окружающую среду или пигментированием клеток.

Бактерии относят к прокариотам и выделяют в отдельное царство – Бактерии.

Свои первые шаги в проектной деятельности я выбрал из тем, предложенных учителем и моей мамой, именно тему о бактериях, потому что она показалась мне самой загадочной.

1.2 Цель, задачи, методы исследования

Поэтому цель моего проекта – узнать, что такое бактерии и, какую роль играют они в жизни человека.

Гипотеза: Мы предположили, что множество бактерий живет в организме человека, они бывают как полезные, так и вредные. А так же, возможно размножение в домашних условиях.

Задачи:

— ознакомиться с характеристикой бактерий;

— выяснить, где живут бактерии.

— изучить роль бактерий в жизни людей.

— изучить литературные данные о вреде или пользе бактерий.

Методы исследования:

1. Сбор информации о бактериях
2. Анализ полученной информации
3. Наблюдение
4. Проведение опытов.
5. Опрос.

Актуальность: Тема, очень актуальна, потому что в нашей жизни мы часто слышим от взрослых: не ешь немытые фрукты, подцепишь какую-нибудь бактерию или мойте руки перед едой, а то на руках много заразных микробов. Складывается впечатление, что бактерии несут только вред человеку, однако мой проект помогает сделать вывод, что бактерии бывают не только плохие, но и хорошие.

1.3 Кто впервые открыл и описал бактерии?

На протяжении многих столетий человечество не только не имело защиты от инфекционных заболеваний, а и не признавало их как заболевание вообще. Считалось, что они являются «карой божьей за грехи». Единственным плюсом было то, что таких больных старались изолировать. Врачами того времени было подмечено, что изоляция тем самым препятствует распространению болезни. Это дало возможность рассматривать распространение инфекции как заболевание. Так итальянский лекарь Джироламо Фракасторо первым предположил, что заболевание переходит от больного к здоровому через предметы и может передаваться на расстоянии. Он даже выдвинул гипотезу, что существуют маленькие организмы, способные передвигаться по воздуху, попадая в определенную среду, они начинают там размножаться. Таким образом, они являются разносчиками инфекции. Но только с изобретением первого микроскопа научно было доказано, что бактерии действительно существуют.

Ученый сделал целый ряд открытий, уникальных для своего времени.

1. Маленькие живые существа (бактерии) живут повсюду и могут переноситься воздушным путем.
2. При нагревании жидкости «зверьки» перестают двигаться, а после охлаждения они вновь не оживали. Значит, они могут существовать при определенной температуре, ее изменение может привести к их гибели.
3. Маленькие существа имеют разную форму: одни круглые, другие в виде палочек, завитков. Некоторые из них живут одиночно, некоторые образуют пары, группы. Одни из них не двигаются, другие совершают движение.
4. Очень хотелось ученому сделать описание органов, но из-за малого увеличения ему это так и не удалось. Но чтобы высчитать размеры, он придумал сравнить размеры «зверьков» с размерами песчинки.

Первооткрывателем мира бактерий был Антоний Левенгук – голландский естествоиспытатель 17 века, впервые создавший совершенную лупу-микроскоп, увеличивающую предметы в 160-270 раз.

Левенгук вошел в историю как первооткрыватель удивительного мира бактерий и как величайший экспериментатор своего времени. Сегодня микробиология шагнула далеко вперед в изучении и описании бактерий, но до сих пор осталось множество неизученных видов, которые являются нераскрытыми тайнами из мира бактерий.

1.4. Места обитания бактерий

Сегодня мы знаем, что бактерии находятся повсюду — в воздухе, воде, пище, дне морского океана, горячих источниках, глубоко внутри земной коры, на нашей коже и даже внутри нас.

Бактерии обитают в почве, воде, организме человека и животных. Разнообразные группы бактерий могут развиваться в условиях, не доступных, для других организмов. Чем больше в среде содержится разнообразных органических соединений, тем большее количество бактерий можно в ней обнаружить. В незагрязненных почвах и водах встречается сравнительно небольшое количество сапрофитных форм бактерий, микробактерии, кокковые формы. В воде встречаются различные спорообразующие и не спорообразующие бактерии и специфические водные бактерии – водные вибрионы, нитчатые бактерии и др. В иле, на дне водоемов, обитают различные анаэробные бактерии. Среди бактерий, обитающих в воде и почве, имеются азотфиксирующие, нитрифицирующие, денитрифицирующие целлюлозу бактерии и др. В морях и океанах обитают бактерии, растущие при высоких концентрациях солей и повышенном давлении, встречаются светящиеся виды. В загрязненных водах и почве, кроме почвенных и водных сапрофитов, в большом количестве встречаются бактерии, обитающие в организме человека и животных – энтеробактерии, клостридии и др. Показателем фекального загрязнения обычно является наличие кишечной палочки.

1.5. Формы бактерий и виды бактерий

Список одних только названий разделов в таком меню занял бы не одну страницу: бактерии самого необычного внешнего вида, бактерии всех цветов радуги, бактерии с самым необычным рационом, самые стойкие, самые запасливые, самые древние бактерии, любители экстремальных температур.

Похоже, на нашей планете не существует ни одного места, где бы ни было обнаружено микроорганизмов. Чтобы приспособиться к необычным местам обитания, им пришлось развить необычные функции. Они научились питаться светом, нефтью, жить в арктическом холоде и в кипящей воде, собирать свой геном из кусков и синтезировать сотни тысяч геномов.

Бактерии по форме разнообразны:

• шаровидные (кокки)
• палочковидные (бациллы)
• изогнутые (вибрионы)
• спиральные (спириллы)
• в виде цепочки (стрептококки)
• в виде гроздей (стафилококки)

Некоторые бактерии имеют жгутики.

Ученым известно, по меньшей мере, 2500 видов бактерий.

Вот некоторые группы из них:

• бактерии брожения,
• почвенные бактерии,
• бактерии гниения,
• болезнетворные бактерии.

Почвенные бактерии разрушают ежегодно опадающие листья, превращая их в перегной, а затем минеральные соли. Они разрушают трупы мелких и крупных животных. Значит, почвенные бактерии являются санитарами природы. Без их деятельности не образовалась бы плодородная почва. Почвенные бактерии участвуют в круговороте веществ почвы, улучшают условия жизни других растений.

Бактерии гниения вызывают порчу собранного урожая, гниения продуктов питания. Чтобы избежать такие потери, следует собранный урожай правильно хранить в прохладных, проветриваемых помещениях – хранилищах. Продукты питания следует хранить в холодильниках. Мясо, рыбу консервируют, солят. Фрукты сушат. Из ягод варят варенье. Некоторые овощи маринуют. Солнечный свет, соль, уксус, кипячение убивают бактерии.

Болезнетворные бактерии вызывают инфекционные заболевания человека и животных. Для борьбы с ними применяют антибиотики, прививки, а также организуют работу по ликвидации очагов заражения, закаливают организм, соблюдают правила санитарии и гигиены организма.

1.6. Роль бактерий в жизни человека

Роль бактерий в жизни человека огромна. Широко применяются в пищевой промышленности молочнокислые бактерии:

• при производстве простокваши, сыров, сметаны и кефира;
• при сквашивании капусты и засолке огурцов, принимают участие в мочении яблок и мариновании овощей;
• они придают особый аромат винам;
• вырабатывают молочную кислоту, сквашивающую молоко. Это свойство используется для производства простокваши и сметаны;
• при приготовлении сыров и йогуртов в промышленных масштабах;
• в процессе засаливания молочная кислота служит консервантом.

Бактерии играют важную роль в пищеварительном процессе человека. Эти бактерии разлагают пищу на частички. В то же время они вырабатывают витамины, белки, углеводы, которые организм использует для своего построения.

Что же представляет собой кишечник здорового человека, то есть население этого органа? В кишечнике 99% микробов – бескорыстные помощники человека. Их называют постоянной микрофлорой. Среди них есть главные, основные микроорганизмы – это бифидобактерии и бактероиды. Но есть и сопутствующие бактерии – это кишечная палочка, лактобактерии, энтерококки. При определенных условиях представители нормальной микрофлоры, кроме бифидобактерий, обладают способностью вызывать заболевания. Однако в кишечнике есть более опасные микробы, их не более 1%.Это стафилакокки. Но пока они в меньшинстве, они работают на благо организма. Их называют условно-патогенными микробами. Почему мы говорим в основном о кишечнике? Пищеварительный тракт по составу и количеству микроорганизмов не однороден.

К молочнокислым бактериям относятся: молочные стрептококки, сливочные стрептококки, палочки болгарская, ацидофильная, зерновая термофильная и огуречная. Бактерии рода стрептококков и лактобацилл придают продуктам более густую консистенцию. В результате их жизнедеятельности улучшается качество сыров. Именно они придают сыру определенный сырный аромат.

Изучение жизнедеятельности микробов позволило ученым применять некоторые бактерии для синтеза антибактериальных препаратов, витаминов, гормонов и ферментов.

Они помогают бороться со многими инфекционными и вирусными заболеваниями. Чаще всего антибиотики продуцируют актиномицеты, реже – немицеллярные бактерии.

1.7. Вредоносные бактерии

Вредоносные бактерии населяют почву, водоемы, они находятся в воздухе, которым мы дышим, внутри организма человека и животных, в растениях и продуктах питания. Многие из них вызывают заболевания у человека, животных и растений. В большинстве случаев эти микроорганизмы попадают внутрь человеческого тела воздушно-капельным путем. Так происходит чаще всего, но заразиться ими можно и другими способами. Заразиться паразитами можно и через другие факторы: несвежая вода, плохо вымытые руки, просроченные продукты питания, определенные насекомые, различные ранки на коже. Такие микроорганизмы могут нанести существенный вред человеку, посредством каких либо серьезных болезней.

Воздух не является питательной средой для бактерий, поэтому пребывание в этой среде у микробов временное. В воздух они попадают из почвы. Распространяют инфекцию воздушно-капельным путем больные люди и животные. Огромное количество микробов находится в закрытых помещениях. Через воздух передаются вирусные и бактериальные инфекции, простейшие и грибы. Они являются виновниками гриппа, кори, ветряной оспы, коклюша, скарлатины, туберкулеза, дифтерии и стафилококковой инфекции.

Местом обитания множества микробов является вода. В 1 см3 воды можно насчитать до 1 млн. микробных тел. Патогенные микроорганизмы попадают в воду от промышленных предприятий, населенных пунктов и животноводческих ферм. Вода с патогенными микробами может стать источником дизентерии, холеры, брюшного тифа туляремии, лептоспироза и др. Холерный вибрион и возбудитель туберкулеза могут пребывать в воде достаточно много времени.

У каждого вида бактерий своя определенная форма. Я решил более подробно изучить бактерии, которые живут в организме человека. Исследуя бактерии, я узнал, что они бывают хорошие и плохие. И я сейчас расскажу о некоторых видах.

Вредные бактерии

Стафилококк ауреус

Поедает молодость нашей кожи.

Чаще всего прыщи вызваны этой бактерией, которая живет на коже большинства людей. Прыщи — это, конечно, малоприятно, но, проникнув через поврежденную кожу внутрь тела, эта бактерия может вызвать более серьезные заболевания: пневмонию и менингит.

Природный антибиотик, токсичный для этих бактерий, содержится в человеческом поте. Поэтому хотя бы раз в неделю необходимо включать в тренировку высокоинтенсивные упражнения, и всегда пользоваться чистым полотенцем.

Псевдомонас аэрогиноза

Любит душ, горячие ванны и бассейны.

Живущая в теплой воде бактерия забирается под кожу черепа через поры волосяных фолликулов, вызывая инфекцию, сопровождаемую зудом и болью в пораженных участках.

Не хочешь надевать шапочку для купания каждый раз, когда принимаешь ванну? Отрази вторжение чесальщика бутербродом с курицей или лососем и яйцами.

Условнопатогенные.

В зависимости от условий могут быть как полезными, так и вредными.

Кишечная палочка

Хорошая и плохая бактерия.

Эта бактерия считается причиной десятков тысяч инфекционных заболеваний ежегодно. Но она доставляет нам проблемы, только когда находит способ покинуть толстую кишку. В норме она вполне себе полезна для жизни и обеспечивает организм витамином К, который поддерживает здоровье сердца.

Хеликобактер пилори

Останавливают приступы голода в 3 часа дня.

Это еще одни живущие в пищеварительном тракте бактерии, развиваются с нашего детства и помогают поддерживать здоровый вес на протяжении всей жизни, контролируя гормоны, отвечающие за чувство голода! Нужно съедать по 1 яблоку каждый день. Эти фрукты вырабатывают в желудке молочную кислоту, в которой не выживает большинство вредных бактерий.

Но известно, что при размножении в большом количестве является причиной язвы желудка.

1.8. Полезные бактерии в организме человека

Как подсчитали ученые, в организме человека содержится от 500 до 1000 всевозможных видов бактерий или триллионы этих удивительных жильцов, что составляет до 4-х кг совокупного веса.

Бактерии – защитники человеческого организма. Эта группа бактерий помогают человеку усваивать и переваривать продукты питания, а также образовывать полезные витамины. В микрофлоре кишечника также можно встретить и другие виды бактерий: лакто — и бифидобактерии, который улучшают иммунную систему человека. К пользе этих бактерий можно отнести и тот факт, что они препятствуют попаданию вредоносных микробов.

Постоянно употребляя таблетки, можно погубить большое количество хороших бактерий, тем самым снизив себе иммунитет. В последствии можно наблюдать понос, запоры, рвоту и другое. Также возникает риск заболевания гонореей, холерой и даже чумой.

Также без бактерий, микробы попадают внутрь животных, нанося им большой вред. После употребления в пищу такого мяса, человек сам рискует заразиться очень серьезными болезнями.

В кишечнике обитают стрептококки, лактобактерии, бифидобактерии, энтеробактерии. Лактобактерии и бифидобактерии составляют 60% кишечной флоры. Состав этой группы всегда постоянный, они самые многочисленные и осуществляющие основные функции.

Лактобактерии

Обеспечивает контроль в наших внутренностях.

Лактобактерии, живут в пищеварительном тракте человека с доисторических времен, делают большое и важное дело. Как чеснок вампиров, они отпугивают болезнетворные бактерии, не давая им поселиться в нашем животе и привести кишечник в расстройство. Соленые огурцы и помидоры, квашеная капуста укрепят силы вышибал.

Бифидобактерии

Живет в кисломолочных продуктах.

Бактерии населяют содержимое банок с йогуртом, бутылок с кефиром, простоквашей, ряженкой и прочими подобными продуктами. И эти продукты становятся, очень полезными.

1.9. Влияние бактерий на молочнокислые продукты

Кисломолочные продукты входят в рацион любого человека. В зависимости от сочетания родов и видов кисломолочных бактерий, из них получают различные кисломолочные продукты. Молоко — удивительное изобретение природы. Человек уже давно оценил пищевые и лечебные свойства молока и не только научился использовать этот продукт, но и значительно усовершенствовал его. Из молока стали производить различные кисломолочные продукты питания. Например: йогурт, кефир, простоквашу, сметану, творог, масло. Со временем появилось много вопросов о качественном составе  и  влиянии на организм человека кисломолочных продуктов.

         Одним из наиболее распространенных видов молочнокислых бактерий является Lactococcus lactis. [лактококус лактис]

         Наиболее благоприятная для их развития температура составляет +30…+35  C.

         Молочнокислый лактококк постоянно встречается в произвольно скисшем молоке. Под воздействием этой бактерии молоко обычно свертывается в течение первых 24 часов.

         Когда содержание молочной кислоты достигнет 6—7 г на литр, сбраживание сахара прекращается, так как более высокая кислотность губительно воздействует на молочнокислый лактококк.

ГЛАВА 2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Опыт №1

2.1. Кефирный грибок

Кефирный грибок представляет собой сложный симбиоз (совместное существование) микроорганизмов, образовавшийся в процессе длительного развития. Сжившиеся микроорганизмы ведут себя как целостный организм. Они вместе растут, размножаются и передают свою структуру и свойства последующим поколениям. Белые или слегка желтоватые кефирные грибки обладают кислым специфическим вкусом. Основную их микрофлору составляют молочнокислые палочки, стрептококки и дрожжи (грибы). Они определяют специфический вкус и аромат кефира, его питательные свойства. В процессе жизнедеятельности кефирного грибка микроорганизмы, входящие в его состав, вызывают изменения в молоке. Под влиянием молочнокислых стрептококков и палочек происходит молочнокислое брожение, дрожжи вызывают спиртовое брожение. Благодаря этим процессам составные элементы молока претерпевают изменения, особенно молочный сахар. Образующиеся при этом углекислота и спирт активизируют деятельность желудка, ускоряют процессы пищеварения, возбуждают аппетит. Молочная кислота благотворно влияет на микрофлору кишечника, задерживает развитие гнилостных бактерий.

С технологией приготовления кефира я познакомился в лаборатории детской молочной кухни вместе с заведующей Магкеевой Аллой Лазаревной — и кандидатом биологических наук Мосян Самвелом.

1. Профильтровали кефирный грибок. Жидкость от грибка смешали с молоком — получили закваску.

Далее продолжил в домашних условиях:

2. Прокипятили молоко – 5-7 мин, Быстро его остудили в холодной воде до температуры 12-15градусов.
3. В поллитра молока добавили 2 столовые ложки закваски. Перемешали в течение 5-7 минут.
4. Разлили в стаканы, оставили при комнатной температуре на 12 часов.
5. Затем поставили в холодильник дозревать на 4 часа.
6. Получился вкусный, а самое главное полезный кефир на завтрак.

2.2 Опыт № 2

Изготовление сенной палочки

Бациллюс субтилис или cенная палочка (лат. Bacillus subtilis) — вид почвенных спорообразующих аэробных бактерий.

Название сенная палочка происходит из-за того, что ранее Bacillus subtilis выделяли только из сенных отваров. Bacillus subtilis имеет вид бесцветной прямой палочки, размером 2—8 мкм в длину. Этот вид бактерий выделяет антибиотики против вызывающих заболевания бактерий, таких как сальмонелла, стафилококки, стрептококки. Они синтезируют витамины и вещества, усиливающие иммунитет.

В последние годы установлено, что в кишечнике животных и человека Bacillus subtilis очень важны. Размножаясь, бактерии выделяют биологически активные вещества, под воздействием которых улучшается пищеварение. Они устойчивы к высоким температурам, экологически безопасны. В аптеке имеется много лекарств с Бациллус субтилис. Например Споробактерин.

Мы провели опыт по выращиванию сенной палочки.

В колбу поместили сено, примерно 20-25 грамм, залили водой. Отверстие колбы закрыли и прокипятили в течение 30 мин. При кипячении были уничтожены другие бактерии, попавшие в колбу. А сенная палочка мы знаем устойчива к температуре. Раствор стал тёмно коричневым.

Полученный отвар профильтровали и поставили в шкаф. Через два дня отвар помутнел, а через четыре дня на его поверхности появились светлые образования. Через неделю их стало так много, что вся поверхность покрылась плёнкой.

Мы приготовили микропрепарат из этой плёнки, подкрасили метиловым оранжевым и убедились, что это и есть бактерии.

Анкетирование

Во время работы над проектом вместе с учителем мы провели анкетирование в школе среди учеников, я тоже принял участие в анкетировании.

Какие кисломолочные продукты вы предпочитаете?

1. Йогурт
2. Творог
3. Сметана
4. Кефир

Могут ли бактерии быть полезными?

1. Да
2. Нет

Где живут бактерии?

1. На теле и в организме человека
2. Нам улице и в помещении
3. Везде

Вывод:

Нас окружает огромный мир микроорганизмов, находящихся повсюду, увидеть их можно только в микроскоп. За сутки мы вдыхаем огромное количество  опасных и не опасных микробов. Очень многие бактерии приносят вред человеку, животным и растениям, являясь возбудителями различных заболеваний. Для того чтобы бактерии были нашими друзьями, а не врагами надо: мыть руки с мылом, умываться, чистить зубы, мыть овощи и фрукты, сажать много деревьев. Беречь нашу планету, соблюдать чистоту, дышать свежим воздухом.

Заключение

Так как бактерии являются причиной очень многих заболеваний и, чтобы не допустить этого, нужно укреплять иммунитет, а для этого необходимо употреблять больше кисломолочных продуктов и пищу растительного происхождения, соблюдать правила гигиены и следить за санитарным состоянием помещений. Тогда бактерии принесут только пользу!

Спасибо за внимание!

Библиографический список

1. http://biouroki.ru/material/plants/bakterii.html
2. http://ru. wikipedia.org/
3. http://www.eurolab.ua/anatomy/272/
4. https://natworld.info/raznoe-o-prirode/samye-interesnye-i-uvlekatelnye-fakty-pro-bakterij
5. Большая книга ВОПРОСОВ и ОТВЕТОВ «ЧТО? ЗАЧЕМ? ПОЧЕМУ?».
6. Компьютерная энциклопедия – УМНИКИ «Изучаем Планету».
7. Материал из Википедии — свободной энциклопедии
8. Природа Мира|NatWorld.info
9. С.А.Павлович «Микробиология с микробиологическими исследованиями». Учебное пособие. Минск: Высш. шк., 2009.-502с.
10. Сайт Фирма Мир — http://farmamir.ru/2011/11/vidy-bakterij-xoroshie-i-ploxie-2/http://forexaw.com

Приложение 1

Бактерии

Джироламо Фракасторо

Приложение 2

Посещение детской молочной кухни

Приложение 3

Практическая работа

Изготовление кефира  

Приложение 4

 Посещение СОГМА

Приложение 5 

Изготовление сенной палочки в домашних условиях

Бациллюс субтилис или cенная палочка

(лат.  Bacillus subtilis)

Приложение 6

 Результаты анкетирования

Приложение 7

Спасибо за внимание!

Просмотров работы: 48619

Роль бактерий в природе

Мир растенийПрокариотыБактерии Роль бактерий в природе

Роль почвенных бактерий | Огайолайн

Джеймс Дж. Хорман, доцент и преподаватель по вопросам сельского хозяйства и природных ресурсов

Микробы в почве напрямую связаны с повторным использованием питательных веществ, особенно углерода, азота, фосфора и серы. Бактерии представляют собой основной класс микроорганизмов, поддерживающих почву в здоровом и продуктивном состоянии.

Характеристики бактерий

Ingham (2009, стр. 18) утверждает, что «Бактерии представляют собой крошечные одноклеточные организмы, обычно шириной 4/100 000 дюйма (1 мкм). Чайная ложка продуктивной почвы обычно содержит от 100 миллионов до 1 миллиарда бактерий. Это столько же, сколько две коровы на акр. Тонна микроскопических бактерий может быть активной на каждом акре». Хотя бактерии могут быть маленькими, они составляют как самое большое количество, так и биомассу (вес) любого почвенного микроорганизма. На рис. 1 показаны простейшие инфузории, питающиеся бактериями.

Бактерии по размеру аналогичны частицам глинистой почвы (<0,2 мкм) и частицам ила (2-50 мкм). Они растут и живут в тонких пленках воды вокруг частиц почвы и вблизи корней в области, называемой ризосферой. Небольшой размер бактерий позволяет им быстрее расти и адаптироваться к меняющимся условиям окружающей среды, чем более крупные и сложные микроорганизмы, такие как грибы.

Большинство почв являются просто кладбищем для мертвых клеток бактерий. Бактерии настолько просты по строению, что их часто называют мешком с ферментами и/или растворимым мешком с удобрением (Dick, R., 2009).). Поскольку бактерии живут в условиях голодания или нехватки воды в почве, они быстро размножаются при наличии оптимальных условий воды, пищи и окружающей среды. Популяция бактерий может легко удвоиться за 15-30 минут. Процветающие микробные популяции со временем повышают продуктивность почвы и урожайность.

Классификация бактерий

Большинство бактерий относятся к одной из следующих четырех категорий.

Форма бактерий

Когда ученые впервые начали классифицировать бактерии, они начали с изучения их основной формы. Бактерии обычно имеют три основные формы: палочки, сферы и спирали. Актиномицеты по-прежнему классифицируются как бактерии, но они похожи на грибы, за исключением того, что они меньше по размеру. Классифицировать бактерии по форме сложно, потому что многие бактерии имеют разную форму и разное расположение.

Аэробные и анаэробные бактерии 

Большинство микробов, как правило, неактивны и могут проявлять лишь кратковременную активность в почве. Уровень кислорода в почве часто определяет активность почвенных бактерий (Dick, W., 2009).). Большинство почвенных бактерий предпочитают хорошо насыщенные кислородом почвы и называются аэробными бактериями, которые используют кислород для разложения большинства соединений углерода. Примеры аэробных бактерий включают род Aerobacter , который широко распространен в почве, и бактерии актиномицетов рода Streptomyces , которые придают почве приятный «земляной» запах (Lowenfels & Lewis, 2006).

Анаэробные бактерии предпочитают, а некоторым требуется среда без кислорода. Анаэробные бактерии обычно встречаются в уплотненной почве, глубоко внутри почвенных частиц (микросайтов) и влажных почвах, где кислород ограничен. Многие патогенные бактерии предпочитают анаэробные почвенные условия и, как известно, превосходят или уничтожают аэробные бактерии в почве. Многие анаэробные бактерии обнаруживаются в кишечнике животных и связаны с навозом и неприятными запахами (Lowenfels & Lewis, 2006).

Грамотрицательные и грамположительные бактерии

Когда в лаборатории используется краситель, бактерии можно классифицировать как «граммотрицательные» или «граммположительные». Окрашивающий агент прикрепляется к клеточным стенкам бактерий. Грамотрицательные бактерии, как правило, являются самыми мелкими бактериями и чувствительны к засухе и нехватке воды. Грамположительные бактерии намного больше по размеру, имеют более толстые клеточные стенки, отрицательные заряды на внешней поверхности клеточных стенок и склонны противостоять водному стрессу (Dick, R., 2009).). Bacteroides — анаэробные грамотрицательные бактерии, обитающие в кишечнике человека и животных. Listeria представляет собой грамположительные аэробные палочковидные бактерии, обнаруженные в зараженных пищевых продуктах.

Другие классификации бактерий

Еще один способ классификации бактерий — по их росту и размножению. Автотрофные бактерии (также называемые автотрофами) перерабатывают углекислый газ, чтобы получить свой углерод. Некоторые автотрофные бактерии непосредственно используют солнечный свет и углекислый газ для производства сахаров, в то время как другие зависят от других химических реакций для получения энергии. Водоросли и цианобактерии являются некоторыми примерами автотрофных бактерий. Гетеротрофные бактерии получают свои углеводы и/или сахара из окружающей среды или живого организма или клетки, в которой они обитают. Примеры включают Бактерии Arthrobacter , участвующие в нитрификации азота (Sylvia et al., 2005).

Благодаря новым достижениям в секвенировании ДНК большинство ученых классифицируют бактерии по типу среды, в которой они обитают. Бактерии могут жить в экстремальных условиях, например, в горячих источниках для серных бактерий, или в экстремально холодных условиях, например, в ледяной воде в Арктике. Бактерии также можно классифицировать по их обитанию в сильнокислой и щелочной среде, аэробной и анаэробной или автотрофной или гетеротрофной среде (Dick, R., 2009).).

Функциональные группы бактерий

Бактерии выполняют множество важных экосистемных услуг в почве, включая улучшение структуры почвы и агрегацию почвы, повторное использование питательных веществ в почве и повторное использование воды. Почвенные бактерии образуют микроагрегаты в почве, связывая частицы почвы вместе со своими выделениями. Эти микроагрегаты подобны строительным блокам для улучшения структуры почвы. Улучшенная структура почвы увеличивает инфильтрацию воды и увеличивает водоудерживающую способность почвы (Ingham, 2009).).

Бактерии выполняют важные функции в почве, разлагая органические остатки ферментами, выделяемыми в почву. Ingham (2009) описывает четыре основные функциональные группы почвенных бактерий: редуценты, мутуалисты, патогены и литотрофы. Каждая функциональная группа бактерий играет роль в переработке питательных веществ в почве.

Разлагатели потребляют легко усваиваемые соединения углерода и простые сахара и связывают растворимые питательные вещества, такие как азот, в своих клеточных мембранах. Бактерии преобладают в пахотных почвах, но их эффективность в переработке углерода составляет всего 20-30 процентов (С). Бактерии имеют более высокое содержание азота (N) (10-30 процентов азота, соотношение C:N от 3 до 10), чем большинство микробов (Islam, 2008).

Среди мутуалистических бактерий есть четыре типа бактерий, которые превращают атмосферный азот (N ₂ ) в азот для растений. Существует три типа почвенных бактерий, которые фиксируют азот без растения-хозяина и свободно живут в почве, включая Azotobacter, Azospirillum и Clostridium .

Бактерии Rhizobium (грамотрицательные палочковидные бактерии) связываются с растением-хозяином: бобовыми (люцерна, соевые бобы) или клевером (красным, сладким, белым, малиновым) с образованием азотных клубеньков для фиксации азота для растения рост. Растение поставляет углерод Rhizobium в виде простых сахаров. Бактерии Rhizobium берут азот из атмосферы и преобразуют его в форму, которую могут использовать растения. Для использования растениями атмосферный азот (N ₂ ) или химически активный азот соединяется с кислородом с образованием нитрата (NO ₃ ^— ) или нитрита (NO ₂ ^— ) или соединяется с водородом с образованием аммиака (NH ₃ + ) или аммоний (NH ₄ ⁺ ), которые используются растительными клетками для производства аминокислот и белков (Lowenfels & Lewis, 2006). На рис. 2 показаны азотфиксирующие бактерии.

Многие почвенные бактерии перерабатывают азот в органических субстратах, но только азотфиксирующие бактерии могут перерабатывать азот в атмосфере в форму (связанный азот), которую могут использовать растения. Фиксация азота происходит потому, что эти специфические бактерии продуцируют фермент нитрогеназу. Азотфиксирующие бактерии, как правило, широко распространены в большинстве типов почв (как свободно живущие почвенные виды, так и виды бактерий, зависящие от растения-хозяина). Свободноживущие виды, как правило, составляют лишь очень небольшой процент от общей микробной популяции и часто представляют собой штаммы бактерий с низкой способностью связывать азот (Dick, W., 2009).).

Нитрификация — это процесс, при котором нитрифицирующие бактерии превращают аммиак (NH ₄ ⁺ ) в нитрит (NO ₂ ^— ), а затем в нитрат (NO ₃

7 —

7 ). Бактерии и грибы обычно потребляются простейшими и нематодами, а микробные отходы, которые они выделяют, представляют собой аммиак (NH ₄ ⁺ ), который представляет собой доступный для растений азот. Нитритобактерии ( Nitrosomonas spp.) превращают аммиак в нитриты (NO ₂ ^–) и нитратные бактерии ( Nitrobacter spp.) могут затем превращать нитриты (NO ₂ ^–) в нитраты (NO ₃ ^–). Нитрифицирующие бактерии предпочитают щелочные почвенные условия или pH выше 7 (Lowenfels & Lewis, 2006). И нитрат, и аммиак являются доступными для растений формами азота; однако большинство растений предпочитают аммиак, потому что нитрат должен быть преобразован в аммиак в растительной клетке для образования аминокислот.

Денитрифицирующие бактерии позволяют превращать нитраты (NO ₃ ^— ) в закись азота (N ₂ O) или диазот (N ₂ ) (атмосферный азот). Чтобы произошла денитрификация, должен возникнуть недостаток кислорода или анаэробные условия, чтобы бактерии могли отщеплять кислород. Эти условия обычны на запруженных или насыщенных полях, уплотненных полях или глубоко внутри микроагрегатов почвы, где кислород ограничен. Денитрифицирующие бактерии снижают азотное плодородие почв, позволяя азоту улетучиваться обратно в атмосферу. На насыщенной глинистой почве от 40 до 60 процентов почвенного азота может быть потеряно в результате денитрификации в атмосферу (Dick, W., 2009).).

Болезни растений вызывают патогенные бактерии, например, бактериальный ожог. Здоровые и разнообразные популяции почвенных бактерий вырабатывают антибиотики, которые защищают растения от болезнетворных организмов и патогенов растений. Разнообразные популяции бактерий конкурируют за одни и те же питательные вещества почвы и воду и, как правило, действуют как система сдержек и противовесов, сокращая популяции болезнетворных организмов. При высоком микробном разнообразии в почвах больше непатогенных бактерий, конкурирующих с патогенными бактериями за питательные вещества и среду обитания (Lowenfels & Lewis, 2006). Streptomycetes (актиномицеты) продуцируют более 50 различных антибиотиков для защиты растений от патогенных бактерий (Sylvia et al., 2005).

Литотрофы (хемоавтотрофы) получают энергию из соединений, отличных от углерода (таких как азот или сера), и включают виды, важные для рециркуляции азота и серы. В условиях хорошей аэрации сероокисляющие бактерии делают серу более доступной для растений, в то время как в условиях насыщенной (анаэробной, с низким содержанием кислорода) почвы серовосстанавливающие бактерии делают серу менее доступной для растений.

Актиномицеты имеют крупные нити или гифы и действуют аналогично грибкам при переработке трудноразлагаемых органических остатков почвы (хитин, лигнин и т.д.). Когда фермеры вспахивают или обрабатывают почву, актиномицеты, умирая, выделяют «геосмин», который придает свежевспаханной почве характерный запах. Актиномицеты разлагают многие вещества, но более активны при высоких уровнях pH почвы (Ingham, 2009). Актиномицеты играют важную роль в формировании стабильного гумуса, который улучшает структуру почвы, улучшает хранение питательных веществ и увеличивает удержание воды.

Польза для почвы от бактерий

Бактерии растут во многих различных микросредах и определенных нишах в почве. Популяции бактерий быстро увеличиваются, и бактерии становятся более конкурентоспособными, когда легко усваиваемые простые сахара легко доступны в ризосфере. В этом регионе в изобилии встречаются корневые экссудаты, отмершие растительные остатки, простые сахара и сложные полисахариды. От 10 до 30 процентов почвенных микроорганизмов в ризосфере составляют актиномицеты, в зависимости от условий окружающей среды (Sylvia et al., 2005).

Многие бактерии образуют слой полисахаридов или гликопротеинов, покрывающий поверхность частиц почвы. Эти вещества играют важную роль в цементировании частиц песка, ила и глины в устойчивые микроагрегаты, улучшающие структуру почвы. Бактерии живут по краям минеральных частиц почвы, особенно глины и связанных с ней органических остатков. Бактерии играют важную роль в производстве полисахаридов, которые скрепляют частицы песка, ила и глины, образуя микроагрегаты и улучшая структуру почвы (Hoorman, 2011). Бактерии не перемещаются очень далеко в почве, поэтому большинство перемещений связано с водой, отрастанием корней или с другими представителями почвенной фауны, такими как дождевые черви, муравьи, пауки и т. д. (Lavelle & Spain, 2005).

В целом, большинство почвенных бактерий лучше себя чувствуют в почвах с нейтральным pH, хорошо насыщенных кислородом. Бактерии обеспечивают большое количество азота растениям, а азота часто не хватает в почве. Многие бактерии выделяют ферменты в почве, чтобы сделать фосфор более растворимым и доступным для растений. В целом, бактерии, как правило, доминируют над грибами в распаханных или нарушенных почвах, потому что грибы предпочитают более кислую среду без нарушения почвы. Бактерии также преобладают на затопленных полях, потому что большинство грибов не выживают без кислорода. Бактерии могут выживать в засушливых или затопленных условиях благодаря своему небольшому размеру, большому количеству и способности жить в небольших микроучастках в почве, где условия окружающей среды могут быть благоприятными. Как только условия окружающей среды вокруг этих микроучастков становятся более благоприятными, выжившие быстро увеличивают свою популяцию (Dick, W., 2009).). Простейшие, как правило, являются крупнейшими хищниками бактерий в пахотных почвах (Ислам, 2008).

Чтобы бактерии выжили в почве, они должны адаптироваться ко многим микросредам. Концентрация кислорода в почве сильно варьируется от одного микросайта к другому. Большие поры, заполненные воздухом, обеспечивают высокий уровень кислорода, что способствует аэробным условиям, в то время как более мелкие микропоры на расстоянии нескольких миллиметров могут быть анаэробными или лишенными кислорода. Это разнообразие почвенной микросреды позволяет бактериям процветать при различной влажности почвы и уровне кислорода, потому что даже после затопления (насыщение почвы, недостаток кислорода) или обработки почвы (введение кислорода) существуют небольшие микросреды, в которых могут жить разные виды бактерий и микроорганизмов. для повторного заселения почвы, когда условия окружающей среды улучшаются.

Естественная сукцессия происходит в ряде растительных сред, в том числе в почве. Бактерии улучшают почву, чтобы новые растения могли прижиться. Без бактерий новые популяции растений и сообщества борются за выживание или даже за существование. Бактерии изменяют почвенную среду, чтобы определенные виды растений могли существовать и размножаться. Там, где формируется новая почва, некоторые фотосинтезирующие бактерии начинают колонизировать почву, перерабатывая азот, углерод, фосфор и другие питательные вещества почвы для производства первого органического вещества. Почва, в которой преобладают бактерии, обычно распахана или разрушена, имеет более высокий pH почвы и азот, доступный в виде нитратов, что является идеальной средой для растений с низким уровнем сукцессии, называемых сорняками (Ingham, 2009).).

По мере того, как почва меньше нарушается и увеличивается разнообразие растений, почвенная пищевая сеть становится более сбалансированной и разнообразной, что делает почвенные питательные вещества более доступными в среде, более подходящей для высших растений. Разнообразные микробные популяции с грибками, простейшими и нематодами поддерживают рециркуляцию питательных веществ и контролируют болезнетворные организмы.

Резюме

Бактерии – самые маленькие и самые выносливые микробы в почве, способные выжить в суровых или меняющихся почвенных условиях. Бактерии эффективны только на 20–30% при переработке углерода, имеют высокое содержание азота (от 10 до 30% азота, соотношение C:N 3–10), более низкое содержание углерода и короткую продолжительность жизни. Существуют в основном четыре функциональные группы почвенных бактерий, включая редуцентов, муталистов, патогенов и литотрофов. Бактерии-редуценты потребляют простые сахара и простые соединения углерода, в то время как мутуалистические бактерии образуют партнерские отношения с растениями, включая азотфиксирующие бактерии (9).0018 Ризобия ). Бактерии также могут стать патогенами для растений, а литотрофные бактерии преобразуют азот, серу или другие питательные вещества в энергию и играют важную роль в круговороте азота и разложении загрязнений. Актиномицеты классифицируются как бактерии, но очень похожи на грибы и разлагают неподатливые (трудно разлагающиеся) органические соединения. Бактерии обладают способностью адаптироваться к различным почвенным микросредам (влажным или сухим, насыщенным кислородом или низким содержанием кислорода). Они также обладают способностью изменять почвенную среду, принося пользу определенным растительным сообществам по мере изменения почвенных условий.

Ссылки

• Дик, Р. (2009). Лекция о почвенных бактериях в почвенной микробиологии, личная коллекция Р. Дика, Школа окружающей среды и природных ресурсов Университета штата Огайо, Колумбус, Огайо.
• Дик, В. (2009). Лекция о биохимическом процессе в почвенной микробиологии, личная коллекция У. Дика, Школа окружающей среды и природных ресурсов Университета штата Огайо.
• Хорман, Дж.Дж., Са, Дж.К.М., и Ридер, Р.К. 2011. Биология уплотнения почвы (пересмотренная и обновленная), Журнал беспахотного земледелия , том 9, № 2, стр. 583-587.
• Ингхэм, Э. Р. (2009). Учебник по почвенной биологии , Глава 4: Почвенный грибок. Анкени И.А.: Общество охраны почв и водных ресурсов. стр. 22-23. www.soils.usda.gov/sqi/concepts/soil_biology
• Ислам, К.Р. (2008). Лекция по физике почв, личная коллекция К. Ислама, Школа окружающей среды и природных ресурсов Университета штата Огайо, Колумбус, Огайо.
• Лавель, П. и Спейн, А.В. (2005). Экология почвы , Глава 3: Почвенные организмы, Спрингер, Нью-Дели, Индия.
• Ловенфельс, Дж. и Льюис, В. (2006). Объединение с микробами: Руководство садовода по почвенной пищевой сети , Глава 3: Бактерии, Timber Press, Портленд, Орегон.
• Ридер, Р.К. (2012). Фотография бактерий Rhizobium и клубеньков, поражающих корни сои, личная коллекция Р. Ридера, отдел пищевой, сельскохозяйственной и биологической инженерии, Государственный университет Огайо, Колумбус, Огайо.
• Сильвия, Д.М., Хартел, П.Г. Фурманн, Дж.Дж. и Зуберер, Д.А. (2005). Принципы и приложения почвенной микробиологии (2-е изд.). Под редакцией Дэвида М. Сильвы, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, New Jersey.
• Уилсон, Т.Дж. (Октябрь 2013). Фотографии инфузорий, жгутиконосцев и различных бактерий. Из Компост, почва и компост Чай Микроорганизмы .

Этот информационный бюллетень был подготовлен совместно с Советом по покровным культурам Среднего Запада (MCCC).

История жизни и экология бактерий

История жизни и экология бактерий

Бактерии растут в самых разных местах и ​​условиях.

Когда большинство людей думают о бактериях, они думают о болезнетворных
организмы, такие как бактерии Streptococcus , растущие
в культуре на этом снимке, которые были выделены от человека со стрептококком
горло. В то время как патогенных бактерии печально известны такими заболеваниями, как
холера, туберкулез и гонорея, такие болезнетворные виды являются
сравнительно небольшая часть бактерий в целом.

Бактерии настолько широко распространены, что можно только максимально
общие утверждения об истории их жизни и экологии. Их можно найти
на вершинах гор, на дне глубочайших океанов, в недрах
животных и даже в замерзших скалах и льдах Антарктиды. Одна функция
что позволило им распространиться так далеко, и так долго длится их способность идти
находится в состоянии покоя в течение длительного периода.

Бактерии предъявляют самые разные требования к окружающей среде и питанию.

Большинство бактерий можно отнести к одной из трех групп в зависимости от их
реакция на газообразный кислород. Аэробные бактерии процветают в присутствии
кислорода и требуют его для своего дальнейшего роста и существования. Другой
бактерии являются анаэробными и не переносят газообразный кислород, такой как
те бактерии, которые живут в глубоководных отложениях, или те, которые
вызывают пищевые бактериальные отравления. Третья группа — факультативных.
анаэробы , которые предпочитают расти в присутствии кислорода, но могут
продолжать расти без него.

Бактерии также можно классифицировать как по способу получения ими
энергия. По источнику энергии бактерии делятся на две
категории: гетеротрофы и автотрофы.
Гетеротрофы получают энергию при расщеплении
сложные органические соединения, которые они должны получать из окружающей среды.
сюда входят сапробиотические бактерии, обнаруженные в разлагающемся материале, а также
которые полагаются на ферментацию или дыхание .

Другая группа, автотрофы , фиксируют углекислый газ, чтобы сделать их
собственный источник питания; это может подпитываться световой энергией
( фотоавтотрофный ), или путем окисления азота, серы или других
элементы ( хемоавтотрофные ). В то время как хемоавтотрофы
редки, фотоавтотрофы обычны и весьма разнообразны. Они включают
цианобактерии, зеленые серобактерии, пурпурные серобактерии и пурпурные
несерные бактерии. Особенно интересны серобактерии, т.к.
они используют сероводород в качестве донора водорода, а не воду, как большинство
другие фотосинтезирующие организмы, в том числе цианобактерии.

Бактерии играют важную роль в глобальной экосистеме.

Экосистема, как на суше, так и в воде, сильно зависит от
активность бактерий. круговорот питательных веществ, таких как углерод, азот и
сера восполняется их неустанным трудом.

Органический углерод в виде мертвых и гниющих организмов быстро
истощать углекислый газ в атмосфере, если бы не деятельность
разлагатели. Это может звучать не так уж плохо для вас, но поймите, что без
углекислого газа, не было бы фотосинтеза в растениях и не было бы пищи.
Когда организмы умирают, углерод, содержащийся в их тканях, становится
недоступен для большинства других живых существ. Разложение — это
разрушение этих организмов и высвобождение питательных веществ обратно в
окружающей среды, и является одной из наиболее важных ролей бактерий.

Круговорот азота является еще одним важным видом деятельности бактерий.
Растения
полагаются на азот из почвы для своего здоровья и роста и не могут
получают его из газообразного азота в атмосфере. Основной способ в
какой азот становится для них доступным через азота
фиксация бактериями, такими как Rhizobium , и цианобактериями
такие как Anabaena , Nostoc и Spirulina ,
показано справа.