Бактерии гниения: среда обитания, способ питания, значение в природе

Большинство почв являются своего рода кладбищем для мертвых бактерий. Так как большинство бактерий живут в условиях постоянного голодания или водного стресса, то они научились быстро адаптироваться к условиям окружающей среды и мгновенно репро­дуцировать, когда вода и пища находятся в изобилии. Популяцию бактерий можно легко удвоить за 30 минут. Бактерии так просты по структуре, что иногда их называют «мешок ферментов».

Функции почвенных бактерий

Бактерии выполняют важные функции в почве, разлагая органические остатки из ферментов, секретируемых в почве. Есть четыре основные функциональные группы почвенных бактерий.

  1. Decomposers (деструкто­ры) — бактерии, которые потребляют простые сахариды и соединения углеро­да, такие как корневые выделения и свежие расти­тельные остатки.
  2. Mutualists — бактерии, фор­мирующие партнерские отношения с растениями; пример: ризобии — азот-фиксирующие бактерии.
  3. Lithotrophs (хемоавтотрофы) — бактерии, которые получают энергии» из соединений азота, серы, железа или водорода, а не из углеродных соединений.
  4. Бактерии также могут быть патогенами для рас­тений.

Бактерии в почве преобразо­вывают энергию органического вещества в формы, полезные для остальных организмов. Ряд бактерий деструкторов (Decomposers) могут разрушать осnатки пестицидов и некоторые дру­гие загрязняющие вещества в почве. Эти бактерии осо­бенно важны для иммобили­зации или сохранения пита­тельных веществ, тем самым предотвращая потери пита­тельных веществ, таких как азот из корневой зоны. Бактерии всех четырех групп выполняют важные функ­ции, связанные с динамикой воды, круговоротом пита­тельных веществ и противо­стоянием болезням.

Функции почвенных бактерий

Азотфиксирующие бактерии (ризобии) образуют симбиотические ассоциации с кор­нями бобовых. Ризобии являются грамотрицательными бактериями. Создаются видимые глазу узелки в местах, где бактерии заражают растущий корень растения. Растение поставля­ет простые сахара к бактери­ям, а бактерии преобразовы­вают атмосферный азот из воздуха в нитратную и аммо­нийную формы, которые растение может использо­вать. Когда листья или корни растения разлагаются, количество азота в почве увели­чивается.

Для фиксации бак­териями атмосферного азота нужны анаэробные условия. Нитрифицирующие бакте­рии сначала превращают аммоний в нитрит, а затем в нитрат, который является предпочтительной формой азота для большинства про­пашных культур. Нитрифицирующие бакте­рии нужны почвам с чрез­мерной аэрацией. Нитрат легко выщелачивается из почвы, поэтому некоторые фермеры используют инги­биторы нитрификации для понижения активности нитрифицирующих бакте­рий. Денитрифицирующие бактерии превращают нитра­ты в атмосферный азот или закись азота.

Хозяйственное значение бактерий гниения и брожения

Читайте также:  Бактериальный эндокардит – тяжелое инфекционное заболевание

Многие бактерии гниения вызывают порчу продуктов питания. Поэтому скоропортящиеся продукты хранят в холодильниках (при низкой температуре жизнедеятельность бактерий понижается).Обратите внимание! Поскольку бактерии не могут жить без воды и погибают в растворах соли и сахара, продукты сушат, солят, маринуют, засахаривают, консервируют, коптят. При консервировании плотно закрытые банки нагревают. При этом погибают не только бактерии, но и их споры. Поэтому консервы сохраняются долгое время.

Бактерии портят сено в стогах, если оно недостаточно хорошо высушено. Есть бактерии, которые портят рыболовные сети, редчайшие рукописи и книги в книгохранилищах. Для предохранения книг от порчи их окуривают сернистым газом.

С бактериями брожения связано скисание молока, фруктовых и ягодных соков. При этом молоко превращается в простоквашу, а соки — в жидкость с большим содержанием уксуса.

Молоко для сохранения кипятят, стерилизуют (уничтожают бактерий), хранят в холодильнике, а соки для длительного хранения, как правило, консервируют в герметически закупоренных банках или специальных упаковках.

Функции почвенных бактерий

Молочнокислые бактерии при брожении превращают сахар в молочную кислоту, которая угнетает жизнедеятельность гнилостных бактерий. Это свойство бактерий брожения человек применяет при квашении капусты, солении огурцов, получении из молока различных молочнокислых продуктов (сметаны, творога, сыра и др.); образовании силоса из кукурузы и других сочных растений.

Некоторые бактерии брожения живут в кишечнике человека и зверей и способствуют перевариванию пищи. К таким бактериям относится, например, кишечная палочка.

Некоторые почвенные бактерии способны поглощать азот из воздуха, используя его в процессах жизнедеятельности.

Эти азотофиксирующие бактерии живут самостоятельно или поселяются в корнях бобовых растений. Проникнув в корни бобовых, эти бактерии вызывают разрастание клеток корней и образование на них клубеньков. Такие бактерии называют клубеньковыми.

Клубеньки белого люпина

Клубеньковые бактерии внутри клубенька

Функции почвенных бактерий

Эти бактерии выделяют азотные соединения, которые используют растения. От растений бактерии получают углеводы и минеральные соли. Таким образом, между бобовым растением и клубеньковыми бактериями существует тесная связь, полезная как одному, так и другому организму. Это явление называется симбиоз (от греческого слова симбиозис — «совместная жизнь»).Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями бобовые растения обогащают почву азотом, способствуя повышению урожая.

Изучение предмета продолжается

Гниение имеет огромное значение как в экономии природы, так и в человеческой деятельности: от технических производств до развития болезней. Прикладная бактериология родилась всего порядка 50 лет назад, трудности изучения и сегодня громадны. Но перспективы огромны:

  • Гниение и брожение активно используется в различных производствах – разделение растительных веществ, растительных волокон и стебля, зерен от мякоти и многое другое. Изучение процессов и микроорганизмов сулит новые технологии.
  • Удаление органики необходимо при придании прочности растительным материалам (бумаги, древесины, ткани). И новые технологии этих производств уже в пути.
  • Бактерии незаменимы в технологиях генной инженерии и производстве биологических лекарств. а их способности захватывать и выводить болезнетворные организмы сулит прорыв в медицине.

Способы передвижения

Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются за счёт волнообразных сокращений или при помощи жгутиков (скрученные винтообразные нити), которые состоят из особого белка флагеллина. Жгутиков может быть один или несколько. Располагаются они у одних бактерий на одном конце клетки, у других — на двух или по всей поверхности.

Но движение присуще и многим иным бактериям, у которых жгутики отсутствуют. Так, бактерии, покрытые снаружи слизью, способны к скользящему движению.

У некоторых лишённых жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли. В клетке может быть 40-60 вакуолей. Каждая из них заполнена газом (предположительно — азотом). Регулируя количество газа в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на её поверхность, а почвенные бактерии — передвигаться в капиллярах почвы.

Хемосинтез, примеры хемосинтетических бактерий

Другой группой автотрофных организмов являются хемосинтезирующие

бактерии, которые в качестве источника энергии для синтеза органических соединений из неорганических используют энергию ОВР.

Хемосинтез открыл в 1889–1890 гг.

русский микробиолог С. Н. Виноградский.

Суть процесса заключается в том, что хемосинтезирующие бактерии окисляют различные неорганические вещества (водород, сероводород, аммиак, оксид железа и др.), а энергия, выделившаяся при этом, запасается в форме АТФ.

Примеры хемосинтезирующих бактерий

  1. Бесцветные серобактерии обитают в водоемах, богатых сероводородом. Энергию, необходимую для синтеза органических веществ они извлекают, окисляя сероводород:
  2. 2H2S + O2 → 2H2O + 2S +E

  3. Выделяющаяся свободная сера накапливается в клетках бактерий. Если сероводорода не достаточно, то бесцветные серобактерии могут окислять свободную серу до серной кислоты:
  4. 2S + 3O2 + 2H2O → 2H2SО4 +E

  5. Нитрифицирующие бактерии широко распространены в почве и водоемах. Они окисляют аммиак и азотистую кислоту до азотной кислоты.
Читайте также:  Гинипрал при беременности для чего назначают капельницы

Такие простые и такие сложные

По форме бактерии могут быть шаровидные (кокки), прямые палочки (бациллы), выгнутые (вибрионы), спиральные (спириллы). Они могут объединяться — диплококки (два кокка), стрептококки (цепочка кокков), стафилококки (гроздь кокков). Клеточная стенка из муреина (полисахарида в соединении аминокислотами) придает форму организму и защищает содержимое клетки. Мембрана клетки из фосфолипидов может впячиваться и одержит комплексы органов движения (жгутиков). В клетках нет ядра, а в цитоплазме находятся рибосомы и кольцевая ДНК (плазмид). Органелл нет, а функции митохондрий, хлоропластов выполняют мезосомы — выпячивания мембраны. У некоторых имеются вакуоли: газовые выполняют функцию перемещения в толще воды, а в запасающих находятся гликоген или крахмал, жиры, полифосфаты.

Такие простые и такие сложные

Строение бактерий

Исследованные нитрифицируюшие бактерии имеют схожее клеточное строение с другими грамотрицательными микроорганизмами. Некоторые из них имеют достаточно развитую систему внутренних мембран, образующих стопку в центре клетки, тогда как у других они располагаются больше по периферии или образуют структуру в виде чаши, состоящую из нескольких листков. По всей видимости, именно с этими образованиями связаны ферменты, которые участвуют в процессе окисления нитрификаторами специфических субстратов.

Значение бактерий

❖ Положительное значение:■ они участвуют в круговороте веществ и являются конечным звеном всех цепей питания;■ являются редуцентами в биогеоценозе (разлагают и минерализуют экскременты и органические остатки);■ участвуют в процессе почвообразования;■ служат источником азота для бобовых растений;■ принимают участие в образовании торфа, каменного угля, железной руды, других полезных ископаемых;

■ участвуют в биохимических процессах пищеварения животных и человека;■ применяются в пищевой промышленности (для консервирования, получения молочнокислых продуктов и т.д.);■ используются в микробиологической и химической промышленности (для получения спиртов, ацетона, сахаров, органических кислот и других химических соединений),■ используются в фармацевтической промышленности для получения антибиотиков, вакцин, витаминов, аминокислот, ферментов и других биологически активных веществ;

❖ Отрицательное значение:■ многие виды бактерий (болезнетворные, или патогенные, бактерии) паразитируют на растениях, животных и человеке, вызывая их инфекционные заболевания;■ сапротрофные бактерии гниения и брожения вызывают гниение и порчу продуктов питания.