Где и как берут бактерии необходимый для жизни азот
Азот – один из самых распространенных химических элементов на планете Земля и четвертый по распространенности в Солнечной системе. Атмосфера на 80% состоит из азота. Его роль в деле поддержания существования органической жизни огромна. Ни одна органическая белковая молекула – основа органической жизни – не может быть построена без молекулярного азота. Небольшой процент его фиксируется из атмосферы абиотическим путем (разряды молний), но основную часть фиксируют бактерии, эти простейшие одноклеточные организмы и только они. Никакие живые организмы больше не в состоянии усваивать азот атмосферы. Это роль только для бактерий. Сегодня человек уже знает, какие бактерии улучшают азотное питание растений, и это знание позволяет не только увеличивать плодородность почв, но и восстанавливать их после энергичного сельскохозяйственного использования.
Бактерии как основной двигатель круговорота азота
Азот содержится не только в атмосфере. Почти столько же его в гидросфере, земной коре и в мантии (примерно 4×10¹⁵ т). Геохимический круговорот требует, чтобы этот азот постоянно был включен в общий круговорот, поддерживая тем самым геохимическое стабильное состояние Земли.
Как известно, суть круговорота состоит в том, что элементы из атмосферы попадают в земную кору (разные ее слои) и в гидросферу, а из литосферы и гидросферы назад возвращаются в атмосферу. Исключение составляет только мантия, ее элементы извергаются в атмосферу с извержениями вулканов и уже туда не возвращаются. Но в мантии азота не так уж и много, поэтому его количество, извергаемое регулярно в атмосферу, не в состоянии изменить общий геохимический цикл.
Как уже говорилось, бактерии являются в азотном цикле единственным биогенным элементом:
- Клубеньковые и другие прокариоты поглощают молекулярный азот атмосферы и плодородных почв – верхнего слоя земной коры, после чего превращают его в органические соединения, которые могут усваиваться растениями.
- Растения поглощаются животными, в том числе и людьми, которые, погибая и разлагаясь, возвращают азотные соединения в воздух через процесс денитрификации, который также осуществляют бактерии, только уже представители другой группы – денитрификаторы.
Когда речь идет о круговороте азота, то неправильно говорить только о клубеньковых микробах. Есть масса бактерий, которые усваивают азот других источников в другой форме, но все равно двигают его по циркулирующему геохимическому круговороту.
Обогащение почвы
Естественное азотное обогащение почвы – работа исключительно микроорганизмов, в том числе и клубеньковых. До недавнего времени считалось, что только клубеньковые бактерии относятся к микроорганизмам, которые способны фиксировать атмосферный азот из воздуха. Причем ключевую роль в этом процессе играют бобовые растения, поскольку они единственные могут являться симбионтами клубеньковых микробов.
Однако сегодня такая позиция считается устаревшей, поскольку за последнее время найдено огромное количество самых разных бактерий, которые способны превращать молекулярный азот в соединения аммония, а именно аммоний (NH4) уже может усваиваться растениями. Так, например, актиномицеты живут в азотфиксирующем симбиозе как минимум со ста видами деревьев.
Так как же происходит это обогащение почв:
- Растения, заинтересованные в симбиозе с клубеньковыми бактериями, насыщают почву вокруг своих корней особыми органическими соединениями – флавинами. При этом каждый вид растений вырабатывает индивидуальные и уникальные флавины, на которые реагирует только один вид бактерий. В микробиологии даже названия таким бактериям дают по названию растения, которое для них является напарником по симбиозу.
- Привлеченные флавинами бактерии, способные фиксировать азотные молекулы воздуха, подбираются ближе к корневым волоскам такого растения и, проникая через клеточные стенки покровной ткани корневого волоска, пробираются внутрь корня.
- Проникнув внутрь, бактерии размножаются, а чтобы создать для них достаточное пространство для выполнения возложенной роли, клетки корня начинают делиться и формируют клубенек.
- В процессе своей жизнедеятельности в клубеньке бактерии снабжают растение добытым из воздуха и почв аммонием, а от растения получают углеводы, которые являются для бактерий источником энергии (АТФ).
- Когда растение-симбионт отмирает или сбрасывает листву, его насыщенные аммонием органические ткани попадают в верхние слои почвы и, перегнивая, насыщают это почву азотистыми соединениями в органических молекулах.
- Главная роль этого перегнившего естественного азотного удобрения – стать источником органических азотистых соединений для тех растений, которые впоследствии будут расти на этих почвах, но сами не в состоянии вступить в симбиоз с фиксирующими из воздуха азот бактериями и получить необходимый аммоний напрямую из атмосферы.
Этот естественный биологический механизм испокон веков используется в сельском хозяйстве. Заметив ту важную роль, которую играют бобовые растения в деле повышения плодородности почв, земледельцы засевают поля бобовыми, после чего перепахивают поле вместе с выросшей на нем зеленой массой, и уже через несколько недель на таком поле можно высаживать сельскохозяйственные культуры, которые после такой азотной обработки дадут хороший урожай.
Какие бактерии играют активную роль в круговороте азота
Основную роль в фиксации азота из воздуха играют уже не раз упомянутые клубеньковые микроорганизмы. Какие виды относятся к этой группе?
- Род бактерий ризобиум (Rhizobium). Это грамотрицательные микроорганизмы, факультативные либо облигатные анаэробы, чаще всего имеют форму палочек, не образуют колоний, а функционируют поодиночке или попарно. Есть виды, которые являются патогенными для людей, зараженных вирусом СПИДа.
- Некоторые виды актиномицетов, которые живут в корнях деревьев (облепиха, ольха и др.), способных образовать для них клубеньки. Актиномицеты образовывают в клубеньках деревьев мицелии (тонкие нити). Грамположительны и хемоорганотрофы.
К производителям аммония также относятся цианобактерии Анабена, которые играют ту же роль, что и клубеньковые микробы, в симбиозе с папоротниками. Так же, как и актиномицеты, имеют нитчатый вид и положительно реагируют на окраску по Граму.
Распространенным в почве азотфиксатором является Clostndium pasteurianum. Они не вступают в симбиоз и свободно живут в почвах, играя роль азотного обогатителя почв в одиночку. Это подвижные спорообразующие палочки, которые питаются имеющимися в почве углеводами (в отличие от клубеньковых, которые питаются углеводами за счет растений) и, используя углеводы в качестве источников энергии, фиксируют азот насыщенного им воздуха.
Источник
Роль бактерий в природе и народном хозяйстве
Деятельность бактерий разнообразна и имеет огромное значение в природе и жизни человека. Их называют сапрофитными бактериями.
КЛУБЕНЬКОВЫЕ БАКТЕРИИ – усваивают азот из воздуха и обогащают почву азотом, живут в симбиозе с люцерной, горохом, донником и другими бобовыми растениями.
БАКТЕРИИ ГНИЕНИЯ – превращают остатки растений и животных в перегной – санитары нашей планеты.
ПОЧВЕННЫЕ БАКТЕРИИ – способствуют питанию растений, они превращают перегной в минеральные вещества, влияют на рост и развитие растений. Другой вид бактерий поглощает азот из воздуха.
МОЛОЧНО-КИСЛЫЕ БАКТЕРИИ – питаясь сахаром, образуют молочную кислоту. Они используются в сыродельном производстве, в молочной промышленности, при квашении овощей и фруктов, силосовании кормов. Они сбраживают углеводы.
ЦИАНОБАКТЕРИИ – осуществляют процесс фотосинтеза и обогащают воздух кислородом.
Цианобактерия спирулина выращивается во многих странах в специальных водохранилищах для производства пищевого белка.
В современной химической промышленности изучаются бактерии, разлагающие синтетические вещества, например, найдены бактерии, разлагающие нейлон. Ведутся поиски бактерий «пожирателей» полиэтилена.
Некоторые виды болезнетворных бактерий выращиваются в специальных питательных средах.
Многие бактерии причиняют вред народному хозяйству. Они поселяются на продуктах питания и портят их. Чтобы продукты не портились, их сушат и солят, маринуют, засахаривают, консервируют. При консервировании продукты, помещенные в плотно закрытые банки, нагревают. При этом погибают не только бактерии, попавшие в продукты, но и их споры. Поэтому консервы сохраняются долгое время. Есть бактерии, которые портят рыболовные сети, редчайшие рукописи и книги в книгохранилищах. Для предохранения книг от порчи их окуривают сернистым газом. Бактерии портят сено в стогах, если оно недостаточно хорошо высушено.
Источник
Клубеньковые бактерии обогащают почву азотом бактерии затрудняют
Корни многих бобовых несут небольшие клубеньки, образованные разрастающейся тканью при внедрении в корень азотфиксирующих бактерий. Эти бактерии способны фиксировать атмосферный азот, которым они не только снабжают растение, но и обогащают им почву.
Бактерии формируют на корнях бобовых растений клубеньки, в которых образуют азот и превращают его в азотистые соединения, пригодные для усвоения растениями. Таким образом почва с помощью этих растений обогащается азотом.
Собственно растения не обогащают почву. Их заслуга в том, что с ними вступают в симбиоз клубеньковые бактерии. Так что верный ответ 4.
. Ежегодно бобовые, живущие в симбиозе с бактериями, возвращают в почву не менее 100 — 140 кг/га азота.
Следовательно, это роль клубеньковых бактерий. а не совсем бобовых растений.Двойственный ответ.
Сидераты — это растения, которые выращиваются не для потребления в пищу, а исключительно для повышения плодородия земли. Их зеленую массу заделывают в почву для обогащения ее органическими веществами. Такой прием окультуривания почвы называется сидерацией, применяется он с давних времен и входит в систему органического земледелия.
Зеленые растения обогащают почву не только органикой, но и азотом, микроэлементами и по эффективности приравниваются к навозу. Корни рыхлят землю, улучшают структуру, водный и воздушный режим, оздоравливают ее.
К сидератам относятся в основном бобовые культуры: люпин, чина, донник, лядвенец, вика, сераделла, люцерна, клевер и др. Бактерии формируют на корнях бобовых растений клубеньки, в которых образуют азот и превращают его в азотистые соединения, пригодные для усвоения растениями. Таким образом почва с помощью этих растений обогащается азотом.
Источник
Подготовка к ОГЭ по биологии. Бактерии и вирусы: теория и практика.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ
ЦАРСТВО БАКТЕРИИ (= ц. прокариоты).
Это одноклеточные микроскопические организмы, не имеющие оформленного ядра. Самые древние организмы, появились более 3 млрд. лет назад. Распространены повсеместно: больше всего – в почве, меньше – в воде, ещё меньше – в воздухе. Много их в живых организмах
1. Строение клетки:
— клетка покрыта плазматической мембраной, за которой следует клеточная стенка (из муреина).
— у большинства слизистая капсула, которая защищает клетку от высыхания и содержит токсины;
— нет мембранных органоидов (их функции выполняют мезосомы – впячивания мембраны)
— есть рибосомы, более мелкие чем в клетках эукариот;
— генетический аппарат – НУКЛЕОИД — кольцевая молекула ДНК, не связанная с белками (выполняет функцию хромосомы;
— в цитоплазме есть плазмиды – небольшие молекулы ДНК, определяющие отдельные признаки бактерий.
— органоиды движения — жгутики и реснички.
2. Формы бактерий
шарообразные – кокки (стрептококки, стафилококки)
палочковидные – бациллы (картофельная палочка, молочнокислые бактерии)
спирально извитые – спириллы и спирохеты (бледная спирохета – возбудитель сифилиса)
в форме запятой — вибрионы (холерный вибрион)
(образуют органические вещества)
(питаются готовыми органическими веществами)
(используют энергию солнца)
(используют энергию хим. связей)
(питаются неживым органическим веществом)
вещества тела хозяина)
(живут за счет других организмов, принося им пользу)
*клубеньковые бактерии (живут в симбиозе с бобовыми растениями),
* кишечная палочка (синтезирует витамины группы В, К)
бактерии, которым необходим кислород
бактерии, для которых кислород губителен
Спора может десятилетиями быть в неактивном состоянии, переноситься водой и ветром. Она не боится высыхания, холода, жары. Убийственным фактором для спор являются прямые солнечные лучи или искусственное облучение ультрафиолетовыми лучами (УФЛ). При попадании в благоприятную среду из споры быстро образуется бактерия.
— звено в цепи питания (пища для одноклеточных)
— бактерии гниения образуют перегной
— почвенные бактерии превращают перегной в минеральные соли
— клубеньковые бактерии (на корнях бобовых растений) превращают азот воздуха в соли, которые в растворенном виде всасываются корнями
— молочнокислые бактерии используются в молочной промышленности, силосовании кормов
— месторождения серы образованы серобактериями, железорудные месторождения – железобактериями
— в биотехнологии (синтез инсулина)
— портят продукты питания, книги в книгохранилищах, сено в стогах
— болезнетворные вызывают болезни: тиф, холеру, дифтерию, столбняк, туберкулез, ангину, сибирскую язву, бруцеллез, чуму, ботулизм, коклюш, венерические заболевания
6. Способы борьбы с бактериями:
а) обработка УФЛ;
б) обработка горячим паром;
в) стерилизация (нагревание до + 1200С под давлением)
г) дезинфекция (обработка химическими веществами – антисептиками)
д) пастеризация — обеззараживание при 60-70 0 С в течение 20-30 мин.
е) в домашних условиях: маринование в уксусной кислоте, засолка, охлаждение и замораживание продуктов;
ж) использование антибиотиков
Вирусы (от лат. virus — яд) – частицы, представляющие собой переходную форму между живой и неживой материей и не имеющие клеточного строения.
Открыты в 1892г. русским учёным Д.Ивановским. Он обнаружил и описал вирус табачной мозаики. Этот вирус поражает табак, вызывая разрушение хлорофилла, из-за чего некоторые участки становятся более светлыми.
Вирусы — это внутриклеточные паразиты, и вне клетки они не проявляют никаких свойств живого. Они не потребляют пищи и не вырабатывают энергии, не растут, у них нет обмена веществ. Многие из них во внешней среде имеют форму кристаллов. Вирусы настолько малы, что их можно увидеть только с помощью электронного микроскопа . Внеклеточная (покоящаяся) форма вируса называется вирион
Отличия от неживой материи:
- способность воспроизводить себе подобные формы (размножаться)
- обладание наследственностью и изменчивостью.
молекула РНК или ДНК, заключенная в белковую оболочку, которую называют капсидом (рис.16).
Рис. 18 Бактериофаг
- Проникнув в клетку, вирус изменяет в ней обмен веществ, направляя всю ее деятельность на производство вирусной нуклеиновой кислоты и вирусных белков .
- Внутри клетки происходит самосборка вирусных частиц из синтезированных молекул нуклеиновой кислоты и белков.
- Иногда в ирусная ДНК встраивается в ДНК к л етки- хозяина, заставляя клеточную ДНК продуцировать вирусные ДНК.
- До момента гибели в клетке успевает синтезироваться огромное число вирусных частиц. В конечном итоге клетка гибнет, оболочка ее лопается и вирусы выходят из клетки-хозяина (рис. 17).
Грипп, оспа, корь, полиомиелит, паротит (свинка), бешенство, СПИД, энцефалит, гепатит, краснуха и др.
Мозаичная болезнь табака, томатов, огурцов, скручивание листьев, карликовость, жёлтая сеть и др
Ящур, чума свиней и птиц, инфекционная анемия лошадей, лейкоз, бруцеллёз и др.
Бактериофаги (рис.18) – вирусы, паразитирующие на бактериях.
Происхождение вирусов в процессе эволюции пока неясно. Большинство ученых предполагают, что вирусы представляют собой клетки или их фрагменты, которые в ходе приспособления к паразитизму утратили все, без чего «можно обойтись», за исключением своего наследственного аппарата в виде нуклеиновой кислоты и защитной белковой оболочки.
Биологические мутагены (вызывают мутации).
Бактериофаги используются в медицине против бактерий.
Используются в генной инженерии.
ВИЧ – вирус иммунодефицита человека.
Болезнь СПИД обнаружена в 1981г., а в 1983г. обнаружен возбудитель – ВИЧ. ВИЧ обладает уникальной изменчивостью, которая в 5 раз превышает изменчивость вируса гриппа и в 100 раз больше, чем у вируса гепатита В. Беспрерывная генетическая и антигенная изменчивость вируса в человеческой популяции приводит к появлению новых вирионов ВИЧ, что резко усложняет проблему получения вакцины и затрудняет проведение специальной профилактики СПИДа.
Для СПИДа характерен очень длительный инкубационный период. У взрослых он составляет в среднем 5 лет. Предполагается, что ВИЧ может сохраняться в организме человека пожизненно.
Пути передачи ВИЧ — инфекции:
1. Половой (со спермой и влагалищным секретом) – при непостоянном половом партнере и гомосексуальных отношениях; при искусственном оплодотворении.
2. При использовании загрязненных медицинских инструментов, у наркоманов – одним шприцем.
3. От матери – ребенку: внутриутробно, при родах, при кормлении материнским молоком.
4. Через кровь: при переливании крови, пересадке органов и тканей.
Вирус поражает ту часть иммунной системы человека, которая связана с Т – лимфоцитами крови, обеспечивающими клеточный и гуморальный иммунитет. В результате болезни человеческий организм становится беззащитным перед инфекционными и опухолевыми заболеваниями, с которыми справляется нормальная иммунная система.
Стадии болезни СПИДа.
I. Заражение вирусом ВИЧ: недельная лихорадка, увеличение лимфоузлов, сыпь. Через месяц в крови обнаруживаются антитела к вирусу ВИЧ.
II. Скрытый период (от нескольких недель до нескольких лет): изъязвления слизистой, грибковые поражения кожи, похудение, понос, повышенная температура тела.
III. СПИД: воспаление легких, опухоли (саркома Капоши), сепсис и другие инфекционные заболевания.
Возбудителя СПИДа убивает:
50 – 70о спирт → несколько секунд.
То = 56оС → 30 минут.
Дезинфицирующие вещества (хлорамин, хлорная известь) → мгновенно.
Попадание в желудочно-кишечный тракт → разрушается пищеварительными ферментами и соляной кислотой.
Попадание на кожу → через 20 минут уничтожается ферментами бактерий, паразитирующих на коже.
Тестовые задания в формате ОГЭ
Задание 3. Царство Бактерии. Царство Вирусы.
3.1 Бактерии не имеют оформленного ядра, поэтому их относят к
1) эукариотам 2) прокариотам 3) автотрофам 4) гетеротрофам
3.2. Клетки бактерий отличаются от клеток растений и животных отсутствием:
1) клеточной оболочки 2) цитоплазмы 3) ядра 4) рибосом
3.3. Какие бактерии считают «санитарами планеты»
1) гниения 2) уксуснокислые 3) молочнокислые 4) клубеньковые
3.4. Большинство бактерий в круговороте выполняют роль
1) производителей органических веществ 2) потребителей органических веществ
3) разрушителей органических веществ 4) концентраторов органических веществ
3.5. К лубеньковые бактерии вступают в симбиоз с бобовыми растениями, улучшая их питание
1) калийное 2) фосфорные 3) азотное 4) кальциевое
3.6. Бактерии размножаются
1) спорами 2) с помощью половых клеток 3) вегетативным способом 4) путем деления клетки
3.7. Большинство бактерий по способу питания
1) производители органических веществ 2) симбиотические организмы
3) потребители неорганических веществ 4) разрушители органических веществ
3.8. Клубеньковые бактерии, обитающие в корнях бобовых растений, являются
1) симбионтами 2) паразитами 3) автотрофами 4) конкурентами
3.9.Генетический материал бактерии содержится в
оформленном ядре 3) нескольких хромосомах
в кольцевой молекуле ДНК 4) в кольцевой молекуле РНК
3.10. Бактерии, использующие для дыхания кислород, называются
1) сапрофиты 2) паразиты 3) аэробы 4) анаэробы
3.11. Бактерии, живущие в содружестве с другими организмами – это
1) сапрофиты 2) паразиты 3) автотрофы 4) симбионты
3.12. Фотосинтезирующие сине-зеленые цианобактерии являются
1) сапрофитами 2) паразитами 3) автотрофами 4) гетеротрофами
3.13. Споры у бактерий обеспечивают
1) перенесение неблагоприятных условий 2) половое размножение
3) вегетативное размножение 4) бесполое размножение
3.14. Какой биологический объект изображён на рисунке?
1) клетка бактерии 2) спора гриба 3) вирус ВИЧ 4) семя растения
3.15. Какой из приёмов борьбы с болезнетворными бактериями наиболее эффективен в операционном блоке?
1) пастеризация 2) регулярное проветривание
3) облучение ультрафиолетовыми лучами 4) мытье полов горячей водой
3.16. К какой группе тел живой природы относят изображённый на рисунке объект:
1) эукариоты 2) нанороботы 3) прокариоты 4) вирусы
Задание 23. Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.
23.1. Выберите условия, обеспечивающие сапрофитным бактериям процветание в природе
1) сложность внутреннего строения 4) способность к фотосинтезу
2) сложность обмена веществ 5) простота внутреннего строения
3) способность быстро размножаться 6) питание органическими веществами
23.2. Выберите правильные утверждения
1) клубеньковые бактерии обогащают почву азотом
2) бактерии затрудняют усвоение растениями минеральных веществ
3) сапрофитные бактерии паразитируют в организме животных
4) бактерии гниения питаются остатками растений и животных
5) квашение капусты и силосование кормов вызывается молочнокислыми бактериями
6) чтобы продукты не портились, им необходим доступ кислорода
Задание 25. Установите соответствие: к каждому элементу первого столбца подберите соответствующий элемент из второго столбца.
25.1. Установите соответствие
Признаки Царства организмов
2) используют для выпечки хлеба А) грибы
3) одноклеточные и многоклеточные Б) бактерии
4) в клетке одна хромосома
5) некоторые способны к хемосинтезу и фотосинтезу
6) многие являются возбудителями заболеваний
25.2. Установите соответствие
Признаки Тип клеток
1) отсутствует оформленное ядро А) прокаритная
2) хромосомы расположены в ядре Б) эукариотная
3) имеется аппарат Гольджи
4) в клетке одна кольцевая хромосома
5) АТФ образуется в митохондриях
Задание 27. Выберите из предложенного списка и вставьте в текст пропущенные слова, используя для этого их цифровые обозначения. Впишите номера выбранных слов на место пропусков в тексте.
Вирусы — ———- (А) формы жизни, проявляющие некоторые признаки живых организмов только внутри других клеток. Вирус состоит из генетического материала и ——-(Б). Генетический материал образован ——(В): ДНК или РНК. ДНК-содержащие вирусы после проникновения в клетку встраивают свою ДНК в собственный генетический материал клетки. РНК-содержащие вирусы после проникновения в клетку сначала преобразуют информацию своей РНК в ДНК, путём ——-(Г), а затем она встраивается в генетический материал клетки.
2) нуклеиновая кислота
3) клеточная мембрана
4) белковый капсид
5) обратная транскрипция
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами. Ответ:
Бактерии в основном _______(А) организмы. При неблагоприятных условиях они могут образовывать ______(Б). Многие бактерии имеют ______(В), с помощью которых они передвигаются. Наследственная информация у этих микроорганизмов хранится в виде ______(Г).
2) ядерное вещество
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Биотехнология – дисциплина, изучающая возможности использования биологических объектов для создания живых организмов с необходимыми свойствами. Наибольшие успехи достигнуты в области изменения генетического аппарата бактерий. Вводить новые гены в геном бактерии научились с помощью небольших кольцеобразных молекул ДНК — _______(А), присутствующих в бактериальных клетках. В них «вклеивают» необходимые _______(Б), а затем добавляют их к культуре бактерий, например _______(В). После этого гибридная кольцевая ДНК _______(Г) в клетке, воспроизводя десятки своих копий, которые обеспечивают синтез новых белков.
2) кишечная палочка
Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
Источник