Роль микробов в природе: Роль микроорганизмов в природе и для человека

Роль микроорганизмов в природе и для человека

1.3. Роль микроорганизмов в природе и для человека


Микроорганизмы являются важным звеном в круговороте веществ в природе, разлагают растительные и животные остатки, очищают загрязненные органикой водоемы. Без них не могла бы существовать жизнь на земле.

Они распространены везде: в почве, воде, воздухе, организмах животных и растений, откуда они попадают на предметы, одежду, на руки, в пищу, в рот, кишечник [3]. Как и всякие живые существа, микроорганизмы питаются, и размножаются.

У них нет специальных органов пищеварения. Пита-тельные вещества проникают в микроорганизмы через оболочку клетки. Поэтому для развития микроорганизмов хорошей питательной средой являются продукты, содержащие много воды: молоко, бульоны, мясо, рыба и т. д.


Для размножения микробов, кроме питательной среды, необходима благоприятная температура (37—40°). При наличии питательной среды и соответствующей температуры микробы могут очень быстро размножаться путем деления или почкования (дрожжи). Примерно через полчаса количество микробов удваивается, через час увеличивается в 4 раза, через два часа — в 16 раз и т.д.

Учеными доказано, что микроорганизмы бывают: полезные и вредные [8].

Для собственных микроорганизмов наш человеческий организм является обычным родным «при-ютом» с самой нормальной для них средой обитания, поэтому «наши» микробы для нас — это совершенно не чужеродная форма жизни, так в организме одного взрослого человека проживает до 100 триллионов одноклеточных существ.

Факт, что мы состоим преимущественно из разных бактерий, может вызвать тревогу, однако, большинство бактерий действуют нам на благо, и без них мы просто не выжили бы. Это бактериально-человеческое взаимодействие по большей части является симбиотическим (взаимовыгодным).

В обмен на продовольствие и питание, бактерии помогают нам с пищеварением, образованием витаминов итспособствуют укреплению нашей иммунной системы. Кроме того, они защищают нас от патогенных инфекции.

Тысячелетиями человек использовал молочные бактерии для создания многих молочных продуктов. Человек размножает некоторые виды бактерий, потому что нуждается в них, и использует.

Благодаря деятельности микроорганизмов квасится капуста, маринуются овощи, готовится тесто, простокваша, кефир, сыр, масло. Бактерии необходимы в процессе брожения при производстве творога, уксуса, вина. Если в молоко добавить разные бактерии получатся, сыр, простокваша, кефир, йогурт, творог.

Бифидобактерии, лактобактерии и кишечные палочки — первые жители нашего кишечника, и начинают его заселять сразу после рождения ребенка. Полезные микробы участвуют в пищеварении, помогают вырабатывать и усваивать витамины группы В, защищают от аллергии, поднимают иммунитет и устойчивость к инфекциям.

А еще они защищают человека от его врагов – вредных микробов. Как только по какой-нибудь причине снижается количество полезных микробов (например, приём антибиотиков), сразу «власть» переходит к вредным микробам, и в кишечнике развивается

дисбактериоз.


Самый простой и приятный способ борьбы с дисбактериозом – это принимать кисломолочные продукты, содержащие жи-вые бифидо- и лактобактерии. К таким продуктам относятся: кефир, йогурт, ацидофилин и другие.
Без молочнокислых бактерий не было бы и силоса, идущего на корм скоту.

Известно, что если долго хранить вино, оно постепенно превращается в уксус. Это превращение вызывают попавшие в вино уксуснокислые бактерии. С их помощью получают уксус.

Микроорганизмы помогают находить применение отходам животноводства. Из миллионов тонн навоза, накапливающегося на фермах, бактерии в специальных установках могут производить горючий «болотный газ» (метан).

Токсичные вещества, содержащиеся в отходах, при этом обезвреживаются, вдобавок вырабатывается немалое количество топлива. Точно так же бактерии очищают сточные воды, а некоторые участвуют в образовании полезных ископаемых.

Почвенные бактерии превращают перегной в минеральные вещества, которые поглощают корни растений.

Всем живым организмам, чтобы создавать белки, необходим азот. Нас окружают настоящие океаны атмосферного азота. Но ни растения, ни животные, ни грибы усваивать азот прямо из воздуха не способны. Зато это умеют делать особые азотфиксирующие бактерии.

Некоторые растения (бобовые, облепиха) на своих корнях образуют специальные «квартиры» (клубеньки) для таких бактерий. Поэтому люцерну, горох, люпин и другие бобовые часто высаживают на бедных или истощенных почвах, чтобы их бактерии «подкормили» почву азотом.

Различные бактерии помогают человеку изготавливать шелк, производить кофе, табак. Оказывается, если ввести в организм бактерии ген какого-либо нужного человеку белка — например,

ген инсулина. Тогда бактерия начнет его вырабатывать.

Этим занимается наука генная инженерия. После долгого и трудного поиска ученым удалось наладить бактериальное «производство» этого вещества (инсулина), жизненно необходимого больным диабетом.

Теперь перейдем к «одноклеточным врагам» человека.

Их главное оружие против более развитых существ – это токсины (яды). С помощью подобных веществ они отравляют клетки организмов, на которых паразитируют, а иногда они встраиваются в клетки человека, и уничтожают их.

В результате их жизнедеятельности возникают эпидемии заразных заболеваний человека и животных (чума, холера, оспа и др.) от которых ежегодно в странах Америки и Англии умирают сотни тысяч людей.

Болезнетворные бактерии подстерегают человека повсюду.

Для жизнедеятельности микроорганизмов хорошей средой является налет на зубах, остатки пищи между ними. Обильное развитие микробов во рту ведет к быстрому размножению пищевых остатков, при этом накапливаются химические продукты этого распада, которые разрушают эмаль зубов, и приводят к развитию кариеса. Поэтому так важно систематически чистить зубы, полоскать рот после каждого приема пищи.

Но самое большое количество микроорганизмов обитает в толстом кишечнике. Поэтому надо обязательно соблюдать правила личной гигиены, мыть руки перед едой и после прогулки, а также после посещения туалета.

Теперь я точно могу утверждать, что микроорганизмы – живые «невидимки», которые постоянно сожительствуют с нами, причем некоторые составляют полезную микрофлору, и нужны нам для нормальной жизнедеятельности, a некоторые просто паразитируют.

Живя в организме человека, микроорганизмы должны беречь своего хозяина, а не вредить ему, а чтоб это было именно так, необходимо соблюдать правила личной гигиены.

Перейти к разделу 2. и 2.1. Удивительные способности микроорганизмов

1. Роль микробов в природе и жизни человека. Использование микробиологических процессов в промышленности и сельском хозяйстве

СОДЕРЖАНИЕ

2. Личная гигиена работников предприятия общественного питания

3. Строение пищевой системы. Сущность процессов пищеварения 3.1. Язык

3.2. Железы полости рта

3.3. Зубы и глотка

3.4 Пищевод

3.5 Желудок

3.6. Тонкая кишка

3.7. Толстая кишка

4. Глистные инвазии. Пути заражения человека гельминтами. Виды гельминтов. Меры профилактики

Список литературы

1. Роль микробов в природе и жизни человека. Использование микробиологических процессов в промышленности и сельском хозяйстве

Микробиологические исследования находят широкое применение не только в микробиологии и др. областях биологии (например, в цитологии, генетике, биохимии, радиобиологии), но и в медицине, сельском хозяйстве и др. Цель. — обнаружение микроорганизмов в воде, воздухе, почве, растениях, животных, отождествление (идентификация) микробов, изучение их свойств. С помощью исследований было выяснено значение микробов в круговороте веществ в природе, их многогранная роль в жизни растений, животных и человека.

Микробиологические исследования важны для диагностики, предупреждения и лечения инфекционных заболеваний, выяснения источников инфекции, механизма её передачи и путей распространения, для контроля качества продуктов питания. Микробиологические исследования микрофлоры воздуха, воды и почвы вооружили гигиену многими методами санитарно-гигиенической оценки окружающей средыи способствовали разработке мер её охраны и оздоровления.

Разработка наиболее рациональных приемов использования микробов в хозяйственной деятельности человека и сознательная селекция микробов стали возможны только после разработки микроскопических методов изучения и выяснения способов расселения и размножения микроорганизмов.

Основная заслуга в успешном разрешении этих вопросов принадлежит гениальному французскому ученому Луи Пастеру (Pasteur, 1822-1895) , подлинному создателю научной селекции микробов, основанной на сознательном применении методического искусственного отбора и умелом использовании естественного отбора путем создания условий, в которых отбор действует в желательном для селекционера направлении. Дальнейшее усовершенствование селекции микробов тесно связано с достижениями генетики и использованием этих достижений в селекции.

Г. А. Надсон (1920) в результате ряда тщательно выполненных опытов еще в 1920 г. показал, что ионизирующая радиация вызывает у грибов и бактерий стойкие наследственные изменения. Он выделил таким путем у Azotobacter chroococcum штаммы, отличающиеся повышенной способностью ассимилировать атмосферный азот.

В начале 40-х годов Бидл и Татум (Beadle & Tatum, 1941) , использовав ионизирующую радиацию для вызывания мутаций у микробов, получили у гриба Neurospora crassa значительное количество мутантов с измененным обменом веществ и повышенными требованиями к питательным веществам. Эти исследования привели к созданию биохимической генетики и оказали очень сильное влияние на усовершенствование селекции микробов.

В настоящее время в селекции микробов существуют три основных направления:

Селекция на повышение устойчивости к ядам, антибиотикам и на понижение требований к составу питательной среды; Селекция на повышение накопления полезных веществ; Селекция на повышение требований к ростовым веществам.

Доклад Роль бактерий в природе и жизни человека сообщение

В мире огромное число живых организмов. Каждый из них уникален по-своему. Но есть такие удивительные виды, которые непосредственно влияют на жизнь человека и саму природу. Они называются бактерии. Бактерия- это одноклеточный микроорганизм. Сегодня открыто свыше десяти тысяч различных видов бактерий, а их численность составляет примерно более одного миллиона. Как и многие микроорганизмы, бактерии бывают плохими и хорошими.

В природной системе данные микроорганизмы играют одну из важных ролей. Они обитают в верхнем слое земли, разрушая органические соединения (остатки мёртвых живых и растительных организмов). Они занимаются очищением земли от разлагающихся продуктов биологической деятельности, преобразовывая органические вещества в неорганические. Токай процесс поддерживает биологический круговорот химических элементов. Одни из важнейших микроорганизмов те, которые способны к азотфиксированию. Это процесс, при котором азот, содержащийся в воздухе, связывается и преобразуется в более удобную для поглощения растениями форму. Этот процесс важен для растений, которым азот необходим для жизни. Этой способностью обладают клубеньковые бактерии, которые встречаются в корешках бобовых растений.

Для человека бактерии играют огромную роль. Они обитают как снаружи, так и изнутри организма. Они портят продукты и ускоряют их срок годности. Чтобы избежать этого люди подвергают продукты питания различными способами обработки: кипячение, стерилизация, заморозка, пастеризация. Еда, которая была повреждена бактериями, может привести к пищевым отравлениям. Также есть виды бактерий, которые вызывают различные заболевания у человека: брюшной тиф, коклюш, столбняк, туберкулёз. Они могут передаваться через насекомых, с грязью, попавшей на рану или воздушно-капельным путём (через слюну от человека к человеку через поцелуй, кашель или чихание)

Однако, не смотря на это, существуют и хорошие (полезные) бактерии. Внутри организма они способствуют улучшенному перевариванию пищи и расщепляют сложные вещества на простые, для быстрого усвоения организмом. Также бактерии используют для создания различных антибиотиков и лекарств, для приготовления кисломолочных продуктов, вина и других подобных вещей. К примеру, кефир, ряженку и йогурты получают путём добавления в молоко хороших бактерий, которые окисляют молочные продукты выработкой остатков своей жизнедеятельности.

Бактерии играют важную роль в жизни человека и природе. Однако стоит помнить, что бактерии, в любом случае, являются опасными микроорганизмами, способные сразить человека болезнью и недугом, а в некоторых случаях даже и убить. Следует помнить про различные способы защиты, против невидимых врагов. Обязательно следует тщательно вымывать руки с мылом, так как мыло имеет структуру, которая способна удалять бактерии с кожи человека. Также следует помнить, что бактерии обитают и на продуктах питания, поэтому следует их также мыть и подвергать различной обработке. Если же организм подвергся атаке бактерий, то в первую очередь необходимо обратиться к квалифицированному специалисту и следовать его указаниям.

Вариант 2

Микроорганизмы широко распространены в природе. К ним относятся самые разнообразные морфологические и физиологические особенности растительного и животного мира — бактерии, грибы, актиномицеты, риккетсия, вирусы и простейшие. Некоторые из них являются постоянными обитателями почвы и воды, где они играют важную роль в круге веществ. Другие микроорганизмы в ходе своей эволюционной эволюции приспособились к жизни с человеческими, растительными и животными организмами. Отношения, которые возникают между микроорганизмами и макроорганизмами, слишком сложны.

Существует большое количество микроорганизмов в коже и слизистых оболочках человека, в полости рта и пищеварительном тракте. Некоторые из них являются постоянными жителями тела, в то время как другие временно присутствуют там.

Постоянные обитатели человеческого организма составляют его нормальную микрофлору. Они играют важную роль в качестве защитного механизма и естественной устойчивости.

В поврежденных физиологических защитных механизмах макроорганизма от инфекционных или неинфекционных заболеваний эти бактерии могут неблагоприятно воздействовать на жителей организма и наносить им вред, становясь вредными для причины инфекций.

Бактериальная клетка имеет только одну хромосому в форме кольца. Поскольку она очень тонкая, длинная и сложенная, с помощью светового микроскопа хромосома не видна как нить, а просто как «облако» в середине клетки. Мы можем сравнить ее с плетеной пряжей. Но бактериальная хромосома только кажется запутанной. Фактически, любая часть доступна для работы при необходимости. Некоторые бактерии, называемые бациллами, могут испытывать неблагоприятные условия, переходя на более устойчивый образ жизни. Их клетка обычно имеет форму палочки, но при необходимости она сжимается до небольшого шара и оборачивается в дополнительную оболочку. Эта форма бацилл, называемая спорой, не нуждается в еде, потому что имеет очень медленный обмен веществ. Когда условия снова становятся благоприятными, спора снова превращается в палку.

Микробиология — относительно молодая наука, которая развивалась в течение прошлого столетия и изучает жизнь, развитие человека, а также природу мелких одноклеточных животных и растений, называемых микроорганизмами (микробами). Их можно наблюдать только под микроскопом. Впервые термин «микроб» был использован в 1878 году.

Сообщение 3

Бактерии — это отдел прокариотических организмов. Они одноклеточные со сферическими, прямыми или изогнутыми спиральными и другими ячейками. Бактерии — один из самых маленьких организмов, чаще всего от 0,001 до 0,005 мм. Около 1500 видов известны по всему миру.

Они имеют клеточную стенку, которая обладает характерным составом и структурой. У них нет ни одного ядра или органоидов, ограниченных цитомембраной. Их рибосомы меньше, чем у эукариотических организмов .

Они размножаются путем деления клетки на две части. В неблагоприятных условиях некоторые виды бактерий образуют постоянные споры (при пастеризации при температуре 80 С они обычно погибают). Большинство бактерий гетеротрофны (сапрофиты и паразиты), но есть и автотрофные (зеленые и пурпурные бактерии). Чтобы жить, некоторым нужен кислород (аэробные), другим нет (анаэробные).

Бактерии являются одними из самых древних организмов, останки которых были обнаружены в слоях около 3200 миллионов лет назад. Ближайшие родственники — сине-зеленые водоросли.

Бактерии широко распространены. Их небольшой размер и относительно большая поверхность являются предпосылкой интенсивного обмена веществ. Поэтому в связи с их способностью осуществлять различные процессы (ферментация, разложение, извлечение свободного азота, минерализация азотистых веществ и т. д.) бактерии имеют большое значение в биосфере и для человека. Их большая способность к размножению (в некоторых типах клеток деление выполняется каждые 20 минут) способствует быстрому увеличению количества бактерий (в почвах до 100 миллионов клеток в 1 г, в грязной воде до 10 миллиардов, но в питьевой воде их не более 50).

Бактерии распространены по всему миру. Они живут и размножаются в почве, в сладких и соленых водах, в ямах скал, на более крупных организмах и даже внутри их тел. В воздухе бактерии не могут активно двигаться и размножаться, но прикрепляются к пыли или микроскопическим капелькам. У некоторых типов бактерий кумулятивные клетки тесно связаны друг с другом. Они могут даже помогать друг другу, некоторые из них специализируются на одной жизненно важной функции, другие — на другой, и, в итоге, каждая клетка использует преимущества всех навыков. Такие кластеры клеток называются колониями, а вид является колониальным. Колония является промежуточным этапом от одной ячейки к многоклеточной организации.

Роль бактерий в природе и жизни человека

Интересные ответы

  • Доклад про Одиссея сообщение по истории 5 класс кратко

    Одиссей — главный герой поэмы Гомера «Одиссея». Он был царем острова Итаки и участником Троянской войны, где и прославился. Так каким героем был Одиссей?

  • Хронологическая таблица Пушкина (жизнь и творчество)

    6 июня 1799 год — Надежда Осиповна Пушкина родила будущего поэта в городе Москва. Александр Сергеевич Пушкин родился в дворянской семье, отца звали Сергей Львович Пушкин.

  • Ацтеки — сообщение доклад 6, 7, 8 класс

    Ацтеки это древний индейский народ, населявший территорию центральной Мексики. Их численность насчитывается около 1,5 миллионов. Начало цивилизации ацтеков относится к 14-16 векам

  • Доклад на тему Ростов Великий: Золотое кольцо России (окружающий мир 2, 3 класс)

    Ростов Великий – это один из самых примечательных городов в нашей стране. Он входит в состав Золотого кольца России и считается старейшим из всех городов, входящих в этот состав.

  • Природные ресурсы Индии

    Природные ресурсы являются неким фундаментом любого развития в экономике. В них входят различные составляющие: из воды, земли, лесные, из минералов и рекреационные. Все эти составляющие присутствуют на территории

«Роль бактерий и грибов в природе и жизни человека» в 6-м классе

Задачи:

  • обобщить знания учащихся о бактериях и грибах как самостоятельных царствах;

  • показать роль этих организмов в природе как разрушителей органических веществ, обеспечивающих обогащение почвы минеральными веществами;

  • раскрыть пути использования микроорганизмов в различных отраслях народного хозяйства для получения кормов, различных лекарств.

Оборудование: таблицы «Бактерии», «Шляпочные грибы», «Плесневые грибы. Дрожжи», «Грибы – паразиты», гриб-трутовик, плесень на хлебе.

На доске:

«Микробам – этим бесконечно малым живым существам – принадлежит бесконечно большая роль в природе».
Луи Пастер.

Учитель: Сегодня у нас урок–обобщение по теме «Роль бактерий и грибов в природе и жизни человека».

Мы с вами должны повторить и обобщить знания о бактериях и грибах как самостоятельных царствах; выяснить роль этих организмов в природе и раскрыть пути использования микроорганизмов в различных отраслях народного хозяйства.

Луи Пастер сказал «Микробам — этим бесконечно малым живым существам – принадлежит бесконечно большая роль в природе»

Какие организмы называют микробами? (бактерии и микроскопические грибы).

Итак, бактерии – это мельчайшие живые существа, которые встречаются везде. Их находят в гейзерах с температурой выше 100 С, в сверхсолёных озёрах (например в знаменитом Мёртвом море). Живые бактерии были обнаружены в вечной мерзлоте Арктики, где они пробыли 2-3 млн. лет. В океане, на глубине 11 км; на высоте 41 км в атмосфере; в недрах земной коры на глубине в несколько километров. Бактерии прекрасно себя чувствуют в воде, охлаждающей ядерные реакторы; остаются жизнеспособными, получив дозу радиации, в 10 тыс. раз превышающую смертельную для человека. Они выдерживали 2-х недельное пребывание в глубоком вакууме; и не погибали в открытом космосе, помещенные туда на 18 часов, под смертоносным воздействием солнечной радиации.

Так что же это за организмы? И какое они имеют строение?

Бактерии – это примитивные организмы, состоящие из одной клетки. У них отсутствует ядро и пластиды. По своей форме они могут быть шарообразные – кокки, палочковидные – бациллы, в виде запятой – вибрионы, спиралевидные– спириллы.

Как же различаются они по способу питания:

Способы питания разнообразны. Некоторые бактерии питают себя сами т.е. они автотрофы (из неорганических веществ создают органические). Большинство являются гетеротрофами – питаются готовыми органическими веществами. Бактерии, которые питаются веществами умерших организмов называют сапрофитами. Но среди бактерий есть и паразиты ( поселяются в живых организмах и питаются их соками, при этом вызывая различные заболевания — чуму, холеру, дифтерию, туберкулёз).

Но, а какие меры нужно проводить для предупреждения заболеваний?

(соблюдение правил гигиены; поддержание чистоты помещений, одежды, тела, посуды; кипячение воды и т. д.)

Ребята, а что способствует выживанию бактерий в природе? (большая скорость размножения и образование спор).

Какова же роль бактерий в природе?

  1. Участвуют в разложении сложных веществ на простые, образуя плодородный слой земли (перегной).

  2. Бактерии используют в очистительных сооружениях.

  3. Клубеньковые бактерии усваивают азот из воздуха, а растения его используют.

  4. Молочнокислые бактерии образуют молочную кислоту и под её действием получают простоквашу, сливки, сметану, сыры.

Значение бактерий велико. В нашем организме находятся сотни бактерий, создающие микрофлору. Например, в 1г содержимого толстых кишок можно насчитать 30-40 миллиардов микробов. Они подавляют гнилостные бактерии, а некоторые создают необходимые для нас витамины.

Ученые открыли ещё удивительное свойство бактерий. Оказывается, в организм бактерий можно ввести ген какого-либо нужного человеку белка (хотя этот ген бактерии не нужен) и она начинает синтезировать это вещество. Это свойство бактерий используют для производства лекарств.

В 1985 году бактерии стали способны синтезировать человеческий интерферон. Из 1 литра бактериальной культуры можно выделить столько интерферона, сколько из 5-10 тыс. литров донорской крови.

А теперь поговорим о других таинственных и загадочных организмах – о грибах.

Всходит ли тесто на дрожжах, появляется на хлебе плесень; идём ли мы по грибы в лес, получаем ли укол антибиотиков – ни где не обошлось без встречи с грибами или прямыми результатами их деятельности. В настоящее время известно около 100 тыс. видов грибов.

Так в чем же таинственность грибов? Каково их строение?

Грибы – удивительные организмы в которых сочетаются признаки растений и животных. Признаки растений: не передвигаются, растут в течение всей жизни; питаются путем всасывания. Признаки животных: не содержат хлоропластов, питаются готовыми органическими веществами; в клетках содержится хитин.

Чем отличаются шляпочные грибы и плесневые грибы?

Что такое симбиоз, приведите примеры?

Микориза – грибокорень, симбиоз грибов и растений.

С грибами сотрудничают 80% растений (деревья, кустарники, травы). Без микоризы, например дуб, сосна и многие другие деревья жить просто не способны. А грибы в свою очередь не смогли бы образовывать плодовые тела: им просто не хватило бы сил. Редкое исключение из правила – шампиньоны – микоризу не образуют.

А какие ещё вам известны грибы?

(пеницилл, мукор, дрожжи)

Дома вы выполняли практическую работу. Давайте сейчас обсудим результаты.

Цель работы: определить сорт хлеба, наиболее устойчивый к плесневым грибам.

Сорт хлеба

День, на который появилась плесень

Белгородский

2-3

Альпийский

10

Пшеничный белый

2-3

Лаваш

3

Столичный

2-3

Батон нарезной

3

Батон уренгойский

3-4

Батон йодированный

3-5

Мраморный

3-4

Мы видим, что наиболее устойчив к плесени сорт — Альпийский. Чтобы задержать развитие плесени в хлеб добавляют пропионат кальция.

А какой плесневый гриб специально выращивают, и для какой цели?

(пеницилл – для получения антибиотиков).

Сейчас заслушаем сообщение учащихся об открытии пеницилла Александром Флемингом.

К микроскопическим грибам относятся и дрожжи. Они не образуют мицелий и способны вызывать спиртовое брожение и выделять углекислый газ.

Для каких целей используют дрожжи.

(Для приготовления хлеба, пива, вина.)

Оказывается, не только человек научился использовать дрожжи для своих нужд. Обыкновенный комар выращивает их в специальном отделе пищевода. Когда он вонзает свой хоботок в кожу человека, в ранку вместе с его слюной впрыскивается растворенный в ней углекислый газ. Попадают туда и сами дрожжи. Углекислый газ помогает комару сосать кровь, замедляя её свертывание. А сами дрожжи вызывают всем знакомый зудящий волдырь на месте укуса насекомого.

Удивителен и интересен мир грибов.

А в чём опасность грибов? (можно собрать ядовитые грибы: бледные поганки, мухомор, желчный гриб, ложные опята).

Какие правила сбора грибов?

  1. Собирать только те грибы, которые знаете.
  2. Не собирать вблизи дорог, т.к. грибница поглощает и накапливает в себе вредные вещества.
  3. Не собирать старые грибы, т.к. в них происходит разложение и образуются вещества близкие к трупному яду.
  4. Лучше собирать в корзину из прутьев, чтобы они не испортились.
  5. Хранить грибы без кулинарной обработки нельзя. Уже через сутки образуется много вредных веществ.

Какую роль играют грибы в природе и жизни человек?

  1. Разлагают останки растений и животных, повышают плодородие почв.
  2. Изготавливают лекарства.
  3. Используют в пищу человек и животные.

В грибах много белка (20-30% на долю чистого белка). В них содержатся жиры, минеральные вещества, микроэлементы – Fe, Ca, Zn, K, J, P.

В подберёзовике, например содержится 8,5% фосфора, в сыроежках – 3,2%, при этом шляпки содержат больше фосфора, чем ножка.

Но надо помнить, что врачи не рекомендуют детям до 5 лет употреблять грибы в пищу, а от 5 до 10 лет кушать в небольшом количестве. В них содержится хитин, поэтому они являются «тяжелой пищей».

Но когда мы идём в лес по грибы, мы много времени проводим на свежем воздухе, вдыхаем аромат леса, любуемся красотой природы.

Ребята мы с вами повторили царства «Бактерии» и «Грибы». И видим, что эти организмы играют очень важную роль в природе. Их исчезновение привело бы к гибели нашей планеты. Учёные подсчитали, что после их уничтожения жизнь замерла бы через 30 лет.

В завершении урока предлагаю выполнить кроссворд. Необходимо записать названия грибов.

Спасибо всем за активную работу на уроке.

Функции микроорганизмов

Микроорганизмы встречаются повсюду в окружающей среде и играют ведущую роль в бесчисленных природных процессах. Среди прочего, они управляют основными циклами лекарств, которые необходимы для снабжения растений питательными веществами за счет реакции органических веществ в почве. При этих процессах парниковые газы выбрасываются в атмосферу одновременно, поэтому микроорганизмы также играют ключевую роль в изменении климата.

Помимо выполнения своих функций в окружающей среде, микроорганизмы также обладают большим потенциалом для использования.Некоторые бактерии и грибки, так называемые организмы биоконтроля, могут подавлять рост вредных микроорганизмов, технические ферменты и ферменты для производства продуктов питания могут быть изолированы от бактерий, дрожжей и грибов, которые также являются основными поставщиками фармацевтических препаратов, таких как, например, антибиотики.

Таким образом, микроорганизмы можно рассматривать как поставщиков так называемых «экосистемных услуг», которые имеют фундаментальное значение для окружающей среды, а также для жизни и деятельности человека. Секция микробиологии и биотехнологии поэтому исследует следующие темы:

  • Влияние биоугля на сельскохозяйственную почву — например, какое влияние оказывает биочар на почвенные микроорганизмы и макрофауну (например, дождевых червей).
  • Ферменты из арктических бактерий, физиология которых адаптирована к очень низким температурам и которые, следовательно, содержат ферменты, которые имеют потенциальное техническое / промышленное применение, например, в устойчивых промышленных процессах производства пищевых продуктов и в стиральных порошках, которые эффективно работают при низких энергосберегающих температурах стирки.
  • Взаимодействия между микроорганизмами и между микроорганизмами и растениями, которые могут улучшить наше понимание того, как мы можем использовать полезные микробиологические ресурсы природы для борьбы с патогенами растений и как производители фармацевтических препаратов (например, антимикробных, противовирусных, антиоксидантных, противораковых).
  • Найдите хорошие биоиндикаторы для микроорганизмов, разрушающих пищу в условиях хранения, особенно летучих метаболитов, которые могут действовать как биоиндикаторы раннего предупреждения.
  • Биоразложение посторонних веществ в почве и грунтовых водах (здесь ссылка на области, которые посвящены этой теме).

Роль микробов в экосистемах

Микробы: Трансформаторы материи и материала

«Микробы могут делать все, что захотят, где угодно они хотят —
без микробов человек не был бы жив »

Введение в микробы:

GOOD , BAD и GLOBALLY POWERFUL

На протяжении всей истории человечества бактерии вызывали больше человеческих смертей на Земле, чем какая-либо другая известная причина, непосредственно из-за болезней холеры, дизентерии, менингита, кори, пневмонии, скарлатины, туберкулеза и других болезней.В то же время Good заключается в том, что микробы предоставляют Земле множество важных услуг, включая обеспечение устойчивости продуктивности растений (доминирующей основы пищевой сети Земли) и обеспечение жизни людей — в основном, без микробов люди не стали бы этого делать. не быть живым. Наконец, микробные организмы в совокупности обладают невероятной мощью в глобальном масштабе — 50% общего количества кислорода, производимого за всю историю Земли, приходится на бактерии; 75% добавок азота в атмосферу и 92% удаления из атмосферы происходят из-за бактерий.Из этого азота бактерии производят 88% закиси азота, выбрасываемой в атмосферу, N 2 O, что в 300 раз сильнее, чем CO 2 в качестве парникового газа. Микробы также ответственны за ~ 70% производства метана на Земле (в 25 раз сильнее, чем CO 2 ), и ~ 50% CO 2 , попадающего в атмосферу, поступают от бактерий.

В этой лекции мы узнаем о разнообразии микробов, о том, как разные микробы функционируют для получения энергии, и мы, в частности, узнаем о «хороших» аспектах микробов и их влиянии на экосистемы и на наш земной шар.

The Take Home Messages для этой лекции:

Микробы могут делать все, что хотят, где хотят. и Без микробов люди не были бы живы.

Определение

Микробы — это организмы, которые нам нужны микроскоп, чтобы увидеть. Нижний предел разрешения нашего глаза составляет около 0,1 до 0,2 мм или 100-200 мкм (микрон). Большинство микробов имеют размер примерно от 0,2 до верхнего предела 200 мкм, хотя некоторые плодовые тела грибов может стать намного больше.Микробы включают бактерии, водоросли, грибы и простейшие. В этой лекции мы обсудим в основном бактерии и грибки. Определение: Микробы Микробы — это организмы, которые нам нужны. микроскоп, чтобы увидеть. Нижний предел разрешения нашего глаза составляет около 0,1 до 0,2 мм или 100-200 мкм. Большинство микробов имеют размер примерно от 0,2 до верхнего предела 200 мкм, хотя некоторые плодовые тела грибов могут стать намного больше (например, грибов). Микробы включают бактерии, водоросли, грибы и простейшие. В этой лекции мы обсудим в основном бактерии и грибы.

Эволюция

Есть две основные группы бактерий: «эубактерии» и сравнительно недавно открытые «архебактерии». Эубактерии содержат большинство обычных бактерий, таких как E. coli (распространенная бактерия в кишечнике человека) и цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Архебактерии обитают в основном в глубоких океанах. возле гидротермальных источников. Что бросается в глаза с точки зрения расхождения генетического материала (порядок и последовательности генов) состоит в том, что эти два группы бактерий более различны, чем животные и растения.В другом словами, эти две группы бактерий эволюционно разошлись дальше друг от друга, чем животные отделились от растений на протяжении эволюционной истории.

Введение в некоторые важные Микробы

(A) Бактерии

Бактерии встречаются повсюду в вода, почва и даже воздух. Эти небольшие прокариотические клетки, обычно из От 0,2 до 1 мкм в длину, могут жить в кипящей воде, заморожены грунтовые, кислотные вулканы и дно океана (для освежения различные виды «ячеек», пожалуйста, нажмите здесь ).Они могут воспроизводить удваивая время генерации 20 минут, или выжить веками в стадии покоя. В природных водах (озерах, ручьях, океанах) их образование время составляет около 1 дня. В почве они живут в водной пленке вокруг растений. корни или другие частицы, и их активность зависит от температуры и количество доступной влаги. Как правило, бактерии встречаются в концентрации 10 90 10 5 6 90 10 6 клеток / мл воды в поверхностных водах, и 10 9 клеток / мл почвы в почвах и отложениях.

Некоторые бактерии способны передвигаться, и они обладают единственным роторным двигателем, известным во всей биологии. Этот мотор, подобен колесу и оси, способен вращать жгутик со скоростью 100 оборотов в секунду или 6000 об / мин. Бактерии могут двигаться сами со скоростью, в 10 раз превышающей их длину тела каждую секунду (это было бы похоже на бег людей со скоростью 20 метров / с (45 миль / ч или 72 км / ч), в то время как самые быстрые люди теперь бегают только примерно вдвое меньше (28 миль / ч или 44,7 км / ч). км / ч; Усэйн Болт, 2009).

Бактерии, как и все клетки, состоят из в основном из углерода, кислорода, азота, водорода, фосфора и серы в следующие проценты:

Элемент % сухой массы
С 55
О 20
N 10
H 8
п. 3
S 1
Бактерии улавливают эти элементы и распределите их в полимеры в ячейках в следующем процентном соотношении:

52.4% белка (аминокислоты, CHNOS)

19,9% нуклеиновая кислота (органические основания, CNOHP)

16,6% полисахарида (сахар, СНО)

9,4% фосфолипид (C-16 кислота + П, ЧОП).

Обратите внимание, что соотношение элементов C: N: P бактерий более богато питательными веществами, чем соотношение Редфилда для водорослей (C: N: P водорослей = 106: 16: 1, а для бактерий = 106: 19: 6) . Другими словами, для данного количества углерода бактерии имеют на ~ 15% больше азота и в 6 раз больше фосфора. Эти соотношения указывают на то, что бактериям необходимо будет расщеплять больше углерода растений, чтобы получить необходимые им азот и фосфор.

(B) Грибы

Грибы растут в виде мелко разветвленной сети нитей, называемых гифами, диаметром 5–10 мкм. Эти гифы могут высвобождать пищеварительные ферменты и поглощать питательные вещества по всей своей длина. Грибы могут поглощать только небольшие молекулы, такие как сахара или пептиды. меньше размера аминокислот. Репродуктивные органы грибов называются плодовые тела или спорангии (например, надземная структура гриба), которые представляют собой мешочки или другие ткани, содержащие споры грибов.

Грибы редко встречаются в водной среде. На суше количество гиф в почве измеряется сотнями или тысячами. метров длины на грамм почвы. Например, общая длина гиф в грамме почвы (примерно столько, сколько поместится на ногте мизинца) может достигать 1600 метров (подумайте об этом для минута).

Грибы выделяют ферменты, которые могут расщеплять превращает целлюлозу в глюкозу, один из немногих видов организмов, способных сделай это. Грибы — единственные известные организмы, полностью разлагающие лигнин.Целлюлоза и лигнин являются структурными материалами в растениях, которые трудно деградировать. Грибки не используют продукты распада лигнина, но вместо этого они используют перекись водорода для окисления лигнина на месте. Поломка продукты диффундируют, подвергая целлюлозу ферментативной атаке.

(C) Простейшие

Простейшие — одноклеточные эукариоты, не фотосинтетические, которые перемещаются жгутиками или ресничками. В океанах и озерах, маленькие жгутиконосцы длиной 2-10 мкм — самые важные хищники на бактерии.Более крупные инфузории (например, Paramecium ) охотятся в основном на фотосинтезирующие цианобактерии и мелкие эукариотические водоросли. У некоторых термитов анаэробные простейшие в кишечнике разлагают целлюлозу.


4. Как бактерии получают энергию для роста?

Нажмите здесь за справочную информацию по восстановительно-окислительной химии.

* Ассимиляционный против диссимиляционного процессы

Микробы должны усваивать определенные элементы расти и воспроизводиться — эти элементы составляют свою протоплазму в пропорции указаны в таблице выше.Кроме того, они должны производить АТФ. чтобы использовать накопленную в этой молекуле энергию для работы различных клеточных процессы. Ассимиляционные процессы используются для получения необходимого элементы в клетку и включить их в протоплазму клетки. Диссимиляционный процессы не включают элементы в ячейку, а вместо этого они используют энергию, полученную в процессе, для образования АТФ.

Микроорганизмы классифицируются как автотрофы или гетеротрофы в зависимости от того, требуют ли они предварительно сформированные органические иметь значение.Автотрофы получают энергию от поглощения света (фотоавтотрофы) или окисление неорганических молекул (хемоавтотрофы). В большей части света реакции бактерии превращают углекислый газ в органический углерод, просто как это делают зеленые растения. Некоторым фотосинтетическим бактериям (фотогетеротрофам) требуется предварительно сформированные органические вещества в качестве восстановителей, но производят АТФ из поглощение световой энергии. Наконец, некоторые бактерии и грибы (гетеротрофы) использовали предварительно сформированное органическое вещество в качестве источника энергии для выработки АТФ и как источник углерода для клетки, как и животные.Следующие В таблице приведена классификация способов, которыми микробы обрабатывают энергия.

Классификация Энергия источник для генерации ATP Источник углерода для элемента Пример организмов
Фотоавтотроф Свет CO 2 Бактерии, растения
Хемоавтотроф Неорганический соединения CO 2 Бактерии
Фотогетеротроф Свет CO 2 , органическое вещество Бактерии
Гетеротроф Органический дело Органический дело Бактерии, грибы животные

В качестве примера разнесения диссимиляционные реакции, которые бактерии используют для производства энергии, рассмотрим в следующей таблице показаны различные реакции окисления-восстановления (для праймер по «окислительно-восстановительным» реакциям, нажмите здесь ).Обратите внимание, что все эти реакции, перечисленные ниже, выполняются хемоавтотрофы. Знак «+» в таблице означает, что бактерии могут использовать пара акцептора электронов и донора для запуска окислительно-восстановительной реакции, которая производит достаточно энергии для роста. Знак «-» означает, что бактерии не могут использовать окислительно-восстановительная пара для роста (это таблица не для запоминания, а для иллюстрации разнообразия способов, которыми бактерии могут получать энергию по сравнению с тем, как, например, люди получают энергию — знаете ли вы, какая ячейка в таблице ниже показывает, как животные получают энергию ?).CHO — это сокращение для органических веществ, содержащих углерод, водород и кислород.

Восстановитель (правый)

H 2 CHO Канал 4 HS
Окислитель или акцептор электронов (внизу)
CHO + +
CO 2 + +
СО 4 2- + + ?
НЕТ 3 + + ? +
О 2 + + + +

Некоторые из распространенных диссимиляторов реакции, которые бактерии выполняют для получения энергии и разложения органических подробно перечислены в таблице ниже (обратите внимание, что вы можете сопоставить окислительно-восстановительных пар в таблице выше до полных реакций в таблице ниже).Энергетический выход, указанный в последнем столбец — это количество энергии в килокалориях, производимое на моль окислителя, который используется. Для образования АТФ требуется около 7 ккал / моль. энергии, поэтому можно использовать только реакции, производящие более 7 ккал / моль бактериями для роста. Как сильнейшие окислители (доноры электронов которые производят наибольший выход энергии) потребляются, основная реакция который выполняется бактериями, переходит к следующему по выработке энергии процесс. Например, когда в окружающей среде истощается кислород, нитрат происходит сокращение.Если кислород снова становится доступным, то восстановление нитратов остановится, даже если еще НЕТ 3 в окружающей среде, и аэробное дыхание продолжится. Это смещение доноров электронов продолжается до тех пор, пока для обслуживания не останется только CO 2 в качестве окислителя, и в этом случае бактерии восстанавливают CO 2 до метан, CH 4 . Интересно отметить, что некоторые бактерии могут выполняют более одной из этих реакций, в то время как другие бактерии довольно специализированный и может выполнять только одну специфическую диссимиляционную реакцию.Помните, что во всех этих реакциях бактерии должны иметь источник углерода, чтобы включить их в свои клетки для роста.

Название реакции Восстановитель Окислитель Реакция Стехиометрия Энергия Выход

(ккал / моль)

Аэробный Дыхание CHO О 2 С 6 В 12 О 6 + 6O 2 <==> 6CO 2 + 6H 2 O 686
Нитрат Редукция CHO НЕТ 3 CHO + НЕТ 3 + H + <==> CO 2 + N 2 + H 2 O 649
Сульфат Редукция CHO СО 4 2- 2CHO + SO 4 2- + 2H + <==> 2CO 2 + ТН ВЭД + 2H 2 O 190
Метаногенез Н 2 CO 2 4H 2 + CO 2 <==> CH 4 + 2H 2 O 8.3

5. Каковы важные последствия Микробы в экосистемах?

(1) Производство кислорода в атмосфере.

Почти все производство кислорода бактериями на Земле сегодня происходит в океанах цианобактериями или «сине-зеленые водоросли. И со временем большая часть кислорода, производимого в истории Земли, вырабатывалась бактериями.

(2) Переработка сохраненных питательных веществ в органическом веществе до неорганической формы.

При разложении выделяется минерал питательные вещества (например, N, P, K (калий)), связанные с мертвым органическим веществом в неорганическом форма, доступная для использования первичными производителями. Без этой переработки неорганических питательных веществ, первичная продуктивность на земном шаре прекратится.

На суше большая часть разложения (также называемая «минерализация») мертвого органического вещества происходит в почве. поверхность, а скорость разложения зависит от влажности и температуры (слишком мало или слишком много либо снижает скорость разложения).Грибы важны в наземных системах, но не в водных. Они присутствуют еще до того, как листья и веточки попадут в почву и начнется разложение в живом или стареющем растительном материале. Грибы самые важные разлагатели структурных соединений растений (целлюлоза и лигнин — но обратите внимание что лигнин не расщепляется при отсутствии кислорода). Грибки вторгаются сначала органическое вещество в почве, а затем бактерии.

В воде разложение органических в ручьях и в океане вещество в основном является кислородным, а на дне — бескислородным. озер или болот.Как показано в таблице выше, кислородное разложение протекает быстрее (производит больше энергии для бактерий), чем разложение в среде, где нет кислорода. В открытом океане вода настолько глубока (в среднем 3900 м) и содержит столько кислорода, что большая часть водорослевое органическое вещество на поверхности разлагается аэробно до того, как он достигает дна. Например, всего 2% от первичной продуктивности в верховьях океана опускается на глубину до 3500 м. Большая часть мира — это океан, и большая часть океана глубокая, поэтому большая часть водного разложения должна быть аэробным.Но на мелководье, прибрежных океанах, озерах и эстуариях, 25-60% произведенного органического вещества может оседать из верхних слоев воды. быстро и разлагаться анаэробно (без кислорода).

Конечно еще одно важное воздействие разложения, помимо образования неорганических питательных веществ, приводит к образованию CO 2 и CH 4 , который выбрасывается в атмосферу (мы рассмотрим это более подробно в последующих лекциях).

(3) Удаление азота из атмосферы в пригодную для использования форму.

Единственные организмы, способные удалять N 2 газ из атмосферы и «фиксация» его в пригодном для использования азоте аммиак и аммоний (NH 3 , NH 4 ) являются бактериями. Конкретные бактерии, которые могут N-фиксации разбросаны по группам, включая цианобактерии. Все организмы, фиксирующие азот, используют одни и те же механизмы и одни и те же ферменты. — эта способность, вероятно, возникла только однажды и в самом начале истории жизни. Симбиотический N 2 фиксация стоит фотосинтетическому растению для поддержки фиксация и ассимиляция NH 3 ; эта стоимость может составлять от 15-30% от общий углерод, ассимилированный растением.Фактически, чтобы исправить одну молекулу из N 2 требуется около 25 молекул АТФ, поэтому он является дорогостоящим из-за бактериального точки зрения, а это означает, что завод должен поддерживать эту потребность в энергии. Взамен растение получает азот, который в противном случае может быть ограничивающим фактором. питательное вещество для растения.

Еще одна трудность для бактерий в том, что один из ферментов, необходимых для азотфиксации, разрушается кислородом (который необходим для эффективного образования АТФ). Одно решение к этой проблеме заключается в формировании симбиотических отношений с другими организмами которые могут обеспечить углеводы; к ним относятся диатомовые водоросли, грибы некоторых лишайники, корабельные черви, термиты и некоторые растения, особенно в клубеньках корней.Эти симбиотические отношения часто происходят внутри узелков, окруженных толстыми тканями, которые ограничивают диффузию кислорода и не позволяют бактериальным ферментам быть инактивированными кислородом.

(4) Разрешить травоядным животным поедать Плохое качество еды.

В океане большая часть первичной продуктивность потребляется травоядными животными. Напротив, в наземных системах большая часть первичной продуктивности не потребляется травоядными животными. В Причины этой разницы: (1) животным не хватает пищеварительных ферментов, способных использования целлюлозы, лигнина и других структурных соединений растений; (2) растения часто содержат токсины, предотвращающие выпас скота, ароматические смолы или колючки; (3) большая часть тканей наземных растений бедна минеральными питательными веществами (особенно N и P) по сравнению с тканью травоядных.

Завод Сообщество

% начального продукция, потребляемая травоядными животными

Фитопланктон (открытая вода)

60–90

Луга

12–45

Келп кровати

10

Соль болота

7

Мангровые заросли

5

лиственные леса

1.5–5

У жвачных животных (крупного рогатого скота, оленей, жираф) проглоченная пища, возможно, срыгнутая и пережеванная, проходит в рубец вместе со слюной (вырабатывается 60-100 литров в сутки). В рубец — это действительно ферментер непрерывного действия, в котором сложные углеводы растения ферментируются бактериями до метана, углекислого газа и жирных кислот. Биота рубца содержится примерно в одинаковых биомассах бактерий (10 11 клеток / мл), простейшие (от 10 90 · 105 5 90 · 106 / мл до 10 90 · 105 6 90 · 106 / мл) и грибы (плохо известная биомасса).Около 60-65% всей энергии снимается с завода. пища, которую съело животное, происходит в результате ферментации рубца. Растение ткани, выходящие из рубца, подвергаются вторичной ферментации в слепой кишке и толстый кишечник, где вырабатываются дополнительные 8-30% общей энергии.

Кроме того, многие термиты содержат простейшие и бактерии в кишечнике, выполняющие аналогичные операции. Простейшие способны переваривать целлюлозу, а бактерии в кишечника вырабатывают CH 4 из органических соединений, выделяемых из разложение целлюлозы.Наконец, у некоторых термитов есть бактерии. кишки, способные фиксировать азот из атмосферы, обеспечивая полезный источник азота для термитов.

(5) Обеспечить доступ к корням растений питательным веществам в почве.

Когда корни растений очищают почву, они создают зону питательных веществ. истощение вокруг себя. Чтобы иметь доступ к новым источникам питательных веществ, растение может отрастить больше корней и небольшие корневые волоски (некоторые из них как 10 мкм) или образуют ассоциацию с грибком, гифы которого обеспечивают еще более длинная и эффективная абсорбирующая структура.Большинство сосудистых растений могут образовывать такие ассоциации, которые называют «микоризами». Микоризные грибы включают: живущие на поверхности растений (эктотрофные или покрывающие) и которые попадают в хозяина (эндотрофные или везикулярно-арбускулярные или просто «V-A»).

Дополнительное преимущество для растения, заключающееся в формировании этих взаимоотношений с грибами в том, что гифы могут секретировать ферменты, расщепляющие органические молекулы и сделать доступными неорганические питательные вещества. Пока растения получают питательные вещества, грибы получают углеводную пищу из растений.Есть также стоимость завод в этой ассоциации; одно исследование показало, что микоризная биомасса составляла всего 1% экосистемы елового леса, но использовала 15% чистой первичной продукции.

Отзыв

Обзор основных термины и понятия в этой лекции

Рекомендуемая литература

Полезные микроорганизмы: борьба с микробефобией

CBE Life Sci Educ. 2010 Winter; 9 (4): 387–389.

Луиза А.Stark

Учебный центр генетики, Университет штата Юта, Солт-Лейк-Сити, Юта 84112-5330

Учебный центр генетических наук, Университет Юты, Солт-Лейк-Сити, Юта 84112-5330

Соответствующий автор Авторские права © 2010 The American Общество клеточной биологии по лицензии автора (ов).

ВВЕДЕНИЕ

«Микробы правят миром. Это так просто.» (Комитет по метагеномике, 2007). Сообщества микробов делают необходимые элементы кислорода, углерода, азота и серы доступными для других форм жизни на нашей планете.Без сообществ микробов-разлагателей жизнь в мертвых организмах была бы задушена. Микроорганизмы также выполняют почти половину фотосинтеза на нашей планете, повышая уровень кислорода и снижая углекислый газ (Pedros-Alio, 2006). И животные, и растения тесно связаны с микробными сообществами, которые делают питательные вещества более доступными, обеспечивают защиту от болезней, производят необходимые витамины или их комбинации. Например, в каждом человеческом организме содержится 10 микроорганизмов на каждую человеческую клетку, и эти микробы способствуют пищеварению, производят витамин К, способствуют развитию иммунной системы и детоксифицируют вредные химические вещества.И, конечно же, микробы необходимы для приготовления многих продуктов, которые нам нравятся, таких как хлеб, сыр и вино.

К сожалению, студенты часто негативно относятся к микроорганизмам. Негативное отношение поддерживается общественным здравоохранением и вниманием СМИ к болезням, вызываемым микробами, а также рекламой мыла и чистящих средств, уничтожающих микробы. Хотя сокращение передачи болезней важно для здоровья человека и общества, учащимся также необходимо понимать, какой полезный вклад вносят микробы и микробные сообщества.Немало интернет-ресурсов посвящено микроорганизмам и болезням. Для этого обзора я искал ресурсы, которые преподаватели могут использовать, чтобы помочь студентам вводных и неосновных курсов биологии понять полезный вклад микробов.

Знакомство с полезными микробами

Я нашел два фильма, в которых кратко рассказывается о разнообразных ролях, которые микроорганизмы играют на Земле. Трейлер продолжительностью 13:04 мин. К четырехсерийному фильму Интимные незнакомцы: Невидимая жизнь на Земле (; www.microbeworld.org/index.php?option=com_content&view=article&id=259&Itemid=194) представляет собой увлекательное введение в полезную роль микробов. Ученые говорят о разнообразных способах, которыми жизнь на Земле зависит от микроорганизмов, эволюции жизни от бактерий и «биотехнологическом потенциале» микробов. Выступавшие были представителей обоих полов и разного возраста, что свидетельствует о том, что наукой занимаются разные люди. Как и следовало ожидать от Службы общественного вещания, фильм имеет высокую производственную ценность, с красивыми кадрами живых микробов.Ссылки на полнометражные программы этой серии размещены на веб-сайте MicrobeWorld Американского общества микробиологов (ASM) по вышеупомянутому URL-адресу.

Трейлер фильма Интимные незнакомцы: Незримая жизнь на Земле серии знакомит с взаимозависимостью жизни с микроорганизмами, местом микробов в древе жизни и их технологическим потенциалом.

Понимание микробной жизни (; www.lifeworksfoundation.com/news/microbe-ecology-film.php) был разработан фондом Lifeworks Foundation в Великобритании. Первая половина этого 4:45-минутного фильма рассматривает роль первых микробов на Земле, где микробы могут быть найдены, и отношения микробов с другими формами жизни. Во второй части описываются некоторые взаимозависимые отношения человеческого тела с микроорганизмами. В фильме есть одна ошибка. Рассказчик заявляет, что ранние микробы «выделяли кислород из воды в форме углекислого газа, чтобы создать пригодную для дыхания атмосферу», вместо того, чтобы сказать, что эти микробы выделяли кислород из воды и углекислого газа, создавая атмосферу, которой дышат многие современные организмы.Фильм заканчивается точкой зрения, что мы «вели войну химикатов, дезинфицирующих средств и антибиотиков» с микробами, но нам нужно научиться жить с ними в гармонии. Поскольку фильм продвигает определенную точку зрения, его можно использовать, чтобы стимулировать обсуждение студентами того, согласны они или нет.

Фильм « Понимание микробной жизни» представляет собой краткое введение в полезную роль микроорганизмов на планете и в организме человека.

Недавние открытия подчеркивают роль, которую микроорганизмы играют в кишечнике человека.Три исследователя, участвовавшие в одном из этих исследований, обсуждают свою работу в видеоролике Human Gut Microbes на сайте Nature.com (www.nature.com/nature/videoarchive/gutmicrobes/), который состоит из трех разделов. В первом разделе «Жирный кишечник… эффективные микробы» (4:35 мин) обсуждается важность микробов в кишечнике человека. Исследователи обнаружили, что процентное содержание двух типов бактерий меняется в зависимости от веса человека. «Новый способ диеты» (3:15 мин) сравнивает исследования на людях и мышах.В заключительном разделе «Выводы» (3:40 мин) обсуждается, как разные типы микробов эффективнее других собирают калории из пищи и как эта эффективность может влиять на вес человека. Изображения более тяжелого человека в этом разделе можно было бы выбрать с большей чувствительностью. Это и кадры, на которых показан очищенный от кожуры банан, заставили бы меня не решиться показывать этот раздел в классе, особенно с младшими школьниками. Выступают представители обоих полов и представляют несколько этапов пути научной карьеры (аспирант, докторант и старший научный сотрудник).Мне удалось получить доступ к видео с помощью Internet Explorer; браузеры Safari и Firefox воспроизводили только звук.

Микроорганизмы, обитающие в почве, необходимы для жизни на Земле. Мультимедийная презентация Food Chain (www.agron.iastate.edu/∼loynachan/mov/), разработанная Томом Лойначаном из Университета штата Айова, иллюстрирует некоторые отношения почвенных микробов друг с другом. Презентация продолжительностью 2:56 мин начинается с анимации, сравнивающей пищевую цепь почвы с цепью в озере, где более мелкая рыба поедается более крупной рыбой.Далее представлены видеозаписи взаимодействия нескольких почвенных микроорганизмов друг с другом, записанные под микроскопом. Финальная сцена возвращается в человеческий масштаб с напоминанием о том, что почва изобилует жизнью.

Мультимедийная презентация Food Chain знакомит с некоторыми микроорганизмами, обнаруженными в почве.

ПОНИМАНИЕ МАСШТАБА И ПЛОТНОСТИ БАКТЕРИАЛОВ

Одной из наиболее сложных концепций для понимания является относительный масштаб и плотность организмов, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть невооруженным глазом.Слайд-шоу « бактерий на нашей коже » на сайте Microbiological Garden (www.pmbio.icbm.de/mikrobiologischer-garten/eng/index.php3), созданное Heribert Cypionka из Universität Oldenburg, посвящено проблемам масштаба и плотности. Слайд-шоу начинается с предположения, что на квадратном сантиметре человеческой кожи обитает 10 000 бактерий, на примере подушечки пальца. Затем слайды постепенно увеличивают увеличение этой области примерно до 500 ×, в этот момент можно увидеть одну бактерию, демонстрируя как размер, так и плотность.Сравнение площади кожи с шириной человеческого волоса может помочь в этом.

Бактерии на нашей коже. Слайд-шоу с сайта microbiological-garden.net показывает размер и плотность бактерий на коже человека.

ПОДДЕРЖКА НОВЫХ НАУЧНЫХ ОТКРЫТИЙ

Веб-сайт MicrobeWorld Американского общества микробиологов (www.microbeworld.org) предоставляет универсальный источник новостей, связанных с микроорганизмами. Хотя многие из этих историй касаются болезней, я нашел несколько недавних историй о потенциальном использовании микробов или химических веществ, которые они производят.Например, 5 сентября 2010 г. в статье под названием «Древние бактерии могут улучшить косметику против старения» описывается открытие небольших молекул, производимых цианобактериями, которые обеспечивают защиту от УФ-излучения и, следовательно, повреждения ДНК. Эти молекулы были включены в косметический продукт «против старения», и изучаются другие возможности их использования. MicrobeWorld также включает видео и изображения, опять же в первую очередь на темы болезней. Все темы можно отсортировать по «самым популярным» и «самым последним» за несколько периодов времени.

МАНГА, АНИМЕ И ТЕЛЕВИЗОР ЖИВОГО ДЕЙСТВИЯ С МИКРОБАМИ

Японская манга (мультфильм), которая трансформировалась в аниме и телесериалы в прямом эфире, представляет собой забавное и увлекательное знакомство с микробами, в первую очередь с теми, кто занимается производством пищевых продуктов. Moyasimon: Tales of Agriculture начиналась как серия японской манги, созданная Масаюки Исикава. Сериал рассказывает о первокурснике сельскохозяйственного университета, который обладает уникальной способностью видеть микробы и общаться с ними.Поиск «Microbe Theater» на веб-сайте ASM MicrobeWorld (www.microbeworld.org) приводит к 11 коротким эпизодам (каждый 1:04 или 1:05 мин), которые изначально были разработаны как специальный контент для DVD версии аниме. Хотя они также доступны на YouTube, на сайте MicrobeWorld есть комментарии Криса Кондаяна, который их разместил. Например, в эпизоде ​​9 показано, как приготовить Surströmming, шведский деликатес из ферментированной рыбы. Кондаян дает ссылку на новость о запрете этого национального блюда на нескольких крупных авиалиниях из-за давления, вызванного ферментацией, которая продолжается после того, как оно консервировано.Анимированные микробы очаровательны и будут забавным и коротким «занятием» для студентов. На этих «шортах», посвященных микробам, есть английские субтитры.

Было сложно выяснить различные варианты перестановок трех версий и способы доступа к ним. После воспроизведения каждого из эпизодов на MicrobeWorld появляется меню с другими эпизодами с субтитрами. Некоторые из них больше посвящены истории ученика Тадаясу Саваки. Восемь эпизодов с субтитрами (каждая по 23:15 мин) первого сезона телешоу в прямом эфире доступны на YouTube (www.youtube.com/show/moyashimon?s=1). Википедия предоставляет список микроорганизмов в серии и краткую аннотацию об их использовании (http://en.wikipedia.org/wiki/Moyashimon).

ДРУГИЕ ИНТЕРЕСНЫЕ САЙТЫ

Интернет-учебник по бактериологии Кеннета Тодара (http://textbookofbacteriology.net/index.html) содержит несколько глав, которые включают информацию о полезных свойствах микробов. Глава «Влияние микробов на окружающую среду и деятельность человека» включает несколько страниц по этой теме.Об этом также говорится в главе «Бактериальная флора человека».

Короче говоря, без микробов мы не были бы сегодня живы. Наши студенты должны понимать, что не все микроорганизмы плохие, а многие действительно полезны.

БЛАГОДАРНОСТИ

Я благодарю А. Малкольма Кэмпбелла за критические комментарии и полезные предложения по этой статье.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Комитет по метагеномике, 2007. Комитет по метагеномике. Вашингтон, округ Колумбия: Национальная академия прессы; 2007 г.Проблемы и функциональные приложения. Новая наука метагеномики: раскрытие секретов нашей микробной планеты. [Google Scholar] Педрос-Алио, 2006. Педрос-Алио С. Геномика и экология морских микробов. Int. Microbiol. 2006; 9: 191–197. [PubMed] [Google Scholar]

живых почв: роль микроорганизмов в здоровье почвы

Ключевые точки

  • Плодородные почвы изобилуют микроорганизмами, которые напрямую способствуют биологическому плодородию этой почвы.
  • Биологическая фертильность недостаточно изучена, и наши научные знания о ней неполны.
  • Помимо плодородия, почвенные микроорганизмы также играют важную роль в круговоротах питательных веществ, которые имеют фундаментальное значение для жизни на планете.
  • В прошлом методы ведения сельского хозяйства не способствовали развитию здоровых популяций микроорганизмов, ограничивая урожайность и угрожая устойчивости.
  • Научные исследования исследуют новые захватывающие возможности для восстановления и продвижения здоровых микробных популяций в почве.

«Почва необходима для поддержания биоразнообразия над и под землей.Богатство подземного биоразнообразия огромно и недооценивается: миллионы микроорганизмов живут и размножаются в нескольких граммах верхнего слоя почвы, экосистеме, необходимой для жизни на Земле… »

Из: Австралийские почвы и ландшафты, иллюстрированный сборник

Сводка

Плодородие почвы включает три взаимосвязанных компонента: физическое плодородие, химическое плодородие и биологическое плодородие. Биологическое плодородие организмов, которые живут в почве и взаимодействуют с другими компонентами, сильно различается в зависимости от условий, является очень сложным и динамичным.Это наименее изученный компонент фертильности. Помимо плодородия почвы, почвенные микроорганизмы играют важную роль в круговоротах питательных веществ, которые имеют фундаментальное значение для жизни на планете. Плодородные почвы кишат почвенными микробами. В одном грамме почвы могут быть от сотен миллионов до миллиардов микробов. Самыми многочисленными микробами в почве являются бактерии, за которыми в порядке убывания следуют актиномицеты, грибы, почвенные водоросли и почвенные простейшие. Лучшее понимание микробиологии почвы необходимо для удовлетворения потребностей растущего населения мира в сельскохозяйственном производстве.Во многих регионах здоровая популяция микробов все еще находится под угрозой и не поддерживается сельскохозяйственной практикой.

Анализ

Введение

В июле 2015 года ПИИ опубликовали документ стратегического анализа, озаглавленный «У нас под ногами: почвенные микроорганизмы как основные движущие силы основных экологических процессов». С момента публикации этой статьи наблюдается умеренная тенденция к изучению почв в целом, а не к детальному изучению компонентов почвы по отдельности.Целостное исследование особенно важно для понимания микробиологии почвы. На микроорганизмы напрямую влияют не только основные характеристики почвы, такие как влажность, кислород и химический состав, но и друг друга как полезными, так и хищническими способами. Полностью осознавая фундаментальную важность почвенных организмов, а затем развивая и понимая, как биологические процессы в почве зависят от изменений в почвенной среде, мы можем научиться управлять почвой таким образом, чтобы усилить преимущества, предоставляемые почвенными организмами.

Информация, которая следует ниже, во многом основывается на упомянутом выше заголовке. Он представлен здесь, чтобы описать сложность и разнообразие почвенной микробиологии и предложить более целостный подход к исследованию почвы и управлению ею.

Плодородие почвы, или ее способность обогащать природные и сельскохозяйственные растения, зависит от трех взаимодействующих и взаимозависимых компонентов: физического плодородия, химического плодородия и биологического плодородия. Физическое плодородие относится к физическим свойствам почвы, включая ее структуру, текстуру, водопоглощение и удерживающую способность, а также проникновение корней.Химическая фертильность включает уровни питательных веществ и наличие химических условий, таких как кислотность, щелочность и соленость, которые могут быть вредными или токсичными для растений. Биологическое плодородие относится к организмам, которые живут в почве и взаимодействуют с другими компонентами. Эти организмы живут в почве, органическом веществе или других почвенных организмах и выполняют многие жизненно важные процессы в почве. Некоторые из них выполняют важные функции в круговоротах питательных веществ и углерода. Очень немногие почвенные организмы являются вредителями.

Из трех компонентов фертильности именно микробиологический элемент, богатое разнообразие организмов, таких как бактерии, вирусы, грибы и водоросли, которые образуют интерактивные микробные сообщества, являются наиболее сложными и, как это ни парадоксально, наименее изученными.Почти десятилетнее сотрудничество между CSIRO и австралийской компанией Bio-Platforms оценивает понимание микробных сообществ почвы так же важно, как картографирование галактик во Вселенной или биоразнообразия океанов. Это дает возможность открывать новые виды, пока неизвестные науке. Сообщества почвенных микробов поддерживают продуктивность всех сельскохозяйственных предприятий и являются основными движущими силами экологических процессов, таких как круговорот питательных веществ и углерода, деградация загрязнителей и подавление болезней, передаваемых через почву.Они также тесно вовлечены в ряд полезных, а иногда и важных взаимоотношений с растениями.

Определение

Почвенная микробиология — это изучение организмов в почве, их функций и того, как они влияют на свойства почвы. Почвенные микроорганизмы можно разделить на бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли, простейшие и вирусы. Каждая из этих групп имеет разные характеристики, которые определяют организмы и различные функции в почве, в которой они обитают.Важно отметить, что эти организмы не существуют изолированно; они взаимодействуют, и эти взаимодействия влияют на плодородие почвы в такой же или большей степени, чем индивидуальная деятельность организма.

Бактерии: Бактерии — это организмы, которые имеют только одну клетку и поэтому являются микроскопическими. Всего в чайной ложке влажной плодородной почвы содержится от 100 миллионов до одного миллиарда бактерий. Они являются разложителями, поедают мертвый растительный материал и органические отходы. Делая это, бактерии выделяют питательные вещества, к которым другие организмы не могут получить доступ.Бактерии делают это, изменяя питательные вещества из недоступных форм в пригодные для использования. Этот процесс важен в круговороте азота.
Актиномицеты: Актиномицеты представляют собой почвенные микроорганизмы, подобные бактериям и грибам, и обладают характеристиками, связывающими их с обеими группами. Их часто считают недостающей эволюционной связью между бактериями и грибами, но у них гораздо больше общих характеристик с бактериями, чем с грибами. Актиномицеты придают почве характерный запах.Они также были источником нескольких важных терапевтических лекарств.

Грибы: Грибы — необычные организмы, поскольку они не являются растениями или животными. Они группируются в волокнистые нити, называемые гифами. Затем гифы образуют группы, называемые мицелием, шириной менее 0,8 мм, но могут достигать нескольких метров в длину. Они полезны, но также могут быть вредны для почвенных организмов. Грибы полезны, потому что они способны расщеплять питательные вещества, которые другие организмы не могут.Затем они выпускают их в почву, и другие организмы могут их использовать. Грибы могут прикрепляться к корням растений. Когда это происходит, большинство растений растут намного лучше. Это благоприятное отношение, называемое микоризным. Грибы помогают растению, давая ему необходимые питательные вещества, а грибы получают углеводы из растений — ту же пищу, которую растения дают человеку. С другой стороны, грибы могут получать пищу, будучи паразитами и прикрепляясь к растениям или другим организмам из эгоистичных соображений.

Некоторые из функций, выполняемых в почве грибами:

  • Деструкторы — сапрофитные грибы — преобразуют мертвый органический материал в биомассу грибов, двуокись углерода (CO 2 ) и небольшие молекулы, такие как органические кислоты.
  • Мутуалисты — микоризные грибы — колонизируют корни растений. В обмен на углерод растения микоризные грибы помогают сделать фосфор растворимым и доставляют почвенные питательные вещества (фосфор, азот, микроэлементы и, возможно, воду) растениям. Одна из основных групп микориз, эктомикориза , растет на поверхностных слоях корней и обычно ассоциируется с деревьями. Вторая основная группа микоризы — это эндомикориза , которая растет в клетках корня и обычно ассоциируется с травами, пропашными культурами, овощами и кустарниками.
  • Паразиты : Третья группа грибов, патогенов или паразитов , вызывает снижение продуктивности или гибель, когда они колонизируют корни и другие организмы.

Водоросли: Водоросли присутствуют в большинстве почв, где есть влага и солнечный свет. Их количество в почве обычно колеблется от 100 до 10 000 на грамм почвы. Они способны к фотосинтезу, посредством чего они получают углекислый газ из атмосферы и энергию из солнечного света и синтезируют собственную пищу.

Основные роли и функции водорослей в почве:

  • Играет важную роль в поддержании плодородия почв, особенно тропических почв.
  • Добавление органических веществ в почву, когда они умирают, и, таким образом, увеличение количества органического углерода в почве.
  • Действует как вяжущий агент, связывая частицы почвы и тем самым уменьшая и предотвращая эрозию почвы.
  • Способствует увеличению водоудерживающей способности почвы на более длительный период времени.
  • Высвобождает большое количество кислорода в почвенной среде в процессе фотосинтеза и, таким образом, способствует глубокой аэрации.
  • Помогает контролировать потери нитратов при промывании и дренаже, особенно на
    необсаженных почвах.
  • Помощь в выветривании горных пород и создании структуры почвы.

Простейшие: Это бесцветные одноклеточные организмы, подобные животным. Они крупнее бактерий и варьируются от нескольких микрон до нескольких миллиметров.Их популяция в пахотных почвах колеблется от 10 000 до 100 000 на грамм почвы, и их много в поверхностной почве. Они могут противостоять неблагоприятным почвенным условиям, так как для них характерна защищенная стадия покоя в их жизненном цикле.

Основные функции, роли и особенности простейших:

  • Большинство простейших получают питание от кормления или поедания почвенных бактерий и, таким образом, они играют важную роль в поддержании микробного / бактериального равновесия в почве.
  • Некоторые простейшие недавно использовались в качестве агентов биологической борьбы против организмов, вызывающих вредные заболевания растений.
  • Некоторые почвенные простейшие вызывают у людей болезни, которые переносятся через воду и другие переносчики. Примером может служить амебная дизентерия.

Вирусы: Почвенные вирусы имеют большое значение, поскольку они могут влиять на экологию биологических сообществ почвы как за счет способности передавать гены от хозяина к хозяину, так и как потенциальную причину микробной смертности.Следовательно, вирусы являются основными участниками глобальных циклов, влияя на круговорот и концентрацию питательных веществ и газов.

Несмотря на такую ​​важность, вирусология почвы изучена недостаточно. Чтобы изучить роль вирусов в здоровье растений и качестве почвы, проводятся исследования разнообразия и численности вирусов в различных географических районах (экосистемах). Было обнаружено, что вирусы очень распространены во всех изученных до сих пор районах, даже в обстоятельствах, когда популяции бактерий значительно различаются в одинаковых средах.

Почвы, вероятно, являются местом обитания многих новых видов вирусов, которые вместе могут представлять собой большой резервуар генетического разнообразия. Некоторые исследователи считают, что изучение этого в значительной степени неизученного разнообразия почвенных вирусов может изменить наше понимание роли вирусов в глобальных экосистемных процессах и эволюции самой микробной жизни.

Нематоды: Не микроорганизмы (строго говоря), нематодные черви обычно имеют диаметр 50 микрон и длину один миллиметр.Много внимания уделяется видам, вызывающим болезни растений, но гораздо меньше известно о большей части сообщества нематод, которые играют полезную роль в почве. Было обнаружено, что невероятное разнообразие нематод функционирует на нескольких уровнях пищевой сети почвы. Некоторые питаются растениями и водорослями (первый уровень), другие являются травоядными, которые питаются бактериями и грибами (второй уровень), а некоторые питаются другими нематодами (более высокие уровни).

Свободноживущие нематоды можно разделить на четыре большие группы в зависимости от их рациона.Питатели бактерий потребляют бактерии. Питаются грибки, прокалывая клеточные стенки грибов и высасывая их внутреннее содержимое. Хищные нематоды поедают все виды нематод и простейших. Они поедают более мелкие организмы целиком или прикрепляются к кутикуле более крупных нематод, соскребая их, пока не удастся извлечь внутренние части тела жертвы.

Подобно простейшим, нематоды играют важную роль в минерализации или высвобождении питательных веществ в доступных для растений формах. Когда нематоды поедают бактерии или грибы, выделяется аммоний, потому что бактерии и грибы содержат гораздо больше азота, чем требуется нематодам.

Нематоды также могут быть полезными индикаторами качества почвы из-за их огромного разнообразия и их участия во многих функциях на разных уровнях почвенной пищевой сети.

Роль и функции

В совокупности почвенные микроорганизмы играют важную роль в разложении органических веществ, круговороте питательных веществ и удобрении почвы. Без круговорота элементов продолжение жизни на Земле было бы невозможным, поскольку необходимые питательные вещества были бы быстро поглощены организмами и зафиксированы в форме, недоступной для других.Реакции, участвующие в круговороте элементов, часто носят химический характер, но биохимические реакции, которым способствуют организмы, также играют важную роль в круговороте элементов. В этом процессе первостепенное значение имеют почвенные микробы.

Почвенные микробы также важны для формирования здоровой структуры почвы. Почвенные микробы производят много липких веществ (например, полисахаридов и слизи), которые способствуют цементированию агрегатов почвы. Этот цемент снижает вероятность крошки заполнителей под воздействием воды.Нити грибов также стабилизируют структуру почвы, потому что эти нитевидные структуры разветвляются по всей почве, буквально окружая частицы и агрегаты, как сетка для волос. Грибы можно рассматривать как «нити» ткани почвы. Следует подчеркнуть, что микробы обычно мало влияют на изменение реальной физической структуры почвы; это выполняется более крупными организмами.

Почвенные микроорганизмы являются одновременно компонентами и производителями почвенного органического углерода, вещества, которое удерживает углерод в почве на длительные периоды времени.Обильный почвенный органический углерод улучшает плодородие почвы и ее водоудерживающую способность. Растет количество исследований, подтверждающих гипотезу о том, что почвенные микроорганизмы, и в частности грибы, могут использоваться для извлечения углерода из атмосферы и связывания его с почвой. Почвенные микроорганизмы могут стать важным средством сокращения выбросов парниковых газов в атмосферу и помочь ограничить воздействие изменения климата, вызванного парниковыми газами.

Условия

Мы видим, что здоровые почвы содержат огромное количество микробов и значительное количество микробной биомассы.Это приводит к огромному потенциалу микробной активности, когда почвенные условия (доступные источники углерода, влажность, аэрация, температура, кислотность / щелочность и доступные неорганические питательные вещества, такие как азот) являются благоприятными. Необходимо подчеркнуть потенциал активности, потому что в нормальных ситуациях микробная популяция не получает постоянного запаса легко доступных субстратов для поддержания длительных высоких темпов роста.

Почти всем почвенным организмам (кроме некоторых бактерий) нужны те же вещи, что и нам для жизни: еда, вода и кислород.Они едят пищу на основе углерода, которая обеспечивает их всеми питательными веществами, включая азот и фосфор. Им требуется влажная среда обитания с доступом кислорода в воздушные пространства почвы. Эти причины объясняют, почему 75 процентов почвенных организмов находятся в верхних пяти сантиметрах почвы. Однако это также объясняет, почему многие из наших популяций сельскохозяйственных почвенных микроорганизмов истощены. К сожалению, некоторые из сельскохозяйственных методов, которые были стандартными в Австралии до 1980-х годов, такие как чрезмерная расчистка земель, выжигание стерни, несоответствующее внесение удобрений и чрезмерная обработка почвы, привели к деградации почвы и созданию таких условий, как засоление, подкисление, структурная структура почвы. упадок и опустынивание.

Восстановление

Хотя во многих областях наши сельскохозяйственные почвы все еще находятся под угрозой, в последние десятилетия изменения в методах ведения сельского хозяйства, описанные выше, помогают создавать более здоровые почвы. До недавнего времени это считалось единственным способом улучшить биологическую фертильность. Придут создание правильных условий и микробов, и, наоборот, если условия не будут правильными, усилия по внедрению полезных микробов обречены на провал. Однако в последнее время научные исследования достигли значительных успехов в инокуляции почв и семян полезными бактериальными и, в частности, микоризными грибами для повышения урожайности и улучшения здоровья почв.Хотя все еще находится на ранней стадии разработки, полевые испытания оказались положительными и могут в будущем привести к широкому спектру преимуществ, основанных на улучшении биологического плодородия почвы.

Заключение

В прошлом наука о почвенной микробиологии фокусировалась на вредной или патогенной угрозе, исходящей от небольшого числа почвенных микроорганизмов. Это исказило наше понимание большинства почвенных микроорганизмов, которые не представляют угрозы для здоровья человека или сельскохозяйственного производства и которые играют важную роль в механизмах, которые имеют фундаментальное значение для устойчивости человеческой цивилизации и жизни на планете в целом.Однако этот акцент меняется. Междисциплинарные исследования почв будущего должны признать динамическую область взаимодействующих процессов: целостную природу живой почвы и то, что эта часть почвы сама по себе является лишь частью более крупной почвенной системы. С помощью интегративных методов, включая неразрушающие методы визуализации, химический анализ нового поколения со значительным пространственным и временным разрешением и имитационное моделирование, будут раскрыты секреты динамической почвенной и биологической взаимосвязи.Целостное почвоведение может существенно улучшить понимание систем растение-почва и дать рекомендации по актуальным вопросам 21 века, таким как устойчивость сельского хозяйства и изменение окружающей среды.

Роль микробов в изменении климата | 75-летие: демонстрация важности микробиологии

© Эми Април
Что такое изменение климата?

Микробы играют ключевую роль в круговороте питательных веществ, биоразложении / биоразложении, изменении климата, порче пищевых продуктов, причинах и контроле заболеваний, а также в биотехнологиях.Благодаря своей универсальности микробы можно использовать разными способами: в производстве жизненно важных лекарств, производстве биотоплива, очистке от загрязнений и производстве / переработке продуктов питания и напитков.

В то время как человечество только относительно недавно начало изменять состав атмосферы и энергетический баланс планеты, микроорганизмы определяли глобальный климат на протяжении миллиардов лет. Микробы играют важную роль как пользователи, так и производители парниковых газов. Как в естественных, так и в антропогенных потоках углекислого газа, метана и закиси азота доминирует микробиология.

Однако микробы живут в различных сообществах, которые взаимодействуют с другими организмами и окружающей средой, что затрудняет прогнозирование их воздействия. Несомненно то, что деятельность человека помогла увеличить производство парниковых газов микробами.

Почему изменение климата важно для микробиологии?

Изменение климата — горячая тема, а глобальное потепление вызывает большую озабоченность. Микробы участвуют во многих процессах, включая углеродный и азотный циклы, и отвечают как за использование, так и за производство парниковых газов, таких как углекислый газ и метан.Микробы могут иметь положительную и отрицательную реакцию на температуру, что делает их важным компонентом моделей изменения климата.

Нельзя игнорировать роль микробов в изменении климата. Они играют важную роль как пользователи, так и производители парниковых газов. Как в естественных, так и в антропогенных потоках углекислого газа, метана и закиси азота доминирует микробиология.

Узнайте больше о роли микробов в изменении климата и переработке отходов из серии интервью с нашими членами и более широким сообществом микробиологов, получите доступ к нашим дополнительным ресурсам и продолжайте читать больше о микробах и о том, где их найти, когда мы исследуем новые продукты от микробов.

  • Микробиологи, работающие в этой области

    Чтобы отпраздновать нашу 75-ю годовщину в 2020 году, мы пригласили микробиологов номинировать открытие или событие, которое лучше всего демонстрирует важность микробиологии и помогает нам продемонстрировать влияние микробиологов в прошлом, настоящем и будущем. Узнайте больше о микробиологах, которые работают над пониманием роли микробов в изменении климата и переработке отходов.

  • Ресурсы и дополнительная литература

    Узнайте больше о потенциальных последствиях изменения климата для микробной жизни в океане, грибковой эпидемии, оказавшей огромное влияние на нашу окружающую среду, важности микробиомов и круговорота питательных веществ, а также о важности микотоксинов и их влиянии на изменение климата и продовольственная безопасность.

  • Новые продукты от микробов

    Микроорганизмы ведут захватывающий образ жизни, и многие из тех, что живут в естественной среде, выполняют полезные или вредные функции в зависимости от ситуации, в которой они находятся. Мы исследуем, как мир природы предоставил нам огромное разнообразие продуктов, которые использовались для всего, от медицины до пестицидов.


Изображение предоставлено:

Охраняемые рифы в садах Королевы, Куба, Эми Априлл
piyaset / iStock
Эмили Аддингтон

6 замечательных вещей, которые микробы делают для нас

Слово «микроб» звучит устрашающе — мы ассоциируем их с гриппом, лихорадкой Эбола, плотоядной болезнью и так далее. Но микробиолог доктор Джонатан Эйзен выступил с ярким выступлением на TEDTalk, которое заставит вас отказаться от дезинфицирующего средства для рук.Как объясняет Эйзен: «Мы покрыты облаком микробов, и эти микробы на самом деле большую часть времени приносят нам пользу, а не убивают».

Забавный факт о микробах: в среднем у здорового взрослого человека микробных клеток в 10 раз больше, чем клеток человека. Итак, что хорошего делают для нас эти микробы? Вот несколько основных моментов.

1. Микробы играют в обороне . Множество микробов, которые живут внутри и внутри нас, защищают нас от патогенов, просто занимая место. Занимая места, где могут появиться неприятности, хорошие микробы сохраняют наше здоровье.Как объясняет Эйзен: «Это похоже на то, как хороший почвопокровный покров вокруг вашего дома может предотвратить распространение сорняков».

2. Микробы укрепляют иммунную систему . Исследователи из Университета Лойолы продемонстрировали в исследовании 2010 года, как палочковидные бактерии Bacillus, обнаруженные в пищеварительном тракте, связываются с клетками иммунной системы и стимулируют их делиться и размножаться. Исследования показывают, что через несколько лет людей с ослабленной иммунной системой можно будет лечить, вводя эти бактериальные споры в систему.Эти микробы потенциально могут даже помочь организму бороться с раковыми опухолями.

3. Микробы защищают нас от аутоиммунных заболеваний . В своем выступлении на TEDTalk Эйзен описывает, что в подростковом возрасте ему поставили диагноз диабет 1 типа после того, как он «медленно истощался, пока не стал похож на жертву голода с неутолимой жаждой». Поскольку микробы помогают тренировать иммунную систему, если микробиом выйдет из строя, это может изменить способность организма различать себя и чужеродных захватчиков.Недавнее исследование диабета 1 типа показывает, что нарушение микробного сообщества может вызвать болезнь, при которой организм убивает клетки, вырабатывающие инсулин. В исследовании 2009 года исследователи из Корнельского университета показали, что введение доброкачественного штамма E. coli диабетическим мышам вызвало эффект домино, который привел их к выработке инсулина. Работа предполагает, что когда-нибудь микробный йогурт сможет заменить уколы инсулина для людей с этим заболеванием. Микробные нарушения могут быть причиной и других аутоиммунных заболеваний.

4. Микробы поддерживают стройность . Микробы играют важную роль в форме нашего тела, помогая нам переваривать и сбраживать пищу, а также производя химические вещества, которые определяют скорость нашего метаболизма. Эйзен объясняет: «Кажется, что нарушения в нашем микробном сообществе могут быть одним из факторов, ведущих к увеличению ожирения».

5. Микробы выводят токсины и могут даже бороться со стрессом . Подобно тому, как люди вдыхают кислород и выделяют углекислый газ, микробы внутри и на нас поглощают токсины и избавляют нас от их опасных последствий.Недавнее исследование также показывает, что у людей, испытывающих сильный стресс, в кишечнике гораздо меньше разнообразных бактериальных сообществ, что свидетельствует о непонятном взаимодействии между микробами и реакцией на стресс.

6. Микробы сохраняют здоровье младенцев . Недавние исследования показали, что микробиомы детей, рожденных с помощью кесарева сечения, сильно отличаются от микробиомов детей, рожденных старомодным способом. Почему? Потому что во время родов младенцы колонизируются микробами своей матери, особенно веществами, которые способствуют перевариванию молока.По данным Science News, у детей, рожденных с помощью кесарева сечения, выше вероятность развития аллергии и астмы, чем у детей, рожденных естественным путем.
Совершенно очевидно, что микробы имеют большое значение для нашего здоровья. И все же необходимо провести гораздо больше исследований, чтобы определить, что делают разные микробы и вызывают ли их нарушения недуги или просто коррелируют с различными проблемами со здоровьем. Чтобы узнать больше, зайдите в блог доктора Эйзена или подпишитесь на него в Twitter.

Изучение микробов> Lake Tyrrell> USC Dana and David Dornsife College of Letters, Arts and Sciences


Как вы изучаете то, чего не видите?

Микробы — это просто организмы, которые нельзя увидеть невооруженным глазом.Таким образом, они включают в себя широкий спектр живых организмов: бактерии и археи (вместе называемые прокариотами), протисты (из эукариот) и вирусы. Но изучение того, чего вы не видите, — это сложная задача, которая сформировала наше понимание этих важных организмов.

Классические подходы: микроскопия и чистые культуры


Впервые микробы стали рассматриваться в микроскоп 350 лет назад. В течение многих лет микроскопия была единственным способом их изучения.Это хорошо сработало для более крупных микробов, таких как протисты, анатомию и поведение которых можно было описать с помощью относительно простых методов микроскопии, но хуже для бактерий, архей и вирусов, которые (как правило) меньше и труднее визуализировать.

Для изучения бактерий и вирусов микробиологи использовали также лабораторные культуры. Исследования этих чистых культур помогли нам понять многие аспекты физиологии бактерий и клеточной биологии, включая деление клеток, репликацию ДНК, экспрессию генов и синтез белка.

Проблема в том, что можно культивировать лишь крошечный процент (<1-5%) бактерий. В результате наши знания о бактериальном разнообразии и физиологии сильно искажены как из-за небольшого числа изученных нами видов, так и из-за того, что эти виды могут не быть репрезентативными для организмов, встречающихся в естественной среде обитания. Большинство культивируемых организмов растут в условиях, которые легко воссоздать, например, при умеренной температуре или «нормальном» атмосферном давлении. Эти организмы представляют собой узкий круг видов, оставляя экстремальные и узкоспециализированные виды полностью необнаруженными и неизученными.


Наша неспособность культивировать всех членов микробного сообщества препятствует нашему пониманию микробного разнообразия и экологических взаимодействий.

Культивирование одного штамма мало что говорит нам о функционировании микроорганизмов в естественной экосистеме по нескольким причинам. Виды, которые можно выращивать в лаборатории, могут иметь или не иметь значение для естественных сообществ. Например, Haloarcula, галофильная архея, обычно культивируется из образцов окружающей среды гиперсоленых озер, но составляет всего 0.1% природного сообщества в этих средах. То, что выглядело как доминирующий вид, на самом деле не так, и то, что было извлечено из лабораторных исследований культур, не очень хорошо отражало процессы окружающей среды!

Организмы, выращиваемые в культуре, также могут во многом отличаться от своих «диких» собратьев. Кратковременная физиологическая адаптация к лабораторным условиям может изменить характер роста и экспрессию генов. Кроме того, чистые культуры лишены экологических взаимодействий, которые существовали бы в естественных сообществах.Отсутствие конкуренции, содействия или хищничества может повлиять на характеристики видов в культуре.

Поскольку время генерации бактерий может быть очень коротким (от часов до дней), эволюция может происходить быстро в реальном времени. В долгосрочной перспективе микроорганизмы, выращенные в культуре, вероятно, эволюционно отклонятся от первоначального предка, что приведет к ошибочным выводам о том, как эти виды функционируют in situ .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *