54. Бактерии и биосфера. Микроорганизмы в их естественных средах обитания (микроорганизмы воды, почвы, воздуха).

Все бактерии космополиты. Они обитают везде, все зависит от условий.

Бактерии и биосфера. Распространены везде. В стратосфере на высоте 77 км, вниз до 7 км, в Марианской впадине (11200 м.). Пределы выживаемости колоссальны.

Функции:

1. Энергетическое поглощение и трансформация энергии. Бактерии синтезируют органическое вещество за счет энергии Солнца в энергию химических связей, используя энергию окислительно-восстановительных реакций в энергию химических связей при фотосинтезе, хемосинтезе. Бактерии могут аккумулировать энергию в неорганические соединения, например в сульфидах FeS → FeS₂ (пирит). Бактерии осуществляют трансформацию энергии при окислении органических и неорганических веществ.

2. Концентрационная – накопление избирательное в клетках элементов, все микробы копят биогенные элементы. Некоторые копят неспецифические элементы, например тяжелые металлы U, Ra, Au, Ag, Mn.

3. Деструктивная функция – органическое вещество превращают в неорганическое круговорота.

4. Средообразующая – определяют физико-химические условия среды.

5. Транспортная – выделяют вещества, например денитрификация.

Микробиоценозы почвы. Почва является депо разнообразных видов бактерий. Особенности микроорганизмов почвы:

- некоторые обитатели почв типичны только для почв. К ним относятся актиномицеты, миксобактерии.

- нет спирохет, нет бактерий с газовыми вакуолями;

- всегда есть клетки, для которых почва вообще не является местом активного развития, или такие клетки, развитие которых может происходить лишь в редкие или случайные (обогащенные), периоды обогащения субстрата, например, внесение навоза.

Основные группы микроорганизмов почвы:

1. Зимогенная микрофлора (закваска) – это сапротрофные микроорганизмы, ведущие процессы минерализации веществ органического опада, редуценты, разлагающие органическое вещество (Pseudomonas, Bacillus, Proteus, Aerobacter).

2. Автохтонные микроорганизмы – разлагают гумус (Nocarolia).

3. Олиготрофы – микрофлора рассеяния (Заварзин) (Caulobacter, Hyphomirobium).

4. Автотрофные микробы (Cianobacter, Nostoc, Aphanizomenon).

Численность микробов почвы зависит от типа почвы, климата, горизонта, растительности, может быть от 1 до нескольких млрд. клеток на 1 грамм, биомасса от 100 до 1000 кг/га. Выделяют группы санитарно-показательных бактерий почвы:

1) бактерии группы кишечной палочки, наличие которых свидетельствует о фекальном загрязнении (Streptococcus faecalis, Esherichia coli, Clostridium). Они вызывают такие заболевания, как столбняк, газовую гангрену.

2) термофильные бактерии свидетельствуют о большом количестве разлагающихся отходов. Количество термофильных видов 10⁵ – 10⁶ клеток для помойки, 10² – 10⁵ - в чистой воде.

Микробиоценозы воды. В воде микробы встречаются в водной толще, в донных отложениях, на поверхностях, погруженных в воду, в кишечнике водных организмов как комменсалов, в клетках и тканях организмов как паразиты и симбионты.

Большинство бактерий воды олиготрофы, есть копиотрофы. Наиболее хорошо изучена микрофлора озер, особенно тех, для которых отмечено состояние стратификации. Стратификация распределяется по вертикали слоев воды различной плотности.

1) эпилимнеум, верхняя часть, поверхностная пленка, есть кислород, свет, высокая температура, концентрация органического вещества в основном из воздуха и воды липиды. Обитатели – бактериальный нейстон, фототрофы, аэробные гетеротрофные бактерии (Caulobacter, Hiphomicrobium), происходит окисление органического вещества.

2) Металимнеум – второе дно больше, плотность меньше, на некоторое время здесь задерживается органика, микробов больше, чем в первом слое. Здесь хемоклин, который характеризуется аэробными и анаэробными условиями. Характерны аэробные и анаэробные виды бактерий (Cianobacter).

3) Гиполимнеум. Вода с температурой самой низкой, плотность больше, много органических веществ, могут быть анаэробные условия. Встречаются аэробные и анаэробные бактерии, если свет проникает через всю толщу воды, то здесь могут быть фототрофы и организмы, завершающие окисление органического вещества (метаногенные, сульфатредуцирующие бактерии).

Выделяют 3 зоны сапробности воды:

1. Полисапробная зона – много органического вещества разного происхождения: органический опад, бытовые и сточные воды. Здесь высокое количество микробов (более 1 млн. Кл/мм). Больше происходит анаэробного разложения (Clostridium и группа бактерий кишечной палочки).

2. Мезосапробная зона – доминируют аэробные вместе с анаэробными процессы, но больше аэробных. Бактерий 100 тыс. – 1 млн. кл/мл. Эта зона чище. Первая и вторая зоны отличаются интенсивностью окислительных процессов. Встречаются бактерии кишечной палочки.

3. Олигосапробная зона – число бактерий не более 10³ кл/мл. Аэробные бактерии доминируют, бактерий группы кишечной палочки нет.

Санитарное состояние водоемов определяется колииндексом (количество бактерий группы кишечной палочки). Чистая вода должна содержать от 1 до 10 клеток на 1 литр, слабозагрязненная – 11-100, загрязненная – 101-1000, сильно загрязненная – 1101-10000.

Микробиоценоз воздуха. Как среда воздух неблагоприятен для проживания микробов, т.к. нет питательных веществ, микроорганизмы подвергаются губительному действию солнечных лучей, высушиванию, колебанию температур. Численность и видовой состав бактерий воздуха определяется: географической зоной, высотой над уровнем моря, сезоном года, метеорологическими условиями, характер местности, наличием загрязняющих веществ. Заселены нижние слои тропосферы. Верхние слои бедны, в стратосфере их вовсе нет.

Особенности микрофлоры:

1. Приспособление патогенных микробов - стрептококки, стафилококки (возбудитель туберкулеза, сибирской язвы), сальмонеллы.

2. Могут распространяться на большие расстояния.

3. Больше пигментированы за счет каратиноидов (желтые, красные).

4. Много бактерий, образующих споры, много грибов.

5. Качественный состав микрофлоры воздуха не стабилен и зависит от места и источников загрязнения.

Санитарное состояние определяется чаще, зависит от размеров (чем больше объем, тем меньше бактерий), условий освещенности, частоты проветривания, количества людей.