4. Таксономическое разнообразие микроорганизмов цикла азота, осуществляемые ими процессы и продукты реакций.

Продолжение ниже

5. Условия протекания процессов в экосистемах.

6. Таксономическое разнообразие микроорганизмов цикла углерода, осуществляемые ими процессы и продукты реакций.

Цикл углерода в почве.

В атмосфере углерод в основном представлен С0_2, который составляет 0,03%от ее объема. В гидросфере его на порядок больше, но основным источником углекислого газа является почва (до 9-15% по Ремезову), т.к. здесь сосредоточена деятельность микроорганизмов, разлагающих органические остатки, и осуществляется дыхание растений. В совокупности данные процессы носят название «почвенного дыхания».

8. Растения используют атмосферный СО2 в процессе фотосинтеза, который становится входит в их состав и становится их частью.

9. Животные, питающиеся растениями, передают соединения углерода по пищевой цепи.

10. Большая часть углерода, потребляемого животными, в процессе их дыхания преобразуется в СО2 и возвращается в атмосферу.

11. Когда животные и растения погибают, бактерии и грибы, обитающие в почве, разлагают их остатки, и углерод вновь возвращается в атмосферу в виде СО2.

12. Некоторые органические остатки остаются в почве и превращаются в ископаемые виды топлива (нефть, уголь, газ, торф), при сжигании которых также СО2 возвращается в атмосферу. Гумус также является формой захоронения углерода.

13. В воде основным продуцентом СО2 являются водоросли. В морской воде углерод содержится в виде угольной кислоты и ее растворимых солей, но накапливается он в форме карбоната кальция СаС03 (мел, известняки, кораллы). Часть углерода в виде карбонатов надолго исключается из круговорота, образуя осадки на дне водоемов. Однако с течением времени в процессах горообразования осадочные массы поднимаются на поверхность в виде горных пород.

14. Также СО2 поступает в атмосферу в результате вулканической деятельности и с выхлопными газами машин, заводов.

В цикле углерода можно выделить два звена, имеющих планетарные масштабы и связанных с выделением и поглощением кислорода: 1) связывание С02 в процессе фотосинтеза и генерация кислорода; 2) минерализация органических веществ с выделением С02 и затратой кислорода. Первый осуществляют высшие растения, водоросли и цианобактерии. Второй – микроорганизмы.

1. Спиртовое брожение –анаэробная химическая реакция брожения, осуществляемая дрожжамиродов Saccharomycesи Schizosaccharomyces, в результате которой одна молекула глюкозыпреобразуется в 2 молекулы этанола и в 2 молекулы углекислого газа.При доступе кислорода дрожжи окисляют углеводы (аэробное дыхание) с образованием СО2 и воды (эффект Пастера).

С6Н12О6 = 2С2Н5ОН + 2СО2

Условия для жизни дрожжей: слабокислый рН, оптимальная температура 28-30 градусов, аэрация сказывается лучше, т.к. аэробное дыхание дает больше энергии при небольших затратах углеводов.

2. Молочнокислое брожение - процесс анаэробного окисления углеводов, конечным продуктом при котором выступает молочная кислота. СО2 выделяется при так называемом гетероферментативном брожении (при гомоферментативном – только молочная кислота, при брожении, вызываемом бифидобактериями – ацетат и лактат).

Бактерии – родыLeuconostocсферической формы, гр+, анаэробоы, опт. температура 20-30 гр.; Lactobacillusнебольшие палочки, растущие при +45 гр.; Bifidobacterium – палочки, строгие анаэробы, температурный оптимум 36-38 гр., обитатели кишечника животных и человека, антагонисты болезнетворной микрофлоры кишечника, за счет производства антибиотиков и органических кислот.

3. Пропионовокислое брожение - Пропионовокислое брожение вызывается пропионовокислыми бактериями, относящимися к роду Propionibacterium.

Единственным источником энергии для пропионовокислых бактерий является процесс сбраживания различных веществ: моносахаридов (гексоз, пентоз), молочной, яблочной кислот, глицерина и других в пропионовую и уксусную кислоту, диоксид углерода и воду.

Пропионовокислыебактерии  –  небольшие,    неподвижные грамположительные палочки, не образующие спор, факультативные анаэробы. Обитают в основном в кишечном тракте жвачных животных и в молоке.

4. Маслянокислое брожение - анаэробное окисление органических веществ маслянокислыми бактериями в масляную кислоту.

С6H12О6 → СНзСН2СН2СООН + 2 С02+ 2Н2 +Е

Маслянокислые бактерии относятся к роду Clostridium. Это крупные, подвижные грамположительные палочки, образующие устойчивые споры, при образовании которых клетка приобретает форму веретена или теннисной ракетки, облигатные (строгие) анаэробы.Эти бактерии могут сбраживать многие углеводы, в т.ч. (крахмал, гликоген, пектиновые вещества, целлюлозу), спирты (этиловый, маннит, глицерин) и аминокислоты. По характеру используемых субстратов маслянокислые бактерии делятся на две группы: сахаролитическиеклостридии,которыесбраживают в основном углеводы (Ctostridiumbutyricum), и протеопитическиеклостридии, которые разлагают белки и пептоны до аминокислот и затем их сбраживают (Clostridiumsporogenes, Clostridiumsubterminalis, Clostridiumperfringens, Clostridiumbotulinum).

5. Уксуснокислое брожение -  аэробное окисление углеводов и спирта уксуснокислыми бактериями в уксусную кислоту. 

С₆H₁₂O₆ + 2 0₂ →  2СНзСООН + 2CO₂+ 2Н₂0 + Е  

Возбудителями уксуснокислого брожения являются уксуснокислые бактерии, относящиеся к двум родам: Gluconobacter и Acetobacter. Это короткие, подвижные грамотрицательные палочки, не образующие спор. Оптимальная температура развития – 30˚ С. Бактерии кислотоустойчивы, оптимальное значение рН для развития 5,4–6,3. Обитают на цветах, зрелых фруктах, ягодах, овощах, в прокисших соках, пиве, вине, квашенных овощах.

Также микроорганизмы способны разрушать другие различные вещества. Углеводороды разрушать могупредставители родов Arthrobacter, Methylomonas, Pseudomonas, Nocardia, Streptococcus, Candida и др. Практически все углеводороды, входящие в состав нефти могут разлагаться микроорганизмами. В разложении жира участвуют бактерии рода Pseudomonas, Serratia, Clostridium, а также грибы родов Aspergillus, Penicilliumна глицерин и жирные кислоты, и даже до СО2 и воды. Аэробно разлагают целлюлозу виды цитофаг, миксобактерии, Cellulomonas, актиномицеты родов Streptomyces, грибы Fusariumи др.