Аутекологія. Хімічні абіотичні фактори екосистем.

1. Характеристика мікроорганізмів-оліготрофів, їх особливості.

2. Характеристика мікроорганізмів-копіотрофів.

3. Спеціалісти та генералісти.

4. Провідні джерела живлення мікроорганізмів (Р, N, S, C)..

5. Бактерицидність та бактеріостатичність.

6. Типи токсичних для мікроорганізмів речовин, рівень специфічності їх впливу.

7. Токсична дія активних форм кисню, механізми захисту.

8. Вплив важких металів.

9. Контролюючі та захисні системи мікроорганізмів

Розподіл хімічних речовин природних і антропогенних еконіш на поживні та токсичні є вельми умовним і не виключає одночасної присутності обох типів. Ідеальною вважається ситуація за повної відсутності потенційно токсичного впливу в умовах еконіші.

Надходження поживних речовин відбувається нерівномірно у часі та просторі, тому прийнято характеризувати місця існування мікроорганізмів термінами усередненого потоку поживних речовин за добу.

Бактерії, існування яких у природі залежить від їх здатності розмножуватись в еконішах з низьким потоком поживних речовин – до 0,1мг/л за добу, відносять до оліготрофів (грец. оligos – малий, trophe – їжа).

Широкому розповсюдженню оліготрофів сприяє ряд їх особливостей

1. Накопичення резервних речовин (полі-β-оксимасляної кислоти, поліглюкози, поліфосфатів)

2. Транспортні системи функціонують в умовах мінімальних концентрацій поживних речовин і мають низькою субстратноу специфічність, нездатні дискримінувати речовини

3. Здатність до мініатюризації клітин в умовах голодування

4. Низька швидкість розмноження – час генерації оліготрофів складає 20-200 годин

5. Значна тривалість існування популяцій

Типовими представниками оліготрофів є мешканці водойм, морського дна та ґрунтів.

Копіотрофами (грец. copiosus – надмірність, trophe – їжа) називають мікроорганізми, що надають перевагу багатим субстратам. Копітрофи розвиваються в умовах надходження поживних речовин, які в 50-100 разів перевищують такі, що сприятливі для розвитку оліготрофів.

Особливості копіотрофів

1. Швидке виснаження субстратів.

2. Висока швидкість розмноження - утворюють нове покоління протягом 10-20 хв.

3. Нетривалість існування, поширення ефімерності.

До копітрофів належать ентеробактерії забруднених водойм та кишкової мікробіоти, представники мікробіоти ризосфери рослин, бактерії роду Zymomonas - збудники псування пива і вина, збудники бродіння, протеолітики, деструктори полісахаридних субстратів, цукролітичні гриби родів Mucor, Rhizopus тощо.

Шляхи адаптації до джерел живлення можуть бути спеціалізованими або неспеціалізованими.

Мікроорганізми, які здатні використовувати вузький спектр субстратів або вимагають для росту конкретну, незамінну іншими речовину, відомі як спеціалісти. До них відносяться, наприклад, тіонові бактерії. Такі мікроорганізми швидше ростуть в умовах надлишку доступного для них субстрату.

Генералісти використовують різноманітні сполуки, тому легше знаходять джерела живлення. Серед оліготрофів переважають генералісти, хоча є і спеціалісти, як, наприклад, метилотроф Hyphomicrobium vulgare.

Фосфор оцінюється як найбільш лімітуючий фактор субстратів мікрооорганізмів.

Органічні сполуки фосфору розкладаються різними групами мікроорганізмів: бактеріями (Bacillus megaterium, B. subtilis, Pseudomonas aeruginosa та ін.), грибами (Alternaria, Aspergillus, Penicillium, Rhizopus, Trichothecium), дріжджами (Candida, Hansenula, Rhodotorula, Saccharomyces) та актиноміцетами.

При мінералізації органофосфатів відбувається гідролітичне відщеплення фосфорної кислоти від органічного субстрату.

Роль мікроорганізмів полягає в тому, що вони переводять недоступні мінеральні сполуки фосфору у розчинний стан.

До таких мікроорганізмів відносяться бактерії (наприклад, представники родів Bacillus, Micrococcus, Pseudomonas, Mycobacterium), гриби (наприклад, Aspergillus, Penicillium та ін.).

Розчинення фосфатів відбувається за рахунок утворення мікроорганізмами CO₂ та різних кислот.

Азотвмісні сполуки – одне з найбільших джерел живлення.

Амоніфікуючу здатність проявляють мікроорганізми, які синтезують протеолітичні ферменти. Вони зустрічаються в більшості груп мікроорганізмів. Це представники родів бактерій Proteus, Pseudomonas, Bacillus, Clostridium та інші бактерії, а також гриби.

Аміак окиснюється мікроорганізмами до солей азотистої, а потім азотної кислот. Цей процес отримав назву нітрифікації. Мікроорганізми першої стадії нітрифікації (до нітритів) - Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus, Nitrosovibrio. Мікроорганізми другої стадії нітрифікації (до нітратів) - Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus

Азотфіксувальні бактерії використовують як джерело живлення вільний азот атмосфери, утворюючи азотвмісні органічні сполуки. Прикладами є бактерії родів Azotobacter, Klebsiella, Cyanobacteria, симбіонти: Rhizobium, Bradyrhizobium.

Використання джерел сірки мікроорганізмами.

Активними окиснювачами відновлених сполук сірки є наступні групи мікроорганізмів:

безбарвні сіркоокиснюючі бактерії родів Achromatium, Beggiatoa, Thiobacillus, Thiobacterium Thiodendron, Thiomicrospira, Thiospira

пурпурові бактерії Amoebobacter, Chromatium, Thiospirillum

зелені сіркобактерії Ancalochloris, Chlorobium, Prosthecochloris

хемоорганогетеротрофи родів Bacillus, Pseudomonas,

гриби (Aspergillus, Penicillium).

Мікроорганізми здатні також до відновлення неорганічних сполук сірки:

1. Асиміляційне відновлення сульфатів до сульфідів і введення їх у біосинтез;

2. Дисиміляційна сульфатредукція (сульфатне дихання), де сульфат як термінальний акцептор електронів відновлюється у сульфід.

3. Редукція сірки (сіркове дихання), де сірка як термінальний акцептор електронів відновлюється у сульфід.