Микробиология и биотехнология

Занятие 2

Содержание. Определение количества гидробионтов по пятибалльной системе.

Задание:

1.Отобрать пробы активного ила.

2.На предметное стекло нанести пипеткой 2 капли исследуемой пробы (с поверхности ила и со дна сосуда).

3.Приготовить препарат, закрыв его покровным стеклом

24×24 мм.

4.В каждой капле просмотреть 40 полей зрения. Для этого препарат под объективом провести зигзагообразно так, чтобы материал просматривался практически полностью. Учет провести при увеличении 5×10, детали рассматривать при больших увеличениях.

5.Определить количество инфузорий, наличие свободных бактерий, нитчатых бактерий, гифов грибов и своеобразных ско-

плений бактерий – Zooglea ramigera.

6.Записать количество гидробионтов в баллах:

1– единичное нахождение;

2– мало;

3– порядочно;

4– много;

5– в массе.

Занести данные в таблицу.

Материалы и оборудование: микроскоп с осветителем,

коробка с оборудованием, предметные и покровные стекла; проба активного ила.

Занятие 3

Содержание. Определение абсолютного количества организмов в единице объема.

Задание:

1. Поместить жидкость с активным илом в колбу на 150 мл, плавно встряхнуть до получения равномерной взвеси.

41

2.Микропипеткой отобрать 0,1 мл жидкости и нанести ее на обезжиренное предметное стекло, покрыть покровным стек-

лом (18×18 мм).

3.В препарате по диагонали покровного стекла при увеличении 5×10 посчитать количество гидробионтов в 10 полях зрения. Найти среднее арифметическое для одного поля зрения.

4.Определить количество организмов в 1 мл по формуле

D = s · d / πr2 ·p,

где D – количество организмов в 1 мл жидкости; d – количество организмов в одном поле зрения (среднее арифметическое из числа просмотренных полей зрения); πr2 – площадь поля зрения объектива в квадратных миллиметрах (радиус r поля зрения объектива определяется по линейке объект-микрометра); s – площадь покровного стекла в квадратных миллиметрах (18×18); p – объем закапанной жидкости.

Поскольку организмы значительно отличаются между собой по размерам, то правильно выражать содержание организмов в активном иле не числом, а биомассой. Для этого вычисляют объем организмов исходя из их размеров и приравнивая форму каждого организма к простейшему геометрическому телу. Плотность организмов принимают равной единице, получают биомассу в граммах.

Занятие 4

Содержание. Исследование видового состава различных индикаторных групп простейших организмов при различной работе очистных сооружений.

Задание:

1.Отобрать пробу активного ила из аэротенка.

2.Приготовить препараты для просмотра активного ила.

3.Просмотреть препарат под микроскопом, определить обнаруженные организмы, используя таблицы и определители.

4.Зарисовать обнаруженные организмы. Сделать заключение на основании индикаторных групп простейших организмов

остепени очистки исследуемых сточных вод.

42

Материалы и оборудование: микроскоп с осветителем,

коробка с оборудованием, спиртовка, спички, кристаллизатор с микробиологическим «мостиком», штатив, пробирки, пипетки на 1 мл; проба воды с активным илом из аэротенка; определители индикаторных групп простейших.

Тема 8. ОЧИСТКА ВОДЫ И ПОНЯТИЕ САПРОБНОСТИ

Краткие теоретические сведения

Все существующие установки для очистки сточных вод основаны на биологическом самоочищении, протекающем в природных водоемах.

Процесс биологического самоочищения – сложный комплексный процесс, в котором главная роль принадлежит живым организмам. Суть его сводится к постоянной минерализации поступающего органического вещества до стабильных элементарных соединений.

Различают естественное и искусственное загрязнение водоемов.

Естественное (автохтонное) загрязнение происходит в результате поступления в водоем органических веществ: продуктов жизнедеятельности организмов, населяющих водоем, и распада их трупов. Искусственное (аллохтонное) загрязнение – результат поступления в водоем всех посторонних для него веществ органического и неорганического происхождения под действием антропогенного фактора.

В процессе естественного самоочищения различают три последовательные фазы или зоны, или степени сапробности

(Icolkwitz, Marsson, 1908–1909).

1. Полисапробная зона с преобладанием редукционных (восстановительных) процессов, или анаэробная. Эта зона сильно загрязненных вод, ведущая роль в их очистке принадлежит анаэробным бактериям. Организмы полисапробной зоны представлены на рис. 7.

43

Рис. 7. Организмы полисапробной зоны:

1 – Zooglea ramifera; 2, 5 – Paramaecium putrinum; 3, 4 – Vorticella microstoma; 6 – малощетинистый червь

Tubifex rivulorum; 7 – Colpidium colpoda; 8 – Euglena viridis; 9 – Trigomonas compressa; 10 – Achromatium oxaliferum; 11 – Spirullina Jenneri; 12 – Polytoma uvella;

13 – Lomprocystis reseo-persicina

2. Мезосапробная зона, промежуточная, или окислительновосстановительная. Редукционные процессы постепенно прекращаются и начинается окисление органического вещества за счет поступления кислорода. Эта зона подразделяется на α- мезосапробную, более загрязненную, близкую к полисапробной, и β-мезосапробную, приближающуюся к олигосапробной. В мезосапробной зоне развиваются аэробные бактерии, нередко разлагающие органическое вещество до углекислоты и воды, а белки – до аммонийных соединений. Здесь встречаются не только бактерии, но и многие другие гидробионты (рис. 8, 9).

44

3. Олигосапробная зона, заключительная окислительная, или аэронная, в которой содержание кислорода близко к насыщению. В этой зоне происходит полная минерализация органических соединений. Азотистые соединения присутствуют в виде нитритов и нитратов. В процессе самоочищения участвуют в той или иной степени все организмы, населяющие водоемы или очистные установки (рис. 10).

Рис. 8. Организмы α-мезосапробной зоны:

1 – Leptomitus lacteus; 2 – Podophrya collini;

3 – зеленая водоросль Stigeoclonium tenuc; 4 – Callidina vorax; 5 – Paramaecium candatum; 6 – Closterium acorosum;

7 – колониальный жгутиконосец (протист) Antophysa vegetans;

8 – гриб Leptomitus lacteus

Индикаторные организмы, характеризующие степень загрязнения воды

Бактерии. Основная роль в процессах минерализации органического вещества принадлежит бактериям. Большинство видов бактерий морфологически не отличаются друг от друга, и

45

поэтому наиболее показательными среди них являются некоторые нитчатые и колониальные формы. Из колониальных форм в водоемах и на очистных сооружениях широко распространена Zooqlea ramifera (см. рис. 7). Она представляет собой более или менее разветвленную колонию однородных палочковидных бактерий. Каждая палочка окружена слизистой капсулой, поэтому клетки не слипаются друг с другом. Из нитчатых форм бактерий к показательным организмам относятся сероокисляющие и некоторые тионовые бактерии, а также бактерии рода

Sphaerotilus (рис. 11).

Рис. 9. Организмы β-мезосапробной зоны:

1 – Asterionella formosa; 2 – ракообразное Daphnia pulex;

3 – Aktinophrys vesiculata; 4 – Coleps hirtus; 5 – Vroglena volivox; 6 – Vorticella campanula; 7 – Euplotes charon;

8 – личинка Cloeon dipterum; 9 – круглый червь Dorylabmus stagnatis; 10 – нитчатая бактерия Cladothrix dichotoma

46

Рис. 10. Организмы олигосапробной зоны:

1 – Halteria cirrifera; 2 – Surirella spriralis;

3 – колониальная инфузория (протист) Carchesium polypinum;

4 – личинка Perla bipunctata; 5 – Micresterias truncata;

6 – Volvax globator; 7 – Pediastrum boryanum; 8 – Cyclidium glaucoma; 9 – Epistylis plicatilis; 10 – зеленая водоросль Cladophora glomerata

Сероокисляющие бактерии имеют вид толстых нитей, разделенных перегородками, причем перегородки не всегда заметны. Эти бактерии встречаются в водах, содержащих сероводород. При избытке сероводорода внутри нитей откладываются блестящие капельки элементарной серы. При недостатке сероводорода сера окисляется до сульфатов и блестящие капельки в теле бактерий исчезают.

Нитчатые бактерии Sphaerotilus natans и Sphaerotilus dichotoma (см. рис.11,12) имеют вид очень тонких длинных переплетающихся нитей. Необходимо научиться отличать их от грибов. Основное отличие заключается в том, что бактерии никогда не имеют истинного ветвления. Кажущаяся разветвленность нитей объясняется тем, что при размножении нитчатых бактерий

47

из нитей выходят подвижные клеточки-гонидии, которые могут прикрепляться к материнской нити и прорастать. При этом получается так называемое ложное ветвление. Ложность ветвления легко можно установить, просматривая препарат при объективе 40. Истинное ветвление грибов и ложное ветвление нитчатых бактерий показано на рис. 13.

Рис. 11. Различные типы инфузорий:

1, 5 – Chilodonella cuculullus; 2 – Claucoma pyriformis; 3 – Rotaria rotatoria; 4 – Claucoma scintillans;

6 – Paramaecium putrinum; 7 – Colpidium colpoda;

8 – Vorticella microstoma; 9 – Tillina magna; 10 – Beggiatoa alba; 11, 12 – Sphaerotilus natans

Грибы. Грибы в жидкой среде обычно не образуют плодовых тел, и поэтому их интенсификация без специального изучения большей частью невозможна. В водоемах иногда в изобилии развивается гриб Leptomitus, засоряющий очистные решетки водопроводных станций. Leptomitus имеет характерное строение (см. рис.12). Размножается гриб вегетативным способом путем разрыва нитей в узком месте. Пробочка, имеющаяся в клетке, закрывает место разрыва и препятствует вытеканию протоплазмы.

48

Рис. 12. Различные типы инфузорий: 1 – Chilodonella cuculullus; 2 – Stentor coeruleus;

3 – Colpoda cucullus; 4 – Vrorema marinum; 5 – Platynema sociale; 6 – Amphileptus claparedei; 7 – Opercularia coarctata;

8 – Paramaecium caudatum; 9 – Nitrochia palea; 10 – Litonotus fasciola; 11 – Chilodonella uncinata; 12 – Carchesium polypinum; 13 – Stentor coeruleus; 14 – Leptomitus lactens; 15 – Sphaerotilus natans

Рис. 13. Схема строения грибного мицелия и нитчатых бактерий: 1 – многоклеточный мицелий;

2 – одноклеточный мицелий; 3 – нитчатые бактерии (ложные ветвления)

49

На очистных сооружениях встречаются одноклеточные грибы, имеющие несептированный мицелий, и грибы многоклеточные с мицелием, разделенным перегородками (см. рис. 13).

От бактерий грибы отличаются наличием истинного ветвления, а от водорослей – отсутствием пигмента.

Водоросли. В процессе самоочищения загрязненных водоемов важнейшая роль принадлежит зеленым протококковым водорослям. Они обогащают воду кислородом, необходимым для минерализации органических веществ, и, будучи антагонистами бактерий, вызывают гибель патогенных микроорганизмов.

Водоросли легко идентифицируются по наличию зеленого пигмента.

Простейшие. Из простейших к показательным организмам относятся представители следующих классов: саркодовые (Sarcodina), жгутиковые (Mastigophora), ресничные инфузории (Ciliata) и сосущие инфузории (Suctoria).

Саркодовые. Из обширного класса саркодовых наибольший интерес представляют так называемые корненожки. Они названы так потому, что тело их способно выпускать ложноножки, или псевдоподии, служащие для движения и принятия пищи. Внутреннего скелета нет, но может быть наружный – тело бывает одето домиком.

Корненожки, не имеющие домика, называют голыми. Из голых корненожек к индикаторным организмам относятся представители рода амеба, рода пеломикса. Пеломикса отличается от обычных амеб размерами (до 2 мм) и широколопастными псевдоподиями. Плазма ее содержит «блестящие тельца» и палочковидные включения. Pelomyxa palustris развивается в больших количествах в загрязненных водах (рис.14).

Род Amoeba включает очень большое число видов. Часть их трудно идентифицировать. От пеломикса амебы отличаются отсутствием включений и блестящих телец.

Amoeba limax (см. рис. 14) служит показателем плохой очистки. Появление в активном иле Amoeba radiosa (см. рис. 14) свидетельствует о хорошей очистке.

50