Биогеохимическая деятельность микроорганизмов (стр. 1 из 7)

Министерство Образования Российской Федерации

Шадринский государственный педагогический институт

Факультет педагогики и методики начального образования

Кафедра биологии с методикой преподавания

Курсовая работа по методике преподавания биологии

Биогеохимическая деятельность микроорганизмов

Выполнила:

студентка 411 гр.

Усольцева Т.А

Научный руководитель:

Ревякина Г.А

ст. преподаватель кафедры биологии

с методикой преподавания

Шадринск 2004г.


Содержание.

Введение

1. Участие микроорганизмов в биогеохимических циклах соединений углерода, азота, серы и других элементов

2. Значение микроорганизмов в геологических процессах

3. Условия обитания микроорганизмов в почве и воде

4. Использование знаний о биогеохимической деятельности микроорганизмов на уроках биологии

Заключение

Библиографический список


Введение

«Мириады микробов населяют стихии и повсюду окружают нас. Незримо они сопутствуют человеку на всём его жизненном пути, властно вторгаясь в его жизнь то в качестве врагов, то как друзья. В громадном количестве они встречаются в пище, которую мы принимаем, в воде, которую мы пьём, в воздухе которым мы дышим и в почве…» так образно характеризовал микрофлору, которая нас окружает, выдающийся русский микробиолог В.Л. Омелянский. По-видимому, в биосфере нет такой среды, в которой не встречались бы микроорганизмы. Всюду, где есть хотя бы какие-то источники энергии, углерода и азота, обязательно встречаются и микроорганизмы, различающиеся по своим физиологическим свойствам.

Микроорганизмы, несмотря на свою малую величину играют огромную роль в природе и жизни человека. Микробы совершают круговорот веществ, разрушают сложные органические вещества, образующиеся в зелёных растениях, участвуют в процессах самоочищении воды и почвы. В превращении органических веществ, поступающих в почву и образующихся в ней, принимают участие различные группы микробов: гнилостные, нитрифицирующие, азотфиксирующие, денитрифицирующие и др.

В последнее время микроорганизмы стали шире использоваться в геологии при поисках полезных ископаемых. Сейчас выясняется их роль в разрушении одних и образовании других горных пород.

Все это является примером биогеохимической деятельности микроорганизмов. В результате этой деятельности происходит трансформация элементов в биосфере, что определяется универсальностью ферментативного аппарата микробной клетки, способной перерабатывать любые вещества субстрата.

Изучением проблем биогеохимической деятельности микроорганизмов занимались многие ученые. В 1890 г. С.Н. Виноградский открыл две фазы нитрификации: Nitrosomonas и Nitrobacter, а в 1893 г. он же открыл анаэробную фиксацию азота. В 1901 г. М. Бейеринк открыл аэробную фиксацию азота, в 1902 г. В.Л. Омелянский обнаружил анаэробные целлюлозоразлагающие бактерии. (6, 198)

Все эти открытия позволили расширить представления о биогеохимической деятельности микроорганизмов.

Практическое значение биогеохимической деятельности микроорганизмов в природе и жизни человека послужило основанием для выбора темы: «Биогеохимическая деятельность микроорганизмов».

Цель : изучить особенности и разнообразие биогеохимической деятельности микроорганизмов.

Объект: процессы, происходящие в биосфере в результате деятельности микроорганизмов.

Предмет : биогеохимическая деятельность микроорганизмов.

Задачи:

1. Раскрыть значение микроорганизмов в трансформации основных элементов биосферы, а также в процессах разрушения горных пород и создании горючих ископаемых;

2. Показать, как происходят процессы выветривания и почвообразования;

3. Раскрыть условия обитания микроорганизмов в воде и почве, рассмотреть основные группы почвенных микроорганизмов;

4. Использование знаний о деятельности микроорганизмов в методике преподавания биологии.


1.Участие микроорганизмов в биогеохимических циклах соединений углерода, азота, серы и других элементов

Возможность жизни на нашей планете определяется непрерывно протекающим круговоротом основных биогенных элементов (углерода, кислорода, водорода, азота, фосфора, серы и др.). Ведущая роль в процессах трансформации этих элементов принадлежит прокариотам. Приведем характерный пример. Содержание углекислого газа в атмосфере минимально (составляет всего 0,03%), и если бы не происходил постоянный возврат СО2 в атмосферу, этот газ был бы израсходован в процессе фотосинтеза за какие-нибудь 7—40 лет. Дальнейшая жизнь оказалась бы невозможна. Однако этого не происходит. В результате разложения органических соединений различными группами микроорганизмов в атмосферу возвращается 90% углекислого газа, остальные 10% СО2 пополняются в атмосфере за счёт дыхания эукариот, а также за счет хозяйственной деятельности человека.

Помимо углекислого газа, при разложении органических соединений микроорганизмы возвращают в атмосферу и другие газообразные продукты, такие, как Н2, Н2S, N2, СН4. Таким образом, они осуществляют не только деструкцию растительного и животного опада, выполняя роль санитаров планеты, но одновременно регулируют газовый состав атмосферы.

Ведущая роль прокариот в процессах трансформации элементов в биосфере определяется прежде всего огромной численностью микроорганизмов, повсеместным распространением их, а также универсальностью ферментативного аппарата микробной клетки, способной перерабатывать любые вещества субстрата.

Запасы азота в природе очень велики. Он входит в состав всех организмов на Земле. Общее содержание его в организмах составляет более 25 млрд. тонн, большое количество азота находится также в почве. Но еще более грандиозен запас азота в атмосфере: над каждым гектаром почвы поднимается столб воздуха, содержащий около 80000 тонн молекулярного азота. Ежегодно на образование вновь вырастающих растений требуется около 1,5 млрд. тонн азота в форме, доступной для усвоения растениями. Имеющегося в воздухе и почве азота хватило бы для обеспечения урожая, даже при одностороннем использовании, на несколько миллионов лет. Однако растения часто дают низкие урожаи именно из-за недостатка азота в почве. Это объясняется тем, что только небольшая группа азотистых соединений может быть быстро усвоена растениями. Не только свободный азот, но и многие формы связанного азота не могут служить источником азотного питания для растений. Азот, поступающий в виде белковых веществ в почву вместе с остатками растений и животных, совсем не годится для этих целей, он должен быть подвергнут минерализации, а образующийся при этом аммиак должен быть окислен в соли азотистой и азотной кислот. В основе процессов круговорота азота лежат следующие биохимические процессы: гниение белков, разложение мочевины, нитрификация, денитрификация и фиксация атмосферного азота. (8,159)

Гниение, или аммонификация белков — микробиологический процесс, при котором под воздействием гнилостных микроорганизмов происходит гидролитическое расщепление белков, поступающих в почву с трупами животных и отмирающими растениями, с образованием промежуточных продуктов (альбумоз, пептонов, амино- и амидокислот), а также дурно пахнущих веществ — индола, сероводорода, меркаптана, летучих жирных кислот.

Конечным продуктом гидролиза белков и дезаминирования аминокислот является NH3, почему этот процесс и называется аммонификацией белка. Таким образом, при гниении происходит минерализация белковых веществ, которая в зависимости от химического состава белков субстрата, вида гнилостных бактерий и условий их жизнедеятельности может быть полной или не доведенной до конца. При полной минерализации белка образуются СО2, NH3, Н2О, H2S и минеральные соли. При широком доступе кислорода продукты гидролиза белков подвергаются полному окислению, зловонных веществ образуется значительно меньше, чем при анаэробных условиях. Такой процесс называется тлением.

Гниение — преимущественно анаэробный процесс, при котором полного окисления некоторых продуктов, например жирных кислот, не происходит. Гнилостные микробы широко распространены в почве, воде, воздухе, в животных и растительных организмах. Поэтому любой продукт, не защищенный от них, быстро подвергается гниению. Его вызывают как анаэробные, так и аэробные микроорганизмы, причем они могут действовать и преемственно, и одновременно. Наиболее энергичными возбудителями гниения, сопровождающегося глубоким распадом белка и образованием азотистых и безазотистых соединений (индола, скатола, жирных кислот и др.), являются Bacillus mycoides , B . Mesentericus , а также Clostridium putrificum , C . sporogenes . Последние два — анаэробы, содержатся в кишечнике и после смерти вызывают зловонное разложение трупов.

Процессы гниения протекают только при наличии условий, благоприятных для жизнедеятельности их возбудителей (влажность, температура и т. п.). В сухой песчаной почве трупы подвергаются мумификации (высушиванию без гниения). Гнилостные процессы происходят и в организме человека, в частности в кишечнике; причиной их являются Е.со1 i и другие микробы. По мнению И. И. Мечникова, продукты гниения (скатол, индол и др.), постоянно образующиеся в организме, вызывают хроническую интоксикацию и являются одной из причин преждевременного старения.

Гнилостные процессы протекаюттакже при газовой гангрене: ткани, омертвевшие под влиянием образуемых возбудителями этой болезни экзотоксинов, заселяются гнилостными аэробными и анаэробными бактериями и подвергаются распаду. Некоторые гнилостные процессы используются в промышленности с полезной целью, например при выработке кожи для отделения от нее шерсти — швицевании.