Mikrobiologia glebowa

Transkrypt

1 Mikrobiologia glebowa Ile i jakie mikroorganizmy znajdują się w glebie? Anna Gałązka Zakład Mikrobiologii Rolniczej Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa - Państwowy Instytut Badawczy Puławy, r. Warsztaty naukowe Ocena gleb użytkowanych rolniczo z uwzględnieniem prawidłowego funkcjonowania ekosystemów glebowych oraz wskazanie działań zapobiegających procesom degradacyjnym

2

3 GLEBA Gleba składa się z cząstek mineralnych o różnej wielkości i kształcie oraz różnych właściwościach chemicznych w mieszaninie z korzeniami roślin, żywą populacją organizmów oraz materią organiczną w różnych stadiach rozwoju. Organizmy zasiedlające glebę tworzą złożony zespół o bardzo dużej liczebności zwany edafonem. Są to mikroorganizmy, grzyby, jednokomórkowce roślinne i zwierzęce, rośliny naczyniowe oraz bezkręgowce bytujące w przypowierzchniowej warstwie gleby. EDAFON może stanowić od 1 do 10% suchej masy substancji organicznej gleby. Ze względu na rozmiar organizmy żyjące w glebie można zaliczyć do trzech grup: - MIKROBIOTA (niedostrzegalne gołym okiem)- wirusy, bakterie, grzyby, pierwotniaki, glony - Mezobiota (0,2-2 mm) - wazonkowce, nicienie, ślimaki, owady bezskrzydłe, wije, roztocza i inne, małe rośliny, - Makrobiota (>2 mm) - dżdżownice, krety, gryzonie np. myszy polne, większe owady, korzenie dużych roślin i drzew.

4 Jak zbudowana jest gleba? W glebie można wyróżnić: fazę stałą (cząstki mineralne, organiczne i organiczno-mineralne o rożnym stopniu rozdrobnienia, tworzące gruzełki glebowe), fazę ciekłą (woda z rozpuszczonymi w niej związkami roztwór glebowy), fazę gazową (para wodna i powietrze wypełniające pory glebowe). Przeciętny skład gleby jest następujący: składniki organiczne-5% woda-25% powietrze-25% składniki mineralne-45%

5 GLEBA POWIETRZE - WODA Zasiedlają wszystkie środowiska: gleba 500 mln komórek bakteryjnych w 1 g gleby wody słodkie i słone np. ok komórek w 1 cm 3 wody organizmy żywe np. człowiek jest nosicielem ok 2 kg bakterii środowiska ekstremalne, np. oceaniczne kominy hydrotermalne, tereny radioaktywne

6 Drobnoustroje glebowe MIKROORGANIZMY POŻYTECZNE MIKROORGANIZMY PATOGENICZNE BAKTERIE WIĄŻĄCE AZOT GRZYBY MIKORYZOWE ANALIZA SANITARNA GLEB CHOROBY ZBÓŻ

7 Jak badać mikroorganizmy glebowe? METODY BADAŃ METODY KLASYCZNE Wszystkie prace prowadzone są w warunkach sterylnych, na przygotowanym wcześniej sterylnym szkle. AKTYWNOŚĆ BIOLOGICZNA GLEBY = LICZEBNOŚĆ + AKTYWNOŚĆ ENZYMATYCZNA POŻYWKA BAKTERYJNA to mieszanina związków chemicznych umożliwiających hodowlę bakterii lub grzybów. W skład pożywek wchodzi woda destylowana oraz sole w stężeniu zapewniającym izotoniczność środowiska. ph musi być odpowiednie dla wzrostu, ponieważ bakterie są wrażliwe na jego wahania. PODŁOŻA NATURALNE, PÓŁSYNTETYCZNE I SZTUCZNE pożywka minimalna pożywka wzbogacona pożywka selektywno-różnicująca pożywka selektywna pożywka wybiórczo namnażająca pożywki specjalne AGAR CZEKOLADOWY

8 EZA, najkrócej rzecz ujmując, to igła preparacyjna zakończona metalową pętelką. POSIEW jest podstawową metodą diagnostyki bakteriologicznej i mikologicznej zarówno w mikrobiologii klinicznej, jak i "badawczej". Najkrócej rzecz ujmując posiew to metoda uzyskania pojedynczych, odosobnionych kolonii bakterii, czy grzybów na podłożach mikrobiologicznych. Metod i sposobów uzyskania tego jest wiele - lecz jedynie kilka jest powszechnie używanych. ANALIZA POJEDYNCZEJ KOLONII

9 Liczebność drobnoustrojów POŻYWKA MARTINA np. 45 x 10 4 jtk/g s.m. gleby (jednostek tworzących kolonie)

10 LICZNIK KOLONII BAKTERII Ogólna liczebność bakterii PSB Ogólna liczebność bakterii kopiotroficznych Ogólna liczebność bakterii Ogólna liczebność Azotobactera spp.

11 Ogólna liczebność grzybów Ogólna liczebność bakterii amonifikacyjnych Ogólna liczebność bakterii celulolitycznych BAKTERIE Z DESZCZU

12

13 MIKROSKOP OPTYCZNY urządzenie do silnego powiększania obrazu, wykorzystujące do generowania tego obrazu światło przechodzące przez specjalny układ optyczny składający się zazwyczaj z zestawu od kilku do kilkunastu soczewek optycznych. Mikroskopy, w których stosowane jest światło widzialne, osiągają maksymalne powiększenia rzędu 1500x. Budowa standardowego mikroskopu optycznego z oświetleniem próbki od dołu: 1. Okular osadzony w tubusie; 2. Rewolwer; 3. Obiektyw; 4. Śruba makrometryczna; 5. Śruba mikrometryczna; 6. Stolik; 7. Źródło światła (w prostszych modelach zwierciadło oświetlające); 8. Kondensor; 9. Statyw

14 OBRAZ MIKROSKOPOWY CLOSTRIDIUM spp. OBRAZ MIKROSKOPOWY PENICILLUM spp.

15 OBRAZ MIKROSKOPOWY FUSARIUM spp. OBRAZ MIKROSKOPOWY ALTERNARIA spp. OBRAZ MIKROSKOPOWY MUCOR spp.

16 Jak badać mikroorganizmy glebowe? METODY BADAŃ METODY MOLEKULARNE Do oceny zmian różnorodności genetycznej w wyniku działania różnych czynników antropogenicznych i środowiskowych stosowanych jest wiele technik molekularnych. Mikroorganizmy, tworząc wielogatunkowe zbiorowiska, wytwarzają sieć zależności między poszczególnymi grupami fizjologicznymi. Badania aktywności mikroorganizmów w zbiorowiskach są niezbędne w celu poznania ekologii drobnoustrojów w biocenozach i powinny być analizowane w powiązaniu z istniejącymi warunkami środowiskowymi.

17 BAKTERIE Bakterie (łac. bacteria, od gr. bakterion pałeczka) grupa mikroorganizmów, stanowiących osobne królestwo. Są to jednokomórkowce lub zespoły komórek o budowie prokariotycznej. Badaniem bakterii zajmuje się BAKTERIOLOGIA, gałąź mikrobiologii. Cechą charakterystyczną budowy komórek bakteryjnych jest brak otoczonych błoną organelli, takich jak jądro komórkowe czy mitochondrium, które występują u wszystkich innych organizmów żywych grzybów, roślin, protistów i zwierząt. Bakterie występują we wszystkich biotopach. Można je spotkać w glebie, w innych organizmach i w wodzie, na lodowcach Antarktydy i wokół oceanicznych kominów hydrotermalnych. Występują także na terenach radioaktywnych, co udowodnił eksperyment, w czasie którego bakterie poddawano działaniu promieniowania jonizującego. W jednym gramie gleby można znaleźć nawet 500 milionów komórek tych organizmów, a około milion w mililitrze wody słodkiej. Na Ziemi jest w przybliżeniu pięć kwintylionów (5x10 30 ) bakterii, które stanowią znaczną część biomasy planety. Dotąd nie udało się opisać wszystkich bakterii. Przyczyną jest ogromna różnorodność tej grupy organizmów, ich małe rozmiary oraz problem z przetrzymywaniem w laboratoriach gatunki z około połowy gromad NIE MOGĄ BYĆ HODOWANE.

18 Bakterie to niewielkie, jednokomórkowe organizmy prokariotyczne, cechujące się zróżnicowanym metabolizmem Bakterie są najstarszymi, najmniejszymi i najprostszymi pod względem budowy komórki znanymi organizmami, ich przeciętna wielkość wynosi od 0,5 do 10 μm. Są KOSMOPOLITYCZNE, mogą przetrwać w warunkach, w których nie przeżyją żadne organizmy eukariotyczne. Królestwo: Monera ORGANIZMY PROKARIOTYCZNE BAKTERIE POWIETRZE WODA Archaebacteria (archeony) Eubakteria (bakterie właściwe) PODKRÓLESTWA BAKTERII GLEBA Organizmy te opanowały wszystkie środowiska, bytują zarówno w wodzie, powietrze i glebie zasiedlają również inne żywe organizmy.

19 Udział mikroorganizmów w obiegu pierwiastków Bakterie odgrywają ważną rolę w obiegu biogennych pierwiastków (są destruentami).

20 NOMENKLATURA Międzynarodowy Kodeks Nomenklatury Bakterii (ang. The International Code of Nomenclature of Bacteria, ICNB lub Bacteriological Code, BC) zespół zasad i zaleceń dotyczących tworzenia nazw naukowych (systematycznych) bakterii i archeonów, stanowiących nomenklaturę taksonów prokariotycznych. Celem kodyfikacji nomenklatury naukowej bakterii jest stworzenie stabilnego systemu nazewnictwa, pozwalającego na unikanie nieporozumień i dublowanie nazw. Zgodnie z KODEKSEM (reguła 5b ICNB) bakterie dzielone są na 5 kategorii: gatunki (species), rodzaje (genus), rodziny (familia), rzędy (ordo) klasy (classis). Podział może być uszczegóławiany poprzez dodawanie kategorii pomocniczych: podgatunek, podrodzina, plemię i podplemię, podrząd i podklasa. Odmiana (varietas) w nomenklaturze bakteryjnej jest synonimem podgatunku.

21 BAKTERIE CHARAKTERYZUJE DUŻA RÓŻNORODNOŚĆ KSZTAŁTÓW I WIELKOŚCI. Komórki bakteryjne są średnio ok. 10 razy mniejsze od komórek organizmów eukariotycznych. Osiągają od 0,5 do 5 mikrometrów wielkości. Kilka gatunków, na przykład Thiomargarita namibiensis i Epulopiscium fishelsoni, może dorastać nawet do połowy milimetra i są widoczne gołym okiem. Do najmniejszych bakterii należą wszystkie z rodzaju Mycoplasma. Mają wielkość taką jak największe wirusy, osiągają maksymalnie 0,3 mikrometra. Niektóre bakterie mogą być jeszcze mniejsze, ale ultramikrobakterie nie zostały na razie dokładnie zbadane.

22 KSZTAŁTY KOLONII BAKTERYJNYCH ziarniaki, Micrococcus dwoinki, Diplococcus czwórniak, Tetracoccus paciorkowce, Streptococcus gronkowce, Staphylococcus pakietowce, Sarcina pałeczki, Bacterium laseczki, Bacillus maczugowce, Corynebacterium przecinkowce, Vibrio śrubowce, Spirillum krętki, Spirochaeta promieniowce, Actinomyces prątki, Mycobacterium

23

24 BUDOWA KOMÓRKI BAKTERYJNEJ Elementami wspólnymi dla wszystkich bakterii są: błona komórkowa, cytoplazma, rybosomy i nukleoid. Prawie wszystkie zawierają ścianę komórkową. Niektóre komórki wytwarzają otoczki, rzęski, fimbrie lub ciała chromatoforowe (tylakoidy). Cytoplazma bakterii nie zawiera siateczki wewnątrz-plazmatycznej i struktury Golgiego. Głównymi składnikami komórek bakteryjnych są: CYTOPLAZMA substancja koloidalna, wypełniająca wnętrze komórki, NUKLEOID obszar cytoplazmy, w którym znajduje się nić DNA, OTOCZKA ściana o funkcji szkieletowej, na niej są zawieszone rzęski, ŚCIANA KOMÓRKOWA, która pełni funkcję ochronną, w jej skład wchodzi mureina, BŁONA KOMÓRKOWA struktura oddzielająca wnętrze komórki od świata zewnętrznego, RYBOSOMY organelle służące do produkcji białek, RZĘSKI I WICI, które są wypustkami pełniącymi funkcję ruchową, nie we wszystkich typach bakterii są obecne. Nie mają jądra, a kolisty DNA, tzw. GENOFOR, zlokalizowany jest w nukleoidzie. Wiele bakterii oprócz chromosomowego DNA posiada też cząsteczki DNA pozachromosomowego, tzw. PLAZMIDY, które mogą warunkować odporność bakterii na antybiotyki. Zamiast mitochondriów i chloroplastów występują u nich mezosomy i tylakoidy. Rybosomy są małe. Materiałem zapasowym jest glikogen, wolutyna lub skrobia sinicowa.

25 Elementy struktury zewnętrznej bakterii to: ściana komórkowa, wić, fimbrie i pilusy, śluz. Komórki bakteryjne posiadają błonę komórkową. Jest ona zwykle otoczona także dodatkowym organellum ścianą komórkową, zbudowaną z peptydoglikanu i polisacharydów. W całość, nazywaną MUREINĄ, łączą je peptydy zawierające D-aminokwasy. Z tego powodu ściana komórkowa bakterii różni się od tych, które spotyka się u grzybów (są one zbudowane z chityny) i roślin (zbudowanych z celulozy). Ściana komórkowa jest podstawową osłoną bakterii, zwiększającą ich odporność i umożliwiającą prawidłowe funkcjonowanie. Antybiotyki β-laktamowe zwalczają bakterie właśnie poprzez blokowanie syntezy peptydoglikanu, czym zaburzają budowę bakteryjnej ściany komórkowej. Szczególną właściwością ścian jest ich PRZEPUSZCZALNOŚĆ. Różnice w przepuszczalności ścian komórkowych różnych gatunków bakterii umożliwia ich identyfikację na podstawie barwienia metodą Grama. Przestrzeń pomiędzy błoną, a ścianą komórkowa nosi nazwę PERYPLAZMY.

26 Budowa ściany komórkowej Tylko nieliczne bakterie nie posiadają ściany komórkowej (tzw. mykoplazmy). Natomiast archeany nie mają mureiny w ścianie. Dodatkowo komórka bakterii może być chroniona otoczką śluzową oraz być wyposażona w rzęski i fimbrie (cienkie białkowe rureczki), które osadzone są na zewnętrznych powłokach komórki. W budowie komórki bakterii G wyróżnia się zewnętrzną błonę komórkową. Ściana komórkowa bakterii G jest cieńsza, zawiera mniej warstw peptydoglikanu (mureiny). Bakterie G+ zatrzymują fiolet krystaliczny i nawet po odbarwianiu etanolem pozostają ciemno zabarwione. Tymczasem G wiążą niewiele fioletu i łatwo się odbarwiają. Później dobarwiane są zwykle na czerwono.

27 Budowa ściany komórkowej Różnice w budowie ściany komórkowej u bakterii, dzielą się na bakterie gramdodatnie, gramujemne oraz bez ściany komórkowej. Bakterie gramdodatnie (nazwa pochodzi o nazwiska uczonego, który wynalazł metodę barwienia ścian komórek bakteryjnych) posiadają grubą warstwę mureny w ścianie komórkowej i wybarwiają się metodą Grama, natomiast bakterie gramujemne mają cienką warstwę mureiny oraz dwuwarstwową błonę komórkową, posiadającą lipopolisacharyd (LPS). Rys. Schemat barwienia metodą Grama Rys. Różnice w budowie ściany komórkowej bakterii Gram + i Gram -.

28 RUCH BAKTERII Część bakterii posiada zdolność do aktywnego ruchu. Poruszanie może odbywać się za pomocą: - wici, - ruchu ślizgowego, - ruchu wirowego - zmian wyporności. W przypadku ruchu wirowego bakteria używa IV typu pilusów, korzystając z nich jak z haka. Mocuje się nimi w podłożu i podciąga się ze stosunkowo dużą siłą (>80 pikoniutonów). Mikroby mogą poruszać się z dużą prędkością, na przykład przecinkowiec cholery (Vibrio cholerae) należący do najbardziej ruchliwych bakterii osiąga prędkość 200 μm/s, czyli w ciągu minuty jest w stanie pokonać odległość większą niż 1 cm. Ovobacter propellens potrafi poruszać się z prędkością nawet 1 mm/s. Bakterie charakteryzuje niezwykła różnorodność wici. Może ona być pojedyncza i długa, podwójna (jedna z przodu, a druga z tyłu) lub wiązka wici na części lub całej komórce bakteryjnej. Wić należy do najlepszych środków napędu wykorzystywanych przez większość organizmów. Tworzy ją 20 białek, ale do jej kontroli i przymocowania bakteria używa ich 30. Wić to obracająca się struktura zewnątrzkomórkowa wprawiana w ruch przez kinetosom, który napędza gradient H + wytwarzany przez pompę protonową. Różne typy wici występujące u bakterii. A monotrychalne (jednorzęse) B lofotrychalne C amfitrychalne D perytrychalne (okołorzęse)

29 A B Różne typy wici A jednorzęse B lofotrychalne C amfitrychalne D perytrychalne D C

30 FORMY PRZETRWALNIKOWE W niesprzyjających warunkach potrafią tworzyć formy przetrwalnikowe i w postaci utajonej czekać na odpowiedni moment, by rozpocząć rozmnażanie. Baterie rozmnażają się przez podział, który w sprzyjających okolicznościach może odbywać się nawet co dwadzieścia minut w związku z tym kolonia podwaja swoją liczebność w bardzo szybkim tempie. ENDOSPORY występują u laseczek (Clostridium, Bacillus), a ich wytworzenie jest procesem wieloetapowym i skomplikowanym. Rozpoczyna się on podwojeniem nukleoidu, który następnie wraz z niewielką ilością cytoplazmy zostaje otoczony grubą ścianą odporną na wiele czynników fizycznych (np. temperatura, promieniowanie UV) i chemicznych (np. środki dezynfekujące). Wrażliwość na wysoką temperaturę warunkowana jest również obecnością kwasu dipikolonowego. KONIDIA - tworzą się na skutek fragmentacji nitki u promieniowców (Actinomycetales), są mało wrażliwe na suszę, jednak mniej ciepłooporne niż endospory; MIKROCYSTY charakterystyczne dla bakterii śluzowych (Myxobacteriales), kuliste lub pałeczkowate twory połączone śluzem. Podczas gdy bakteria obumiera, przetrwalniki przetrzymują trudny okres i po ustaniu zagrażających bodźców (np. zakończeniu sterylizacji) rozwija się z nich normalna komórka bakteryjna. Taki stan życia utajonego nazywamy ANABIOZĄ.

31 Endospory Są one wytwarzane przez bakterie Gram-dodatnie należące do rodzajów: Bacillus, Clostridium, Sporohalobacter, Anaerobacter i Heliobacterium. Charakteryzuje je niezwykła odporność. W prawie wszystkich przypadkach jedna komórka wytwarza jedną endosporę, więc nie jest to proces reprodukcji, chociaż Anaerobacter potrafią wytwarzać aż siedem endospor z jednej komórki. Endospora składa się z cytoplazmy wraz z DNA i rybosomami otoczonej przez nieprzepuszczalną ścianę. endospory Coccidioides Endospory nie wykazują metabolizmu i są odporne na ekstremalne warunki fizyczne (wysokie promieniowanie UV, promieniowanie gamma, wysokie temperatury, zmiany ciśnienia i osuszanie) oraz działanie substancji chemicznych (detergenty, środki dezynfekujące). W tym stanie mikroorganizmy mogą przeczekać niekorzystne warunki, będąc gotowymi do rozwoju przez miliony lat, nawet gdy znajdą się w próżni, np. w przestrzeni kosmicznej. Endospory niektórych patogenów są szczególnie groźne dla człowieka, np. Bacillus anthracis wywołujący wąglik lub Clostridium tetani wywołujący tężec. Endospory rozwijają się w żywe komórki bakteryjne wtedy, gdy dostaną się do środowiska, w którym mają ku temu dogodne warunki, np. do krwi.

32 Wyróżnić można komórki przetrwalnikujące o kształtach: laseczkowatych (rys. 1,2), wrzecionowatych (rys. 4,6) oraz tzw. buławy (rys.3,5)

33 MATERIAŁAMI ZAPASOWYMI BAKTERII są różnorodne substancje, takie jak GLIKOGEN, POLIFOSFORAN, SIARKA lub POLIHYDROKSYALKANIANY (jak polihydroksymaślan). Magazynują je w ziarnkach, z których mogą być uwalniane w razie potrzeby. Fotosyntetyczne bakterie planktoniczne należące do Cyanobacteria wytwarzają PĘCHERZYKI GAZU, dzięki którym mogą regulować głębokość, na której się znajdują w toni wodnej, optymalizując w ten sposób warunki środowiska, co w cyklu 24-godzinnym, obserwujemy jako dobowe migracje pionowe.

34 METABOLIZM Pod względem sposobu odżywiania się, można je podzielić na heterotrofy i autotrofy, a także symbionty, komensale i pasożyty. Niejednokrotnie stawały się endosymbiontami. Różnice w sposobie uzyskiwania energii i różne substancje wykorzystywane w reakcjach katabolicznych i anabolicznych zostały uwzględnione przy ich podziale systematycznym. Jednak niejednokrotnie taka klasyfikacja nie oddaje filogenezy bakterii. Bakteryjne strategie metaboliczne dzieli się ze względu na trzy kryteria: źródła energii, sposoby jej uzyskiwania i substraty reakcji chemicznych. Dodatkowym kryterium jest występowanie akceptorów elektronów pozwalających na beztlenowe oddychanie. Stąd jednym z kryteriów podziału jest wykorzystywanie lub niewykorzystywanie tlenu, co daje podział na bakterie tlenowe (aerobowe) i beztlenowe (anaerobowe). Wśród bakterii zdarza się też anaerobowość fakultatywna, gdy tlen nie jest konieczny do oddychania, ale nie jest też zabójczy. Niektóre bakterie tworzą kolonie, w których jedne komórki żyją w warunkach tlenowych (fotosyntezują i oddychają tlenowo), a inne (tzw. heterocysty) są od tlenu izolowane i przeprowadzają reakcje, które obecność wolnego tlenu by zaburzała (np. wiązanie azotu atmosferycznego). Jest to zjawisko typowe dla niektórych sinic (np. trzęsidłowców).

35 ODDYCHANIE BAKTERII BEZWZGLĘDNE BEZTLENOWCE oddychają tylko tlenowo, brak tlenu jest dla nich zabójczy. Należą do nich: sinice, większość bakterii chemosyntetyzujących, większość saprofagów, m.in. bakterie wiążące azot atmosferyczny (diazotroficzne) WZGLĘDNE TLENOWCE oddychają głównie tlenowo, a w warunkach obniżonego stężenia tlenu przechodzą na mechanizm oddychania beztlenowego. Należą tu: bakterie purpurowe, liczne heterotrofy, m.in. bakterie denitryfikacyjne WZGLĘDNE BEZTLENOWCE oddychają jedynie beztlenowo, ale tlen w środowisku nie jest dla nich zabójczy. Liczne heterotrofy, m.in. bakterie fermentacji mlekowej, oddychające na drodze fermentacji mlekowej. Liczne bakterie pasożytnicze, chorobotwórcze BEZWZGLĘDNE BEZTLENOWCE oddychają wyłącznie beztlenowo, a tlen jest dla nich zabójczy. Nie potrafią prowadzić rozkładu powstałych nadtlenków np. nadtlenku wodoru. Należą tu: fotosyntetyczne bakterie zielone i purpurowe, diazotroficzne Clostridium, żyjące w żołądkach przeżuwaczy symbiotyczne bakterie celulolityczne, wiele bakterii chorobotwórczych

36 TEMPERATURA

37 WZROST I REPRODUKCJA W laboratoriach w celu obserwacji i hodowli, bakterie umieszcza się na odpowiednich stałych lub ciekłych podłożach hodowlanych (mikrobiologicznych). W większości laboratoriów do hodowli bakterii przeznacza się odpowiednie składniki odżywcze, w celu osiągnięcia jak największej ilości bakterii w krótkim czasie. Faza intensywnego wzrostu populacji bakterii na danej pożywce jest czasem określana w przybliżeniu jako faza wzrostu wykładniczego.

38 WSPÓŁŻYCIE Z INNYMI ORGANIZMAMI Bakterie niejednokrotnie żyją z innymi organizmami. Ich stosunkowo prosta budowa mimo wszystko pozwala im stworzyć bardziej skomplikowanej struktury, z innymi bakteriami (BIOFILM), lecz znacznie korzystniejsze jest jej utworzenie razem z innymi organizmami. Te różnorodne sposoby współżycia mogą być antagonistyczne i nieantagonistyczne. Wśród najczęściej występujących stosunków międzygatunkowych są symbioza (MUTUALIZM), PASOŻYTNICTWO i KOMENSALIZM. Bakterie są bardzo małe, co pozwala im na występowanie w dużej ilości w biotopie. Dotyczy to zwłaszcza komensali, które żyją na wszystkich roślinach i zwierzętach, łącznie z ludźmi, u których powodują rozkład niektórych składników potu, przez co ma on charakterystyczny zapach, podobnie jak reszta ciała ludzkiego. MUTUALIZM charakteryzuje się obopólnymi korzyściami o takim stopniu, który praktycznie wzajemnie uzależnia istnienie obu populacji. Przykłady: przeżuwacze i ich bakterie jelitowe, mikoryza współpraca roślin naczyniowych z grzybami, rośliny bobowate i bakterie asymilujące azot, storczyki i grzyby,

39 Rhizobium spp. Grupa bakterii współżyjących z roślinami motylkowymi. Powodują one powstanie brodawek na korzeniach tych roślin. Do komórek korzenia bakterie dostają się przez specjalną strukturę - nić infekcyjną. Po infekcji dzielą się intensywnie, pobudzając komórki gospodarza do szybkiego wzrostu, który prowadzi do powstania brodawek. Różowe zabarwienie brodawek świadczy o procesie wiązania azotu. Największa intensywność wiązania występuje przed kwitnieniem. Bakteria wiążąca N 2 przetwarza go w NH 3 lub aminokwas (glutaminę) i w tej postaci przekazuje komórkom roślinnym. Roślina dostarcza bakterii związki węgla i zapewnia warunki rozwoju. Część zasymilowanego przez bakterie azotu zasila glebę, i z tej przyczyny rośliny motylkowate są ważnym elementem w płodozmianie, uprawia się także jako zielony nawóz.

40 ZNACZENIE BAKTERII W PRZEMYŚLE Bakterie, takie jak Lactobacillus znajdujące się np. w mleku po dodaniu do drożdży są stosowane od tysięcy lat przy wytwarzaniu produktów spożywczych takich jak kiszona kapusta, ser, sos sojowy, wino, ocet i jogurt. Zdolność bakterii do degradacji (rozkładania) wielu związków organicznych jest niezwykle przydatna dla człowieka i z tego powodu są one wykorzystywane w przemyśle i gospodarce. Mikroorganizmy zdolne do rozkładania węglowodorów są używane do likwidacji wycieków ropy lub innych olejów z tankowców, dzięki czemu ułatwiają usuwanie skutków wielu katastrof ekologicznych. Bakterie mogą również zostać użyte do biologicznego zwalczania szkodników w miejsce pestycydów. Zwykle używa się Bacillus thuringiensis (zwaną również BT), Gram-dodatnią bakterię, która występuje w glebach. Jej podgatunki są używane do zwalczania gąsienic motyli. Są one składnikiem środków takich jak Dipel i Thuricide. Z powodu nietoksycznych składników oraz zastosowania bakterii groźnych tylko dla niektórych organizmów są one bezpieczne dla środowiska. Z powodu zdolności bakterii do szybkiego wzrostu są one cennym obiektem badań molekularnych. Przez modyfikowanie ich struktury genetycznej i sprawdzeniu jak zmiany te kształtują fenotyp populacji, naukowcy mogą sprawdzić jakie geny, enzymy i funkcje metabolityczne charakteryzują poszczególne bakterie oraz jak je zmieniać.

41 NEGATYWNE ZNACZENIE W GOSPODARCE, PRZYRODZIE I ŻYCIU CZŁOWIEKA Wydzielanie do środowiska toksyn Rozwój pasożytniczych bakterii wewnątrz organizmu powodujący choroby TOKSYNY: Toksyna jadu kiełbasianego wydzielana przez bakterie Clostridium botulinum; rozwija się m.in. w zanieczyszczonych konserwach mięsnych, prowadzi do groźnej choroby, botulizmu (powoduje poważne zaburzenia ośrodkowego układu nerwowego), prowadzi do śmiertelnego zatrucia Toksyna gronkowcowa produkowana przez Staphylococcus aureus, znajduje się w lodach, kremach, majonezie. Prowadzi do ostrych zatruć pokarmowych (biegunka, wymioty, bóle brzucha) U roślin powodują nekrotyczne plamy na liściach i pędach, więdnięcie kwiatów, niszczenie owoców, powstawanie narośli, guzków, brodawek. CHOROBY ZWIERZĘCE I LUDZKIE POCHODZENIA BAKTERYJNEGO NOSACIZNA pałeczka nosacizny (konie, muły, osły przewlekłe stany zapalne jamy nosowej) WĄGLIK laseczka wąglika stany zapalne, nacieki skórne na szyi, błonach śluzowych, często prowadzi do śmierci (broń biologiczna kategoria A). KRĘTEK KIŁY, DWOINKA RZEŻĄCZKI choroby przenoszone drogą płciową (choroby weneryczne) Pałeczka duru brzusznego, pałeczka czerwonki, przecinkowiec cholery dostają się z zanieczyszczoną woda lub jedzeniem (choroby układu pokarmowego) Dwoinka zapalenia płuc, pałeczka krztuśca, prątek gruźlicy przenoszone drogą kropelkową, schorzenia układu oddechowego Pałeczka duru plamistego powoduje tyfus Pałeczka dżumy ( pchły, szczury, ludzie) W organizmie mogą występować bakterie niepowodujące objawów chorobowych. Przykładem jest pałeczka okrężnicy, bytująca w jelicie grubym. Jest ona wskaźnikiem zanieczyszczenia wody ściekami komunalnymi, gdyż obecna jest w ludzkim kale.

42 Podłoże LB Odciski uczniów

43