Микроорганизмы и их типы, сферы применения

ЛЕКЦИЯ 3. Микроорганизмы и их типы, сферы  применения

План:

1. Общая  характеристика  микроорганизмов.

2. Морфология микроорганизмов.

Цель занятий:

Дать студентам общие понятия о микроорганизмах и их морфологии.

Опорные слова:

Рекомендуемые материалы

одноклеточные, растения, животные, грунт, микроорганизм, дрожжи, грибы, водоросли, ядро, оболочка, хромосома.

1. Микроорганизмы  это обширная группа  преимущественно одноклеточных живых существ, значительно проще организованных, чем растения и животные. Они широко распространены в природе, например, в 1 г почвы или грунта водоема может содержаться до 2-3 млрд. микроорганизмов. Считается, что современной микробиологии известно не более 10% видов микроорганизмов, существующих в природе.

К микроорганизмам относятся бактерии, микоплазмы, актиномицеты, дрожжи, микроскопические грибы и водоросли. Прежде всего микроорганизмы подразделяются на прокариотов  (содержат примитивное ядро, не имеющее оболочки) и эукариотов

 (содержат ядро, имеющее оболочку и содержащее набор хромосом, сходные с клетками высших растений и животных). К микроорганизмам-прокариотам относятся бактерии, микоплазмы, актиномицеты, к эукариотам – дрожжи, микроскопические грибы, водоросли.

Изучение роли микроорганизмов в геохимических процессах на Земле  началась с классических  исследований С.Н.Виноградского,  который предсказал существование  бактерий,   способных  развиваться  за счет использования  энергии окисления неорганических соединений. Эти работы продолжились микробиологами как Б.Л.Исаченко,  Г.А. Надсона и др.

Рудные месторождения  являются благоприятной экологической нишей для жизнедеятельности многих специфических микроорганизмов, так как месторождения характеризуются разнообразием протекающих геохимических  процессов, обусловленных присутствием  большого числа элементов и их химическими свойствами.

В окислительных условиях сульфидных месторождений идут процессы окисления,  при которых металлы переходят в водорастворимое состояние и выщелачиваются из руд.  До недавнего времени окисление сульфидных  минералов в месторождениях сульфидных руд рассматривалось как чисто химический процесс. Считалось, что основными агентами, участвующими в нём, являются кислород  воздуха и продукты окисления сульфидов - серная кислота и сульфаты металлов. Наиболее агрессивными по отношению к сульфидам являются сульфат окиси железа, который  взаимодействуют с ними по следующей реакции:

         Me_mS_n + mFe₂(SO₄)₃ = mMeSO₄+2mFeSO₄+ nS                      (1)

Получаемый  сульфат закиси железа в обычных условиях  в кислых растворах  очень медленно окисляется кислородом воздуха до сульфата окиси.

Еще в 30-х  годах  американские микробиологи заметили, что окисление железа в кислых рудничных водах идет более интенсивно и предположили, что этот процесс связан с деятельностью какого-то вида микроорганизмов. Этот вид серобактерий,  способных окислят двухвалентное железо, был обнаружен в первые А.Р. Колмером и М.Р. Хинклем.

После изучения свойств открытых микроорганизмов, способных окислять не только двухвалентное железо, но и тиосульфат и серу, они были отнесены к руду Thiobacillus, а по способности окислять закисное железо получили полное название Thiobacillus ferrooxidans (тионовые железоокисляющие) по аналогии с известными бактериями   Thiobacillus thiooxidans  (тионовые серуокисляющие)

Открытие серобактерий, окисляющих двухвалентное железо и сульфидные минералы, позволило понять природу выщелачивания меди из месторождений сульфидных руд, которое считалось ранее чисто химическом процессом окисления  процессом сульфидных минералов.

В последние годы усилия   микробиологов направлены на изучение физиологии и геохимической деятельности микроорганизмов рудных месторождений, а технологов – на интенсификацию окислительных процессов с участием   микроорганизмов и расширение области применения их в промышленности. 

Как показали многочисленные исследования в рудных месторождениях микроорганизмы встречается в широком диапазоне рН (от 0,5 до 10 ) и населяют практический все экологические ниши месторождений   сульфидных руд.  

2. Морфология и жизненный цикл микроорганизмов чрезвычайно разнообразны. В процессе эволюции они адаптировались к самым различным экологическим условиям.

 Необычайная устойчивость микроорганизмов к различным факторам внешней среды позволяет им занимать крайние границы биосферы. Их обнаруживают в грунте океана на глубине 11 км, на поверхности ледников в Арктике и Антарктике, высоко в горах, в почвах пустынь и в атмосфере на высоте 20 км.

В основу классификации бактерий положены как раз условия их существования и жизнедеятельности. Классифицируются бактерии по типу источника энергии, донору электронов, источнику углерода, кислотности среды обитания, температуре роста и размножения, по отношению к кислороду, давлению и другим параметрам, обеспечивающих их активную жизнедеятельность.

Источником энергии при паратрофном способе питания являются живые организмы, при хемотрофном  источником энергии являются химические реакции, а при фототрофном – фотохимические реакции. У литотрофных микроорганизмов донором электронов являются неорганические вещества, а у органотрофных – органические. Источником углерода для автотрофных микроорганизмов служит углекислота, а для гетеротрофных – органические вещества.

Большинство бактерий предпочитают среду с нейтральным значением величины рН, однако ацидофильные микроорганизмы могут развиваться в сильно кислой среде при  рН менее 1, в то время как синезеленые микроорганизмы свой жизненный цикл осуществляют при рН 13.

Психрофильные микроорганизмы растут при температуре до – 6^оС, для мезофильных бактерий оптимальной температурой для роста и жизнедеятельности является температура 25-35^оС

( максимальная 38-45^оС), а термофильные микроорганизмы способны выдерживать температуру до 70-90^оС.

По отношению к кислороду бактерии делятся на аэробы, которые осуществляют окислительные дыхательные процессы с участием кислорода и в протекающем при этом энергетическом метаболизме кислород является акцептором электронов: и анаэробы, которые осуществляют дыхательные процессы при окислении органических веществ за счет восстановления неорганических соединений, содержащих связанный кислород – углекислота, сульфаты, нитраты. Для строгих анаэробов свободный кислород токсичен. По кислородному режиму бактерии могут быть строгими или факультативными аэробами или анаэробами.

Микроорганизмы могут существовать при значительном давлении, так барофилы, выделенные в Филиппинской впадине осуществляют свою жизнедеятельность при давлении 100 МПа, Рекордистом среди бактерий являются Bacillus subtilus, которые выдерживают давление в 2000 МПа.

В месторождениях полезных ископаемых микроорганизмы принимают участие в трансформации различных минеральных форм, превращениях элементов, в их осаждении и растворении, в образовании новых химических соединениях, в миграции элементов и их соединений и, наконец, в образовании самих месторождений полезных ископаемых.

Вопросы для повторения

1. Что такое микроорганизмы  и их характеристика?

2. В каком направлении ведут исследование микробиологи в  последние  годы?

3.  Что положено в основу классификации бактерий?

4.  Как делятся бактерии по отношению к кислороду?

                               Предмет: «Биотехнологические процессы в металлургии»

                                Преподаватель: доц. Абдурахманов Э.  

                                Количество студентов и курс: 48 студентов, 4 курс

                                Продолжительность занятия: 80 минут

Технология «Смысл понятие»