Гетеротрофты микроорганизмдер
КІРІСПЕ 2
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Гетеротрофты микроорганизмдердің ерекшеліктері 6
1.2 Гетеротрофты микроорганизмдердің табиғатағы рөлі 13
1.3 Топырақ . микроорганизмдердің тіршілік ету ортасы ретінде 16
1.4 Топырақтың әр түрлі типіндегі микробтық алуантүрлік 20
2 ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ
2.1 Зерттеу объектiлерi 25
2.2 Зерттеу әдістері 26
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1 Люминесцентті микроскопия әдісін қолдана отырып бактериялар санын анықтау 33
3.2 Әртүрлі типтегі Қазақстан топырағынан бөлініп алынған бактериялардың түрлерін анықтау. 37
ҚОРЫТЫНДЫ 55
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 56
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Гетеротрофты микроорганизмдердің ерекшеліктері 6
1.2 Гетеротрофты микроорганизмдердің табиғатағы рөлі 13
1.3 Топырақ . микроорганизмдердің тіршілік ету ортасы ретінде 16
1.4 Топырақтың әр түрлі типіндегі микробтық алуантүрлік 20
2 ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ
2.1 Зерттеу объектiлерi 25
2.2 Зерттеу әдістері 26
3 ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1 Люминесцентті микроскопия әдісін қолдана отырып бактериялар санын анықтау 33
3.2 Әртүрлі типтегі Қазақстан топырағынан бөлініп алынған бактериялардың түрлерін анықтау. 37
ҚОРЫТЫНДЫ 55
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 56
Жер бетінде тіршілік ететін барлық организмдер биоценоз құрамында айқын және әмбебап орын алады, олардың әрқайсысының орны бөлек және зерттеуді қажет етеді. Соның ішінде гетеротрофты микроорганизмдердің алатын орны ерекше. Олар энергетикалық, газдық (тіршілік ортасының белгілі химиялық газдық құрамын тұрақты ұстау немесе оны өзгерте алу), тотығу- тотықсыздану, концентрациялық, деструкторлық, транспорттық(бұл ағзалардың активті тіршілігі барысында зат пен энергияның ауысуы), орта қалыптастыру қызметтерін атқарады.
1 Звягинцева И.С. Галобактерии // Успехи микробиологии. 1989. Т. 58. В. 23. С. 112-137.
2 Delmont T.O., Robe P., Cecillon, S., Clark I. M., Constancias F., Simonet P., Hirsch P. R., Vogel T. M. Accessing the soil metagenome for studies of microbial diversity // Applied and Environmental Microbiology. – 2011 - Vol. 77, № 4. - P. 1315–1324 .
3 Жубанова А.А., Абдиева Г.Ж., Шөпшібаев Қ.К. Биотехнология негіздері. Оқу құралы.- Алматы: Қазақ университеті, 2006.- 110 б.
4 Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. -М.:Изд-во «Академия», 2003.
5 Зенова Г.М., Грядунова А.А., Поздняков А.И., Звягинцев Д.Г. Аэробные и микроаэрофильные актиномицеты агроторфяной и трофяной титичных почв // Почвоведение.- 2008. - №2. - С. 235-240.
6 Зенова Г.М., Глушкова Н.А., Банникова М.В., Шваров А.П., Поздняков А.И., Звягинцев Д.Г. Комплексы актиномицетов в осушенных торфяных типичных почвах таежной зоны при пирогенной сукцессии // Почвоведение.– 2008.- № 4.- С. 441-447.
7 Зенова Г.М., Курапова А.И., Лысенко А.М., Звягинцев Д.Г. Структурно-функциональная организация комплексов актиномицетов пустынных и вулканических почв // Почвоведение. -2008. - №2. - С.468-475.
8 Грядунова А.А., Лихачева А.А. Методы выделения актиномицетов рода Microbispora из почвы и растительных субстратов // Вестник МГУ им. М.В. Ломоносова.- 2006. - № 3. - С. 144-148.
2 Delmont T.O., Robe P., Cecillon, S., Clark I. M., Constancias F., Simonet P., Hirsch P. R., Vogel T. M. Accessing the soil metagenome for studies of microbial diversity // Applied and Environmental Microbiology. – 2011 - Vol. 77, № 4. - P. 1315–1324 .
3 Жубанова А.А., Абдиева Г.Ж., Шөпшібаев Қ.К. Биотехнология негіздері. Оқу құралы.- Алматы: Қазақ университеті, 2006.- 110 б.
4 Гусев М.В., Минеева Л.А. Микробиология. -М.:Изд-во «Академия», 2003.
5 Зенова Г.М., Грядунова А.А., Поздняков А.И., Звягинцев Д.Г. Аэробные и микроаэрофильные актиномицеты агроторфяной и трофяной титичных почв // Почвоведение.- 2008. - №2. - С. 235-240.
6 Зенова Г.М., Глушкова Н.А., Банникова М.В., Шваров А.П., Поздняков А.И., Звягинцев Д.Г. Комплексы актиномицетов в осушенных торфяных типичных почвах таежной зоны при пирогенной сукцессии // Почвоведение.– 2008.- № 4.- С. 441-447.
7 Зенова Г.М., Курапова А.И., Лысенко А.М., Звягинцев Д.Г. Структурно-функциональная организация комплексов актиномицетов пустынных и вулканических почв // Почвоведение. -2008. - №2. - С.468-475.
8 Грядунова А.А., Лихачева А.А. Методы выделения актиномицетов рода Microbispora из почвы и растительных субстратов // Вестник МГУ им. М.В. Ломоносова.- 2006. - № 3. - С. 144-148.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
2
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1
Гетеротрофты микроорганизмдердің ерекшеліктері
6
1.2
Гетеротрофты микроорганизмдердің табиғатағы рөлі
13
1.3
Топырақ - микроорганизмдердің тіршілік ету ортасы ретінде
16
1.4
Топырақтың әр түрлі типіндегі микробтық алуантүрлік
20
2
ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ
2.1
Зерттеу объектiлерi
25
2.2
Зерттеу әдістері
26
3
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1
Люминесцентті микроскопия әдісін қолдана отырып бактериялар санын анықтау
33
3.2
Әртүрлі типтегі Қазақстан топырағынан бөлініп алынған бактериялардың түрлерін анықтау.
37
ҚОРЫТЫНДЫ
55
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
56
КІРІСПЕ
Жер бетінде тіршілік ететін барлық организмдер биоценоз құрамында айқын және әмбебап орын алады, олардың әрқайсысының орны бөлек және зерттеуді қажет етеді. Соның ішінде гетеротрофты микроорганизмдердің алатын орны ерекше. Олар энергетикалық, газдық (тіршілік ортасының белгілі химиялық газдық құрамын тұрақты ұстау немесе оны өзгерте алу), тотығу- тотықсыздану, концентрациялық, деструкторлық, транспорттық(бұл ағзалардың активті тіршілігі барысында зат пен энергияның ауысуы), орта қалыптастыру қызметтерін атқарады.
Гетеротрофты микроорганизмдерге әр түрлі таксономикалық топтар: бактериялар, актиномицеттер, микроскопиялық саңырауқұлақтар және ашытқылар жатады. Бұл микроорганизмдер табиғатта, соның ішінде топырақта кең таралған және олар топырақтың негізгі құрам бөлігі болып саналады. Топырақ микроорганизмдердің тіршілік ету ортасы болып саналуының басты себебі оның кең масштабтағы гетерогенділігінде.
Жұмыстың мақсаты: Қарағанды облысының шөлдің күлгін қоңыр, шөлдің қоңыр, түйіршікті ашық қызғылт, орташа қызғылт топырақтары; карбонатты қара қоңыр қызғылт (Ақмола облысы, Жарқайын районы), карбонатты қара қоңыр қызғылт (Ақмола облысы, Ерейментау районы), қарапайым қара топырақ (Ақмола облысы, Зеренді районы) үлгілеріндегі гетеротрофты микроорганизмдерді зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
1) Қарағанды және Ақмола облысының топырақ үлгілеріндегі бактериялар санына егу және люминицентті микроскопия әдісін қолдана отырып баға беру;
2) Әртүрлі Қазақстан топырағынан бөлініп алынған бактериялардың түрлерін анықтау.
3) Топырақ түріне байланысты зерттелген бактерия топтарының сандық динамикасының ерекшелігін анықтау.
Жұмыстың өзектілігі мен жаңалығы: Микроорганизмдер топырақтың таптырмас гомеостатикалық компоненті болып табылады. Топырақта органикалық заттардың ыдырауы, зат айналым мен энергия алмасулар, тас көмір, мұнай және өзге де пайдалы қазбалардың түзілуі, қалыптасуы, топырақтың азотпен байытылуы, өсімдіктердің сауықтырылуы мен қоректенуі, топырақтың құнарлылығы мен өнімділігі микроорганизмдерге тікелей қатысты. Осы күнге дейін Қазақстан территориясындағы топырақ микрофлорасының сандық және сапалық құрамы анықталмаған. Қазіргі таңға дейін топырақ микробиотасы жайлы жаңа деректердің жоқ болуының басты себебі оларды зерттейтін жоғарғы информативті әдістердің болмауына байланысты. Осы жұмыста біз люминесцентті микроскопия әдісін қолдана отырып, топырақтағы микроорганизмдер санына нәтижелі есеп бере алдық. Микробтық қауымдастықтың таксономиялық құрамын зерттей отырып олардың экологиялық функциясы жөнінде түсінік қалыптастыра аламыз. Алынған деректер Қазақстан аумағының шөлдің күлгін қоңыр, шөлдің қоңыр, түйңршікті ашық қызғылт, карбонатты қара қоңыр қызғылт, қарапайым қара топырақтарындағы микробиологиялық ерекшеліктері жайлы ақпараттық мағлұматтар аясын кеңейтті. осы мағлұматтарды ауылшаруашылық практикасында, сонымен қоса экологиялық мониторинг жасауда қолданса болады.
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Гетеротрофты микроорганизмдердің ерекшеліктері
Барлық микроорганизмдерде метаболизм процесстерi жүзеге асу үшiн қоректік заттар қажет. Қоректендiргiш заттар ретiнде және энергия көзі ретінде микроорганизмдер әр түрлi органикалық және органикалық емес қосылыстарды қолданады. Микроорганизмдерде қоректік заттарды қабылдайтын арнаулы орган болмайды. Сондықтан олар қоректік заттарды барлық денесі арқылы қабылдайды да, олар клеткадағы керексіз заттарды сыртқа бөліп үлгереді. Бұл екі процестің екеуі де өте тез жүреді [1]. Қоректік заттарды қабылдау осмос құбылысына байланысты. Өйткені бактериялар клеткасының қабығы жартылай өткізгіш келеді де белгілі қоректік заттарды қажетті мөлшерде ғана өткізіп тұрады. Микробтар клеткасында болатын заттар ерітіндісі оған белгілі мөлшерде кысым туғызады. Оны осмос қысымы деп атайды. Оның шамасы клеткадағы еріген заттың концентрациясына тығыз байланысты. Егер еріген заттың концентрациясы неғұрлым артық болса, қысым да соғұрлым арта түседі. Клеткада жүретін биохимиялық процестердің нәтижесінде жиналған заттар осмос қысымының әсерінен клеткадан сыртқа бөлініп шығып отырады. Ортада су көп болғанда цитоплазма ісініп, клетка кабығын кереді. Мұны тургор құбылысы деп атайды. Клетка шамадан тыс ісінсе, жарылып кетуі де ықтимал [2]. Қоректік ортаның концентрациясы артқан сайын, мәселен, ас тұзы немесе қант қосылғанда бактерия клеткалары сусызданады. Цитоплазма бастапқы қалыңдығынан анағұрлым кішірейеді де жиырылып клетканың ішіне қарай тартылады, оны плазмолиз деп атайды. Мұнда бактерия клеткасының тіршілігі жойылады. Көптеген тағамдық заттарды сақтау үшін тұрмыста қант пен ас тұзынын, концентрлі ерітінділерін пайдалану осындай ерекшелігіне негізделген.
Төрт органоген қоректену үшін негізгі элементтер болып саналады - оттегі, сутегі, азот, көміртегі. Оттегі мен сутегінің негізгі көзі - су. Органикалық заттар клеткаға тек еріген күйде түсуіне байланысты су маңызды рөл атқарады. Азот пен көміртегі көзі ретінде әр түрлі химиялық қосылыстарды (органикалық және органикалық емес) пайдаланады. Бактериялардың кейбір түрлері қарапайым азотты ауадан, ал көміртегін көмірқышқыл газынан сіңіре алады. Көміртегінің сіңірілу тәсілдеріне қарай микроорганизмдер үлкен екі топқа бөлінеді [3].
Автотрофтар (гр. autos - өзім, tropha - тамақтану) қарапайым органикалық қосылыстарды қолдана отырып күрделі органикалық қосылыстарды өздігінен ситездей алатындар. Олар үшін көміртегі мен азот көзі ретінде көмірқышқылы мен көміртегінің өзге де органикалық емес қосылыстары, ауаның молекулярлы азоты, аммоний тұздары жатады. Осындай қарапайым заттарды қолдана отырып олар белок, май, көмірсулар, витаминдер мен ферменттерді синтездейді. Автотрофтардың (прототрофтар) ішінде хемосинтездеуші, яғни фотосинтетикалық пигменттері жоқ, энергияны химиялық реакция нәтижесінде алатындар және фотосинтездеуші, хлорофилтәріздес пигменттері бар, энергияны күн сәулесінен алатындары бар.
Автотрофты микроорганизмдерге С.Н. Виноградский ашқан нитрификациялаушы бактериялар, темір бактериялары, күкірт бактериялары жатады. Бұлардың кейбір тобына - мәселен, күкірт бактерияларына жасыл өсімдіктердегідей фотосинтез құбылысы тән [1; 4].
Гетеротрофтар (гр heteros - өзге, tropha - тамақтану) көміртегін дайын органикалық қосылыстардан алатын микроорганизмдер жатады. 1933 ж. изотоптық әдіс көмегімен американдық ғалымдар гетеротрофтар СО2 газын сіңіре отырып көміртегін қорыта алатынын дәлелдеген. Көміртегінің көзі ретінде гетеротрофты микроорганизмдер көбінесе дайын органикалық заттарды көмірсулар, спирттерді және түрлі органикалық қышқылдарды (сүт, сірке, лимон, пропион т. б. қышқылдарды), балауыз, жасуынық және т.б пайдаланады. Бұларға шіріту бактериялары, әр түрлі ашу процесін қоздырушылар және ауру туғызушы микробтар жатады. Сонымен қатар олар зат алмасу процесінде түзілетін көмір қышқылын да пайдалана алады, сөйтіп, бұл микроорганизмдердің табиғаттағы өлі қалдықтарды ыдыратудағы рөлі зор [1; 3; 4;].
Гетеротрофты микроорганизмдерге: бактериялар, актиномицеттер, микроскопиялық саңырауқұлақтар және ашытқылар жатады.
Актиномицеттер туралы алғашқы деректер неміс микробиологы Ф. Конның 1874 жылғы еңбектерінде кездеседі. 1878 жылы оның Отандасы Ц. Гарц жануарларға патогенді болып келетін микроорганизм, сәулелі орналасқан жіп тәрізді формалы организді сипаттап, cәулелі саңырауқұлақтар - Actinomyces деген атау берді. Содан бастап сәулелі саңырауқұлақтар - актиномицеттер атауы осы микроорганизмдерге негізделді. ҚСРО кезінде актиномицеттер кеңес ғалымдары - Н.А. Красильников, Г.Ф. Гаузе, Т.П. Преображенск, А.А. Прокофьева-Бельговамен зерттелген болатын. Олардың еңбектерімен және шәкірттерінің жұмыстарымен актиномицеттер систематикасының, биологиясының, физиологиясының, цитологиясының және биохимияясының іргелі сұрақтарына жауап алынды, антибиотиктер және басқа да биологиялық белсенді заттардың көптеген продуцент -культуралары табылып, анықталды [4; 50; 48].
Актиномицеттерді зерттеуде американдық ғалым С. Ваксман және оның шәкірті X. Лешевальенің еңбегі зор. Сәулелі саңырауқұлақтың атаулары актиномицеттердің вегетативті құрылым түзу қабілеттілігін көрсетеді. Гифтердің қалыңдығы әр түрде өзгеше және 0,1-1,5 мкм, орташа 1 мкм көлемінде болып келеді [5; 48].
Актиномицеттер Берджи анықтамасы бойынша Firmicutes бөліміне жатады. Олардың көптеген туыстығы мен түрлері аэробтар, сонымен қатар анаэробты, факультативті анаэробты да кездеседі. Қоректік субстратқа талғампаз емес, тығыз қоректік ортада өскен кезде субстратты және ауалы мицелий түзеді, вегетативті жолмен көбейеді. Бактериялар сияқты актиномицеттерді токсономиялау үшін морфологиялық қасиеттерімен қатар, культуралдық қасиеттері, физиологиялық және биохимиялық белгілері (түрлердің әртүрлі көмірсу және азот көздерін пайданануы, антибиотиктерді, пигменттерді түзуі, клетка құрылысының химиялық құрылымының ерекшелігі т.б.) кең қолданылады. Актиномицеттерде негізгі морфологиялық талаптары - спора тасушы апаратының құрылысы, спорангийлердің, склероцидтердің түзілуі т.б. болып табылады [6].
Actinomycetales қатары. Мицелий бұтақтанған, жақсы дамыған. Споралары түзу, бүгілген немесе спиральды спора тасушыларда дамиды. Споратасушыларда споралар 1 ден 50 спораға дейін моншақ түзіп орналасқан. Actinomycetaceae тұқымдасы. Бұл тұқымдастың өкілдерінің споратасушылары жақсы жетілген, экзоспоралары моншақ түзіп орналасады. Споратасушылардың көлемдері әртүрлі болып келеді. Колониялар көбінде пигменттелген болып келеді (көк, қызыл сары, қара т.б.). Actinomyces туысы өкілі. Actinopycnidium түрлері қарапайым спора тасушылармен қатар ұрықтық денелер пикнид түзеді. Олар дөңгелек немесе сопақ формаға ие және тығыз құрылым түзетін жұмырланған және тығыздалған гифтен тұрады. Пекнидтердің ішінде пикноспоралар түзіледі, олар ұрықтық денелерде орнналасқан вегетативті гифтер ыдырауы (фрагментация) нәтижесінде түзіледі. Пикнидтерден споралар сыртқа шығады және жетілу кезінде жаңа колониялар түзуі мүмкін. Chainia туысының өкілдерінің мицелийлерінде ерекше денешіктер - склероций дамиды. Олар гифтердің тығыз жұмырлануынан түзіледі және ол біртекті ешқандай бөлшектенбеген дене болып табылады. Белгілі жагдайларда склероций мицелиймен өсіп, колония түзеді. Сонымен қатар, Chainia да қалыпты спора түзу де бар. Proactinomyces және Nocardia туысының мицелийлері жас кезінде жақсы жетілген, бірақ жасы үлкен культураларда ол таяқша тәрізді бөліктерге ыдырап кетеді. Шын споралары жок. Актиномицеттердің арасында адамдар мен жануарларда актиномикоз ауруын туғызатын түрлері де кездеседі (Actinomyces bovis, Nocardia түрлері және т.б.).
Micromonosporaceae тұқымдасы. Мицелийлері жетілген. Бұл тұқымдасқа тән белгі - экзоспораларының қысқа спора тасушыларда дамуы. Micromonospora туысының түрлерінде споратасушының ұшында бір ғана спора, Microbispora түрлерінде екі спора, Micropolyspora бірнеше спора болады. Actinobifida туысының спора тасушысы қарапайым емес, дихотомиялы бұтақталған. Әрбір бұтақтың соңында бір спора түзіледі. Promicromonospora туысының жасы үлкен түрлерінде мицелийлері ыдырап кетеді. Осындай мицелийлердің қысқа бөліктерінде бір спорадан түзіледі.
Streptosporangiaceae тұқымдасы. Бұл тұқымдасқа спорангии түзетін түрлерді жатқызады. Streptosporangium туысы түрлерінде спорангийлері спираль түзе айнала орналасқан гифтерден тұрады. Actinosporangium түрлерінде негізгі спорангий жоқ, оның қызметін жиналатын шырыш атқарады, оларда споралар дамиды. Intrasporangium туысының спорангийлері вегетативті гифтердің үрленуінен туындайды. Бұл үрленген жолақтарда эндоспоралар түзіледі. Осындай спора түзу жолы мукор саңырауқұлақтарынада тән. Elytrosporangium туысының спорангийлері моншақ түзіп орналасады, Amorphosporangium түрлерінде әртүрлі формада болып келеді.
Actinoplanales қатары. Бұл қатарға жылжымалы кезеңі бар (спора немесе мицелий бөліктері) актиномицеттер жатады. Мицелийлері жақсы жетілген, субстратты және ауалы бөліктері бар. Споралар көбінде ұрықтық денелерде - спорангияларда түзіледі. Гиф бөліктері мицелийлердің қалыпты ыдырауы нәтижесінде түзіледі және ұрық денешіктерімен байланыспаған. Actinoplanaceae тұқымдасы. Мицелий жақсы жетілген. Спорангийлер ауалы мицелийлердің гифтарында дамиды. Споралары жылжымалы. Бұл тұқымдасқа Actinoplanes туысы (тұқымдас сияқты құрылымды), Ampullariella туысы (спорангийлері алмұрт немесе колба тәрізді), Pilimelia туысы (спорангийлері бөшке тәрізді) және т.б. Kitasatoa туысың түрлерінде шын спорангийлер жоқ, олардың қызметін спораның айналасында дамитын шырыш капсула атқарады.
Dermatophillaceae тұқымдасы. Осы тұқымдастың негізгі ерекшелігі - споралардың бөлшектену нәтижесінде түзілуі болып табылады. Спорангийлар жоқ, споралар шырышта орналасқан, қозғалмалы. Оларға Dermatophilus, Proactinoplanes туыстарын жатқызады.
Planosporaceae тұқымдасы. Мицелийлері жақсы жетілген, спорангийлері жоқ. Шырышты капсуламен қапталған споралар мицелийлердің қысқа өскіндерінде түзіледі. Planomonospora, Planobispora, Sporichthya, Dactylosporangium туыстары өкілдері болып табылады.
Mycobacteriales қатары. Бұл қатарға шын мицелий түзбейтін түрлер жатқызылады. Кейбір өкілдерінде дамудың алғашқы сатыларында мицелий тәріздес бұтақталған өскін дамуы мүмкін, бірақ өсу барысында олар жеке кішкентай қалыпсыз формалы бөлшектерге ыдырап кетеді. Көптеген түрлері тұрақсыз формалы жеке клетка түрінде өмір сүруі мүмкін. Жылжымалы кезеңі жоқ. Грам оң. Топырақта жиі кездеседі. Мұнайдың күрделі көміртектерін тотықсыздандырады. Ауру туғызушы формалары - туберкулез, дифтерия, проказ қоздырушылары болып табылады. Бұл қатарға Mycobacteriaceae тұқымдасы (өкілдері тұрақсыз таяқшалы бұтақ тәрізді болып келеді), Мусососсассае (дөңгелек клеткалары дұрыс емес формалы), Propionibacteriaceae (пропион қышқылды бактериялар), Corynebacteriaceae (коринебактериялар, ауру тудырушы түрлер) [6].
Актиномицеттер экожүйенің трофикалық тізбегінің біркелкі тобы болып табылады, яғни микроб-редуценттері қызметін атқарады. Олардың өмір сүру өнімдері құрылым түзуші қасиетке ие, сондай-ақ топырақтың қышқылдық-негіздік, тотығу-тотықсыздану жағдайларын анықтайды. Мицелийлі прокариоттардың негізгі қызметі күрделі полимрлерді шіріту, сонымен қатар гумустық қосылыстарды да. Актиномицеттер топырақта биологиялық белсенді заттардың жинақталуын және азоттық тепе-теңдіктің түзілуін қамтамасыз етеді [7]. Актиномицеттердің биогеоценоздың экологиялық жағдайындағы қызметі қазіргі кездегі маңызды мәселе болып табылады, олар экожүйедегі биологиялық ерекшеліктерін бағалауда, сондай-ақ жаңа биологиялық белсенді қосылыстардың скренингінде де ат салысады [8].
Көпшілік актиномицеттер - сапрофиттер, кең көлемде топырақта, суда, ауада мекен етіп зат айналымына қатысады. Актиномицеттер метаболиттердің белсенді продуценті болып табылады. Олар антибиотикті түзуші бактериялар қатарыа жатқызылады. Молекулрлық биологияның пайда болуымен биотехнология үшін актиномицеттердің маңызы аса зор болды. Ашылған мыңдаған антибиотиктердің ішінен көпшілігі актиномицеттерге тиесілі. Актиномицеттердің ішінен ең маңызды орын иеленетін Streptomyces туысы болып табылады. Streptomyces griseus түрінің өзі елуде астам антибиотиктерді синтездейді. 1960 жылдардың ортасынан бастап, эффективтілігі жоғары атибиотиктерді алу және көптеген патогенді бактерияларға қарсы қолданылуында киындық тууына байланысты, жаңа антибиотиктерді іздеуге кірісті [9]. Эффективтілігін жоғарылату, препараттардың фармакологиялық қасиетін арттыру негізіде көптеген жұмыстар жүргізілді. Мерк, Шарп и Доум фирмасының зерттеушілері b-лактамды антибиотиктердің жаңа класы ойлап тапты; Streptomyces cattleya ситездейтін-тиенамициндер. Тиамицидер грам оң және грам теріс бактерилар үші өте эффективті болып табылады және b-лактамазаларды ингибирлеуге қабілетті, бұл өз тарапында бұл препараттардың жұмысы жақсартып, жоғарылатады [10].
Антибиотиктер 10-30 ген өнімнің бірге әсер етунен туындайды, сондықтан, жекелей спотанды мутацияларды анықтау мүмкін емес. Осыдай жоғары өнімді штамдар Penicillium chrysogenum немесе Streptomyces auerofaclens (пенициллина немесе тетрациклина продуценті) мутасинтез жәе селекция нәтижесінде алынды. Кейбір мутанттар, яғни идиотрофтар антибиотик молекуласының жартысы синтездеуге қабілетті.
Ісікке қарсы микроб тектес заттардың саны шектеулі. Streptomyces verticilliis штамынан бөлініп алынған блеомицин гликопротеид болып табылады, ол өз тарапында ісік клеткаларының ДНҚсын бұзып, ДНҚ мен РНҚ репликасиясын тежейді [10].
Антибиотиктер саңырауқұлақтар ме актиномицеттермен қатар қалыпты ортада бәсекелесе тіршілік етеді. Адам бұл қосылыстарды инфекциялық және онкологиялық аурулар терапиясы негізінде қолданып отыр. Бұл микробтық орталардағы эволюциялық өзгерістердің өзіндік дүмпуілі болып табылды және тұрақты бактериялар штамы пайда бола бастады. Осы негізінде жаңа антибиотиктерді жасау мәселесі алдыға шықты. Қазіргі таңда инфекциялық жәе хирургиялық аурулардың негізгі болып атибиотиктер табылады. Үлкен жетістігімен қатар, антибиотиктердің адам ағзасына келтіретін кері жақтары да бар: асқаза-ішек жолдары микрофлорасының өзгеруі, бүйрек және бауыр жұмысының төмедеуі, иммундық жүйенің жұмысы баяулауына алып келеді.
Олар сонымен қатар қалдықты биодеградациялауда маңызды рөл атқарады.
Микроскопиялық саңырауқұлақтар - төменгi сатыдағы эукариоттар, тiрi организмдер дүниесi. Саңырауқұлақтардың ерекшелiгi өсiмдiк белгiлерiнiң (қозғалмайтындығы, шексiз өсуi, витаминдердi синтездеу қабiлетi, клетка жарғақшасының болуы), жануарлар белгiлерiнiң (гетеротрофты коректену, клеткалық жарғақшада хитиннiң болуы, гликогеннiң болуы, мочевинаның түзiлуi), сонымен қатар ерекше даму циклi (ядролық фазалардың алмасуы, дикариондардың, гетерокариоздың, парасексуальды процесстiң болуы) болуында [9; 13].
Саңырауқұлақтар - бiрклеткалы (микроскопиялық) немесе көпклеткалы, көлемi мен құрылысы жағынан әртүрлi организмдер: гетеротрофтар, аэробтар. Саңырауқұлақтардың әртүрлi кластары, әртүрлi талшықтылар мен амебатәрiздi организмдерден полифелитикалық жолмен пайда болды деген жорамалдар бар [10]. Вегетативтi дене субстраттың iшiнде немесе сыртында дамитын тарамдалған жiпшелер жүйесiнен тұрады және коректiк заттарды осмос арқылы сiңiру үшiн жанасу ауданы үлкен болып келедi. Саңырауқұлақтар вегетативтi, жыныссыз және жынысты жолмен көбейедi. Вегетативтi көбею мицелий бөлiмдерi немесе арнайы фрагменттер ашытқылар - бiршiктену арқылы жүредi [11].
Саңырауқұлақтар дүниесi үш бөлiмнен тұрады: нағыз саңырауқұлақтар - эумикота, оомицеттер және миксомицеттер. Қазiргi уақытта саңырауқұлақтардың 120 мын түрi белгiлi және ғалымдар жыл сайын жаңа түрлердi ашып, сипаттауда [9; 12].
Ашытқы саңырауқұлақтары - бір клеткалы қозғалмайтын және бактериялардан шамамен алғанда он еседей ірі микроорганизмдер. Табиғатта бұлар кең тараған. Жасуша пішіні әр түрлі: дөңгелек сопақша және таяқша тәрізді болады. Ашықты саңырауқұлақтары жасушасының мөлшері 8-10 микронға тең.
Оларда қозғалу органеллалары болмайды. Клетка сыртында қабығы бар. Цитоплазмада ядро, вакуоля және басқа да (май, гликоген,волютин) заттар кездеседі. Ашытқы саңырауқұлақтарын адам баласы қолдан өсіріп, өз шаруашылығында пайдаланады. Ал, табиғатта жабайы ашытқы саңырауқұлақтар да болады. Олар ауыл шаруашылық өнімдерін зақымдап әдәуір зиянын тигізеді. Ашытқы саңырауқұлақтарының адам баласына пайда келтіретін түрлерін біз мәдени ашытқы саңырауқұлақтар деп атаймыз. Ашытқы саңырауқұлақтар өнеркәсіпте кең қолданылады. Олар қантты ашытып, көмір қышқыл газы мен спирт түзеді. Олардың бұл қасиеті нан өндірісінде және спирт өндіруде, түрлі шараптарды, сыраларды, сүт тағамдарын даярлауда қолданылады. Ашытқы саңырауқұлақтарында белок және витаминдер (В, Д, Е) көп болады, сондықтан оларды қазір тамақ және мал азықтық мақсатта кеңінен қолданалады. Олардың ертеден келе жатқан клафикациясында нағыз және жалған ашытқы деп бөледі [14]. Нағыз ашытқылар бүршіктелу жолымен көбейеді және олар спора түзеді. Ал жалған ашытқылар көбейгенде тек қана бүршіктенді. Спора түзе алмайды. Кейбір зерттеушілер жалған ашытқыларды жетілмеген саңырауқұлақтарға жатқызады.
Бактериялар ( еubacteria, гр. -- таяқша) тіршілік әрекеттеріне қарай алуан түрлі болады және олардың табиғаттағы маңызы өте зор. Сапрофитті бактериялардың көпшілігі өсімдіктер мен өлген жануарлардан, саңырауқұлақтардан қалған ағзалық заттарды ыдыратып, шірітеді [11; 15].
Шіріту бактериялары - біздің ғаламшарымыздың тазалаушысы (санитары). Себебі олар өсімдіктердің қалдықтары мен жануарлардың өлекселеріндегі күрделі ағзалық заттарды ыдыратады. Топырақта қарашіріктің түзілуіне себепші болады. Тау жыныстарын ыдыратып, жартастар мен сусымалы құмдарды құнарлы топыраққа айналдырады. Топырақ бактериялары өсімдіктерге қорек дайындайды. Топырақтағы қарашірікті минералды заттарға айналдырады, онымен өсімдіктер қоректенеді. Бактериялар топырақты минералды заттармен байытып қана қоймай, топырақтың құрылымын жақсартады. Топырақ неғұрлым құнарлы болса, онда бактериялар да соғұрлым көп болады.
Топырақ бактериялары өсімдіктің өсуі мен дамуына ықпал жасайды. Өсімдіктің тамырында және оның айналасында көптеген бактериялар дамып, өсімдіктің тіршілігіне септігін тигізеді. Кейбір бактериялар ауадағы азотты өзіне сіңіріп, топырақты азотты қосылыстарымен байытады (оған түйнек бактериялары жатады).
Бактериялардың халық шаруашылығында да маңызы зор. Оны өте ертеден-ақ, ірімшік жасау, сүт тағамдарын ашыту, шарап өндірісінде, тері илеу, сүрлем дайындау үшін қолданған [1; 16].
Гетеретрофты микроорганизмдерді автотрофтар сияқты хемосинтездеуші, энергияны химиялық реакция нәтижесінде алатын және фотосинтездеушілер, энергияны күн көзінен алатындар деп бөледі. Хемосинтездеуші гетератрофтар қолданатын субстратқа байланысты екі үлкен топқа бөлінеді: метатрофтар (хемолитотрофтар) және паратрофтар (хемоорганотрофтар).
Метатрофтар немесе сапрофиттер өсімдіктердің калдықтарымен және жануарлардың өлекселерімен қоректенеді. Бұларға топырақтағы және судағы әр түрлі органикалық заттарды ыдырататын және тағамдық заттарды бүлдіретін микроорганизмдер жатады. Сонымен бірге көптеген бактериялар мен ашытқы саңырауқұлақтар, зең саңырауқұлақтары да сапрофиттер болып есептеледі. Ал паратрофтылар немесе паразиттер (гр. patogenes - ауру тудыратын) тек тірі организмдер белогында ғана көбейе алады. Бұған адам мен жануарлардың ауру қоздырушы микроорганизмдері жатады. Олардың ішінде факультативті, шартты патогенді, облигатты паразиттер бар. Облигатты паразиттерге хламидиялар, риккетсиялар, вирустар жатады [1].
Гетеротрофтар азот көзі ретінде дайын аминқышқылдарын пайдаланады. Қоректенудің мұндай типін аминогетеротрофты деп атайды. Көптеген микроорганизмдер азотты күрделі қосылыстардан әрқилы дәрежеде сіңіреді.
Азот микроорганизмдер тіршілігі үшін аса маңызды қоректік зат. Ол негізінен тірі протоплазманың тірегі. Азотсыз белок та, ал белоксыз тіршілік те болуы мүмкін емес. Азотты сіңіру қабілетіне қарай микроорганизмдер үлкен екі топқа бөлінеді:
1) Аминоавтотрофты микроорганизмдер. Олар белокты азоттың минералдық және органикалық қосылыстарынан түзеді.
2) Аминогетеротрофты микроорганизмдер. Бұлардың көпшілігі жай қосылыстарда (минерал тұздарда) кездесетін көміртегі мен азоттан кейбір амин кышқылдарын түзеді. Бірақ олардың калыпты тіршілігі үшін таза күйіндегі амин кышкылдары да қажет.
Бірінші топқа азот қышқыл аммиак тұздарындағы азотты және молекула күйіндегі атмосфера азотын сіңіретін микробтар жатады да екінші топқа тірі организмнің белогынан азотты сіңіретін иемесе амин қышқылдарының қосылыстарынан азот алатын түрлер жатады [21]. Белок заттарын ыдырататын микробтарға көбінесе спора түзуші - пішен таяқшасы, бациллус және тағы басқалары жатады. Мұнда белок алдымен микробтар ферменттері әсерінен пептонға, одан кейін түрлі амин қышқылдарына ажырайды. Соңында басқа микроорганизмдердің қатысуымен амин қышқылдары аммиакқа, органикалық қышқылдарға, спирттерге және түрлі көмірсутектеріне дейін бөлінеді. Егер амин қышқылдарының құрамында күкірт болса, онда ыдырау барысында ұнамсыз иісті күкіртті сутектері пайда болады [15].
0.2 Гетеротрофты микроорганизмдердің табиғаттағы рөлі
Жалпы биосферадағы химиялық элементтердің миграциясы микроорганизмдердің тіршілік әрекетіне тікелей байланысты. Олар тау жыныстарының және минералдардың пайда болуына қатынасып, ерекше геохимиялық қызметтерді атқарады:
1) Энергетикалық - бұл фотосинтез барысында энергия қорының жиналып, қоректік тізбек арқылы берілуімен байланысты. Тірі ағзалар күн энергиясын (аккумуляция) өз денесінен өткізіп оны басқа энергия түрлеріне айналдыра алады ( химиялық, жылу)
2) Газдық функциясы - тіршілік ортасының белгілі химиялық газдық құрамын тұрақты ұстау немесе оны өзгерте алу.
3) Тотығу- тотықсыздану қызметі, барлық тірі организмдер үшін оттек өте қажет. Осы оттектің болуы нәтижесінде тотығу және тотықсыздану процестері үнемі жүріп отырады.
4) Концентрациялық - бұл ағзалардың өз денесінде шашыранды химиялық элементтерді ортамен салыстырғанда бірнеше есе жоғары жинақтай алуы. (мысалы: теңіз балдырларында йодтың көп болуы және т.б.)
5) Деструкторлық - бұл ағзалардың тіршілік әрекеті нәтижесіндегі өнімдерінің және өлгеннен кейін өздерінің жойылуы (оны жүргізетін деструкторлар, редуценттер).
6) Транспорттық қызметі - бұл ағзалардың активті тіршілігі барысында зат пен энергияның ауысуы (құстардың және балықтардың миграциясы, т.б.)
7) Орта қалыптастыру қызметі - бұл функция интегралдық функция болып табылады (өзге функциялардың бірлесе отырып әсер ету нәтижесі). Ортаның физикалық-химиялық параметрлерінің өзгерістерге ұшырауы, түптеп келгенде осы функциямен байланысты.
8) Ыдырату қызметі: бұл функция орта қалыптастыру функциясына қарама-қарсы. Бұл функция организмдердің трофтық (қоректену) және транспорттық (тасымалдаушылық) әрекеттері арқылы көрініс береді [17].
Жер бетіндегі барлық тіршілік микроорганизмдерге тәуелді. Күрделі органикалық азоттық қосылыстар өте көп мөлшерде қоршаған ортаға, әсіресе топыраққа түседі. Осыдан басқа айналамыздағы ортаға өте жоғары мөлшерде белоктың ыдырау өнімдері, адамдар мен жануарлар нәжістері арқылы мочевина және несепнәр қышқылы бөлінеді. Бұл күрделі азот қосылыстары әр түрлі микроорганизмдер көмегімен аммоний және азотқышқылды тұздарға дейін ыдырап толық минерализацияланып, өсімдіктің тамыр жүйесі арқылы жоғарғы өсімдіктер бойына тарап, қайтадан өсімдік белоктарына айналады. Кейбір топырақ микроорганизмдері ауаның азотын сіңіруге қабілетті. Азотты қосылыстардың үздіксіз синтезі мен бөлінуі табиғаттағы азот айналымына байланысты. Азот айналымының микробиологиялық процесстері топырақтың өнімділігін арттырады және топырақты сауықтырады. Сонымен қоса санитарлы гигиеналық жай күйін арттырады [18].
Табиғаттағы азот қоры өте мол. Оның басым көпшілігі әлемде тіршілік ететін организмдер құрамында болады. Егер осы организмдердегі көміртегінің мөлшері 700 биллион тонна болса, ондағы азоттың мөлшері 20-25 биллион тоннадан аспайды. Табиғаттағы жасыл өсімдіктер жылына 20 биллион тоннадай көміртегін, 1-1,5 биллион тоннадай азот сіңіреді. Топырақтың әр түрлі типтерінің бір гектардай жырту кабатында тіршілік ететін бактерия, саңырауқұлақ, балдыр, насеком және басқа да жәндіктердің кұрамында шамамен 6-дан 18-тоннаға дейін байланысқан түрдегі азот болады. Азоттың сарқылмас қорының бірі - атмосфера. Ғалымдардың есебіне қарағанда, әрбір гектар жер бетіндегі ауада 80000 тоннаға жуық молекула күйіндегі азот бар. Бұл ауыл шаруашылық дақылдарынан кем дегенде бір миллион жылдан астам уақыт ішінде мол өнім алуға мүмкіндік берген болар еді. Бірақ өсімдіктердін азотқа тапшы болатыны әрқашан да байқалады. Өйткені ауадағы азот негізінен молекулалық азоттан тұрады да, өсімдіктер оны сіңіре алмайды. Сонымен қатар топырақтағы азоттың басқа да қосылыстарының біразын өсімдіктер сіңіре алмайды. Сондықтан мұндай қосылыстар өзгеріске ұшырауы, яғни ыдырауы керек. Азоттың осындай органикалық түрлерінің минералдың азотқа айналуын азот қосылыстарының аммонификациялануы деп атайды. Бұл процеске бактериялар, актиномицеттер және саңырауқұлақтар қатысады [19].
Азот айналымының екінші кезеңінде аммонификациялану нәтижесінде пайда болған аммиак алдымен азотты, кейіннен азот қышқылына дейін тотығады. Микроорганизмдердің тіршілік барысында органикалық азот қосылыстарының көп мөлшері қарашірік күйінде топырақта сақталады. Аммонификация үрдісі нәтижесінде ғаламшар өсімдік, жануарлар және микроорганизмдер қалдықтарынан тазартылады. Бұл процесті нитрификация деп атайды. Нитрификация - ерекше микроорганизмдер топтарының қатысуымен жүретін процесс. Мұнда аммиак нитратқа айналады. Нитрификация үрдісін екі арнайы хемолитоавтотрофты нитрификациялаушы бактериялар тобы жүзеге асырады. Nitrosomonas Nitrosococcus туысына жататын бактериялар аммиакты нитритке дейін, ал Nitrobakter туысының бактериялары нитритті нитратқа дейін тотықтырады. Нитрификация барысында нитраттар, яғни азот қышқылының тұздары пайда болады. Олардың түзілуі топырақтың ауа режимінің жақсаруына тікелей байланысты. Егер топырақтың ауа режимі жақсарса, нитраттардың жиналуы ғана күшейіп қоймай, сонымен қатар азоттық органикалық заттардың минералдануы да тездетіледі. Азотты заттар айналымының үшінші кезеңінде топыраққа жиналған нитраттар тотықсызданады. Оны денитрификация деп атайды. Денитрификация үрдісі кезінде нитрат молекулалары азотқа айналады да, молекулалы азот қайтадан атмосфераға оралады. Бұл негізінен топырақтағы азот қорының босқа ысырап болуымен байланысты. Сондықтан егін шаруашылығына зиянды деп есептеледі. Табиғатта азот айналымындағы төртінші кезеңде микроорганизмдердің әсерінен ауадағы атмосфералық азот топырақта жиналады. Бұған түйнек бактериялары, топырақта өз бетінше тіршілік ете алатын Azotobacter, Clostridium, Rizobium бактериялары қатысады. Қолайлы жағдай туғанда түйнек бактериялары бұршақ тұқымдас өсімдіктермен бірлесіп, селбесіп тіршілік ете отырып, жылына егістің әр гектарында 100-ден 400 кг-ға дейін байланысқан азот пайда болуына себепші болады. Өз бетінше тіршілік ететін азот сіңіруші бактериялар осындай мерзім ішінде де 1га жерден 20-дан 50 сг-ға дейін азот жинай алады [19; 20].
Гетеротрофты микроорганизмдер көміртегі айналымында маңызды рөл атқарады. Атмосфералық ауа құрамында шамамен 0,03% С02 бар. Көміртегінің циклдық айналымы бір - біріне ұқсамайтын екі процесс арқылы: оттекті фотосинтез және тыныс алу. Оттекті фотосинтез кезінде аэробты цианобактериялар және жасыл өсімдіктер көміртегінің тотыққан формасын (СО2) тотықсызданған күйге айналдырады. Ал сутегінің тотықсызданған формасын (Н20) 02 дейін тотықтырады. Бұл айналым аэробты және анаэробты жағыдайда жүреді. Аэробты жағыдайда өсімдіктер мен оксигенді фототүзуші бактериялар СО2-ні сіңіріп, органикалық қосылыстарға айналдырады. Пайда болған органикалық заттарды жануарлар мен аэробты гетеротрофтар энергия ретінде пайдаланып, ақырында СО2 тыныс алудың соңғы өнімі ретінде атмосфераға қайта оралады. Анаэробты жағыдайда көміртегі айналымына аноксигенді фототүзуші бактериялар мен аэробты тыныс алу және ашу үрдісі арқылы энергияны алатын бактериялар қатысады.
Органикалық заттар жануарлар мен аэробты микроорганизмдердің энергетикалық метоболизміне қатысып, одан соңғы өнім ретінде бөлініп шығатын СО2 атмосфераға қайта оралады. Аэробты жағдайда СО2 аноксигенді фотосинтезді жүзеге асыратын бактериялар (гелиобактериялар, қоңыр, жасыл бактериялар) арқылы органикалық заттарға айналады. Органикалық заттарды анэробты микроорганизмдер қолданып, анаэробты тыныс алу мен ашу үрдістерінде түзілетін СО2 айналымға қайта оралады [20; 21].
Өсімдіктердің, жануарлардың және микроорганизмдердің органикалық қалдықтары күкірті бар қосылыстарға өте бай. Күкірттің органикалық қосылыстарының минерализациялануын протеолитикалық қасиетке ие гетеротрофты микроорганизмдер жүзеге асырады. Олардың ішінде ең белсенділері Proteus, Bacillus, Arthrobacter, т.б. және мицелиалды саңырауқұлақтар.
1.3 Топырақ - микроорганизмдердің тіршілік ету ортасы ретінде
Микроорганизмдер табиғатта, соның ішінде топырақта көп таралған және олар топырақтың негізгі құрам бөлігі болып саналады. Топырақ микроорганизмдердің тіршілік ету ортасы болып саналуының басты себебі оның кең масштабтағы гетерогенділігінде. Топырақ органикалық және анорганикалық заттардан құралады. Оның минерал бөлшектеріне, көбінесе органикалық заттар жабысып, түйіршіктер құрайды. Міне бұл түйіршіктер микроорганизмдердің негізгі тіршілік ететін мекені. Облигатты анаэробтардың мекен етуіне түйіршіктің (диаметрі 1cм) ортасы қолайлы, ал оның бетінде аэробтар тіршілік етеді. Тамыр бетіндегі бактериялардың жұқа биопленкалары тамыр бөлінділерін ұстап қалып, топырақтың гетерогенділігіне әкеледі [20; 21]. Топырақта микроорганизмдерге кажетті қоректік заттар мол болады да, тікелей түскен күн сәулесінен оларды қорғап түрады. Олар үш фазалы полидисперсті ортада, яғни қатты (минералды және органикалық бөлшектер), сұйық (топырақ сулары) және газ тәрізді (топырақ ауасы) орталарда тіршілік етеді. Микроорганизмдердің өміршеңділігін топырақтың бөлшектерінен, микроб клеткалары мен олардың метаболиттері бар белгілі микрозоналардан көруге болады [28].
Топырақта микроорганизмдердің түрлері мен санының әр түрлі болуы ондағы табиғи жағдайлардың, яғни топырақтың түрліше болуына байланысты. Ғылыми деректерге сүйенсек: құнарлы қара топырақтың бір грамында бактерия саны 5 миллиардқа, құнары аздау күлгін топырақта оның саны 1 миллиардтай екен. Еліміздің көрнекті микробиолог ғалымы Н.А. Красильниковтың есептеуіне қарағанда топырақтың құнарлы қабатында гектарына 5-7 тоннаға дейін тірі бактериялар болады екен.
Топырақта микроорганизмдердің орналасуы микроошақты сипатқа ие, олар органикалық және минералды гельдерде шоғыр не колониялар түрінде жиналады. Табиғи жағдайда көптеген микроорганизмдер адгезивті түрде болады. Микроорганизмдер адгезиясын былай жіктейді: а) субстрат бетіне адгезиялану; б) микроорганизмдер клеткасы арасындағы коагрегация; в) планктонды және жабысқан клеткалар арасындағы коадгезия [23; 27].
Субстрат бетіне адгезиялану (топырақ бөлшектеріне, тамырға және өсімдік қалдықтарына) микроорганизмдердің өсуіне қолайлы жағдай туғызады. Адгезияланған клнеткалар саны топырақ типіне және микроорганизмдер қасиеттеріне байланысты, яғни олардағы талшықтардың, жіпшелердің, өсінділердің, полисахаридтердің, адгезин типтес заттарды түзу қасиеттерінің болуы.
Д.Звягинцевтің бақылауы бойынша ең жоғарғы адгезия (90% клеткалар) шар тәрізді бөлшектері бар органикалық заттарға бай қарашіріктеі топырақта екені анықталғын, ал қызыл қоңыр және сұр топырақтарда (50-60%) орташа, ең төмен адгезия құмайтты (7 -17,5%) топырақта байқалған [29; 31].
Ұзақ жылдар бойы топырақ ғылымда физикалық және химиялық зат, яғни тек өсімдіктер өсетін орта деп танылып, топырақта тіршілік ететін микроорганизмдер мүлде ескерілмеді. Көрнекті орыс ғалымдары П.А. Костычев, В.В. Докучаев және В.Р. Вильямстың еңбектері топырақтың аса күрделі орта екендігін, онда мыңдаған, миллиондаған микроорганизмдер және басқа да жәндіктер тіршілік ететіндігін дәлелдеп берді [24].
Өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтары ыдырап, биохимиялық өзгерістерге ұшырайды, олардан құрылысы мүлде өзгеше жаңа заттар пайда болады. Бұл заттардың мөлшері топырақтың түріне байланысты түрліше болады. Мәселен, орманды жерлердегі органикалық калдықтың жылдық мөлшері гектар басына 1,5-7 тоннаға дейін барады, ал шалғынды жерлердің гектарындағы органикалық қалдықтардың мөлшері 2-11 тоннаға дейін жетеді. Бұл қалдықтарда азотты және көміртектес заттар көп болады. Олармен микроорганизмдер қоректенеді. Осыншама органикалық заттарды ыдырату үшін топырақтағы микроорганизмдердің саны мен әрекеттері де түрліше болу керек. Сонымен қатар топырақтың 1г-да микроорганнизмдердің бірнеше миллиард клеткалары кездеседі. Бірақ олар топырақтың төменгі қабатына қарағанда жоғарғы қабатында көбірек кездеседі. Әдетте топырақтың құнарлылығы арту үшін олардың топырақта көп мөлшерде болуымен қатар, активті тіршілік әрекеттерінің де зор маңызы бар. Топырақ микроорганизмдері күшті әрекет ететін ферменттер түзеді. Осындай ферменттердің көмегімен топырақтағы органикалық заттар ыдырап, өсімдіктерге оңай сіңетін қоректік заттарға айналады. Оны өсімдіктермен қатар, микроорганизмдер де қоректік зат есебінде пайдаланады [25].
Топырақтағы микроорганизмдердің бір бөлігі өсіп-дамып көбейетін болса, екінші бөлігінің тіршілік процестері аяқталып, өлексеге айналады. Ондай өлекселермен тірі микробтар қоректеніп, ыдыратады. Ыдырау өнімінің қалдықтарынан қарашірік түзіледі. Академик В.Р. Вильямстың зерттеуіне қарағанда, өсімдіктер ұсақ түйіршікті топырақтарда өсіп дамиды. Мұндай түйіршіктер микроорганизмдердің тіршілік әрекетінен пайда болған гумустан түзіледі. Сөйтіп микроорганизмдер топырақ түзуші негізгі факторлардың бірі болып саналады. Қарашіріктің мөлшеріне және ондағы қоректік заттардың сапасына байланысты микроорганизмдердің саны әр түрлі топырақтарда түрліше болады. Топырақ неғүрлым құнарлы болса, соғүрлым микробтар да көп кездеседі. Мәселен, жақсы өңделген шымды-күлгін топырақтардың 1 г-да 3-10 миллионға дейін, ал қара топырақты жерлерде 15-50 миллионға дейін микроорганизмдердің клеткаларын кездестіруге болады. Тіпті бір типтегі топырақтың барлық жеріндегі микроорганизмдердің саны бірдей болмайды. Мысалы, орманды шалғынды аймақтың нашар өңделген, қарашірігі жырту қабатының 1г-да 0,5-1,5 миллионға дейін бактериялар болса, дәл осындай жердің жаксы өңделген, қарашірігі мол учаскенің 1 г-да топырағында 3-25 миллионға дейін бактериялар кездеседі. Бау-бақша топырақтары, ұдайы суарылып, тыңайтылып отырудың нәтижесінде дала топырағына қарағанда микроорганизмдерге әлдеқайда бай келеді. Түрлі топырақтардың жырту қабатында микроорганизмдердің мөлшері түрліше болатынын еліміздің көрнекті ғалымы Е.Н. Мишустиннің зерттеуінің қорытындысынан байқауға болады (Кесте 1).
Кесте 1 - Е.Н. Мишустиннің зерттеуінің қорытындысы бойынша түрлі топырақтардың жырту қабатында микроорганизмдердің мөлшері
Топырақ
Топырақтың күйі
1г топырақтағы микроорганизмдер саны
1мг азот
Күлгін
Тың
300 - 600
70
Шымды күлгін
Тың
600-1000
200
Жыртылган
1000-2000
250
Қара топырақ
Тың
2000-2500
500
Жыртылған
2500-3000
750
Күлгін қоңыр топырақ
Тың
1200-1600
2000
Жыртылған
1800-3000
2400
Микроорганизмдердің басым көпшілігі тек жырту қабатында кездеседі. Мәселен, 20 см тереңдікте 1 г топырақта 5,7 миллион бактерия болса, 60 см қабатта небәрі жарты миллиондай, ал бір метрлік кабатта іс жүзінде кездеспейді. Топырақтың төменгі қабаттарында бұл кабаттардағы су және ауа режимдерінің нашарлығынан оның органикалық қосылыстарға кедейлігіне байланысты микроорганизмдер ол қабаттарда аз болады [22].
Сонымен қатар, топырақ микроорганизмдерінің басым көпшілігі аэробты организмдер. Олардың анаэробты топтары аз. Топырақта актиномицеттер мен микроокоптық саңырауқұлақтар да аз емес. Олар көбінесе топырақтың түріне қарай беткі жырту қабатында таралады. Мәселен, таулы өлкенің сұр топырақты тың жерлерінің 1г-да актиномицеттердің саны 2800-3110 мыңға дейін барады, ал саңырауқұлақтар 5,6-6,3 мыңға жуық болады. Ал осы өлкенің қара топырақты тың жерінің жырту қабатының әрбір граммында актиномицеттер 960-3170 мыңға дейін, саңырауқұлақтар 4,4-36 мыңға жуық кездеседі. Міне, бұдан топырақ типіне байланысты микроорганизмдердің санының да ауытқып отыратынын байқаймыз. Олар негізінен өсімдіктер қалдықтарын, ондағы клетчатканы ыдыратады. Целлюлоза ыдыратушы аэробты және анаэробты микроорганизмдер өсімдіктегі клетчатканы көмір кышқыл газы мен суға дейін ыдыратады. Ал көмір қышқыл газы - жасыл өсімдіктерге қажетті заттардың бірі [30].
Топырақтағы микроорганизмдердің саны жыл маусымына байланысты өзгеріп отырады. Қыста азайып кетсе, жазда қайтадан көбейеді. Көптеген ғалымдар қыс кезінде топырақта тіршілік тежеледі, тіпті тоқтап қалады деген пікір айтып жүр. Ал Н.А. Красильниковтың байқауынша, қалың қар астындағы топырақ тоңға айналмай, ондағы микробиологиялык процестер үздіксіз жүріп жатады. Қыс кезінде басқа жыл маусымына қарағанда топырақта актиномицеттердің жақсы дамитыны анықталған. Микроорганизмдер тіршілігіне тапырақта болатын түрлі витамин, ауксин және басқа заттардың зор маңызы бар. Бұл заттардың азғана мөлшерінің өзі микроорганизмдердің тіршілігін қуаттайды. Соның нәтижесінде өсімдіктер де жақсы өсіп дамиды [32].
Топырақты сақтау кезінде ондағы микробтар саны да бірнеше есе азаяды. Мұнын өзі негізінен онда ылғалдық азаюымен байланысты. Микроорганизмдердің таралуына топырақ реакциясы едәуір әсер етеді. Егістіке пайдаланылып жүрген нейтралды немесе аздап сілтілі топырақтарда бактериялар көп, ал қышқылды, сазды немесе шымтезекті топыракта аз болады. Микроскоптық саңырауқұлақтар, бактерияларға қарағанда, қышқыл ортаға төзімді келеді, сондықтан қышқыл топырақтарда олар көп болады. Топырақ микроорганизмдері үш негізгі классты құрайды: Actinomycetae, Eubacteriae және Myxobacteriae. Топырақтағы микрофлораның синтездеу, шіріту және ферменттеу процесстеріне байланысты топырақты сипаттауға болады.
Көп жағдайларда топырақтың сипаттамасы ондағы микроорганизмердің алуантүрлілігі мен санына байланысты. Соған сәйкес топырақ классификациясын қарастырайық [27].
1) Аурушаң топырақ. Топырақтың бұл типінде потагенді микроорганизмдер саны жалпы топырақ микрофлорасының 5-20% алады. Осындай топыраққа азоты мол органикалық заттарды қосқан кезде шала тотыққан өнімдер түзіліп, өсімдіктерге токсинді болу мүмкін. Ол насикомдар мен паразиттер тарататын ауруларға төзімсіз өсімдіктердің өсуін баяулатуы тіпті тоқтатуы мүмкін. Бұндай топырақ дәндік культураларға өте зиян. Аурущаң топырақтар әдетте әлсіз физиологиялық қасиеттерге ие, және топырақтағы энергия газтүзілуге (оранжерейа эффектісі) кетеді.
2) Ауруды басатын топырақ. Бұндай топырақта басты рөлді антибиотикалық заттар шығара алатын микроорганизмдер доминантты рөл атқарады. Осы типтес топырақтардың микрофлорасы мынадай саңырауқұлақтардан: Penicillum, Trichoderma, Aspergillus және актиномицеттер туысынынан Streptomyces. Осындай топырақта өскен дәнді дақылдар аурулар мен зиянкестерге төтеп бере алады. Жоғарғы физиологиялық қасиеттерге ие, яғни атап өткенде жақсы желденеді, су мен ауа өтуі жоғары дәрежеде.
3) Ферментативті топырақ (зимогениктер). Бұл топырақ микрофлорасы ферменцацияның пайдалы түрін іске асыралады. Бұл топырақтағы микроорганизмдер комплексті органикалық заттарды қарапайым органикалық және органикалық емес молекулаларға ыдыратады. Ферментативті топыраққа жағымды иіс тән. Сонымен қоса жоғарғы өткізгіштік, вентиляциясы жоғары. Парникті газдардың (метан, аммиак, көміртегі диоксиді) түзілуі төмен.
4) Синтездейтін топырақ. Бұл топырақтарда микроорганизм мөлшері айтарлықтай көп. Олар белок, аминқышқылдары мен карбогидраттардағы комплексті молекулалардағы азот пен көміртегінің диоксидін реттейді. Синтездейтін топырақ құрамында фотосинтездеуші бактериялар, азотфиксирующие бактериялар, кейбір саңырауқұлақ - балдырлар (фикомицеттер), және көк жасыл балдырлар мен цианобактериялар, актиномицеттердің кейбір түрлері.
1.4 Топырақтың әр түрлі типіндегі микробтық алуантүрлік
Бактериялардың табиғатта кең таралуы олардың зор рөлі туралы куәландырады. Олардың қатысумен топырақта және сутоғандарда әр түрлi органикалық заттардың ыдырауы, сонымен қоса зат айналым мен энергия алмасулар іске асады, топырақтын құнарлығы мен тас көмір, мұнай, және өзге де пайдалы қазбалардың түзілуі, қалыптасуы, топырақтың азотпен байытылуы, ауылшаруашылық зиянкестерімен күрес, антибиотик, жем тиінді, азықтық ақуызды дұрыстап жасау әрі оны сақтау және т.б тікелей микроорганизмдерге ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ
2
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1
ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1
Гетеротрофты микроорганизмдердің ерекшеліктері
6
1.2
Гетеротрофты микроорганизмдердің табиғатағы рөлі
13
1.3
Топырақ - микроорганизмдердің тіршілік ету ортасы ретінде
16
1.4
Топырақтың әр түрлі типіндегі микробтық алуантүрлік
20
2
ЗЕРТТЕУ МАТЕРИАЛДАРЫ МЕН ӘДІСТЕРІ
2.1
Зерттеу объектiлерi
25
2.2
Зерттеу әдістері
26
3
ЗЕРТТЕУ НӘТИЖЕЛЕРІ ЖӘНЕ ОЛАРДЫ ТАЛҚЫЛАУ
3.1
Люминесцентті микроскопия әдісін қолдана отырып бактериялар санын анықтау
33
3.2
Әртүрлі типтегі Қазақстан топырағынан бөлініп алынған бактериялардың түрлерін анықтау.
37
ҚОРЫТЫНДЫ
55
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
56
КІРІСПЕ
Жер бетінде тіршілік ететін барлық организмдер биоценоз құрамында айқын және әмбебап орын алады, олардың әрқайсысының орны бөлек және зерттеуді қажет етеді. Соның ішінде гетеротрофты микроорганизмдердің алатын орны ерекше. Олар энергетикалық, газдық (тіршілік ортасының белгілі химиялық газдық құрамын тұрақты ұстау немесе оны өзгерте алу), тотығу- тотықсыздану, концентрациялық, деструкторлық, транспорттық(бұл ағзалардың активті тіршілігі барысында зат пен энергияның ауысуы), орта қалыптастыру қызметтерін атқарады.
Гетеротрофты микроорганизмдерге әр түрлі таксономикалық топтар: бактериялар, актиномицеттер, микроскопиялық саңырауқұлақтар және ашытқылар жатады. Бұл микроорганизмдер табиғатта, соның ішінде топырақта кең таралған және олар топырақтың негізгі құрам бөлігі болып саналады. Топырақ микроорганизмдердің тіршілік ету ортасы болып саналуының басты себебі оның кең масштабтағы гетерогенділігінде.
Жұмыстың мақсаты: Қарағанды облысының шөлдің күлгін қоңыр, шөлдің қоңыр, түйіршікті ашық қызғылт, орташа қызғылт топырақтары; карбонатты қара қоңыр қызғылт (Ақмола облысы, Жарқайын районы), карбонатты қара қоңыр қызғылт (Ақмола облысы, Ерейментау районы), қарапайым қара топырақ (Ақмола облысы, Зеренді районы) үлгілеріндегі гетеротрофты микроорганизмдерді зерттеу.
Жұмыстың міндеттері:
1) Қарағанды және Ақмола облысының топырақ үлгілеріндегі бактериялар санына егу және люминицентті микроскопия әдісін қолдана отырып баға беру;
2) Әртүрлі Қазақстан топырағынан бөлініп алынған бактериялардың түрлерін анықтау.
3) Топырақ түріне байланысты зерттелген бактерия топтарының сандық динамикасының ерекшелігін анықтау.
Жұмыстың өзектілігі мен жаңалығы: Микроорганизмдер топырақтың таптырмас гомеостатикалық компоненті болып табылады. Топырақта органикалық заттардың ыдырауы, зат айналым мен энергия алмасулар, тас көмір, мұнай және өзге де пайдалы қазбалардың түзілуі, қалыптасуы, топырақтың азотпен байытылуы, өсімдіктердің сауықтырылуы мен қоректенуі, топырақтың құнарлылығы мен өнімділігі микроорганизмдерге тікелей қатысты. Осы күнге дейін Қазақстан территориясындағы топырақ микрофлорасының сандық және сапалық құрамы анықталмаған. Қазіргі таңға дейін топырақ микробиотасы жайлы жаңа деректердің жоқ болуының басты себебі оларды зерттейтін жоғарғы информативті әдістердің болмауына байланысты. Осы жұмыста біз люминесцентті микроскопия әдісін қолдана отырып, топырақтағы микроорганизмдер санына нәтижелі есеп бере алдық. Микробтық қауымдастықтың таксономиялық құрамын зерттей отырып олардың экологиялық функциясы жөнінде түсінік қалыптастыра аламыз. Алынған деректер Қазақстан аумағының шөлдің күлгін қоңыр, шөлдің қоңыр, түйңршікті ашық қызғылт, карбонатты қара қоңыр қызғылт, қарапайым қара топырақтарындағы микробиологиялық ерекшеліктері жайлы ақпараттық мағлұматтар аясын кеңейтті. осы мағлұматтарды ауылшаруашылық практикасында, сонымен қоса экологиялық мониторинг жасауда қолданса болады.
НЕГІЗГІ БӨЛІМ
1 ӘДЕБИЕТКЕ ШОЛУ
1.1 Гетеротрофты микроорганизмдердің ерекшеліктері
Барлық микроорганизмдерде метаболизм процесстерi жүзеге асу үшiн қоректік заттар қажет. Қоректендiргiш заттар ретiнде және энергия көзі ретінде микроорганизмдер әр түрлi органикалық және органикалық емес қосылыстарды қолданады. Микроорганизмдерде қоректік заттарды қабылдайтын арнаулы орган болмайды. Сондықтан олар қоректік заттарды барлық денесі арқылы қабылдайды да, олар клеткадағы керексіз заттарды сыртқа бөліп үлгереді. Бұл екі процестің екеуі де өте тез жүреді [1]. Қоректік заттарды қабылдау осмос құбылысына байланысты. Өйткені бактериялар клеткасының қабығы жартылай өткізгіш келеді де белгілі қоректік заттарды қажетті мөлшерде ғана өткізіп тұрады. Микробтар клеткасында болатын заттар ерітіндісі оған белгілі мөлшерде кысым туғызады. Оны осмос қысымы деп атайды. Оның шамасы клеткадағы еріген заттың концентрациясына тығыз байланысты. Егер еріген заттың концентрациясы неғұрлым артық болса, қысым да соғұрлым арта түседі. Клеткада жүретін биохимиялық процестердің нәтижесінде жиналған заттар осмос қысымының әсерінен клеткадан сыртқа бөлініп шығып отырады. Ортада су көп болғанда цитоплазма ісініп, клетка кабығын кереді. Мұны тургор құбылысы деп атайды. Клетка шамадан тыс ісінсе, жарылып кетуі де ықтимал [2]. Қоректік ортаның концентрациясы артқан сайын, мәселен, ас тұзы немесе қант қосылғанда бактерия клеткалары сусызданады. Цитоплазма бастапқы қалыңдығынан анағұрлым кішірейеді де жиырылып клетканың ішіне қарай тартылады, оны плазмолиз деп атайды. Мұнда бактерия клеткасының тіршілігі жойылады. Көптеген тағамдық заттарды сақтау үшін тұрмыста қант пен ас тұзынын, концентрлі ерітінділерін пайдалану осындай ерекшелігіне негізделген.
Төрт органоген қоректену үшін негізгі элементтер болып саналады - оттегі, сутегі, азот, көміртегі. Оттегі мен сутегінің негізгі көзі - су. Органикалық заттар клеткаға тек еріген күйде түсуіне байланысты су маңызды рөл атқарады. Азот пен көміртегі көзі ретінде әр түрлі химиялық қосылыстарды (органикалық және органикалық емес) пайдаланады. Бактериялардың кейбір түрлері қарапайым азотты ауадан, ал көміртегін көмірқышқыл газынан сіңіре алады. Көміртегінің сіңірілу тәсілдеріне қарай микроорганизмдер үлкен екі топқа бөлінеді [3].
Автотрофтар (гр. autos - өзім, tropha - тамақтану) қарапайым органикалық қосылыстарды қолдана отырып күрделі органикалық қосылыстарды өздігінен ситездей алатындар. Олар үшін көміртегі мен азот көзі ретінде көмірқышқылы мен көміртегінің өзге де органикалық емес қосылыстары, ауаның молекулярлы азоты, аммоний тұздары жатады. Осындай қарапайым заттарды қолдана отырып олар белок, май, көмірсулар, витаминдер мен ферменттерді синтездейді. Автотрофтардың (прототрофтар) ішінде хемосинтездеуші, яғни фотосинтетикалық пигменттері жоқ, энергияны химиялық реакция нәтижесінде алатындар және фотосинтездеуші, хлорофилтәріздес пигменттері бар, энергияны күн сәулесінен алатындары бар.
Автотрофты микроорганизмдерге С.Н. Виноградский ашқан нитрификациялаушы бактериялар, темір бактериялары, күкірт бактериялары жатады. Бұлардың кейбір тобына - мәселен, күкірт бактерияларына жасыл өсімдіктердегідей фотосинтез құбылысы тән [1; 4].
Гетеротрофтар (гр heteros - өзге, tropha - тамақтану) көміртегін дайын органикалық қосылыстардан алатын микроорганизмдер жатады. 1933 ж. изотоптық әдіс көмегімен американдық ғалымдар гетеротрофтар СО2 газын сіңіре отырып көміртегін қорыта алатынын дәлелдеген. Көміртегінің көзі ретінде гетеротрофты микроорганизмдер көбінесе дайын органикалық заттарды көмірсулар, спирттерді және түрлі органикалық қышқылдарды (сүт, сірке, лимон, пропион т. б. қышқылдарды), балауыз, жасуынық және т.б пайдаланады. Бұларға шіріту бактериялары, әр түрлі ашу процесін қоздырушылар және ауру туғызушы микробтар жатады. Сонымен қатар олар зат алмасу процесінде түзілетін көмір қышқылын да пайдалана алады, сөйтіп, бұл микроорганизмдердің табиғаттағы өлі қалдықтарды ыдыратудағы рөлі зор [1; 3; 4;].
Гетеротрофты микроорганизмдерге: бактериялар, актиномицеттер, микроскопиялық саңырауқұлақтар және ашытқылар жатады.
Актиномицеттер туралы алғашқы деректер неміс микробиологы Ф. Конның 1874 жылғы еңбектерінде кездеседі. 1878 жылы оның Отандасы Ц. Гарц жануарларға патогенді болып келетін микроорганизм, сәулелі орналасқан жіп тәрізді формалы организді сипаттап, cәулелі саңырауқұлақтар - Actinomyces деген атау берді. Содан бастап сәулелі саңырауқұлақтар - актиномицеттер атауы осы микроорганизмдерге негізделді. ҚСРО кезінде актиномицеттер кеңес ғалымдары - Н.А. Красильников, Г.Ф. Гаузе, Т.П. Преображенск, А.А. Прокофьева-Бельговамен зерттелген болатын. Олардың еңбектерімен және шәкірттерінің жұмыстарымен актиномицеттер систематикасының, биологиясының, физиологиясының, цитологиясының және биохимияясының іргелі сұрақтарына жауап алынды, антибиотиктер және басқа да биологиялық белсенді заттардың көптеген продуцент -культуралары табылып, анықталды [4; 50; 48].
Актиномицеттерді зерттеуде американдық ғалым С. Ваксман және оның шәкірті X. Лешевальенің еңбегі зор. Сәулелі саңырауқұлақтың атаулары актиномицеттердің вегетативті құрылым түзу қабілеттілігін көрсетеді. Гифтердің қалыңдығы әр түрде өзгеше және 0,1-1,5 мкм, орташа 1 мкм көлемінде болып келеді [5; 48].
Актиномицеттер Берджи анықтамасы бойынша Firmicutes бөліміне жатады. Олардың көптеген туыстығы мен түрлері аэробтар, сонымен қатар анаэробты, факультативті анаэробты да кездеседі. Қоректік субстратқа талғампаз емес, тығыз қоректік ортада өскен кезде субстратты және ауалы мицелий түзеді, вегетативті жолмен көбейеді. Бактериялар сияқты актиномицеттерді токсономиялау үшін морфологиялық қасиеттерімен қатар, культуралдық қасиеттері, физиологиялық және биохимиялық белгілері (түрлердің әртүрлі көмірсу және азот көздерін пайданануы, антибиотиктерді, пигменттерді түзуі, клетка құрылысының химиялық құрылымының ерекшелігі т.б.) кең қолданылады. Актиномицеттерде негізгі морфологиялық талаптары - спора тасушы апаратының құрылысы, спорангийлердің, склероцидтердің түзілуі т.б. болып табылады [6].
Actinomycetales қатары. Мицелий бұтақтанған, жақсы дамыған. Споралары түзу, бүгілген немесе спиральды спора тасушыларда дамиды. Споратасушыларда споралар 1 ден 50 спораға дейін моншақ түзіп орналасқан. Actinomycetaceae тұқымдасы. Бұл тұқымдастың өкілдерінің споратасушылары жақсы жетілген, экзоспоралары моншақ түзіп орналасады. Споратасушылардың көлемдері әртүрлі болып келеді. Колониялар көбінде пигменттелген болып келеді (көк, қызыл сары, қара т.б.). Actinomyces туысы өкілі. Actinopycnidium түрлері қарапайым спора тасушылармен қатар ұрықтық денелер пикнид түзеді. Олар дөңгелек немесе сопақ формаға ие және тығыз құрылым түзетін жұмырланған және тығыздалған гифтен тұрады. Пекнидтердің ішінде пикноспоралар түзіледі, олар ұрықтық денелерде орнналасқан вегетативті гифтер ыдырауы (фрагментация) нәтижесінде түзіледі. Пикнидтерден споралар сыртқа шығады және жетілу кезінде жаңа колониялар түзуі мүмкін. Chainia туысының өкілдерінің мицелийлерінде ерекше денешіктер - склероций дамиды. Олар гифтердің тығыз жұмырлануынан түзіледі және ол біртекті ешқандай бөлшектенбеген дене болып табылады. Белгілі жагдайларда склероций мицелиймен өсіп, колония түзеді. Сонымен қатар, Chainia да қалыпты спора түзу де бар. Proactinomyces және Nocardia туысының мицелийлері жас кезінде жақсы жетілген, бірақ жасы үлкен культураларда ол таяқша тәрізді бөліктерге ыдырап кетеді. Шын споралары жок. Актиномицеттердің арасында адамдар мен жануарларда актиномикоз ауруын туғызатын түрлері де кездеседі (Actinomyces bovis, Nocardia түрлері және т.б.).
Micromonosporaceae тұқымдасы. Мицелийлері жетілген. Бұл тұқымдасқа тән белгі - экзоспораларының қысқа спора тасушыларда дамуы. Micromonospora туысының түрлерінде споратасушының ұшында бір ғана спора, Microbispora түрлерінде екі спора, Micropolyspora бірнеше спора болады. Actinobifida туысының спора тасушысы қарапайым емес, дихотомиялы бұтақталған. Әрбір бұтақтың соңында бір спора түзіледі. Promicromonospora туысының жасы үлкен түрлерінде мицелийлері ыдырап кетеді. Осындай мицелийлердің қысқа бөліктерінде бір спорадан түзіледі.
Streptosporangiaceae тұқымдасы. Бұл тұқымдасқа спорангии түзетін түрлерді жатқызады. Streptosporangium туысы түрлерінде спорангийлері спираль түзе айнала орналасқан гифтерден тұрады. Actinosporangium түрлерінде негізгі спорангий жоқ, оның қызметін жиналатын шырыш атқарады, оларда споралар дамиды. Intrasporangium туысының спорангийлері вегетативті гифтердің үрленуінен туындайды. Бұл үрленген жолақтарда эндоспоралар түзіледі. Осындай спора түзу жолы мукор саңырауқұлақтарынада тән. Elytrosporangium туысының спорангийлері моншақ түзіп орналасады, Amorphosporangium түрлерінде әртүрлі формада болып келеді.
Actinoplanales қатары. Бұл қатарға жылжымалы кезеңі бар (спора немесе мицелий бөліктері) актиномицеттер жатады. Мицелийлері жақсы жетілген, субстратты және ауалы бөліктері бар. Споралар көбінде ұрықтық денелерде - спорангияларда түзіледі. Гиф бөліктері мицелийлердің қалыпты ыдырауы нәтижесінде түзіледі және ұрық денешіктерімен байланыспаған. Actinoplanaceae тұқымдасы. Мицелий жақсы жетілген. Спорангийлер ауалы мицелийлердің гифтарында дамиды. Споралары жылжымалы. Бұл тұқымдасқа Actinoplanes туысы (тұқымдас сияқты құрылымды), Ampullariella туысы (спорангийлері алмұрт немесе колба тәрізді), Pilimelia туысы (спорангийлері бөшке тәрізді) және т.б. Kitasatoa туысың түрлерінде шын спорангийлер жоқ, олардың қызметін спораның айналасында дамитын шырыш капсула атқарады.
Dermatophillaceae тұқымдасы. Осы тұқымдастың негізгі ерекшелігі - споралардың бөлшектену нәтижесінде түзілуі болып табылады. Спорангийлар жоқ, споралар шырышта орналасқан, қозғалмалы. Оларға Dermatophilus, Proactinoplanes туыстарын жатқызады.
Planosporaceae тұқымдасы. Мицелийлері жақсы жетілген, спорангийлері жоқ. Шырышты капсуламен қапталған споралар мицелийлердің қысқа өскіндерінде түзіледі. Planomonospora, Planobispora, Sporichthya, Dactylosporangium туыстары өкілдері болып табылады.
Mycobacteriales қатары. Бұл қатарға шын мицелий түзбейтін түрлер жатқызылады. Кейбір өкілдерінде дамудың алғашқы сатыларында мицелий тәріздес бұтақталған өскін дамуы мүмкін, бірақ өсу барысында олар жеке кішкентай қалыпсыз формалы бөлшектерге ыдырап кетеді. Көптеген түрлері тұрақсыз формалы жеке клетка түрінде өмір сүруі мүмкін. Жылжымалы кезеңі жоқ. Грам оң. Топырақта жиі кездеседі. Мұнайдың күрделі көміртектерін тотықсыздандырады. Ауру туғызушы формалары - туберкулез, дифтерия, проказ қоздырушылары болып табылады. Бұл қатарға Mycobacteriaceae тұқымдасы (өкілдері тұрақсыз таяқшалы бұтақ тәрізді болып келеді), Мусососсассае (дөңгелек клеткалары дұрыс емес формалы), Propionibacteriaceae (пропион қышқылды бактериялар), Corynebacteriaceae (коринебактериялар, ауру тудырушы түрлер) [6].
Актиномицеттер экожүйенің трофикалық тізбегінің біркелкі тобы болып табылады, яғни микроб-редуценттері қызметін атқарады. Олардың өмір сүру өнімдері құрылым түзуші қасиетке ие, сондай-ақ топырақтың қышқылдық-негіздік, тотығу-тотықсыздану жағдайларын анықтайды. Мицелийлі прокариоттардың негізгі қызметі күрделі полимрлерді шіріту, сонымен қатар гумустық қосылыстарды да. Актиномицеттер топырақта биологиялық белсенді заттардың жинақталуын және азоттық тепе-теңдіктің түзілуін қамтамасыз етеді [7]. Актиномицеттердің биогеоценоздың экологиялық жағдайындағы қызметі қазіргі кездегі маңызды мәселе болып табылады, олар экожүйедегі биологиялық ерекшеліктерін бағалауда, сондай-ақ жаңа биологиялық белсенді қосылыстардың скренингінде де ат салысады [8].
Көпшілік актиномицеттер - сапрофиттер, кең көлемде топырақта, суда, ауада мекен етіп зат айналымына қатысады. Актиномицеттер метаболиттердің белсенді продуценті болып табылады. Олар антибиотикті түзуші бактериялар қатарыа жатқызылады. Молекулрлық биологияның пайда болуымен биотехнология үшін актиномицеттердің маңызы аса зор болды. Ашылған мыңдаған антибиотиктердің ішінен көпшілігі актиномицеттерге тиесілі. Актиномицеттердің ішінен ең маңызды орын иеленетін Streptomyces туысы болып табылады. Streptomyces griseus түрінің өзі елуде астам антибиотиктерді синтездейді. 1960 жылдардың ортасынан бастап, эффективтілігі жоғары атибиотиктерді алу және көптеген патогенді бактерияларға қарсы қолданылуында киындық тууына байланысты, жаңа антибиотиктерді іздеуге кірісті [9]. Эффективтілігін жоғарылату, препараттардың фармакологиялық қасиетін арттыру негізіде көптеген жұмыстар жүргізілді. Мерк, Шарп и Доум фирмасының зерттеушілері b-лактамды антибиотиктердің жаңа класы ойлап тапты; Streptomyces cattleya ситездейтін-тиенамициндер. Тиамицидер грам оң және грам теріс бактерилар үші өте эффективті болып табылады және b-лактамазаларды ингибирлеуге қабілетті, бұл өз тарапында бұл препараттардың жұмысы жақсартып, жоғарылатады [10].
Антибиотиктер 10-30 ген өнімнің бірге әсер етунен туындайды, сондықтан, жекелей спотанды мутацияларды анықтау мүмкін емес. Осыдай жоғары өнімді штамдар Penicillium chrysogenum немесе Streptomyces auerofaclens (пенициллина немесе тетрациклина продуценті) мутасинтез жәе селекция нәтижесінде алынды. Кейбір мутанттар, яғни идиотрофтар антибиотик молекуласының жартысы синтездеуге қабілетті.
Ісікке қарсы микроб тектес заттардың саны шектеулі. Streptomyces verticilliis штамынан бөлініп алынған блеомицин гликопротеид болып табылады, ол өз тарапында ісік клеткаларының ДНҚсын бұзып, ДНҚ мен РНҚ репликасиясын тежейді [10].
Антибиотиктер саңырауқұлақтар ме актиномицеттермен қатар қалыпты ортада бәсекелесе тіршілік етеді. Адам бұл қосылыстарды инфекциялық және онкологиялық аурулар терапиясы негізінде қолданып отыр. Бұл микробтық орталардағы эволюциялық өзгерістердің өзіндік дүмпуілі болып табылды және тұрақты бактериялар штамы пайда бола бастады. Осы негізінде жаңа антибиотиктерді жасау мәселесі алдыға шықты. Қазіргі таңда инфекциялық жәе хирургиялық аурулардың негізгі болып атибиотиктер табылады. Үлкен жетістігімен қатар, антибиотиктердің адам ағзасына келтіретін кері жақтары да бар: асқаза-ішек жолдары микрофлорасының өзгеруі, бүйрек және бауыр жұмысының төмедеуі, иммундық жүйенің жұмысы баяулауына алып келеді.
Олар сонымен қатар қалдықты биодеградациялауда маңызды рөл атқарады.
Микроскопиялық саңырауқұлақтар - төменгi сатыдағы эукариоттар, тiрi организмдер дүниесi. Саңырауқұлақтардың ерекшелiгi өсiмдiк белгiлерiнiң (қозғалмайтындығы, шексiз өсуi, витаминдердi синтездеу қабiлетi, клетка жарғақшасының болуы), жануарлар белгiлерiнiң (гетеротрофты коректену, клеткалық жарғақшада хитиннiң болуы, гликогеннiң болуы, мочевинаның түзiлуi), сонымен қатар ерекше даму циклi (ядролық фазалардың алмасуы, дикариондардың, гетерокариоздың, парасексуальды процесстiң болуы) болуында [9; 13].
Саңырауқұлақтар - бiрклеткалы (микроскопиялық) немесе көпклеткалы, көлемi мен құрылысы жағынан әртүрлi организмдер: гетеротрофтар, аэробтар. Саңырауқұлақтардың әртүрлi кластары, әртүрлi талшықтылар мен амебатәрiздi организмдерден полифелитикалық жолмен пайда болды деген жорамалдар бар [10]. Вегетативтi дене субстраттың iшiнде немесе сыртында дамитын тарамдалған жiпшелер жүйесiнен тұрады және коректiк заттарды осмос арқылы сiңiру үшiн жанасу ауданы үлкен болып келедi. Саңырауқұлақтар вегетативтi, жыныссыз және жынысты жолмен көбейедi. Вегетативтi көбею мицелий бөлiмдерi немесе арнайы фрагменттер ашытқылар - бiршiктену арқылы жүредi [11].
Саңырауқұлақтар дүниесi үш бөлiмнен тұрады: нағыз саңырауқұлақтар - эумикота, оомицеттер және миксомицеттер. Қазiргi уақытта саңырауқұлақтардың 120 мын түрi белгiлi және ғалымдар жыл сайын жаңа түрлердi ашып, сипаттауда [9; 12].
Ашытқы саңырауқұлақтары - бір клеткалы қозғалмайтын және бактериялардан шамамен алғанда он еседей ірі микроорганизмдер. Табиғатта бұлар кең тараған. Жасуша пішіні әр түрлі: дөңгелек сопақша және таяқша тәрізді болады. Ашықты саңырауқұлақтары жасушасының мөлшері 8-10 микронға тең.
Оларда қозғалу органеллалары болмайды. Клетка сыртында қабығы бар. Цитоплазмада ядро, вакуоля және басқа да (май, гликоген,волютин) заттар кездеседі. Ашытқы саңырауқұлақтарын адам баласы қолдан өсіріп, өз шаруашылығында пайдаланады. Ал, табиғатта жабайы ашытқы саңырауқұлақтар да болады. Олар ауыл шаруашылық өнімдерін зақымдап әдәуір зиянын тигізеді. Ашытқы саңырауқұлақтарының адам баласына пайда келтіретін түрлерін біз мәдени ашытқы саңырауқұлақтар деп атаймыз. Ашытқы саңырауқұлақтар өнеркәсіпте кең қолданылады. Олар қантты ашытып, көмір қышқыл газы мен спирт түзеді. Олардың бұл қасиеті нан өндірісінде және спирт өндіруде, түрлі шараптарды, сыраларды, сүт тағамдарын даярлауда қолданылады. Ашытқы саңырауқұлақтарында белок және витаминдер (В, Д, Е) көп болады, сондықтан оларды қазір тамақ және мал азықтық мақсатта кеңінен қолданалады. Олардың ертеден келе жатқан клафикациясында нағыз және жалған ашытқы деп бөледі [14]. Нағыз ашытқылар бүршіктелу жолымен көбейеді және олар спора түзеді. Ал жалған ашытқылар көбейгенде тек қана бүршіктенді. Спора түзе алмайды. Кейбір зерттеушілер жалған ашытқыларды жетілмеген саңырауқұлақтарға жатқызады.
Бактериялар ( еubacteria, гр. -- таяқша) тіршілік әрекеттеріне қарай алуан түрлі болады және олардың табиғаттағы маңызы өте зор. Сапрофитті бактериялардың көпшілігі өсімдіктер мен өлген жануарлардан, саңырауқұлақтардан қалған ағзалық заттарды ыдыратып, шірітеді [11; 15].
Шіріту бактериялары - біздің ғаламшарымыздың тазалаушысы (санитары). Себебі олар өсімдіктердің қалдықтары мен жануарлардың өлекселеріндегі күрделі ағзалық заттарды ыдыратады. Топырақта қарашіріктің түзілуіне себепші болады. Тау жыныстарын ыдыратып, жартастар мен сусымалы құмдарды құнарлы топыраққа айналдырады. Топырақ бактериялары өсімдіктерге қорек дайындайды. Топырақтағы қарашірікті минералды заттарға айналдырады, онымен өсімдіктер қоректенеді. Бактериялар топырақты минералды заттармен байытып қана қоймай, топырақтың құрылымын жақсартады. Топырақ неғұрлым құнарлы болса, онда бактериялар да соғұрлым көп болады.
Топырақ бактериялары өсімдіктің өсуі мен дамуына ықпал жасайды. Өсімдіктің тамырында және оның айналасында көптеген бактериялар дамып, өсімдіктің тіршілігіне септігін тигізеді. Кейбір бактериялар ауадағы азотты өзіне сіңіріп, топырақты азотты қосылыстарымен байытады (оған түйнек бактериялары жатады).
Бактериялардың халық шаруашылығында да маңызы зор. Оны өте ертеден-ақ, ірімшік жасау, сүт тағамдарын ашыту, шарап өндірісінде, тері илеу, сүрлем дайындау үшін қолданған [1; 16].
Гетеретрофты микроорганизмдерді автотрофтар сияқты хемосинтездеуші, энергияны химиялық реакция нәтижесінде алатын және фотосинтездеушілер, энергияны күн көзінен алатындар деп бөледі. Хемосинтездеуші гетератрофтар қолданатын субстратқа байланысты екі үлкен топқа бөлінеді: метатрофтар (хемолитотрофтар) және паратрофтар (хемоорганотрофтар).
Метатрофтар немесе сапрофиттер өсімдіктердің калдықтарымен және жануарлардың өлекселерімен қоректенеді. Бұларға топырақтағы және судағы әр түрлі органикалық заттарды ыдырататын және тағамдық заттарды бүлдіретін микроорганизмдер жатады. Сонымен бірге көптеген бактериялар мен ашытқы саңырауқұлақтар, зең саңырауқұлақтары да сапрофиттер болып есептеледі. Ал паратрофтылар немесе паразиттер (гр. patogenes - ауру тудыратын) тек тірі организмдер белогында ғана көбейе алады. Бұған адам мен жануарлардың ауру қоздырушы микроорганизмдері жатады. Олардың ішінде факультативті, шартты патогенді, облигатты паразиттер бар. Облигатты паразиттерге хламидиялар, риккетсиялар, вирустар жатады [1].
Гетеротрофтар азот көзі ретінде дайын аминқышқылдарын пайдаланады. Қоректенудің мұндай типін аминогетеротрофты деп атайды. Көптеген микроорганизмдер азотты күрделі қосылыстардан әрқилы дәрежеде сіңіреді.
Азот микроорганизмдер тіршілігі үшін аса маңызды қоректік зат. Ол негізінен тірі протоплазманың тірегі. Азотсыз белок та, ал белоксыз тіршілік те болуы мүмкін емес. Азотты сіңіру қабілетіне қарай микроорганизмдер үлкен екі топқа бөлінеді:
1) Аминоавтотрофты микроорганизмдер. Олар белокты азоттың минералдық және органикалық қосылыстарынан түзеді.
2) Аминогетеротрофты микроорганизмдер. Бұлардың көпшілігі жай қосылыстарда (минерал тұздарда) кездесетін көміртегі мен азоттан кейбір амин кышқылдарын түзеді. Бірақ олардың калыпты тіршілігі үшін таза күйіндегі амин кышкылдары да қажет.
Бірінші топқа азот қышқыл аммиак тұздарындағы азотты және молекула күйіндегі атмосфера азотын сіңіретін микробтар жатады да екінші топқа тірі организмнің белогынан азотты сіңіретін иемесе амин қышқылдарының қосылыстарынан азот алатын түрлер жатады [21]. Белок заттарын ыдырататын микробтарға көбінесе спора түзуші - пішен таяқшасы, бациллус және тағы басқалары жатады. Мұнда белок алдымен микробтар ферменттері әсерінен пептонға, одан кейін түрлі амин қышқылдарына ажырайды. Соңында басқа микроорганизмдердің қатысуымен амин қышқылдары аммиакқа, органикалық қышқылдарға, спирттерге және түрлі көмірсутектеріне дейін бөлінеді. Егер амин қышқылдарының құрамында күкірт болса, онда ыдырау барысында ұнамсыз иісті күкіртті сутектері пайда болады [15].
0.2 Гетеротрофты микроорганизмдердің табиғаттағы рөлі
Жалпы биосферадағы химиялық элементтердің миграциясы микроорганизмдердің тіршілік әрекетіне тікелей байланысты. Олар тау жыныстарының және минералдардың пайда болуына қатынасып, ерекше геохимиялық қызметтерді атқарады:
1) Энергетикалық - бұл фотосинтез барысында энергия қорының жиналып, қоректік тізбек арқылы берілуімен байланысты. Тірі ағзалар күн энергиясын (аккумуляция) өз денесінен өткізіп оны басқа энергия түрлеріне айналдыра алады ( химиялық, жылу)
2) Газдық функциясы - тіршілік ортасының белгілі химиялық газдық құрамын тұрақты ұстау немесе оны өзгерте алу.
3) Тотығу- тотықсыздану қызметі, барлық тірі организмдер үшін оттек өте қажет. Осы оттектің болуы нәтижесінде тотығу және тотықсыздану процестері үнемі жүріп отырады.
4) Концентрациялық - бұл ағзалардың өз денесінде шашыранды химиялық элементтерді ортамен салыстырғанда бірнеше есе жоғары жинақтай алуы. (мысалы: теңіз балдырларында йодтың көп болуы және т.б.)
5) Деструкторлық - бұл ағзалардың тіршілік әрекеті нәтижесіндегі өнімдерінің және өлгеннен кейін өздерінің жойылуы (оны жүргізетін деструкторлар, редуценттер).
6) Транспорттық қызметі - бұл ағзалардың активті тіршілігі барысында зат пен энергияның ауысуы (құстардың және балықтардың миграциясы, т.б.)
7) Орта қалыптастыру қызметі - бұл функция интегралдық функция болып табылады (өзге функциялардың бірлесе отырып әсер ету нәтижесі). Ортаның физикалық-химиялық параметрлерінің өзгерістерге ұшырауы, түптеп келгенде осы функциямен байланысты.
8) Ыдырату қызметі: бұл функция орта қалыптастыру функциясына қарама-қарсы. Бұл функция организмдердің трофтық (қоректену) және транспорттық (тасымалдаушылық) әрекеттері арқылы көрініс береді [17].
Жер бетіндегі барлық тіршілік микроорганизмдерге тәуелді. Күрделі органикалық азоттық қосылыстар өте көп мөлшерде қоршаған ортаға, әсіресе топыраққа түседі. Осыдан басқа айналамыздағы ортаға өте жоғары мөлшерде белоктың ыдырау өнімдері, адамдар мен жануарлар нәжістері арқылы мочевина және несепнәр қышқылы бөлінеді. Бұл күрделі азот қосылыстары әр түрлі микроорганизмдер көмегімен аммоний және азотқышқылды тұздарға дейін ыдырап толық минерализацияланып, өсімдіктің тамыр жүйесі арқылы жоғарғы өсімдіктер бойына тарап, қайтадан өсімдік белоктарына айналады. Кейбір топырақ микроорганизмдері ауаның азотын сіңіруге қабілетті. Азотты қосылыстардың үздіксіз синтезі мен бөлінуі табиғаттағы азот айналымына байланысты. Азот айналымының микробиологиялық процесстері топырақтың өнімділігін арттырады және топырақты сауықтырады. Сонымен қоса санитарлы гигиеналық жай күйін арттырады [18].
Табиғаттағы азот қоры өте мол. Оның басым көпшілігі әлемде тіршілік ететін организмдер құрамында болады. Егер осы организмдердегі көміртегінің мөлшері 700 биллион тонна болса, ондағы азоттың мөлшері 20-25 биллион тоннадан аспайды. Табиғаттағы жасыл өсімдіктер жылына 20 биллион тоннадай көміртегін, 1-1,5 биллион тоннадай азот сіңіреді. Топырақтың әр түрлі типтерінің бір гектардай жырту кабатында тіршілік ететін бактерия, саңырауқұлақ, балдыр, насеком және басқа да жәндіктердің кұрамында шамамен 6-дан 18-тоннаға дейін байланысқан түрдегі азот болады. Азоттың сарқылмас қорының бірі - атмосфера. Ғалымдардың есебіне қарағанда, әрбір гектар жер бетіндегі ауада 80000 тоннаға жуық молекула күйіндегі азот бар. Бұл ауыл шаруашылық дақылдарынан кем дегенде бір миллион жылдан астам уақыт ішінде мол өнім алуға мүмкіндік берген болар еді. Бірақ өсімдіктердін азотқа тапшы болатыны әрқашан да байқалады. Өйткені ауадағы азот негізінен молекулалық азоттан тұрады да, өсімдіктер оны сіңіре алмайды. Сонымен қатар топырақтағы азоттың басқа да қосылыстарының біразын өсімдіктер сіңіре алмайды. Сондықтан мұндай қосылыстар өзгеріске ұшырауы, яғни ыдырауы керек. Азоттың осындай органикалық түрлерінің минералдың азотқа айналуын азот қосылыстарының аммонификациялануы деп атайды. Бұл процеске бактериялар, актиномицеттер және саңырауқұлақтар қатысады [19].
Азот айналымының екінші кезеңінде аммонификациялану нәтижесінде пайда болған аммиак алдымен азотты, кейіннен азот қышқылына дейін тотығады. Микроорганизмдердің тіршілік барысында органикалық азот қосылыстарының көп мөлшері қарашірік күйінде топырақта сақталады. Аммонификация үрдісі нәтижесінде ғаламшар өсімдік, жануарлар және микроорганизмдер қалдықтарынан тазартылады. Бұл процесті нитрификация деп атайды. Нитрификация - ерекше микроорганизмдер топтарының қатысуымен жүретін процесс. Мұнда аммиак нитратқа айналады. Нитрификация үрдісін екі арнайы хемолитоавтотрофты нитрификациялаушы бактериялар тобы жүзеге асырады. Nitrosomonas Nitrosococcus туысына жататын бактериялар аммиакты нитритке дейін, ал Nitrobakter туысының бактериялары нитритті нитратқа дейін тотықтырады. Нитрификация барысында нитраттар, яғни азот қышқылының тұздары пайда болады. Олардың түзілуі топырақтың ауа режимінің жақсаруына тікелей байланысты. Егер топырақтың ауа режимі жақсарса, нитраттардың жиналуы ғана күшейіп қоймай, сонымен қатар азоттық органикалық заттардың минералдануы да тездетіледі. Азотты заттар айналымының үшінші кезеңінде топыраққа жиналған нитраттар тотықсызданады. Оны денитрификация деп атайды. Денитрификация үрдісі кезінде нитрат молекулалары азотқа айналады да, молекулалы азот қайтадан атмосфераға оралады. Бұл негізінен топырақтағы азот қорының босқа ысырап болуымен байланысты. Сондықтан егін шаруашылығына зиянды деп есептеледі. Табиғатта азот айналымындағы төртінші кезеңде микроорганизмдердің әсерінен ауадағы атмосфералық азот топырақта жиналады. Бұған түйнек бактериялары, топырақта өз бетінше тіршілік ете алатын Azotobacter, Clostridium, Rizobium бактериялары қатысады. Қолайлы жағдай туғанда түйнек бактериялары бұршақ тұқымдас өсімдіктермен бірлесіп, селбесіп тіршілік ете отырып, жылына егістің әр гектарында 100-ден 400 кг-ға дейін байланысқан азот пайда болуына себепші болады. Өз бетінше тіршілік ететін азот сіңіруші бактериялар осындай мерзім ішінде де 1га жерден 20-дан 50 сг-ға дейін азот жинай алады [19; 20].
Гетеротрофты микроорганизмдер көміртегі айналымында маңызды рөл атқарады. Атмосфералық ауа құрамында шамамен 0,03% С02 бар. Көміртегінің циклдық айналымы бір - біріне ұқсамайтын екі процесс арқылы: оттекті фотосинтез және тыныс алу. Оттекті фотосинтез кезінде аэробты цианобактериялар және жасыл өсімдіктер көміртегінің тотыққан формасын (СО2) тотықсызданған күйге айналдырады. Ал сутегінің тотықсызданған формасын (Н20) 02 дейін тотықтырады. Бұл айналым аэробты және анаэробты жағыдайда жүреді. Аэробты жағыдайда өсімдіктер мен оксигенді фототүзуші бактериялар СО2-ні сіңіріп, органикалық қосылыстарға айналдырады. Пайда болған органикалық заттарды жануарлар мен аэробты гетеротрофтар энергия ретінде пайдаланып, ақырында СО2 тыныс алудың соңғы өнімі ретінде атмосфераға қайта оралады. Анаэробты жағыдайда көміртегі айналымына аноксигенді фототүзуші бактериялар мен аэробты тыныс алу және ашу үрдісі арқылы энергияны алатын бактериялар қатысады.
Органикалық заттар жануарлар мен аэробты микроорганизмдердің энергетикалық метоболизміне қатысып, одан соңғы өнім ретінде бөлініп шығатын СО2 атмосфераға қайта оралады. Аэробты жағдайда СО2 аноксигенді фотосинтезді жүзеге асыратын бактериялар (гелиобактериялар, қоңыр, жасыл бактериялар) арқылы органикалық заттарға айналады. Органикалық заттарды анэробты микроорганизмдер қолданып, анаэробты тыныс алу мен ашу үрдістерінде түзілетін СО2 айналымға қайта оралады [20; 21].
Өсімдіктердің, жануарлардың және микроорганизмдердің органикалық қалдықтары күкірті бар қосылыстарға өте бай. Күкірттің органикалық қосылыстарының минерализациялануын протеолитикалық қасиетке ие гетеротрофты микроорганизмдер жүзеге асырады. Олардың ішінде ең белсенділері Proteus, Bacillus, Arthrobacter, т.б. және мицелиалды саңырауқұлақтар.
1.3 Топырақ - микроорганизмдердің тіршілік ету ортасы ретінде
Микроорганизмдер табиғатта, соның ішінде топырақта көп таралған және олар топырақтың негізгі құрам бөлігі болып саналады. Топырақ микроорганизмдердің тіршілік ету ортасы болып саналуының басты себебі оның кең масштабтағы гетерогенділігінде. Топырақ органикалық және анорганикалық заттардан құралады. Оның минерал бөлшектеріне, көбінесе органикалық заттар жабысып, түйіршіктер құрайды. Міне бұл түйіршіктер микроорганизмдердің негізгі тіршілік ететін мекені. Облигатты анаэробтардың мекен етуіне түйіршіктің (диаметрі 1cм) ортасы қолайлы, ал оның бетінде аэробтар тіршілік етеді. Тамыр бетіндегі бактериялардың жұқа биопленкалары тамыр бөлінділерін ұстап қалып, топырақтың гетерогенділігіне әкеледі [20; 21]. Топырақта микроорганизмдерге кажетті қоректік заттар мол болады да, тікелей түскен күн сәулесінен оларды қорғап түрады. Олар үш фазалы полидисперсті ортада, яғни қатты (минералды және органикалық бөлшектер), сұйық (топырақ сулары) және газ тәрізді (топырақ ауасы) орталарда тіршілік етеді. Микроорганизмдердің өміршеңділігін топырақтың бөлшектерінен, микроб клеткалары мен олардың метаболиттері бар белгілі микрозоналардан көруге болады [28].
Топырақта микроорганизмдердің түрлері мен санының әр түрлі болуы ондағы табиғи жағдайлардың, яғни топырақтың түрліше болуына байланысты. Ғылыми деректерге сүйенсек: құнарлы қара топырақтың бір грамында бактерия саны 5 миллиардқа, құнары аздау күлгін топырақта оның саны 1 миллиардтай екен. Еліміздің көрнекті микробиолог ғалымы Н.А. Красильниковтың есептеуіне қарағанда топырақтың құнарлы қабатында гектарына 5-7 тоннаға дейін тірі бактериялар болады екен.
Топырақта микроорганизмдердің орналасуы микроошақты сипатқа ие, олар органикалық және минералды гельдерде шоғыр не колониялар түрінде жиналады. Табиғи жағдайда көптеген микроорганизмдер адгезивті түрде болады. Микроорганизмдер адгезиясын былай жіктейді: а) субстрат бетіне адгезиялану; б) микроорганизмдер клеткасы арасындағы коагрегация; в) планктонды және жабысқан клеткалар арасындағы коадгезия [23; 27].
Субстрат бетіне адгезиялану (топырақ бөлшектеріне, тамырға және өсімдік қалдықтарына) микроорганизмдердің өсуіне қолайлы жағдай туғызады. Адгезияланған клнеткалар саны топырақ типіне және микроорганизмдер қасиеттеріне байланысты, яғни олардағы талшықтардың, жіпшелердің, өсінділердің, полисахаридтердің, адгезин типтес заттарды түзу қасиеттерінің болуы.
Д.Звягинцевтің бақылауы бойынша ең жоғарғы адгезия (90% клеткалар) шар тәрізді бөлшектері бар органикалық заттарға бай қарашіріктеі топырақта екені анықталғын, ал қызыл қоңыр және сұр топырақтарда (50-60%) орташа, ең төмен адгезия құмайтты (7 -17,5%) топырақта байқалған [29; 31].
Ұзақ жылдар бойы топырақ ғылымда физикалық және химиялық зат, яғни тек өсімдіктер өсетін орта деп танылып, топырақта тіршілік ететін микроорганизмдер мүлде ескерілмеді. Көрнекті орыс ғалымдары П.А. Костычев, В.В. Докучаев және В.Р. Вильямстың еңбектері топырақтың аса күрделі орта екендігін, онда мыңдаған, миллиондаған микроорганизмдер және басқа да жәндіктер тіршілік ететіндігін дәлелдеп берді [24].
Өсімдіктер мен жануарлардың қалдықтары ыдырап, биохимиялық өзгерістерге ұшырайды, олардан құрылысы мүлде өзгеше жаңа заттар пайда болады. Бұл заттардың мөлшері топырақтың түріне байланысты түрліше болады. Мәселен, орманды жерлердегі органикалық калдықтың жылдық мөлшері гектар басына 1,5-7 тоннаға дейін барады, ал шалғынды жерлердің гектарындағы органикалық қалдықтардың мөлшері 2-11 тоннаға дейін жетеді. Бұл қалдықтарда азотты және көміртектес заттар көп болады. Олармен микроорганизмдер қоректенеді. Осыншама органикалық заттарды ыдырату үшін топырақтағы микроорганизмдердің саны мен әрекеттері де түрліше болу керек. Сонымен қатар топырақтың 1г-да микроорганнизмдердің бірнеше миллиард клеткалары кездеседі. Бірақ олар топырақтың төменгі қабатына қарағанда жоғарғы қабатында көбірек кездеседі. Әдетте топырақтың құнарлылығы арту үшін олардың топырақта көп мөлшерде болуымен қатар, активті тіршілік әрекеттерінің де зор маңызы бар. Топырақ микроорганизмдері күшті әрекет ететін ферменттер түзеді. Осындай ферменттердің көмегімен топырақтағы органикалық заттар ыдырап, өсімдіктерге оңай сіңетін қоректік заттарға айналады. Оны өсімдіктермен қатар, микроорганизмдер де қоректік зат есебінде пайдаланады [25].
Топырақтағы микроорганизмдердің бір бөлігі өсіп-дамып көбейетін болса, екінші бөлігінің тіршілік процестері аяқталып, өлексеге айналады. Ондай өлекселермен тірі микробтар қоректеніп, ыдыратады. Ыдырау өнімінің қалдықтарынан қарашірік түзіледі. Академик В.Р. Вильямстың зерттеуіне қарағанда, өсімдіктер ұсақ түйіршікті топырақтарда өсіп дамиды. Мұндай түйіршіктер микроорганизмдердің тіршілік әрекетінен пайда болған гумустан түзіледі. Сөйтіп микроорганизмдер топырақ түзуші негізгі факторлардың бірі болып саналады. Қарашіріктің мөлшеріне және ондағы қоректік заттардың сапасына байланысты микроорганизмдердің саны әр түрлі топырақтарда түрліше болады. Топырақ неғүрлым құнарлы болса, соғүрлым микробтар да көп кездеседі. Мәселен, жақсы өңделген шымды-күлгін топырақтардың 1 г-да 3-10 миллионға дейін, ал қара топырақты жерлерде 15-50 миллионға дейін микроорганизмдердің клеткаларын кездестіруге болады. Тіпті бір типтегі топырақтың барлық жеріндегі микроорганизмдердің саны бірдей болмайды. Мысалы, орманды шалғынды аймақтың нашар өңделген, қарашірігі жырту қабатының 1г-да 0,5-1,5 миллионға дейін бактериялар болса, дәл осындай жердің жаксы өңделген, қарашірігі мол учаскенің 1 г-да топырағында 3-25 миллионға дейін бактериялар кездеседі. Бау-бақша топырақтары, ұдайы суарылып, тыңайтылып отырудың нәтижесінде дала топырағына қарағанда микроорганизмдерге әлдеқайда бай келеді. Түрлі топырақтардың жырту қабатында микроорганизмдердің мөлшері түрліше болатынын еліміздің көрнекті ғалымы Е.Н. Мишустиннің зерттеуінің қорытындысынан байқауға болады (Кесте 1).
Кесте 1 - Е.Н. Мишустиннің зерттеуінің қорытындысы бойынша түрлі топырақтардың жырту қабатында микроорганизмдердің мөлшері
Топырақ
Топырақтың күйі
1г топырақтағы микроорганизмдер саны
1мг азот
Күлгін
Тың
300 - 600
70
Шымды күлгін
Тың
600-1000
200
Жыртылган
1000-2000
250
Қара топырақ
Тың
2000-2500
500
Жыртылған
2500-3000
750
Күлгін қоңыр топырақ
Тың
1200-1600
2000
Жыртылған
1800-3000
2400
Микроорганизмдердің басым көпшілігі тек жырту қабатында кездеседі. Мәселен, 20 см тереңдікте 1 г топырақта 5,7 миллион бактерия болса, 60 см қабатта небәрі жарты миллиондай, ал бір метрлік кабатта іс жүзінде кездеспейді. Топырақтың төменгі қабаттарында бұл кабаттардағы су және ауа режимдерінің нашарлығынан оның органикалық қосылыстарға кедейлігіне байланысты микроорганизмдер ол қабаттарда аз болады [22].
Сонымен қатар, топырақ микроорганизмдерінің басым көпшілігі аэробты организмдер. Олардың анаэробты топтары аз. Топырақта актиномицеттер мен микроокоптық саңырауқұлақтар да аз емес. Олар көбінесе топырақтың түріне қарай беткі жырту қабатында таралады. Мәселен, таулы өлкенің сұр топырақты тың жерлерінің 1г-да актиномицеттердің саны 2800-3110 мыңға дейін барады, ал саңырауқұлақтар 5,6-6,3 мыңға жуық болады. Ал осы өлкенің қара топырақты тың жерінің жырту қабатының әрбір граммында актиномицеттер 960-3170 мыңға дейін, саңырауқұлақтар 4,4-36 мыңға жуық кездеседі. Міне, бұдан топырақ типіне байланысты микроорганизмдердің санының да ауытқып отыратынын байқаймыз. Олар негізінен өсімдіктер қалдықтарын, ондағы клетчатканы ыдыратады. Целлюлоза ыдыратушы аэробты және анаэробты микроорганизмдер өсімдіктегі клетчатканы көмір кышқыл газы мен суға дейін ыдыратады. Ал көмір қышқыл газы - жасыл өсімдіктерге қажетті заттардың бірі [30].
Топырақтағы микроорганизмдердің саны жыл маусымына байланысты өзгеріп отырады. Қыста азайып кетсе, жазда қайтадан көбейеді. Көптеген ғалымдар қыс кезінде топырақта тіршілік тежеледі, тіпті тоқтап қалады деген пікір айтып жүр. Ал Н.А. Красильниковтың байқауынша, қалың қар астындағы топырақ тоңға айналмай, ондағы микробиологиялык процестер үздіксіз жүріп жатады. Қыс кезінде басқа жыл маусымына қарағанда топырақта актиномицеттердің жақсы дамитыны анықталған. Микроорганизмдер тіршілігіне тапырақта болатын түрлі витамин, ауксин және басқа заттардың зор маңызы бар. Бұл заттардың азғана мөлшерінің өзі микроорганизмдердің тіршілігін қуаттайды. Соның нәтижесінде өсімдіктер де жақсы өсіп дамиды [32].
Топырақты сақтау кезінде ондағы микробтар саны да бірнеше есе азаяды. Мұнын өзі негізінен онда ылғалдық азаюымен байланысты. Микроорганизмдердің таралуына топырақ реакциясы едәуір әсер етеді. Егістіке пайдаланылып жүрген нейтралды немесе аздап сілтілі топырақтарда бактериялар көп, ал қышқылды, сазды немесе шымтезекті топыракта аз болады. Микроскоптық саңырауқұлақтар, бактерияларға қарағанда, қышқыл ортаға төзімді келеді, сондықтан қышқыл топырақтарда олар көп болады. Топырақ микроорганизмдері үш негізгі классты құрайды: Actinomycetae, Eubacteriae және Myxobacteriae. Топырақтағы микрофлораның синтездеу, шіріту және ферменттеу процесстеріне байланысты топырақты сипаттауға болады.
Көп жағдайларда топырақтың сипаттамасы ондағы микроорганизмердің алуантүрлілігі мен санына байланысты. Соған сәйкес топырақ классификациясын қарастырайық [27].
1) Аурушаң топырақ. Топырақтың бұл типінде потагенді микроорганизмдер саны жалпы топырақ микрофлорасының 5-20% алады. Осындай топыраққа азоты мол органикалық заттарды қосқан кезде шала тотыққан өнімдер түзіліп, өсімдіктерге токсинді болу мүмкін. Ол насикомдар мен паразиттер тарататын ауруларға төзімсіз өсімдіктердің өсуін баяулатуы тіпті тоқтатуы мүмкін. Бұндай топырақ дәндік культураларға өте зиян. Аурущаң топырақтар әдетте әлсіз физиологиялық қасиеттерге ие, және топырақтағы энергия газтүзілуге (оранжерейа эффектісі) кетеді.
2) Ауруды басатын топырақ. Бұндай топырақта басты рөлді антибиотикалық заттар шығара алатын микроорганизмдер доминантты рөл атқарады. Осы типтес топырақтардың микрофлорасы мынадай саңырауқұлақтардан: Penicillum, Trichoderma, Aspergillus және актиномицеттер туысынынан Streptomyces. Осындай топырақта өскен дәнді дақылдар аурулар мен зиянкестерге төтеп бере алады. Жоғарғы физиологиялық қасиеттерге ие, яғни атап өткенде жақсы желденеді, су мен ауа өтуі жоғары дәрежеде.
3) Ферментативті топырақ (зимогениктер). Бұл топырақ микрофлорасы ферменцацияның пайдалы түрін іске асыралады. Бұл топырақтағы микроорганизмдер комплексті органикалық заттарды қарапайым органикалық және органикалық емес молекулаларға ыдыратады. Ферментативті топыраққа жағымды иіс тән. Сонымен қоса жоғарғы өткізгіштік, вентиляциясы жоғары. Парникті газдардың (метан, аммиак, көміртегі диоксиді) түзілуі төмен.
4) Синтездейтін топырақ. Бұл топырақтарда микроорганизм мөлшері айтарлықтай көп. Олар белок, аминқышқылдары мен карбогидраттардағы комплексті молекулалардағы азот пен көміртегінің диоксидін реттейді. Синтездейтін топырақ құрамында фотосинтездеуші бактериялар, азотфиксирующие бактериялар, кейбір саңырауқұлақ - балдырлар (фикомицеттер), және көк жасыл балдырлар мен цианобактериялар, актиномицеттердің кейбір түрлері.
1.4 Топырақтың әр түрлі типіндегі микробтық алуантүрлік
Бактериялардың табиғатта кең таралуы олардың зор рөлі туралы куәландырады. Олардың қатысумен топырақта және сутоғандарда әр түрлi органикалық заттардың ыдырауы, сонымен қоса зат айналым мен энергия алмасулар іске асады, топырақтын құнарлығы мен тас көмір, мұнай, және өзге де пайдалы қазбалардың түзілуі, қалыптасуы, топырақтың азотпен байытылуы, ауылшаруашылық зиянкестерімен күрес, антибиотик, жем тиінді, азықтық ақуызды дұрыстап жасау әрі оны сақтау және т.б тікелей микроорганизмдерге ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz