Азотфиксирующие бактерии обеспечивают гниение органических остатков в почве

Обновлено: 08.07.2024

Роль бактерий в природе невозможно переоценить. Благодаря сапротрофным бактериям в почве поддерживается необходимое для жизни растений количество минеральных веществ. Бактерии являются обязательным звеном круговорота веществ в природе. В почве находится огромное количество бактерий разных видов.

В процессе фотосинтеза растения превращают неорганические вещества в сложные органические соединения. Многие почвенные бактерии в процессе своей жизнедеятельности превращают отмершие части растений и мёртвые организмы в перегной . Это сапротрофные бактерии гниения .

Превращая органические остатки в перегной, они выполняют в природе санитарную и почвообразовательную роль .

В процессе их жизнедеятельности перегной превращается в минеральные соли, необходимые для жизни растений.

Многие бактерии гниения вызывают порчу продуктов питания. Поэтому скоропортящиеся продукты хранят в холодильниках (при низкой температуре жизнедеятельность бактерий понижается).

Для предотвращения нежелательное размножение бактерий, люди придумали разные способы хранения продуктов: сушку, соление, маринование, засахаривание, копчение, консервирование. Все эти способы создают неблагоприятные условия для жизни бактерий. Так, при солении в продукты добавляют большое количество поваренной соли, которая не даёт бактериям размножаться.

Бактерии могут вызывать гниение недостаточно высушенного сена. Известны такие виды бактерий, которые способны разрушить рыболовные сети. Существуют бактерии, которые наносят вред ценным книгам и рукописям. Помогает защитить книги от порчи окуривание сернистым газом.

С активностью бактерий брожения связано скисание молока, фруктовых и ягодных соков. При этом молоко превращается в простоквашу, а соки — в жидкость с большим содержанием уксуса.

Молоко для сохранения кипятят, стерилизуют (уничтожают бактерий), хранят в холодильнике, а соки для длительного хранения, как правило, консервируют в герметически закупоренных банках или специальных упаковках.

Одним из продуктов жизнедеятельности молочнокислых бактерий является молочная кислота. Это вещество затормаживает размножение бактерий гниения. Такое свойство молочнокислых бактерий человек научился использовать при квашении капусты, солении огурцов, производстве кефира, сметаны, творога, сыра и др., образовании силоса из кукурузы и других сочных растений.

Некоторые бактерии брожения живут в кишечнике человека и зверей и способствуют перевариванию пищи. К таким бактериям относится, например, кишечная палочка.

В почве живут также азотфиксирующие бактерии . Их главное отличие от других видов почвенных бактерий заключается в способности поглощать из воздуха азот.

Некоторые из этих бактерий поселяются в корнях гороха, клевера, фасоли и других бобовых растений и вызывают образование клубеньков. Такие бактерии называют клубеньковыми .

Бобовые растения часто используют вместо азотных удобрений, так как благодаря симбиозу с бактериями они обогащают почву соединениями азота.

1. Какую роль в сообществе играют автотрофные организмы?

1. Автотрофные организмы играют роль продуцентов (производителей) - создают органические вещества, которыми питаются все остальные члены сообщества.
2. Автотрофы-растения вырабатывают кислород, которым дышат все члены сообщества.

2. Почему гетеротрофные организмы не могут сами создавать органические вещества?

1) Согласно своему определению, гетеротрофы потребляют готовые органические вещества.
2) У гетеротрофов отсутствуют процессы фотосинтеза и/или хемосинтеза.
3) У гетеротрофов отсутствуют хлоропласты, необходимые для процесса фотосинтеза.

3. В чем заключается сходство и различие автотрофного питания у фото- и хемосинтезирующих бактерий?

Сходства: фотосинтез и хемосинтез – это процессы пластического обмена, из углекислого газа и воды синтезируются углеводы. Различия: при фотосинтезе используется энергия света, а при хемосинтезе – энергия окисления неорганических веществ. При фотосинтезе выделяется кислород, при хемосинтезе – нет.

4. В чём проявляется сходство фотосинтеза и энергетического обмена веществ в клетке?

1) Процессы протекают в двухмембранных органоидах (хлоропласты, митохондрии).
2) В обоих процессах происходит синтез АТФ.
3) Процессы идут при участии биоферментов.

5. Найдите три ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их. (1) Среди автотрофных организмов большое количество растений. (2) Наряду с автотрофным питанием существует гетеротрофное. (3) К гетеротрофам относят паразитические и сорные растения. (4) Сорные растения конкурируют с культурными за свет, воду, минеральные соли и кислород. (5) Часто культурные растения не выдерживают конкуренции. (6) Растения-паразиты поглощают Н2О и СО2 из организмов растений, на которых паразитируют. (7) Они имеют многочисленные приспособления к паразитизму, например, корни-присоски.

3 – сорные растения относят к автотрофам
4 – сорные растения не конкурируют с культурными за кислород
6 – растения-паразиты поглощают воду и органические вещества из организмов растений, на которых паразитируют

6. Рассмотрите предложенную схему типов питания организмов. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме вопросительным знаком.

7. Первые опыты по изучению фотосинтеза были проведены Дж. Пристли в 1770-1780-х гг. Он помещал в изолированный сосуд мышь, и вскоре мышь задыхалась. Когда же он вместе с мышью поместил растение, мышь прожила несколько дней (до окончания эксперимента), а у растения появились новые молодые побеги. Какой вывод следует из эксперимента Дж. Пристли? Что служило источником углерода для роста растения?

8. Найдите три ошибки в приведенном тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их. (1) Каждому организму в процессе жизнедеятельности необходима энергия. (2) Гетеротрофные организмы поглощают из внешней среды готовые органические вещества. (3) К гетеротрофам относят многочисленных животных, паразитические бактерии, вирусы и др. (4) Гетеротрофы не могут самостоятельно синтезировать органические вещества из воды и углекислого газа. (5) Они получают воду и углекислый газ, питаясь различными организмами. (6) Окисляя эти вещества, гетеротрофы получают необходимую им энергию. (7) Гетеротрофные организмы в истории развития жизни на Земле появились вслед за автотрофами.

3 – вирусы не питаются, их не относят ни к автотрофам, ни к гетеротрофам;
5 – они получают готовые органические вещества с пищей;
7 – гетеротрофные организмы на Земле появились первыми

9. В небольших помещениях с обилием комнатных растений ночью концентрация кислорода уменьшается. Объясните почему.

Ночью растения не фотосинтезируют, поэтому они не выделяют кислород. Ночью, как и днем, растения дышат, потребляя кислород и выделяя углекислый газ. Из-за дыхания большого количества растений концентрация кислорода в помещении уменьшается.

10. Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых они сделаны, исправьте их.
(1) Бактерии – прокариоты, наследственная информация которых заключается в одной линейной молекуле ДНК. (2) Все бактерии по типу питания являются гетеротрофами. (3) Азотфиксирующие бактерии обеспечивают гниение органических остатков в почве. (4) К группе азотфиксаторов относят клубеньковых бактерий, поселяющихся на корнях бобовых растений. (5) Нитрифицирующие бактерии участвуют в круговороте азота. (6) Среди паразитических бактерий хорошо известны холерный вибрион, туберкулёзная палочка, являющиеся возбудителями опасных заболеваний человека. (7) Сапротрофные бактерии питаются органическими остатками.

1 - наследственная информация бактерий заключается в кольцевой молекуле ДНК;
2 - бактерии по типу питания могут быть автотрофами или гетеротрофами;
3 - азотфиксирующие бактерии обеспечивают фиксацию атмосферного азота, гниение органических остатков обеспечивают сапротрофные бактерии

Важное значение в круговороте веществ имеют бактерии гниения. Они питаются остатками растений и животных, очищая землю и превращая отмершие части живых организмов в перегной (важную часть почвы).

В почве живут также бактерии брожения. Эта группа бактерий разлагает перегной до минеральных веществ, необходимых растениям.

Бактерии гниения могут попадать на продукты питания и портить их. Для защиты от этих бактерий используют холодильники и морозильники, так как при низких температурах размножение бактерий сильно замедляется и продукты хранятся долго.

Бактерии могут приносить пользу. Так, некоторые бактерии брожения вызывают скисание молока и соков. Из молока под их действием образуется простокваша, а из соков — уксус.

Чтобы молоко не прокисло, его стерилизуют, т. е. подвергают обработке для уничтожения бактерий. Соки и другие продукты консервируют и хранят в плотно закупоренной посуде, предохраняющей от попадания бактерий.

Одним из продуктов жизнедеятельности молочнокислых бактерий является молочная кислота. Это вещество затормаживает размножение бактерий гниения. Такое свойство молочнокислых бактерий человек научился использовать для получения кисломолочных продуктов (кефира, йогуртов, сметаны и др.), при квашении и солении овощей. Молочнокислые бактерии помогают заготавливать на корм скоту сочные части растений — из них получают силос.

Есть полезные бактерии брожения и в нашем организме. Так, кишечная палочка живёт в толстом кишечнике и помогает переваривать пищу.

Бактерии - понятие, хорошо знакомое каждому. Получение сыра и йогурта, антибиотиков, очистка сточных вод - все это делают возможным одноклеточные бактериальные организмы. Познакомимся с ними поближе.

Кто такие бактерии?

Представители этого царства живой природы представляют собой единственную группу прокариот - организмов, клетки которых лишены ядра. Но это не значит, что они совсем не содержат наследственной информации. Молекулы ДНК свободно находятся в цитоплазме клетки и не окружены оболочкой.

Поскольку размеры их микроскопические - до 20 мкм, бактерии изучает наука микробиология. Ученые выяснили, что прокариоты могут быть одноклеточными или объединяться в колонии. Они имеют достаточно примитивное строение. Помимо ядра бактерии лишены всех типов пластид, комплекса Гольджи, ЭПС, лизосом и митохондрий. Но несмотря на это, бактериальная клетка способна осуществлять важнейшие процессы жизнедеятельности: анаэробное дыхание без использования кислорода, гетеротрофное и автотрофное питание, бесполое размножение и образование цисты во время переживания неблагоприятных условий.

Классы бактерий

В основу классификации положены разные признаки. Один из них - форма клеток. Так, вибрионы имеют вид запятой, кокки - округлую форму. Вид спирали имеют спириллы, а палочковидную форму - бациллы.

Кроме того, бактерии объединяют в группы в зависимости от особенностей строения клетки. Настоящие способны образовывать слизистую капсулу вокруг собственной клетки и оснащены жгутиками.

Цианобактерии, или синезеленые водоросли, способны к фотосинтезу и вместе с грибами входят в состав лишайников.

Многие виды бактерий способны к симбиозу - взаимовыгодному сожительству организмов. Азотфиксаторы поселяются на корнях бобовых и других растений, образуя клубеньки. Какую функцию выполняют клубеньковые бактерии, легко догадаться. Они преобразуют атмосферный азот, который так необходим растениям для развития.

Способы питания

Прокариоты являются группой организмов, которым доступны все способы питания. Так, зеленые и пурпурные бактерии питаются автотрофно, за счет солнечной энергии. За счет наличия пластид они могут быть окрашены в разные цвета, но обязательно содержат хлорофилл. Бактериальный и растительный фотосинтез существенно отличаются. У бактерий вода не является обязательным реагентом. Донором электронов может служить водород или сероводород, поэтому кислород в ходе этого процесса не выделяется.

Большая группа бактерий питается гетеротрофно, т. е. готовыми органическими веществами. Такие организмы используют для питания остатки отмерших организмов и продукты их жизнедеятельности. Бактерии гниения и брожения способны разлагать все известные органические вещества. Такие организмы еще называют сапротрофами.

Некоторые бактерии растений могут образовывать симбиоз с другими организмами: вместе с грибами входят в состав лишайников, взаимовыгодно сосуществуют с корнями бобовых азотфиксирующие клубеньковые бактерии.

Хемотрофы

Еще одной группой по типу питания являются хемотрофы. Это разновидность автотрофного питания, в ходе которого вместо солнечной энергии используется энергия химических связей различных веществ. Азотфиксирующие бактерии относятся к таким организмам. Они окисляют некоторые неорганические соединения, при этом обеспечивая себя необходимым количеством энергии.

Азотфиксирующие бактерии: среда обитания

Подобным образом питаются и микроорганизмы, способные преобразовывать соединения азота. Их называют азотфиксирующие бактерии. Несмотря на то что обитают бактерии повсеместно, среда обитания именно этого вида - почва, а точнее корни бобовых растений.

Строение

Какую функцию выполняют клубеньковые бактерии? Она обусловлена их строением. Азотфиксирующие бактерии хорошо видны невооруженным глазом. Поселяясь на корнях бобовых и злаковых, они проникают в растение. При этом образуются утолщения, внутри которых происходит обмен веществ.

Стоит сказать, что азотфиксирующие бактерии относятся к группе мутуалистов. Их сосуществование с другими организмами является взаимовыгодным. В ходе фотосинтеза растение синтезирует углевод глюкозу, необходимую для процессов жизнедеятельности. Бактерии не способны к такому процессу, поэтому готовые сахара получают от бобовых.

Растениям для жизни необходим азот. Этого вещества в природе достаточно большое количество. Например, содержание азота в воздухе составляет 78 %. Однако в таком состоянии растения не способны поглощать это вещество. Азотфиксирующие бактерии усваивают атмосферный азот и переводят его в форму, удобную для растений.

Производительность

Какую функцию выполняют азотфиксирующие бактерии, можно убедиться на примере хемотрофной бактерии азоспириллум. Живет этот организм на корнях злаковых: ячменя или пшеницы. Его по праву называют лидером среди продуцентов азота. На гектар земли он способен отдать до 60 кг этого элемента.

Азотфиксирующие бактерии бобовых, такие как ризобитумы, синоризобиумы и другие, также хорошие "труженики". Они способны обогатить гектар земли азотом массой до 390 кг. На многолетних бобовых растениях обитают победители азотообразования, производительность которых достигает до 560 кг в расчете на гектар пахотных земель.

Процессы жизнедеятельности

Все азотфиксирующие бактерии по особенностям процессов жизнедеятельности можно объединить в две группы. Первая группа является нитрифицирующей. Суть обмена веществ в этом случае заключается в цепочке химических превращений. Аммоний, или аммиак, превращается в нитриты - соли азотной кислоты. Нитриты, в свою очередь, превращаются в нитраты, тоже являющиеся солями этого соединения. В виде нитратов азот лучше усваивается корневой системой растений.

Вторая группа называется денитрификаторами. Они осуществляют обратный процесс: нитраты, содержащиеся в почве, превращают в газообразный азот. Таким образом происходит круговорот азота в природе.

К процессам жизнедеятельности также относят и процесс размножения. Происходит он путем деления клеток надвое. Гораздо реже - путем почкования. Характерен для бактерий и половой процесс, который называется конъюгация. При этом происходит обмен генетической информацией.

Поскольку корневая система выделяет много ценных веществ, бактерий на ней поселяется очень много. Они преобразуют растительные остатки в вещества, которые способны впитать растения. В результате слой почвы вокруг приобретает определенные свойства. Его называют ризосферой.

Пути проникновения бактерий в корень

Существует несколько способов внедрения бактериальных клеток в ткани корневой системы. Это может произойти вследствие повреждения покровных тканей или в местах, где клетки корня молодые. Зона корневых волосков также является путем проникновения хемотрофов внутрь растения. Далее корневые волоски инфицируются и в результате активного деления бактериальных клеток образуются клубеньки. Внедрившиеся клетки образуют инфекционные нити, которые продолжают процесс проникновения в растительные ткани. С помощью проводящей системы бактериальные клубеньки связаны с корнем. С течением времени в них появляется особое вещество - легоглобин.

К моменту проявления оптимальной активности клубеньки приобретают розовую окраску (благодаря пигменту легоглобину). Фиксировать азот способны лишь те бактерии, которые содержат легоглобин.

Значение хемотрофов

Люди давно заметили, что, если перекопать бобовые растения с почвой, урожай на этом месте будет лучше. На самом деле суть не в процессе вспахивания. Такая почва больше обогащается азотом, столь необходимым для роста и развития растений.

Если лист называют фабрикой по производству кислорода, то азотфиксирующие бактерии могут по праву называться фабрикой по производству нитратов.

Еще в 19 веке ученые обратили внимание на удивительные способности бобовых растений. Из-за недостатка знаний их приписывали только растениям и не связывали с другими организмами. Было высказано предположение, что листья могут фиксировать атмосферный азот. В ходе экспериментов было выяснено, что бобовые, которые выросли в воде, такую способность утрачивают. Более 15 лет этот вопрос оставался загадкой. Никто не догадывался, что осуществляют все это азотфиксирующие бактерии, среда обитания которых не была изучена. Оказалось, что дело в симбиозе организмов. Только вместе бобовые и бактерии могут производить нитраты для растений.

Сейчас ученые выявили более 200 растений, которые не относятся к семейству бобовых, но способны образовать симбиоз с азотфиксирующими бактериями. Картофель, сорго, пшеница также обладают ценными свойствами.

Читайте также: