Значение бактерий в природе и жизни человека

· Осуществление круговорота биогенных элементов (азота, серы, фосфора, кислорода и др.) – замыкают биогеохимические циклы элементов

· Формирование земной коры и образование осадочных горных пород

· Почвообразование

· Образование и распад гумуса (повышение плодородия почвы)

Гумус или перегной – верхний плодородный слой почвы образующийся из разложившегося органического вещества (растительные и животные остатки), содержащий питательные вещества и обладающий особыми физико - химическими свойствами (например, способность удерживать воду)

q Плодородие почвы – способность почвы обеспечивать вегетацию растений – результат жизнедеятельности бактерий

· Минерализация органических остатков – гниение остатков растений и трупов животных (редуценты – деструкторы в экосистемах); конечными продуктами этих процессов являются СО₂, Н₂S, Н₂О NH₃ , СО, СН₄, N₂O N₂ др. – физиологически активные летучие соединения, образующиеся в почве; основной источник пополнения запасов СО₂ в атмосфере – бактериальный распад растительных тканей

· Выступают в роли продуцентов в цепях питания биоценозов (фиксация СО₂)

· Образование каменного угля, нефти, торфа, природного газа, серы, металлов, железа (Курская магнитная аномалия) и других органогенных полезных ископаемых

· Формирование первичной восстановительной атмосферы Земли (более 3,5 млрд. лет назад) – бактериальная атмосфера

· Формирование и поддержание газового состава современной вторичной окислительной атмосферы Земли

· Формирование климата Земли (зависит от содержания в атмосфере парниковых компонениов: СО₂, СН₄, NO, NO₂, О₃ в приземных слоях, которые продуцируются почвенными микроорганизмами)

· Формирование биоценозов и сообществ

· Образование царства эукариотов

· Пища для эукариотов

· Азотофиксация (обогащение почвы усвояемыми растениями соединениями азота), нитрификация, аммонификация и денитрификация

q Азотофиксация – превращение молекулярного атмосферного азота в органические соединения (белки) азотофиксирующих микроорганизмов

q азотофиксирующие бактерии (имеют фермент нитрогеназу, катализирующий процесс фиксации N₂):

§ свободноживущие почвенные – азотобактер, клостридиум

§ симбионты растений – клубеньковые бактерии - ризобиум (их колонии живут внутри растительных клеток) - самый богатый естественный источник связанного азота)

§ аммонофикаторы – многие споровые бактерии

§ нитрификаторы – нитробактер

- для восстановления 1 моля N₂ бактериям требуется 15–20 молей АТФ (источниками энергии в почве являются корневые экскудаты, слизи, продукты корневого опада)

- азот, накопленный путём азотофиксации, находится в форме белка азотофиксирующих бактерий; он накапливается постепенно, в течение всего вегетационного периода и используется растениями после отмирания микробных клеток и их распада (после гибели организмов его белки разлагаются до аминокислот, а затем до аммиака, затем хемосинтезирующие бактерии окисляют аммиак до нитратов, усваивающихся растениями)

- фиксация азота микроорганизмами – планетарный процесс, сопряжённый с фотосинтезом растений и равный ему по масштабу и значению (общая продукция микробной азотофиксации составляет до 330 млн. тонн в год; из них 200 млн т г даёт суша и 130 млн т г - океан

q Нитрификация – превращение связанного в органических соединениях азота в нитраты и нитриты

q Аммонификация – превращение белков и аминокислот остатков животного и растительного происхождения в процессе их разложения в аммоний (NH₃)

q Денитрификация – образование молекулярного азота из нитрата в отсутствии кислорода

· Переваривание клетчатки в кишечнике человека, млекопитающих и других фитофагов и полифагов

· Синтез кишечной микрофлорой человека витаминов группы В (В₁, В₆ , В₁₂), витамина К, биотина, пантотеновой и никотиновой кислоты, продуценты провитаминов – каротинов и каротиноидов, незаменимых аминокислот – лизин, метионин (кишечник человека заселён 500 видами бактерий)

· Предохранение организма человека от заражения его патогенными микроорганизмами

· Стимуляция иммунной системы человека

· Снабжение растений биологически активными веществами и соединениями азота (симбиотические бактерии растений)

· Получение полезных органических продуктов питания человека в результате брожения: кефир и другие кисломолочные продукты, сыр, масло, йогурт, сметана, кумыс, пива, спирта, квашение капусты

· Силосование кормов с/х животных

· Биоэнергетика - получения биогаза (топлива) из отходов пищевой промышленности: пропан, бутан, бутанол и др.

· Биоконверсия – химическая трансформация малоценных веществ в сходные по структуре ценные органические соединения

· Получение органических кислот: уксусной, муравьиной, пропионовой, янтарной, масляной и др.

· Биоиндикация и биоконтроль чистоты воды, руд металлов и проч.

· Получение антибиотиков (стрептомицин, нистатин, эритромицин и др.; например, сенная палочка продуцирует более 70 антибиотиков), сывороток и вакцин

· Получение продуктов биотехнологии (микробиологический синтез): ферменты, гормоны, аминокислоты, органические кислоты, кормовой белок, витамины, стимуляторы роста растений (ауксины) и животных, бактериальные удобрения, средства защиты растений, консерванты, заменители сахара, жидкие кристаллы, ПАВ органические растворители и т.д.

· Очистка сточных вод, утилизация нефтепродуктов

· Объект генной инженерии (см. тему «Биотехнология»)

· Возбудители опасных инфекционных заболеваний человека, животных и растений: дизентерия, ангина, дифтерия, туберкулёз, чума, холера, сифилис, тиф, столбняк, сибирская язва, пневмония, проказа, ботулизм гангрена, бруцеллёз и др.

· Биологическое разрушение (коррозия) промышленных материалов–металлов, дерева, бумаги и др.

· Порча продуктов питания (бактерии гниения)

Меры борьбы с бактериями

· Высушивание

· Пастеризация – уничтожение микроорганизмов в жидких пищевых продуктах (молоке, вине, пиве и др.) путём длительного (15 –30 мин.) однократного нагревания до температуры 60-70^о С без доступа воздуха

· Консервирование – повышение концентрации соли или сахара

· Стерилизация – полное уничтожение микроорганизмов в пищевых продуктах, предметах и средах с помощью высоких температур, фильтрации или обработки ядовитыми газами (окисью этилена) химическими веществами или ионизирующим излучением

· Ультрафиолетовое облучение

· Охлаждение или замораживание

· Маринование в уксусной кислоте

· Воздействие антибиотиками и дезинфекция с помощью бактерицидов (J₂, Н₂О₂, КМnО₄, борная кислота, спирт и др.)