O‘zbеkistоn rеspublikаsi

Лекция№3 – Микроорганизмы и их типы, сферы применения

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

К микроорганизмам относятся бактерии, микоплазмы, актиномицеты, дрожжи, микроскопические грибы и водоросли. Прежде всего микроорганизмы подразделяются на прокариотов
( содержат примитивное ядро, не имеющее оболочки) и эукариотов
( содержат ядро, имеющее оболочку и содержащее набор хромосом, сходные с клетками высших растений и животных). К микроорганизмам-прокариотам относятся бактерии, микоплазмы, актиномицеты, к эукариотам – дрожжи, микроскопические грибы, водоросли.
Изучение роли микроорганизмов в геохимических процессах на Земле началась с классических исследований С.Н.Виноградского, который предсказал существование бактерий, способных разви-ваться за счет использования энергии окисления неорганических соединений. Эти работы продолжились микробиологами как Б.Л.Исаченко, Г.А. Надсона и др.
Рудные месторождения являются благоприятной экологической нишей для жизнедеятельности многих специфических микро-организмов, так как месторождения характеризуются разнообразием протекающих геохимических процессов, обусловленных присутст-вием большого числа элементов и их химическими свойствами.
В окислительных условиях сульфидных месторождений идут процессы окисления, при которых металлы переходят в водораст-воримое состояние и выщелачиваются из руд. До недавнего времени окисление сульфидных минералов в месторождениях сульфидных руд рассматривалось как чисто химический процесс. Считалось, что основными агентами, участвующими в нём, являю-тся кислород воздуха и продукты окисления сульфидов - серная кислота и сульфаты металлов. Наиболее агрессивными по отношению к сульфидам являются сульфат окиси железа, который взаимодействуют с ними по следующей реакции:
Me_mS_n +mFe₂(SO₄)₃ =mMeSO₄+2mFeSO₄+nS (1)
Получаемый сульфат закиси железа в обычных условиях в кислых растворах очень медленно окисляется кислородом воздуха до сульфата окиси.
Еще в 30-х годах американские микробиологи заметили, что окисление железа в кислых рудничных водах идет более интенсивно и предположили, что этот процесс связан с деятельностью какого-то вида микроорганизмов. Этот вид серобактерий, способных окислят двухвалентное железо, был обнаружен в первые А.Р. Колмером и М.Р. Хинклем.
После изучения свойств открытых микроорганизмов, способных окислять не только двухвалентное железо, но и тиосульфат и серу, они были отнесены к руду Thiobacillus, а по способности окислять закисное железо получили полное название Thiobacillus ferrooxidans (тионовые железоокисляющие) по аналогии с известными бактер-иями Thiobacillus thiooxidans (тионовые серуокисляющие)
Открытие серобактерий, окисляющих двухвалентное железо и сульфидные минералы, позволило понять природу выщелачивания меди из месторождений сульфидных руд, которое считалось ранее чисто химическом процессом окисления процессом сульфидных минералов.
В последние годы усилия микробиологов направлены на изучение физиологии и геохимическое деятельности микроорганизмов рудных месторождений, а технологов – на интенсификацию окислительных процессов с участием микроорганизмов и расшир-ение области применения их в промышленности.
Как показали многочисленное исследования в рудных месторождениях микроорганизмы встречается в широком диапазоне рН (от 0,5 до 10 ) и населяют практический все экологические ниши месторождений сульфидных руд.
2. Морфология и жизненный цикл микроорганизмов чрезвычайно разнообразны. В процессе эволюции они адаптировались к самым различным экологическим условия.
Необычайная устойчивость микроорганизмов к различным факторам внешней среды позволяет им занимать крайние границы биосферы. Их обнаруживают в грунте океана на глубине 11 км, на поверхности ледников в Арктике и Антарктике, высоко в горах, в почвах пустынь и в атмосфере на высоте 20 км.
В основу классификации бактерий положены как раз условия их существования и жизнедеятельности. Классифицируются бактерии по типу источника энергии, донору электронов, источнику углерода, кислотности среды обитания, температуре роста и размножения, по отношению к кислороду, давлению и другим параметрам, обеспечивающих их активную жизнедеятельность.
Источником энергии при паратрофном способе питания являются живые организмы, при хемотрофном источником энергии являются химические реакции, а при фототрофном – фотохимические реакции. У литотрофных микроорганизмов донором электронов являются неорганические вещества, а у органотрофных – органические. Источником углерода для автотрофных микроорганизмов служит углекислота, а для гетеротрофных – органические вещества.
Большинство бактерий предпочитают среду с нейтральным значением величины рН, однако ацидофильные микроорганизмы могут развиваться в сильно кислой среде при рН менее 1, в то время как синезеленые микроорганизмы свой жизненный цикл осуществляют при рН 13.
Психрофильные микроорганизмы растут при температуре до – 6^оС, для мезофильных бактерий оптимальной температурой для роста и жизнедеятельности является температура 25-35^оС
( максимальная 38-45^оС), а термофильные микроорганизмы способны выдерживать температуру до 70-90^оС.
По отношению к кислороду бактерии делятся на аэробы, которые осуществляют окислительные дыхательные процессы с участием кислорода и в протекающем при этом энергетическом метаболизме кислород является акцептором электронов: и анаэробы, которые осуществляют дыхательные процессы при окислении органических веществ за счет восстановления неорганических соединений, содержащих связанный кислород – углекислота, сульфаты, нитраты. Для строгих анаэробов свободный кислород токсичен. По кислородному режиму бактерии могут быть строгими или факультативными аэробами или анаэробами.
Микроорганизмы могут существовать при значительном давлении, так барофилы, выделенные в Филиппинской впадине осуществляют свою жизнедеятельность при давлении 100 МПа, Рекордистом среди бактерий являются Bacillus subtilus, которые выдерживают давление в 2000 МПа.
В месторождениях полезных ископаемых микроорганизмы принимают участие в трансформации различных минеральных форм, превращениях элементов, в их осаждении и растворении, в образовании новых химических соединениях, в миграции элементов и их соединений и, наконец, в образовании самих месторождений полезных ископаемых.