Тема 7. Трансформация микроорганизмами биогенных веществ, используемых фитопланктоном. Взаимоотношения в микромире. Инфекция и иммунитет

Цель: изучить влияние минеральных удобрений, извести, температуры, типа грун­та и различных плотностей посадки рыбы на численность и биохимическую актив­ность микроорганизмов, участвующих в круговороте азота, углерода и фосфора; изучить характеристику и распространение микроорганизмов, принимающих уча­стие в процессах симбиоза, метабиоза, антагонизма, конкуренции, комменсализ­ма, синергизма, паразитизма, хищничества; изучить динамику развития инфекци­онного процесса; изучить типы биотических взаимоотношений микроорганизмов;

установить роль среды в возникновении и развитии инфекционного процесса; рассмотреть источники, факторы передачи, пути распространения и локализации возбудителей инфекционных болезней в организмах рыб, человека и животных; изучить формы инфекции; рассмотреть особенности вирусных инфекций; изучить мутагенное действие вирусов на клетки вирулентность вирусов; рассмотреть практическое использование учения об инфекции иммунитете в рыбоводстве.

План лекции:

1. Влияние минеральных удобрений, извести, температуры и типа грунта на численность и биохимическую активность микроорганизмов, участвующих в круговороте азота, углерода и фосфора

2. Влияние различных плотностей посадки рыбы на численность и биохимиче­скую активность микроорганизмов, участвующих в круговороте азота, угле­рода и фосфора

3. Характер взаимоотношений между микроорганизмами: симбиоз, метабиоз, антагонизм, конкуренция, комменсализм, синергизм, паразитизм, хищниче­ство

4. Влияние факторов внешней среды на взаимоотношения между микроорга­низмами, микро - и макроорганизмами

5. Инфекция, инфекционная болезнь, инфекционный процесс

6. Источники, факторы передачи, пути распространения и локализации возбу­дителей инфекционных болезней в организмах рыб, человека и животных

7. Формы инфекции: септицемия, бактериемия, токсемия. Течение и исход инфекционного процесса. Острые и хронические болезни

8. Особенности возникновения и распространения инфекционных болезней рыб (доработать)

9. Характеристика возбудителей вирусных инфекций. Биохимические и цито­химические изменения при вирусных инфекциях:

1. На активность микроорганизмов и формирование их сообществ в почве влияет ряд природных и антропогенных факторов. Среди них температура почвы, еевлажность, воздушный режим, окислительно-восстановительный потенциал, кис­лотность и механические свойства, а также биотические факторы.

Сезонные колебания температуры влияют на весь профиль почвы. В крио­фильных почвах на определенной глубине залегает постоянный мерзлотный слой, подавляющий активность микроорганизмов. Основная масса почвенных микроор­ганизмов принадлежит к мезофиллам. При температуре ниже 5 °С впочве практи­чески перестает накапливаться СО_2, т. е. приостанавливается распад органиче­ских соединений. При такой температуре резко тормозится процесс нитрифика­ции, свидетельствующий о мобилизации почвенного азота. Однако в холодный сезон года численность микроорганизмов, повышается.

На деятельность почвенных микроорганизмов большое влияние оказывает механический состав почвы. Основная масса почвенных микроорганизмов (90-99 %) связана с твердой фазой почвы, и лишь незначительная их часть развива­ется в почвенном растворе. Объясняется указанная особенность способностью твердых частиц почвы удерживать (адсорбировать) клетки микроорганизмов. В крупных почвенных агрегатах значительно больше микроорганизмов, чем в мел­ких. Способность почв адсорбировать микроорганизмы непостоянна, и зависит от влажности почвы, ее температуры, дисперсности и др. Поскольку перечисленные факторы меняются в течение года, изменяется и адсорбция. Каждому типу почвы свойствен определенный профиль. У одних почв гумусовый слой невелик, у дру­гих он очень мощный. От этого зависит глубина распространения микроорганиз­мов в почве.

В мелиорированных торфяниках обычно накапливается избыток доступных растениям соединений азота (аммиака и нитратов). Часть нитратов поступает в дренажные воды и теряется для урожая. Поэтому следует учитывать такого рода изменения микробиологических процессов при мелиорации и регулировать их до­ступными приемами, например глубиной дренажной системы, спуском из нее во­ды и т. д.

Для химической мелиорации кислых подзолистых и дерново-подзолистых почв широко применяют известкование. Применение извести устраняет кислотность и уменьшает содержание в почве подвижного алюминия, токсичного для многих микроорганизмов и растений. Внесение извести резко меняет соотношение от­дельных групп микроорганизмов почвы и активизирует деятельность тех из них, которые важны для плодородия почвы.

Известь способствует образованию клубеньков у бобовых растений, особенно у люцерны и клевера. Из бобовых лишь для люпина предпочтительна кислая ре­акция среды.

В южной зоне нашей страны большие площади заняты солонцовыми почвами. Для их сельскохозяйственного освоения проводят химическую мелиорацию, чаще всего гипсование, в результате которого натрий в почвенном поглощающем ком­плексе замещается кальций, что заметно улучшает физические свойства почвы и нейтрализует ее реакцию (обычно щелочную). Состав почвенной микрофлоры нормализуется - угнетаются анаэробы, в частности сульфатредукторы.

При внесении в почву гипса образуются трудно растворимый карбонат каль­ция, выпадающий в осадок, и сульфат натрия, в растворе имеющий нейтральную реакцию и легко удаляемый промывкой.

После применения минеральных удобрений активизируется деятельность бактерий. При наличии минерального азота легче разлагается и используется микроорганизмами гумус. Внесение минеральных удобрений вызывает некоторое снижение численности актиномицетов и увеличение грибного населения, что мо­жет быть следствием сдвига реакции среды в кислую сторону в результате внесе­ния физиологически кислых солей: актиномицеты плохо переносят подкисление, а размножение многих грибов ускоряется в более кислой среде.

Внесение в почву фосфорно-калийных удобрений мало способствует исполь­зованию растениями почвенного азота, но усиливает деятельность азотфиксирующих микроорганизмов.

Внесение в почву минеральных удобрений, особенно в высоких дозах, небла­гоприятно сказывается на ее плодородии.

Потери азота из удобрений существенно уменьшаются при использовании гранулированных и медленно растворяющихся удобрений. Гранулированные удобрения имеют меньший контакт с почвенной микрофлорой, деятельность ко торой подавляется дополнительно вносимыми с такими удобрениями веществами (формальдегид, сера и т.д.).

Основная масса минеральных и органических соединений фосфора в почве недоступна высшим растениям, поэтому для получения высоких урожаев вносит минеральные фосфорные удобрения. Микробиологические процессы, происхо­дящие в почве, способствуют переводу в доступное для растений состояние минеральных и органических соединений фосфора.

Некоторые минеральные соединения фосфора переходят в раствор под дей­ствием кислых продуктов метаболизма бактерий или водородных ионов кислых почв (например, подзолов). Даже диоксид углерода, выделяемый микроорганиз­мами при разложении органических соединений, переводит в растворе двух - и трехкальциевые фосфаты в водорастворимый монокальциевый фосфат.

2. Главнымфактором, определяющим массовое развитие микроорганизмов в во­де, является наличие в ней питательных веществ. Количество микробов прямо пропорционально степени загрязнения водоемов. Особенно богаты микроорга­низмами пруды, ручьи и озера густонаселенных городов и деревень.

В водоемах закрытого типа (пруды, озера) наблюдается определенная зако­номерность в распределении бактерий: в прибрежной зоне, соприкасающейся с почвой, их больше. Наблюдаются существенные различия в численности микро­организмов и в вертикальном разрезе водоема: наиболее обильно заселена не сама поверхность воды, а 10-100-сантиметровая глубина. В более глубоких слоях количество микроорганизмов значительно снижается, что видно на примере мо­рей, океанов (на глубине 5 м в 1 мл воды насчитывается до 300 клеток, на глубине же 200 м они практически отсутствуют).

Источником энергии для развития бактерий, кроме экзогенного органического вещества, служит органическое вещество отмирающего фитопланктона (водорос­ли) и годных растений. Эта энергия через бактериальное звено включается в пи­щевую цель и прямо или через посредство беспозвоночных животных (дафнии, босмины, коловратки, олигохеты и другие, так называемые фильтраторы) исполь­зуется рыбами. Поэтому, зная оптимальные условия активной жизнедеятельности бактерий, этим процессом можно управлять, увеличивая их биомассу и, следова­тельно, рыбопродуктивность водоемов. Таким образом, роль бактерий в продук­тивности водоемов сводится к передаче энергии, заключенной в органическом веществе отмирающего фитопланктона и в привнесенном органическом веществе суши, - через инфузорий и других фильтратов к макрозоопланктону - источнику пи­тания рыб.

Велика роль микроорганизмов в круговороте биогенных элементов в водое­мах, который осуществляется по тому же принципу, что и в почве.

3. Взаимоотношения между микроорганизмами могут быть разделены на симбиот ические и конкурентные (антибиоз).

Симбиотические взаимоотношения, возникающие между микроорганизмами, и в которы х хотя бы один из них извлекает выгоду, иногда называют кооперацией. Это более редкая форма взаимоотношений, чем конкуренция. В результа­те симбиотических связей приобретается возможность выигрыша в борьбе за существование у одного или всех его членов. Основой для возникновения симбиозов могут быть трофические, пространственные, защитные или другие типы связей. Границы между различными типами симбиозов часто трудно различимы, а разные форты симбиотических взаимоотношений могут переходить друг в друга.

Типы симбиозов классифицируют по нескольким признакам:

• по обязательностисимбиотической связи выделяют факультативный (каждый организм может существовать самостоятельно) и облигатный (один или оба партнера крайне зависимы друг от друга и не могут развиваться отдельно);

• по расположению партнеров различают экзосимбиозы и эндосимбиозы;