Контрольная работа по микробиологии
Подождите немного. Документ загружается.
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФГОУ ВПО «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ К.Д. ГЛИНКИ»
Кафедра биохимии и микробиологии
Контрольная работа по микробиологии
Выполнил:
Воронеж
2011
Содержание
1. РОЛЬ РУССКИХ И СОВЕТСКИХ УЧЕНЫХ В СТАНОВЛЕНИИ
ПОЧВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ (П. А. КОСТЫЧЕВ, Д. И. ИВАНОВСКИЙ, С. Н.
ВИНОГРАДСКИЙ, В. Л. ОМЕЛЯНСКИЙ, Б. Л. ИСАЧЕНКО, Н.А.
КРАСИЛЬНИКОВ И ДР.)..........................................................................................................3
2. МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ. ПОЛУЧЕНИЕ ЦЕННЫХ
ФОРМ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ И ПИЩЕВОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ.............................................................................................................7
3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ
КОРМОВОГО БЕЛКА И НЕЗАМЕНИМЫХ АМИНОКИСЛОТ....................................11
4. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФИКЦИЯ МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА. ИСТОРИЯ
ИЗУЧЕНИЯ ЭТОГО ВОПРОСА............................................................................................16
Список использованной литературы.............................................................................19
2
1. РОЛЬ РУССКИХ И СОВЕТСКИХ УЧЕНЫХ В
СТАНОВЛЕНИИ ПОЧВЕННОЙ МИКРОБИОЛОГИИ
(П. А. КОСТЫЧЕВ, Д. И. ИВАНОВСКИЙ, С. Н.
ВИНОГРАДСКИЙ, В. Л. ОМЕЛЯНСКИЙ, Б. Л.
ИСАЧЕНКО, Н.А. КРАСИЛЬНИКОВ И ДР.)
с
давних времен происхождение почвы связывали с обогащением
поверхностного слоя Земли растительными остатками. Подобный взгляд,
например, развивал Б. Палисси
(1499-1589).
Наиболее глубокие положения о почвообразовательном процессе были
сформулированы великим русским ученым М. В. Ломоносовым. Он перевел
книгу С. Губертуса, сыгравшую в ХУIII в. существенную роль в
ознакомлении русского общества с правилами ведения сельского хозяйства.
В сочинении «О слоях земных»
(1763)
Ломоносов рассматривал почву не
как всю кору выветривания, а как только верхний слой ее, имеющий
огромное значение в жизни растений. Представления Ломоносова на многие
десятилетия опередили зарубежную науку о почве.
Основоположником современного научного почвоведения является
В. В. Докучаев (1846-1903). Им был сформулирован закон зональности,
который может быть отнесен не только к почвам, но и ко всему живому миру
Земли.
Большое внимание Докучаев уделял условиям, определяющим
плодородие почвы. Он утверждал, что человек может управлять
плодородием почвы и непрерывно повышать его.
Разрабатывая научные основы почвоведения, Докучаев отмечал
огромную роль живых организмов, и в частности микроорганизмов, в
формировании почвы.
3
Докучаев, разрабатывая основы почвоведения, стремился изучить мир
микроскопических обитателей почвы и даже старался организовать в
университетах чтение курса микробиологии. Нельзя не отметить высокого
мнения Д. И. Менделеева о работах Докучаева.
Современником Докучаева был выдающийся ученый-почвовед
П. А. Костычев. В монографии «Почвы черноземной области России, их
происхождение, состав и свойства» (1886) он писал, что геология имеет
второстепенное значение в вопросе о черноземе, потому что накопление
органического вещества происходит в верхних слоях земли, геологически
разнообразных, и чернозем является вопросом географии высших растений и
вопросом физиологии низших растений, разлагающих органическое
вещество. Костычев провел ряд опытов по выяснению роли отдельных групп
микроорганизмов в создании перегноя почвы.
Большой вклад в представления о роли биологического фактора в
преобразовании Земли и в процессе почвообразования внес ученик
Докучаева академик В. И. Вернадский. Он считал, что
главным фактором в
миграции химических элементов в верхней части земной коры являются
организмы. Их деятельность затрагивает не только органические, но и
минеральные вещества почвенного и подпочвенного слоев. Соединения
макро- и микроэлементов, трансформированные почвенными процессами,
поступая в растения, определяют их обмен веществ.
Позднее академик А. П. Виноградов развил учение о
биогеохимических провинциях, устанавливающее закономерности
распределения микроэлементов на поверхности Земли. Это учение позволяет
понять ряд особенностей в процессах, протекающих в почвах отдельных зон
нашей страны.
Большое внимание биологическим процессам в почвообразовании
уделял академик Б. О. Полынов, который, в частности, считал, что глинистые
минералы в почвах имеют биологическое происхождение.
4
Многие моменты, связанные с почвообразующей деятельностью
животных, нашли отражение в трудах Н. А. Димо.
Биологический аспект почвообразовательного процесса был разработан
академиком В. Р. Вильямсом. Он считал, что отдельным почвенным типам
свойственны специфические группировки микроорганизмов. Образование
перегноя почвы, являющегося основой ее плодородия, он тесно связывал с
деятельностью микроскопических существ.
Интерес к микроорганизмам как факторам почвообразования и
плодородия к концу прошлого века так возрос, что на VIII съезде
естествоиспытателей и врачей в С.-Петербурге, состоявшемся в 1890 г., были
заслушаны доклады, имевшие микробиологический аспект. В. И.
Ковалевский в сообщении «Запросы современного сельского хозяйства к
естествознанию» основное внимание уделил значению микроорганизмов в
создании плодородия почвы. Профессор Петровской сельскохозяйственной
академии Г. Г. Густавсон в докладе «О микробиологических основах
агрономии» убедительно показал, что почва представляет собой живую
систему, огромную роль в которой играют низшие существа.
Через год после этого съезда русский ученый Д. И. Ивановский
опубликовал работу «Из деятельности микроорганизмов почвы»:
В 1894 г. состоялся IX съезд русских естествоиспытателей и врачей. На
нем присутствовал Л. Н. Толстой и выступал К.
А. Тимирязев. Известный
микробиолог С. Н. Виноградский сделал доклад «О круговороте азота в
природе», в котором осветил роль микроорганизмов в цикле процессов,
имеющих огромное значение для формирования почвенного плодородия.
К концу XIX в. сложилось мнение о возможности широкого
использования в сельском хозяйстве «биологического» азота. Об этом, в
частности, свидетельствует выступление Б. Л. Исаченко в 1889 г. на
собрании сельских хозяев в С.-Петербурге, где он прочитал лекцию на тему
«О бактериальном способе удобрения растений азотом».
5
Отмечая наиболее значимые успехи наших ученых в области общей и
сельскохозяйственной микробиологии, целесообразно остановиться на
работах основоположников этих наук С. Н. Виноградского (1856-1953) и
В. Л. Омелянского (1867-1928).
Изучая железо- и серобактерий, С. Н. Виноградский обнаружил
существование особой группы бактерий, у которой обычный дыхательный
акт заменен окислением минеральных соединений (хемоавтотрофы). Ученый
установил также, что подобные организмы вызывают процесс нитрификации.
Виноградским впервые был обнаружен анаэробный микроб, фиксирующий
атмосферный азот, - Clostridium pasteurianum.
Длительное время с С. Н. Виноградским работал его ученик В. Л.
Омелянский. Он провел обширное исследование по методике изолирования
чистых культур нитрифицирующих бактерий и установил их
физиологические свойства. Им были изучены анаэробные целлюлозные
бактерии, вызывающие метановое и водородное брожение. Последние
работы были связаны с улучшением технологии мочки льна.
Большое внимание Омелянский уделил микроорганизмам,
связывающим молекулярный азот. Этому вопросу посвящена его монография
«Связывание молекулярного азота почвенными микроорганизмами» (1923).
Ученый интересовался геологической деятельностью микроорганизмов и
другими процессами, ими вызываемыми.
Ученые следующего поколения внесли большой вклад в разработку
методических приемов, позволяющих расширить
представ
ление о составе
почвенных микроорганизмов, их физиологических функциях, экологии и т. д.
Из них нельзя не упомянуть
Н. Г. Холодного, Б. В. Перфильева, В. Н.
Шапошникова, Н. А. Красильникова, Н. Н. Худякова,
М.
В. Федорова.
6
2. МЕТОДЫ СЕЛЕКЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ.
ПОЛУЧЕНИЕ ЦЕННЫХ ФОРМ
МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ И ПИЩЕВОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Микроорганизмы играют важную роль в жизни человека, поскольку
способны создавать вещества, необходимые для его жизнедеятельности.
Такими способностями обладают как прокариотн (бактерии,
актиномицеты), так и эукариотные (дрожжи, нитчатые грибы)
микроорганизмы.
С древних времен человек использует уксуснокислые бактерии в
производстве уксуса, молочнокислые бактерии — для приготовления
молочнокислых продуктов, пропионовокислые — в сыроделии, а также как
продуценты витаминов и других веществ.
Начиная с 1944 г. актиномицеты активно применяют как продуценты
антибиотиков (стрептомицина, эритромицина, тетрациклина, каномицина и
т.д.); отдельные штаммы дрожжей — в пивоварении, виноделии,
хлебопечении, для получения этилового спирта, а также биомассы (кормовые
дрожжи).
Грибы используют для получения следующих органических кислот:
лимонной — для пищевой промышленности; глюконовой — для введения
кальция в организм человека. Грибы являются продуцентами ферментов
протеаз, многих антибиотиков — пенициллина, цефалоспорина. Они также
используются для приготовления специальных сыров — рокфора, кананбера.
Применение микроорганизмов в народном хозяйстве и сознательная их
селекция стали возможны только после разработки соответствующих
микроскопических методов, выяснения способов размножения и расселения
микроорганизмов. Огромный вклад в решение этих вопросов внес Луи
7
Пастер (1822—1895). Его считают основателем научных методов селекции
микробов, базирующейся на применении методического искусственного
отбора и умелом использовании естественного отбора путем создания
условий, в которых отбор действует в желательном направлении.
Дальнейшее совершенствование методов селекции микроорганизмов
тесно связано с достижениями генетики и применением их в селекции.
Природные штаммы микроорганизмов, как правило,
низкопродуктивны. Поэтому основная задача селекции — получение
высокопродуктивных микроорганизмов с помощью индуцированного
мутагенеза и искусственного отбора. В качестве мутагенов применяют
рентгеновы и ультрафиолетовые лучи, химические вещества. Чередование
обработки мутагенами с отбором позволяет через несколько этапов получить
новый штамм, превосходящий исходный по продуктивности.
Селекция микроорганизмов имеет ряд особенностей:
- у селекционера имеется неограниченное количество материала для
работы - за считанные дни в чашках Петри или пробирках на питательных
средах можно вырастить миллиарды клеток;
- более эффективное использование мутационного процесса, поскольку
геном микроорганизмов гаплоидный, что позволяет выявить любые мутации
уже в первом поколении;
- организация генома бактерий более проста: меньше генов в геноме,
менее сложна и генетическая регуляция взаимодействия генов.
Использование человеком биохимических и генетических свойств
живых организмов в практических целях обусловило появление нового
направления в биологии — биотехнологии, которая представляет собой
совокупность промышленных методов, основанных на использовании живых
организмов и биологических процессов для производства или модификации
различных продуктов в целях улучшения свойств экономически ценных
видов растений, животных, микроорганизмов.
8
Согласно определению Европейской федерации по биотехнологии,
биотехнология — это интегрированное использование биохимии,
микробиологии и инженерных наук в целях достижения технологического
(промышленного) применения способностей микроорганизмов, культуры
клеток ткани и их частей.
Важнейшими разделами биотехнологии являются микробиологическая
промышленность, генная и клеточная инженерия.
Микробиологическая промышленность — новая отрасль, рожденная
научно-технической революцией в 60-е годы ХХ в. Она решает важнейшие
народнохозяйственные задачи:
во-первых, биотехнология обеспечивает животноводство полноценным
кормовым белком;
во-вторых, с помощью биотехнологии получают и применяют
ферменты (микроорганизмы служат единственным источником таких
ферментов, как протеаза, амилаза, целлюлаза, пектиназа и др.);
в-третьих, с помощью биотехнологии получают микробиологическую
продукцию — аминокислоты, особенно незаменимые, антибиотики и др.;
в-четвертых, на основе биотехнологии с помощью микроорганизмов
получают дополнительные источники энергии в виде биогаза, этанола,
водорода за счет использования микробами отходов промышленности и
сельского хозяйства, а также солнечной энергии.
Генная инженерия — это конструирование функционально активных
генетических структур и наследственно измененных микроорганизмов.
Успехи данного прикладного направления биотехнологии базируются
на работах Дж. Уотсона и Ф. Крика, которые в 1953 г. предложили модель
структуры ДНК. Эти работы способствуют проведению исследований по
молекулярной генетике.
Основной задачей генной инженерии является выделение (или синтез)
отдельных генов, их молекулярное клонирование и создание
9
рекомбинативных ДНК — искусственной комбинации разных генов,
придающей организму новые, полезные для человека свойства. Генная
инженерия позволяет создавать для микробиологической промышленности
сверхпродуценты — микроорганизмы, с помощью которых тот или иной
продукт производят быстрее и дешевле, чем путем традиционной селекции и
генетики. На основе генной инженерии микроорганизмов организуется
промышленное производство витаминов, аминокислот, антибиотиков,
кормового белка, ферментов и т.д. Для медицинских целей с помощью
методов генной инженерии организуется промышленное производство
инсулина, гормона роста, интерферона, ряда противовирусных вакцин,
ферментов.
10