Лекции – ауд. 199: понедельник, пятница (ч/н) с 1 сентября 10.50 – 12.30 Семинары – с 18 сентября. Практикум – с 19 сентября. Курс состоит из 3-х частей – а) почвенная биота; б) микробный метаболизм, круговорот биофильных элементов; в) экология микроорганизмов. 3 коллоквиума – по каждому из разделов.
Преподаватели: проф., д.б.н. Степанов А.Л. проф., д.б.н. Зенова Г.М. проф., д.б.н. Манучарова Н.А. доц., к.б.н. Костина Н.В. с.преп., к.б.н. Грачева Т.А. м.н.с., к.б.н. Закалюкина Ю.В.
Биология почв — комплексная наука, на стыке биологии и почвоведения. Составные части биологии почв - Почвенная биота (характеристика населяющих почву организмов, биоразнообразие) - Функции почвенной биоты (роль почвенных организмов в превращении веществ и энергии) - Экология почв (особенности почвы как среды обитания, микробные популяции и сообщества) - почвенная микробиология - почвенная протистология - почвенная микология - почвенная альгология - почвенная зоология - почвенная биохимия
Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. М.: Изд-во МГУ, 1983, 248 с. Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1989, 336 с. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.П., Зенова Г.М. Биология почв. 3-е изд. М.: Изд-во МГУ, 2005, 445 с. Звягинцев Д.Г. Почва и микроорганизмы. М.: Изд во МГУ, 1987, 256 с.
Кора выветривания Почва В чем различие ? Что такое почва ?
1. Почва насыщена живыми организмами. Число микробных клеток достигает 2-10 млрд в 1 г. почвы. 2. Присутствие органического вещества в форме гумусовых соединений. Почва - среда обитания. Отличительные черты почвы :
Почва - среда обитания: Корни растений, семена и споры, лишайники, актинолищайники, почвенные животные, водоросли, эубактерии и археи, грибы, актиномицеты.
Почва – поверхностно лежащие минерально-органические образования, которые всегда более или менее окрашены гумусом и являются результатом взаимной деятельности живых и отживающих организмов, материнской горной породы, климата и рельефа местности. В.В.Докучаев Что такое «почва»?
Высохшее соленое озеро Салар де Уюни, Боливия Северо-Восточная Земля, Россия Долина Смерти, Калифорния, США Марс
«Анализ условий обитания животных в почве дает возможность раскрыть исключительное значение почвы в эволюции животного мира, в процессе освоения суши исходно-водными организмами» (М.С.Гиляров, 1949) Девонский ландшафт
Ученик В.В.Докучаева и Д.И.Менделеева более 20 лет преподавал в Московском университете Вернадский называл почву «биокосной системой», в основе функционирования которой лежат биохимические процессы. Живую часть почвы (совокупность всех организмов) называл «живым веществом» почвы. Результатом деятельности организмов является создание азотно-кислородной земной атмосферы, изменения гидросферы и литосферы.
Человек, в сущности, совершенно не думает о том, что у него под ногами. Всегда мчится... И самое большее – взглянет, как прекрасны облака у него над головой....И ни разу не поглядит себе под ноги, не похвалит: как прекрасна почва! Писатель Карел Чапек Именно благодаря деятельности микроорганизмов смогла возникнуть на суше основа существования растений, животных и человека – плодородная почва академик М.С.Гиляров
Джон Тербервилл Нидхем 1713-1781 Лаццаро Спалланцани (1729-1799) Франческо Реди 1626-1698
Открыл возможность жизни без кислорода (анаэробиоз) Описал различные типы брожения Окончательно доказал невозможность самозарождения жизни (с помощью «колбы Пастера») Изучение природы многих инфекционных заболеваний растений, животных и человека (виноград и вино, шелковичный червь, бешенство) Сделал первые прививки (от бешенства) Процесс «пастеризации» Колба Пастера
«Благодарное человечество – своему благодетелю!» Правительство Франции выделило место в Пантеоне, однако потомки Пастера получили разрешение захоронить его в Институте, где он жил и работал.
Один из основателей медицинской микробиологии. Выделил около 25 возбудителей важнейших инфекционных болезней (сибирская язва, тубуркулез, холера, брюшной тиф и др. Разработал метод выделения чистых культур на плотных средах Триада Коха (доказательство того, что микроб является возбудителем заболевания): - микроорганизм постоянно встречается в организме больных и отсутствует у здоровых - микроорганизм должен быть изолирован в чистую культуру - при заражении чистой культурой – заболевание и повторное выделение от зараженного
Колонии бактерий на срезе картофеля Агаровые питательные среды Посев Выросшие колонии Агар
1887г. — открыл хемосинтез - автотрофный способ жизни за счет энергии окисления неорганических соединений Создал метод элективных сред, позволивший выделить нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии Изучал анаэробную фиксацию азота, аэробное разложение целлюлозы, превращение гумусовых веществ под действием микроорганизмов
Основоположник так называемой «Голландской школы» микробиологов, отличительной чертой которой был химический уклон в исследовании микроорганизмов – возбудителей различных процессов. Исследования азотфиксации, открыл симбиотические клубеньковые азотфиксирующии бактерии Разработал метод накопительных культур Постулат Бейеринка: «Все есть всюду, но среда отбирает» Мартинус Бейеринк 1851-1931
1867 – 1928 Крупнейший русский микробиолог Автор одного из первых учебников по микробиологии «Основы микробиологии» Выделил бактерии, разлагающие целлюлозу Открыл метанообразующие бактерии Исследования нитрификации и азотфиксации
1867-1942 Основоположник русской школы микробиологов, для которой характерна экологическая направленность изучения деятельности микроорганизмов в природных субстратах Доказал на низших грибах возможность искусственного получения мутаций под действием ионизирующего излучения. Репрессирован. Реабилитирован посмертно
Ученик Г.А.Надсона. Рассматривал жизнь почвенных микроорганизмов в единой системе с высшими растениями. Создал определители бактерий и актиномицетов В 1953 году основал первую в мире кафедру биологии почв в Московском университете.
1. Строение, развитие и экология почвенных микроорганизмов: дрожжей, бактерий, актиномицетов. 2. Разработка принципов систематик и микроорганизмов, создание классификационных систем, описание новых таксонов. 3. Физиологически активные вещества микробного происхождения и их функции в экосистемах, их применение в растениеводств е, антагонизм микробов и антибиотики, микробные токсины. 4. Почва как среда обитания микроорганизмов, роль микроорганизмов в создании почвы и почвенного плодородия; взаимодействие микробных клеток с почвой и корневыми системами растений.
Советский микробиолог, академик АН СССР (1974), Герой Социалистического Труда (1981). Множество трудов по общей микробиологии, сельскохозяйственной микробиологии, биологической фиксации азота, санитарной микробиологии. Установил закономерности географической зональности распространения почвенных микроорганизмов,
Специалист в области энтомологии, биогеоценологии. Разработал методы борьбы с почвенными вредителями. Разработал зоологические методы диагностики почв. Награжден золотой медалью им. И.И.Мечникова (1978) Книга М.С.Гилярова «Почвенная фауна и жизнь почвы» положила начало развитию почвенной зоологии как раздела почвоведения В Московском университете.
Эмилия Адриановна Штина 1910 – 2007 Максимилиан Максимилианович Голлербах 1907 – 1989
Американский микробиолог, удостоенный в 1952 Нобелевской премии за открытие стрептомицина – антибиотика актиномицетного происхождения, который спас жизни многим раненым во время Великой Отечественной Войны Родился в Одесской области, во время первой Мировой войны семья переехала в США. Селман ВАКСМАН 1888 – 1973
Артур Артурович Ячевский 1863—1932 Татьяна Георгиевна Мирчинк 1927-2009
Гельцер Юлий Георгиевич (1932-1997) Простейшие ( Protozoa ) как компонент почвенной биоты Определители почвенных простейших Методы зоодиагностики почв, лаборатория биодиагностики почв
Заведующий кафедрой биологии почв с 1973 по 2009 гг. Основные направления: Адгезия микробных клеток на твердых поверхностях почвенных частиц. Специфика почвы как среды обитания микроорганизмов. Участие почвенных микроорганизмов в многочисленных биогеоценотических функциях почв. Сформулировал основные принципы и концепции строения и функционирования комплекса почвенных микроорганизмов
Микробное разнообразие в почвах и биогеоценозах в целом. Новые микроорганизмы с необычными и полезными свойствами – продуценты антибиотиков, витаминов, ферментов, гормонов. Роль почвенных микроорганизмов в поддержании гомеостаза в биосфере, чистоты почвы, атмосферы и грунтовых вод Роль микроорганизмов в круговороте биофильных элементов в природе, превращении азота, углерода и других элементов в почве. Взаимодействие микроорганизмов с растениями и животными. Проблемы экологии почвенных организмов (от математического моделирования до молекулярной и генетической экологии). Биохимическую и ферментативную активность почв Вопросы использования почвенных микроорганизмов в биотехнологии, процессах повышения почвенного плодородия и ремедиации почв.
Методы микроскопирования Обычная световая микроскопия Люминисцентная микроскопия Сканирующий электронный микроскоп Просвечивающий электронный микроскоп
Количество клеток
RPM Образец почвы Стерильная вода Десорбирование Посев суспензии на питательную среду Инкубация Выделение чистых культур Подсчет колоний Суспензия Приготовление разведений Вортекс Ультразвуковой дезинтегратор
Естественные Мясо-пептонный бульон Пивное сусло Овощные отвары Сенной настой Синтетические Среда Эшби Среда Чапека Крахмало-аммиачная Пример синтетической среды (среда Чапека) Сахароза – 30 г NaNO 3 – 3 г KH 2 PO 4 – 1 г MgSO 4 × 7H 2 О – 0,5 г KCl – 0,5 г FeSO 4 × 7H 2 O – 0,01 г Агар-агар – 15 г
Природный образец Отделение микробных клеток Центрифугирование Фильтрование Разрушение клеточных стенок (лизоцим) Амплификация генов 16 S рРНК Градиентный гель-электрофорез Градиент температуры ( TGGE) или концентрации денатурирующего вещества (DGGE) Гелевая пластинка Амплификатор Камера для электрофореза
Амплификаторы
Клетки в исходном образце Фиксация Фиксированный препарат Олигонуклеотидные последовательности, связанные с флуоресцирующей молекулой Фиксированные клетки Рибосомы Рибосомальная РНК Комплементарная олигонуклеотидная последовательность Флюоресцирующая молекула Результат: окрашены только клетки с комплементарными последовательностями рРНК, они светятся в люминисцентном микроскопе
Отбор проб Приготовление суспензии Раскапывание планшетов Инкубация Анализ данных Регистрация Основан на определении способности микробного сообщества к утилизации различных источников углерода. В каждую лунку планшета вносится определенный источник углерода, исследуемая суспензия микроорганизмов и индикатор. После инкубации степень окраски лунки зависит от активности потребления субстрата.
6,9% 93,1% 78,7% 63,6% 21,3% 36,4% Численность
Blue = 28 Si - Green = 12 C 14 N - (represents organic matter) Red = 15 / 14 N ratio images (distribution of 15 N enriched P. fluorescens ) Herrmann et al 2007 Rapid Comm Mass Spec 21, 29-34 Recent advances : Mapping location of active bacteria How micro-organisms are distributed in the soil?
