Wyróżniona praca w formacie pdf

Streszczenie
Celem mojej pracy było badanie obecności bakterii w próbkach gleb, pobranych ze
stanowisk reprezentujących różne ekosystemy glebowe, określenie ich przynależności
systematycznej oraz stwierdzenie aktywności enzymatycznej w reakcjach rozkładu różnego
typu substancji organicznych. Do oznaczania mikroorganizmów wykorzystałam
zróżnicowane pod względem składu podłoża, co umożliwiło mi obserwację efektów rozkładu
związków pokarmowych, z których składa się świeża materia organiczna. Przy doborze
stanowisk, z których pobrałam próbki gleby kierowałam się jej składem i właściwościami
chemicznymi.
Próbki gleby, przeznaczone do badań, pobrano z trzech stanowisk, znajdujących się
na terenie powiatu puckiego. Analiza laboratoryjna została przeprowadzona w sierpniu 2010
na Wydziale Chemii Politechniki Gdańskiej w Katedrze Leków i Biochemii.
Przeprowadzone przeze mnie obserwacje wykazały, że:



w glebach pobranych ze wszystkich stanowisk występują bakterie amylolityczne
obecność bakterii amonifikacyjnych wykryto jedynie w próbce gleby, pochodzącej
z nad strefy brzegowej morza
w glebie żadnego z badanych stanowisk nie wykryto obecności bakterii asymilujących
azot
Wstęp
Gleba jest powierzchniową warstwą litosfery, będąca naturalnym środowiskiem życia
mikroorganizmów takich jak wirusy, bakterie, grzyby i glony. Za jej „twórców” uznaje się
bakterie chemoautotroficzne, a w szczególności nitryfikatory. Mikroorganizmy te wytwarzają,
w trakcie chemosyntezy silne kwasy, które przekształcają i rozkładają skałę macierzystą
oraz związki organiczne, wzbogacając powstającą glebę.
Obecne w glebie drobnoustroje przetwarzają materię
organiczną, tworząc biomasę własnych komórek
oraz nagromadzają substraty niezbędne do uzupełniania
zasobów próchnicy. Mikroorganizmy glebowe cechują
się zróżnicowanymi właściwościami biochemicznymi,
które czynią je niezbędnymi ogniwami obiegów wielu
pierwiastków w przyrodzie, w tym przede wszystkim
węgla i azotu. Jak wykazało przeprowadzone przeze
mnie doświadczenie, bakterie, tworzące mikroflorę gleby
wykazują
różne
właściwości
enzymatyczne.
Zdolne
są
one
do
wytwarzania
enzymów
zewnątrzkomórkowych, trawiących skrobię amylaz
i proteaz hydrolizujących białka oraz enzymów,
rozkładających lipidy.
Zdjęcie 1. Podłoże agarowe z dodatkiem
skrobi na którym wykrywano obecność
bakterii amylolitycznych w glebie
ze stanowiska 3.
Materiały i metody
Rozmieszczenie stanowisk, z których pobrano glebę.
1. Rewa- strefa brzegowa morzawydma biała
2. Kazimierz-las, 2-3 metry od skraju
lasu
3. Kazimierz- pole uprawne
Próbki gleb zostały pobrane w sierpniu 2010
roku z trzech stanowisk, znajdujących się
w powiecie puckim. Przy ich doborze kierowano
się jak największą różnorodnością cech
fizyko-chemicznych gleb.
Przebieg doświadczenia
W celu zbadania aktywności enzymatycznej
doświadczenie, które ilustruje następujący schemat:
mikroflory
gleby
przeprowadzono
Przebieg doświadczenia
1. Próbkę ziemi z każdego ze
stanowisk umieszczono w jałowej
kolbce i rozcieńczono solą
fizjologiczną. Następnie kolbkę
wytrząsano przez 5 minut.
2.Przygotowanymi wcześniej podłożami
(agarowym z dodatkiem skrobi, agarowym z
dodatkiem tłuszczu oraz Fraziera z żelatyną)
zalano płytki Petriego. Do jednej z
przygotowanych probówek dodano 5 ml
pożywki z mannitolem, do drugiej tyle samo
1% wody peptonowej.
3. Z kolbki pobrano
200µl sklarowanej cieczy
nadosadowej i naniesiono
ją kolejno na trzy płytki
Petriego zalane wcześniej
podłożami i do dwóch
probówek z pożywkami.
Po dodaniu do szalek Petriego oraz probówek podłoży inkubowano je przez 24 godziny
w temperaturze 26-30ºC. Po okresie inkubacji powierzchnie płytek zalano:
1. płynem Lugola,
2. 20% roztworem siarczanu miedzi(II),
3. nasyconym roztworem siarczanu amonowego.
Procedury przedstawione na powyższym schemacie wykonano dla próbek gleb, pobranych
ze wszystkich badanych stanowisk.
Wyniki
S trefy zabarwienia/
5
zmętnienia
4
B akterie
amylolitycz ne
3
B akterie
proteolitycz ne
duże
średnie
B akterie lipolitycz ne
2
małe
B akterie
amonifikacyjne
1
śladowa ilość
B akterie wiąż ące az ot
0
S tanowisko 1
Wykres 1. Flora bakteryjna stanowiska 1.
S trefy zabarwienia/
zmętnienia
4
duże
B akterie
amylolitycz ne
3
B akterie
proteolitycz ne
średnie
2
B akterie lipolitycz ne
małe
śladowa
ilość
1
B akterie
amonifikacyjne
0
B akterie wiąż ące az ot
S tanowisko 2
Wykres 2. Flora bakteryjna stanowiska 2.
S trefy z abarw ienia/
z mętnienia
5
B akterie amylolityc z ne
4
duże
B akterie proteolityc z ne
3
średnie
B akterie lipolityc z ne
2
małe
B akterie
amonifikac yjne
1
śladowa
ilość
B akterie wiąż ąc e az ot
0
S tanowis ko 3
Wykres 3. Flora bakteryjna stanowiska 3.
Charakterystyka stanowisk:
Stanowisko 1- gleba pobrana ze strefy brzegowej morza, inicjalna luźna eoliczna,
charakteryzuje się bardzo słabo wykształconym poziomem próchnicznym, małą żyznością,
kwaśnym
odczynem
(pH
3-4),
jest
przeważnie
bardzo
sucha.
Stanowisko 2–gleba pobrana 2-3 metry od skraju lasu, gleba bielicowa, uboga w składniki
pokarmowe, charakteryzuje się kwaśnym odczynem(pH 4,5-5) oraz niekorzystnymi
warunkami wodnymi. Jej kwasowość dodatkowo wzrasta wraz ze wzrostem domieszki
piasku.
Stanowisko 3- gleba pobrana z pola uprawnego, gleba płowa. Naturalnie cechuje się
odczynem kwasowym; jednak, kiedy wykorzystuje się ją w rolnictwie, podlega ona
wapnowaniu, po którym odczyn staje się obojętny lub lekko zasadowy(pH 7-8).
Rodzaj
poszukiwanych
bakterii
Stanowisko
Rodzaj podłoża
Agarowe z
dodatkiem
skrobi
Agarowe z
Lipolityczne
tłuszczem
Fraziera z
Proteolityczne
żelatyną
1% woda
Amonifikacyjne
peptonowa
Płynne z
Asymilujące azot
mannitolem
Amylolityczne
1
2
3
dużo
średnio
dużo
średnio
mało
brak
śladowa ilość
mało
średnio
brak
śladowa ilość
mało
brak
brak
brak
Tabela1. Obecność bakterii w glebie poszczególnych stanowisk.
Obecność bakterii amylolitycznych stwierdzano na podstawie powstania stref przejaśnienia,
które wystąpiły w próbkach gleb, pobranych ze wszystkich trzech stanowisk. W materiale
ze stanowiska 2. odbarwienie było tylko częściowe, natomiast w próbkach pobranych
ze stanowisk 1. i 3., strefa przejaśnienia objęła powierzchnię całej szalki.
Występowanie w glebie bakterii lipolitycznych stwierdzano na podstawie występowania
miejscowego zielonego zabarwienia. Pojawiło się ono w próbkach gleb, zebranych
ze
stanowisk
1.
i
2.;
jednak
na
płytce
1.
było
go
więcej.
Obecność bakterii proteolitycznych również określano według występowania stref
przejaśnienia. Obszary takie zaobserwowano na próbkach gleb wszystkich stanowisk.
Najwięcej było ich w masie, pobranej ze stanowiska 3., a najmniej ze stanowiska 1.
O występowaniu bakterii amonifikacyjnych w probówkach z 1% wodą peptonową świadczyło
zaobserwowane zmętnienie roztworu oraz obecność kożucha lub osadu. Zmętnienie wystąpiło
w probówkach, w których badano glebę ze stanowisk 2. i 3., jednak było ono niewielkie.
Występowanie bakterii asymilujących azot stwierdza się na podstawie pojawienia się
na powierzchni pożywki grubej śluzowatej błonki, która jednak nie wystąpiła w żadnej
z próbce, badanych gleb.
Dyskusja
Każdy typ gleby, dzięki swoim specyficznym właściwościom fizyko-chemicznym,
ma swoistą mikroflorę, cechującą się specyficznym metabolizmem. Potwierdzeniem tego
stwierdzenia są wyniki przeprowadzonych badań, które wykazały znaczne różnice w składzie
mikroflory badanych gleb, a każda próbka należała do innego typu. Należy pamiętać, że
w glebach zachodzą procesy adaptacji enzymatycznej. Polegają one na przystosowaniu przez
mikroorganizmy układów enzymatycznych do panujących w ich środowisku życia warunków
pokarmowych.
Ze względu na to, iż tłuszcze są związkami najbardziej zredukowanymi, stanowią one
dla bakterii niezwykle bogate źródło energii. Bakterie lipolityczne nie wystąpiły w próbce
gleby pobranej z pola (stanowisko 3), która charakteryzuje się najbardziej zasadowym
odczynem. Fakt ten może wskazywać na to, iż najkorzystniejszym środowiskiem życia dla
tych bakterii jest środowisko o pH oscylującym w granicach 3-4, jakim charakteryzuje się
gleba eoliczna pobrana ze stanowiska 1., a w której stwierdzono największą obecność tych
bakterii. Może być to również świadectwem obecności w glebie zanieczyszczeń, będących
skutkiem działalności gospodarczej człowieka, bowiem ona przyczynia się do rozwoju flory
zymogennej.
Bakterie zdolne do trawienia skrobi wykryto w próbkach wszystkich badanych gleb,
co wskazuje na powszechne występowanie tego związku pokarmowego w glebach,
bez względu na ich żyzność(klasę gleby) czy charakteryzujący je odczyn pH.
Bakterie te są ważne dla funkcjonowania gleby, ponieważ w wyniku ich działalności
enzymatycznej powstaje dwutlenek węgla, który spulchnia glebę oraz jest
asymilowany
przez rośliny w celu wykorzystania go w procesie fotosyntezy.
W literaturze możemy znaleźć informacje, iż w glebach o odczynie kwasowym
mikroorganizmami trawiącymi białka, są głównie grzyby, natomiast w glebach
zasadowych- bakterie. Informację tą potwierdzają wyniki, przeprowadzonych przeze mnie
badań, które wskazują na obecność największej liczby bakterii proteolitycznych w próbce
gleby rolnej o odczynie zasadowym i świadczy o tym obecność stref przejaśnienia.
Zdjęcie 2. Szalka Petriego z podłożem
Fraziera z żelatyną na którym badano
próbkę gleby pobraną ze stanowiska2.
pod kątem obecności bakterii
proteolitycznych.
Zdjęcie 3. Szalka Petriego z podłożem
Fraziera z żelatyną, na której badano
próbkę gleby pobraną ze stanowiska 2.
po okresie inkubacji, widoczne strefy
przejaśnienia świadczące o obecności
poszukiwanych bakterii.
Działalność bakterii amonifikacyjnych jest ściśle związana z działalnością bakterii
proteolitycznych. Proces amonifikacji polega bowiem na uwolnieniu wolnego amoniaku,
który w glebie powstaje na skutek dezaminacji aminokwasów, a one z kolei są produktami
hydrolizy białek, przeprowadzanej przez bakterie proteolityczne. W glebie, gdzie obecność
bakterii proteolitycznych była śladowa (stanowisko 1.), bakterie amonifikacyjne
nie wystąpiły. Zależność współwystępowania tych dwóch rodzajów bakterii możemy
zaobserwować na wykresach 2. i 3., które wskazują na obecność bakterii amonifikacyjnych
w próbkach gleby, zawierających odpowiednio małą i średnią ilość bakterii proteolitycznych.
Bakterii amonifikacyjnych było jednak niewiele, co może być skutkiem dużej ilość cukrów,
obecnych
w
glebie.
W
takim
przypadku
białka
są
dla
bakterii
jedynie
źródłem
azotu,
a
wydzielanie
amoniaku
jest
słabsze.
Bakterie wiążące azot, są to mikroorganizmy, które żyją w symbiozie z roślinami
motylkowymi. W wyniku tego współżycia rośliny, niezdolne do asymilowania azotu
atmosferycznego, otrzymują go w formie związków organicznych bakterii i są w stanie
je przyswoić. Obecności tych bakterii nie stwierdzono w próbce żadnej z badanych gleb,
nawet tej, pobranej z pola, co najprawdopodobniej było spowodowane nawozami azotowymi,
stosowanymi przez rolników. W wyniku nawożenia w glebie znalazły się związki azotowe
w formie dostępnej dla roślin i ich symbioza z bakteriami wiążącymi azot była ograniczona.
Bakterie wytwarzają również enzymy, umożliwiające im trawienie wielu innych związków,
których nie dotyczyła moja praca, np. celulozy czy chityny. Właściwości enzymatyczne
bakterii ważne są dla procesów naturalnych, zachodzących w przyrodzie, oraz produkcji
przemysłowej. Wykorzystywane są one między innymi w przemyśle kosmetycznym,
garbarskim, papierniczym czy medycynie. Obecnie jedynie nieliczne enzymy
wykorzystywane w przemyśle są pochodzenia roślinnego bądź zwierzęcego, a większość
z nich produkowana jest przez drobnoustroje, w tym bakterie. Dzięki ich wykorzystaniu
w przemyśle możliwe jest
przyspieszenie oraz wzrost wydajności produkcji.
Lepsza jest również jakość otrzymywanych produktów. Zastosowanie enzymów bakteryjnych
pozwala także na oszczędności podczas produkcji w skali przemysłowej.
Piśmiennictwo
Bednarek B., Dziadowiec H., Pokojska U., Prusinkiewicz Z. (2004) Badania ekologicznogleboznawcze- PWN, Warszawa
Maszewska Ziemięcka J. (1948) Zarys mikrobiologii gleby- Państwowy Instytut Wydawnictw
Rolniczych, Warszawa
Russel S. (1974) Drobnoustroje a życie gleby- PWN, Warszawa
Praca zbiorowa pod redakcją naukową Dobrzańskiego B., Zawadzkiego S. (1981) GleboznawstwoPaństwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa
Elimer E. (1999) Mikrobiologia techniczna- Wydawnictwo Akademii Ekonomicznej im. Oskara
Langego we Wrocławiu, Wrocław