VIDES MIKROBIOLO Ģ IJA III daļa ŪDENS MIKROBIOLOĢIJA

1. VIDES MIKROBIOLOĢIJAIII daļaŪDENS MIKROBIOLOĢIJA Dr. biol., doc. Vizma Nikolajeva LU Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra

2. Mikroorganismu biotopi ūdenī Planktona vide – brīvi peldoši organismi. Nogulsnes (dūņas). Mikroorganismu sakopojumi (pārslas, gļotas). Bioplēves jeb biofilmas.

3. Planktons (brīvi peldoši organismi): 1) fitoplanktons – fotosintezējošie organismi (aļģes, ciānbaktērijas u.c. fototrofas baktērijas), 2) bakterioplanktons – heterotrofās baktērijas, 3) zooplanktons.Bentoss (ūdenstilpes dibenā dzīvojošie organismi)Fitoplanktons – primārais producents.Mikroorganismu biomasa – sekundārā produkcija.

4. 1 g dūņu satur: 105-106 sulfātreducētāju (rada H2S) baktēriju 104-105 sēra baktēriju 103 nitrificējošo baktēriju 10-102 celulozes noārdītāju baktēriju H2 un CH4 oksidētājas baktērijas Ūdenī līdz 97 % bezsporu baktēriju, dūņās pārsvarā sporu veidotājas baktērijas.

5. Vides faktori Temperatūras režīms pH Redokspotenciāls Aerācijas pakāpe Hidrostatiskais spiediens Gaisma Ūdens kustība Sāļu sastāvs

6. Ūdens biotopi Atmosfēras (nokrišņu) ūdens: lietus, sniegs, krusa, ledus. Virszemes ūdeņi (kontinentālās ūdenstilpes): dabīgie – ezeri, upes, purvi, mākslīgie – HES ūdenskrātuves, dīķi, kanāli. Okeāni un jūras (sāļais ūdens). Pazemes ūdeņi: avoti, minerālūdeņi, gruntsūdeņi, artēziskie ūdeņi.

7. Barības vielu spirālveida kustība upē

8. Saldūdenī vidēji 0,5 ‰. Latvijas ezeros parasti 100-250 mg/l (0,10-0,25 ‰), purvu ezeros – vēl mazāk. Jūras ūdenī vidēji 35 ‰ (t.i., 35 g/l). Baltijas jūrā apmēram 5 ‰ (0,5 %). Iesāļš ūdens upju grīvās: 10 - 32 ‰. Promile (‰) – izšķīdušo neorganisko vielu masa g/kg jūras ūdens pēc tam, kad viss Br¯ un J¯ aizvietots ar ekvivalentu Cl¯ daudzumu un viss HCO3¯ un CO32¯ pārvērsts par oksīdu.

9. Ezeru zonas

10. Ezeru iedalījums pēc piesārņotības (barības vielu daudzuma, g/l)

11. Fotosintezējošo pigmentu absorbcijas spektri

12. Neistons

13. Neistons

14. Mikroorganismu fizioloģiskās grupas Amonifikatori Denitrifikatori Nitrifikatori Slāpekļa saistītāji Sēra baktērijas Sulfātreducētāji Dzelzs baktērijas Ogļhidrātu noārdītāji Ogļūdeņražu noārdītāji Ūdens slānī oligokarbofilas baktērijas: Pseudomonas, Micrococcus, Spirillum, Cladothrix, Sphaerotilus u.c. Oligotrofās un eitrofās tilpēs: Bacillus, mikobaktērijas. Tipiskas sēnes: Mucor, Fusarium.

15. Dūņu virsējā slānī: pavedienveida S un Fe baktērijas, metāna un ūdeņraža oksidētāji; ap 75 % sporu veidotāju baktēriju. Dūņās: anaeroba celulozes, pektīna, olbaltumvielu noārdīšana, metāna veidošana, anaeroba slāpekļa saistīšana.

16. Anaerobās barības ķēdes posmi CH4 CO2 H2, CO2 Acetāts Metanogēnās baktērijas BIOMASA Polisaharīdi Olbaltumvielas Tauki Fermen- tējošās baktērijas Propionāts Butirāts Sukcināts Spirti H2,CO2 Acetāts Acetogēnās baktērijas

17. 1999. g. atklāts pagaidām lielākais pazīstamais prokariots, diametrs ~750 mm Sulfīdus oksidējošaThiomargarita namibiensis no Rietumāfrikas ezeru dūņām

18. Mērenās klimata joslas ezeru stratifikācijavasaras – ziemas periodos Ūdens pilnīgas sajaukšanās jeb konvekcijas periods – periods, kad visos ezera dziļumos ir vienāda temperatūra. Tas ir pavasarī un rudenī.

19. Baktēriju vertikālais sadalījums ezeros Anoksigēni fototrofās baktērijas attīstās zem temperatūras robežšķirtnes, oksigēni fototrofās – virs temperatūras robežšķirtnes.

20. Mikroorganismu vertikālais sadalījums ezeros Oligotrofs ezers Eitrofs ezers

21. Sēru oksidējošo hemolitotrofo baktēriju Beggiatoa spp. kultivēšana GRADIENTA ORGANISMI

22. Toksīnu grupa Svarīgākie producenti Iedarbība Nosaukums Struktūra Saksitoksīni Tricikliskas molekulas Anabaena, Aphanizomenon, Cylindrospermopsis, Oscillatoria Neirotoksīni Anatoksīni Alkaloīdi Anabaena, Oscillatoria, Aphanizomenon Neirotoksīni Mikrocistīni Cikliski heptapeptīdi Microcystis Hepatotoksīni Nodularīni Cikliski heptapeptīdi Lyngbia, Schizothrix, Oscillatoria Hepatotoksīni Cilindrosper-mopsīni Cikliski alkaloīdi Cylindrospermopsis, Aphanizomenon, Umezakia Hepatotoksīni Ciānbaktēriju sintezētie toksīni

23. Purvi • Īpatnības: • Liels skābums • Zema mineralizācijas pakāpe (nav tieša kontakta ar grunti) • Piesātinājums ar metānu Metānu jeb purvu gāzi veido metānveidotājas baktērijas, galvenokārt saraudzējot etiķskābi. Etiķskābe (acetāts) rodas celulozes noārdīšanas procesā. Metāns (CH4) un sērūdeņradis (H2S) vairumam organismu ir toksiski.

24. Temperatūra, skābekļa un metāna koncentrācija purvā (Aquat. Sci., 2003, 65, 36-46)

25. Baktēriju kopskaits un metanogēno baktēriju daudzums purvā (Aquat. Sci., 2003, 65, 36-46)

26. Jūras un okeāni • Īpatnības: • sāļums • zemas temperatūras • augsts hidrostatiskais spiediens • maza organisko vielu koncentrācija Atklātos rajonos baktērijas 103-105 / ml. Dziļumā baktērijas 10-102 / ml.

27. Biogēnie elementi jūras ūdenī Primārās produkcijas daudzumu nosaka biogēnie elementi, galvenokārt N un P sāļi.

28. Barības vielu vertikālais sadalījums okeānā

29. Biotopi jūras ūdenī Neistons Pelāģiskā zona - planktona organismi; iedala: epipelāģiskā (iespīd gaisma) mezopelāģiskā batipelāģiskā abisopelāģiskā bentopelāģiskā (pie pamata) Epibiotiskā zona – uz dažādām virsmām Endobiotiskā zona – iekšā dažādos organismos

30. Līdz 1999. g. zināmais lielākaisprokariots, 80 x 610 mm. Epulopisciumfishelsoni. Izdalīts 1985. gadā no jūras zivju zarnām.

31. Aprakstīti 1977. gadā Dziļūdens “melnie skursteņi” 104-106 baktērijas/ml, visvairāk 1 m attālumā no krātera atveres Metāna oksidēšana anaerobos apstākļos sulfātreducētāji + metanotrofie arheji CH4+SO42-→HCO3-+HS-+H2O

32. Hidrostatiskais spiediens

33. Primāro produktivitāti nodrošinošo prokariotu grupasdziļūdens “melno skursteņu” rajonos

34. Velteniskie tārpi Riftia pachytilaar hemolitotrofām baktērijām – endosimbiontiem

35. Hemolitotrofās sēra oksidētājas baktērijas (diametrs 3-5 m) tārpu trofosomas audos.

36. Mikroorganismu pārslas karstā avotā Fosilās pārslas – stromatolīti (vecākie – 3,5 miljr. gadu veci).

37. Pārslas

38. Kriosfēra – biosfēras daļa • >70 % saldūdens – ledus. • ~20 % augsnes ekosistēmas – • mūžīgais sasalums. • Ledus – prokariotu slēptuve • leduslaikmetos? • Starp ledus kristāliem ir šauras spraugas ar šķidru ūdeni un • sakoncentrētām vielām – mikrovide mikroorganismiem. • Dominē Crenarchaeta – arhebaktērijas. • Polārais ledus – modelis dzīvībai uz Marsa?

39. Pazemes ūdeņi un to horizonti • Pazemes ūdeņi – Zemes hidrosfēras daļa, kas piedalās kopējā ūdens aprites ciklā. • Gruntsūdeņi– pazemes ūdeņu augšējais slānis virs pirmā ūdeni aizturošā iežu horizonta, atrodas tuvāk zemes virskārtai. • Artēziskie jeb spiedienūdeņi – ūdeņi, kas veidojas starp diviem ūdeni aizturošiem iežu horizontiem, atrodas dziļāk nekā gruntsūdeņi.

40. Mikroorganismi nepiesārņotos pazemes ūdeņos Artēziskie spiedienūdeņi • Dabiskā kvalitāte: • praktiski mikrobioloģiski tīri līdz sterili; • baktēriju sastopamība nejauša (ūdensgūtnē 0-4 kvv/ 100 ml; dati par Latviju) • Mikrobioloģiskā piesārņojuma potenciālā riska faktori: • spēcīgi punktveida piesārņojuma avoti (ķīmiskās un jauktu atkritumu izgāztuves); • sulfātu joni – sulfātreducējošās baktērijas – sērūdeņradis

41. Mikroorganismi gruntsūdeņos • Heterotrofie mikroorganismi sastopami reti un to skaits mazs (daži); • Augsnes hemolitotrofās baktērijas (dažas), atkarībā no oglekļa un enerģijas avota (CO2, organiskās skābes, sulfāti, amonija joni, dzelzs, magnijs, ūdeņraža joni); Nitrobacteriaceae, Thiobacillus, Methanobacterium, Desulfovibrio, Sphaerotilus, Leptothrix, Gallionella, Hydrogenomonas; • Micēlijsēnes – nav zināmi piemēri; • Vienšūņi – praktiski visi atfiltrējas, nenokļūstot līdz pazemes ūdeņu horizontiem; • Tehnogēno organisko savienojumu (fenols, benzols, toluols) mikrobioloģiskā degradācija.

42. Indikatororganismu un patogēno baktēriju dzīvotspējas saglabāšanās augsnē un pazemes ūdenī

43. Avoti: dominē fotosintezējošās baktērijas un aļģes, 102-108 / ml; heterotrofi 10-106 / ml. Minerālūdens: nitrificētājas baktērijas rada HNO2 un HNO3; sulfātreducētāji veic desulfatāciju – H2S veidošanu. H2S tuvumā – S oksidētājas baktērijas, H2SO4 un sēra nogulsnes (piem., CaSO4); Fe baktērijas (gļotainos sakopojumos). Ultratīrā ūdenī – Caulobacter spp., Pseudomonas fluorescens. Zušu sēravots

44. Latvijas sēravoti Linde E., Kalēja E. Ķemeru un Baldones sērūdeņu mikroflora un tās bioloģiskās īpašības. LPSR ZA izdevniecība, Rīga, 1960., 83 lpp. • Sulfātu-hidrokarbonātu ūdeņi. • Aukstie minerālavoti (<20 °C); Baldonē vid. 7,1 °C. • Samērā zema H2S koncentrācija: - Ķemeros 18-26 mg/l; - Baldonē 5-10 mg/l.

45. Dzeramā ūdens kvalitāte Krāna ūdens kontaminanti: • Sāļi • Organiskās vielas • Daļiņas / koloīdi • Mikroorganismi • Izšķīdušas gāzes (O2, N2, CO2)

46. Dzeramā ūdens kvalitāte Escherichia coli – zarnu nūjiņa IndikatororganismiKoliformas jebzarnu nūjiņas grupas baktērijas Ģintis: Escherichia Enterobacter Klebsiella Citrobacter Īpašības: Gramnegatīvas Neveido endosporas Nūjiņas Fakultatīvi anaerobas Fermentē laktozi Veido skābi un gāzi 48 h 35 C

47. Fekālās koliformas Inkubē 44,5  0,2 vai 45,0  0,2 oC 24 h selektīvā buljonā ar laktozi. Veidojas skābe un gāze. Escherichia, Klebsiella spp. Titrs – vismazākais produkta daudzums (tilpums, masa), kurā atklāti mikroorganismi. Indekss – mikroorganismu daudzums produkta tilpuma (vai masas) vienībā.

48. Enterococcus faecalis Enterococcus faecium Q grupas streptokoki Streptococcus bovis Streptococcus equinus Streptococcus mitis Streptococcus salivarius Fekālie streptokoki enterokoki D grupas streptokoki viridans Fekālie enterokoki (streptokoki) – Lancefielda D grupas streptokoki

49. Fekālo koliformu (FC) un fekālo streptokoku (FS) daudzuma attiecība

50. Ideāla indikatororganisma kritēriji 1. Organismam jābūt piemērotam visiem ūdens tipiem. 2. Organismam jābūt atrodamam tad, ja ir enteropatogēni. 3. Organismam jāizdzīvo ilgāk nekā visizturīgākajam enteropatogēnam. 4. Organisms nedrīkst vairoties ūdenī. 5. Analītiskai metodei jābūt vienkāršai. 6. Organisma koncentrācijai jābūt tiešā saistībā ar fekālā piesārņojuma pakāpi. 7. Organismam jābūt siltasiņu dzīvnieku zarnu mikrofloras sastāvā.