Kapittel 14 - Mikrobiell økologi Flashcards
Økologi?
studiet av organismer i sine naturlige omgivelser (inkluderer kjemiske, fysiske og biologiske faktorer)
Mikrobielle habitater, mikromiljø
Hva kan sies om veksthastigheten i naturen
Mikroorganismer lever i ulike habitat på grunn av sine spesifikke egenskaper:
- Evne til å utnytte ulike næring, C- og energikilder
- Evne til å vokse under ulike fysiske betingelser
- pH, temp, vannaktivitet, oksygen+++
Vanligvis er veksthastigheten mye lavere i naturlige systemer enn under ideelle laboratoriebetingelser.
Årsaker:
1) Lite næring
2) Ikke-homogen distribusjon av næringen
3) Sterk konkurranse fra andre organismer
Dette betyr at bare de best tilpassede overlever
Hvordan kan vi studere/karakterisere mikroorganismene?
sto ikke som viktig på oppsummerings PP
Kultur-avhenig:
Problem; >99% kan ikke dyrkes i renkultur
Anrike mikroorganismer på selektivt vekstmedium
NB anrikningskultur inneholder mange ulike organismer
Selektere for organismer med spesielle krav C-kilde, giftstoffer, pH, anarobt/aerobt(hva er målet?)
Høykolbe, Winogradsky-kolonne
Kultur-uavhengige metoder
Mikroskopering (i kombinasjon med fargemetoder)(lite egnet)
Molekylære teknikker
Isolere total DNA se på fylogenetisk klassifisering ved hjelp av 16S, 23S eller 18S rRNA
En måte å studere mangfoldet/slektskap siden de færreste bakterier lar seg dyrke!
Metagenomikk(transkriptomikk), sekvensere alt DNA eller RNA man finner i en prøve
Kan lete etter spesifikke gener
Lete etter “felles” gener(enzymer)→kan si noe om hva som er viktige egenskaper i det undersøkte miljøet
Analysere/sekvensere mRNA viser hvilke gener som er “slått på”(transkriptert) under de rådende forhold
Metaproteomikk
Identifisere hvilke proteiner som faktisk finnes i prøven/habitatet
Teknisk vanskelig → tidkrevende
Benyttet oftest på små enkle miljø
Måling av mikrobiell aktivitet i naturen
Mikrosensorer, små elektroder som kan måle aktivitet i jord, biofilm
pH, H2, O2, CO2, NO2–, NO–, N2O og H2S
Gir et bilde av aktiviteten i en prøve/habitat
Radioistoper, måle isotopsammensetting
Den relative mengden isotoper forandres når de metaboliseres
Biogeokjemisk syklus
Biogeokjemisk syklus - Syklisk omsetningsvei for et uorganisk stoff (grunnstoff) gjennom et økosystem
Beskriv karbonsyklusen
bygd på en balanse mellom fotosyntese og respirasjon
Forandring i CO2 konsentrasjonen i atmosfæren kan påvirke klimaet
Metan(CH4) sterkere drivhusgass enn CO2
Største karbonlageret er i sedimenter og i stein, men dette er lite tilgjengelig for organismer
Tilgjenglig karbon tilstede som CH4, CO, CO2 og organisk materiale
Viktigste karbonkilde for heterotrofe org. er landplantene, alger og dødt organisk materiale i jorda.
Viktigste kilde til CO2 til atm. er mikrobiell nedbryting av organisk materiale
fotosyntese→høy turnover av CO2
Svært ulik ”turnover tid” for ulike karbon forbindelser i jord, varierer fra timer til hundrevis av år
Beskriv nitrogensyklusen
- De fleste bakterier/alle eukaryoter trenger bundet N
- Ammonium(NH3/NH4+)
- Nitrat(NO3-)
- Organisk
Ingen eukaryote, men noen få prokaryote org. kan fiksere Nitrogen
Ammonifikasjon
- Mineralisering av proteiner –> ammonium(NH3/NH4+)
- Anarobe/aerobe mikroorg.
Nitrifikasjon (aerob prosess) - omdanner ammonium til nitrat
- NH4 (+) ---> NO2 (-) (Nitritt)
Nitrosomonas
- NO2 (-) ---> NO3 (-) (Nitrat)
Nitrobacter
Denitrifikasjon (omdanner nitrat til nitrogengass)
NO3 (-) —> NO2 (-) —> N2O —> N2
Nitrat Nitritt lystgass nitrogengass
Nitrogenfiksering (omdanner N2-gass til ammonium)
- N2 ---> NH4 (+) - Energikrevende! 16ATP per N2-molekyl
Ammonifikasjon
Ammonifikasjon
- Mineralisering av proteiner –> ammonium(NH3/NH4+)
- Anarobe/aerobe mikroorg.
- Nøytral eller sur pH, NH4+
- Stabil under anarobe forhold
Basiske forhold NH3(gass)
Ammonium er den ene av to nitrogenholdige ioner, som kan opptas (assimilasjon) i plantene som gjødsel. Den andre er nitrat(NO3-)
Nitrifisering
Nitrifisering - omdanner ammonium til nitrat (aerobt)
- (tas lett opp av planter, men vaskes lett ut av jorda)
- NH4 (+) —> NO2 (-) (Nitritt)
Nitrosomonas
- NO2 (-) —> NO3 (-) (Nitrat)
Nitrobacter
Gjødsel gis ofte som NH4+, hvorfor?
Denitrifisering
Denitrifikasjon
NO3 (-) —> NO2 (-) —> N2O —> N2
Nitrat Nitritt lystgass nitrogengass
- Anaerob prosess-nitrat er elektron akseptor(redusert)
- Lystgass er en drivhusgass.
~300x sterkere enn CO2 - Nitrat fjernes som N-kilde
- Denitrifikasjon ikke ønskelig i landbruket
- Ønskelig i renseanlegg
Anammox reaksjon;
NH4 (+) + NO2 (-) —> N2 + 2(H2O)
- Denne reaksjonen foregår i det anaerobe sjiktet
like under det aerobe i havene.
- Utnyttes også i noen moderne renseanlegg.
- Utføres av Planctomyceter som har egne
anammoxosomerer
Nitrogenfiksering
To grupper bakterier har N-fiksering
- Frittlevende (cyanobakterier, clostridium)
- Symbiotiske med planter (rhizobium)
Nitrogenase; ansvarlig for fikseringen
- Består av et kompleks av to enzymer
MEN to store utfordringer N-fiksering:
- Enzymet er veldig sensitiv for oksygen
- Energikrevende - (N2 —> 2NH4) krever 16 ATP
Symbiotisk nitrogenfikserende
2) Symbiotisk nitrogenfikserende
Slekten Rhizobium lever i symbiose med belgvekster
Kan også leve fritt, lite nitrogenfiksering pga lite energi
1) Planten sender ut flavenoiderkjemo-taksis
2) Rhizobium binder seg til rothårene
3) Flavenoider slår på opp mot 30 Nod gener —> Nod faktorer
4) Nod faktor —> rothår krøller seg rundt bakterien og dannes en infeksjonstråd
5) Bakterien beveger seg inn i rota gjennom infeksjonstråden
6) Bakteriene og rotcellene deler seg raskt og det oppstår en rotknoll
7) Bakteriene i rotknollen kalles bakteroider(annen form enn frittlevende bakterier)
8) Nitrogenfiksering starter
Eksempler
- Slekten Rhizobium på belgvekster
- Frankia på Or
- Cyanobakterien Anabena azolla i symbiose med bregnen Azola i rismarker
Frittlevende nitrogenfikserende
1) Frittlevende
- Både aerobe og anarobe bakterier har nitrogenase
og driver nitrogenfiksering
Eksempler: bakterier – metode
- Azotobacter – rask respirasjon/slimlag
- Forbruker oksygen før det trenger inn i cellen
- Clostridium – obligate anarobe
- Azospirillum – rhizofæren til røtter
- Cyanobakterier – heterocyster
Fosforsyklusen
PO43-
Viktig i ATP, DNA, RNA
Ofte begrensende faktor
Fosfor mangel
Mychoriza
- Sopp som lever i mutalistisk samliv med planterøtter
- Ektomycorrhiza
- Endomycorrhiza
- Gir plantene utvidet rotnettverk-
- Plantene får fosfor
Rensing av kloakk
- Drepe patogene organismer
- Fjerne toksiske forbindelser
- Redusere organiske og uorganiske forbindelser slik
at restvannet ikke stimuler til mikrobiell vekst - Eutrofiering, spesielt pga. fosfor, nitrogen
- Rense effektivitet uttrykkes i BOD
Hva er BOD? (i rensesammenheng)
BOD er et mål for hvor mye biologisk nedbrytbart materiale det er i vannet (og derved et mål for hvor rent vannet er)
- Høyt innhold av org. materiale --> høyere BOD - bestemmes av hvor mye oksygen som forbrukes av mikroorganismene for å ”metabolisere” biologiske materialet
