Post on 15-Jan-2016
description
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
1
Bioloģijas laboratorijas Bioloģijas laboratorijas eksperimenta veidošanas un eksperimenta veidošanas un demonstrēšanas metodikademonstrēšanas metodika..
SadaļaSadaļa:: "Mikrobioloģija un "Mikrobioloģija un
biotehnoloģija".biotehnoloģija".
2012./2013. mācību gada 1. semestris
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
2
Mikroorganismu un to dzīves Mikroorganismu un to dzīves vides daudzveidība.vides daudzveidība.
1. laboratorijas darbs
Eksperimenti ar Eksperimenti ar mmikroorganismu ikroorganismu audzēšanas audzēšanas
apstākļiemapstākļiem..
http://priede.bf.lu.lv/grozs/Mikrobiologijas/Maris/Biol_lab_eksperimenta_veid_un_demonstr_metodika/
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
3
Roberts KohsRoberts Kohs (1843 – 1910)(1843 – 1910)
Vācu zinātnieks,
mikroorganismu pētīšanai
pievērsās 1872. gadā,
Luisa Pastera iedvesmots.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
4
Roberts KohsRoberts Kohs
1881. gadā Kohs sāka pielietot cietās barotnes – šķidrajai barotnei tika pievienots želatīns.
Atdzesējot barotni tā
sacietēja.
Uz cietās barotnes baktērijas
veidoja pauguriem līdzīgas
kolonijas.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
5
Cietā barotneCietā barotne
Katras kolonijas pirmsākums bija viena noteikta baktērija, no kuras bija izaugušas visas pārējās.
10 000 - 1 000 000
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
6
Cietā barotneCietā barotne
Ja paraugā bija dažādu baktēriju maisījums,
- tās varēja atdalīt,
- izvēlēties tālākai audzēšanai vai pētīšanai baktērijas no vienas noteiktas kolonijas,
- radās iespēja baktērijas ērti saskaitīt
(kvv - koloniju veidojošās vienības,
kvv parasti neatspoguļo patieso baktēriju skaitu).
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
7
Cietā barotneCietā barotne
Kā pagatavot?
5% želatīna šķīdums ūdenī.
Kā veidot eksperimenta
salīdzinošos variantus?
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
8
Cietā barotneCietā barotne
Kādi trūkumi varētu būt želatīna barotnei?
Kādēļ mūsdienās mikrobiologi to lieto ļoti reti?
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
9
Cietā barotneCietā barotne
Cik daudz un kā uzsēt?
Vēlams, lai:
- sējmateriāls (baktēriju suspensija) iesūcas barotnē,
- sējmateriālu pirms tam var pagūt izlīdzināt pa visu cietās barotnes virsmu.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
10
Cietā barotneCietā barotne
Cik daudz un kā uzsēt?
Tādēļ:
- sējmateriāla tilpums parasti ~ 100 µl (0,1 ml),
- to pa barotnes virsmu izlīdzina ar sterilu špateli.
Sējmateriālu parasti nākas atšķaidīt.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
11
Mikroorganismu daudzums.Mikroorganismu daudzums.
Aptuvenas aplēses rāda, ka:
- 1 g augsnes ir ap 40 000 000 baktēriju,
- 1 ml saldūdens ir ap 1 000 000 baktēriju.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
12
Sergejs VinogradskisSergejs Vinogradskis ((1856 - 19531856 - 1953))
Krievu (ukraiņu) zinātnieks
- mikrobiologs, ekologs, augsnes
pētnieks.
Aprakstījis pirmos litotrofos un
hemoautotrofos organismus, sēra baktērijas.
Attīstījis vielu dabīgās aprites ciklu teoriju.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
13
Sergejs VinogradskisSergejs Vinogradskis ((1856 - 19531856 - 1953))
Attīstījis vielu dabīgās aprites ciklu teoriju.
http://en.wikipedia.org/wiki/Sergei_Winogradsky
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
14
Vinogradska kolonnaVinogradska kolonna((Winogradsky columnWinogradsky column))
Vinogradska kolonna ir vienkārša sistēma, kurā var vienlaicīgi kultivēt un novērot lielu mikroorganismu daudzveidību.
Šo ierīci veido stikla cilindrs, kurā iepildīti kādas ūdenskrātuves (dīķa, upes, grāvja) gultnes grunts un dūņas, virs kurām uzliets attiecīgās ūdenskrātuves ūdens.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
15
Vinogradska kolonnaVinogradska kolonna((Winogradsky columnWinogradsky column))
Eksperimenta veidošanas gaitā dūņas tiek bagātinātas ar dažādām piedevām mikroorganismu daudzveidības veicināšanai.
Galvenās piedevas ir:
kāds oglekļa avots - celulozi saturoši materiāli: - sasmalcināta avīze,
- salmi, siens, nokaltusi zāle,
- koksnes skaidas,
- graudu milti, graudu pārslas u.c.;
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
16
Vinogradska kolonnaVinogradska kolonna((Winogradsky columnWinogradsky column))
Galvenās piedevas ir:
kāds mazšķīstošs kalcija avots:
- sasmalcinātas olu čaumalas,
- tāfeles krīts, kalcija karbonāts (CaCO3);
kāds sēra avots:
- kalcija sulfāta (ģipša), nātrija sulfāta vai magnija sulfāta veidā (CaSO4, Na2SO4, MgSO4)
- dažkārt izmanto arī ar sēru salīdzinoši bagāto olas dzeltenumu vai pievieno
- sēra pulveri, "sēra ziedus" (S).
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
17
Vinogradska kolonnaVinogradska kolonna((Winogradsky columnWinogradsky column))
Galvenās piedevas ir:
var pievienot arī
- fosfātu un
- nitrātu piedevas,
kas veicina dažādu mikroorganismu augšanu.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
18
Vinogradska kolonnaVinogradska kolonna((Winogradsky columnWinogradsky column))
Ja šādu kolonnu vairākus mēnešus tur saules gaismā, tajā izveidojas:
- skābekļa satura gradients (aerobi/anairobi apstākļi) kā arī
- sulfīdu gradients.
Šo abu faktoru maiņa kolonnas tilpumā nodrošina visai daudzveidīgus vides apstākļus.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
19
Vinogradska kolonnaVinogradska kolonna((Winogradsky columnWinogradsky column))
Līdz ar to visai atšķirīgas mikroorganismu grupas salīdzinoši nelielā telpā var rast sev piemērotus dzīves un vairošanās apstākļus.
Raksturīgākie visai atšķirīgu mikroorganismu grupu pārstāvji:
klostrīdiju, desulfatējošo baktēriju, zaļo sērbaktēriju, purpura sērbaktēriju, purpura nesērbaktēriju, begiotu, ciānbaktēriju un aļģu sugas.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
20
Vinogradska kolonnaVinogradska kolonna((Winogradsky columnWinogradsky column))
http://www.engineeringplanet.rutgers.edu/lamkie.phphttp://mywinogradsky.blogspot.com/2008/11/day-25-these-photos-show-some-of.html
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
21
Vinogradska kolonnaVinogradska kolonna((Winogradsky columnWinogradsky column))
http://en.wikipedia.org/wiki/Winogradsky_column
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
22
Vinogradska kolonnaVinogradska kolonna((Winogradsky columnWinogradsky column))
http://www.hiramgenomicsstore.com/pages/CustomWinogradsky.html
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
23
"Bio-mēslojums""Bio-mēslojums" Biofertilizer
Klasiskā risinājumā - slāpekli saistošo (fiksējošo) mikroorganismu kultūras augsnes mikrofloras bagātināšanai un neorganisko slāpekļa savienojumu apjoma palielināšanai augsnē.
Ciānbaktēriju (zilaļģu) Anabaena sp. slāpekli saistošās heterocistas http://www.ibvf.csic.es/en/RNAbiology/RNAbiology_cyanobacteria
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
24
Slāpekļa fiksācijaSlāpekļa fiksācija
Atmosfērā esošo slāpekli (~ 78%) dabā spēj saistīt vienīgi slāpekli fiksējošie mikroorganismi ( baktērijas).
Tiek lēsts, ka gada laikā uz Zemes baktērijas saista ap 108 tonnas atmosfēras slāpekļa.
Rūpnieciska N2 saistīšana ir energoietilpīgs un salīdzinoši dārgs process.
3 H2 + N2 2 NH3
100 atmosfēras
450 oC
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
25
Slāpekļa fiksācijaSlāpekļa fiksācija
Nozīmīgākās ir gumiņbaltērijas, (piemēram Rhizobium ģints
pārstāves), kuras veido simbiozi ar tauriņziežu dzimtas augiem.
Āboliņa sakņu sistēma ar
gumiņiem
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
26
Slāpekļa fiksācijaSlāpekļa fiksācija
Gumiņbaltērijas (Rhizobium)
Gumiņos dzīvojošās baktērijas no auga saņem organiskās barības vielas (heterotrofija),
augs no baktērijām saņem saistīto atmosfēras slāpekli NH4+
jonu veidā (simbioze).
Ar tauriņziežu kultūrām apsētajās platībās sezonas laikā 1ha platībā tiek saistīti 100 - 300 kg atmosfēras slāpekļa.
Lai šo procesu veicinātu, sējumu augsni mēdz apstrādāt ar Rhizobium kultūrām.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
27
Slāpekļa fiksācijaSlāpekļa fiksācija
Brīvi dzīvojošās baktērijas
N2 spēj fiksēt arī noteiktas augsnē (Azotobacter) un ūdenī dzīvojošas baktērijas, taču efektivitāte nav tik liela kā gumiņbaktēriju gadījumā (3 - 30 kg N /ha), jo augsnē esošie organiskie enerģijas avoti nav tik bagātīgi.
Spēja fiksēt N2 piemīt arī noteiktiem ciānbaktēriju pārstāvjiem (Anabaena), kuras enerģiju gūst no saules gaismas, līdz ar to slāpekļa saistīšana notiek efektīvāk (noteiktās kultūru kombinācijās līdz 60 kg N /ha).
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
28
Slāpekļa fiksācijaSlāpekļa fiksācija
ir anaerobs process.
Anaerobi – elektronu beigu akceptors - kāds cits reducēties spējīgs savienojums, ne skābeklis.
(Aerobi – akceptors - molekulārais skābeklis.)
N + 3e N 0 -3
(4 H+) (NH4+)
+1 -3
Atmosfēras slāpekli saistošie mikroorganismi.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
29
Slāpekļa fiksācijaSlāpekļa fiksācija
Saistītais slāpeklis
- paliek NH4+ jonu veidā vai
- tiek izmantots N saturošo organisko vielu veidošanai (aminoskābes, nukleozīdi u.c.).
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
30
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
31
Minimālās šķidrās barotnesMinimālās šķidrās barotnes
Noteiktu neorganisko sāļu šķīdumi, kuri apgādā kultūru ar makro- un mikro- elementiem.
Minimālās barotnes var bagātināt ar noteiktiem organiskajiem savienojumiem:
- proteīniem, piemēram, kazeīnu,
- ogļhidrātiem, piemēram, glikozi utt.
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
32
Minimālās šķidrās barotnesMinimālās šķidrās barotnes
Makroelementi:
O H C
N P Ca S K Na Cl Mg
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
33
Minimālās šķidrās barotnesMinimālās šķidrās barotnes
Makroelementi:
10x M9 fosfātu (1x NaCl) šķīdums H2O
Na2HPO4x2H2O 7.52 g/100 ml
KH2PO4 3.00 g/100 ml
NaCl 1x (samazināts) 50 mg/100 ml
N P Ca S K Na Cl Mg
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
34
Minimālās šķidrās barotnesMinimālās šķidrās barotnes
Makroelementi:
1M CaCl2
1M MgSO4
N P Ca S K Na Cl Mg
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
35
Minimālās šķidrās barotnesMinimālās šķidrās barotnes
Mikroelementi: Piemēram, 20 000x šķīdums:100 ml H2O
(Na2EDTA) 400 mg
FeSO4 · 7H2O 500 mg
H3BO3 500 mg
MnCl2xH2O 400 mg
ZnSO4 · 7H2O 200 mg
CuSO4· 5H2O 50 mg
NaMoO4·2H2O50 mg
Co(NO3)2x6H2O 50 mg
NiCl2·6H2O 30 mg
SeO2 10 mg
NaWO4·2H2O 10 mg kopā 2200 mg
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
36
Minimālās šķidrās barotnesMinimālās šķidrās barotnes
Gatavā barotne: 100 ml tilpumā:
H2O ~89,6 ml
10x M9 10 ml
1MCaCl2 300 l
1MMgSO4 100 l
20 000x mikroelementi 10 l
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
37
Minimālās barotnesMinimālās barotnes
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
38
Halofīlās arhebaktērijasHalofīlās arhebaktērijas
Ar gaismas palīdzību iegūto jonu gradientu izmanto ATF sintēzei. (fototrofas)
Dzīvo vidē ar
- ļoti lielu (tuvu piesātinājumam)
sāļu koncentrāciju,
- kurā ir pieejami organiskie savienojumi, jo pašas tos nespēj veidot izmantojot CO2 (heterotrofas nevis autotrofas).
12.12.2013. Mikrobioloģijas un biotehnoloģijas katedra Māris Lazdiņš
39
Halofīlās arhebaktērijasHalofīlās arhebaktērijas
Iespējams izdalīt izmantojot lielas sāļu (KCl, NaCl) koncentrācijas, organiskām vielām bagātinātās barotnēs.