20 12 ./20 13 . mācību gada 1 . semestris

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


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/


3

Roberts KohsRoberts Kohs (1843 – 1910)(1843 – 1910)

Vācu zinātnieks,

mikroorganismu pētīšanai

pievērsās 1872. gadā,

Luisa Pastera iedvesmots.


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.


5

Cietā barotneCietā barotne

Katras kolonijas pirmsākums bija viena noteikta baktērija, no kuras bija izaugušas visas pārējās.

10 000 - 1 000 000


6


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).


7


Kā pagatavot?

5% želatīna šķīdums ūdenī.

Kā veidot eksperimenta

salīdzinošos variantus?


8


Kādi trūkumi varētu būt želatīna barotnei?

Kādēļ mūsdienās mikrobiologi to lieto ļoti reti?


9


Cik daudz un kā uzsēt?

Vēlams, lai:

- sējmateriāls (baktēriju suspensija) iesūcas barotnē,

- sējmateriālu pirms tam var pagūt izlīdzināt pa visu cietās barotnes virsmu.


10


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.


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

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.


13

Sergejs VinogradskisSergejs Vinogradskis ((1856 - 19531856 - 1953))

Attīstījis vielu dabīgās aprites ciklu teoriju.

http://en.wikipedia.org/wiki/Sergei_Winogradsky


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.


15


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.;


16



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).


17



var pievienot arī

- fosfātu un

- nitrātu piedevas,

kas veicina dažādu mikroorganismu augšanu.


18


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.


19


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.


20


http://www.engineeringplanet.rutgers.edu/lamkie.phphttp://mywinogradsky.blogspot.com/2008/11/day-25-these-photos-show-some-of.html


21


http://en.wikipedia.org/wiki/Winogradsky_column


22


http://www.hiramgenomicsstore.com/pages/CustomWinogradsky.html


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


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


25


Nozīmīgākās ir gumiņbaltērijas, (piemēram Rhizobium ģints

pārstāves), kuras veido simbiozi ar tauriņziežu dzimtas augiem.

Āboliņa sakņu sistēma ar

gumiņiem


26


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.


27


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).


28


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.


29


Saistītais slāpeklis

- paliek NH4+ jonu veidā vai

- tiek izmantots N saturošo organisko vielu veidošanai (aminoskābes, nukleozīdi u.c.).


30


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.


32


Makroelementi:

O H C

N P Ca S K Na Cl Mg


33


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


34


Makroelementi:

1M CaCl2

1M MgSO4

N P Ca S K Na Cl Mg


35


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


36


Gatavā barotne: 100 ml tilpumā:

H2O ~89,6 ml

10x M9 10 ml

1MCaCl2 300 l

1MMgSO4 100 l

20 000x mikroelementi 10 l


37

Minimālās barotnesMinimālās barotnes


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).


39

Halofīlās arhebaktērijasHalofīlās arhebaktērijas

Iespējams izdalīt izmantojot lielas sāļu (KCl, NaCl) koncentrācijas, organiskām vielām bagātinātās barotnēs.

20 12 ./20 13 . mācību gada 1 . semestris

Documents

Transcript of 20 12 ./20 13 . mācību gada 1 . semestris