Informacja

Związek między rozpadem żywności a prądem elektrycznym

Związek między rozpadem żywności a prądem elektrycznym


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Planuję przeprowadzić mały eksperyment dotyczący badania związku między rozkładem żywności (organicznym) a prądem elektrycznym.

Umieszczę jedzenie (np. banana) na folii aluminiowej, a następnie przyczepię folię do baterii.

Jednak nie wydaje się to przekonujące, że to zadziała.

Czy istnieje lepszy sposób na eksperymentowanie?


Nie jestem pewien, czy należy to do kategorii „biologia”

Również to nie? musi być banan, może to być awokado, sałata, jabłko itp.

Dziękuję Ci


Banany, chyba że lubisz papkę, stają się niejadalne na długo przed rozkładem bakterii. Brązowe plamy i zmiękczenie, które występują, są spowodowane procesami dojrzewania banana. Niektóre aminokwasy w bananach są metabolizowane do produkcji etylenu. Podobnie jak w przypadku innych owoców, etylen działa jak hormon przyspieszający przemianę skrobi w cukry. Banan staje się słodszy, a jednocześnie robi się masher. http://www.livestrong.com/article/466183-is-eating-a-banana-with-brown-spots-bad-for-you/

Jeśli chodzi o twój eksperymentalny projekt, musiałbyś włożyć elektrody do banana, aby spróbować przepuścić przez niego prąd. Ale wątpię, żeby to zadziałało, ponieważ do przewodzenia prądu wewnątrz banana potrzebna jest pewna ilość wody, wolnych jonów i struktura umożliwiająca ruch jonom. Moim zdaniem banany mają zbyt małą zawartość wilgoci, aby tak się stało.

Celowanie w bakterie na powierzchni banana może być wykonalnym eksperymentem. Ale metody, które przychodzą mi do głowy, polegają na zanurzeniu banana w roztworze elektrolitycznym, co może prowadzić do niepyszności i wcale nie gwarantuje działania.


Związek między rozpadem żywności a prądem elektrycznym - Biologia

Wszystkie artykuły publikowane przez MDPI są natychmiast udostępniane na całym świecie na podstawie licencji otwartego dostępu. Nie jest wymagane żadne specjalne pozwolenie na ponowne wykorzystanie całości lub części artykułu opublikowanego przez MDPI, w tym rysunków i tabel. W przypadku artykułów opublikowanych na otwartej licencji Creative Common CC BY dowolna część artykułu może być ponownie wykorzystana bez pozwolenia, pod warunkiem, że oryginalny artykuł jest wyraźnie cytowany.

Artykuły tematyczne reprezentują najbardziej zaawansowane badania o dużym potencjale wywierania dużego wpływu w tej dziedzinie. Artykuły fabularne są nadsyłane na indywidualne zaproszenie lub rekomendację redakcji naukowych i przed publikacją podlegają recenzowaniu.

Artykuł może być oryginalnym artykułem badawczym, istotnym, nowatorskim badaniem, które często obejmuje kilka technik lub podejść, lub obszernym artykułem przeglądowym ze zwięzłymi i precyzyjnymi aktualizacjami na temat najnowszych postępów w tej dziedzinie, które systematycznie przeglądają najbardziej ekscytujące postępy w nauce literatura. Tego typu artykuł przedstawia perspektywę przyszłych kierunków badań lub możliwych zastosowań.

Artykuły Editor’s Choice oparte są na rekomendacjach redaktorów naukowych czasopism MDPI z całego świata. Redaktorzy wybierają niewielką liczbę artykułów opublikowanych ostatnio w czasopiśmie, które ich zdaniem będą szczególnie interesujące dla autorów lub ważne w tej dziedzinie. Celem jest przedstawienie migawki niektórych z najbardziej ekscytujących prac opublikowanych w różnych obszarach badawczych czasopisma.


WPROWADZANIE

Próchnica zębów jest najczęstszym przewlekłym choroba zakaźna dzieciństwa, spowodowane głównie interakcją bakterii Streptococcus mutansi słodkie pokarmy na szkliwie zębów. S. mutans może przenosić się z matki na dziecko w okresie niemowlęcym i może zaszczepić nawet niemowlęta przed zębem. Bakterie te rozkładają cukry na energię, tworząc kwaśne środowisko w jamie ustnej i powodując demineralizację szkliwa zębów i próchnicę.[1] Próchnica wczesnego dzieciństwa (ECC) jest poważnym problemem zdrowia publicznego zarówno w krajach rozwijających się, jak i uprzemysłowionych.[2] ECC może rozpocząć się we wczesnym okresie życia, postępuje szybko u osób z grupy wysokiego ryzyka i często nie jest leczone.[3,4] Jego konsekwencje mogą wpływać na natychmiastową i długoterminową jakość życia dziecka i rodziny oraz mogą mieć znaczący wpływ na jakość życia dziecka i rodziny. społeczne i ekonomiczne konsekwencje wykraczające poza najbliższą rodzinę[5].


Biologia 122 miniegzamin 4

Wybierz powyższy wzór, który opisuje następujący scenariusz: Żywności jest najwięcej w pobliżu wodopoju na pustyni.

Wybierz powyższy wzorzec, który opisuje następujący scenariusz: Osoby ustalają wyłączne terytoria w celu zabezpieczenia dostępu do zasobów.

Kiedy najwięcej osobników jest dodawanych do populacji w jednostce czasu?

Na podstawie powyższego opisu, jaki jest ekologiczny związek między motylem a jego żywicielem?


37. W górach Sierra Nevada w Kalifornii występuje wiele populacji motyla kraciastego, Euphydryas editha. Zauważasz, że samice jednej populacji (populacja A) składają jaja w pobliżu wierzchołka łodygi rośliny. Samice z innej populacji na tym samym obszarze (populacja B) składają jaja u podstawy łodygi na innym typie rośliny. Młode wykluwają się jako gąsienice, żyją na roślinie żywicielskiej i zjadają jej liście.

Na podstawie powyższego opisu, jaki jest ekologiczny związek między motylem a jego żywicielem?


Wśród składników żywności szczególnie intrygującą grupą molekuł są związki lotne, ponieważ dają one nieprzyjemny zapach i aromat. Rzeczywiście, węch jest jednym z głównych aspektów wpływających na uznanie lub niechęć do określonych produktów spożywczych. Związki lotne są odbierane przez narządy zmysłów węchu jamy nosowej i wywołują liczne skojarzenia i emocje, jeszcze przed degustacją. Taka reakcja zachodzi, ponieważ informacja z tych receptorów jest kierowana do hipokampu i ciała migdałowatego, kluczowych obszarów mózgu zaangażowanych w uczenie się i pamięć.

Oprócz identyfikacji zapachowych związków czynnych, analiza związków lotnych w żywności ma również zastosowanie do wykrywania dojrzewania, starzenia i rozkładu owoców i warzyw, a także do monitorowania i kontrolowania zmian podczas przetwarzania i przechowywania żywności (tj. konserwacja, fermentacja, gotowanie i pakowanie).

Serdecznie zapraszam kolegów do przesyłania swoich oryginalnych badań lub artykułów przeglądowych obejmujących wszystkie aspekty badań związków lotnych w sektorze spożywczym (z wyjątkiem pestycydów) i/lub metody analityczne stosowane do identyfikacji, pomiaru i monitorowania tych cząsteczek.

Dr Eugenio Aprea
Redaktor gości

Informacje o przesłaniu rękopisu

Manuskrypty należy przesyłać online pod adresem www.mdpi.com, rejestrując się i logując na tej stronie. Po zarejestrowaniu kliknij tutaj, aby przejść do formularza zgłoszeniowego. Manuskrypty można nadsyłać do terminu. Wszystkie artykuły będą recenzowane. Zaakceptowane artykuły będą publikowane na bieżąco w czasopiśmie (po zaakceptowaniu) i zostaną umieszczone razem na specjalnej stronie internetowej. Zapraszamy artykuły naukowe, artykuły przeglądowe oraz krótkie komunikaty. W przypadku planowanych referatów tytuł i krótkie streszczenie (ok. 100 słów) można przesłać do Redakcji w celu ogłoszenia na tej stronie.

Przesłane manuskrypty nie powinny być wcześniej publikowane, ani nie powinny być brane pod uwagę do publikacji w innym miejscu (z wyjątkiem materiałów konferencyjnych). Wszystkie rękopisy są dokładnie recenzowane w ramach procesu recenzowania opartego na jednej ślepej próbie. Przewodnik dla autorów i inne istotne informacje dotyczące przesyłania rękopisów są dostępne na stronie Instrukcje dla autorów. Cząsteczki jest międzynarodowym, recenzowanym półmiesięcznikiem o otwartym dostępie, wydawanym przez MDPI.

Przed przesłaniem rękopisu odwiedź stronę Instrukcje dla autorów. Opłata za przetwarzanie artykułu (APC) za publikację w tym czasopiśmie o otwartym dostępie wynosi 2000 CHF (franki szwajcarskie). Przesyłane artykuły powinny być dobrze sformatowane i zawierać dobrą znajomość języka angielskiego. Autorzy mogą korzystać z usługi redakcyjnej MDPI w języku angielskim przed publikacją lub podczas poprawiania autorów.


Biologia i technologia pożniwna owoców tropikalnych i subtropikalnych

Owoce tropikalne i subtropikalne są popularnymi produktami, ale często są bardzo łatwo psujące się i muszą być przewożone na duże odległości w celu sprzedaży. Cztery tomy Biologii i technologii po zbiorach owoców tropikalnych zawierają przegląd istotnych aspektów biologii po zbiorach, technologii po zbiorach, technologii obróbki i przetwarzania zarówno dobrze znanych, jak i mniej znanych owoców. Tom 1 zawiera rozdziały o tematyce ogólnej, natomiast tomy 2, 3 i 4 zawierają rozdziały poświęcone poszczególnym owocom, uporządkowane alfabetycznie.

Tom 1 zawiera przegląd kluczowych czynników związanych z pożniwną jakością owoców tropikalnych i subtropikalnych. Dwa rozdziały wprowadzające obejmują znaczenie gospodarcze tych upraw i ich korzyści żywieniowe. Poniżej znajdują się rozdziały omawiające biologię po zbiorach owoców tropikalnych i subtropikalnych oraz wpływ warunków przed zbiorem, okoliczności zbioru i technologii pozbiorczych na jakość. Kolejni autorzy dokonują przeglądu bezpieczeństwa mikrobiologicznego, zwalczania szkodników gnilnych i kwarantannowych oraz roli biotechnologii w doskonaleniu tego typu produktów. Całość uzupełniają dwa rozdziały dotyczące przetwarzania owoców tropikalnych i subtropikalnych.

Dzięki wybitnemu redaktorowi i międzynarodowemu zespołowi współpracowników, tom 1 książki Biologia i technologia pożniwna owoców tropikalnych i subtropikalnych, wraz z innymi tomami w kolekcji, będzie istotnym punktem odniesienia zarówno dla profesjonalistów zajmujących się obsługą i przetwarzaniem owoców tropikalnych i tropikalnych po zbiorach. owoce subtropikalne oraz dla naukowców i badaczy pracujących na tym obszarze.

Owoce tropikalne i subtropikalne są popularnymi produktami, ale często są bardzo łatwo psujące się i muszą być przewożone na duże odległości w celu sprzedaży. Cztery tomy Biologii i technologii po zbiorach owoców tropikalnych zawierają przegląd istotnych aspektów biologii po zbiorach, technologii po zbiorach, technologii obróbki i przetwarzania zarówno dobrze znanych, jak i mniej znanych owoców. Tom 1 zawiera rozdziały dotyczące zagadnień i zagadnień ogólnych, natomiast tomy 2, 3 i 4 zawierają rozdziały poświęcone poszczególnym owocom, uporządkowane alfabetycznie.

Tom 1 zawiera przegląd kluczowych czynników związanych z pożniwną jakością owoców tropikalnych i subtropikalnych. Dwa rozdziały wprowadzające obejmują znaczenie gospodarcze tych upraw i ich korzyści żywieniowe. Poniżej znajdują się rozdziały omawiające biologię po zbiorach owoców tropikalnych i subtropikalnych oraz wpływ warunków przed zbiorem, okoliczności zbioru i technologii pozbiorczych na jakość. Kolejni autorzy dokonują przeglądu bezpieczeństwa mikrobiologicznego, zwalczania szkodników gnilnych i kwarantannowych oraz roli biotechnologii w doskonaleniu tego typu produktów. Całość uzupełniają dwa rozdziały dotyczące przetwarzania owoców tropikalnych i subtropikalnych.

Dzięki wybitnemu redaktorowi i międzynarodowemu zespołowi współpracowników, tom 1 książki Biologia i technologia pożniwna owoców tropikalnych i subtropikalnych, wraz z innymi tomami w kolekcji, będzie istotnym punktem odniesienia zarówno dla profesjonalistów zajmujących się obsługą i przetwarzaniem owoców tropikalnych i tropikalnych po zbiorach. owoce subtropikalne oraz dla naukowców i badaczy pracujących na tym obszarze.


Uwagi dotyczące mikrobiologii | Biologia

W tym artykule zebraliśmy różne uwagi dotyczące mikrobiologii. Po przeczytaniu tego artykułu będziesz miał podstawowe pojęcie o:- 1. Znaczenie mikrobiologii 2. Historia mikrobiologii 3. Zakres 4. Branże 5. Mikrobiologia przemysłowa 6. Mikrobiologia gleby 7. Mikrobiologia powietrza 8. Mikrobiologia wody 9. Mikrobiologia zwierząt 10. Mikrobiologia medyczna 11. Mikrobiologia kosmiczna i inne.

  1. Uwagi na temat znaczenia mikrobiologii
  2. Notatki z historii mikrobiologii
  3. Uwagi dotyczące zakresu mikrobiologii
  4. Uwagi o gałęziach mikrobiologii
  5. Uwagi dotyczące mikrobiologii przemysłowej
  6. Uwagi dotyczące mikrobiologii gleby
  7. Uwagi dotyczące mikrobiologii powietrza
  8. Uwagi dotyczące mikrobiologii wody
  9. Notatki o mikrobiologii zwierząt
  10. Uwagi dotyczące mikrobiologii medycznej
  11. Uwagi dotyczące mikrobiologii kosmicznej
  12. Uwagi o mikrobiologii i pochodzeniu życia
  13. Uwagi dotyczące mikrobiologii geochemicznej
  14. Uwagi dotyczące nawozów mikrobiologicznych
  15. Uwagi dotyczące zasady interakcji drobnoustrojów
  16. Uwagi dotyczące przyszłych perspektyw mikrobiologii

Uwaga nr 1. Znaczenie mikrobiologii:

Ponieważ zarówno problemy małych rozmiarów, jak i metody badań oraz nieskrępowane drobnoustroje często zajmują to samo środowisko, a tym samym wzajemnie na siebie oddziałują, wygodnie jest badać je w ramach tej samej dyscypliny, tj. Mikrobiologii. Nauka mikrobiologii to nauka o mikroorganizmach i ich działaniach.

Dba o formę, strukturę, metabolizm, wzrost, rozmnażanie oraz identyfikację i płodzenie drobnoustrojów. Obejmuje również badanie ich rozmieszczenia w przyrodzie, ich wzajemnego związku i innych żywych organizmów. W większości mikro&szybiologia zajmuje się mikroskopijnymi organizmami. Mikrobiolodzy to ci, którzy specjalizują się w pracy z mikroorganizmami.

Odnieśli niezwykły sukces w wykorzystywaniu pożytecznych mikroorganizmów i zwalczaniu szkodliwych, a także skutecznie rozwiązywali zawiłe problemy biochemii i genetyki, wykorzystując mikroorganizmy jako narzędzie do swoich badań.

Mikrobiolodzy mogą specjalizować się w badaniu różnych grup mikroorganizmów. Na przykład Bakteriologia to nauka o bakteriach, często szeroko określana jako Mikrobiologia Mikologia to nauka o grzybach Fikologia to nauka o algach Protozoologia to nauka o pierwotniakach, a Wirusologia to nauka o wirusach.

Chociaż wirusy nie są organizmami komórkowymi, są objęte mikrobiologią z dwóch powodów:

(i) Techniki stosowane do badania wirusów są bardzo podobne do technik stosowanych w badaniu mikroorganizmów i

(ii) Wirusy są czynnikami sprawczymi chorób, stąd ich procedury diagnostyczne i identyfikacja są również podobne do stosowanych w klinicznym laboratorium mikrobiologicznym i laboratorium patologii roślin. Może istnieć dalsza specjalizacja w niektórych aspektach powyższych grup drobnoustrojów i szynizmów np. genetyka bakterii, cytologia bakterii, fizjologia glonów, mikologia medyczna itp.

Uwaga nr 2. Historia mikrobiologii:

Mikrobiologia lub badanie mikroorganizmów ma interesującą historię. W XIII wieku Roger Bacon zasugerował, że choroby wywołują niewidzialne żywe organizmy. Podobną sugestię wysunęli bez żadnych dowodów Fracastoro z Werony (1483-1553) i von Plenciz (1762).

Ale w międzyczasie w 1658 Kircher określił chorobę wywołującą żywe organizmy jako „robaki”, które według niego są niewidoczne gołym okiem. To Kircher jako pierwszy dostrzegł znaczenie drobnoustrojów w rozwoju choroby. Ale Antony van Leeuwenhoek (1632-1723) był pierwszą osobą, która szczegółowo przedstawiła opisy mikroorganizmów.

Jego odkrycie zainspirowało wielu pracowników do zainteresowania się pochodzeniem żywych istot. Koncepcja pochodzenia zwierząt spontanicznie z gleby, roślin lub innych odmiennych zwierząt spon­sorowanych przez Arystotelesa (384-322 p.n.e.) była jeszcze akceptowana w XVII wieku.

Z biegiem czasu John Needham (1713-1781), Lazaro Spallanzani (1729-1799), Franz Schulze (1815-1873) i Zheodor Schwann (1810-1882), Pouchet (1859) wypowiadali się za i przeciw teorii, że istoty żywe może powstać spontanicznie.

Wreszcie Louis Pasteur (1822-1895) poprzez serię eksperymentów udowodnił swoją teorię zarazków, ustalając fakt, że różne zarazki pojawiły się na świecie z zarazków macierzystych, a zarazki wywołują różne choroby, co sugerowali wcześniejsi pracownicy.

Odkrył również, że fermentacja owoców i zbóż, w wyniku której powstaje alkohol, została spowodowana przez drobnoustroje. Dziś proces pasteryzacji, szeroko stosowany w przemyśle fermentacyjnym, jest zasługą Pasteura. Pasteur zajął się także problemem wąglika — choroby bydła, owiec, a czasem ludzi. W międzyczasie Robert Koch (1843-1910) zajmował się problemem wąglika w Niemczech.

To on odkrył typowe pałeczki odpowiedzialne za wąglikową chorobę bydła i po raz pierwszy udowodniono, że bakteria jest przyczyną choroby zwierząt.

Jego seria obserwacji doprowadziła do sformułowania postulatów Kocha:

(i) W związku z daną chorobą zawsze można znaleźć konkretny organizm,

(ii) Organizm można wyizolować i pokazać w czystej kulturze laboratoryjnej,

(iii) Czysta kultura wywoła chorobę po zaszczepieniu podatnemu zwierzęciu,

(iv) Możliwe jest odzyskanie organizmu w czystej kulturze z eksperymentalnie zakażonego zwierzęcia.

Ponownie nazwisko Joseph Lister (1878) jest związane z koncepcją techniki czystej kultury. Lister uzyskał czyste kultury bakterii i podkreślił znaczenie hodowli organizmu (bakterii, grzyba, alg, pierwotniaków lub form wyższych) w środowisku wolnym od jakiegokolwiek innego żywego organizmu, czyli czystej kultury.

Okres od 1880 do 1900 był w rzeczywistości złotym czasem dla mikrobiologii, kiedy wniesiono klasyczne wkłady prowadzące do ustanowienia mikrobiologii jako nauki.

Oprócz klasycznych prac Pasteura i Kocha, niektóre z punktów orientacyjnych w historii mikrobiologii to:

(i) Otwarcie dziedziny mikrobiologii gleby pod koniec 1880 roku przez Rosjanina Serge Winogradsky

(ii) Zastosowanie techniki czystej kultury w fermentacji przemysłowej autorstwa Emila Christiana Hansena (1842-1909) z Danii, Adametza (1889) z Austrii oraz H.W. Conna z USA i H. Weigmanna z Niemiec

(iii) W 1888 symbiotyczny związek między bakteriami a roślinami strączkowymi został zademonstrowany przez Hellriegela i Wilfartha

(iv) Słynny holenderski mikrobiolog, Beijerinck (1851-1981) opisał użyteczność wolno żyjących bakterii wiążących azot (Azotobacter) w promowaniu żyzności gleby i

(v) Pod koniec XIX wieku Burrill, amerykański naukowiec zajmujący się zarazą ogniową gruszek, ustalił, że bakterie powodują choroby roślin.

Ostatnio mikroorganizmy są wykorzystywane jako idealne narzędzia do prowadzenia badań skomplikowanych procesów życiowych. To zainspirowało fizyków, genetyków, chemików i biologów do przyłączenia się do mikrobiologów w tak zwanej biologii molekularnej.

Można wymienić niektórych współtwórców i ich wkład w mikrobiologię i biologię kretów i nieśmiałości w latach 1944-1975: Avery i współpracownicy (1944) — DNA niesie informację genetyczną u pneumokoków Fritzhipman i Hanskrebs (1953) — fizjologia i metabolizm żywych organizmów komórki Joshua Lederberg, George Beadle i Edward Tatum (1958) – rodzaje bakterii i ich rekombinacja.

Ochoa i Kornberg (1959) wyizolowali i zsyntetyzowali RNA i DNA: Robert W. Holley, Har Govind Khorana i Marshall W.Nirenberg (1968) — badanie kodu genetycznego i jego funkcji w syntezie białek Salvador E. Luria (1969) — funkcje organizmów w zakresie budowy molekularnej, w tym wyjaśnienie struktury i sposobu działania enzymów Gerald M. Edelman i Rodney R. Porter ( 1972) — struktury chemiczne przeciwciał Renato Dulbecco Howward M. Temin i David Baltimore (1975) — enzymy w cząsteczkach wirusa nowotworowego RNA. Mikrobiolodzy są również zaangażowani w wnoszenie cennego wkładu w medycynę, przemysł, rolnictwo i ogólnie naukę dla dobra społeczeństwa ludzkiego.

Podstawowa wiedza z zakresu biologii molekularnej i genetyki zgromadzona w ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat szybko przekłada się na praktyczne cele i rewolucjonizuje mikrobiologię przemysłową.

Najwybitniejszym obecnym postępem w mikrobiologii stosowanej jest zdolność do zmiany struktury genetycznej organizmu, która jest powszechnie określana jako inżynieria genetyczna, której obszar wkładu naukowego ma ogromny potencjał do produkcji leków i szczepionek, do ulepszania upraw rolnych i różnych inne obszary.

Nota nr 3. Zakres mikrobiologii:

i. Mikroorganizmy i zasady biologii:

Mikroorganizmy pomagają zrozumieć różne zasady biologii, ponieważ składają się z wielu cech, które czynią je idealnymi do badania ważnych zjawisk biologicznych. Metabolizm drobnoustrojów przebiega prawie tak samo, jak w wyższych grupach organizmu.

Możemy bardzo łatwo badać wzorce metaboliczne mikroorganizmów i innych procesów życiowych na różnych etapach ich wzrostu i reprodukcji w porównaniu z organizmami wyższymi. Wynika to z faktu, że drobnoustroje wymagają mniej miejsca i można je wygodnie hodować w probówkach lub kolbach, szybko rosną i rozmnażają się w niezwykle szybkim tempie (np. niektóre bakterie rozmnażają się w ciągu 20 minut).

ii. Mikrobiologia medyczna i Immunologia:

Mikrobiologia medyczna zajmuje się organizmami chorobotwórczymi u ludzi, podczas gdy immunologia zajmuje się obroną, jaką organizm stawia przed patogenami, mikroorganizmami wywołującymi choroby oraz czynnikami wyjaśniającymi odporność na choroby.

Mikrobiologia i immunologia medyczna dostarcza podstawowej wiedzy, od której zależą praktyczne metody stosowane w diagnostyce laboratoryjnej i profilaktyce chorób drobnoustrojowych. Daje nam zatem solidne podstawy do inteligentnej promocji zdrowia zarówno jednostki, jak i zdrowia publicznego.

iii. Mikrobiologia gleby:

Mikrobiologia gleby zajmuje się obecnymi w glebie mikroorganizmami i ich rolą. Najważniejszą funkcją mikroorganizmów glebowych jest rozkład różnego rodzaju materii organicznej.

Drugi to proces mineralizacji różnych składników organicznych. Mineralizacja węgla organicznego, azotu, fosforu i siarki poprzez odpowiednie cykliczne zmiany przez mikroorganizmy glebowe sprawia, że ​​te pierwiastki są dostępne do ponownego wykorzystania przez rośliny i inne organizmy.

Jak wiemy, drobnoustroje poprawiają żyzność gleby poprzez wiązanie azotu atmosferycznego w związki azotu, które są chętnie wykorzystywane przez rośliny do syntezy białka i innych złożonych organicznych związków azotowych. Generalnie jednak prawdą jest, że im więcej mikroorganizmów jest w glebie, tym jest ona bardziej produktywna.

iv. Mikrobiologia przemysłowa:

Mikrobiologia przemysłowa to ta gałąź mikrobiologii, która zajmuje się użytecznością mikroorganizmów w przemysłowej produkcji leków, suplementów diety, alkoholi, napojów, kwasów organicznych, witamin, enzymów itp. Prawdopodobnie najważniejszym przemysłowym zastosowaniem mikroorganizmów była produkcja antybiotyków, cudowne leki.

Jednak około 40 lat temu tylko niewielką grupę mikroorganizmów dogodnie określano mianem mikroorganizmów użytecznych w przemyśle. Ale dzisiaj zdajemy sobie sprawę, że każdy mikroorganizm ma swoje znaczenie przemysłowe. Komercyjnie korzystne działania dużej liczby bakterii, drożdży, pleśni i alg są wykorzystywane lub zasługują na wykorzystanie w celu uzyskania wartościowych produktów.

v. Mikrobiologia żywności:

Mikrobiologia żywności kładzie nacisk na związek drobnoustrojów z produkcją, psuciem i konserwacją żywności. Ponieważ zaopatrzenie człowieka w żywność składa się zasadniczo z roślin i zwierząt lub produktów z nich pochodzących, zrozumiałe jest, że nasze zaopatrzenie w żywność może zawierać mikroorganizmy w interakcji z żywnością.

Aby żywność była wolna od szkodliwych mikroorganizmów i bezpieczna do spożycia przez ludzi, musi być starannie przygotowywana, przetwarzana i przechowywana. Poza tym wiele innych mikroorganizmów jest bardzo pożytecznych dla ludzi, ponieważ fermentacja przez nie różnych surowców skutkuje żywnością, taką jak żywność orientalna, chleb itp.

vi. Mikrobiologia mleka i produktów mlecznych:

Dział ten zajmuje się mikroorganizmami obecnymi w mleku i przetworach mlecznych oraz ich rolą. Mleko to doskonałe pożywienie dla ludzi lub mikroorganizmów. Mleko opuszczające wymię zdrowej krowy nie zawiera mniej więcej mikroorganizmów. Na ogół ulega skażeniu podczas obsługi i przetwarzania.

Dlatego też, jeśli nie jest odpowiednio przechowywany i przetwarzany, drobnoustroje szybko się rozwijają i psują i sprawiają, że jest niebezpieczny do spożycia przez ludzi. Poza tym niektóre mikroorganizmy są wykorzystywane do produkcji różnych produktów mlecznych, takich jak ser, masło itp.

vii. Mikrobiologia wody:

Woda ma ciekawe i niezwykłe właściwości i odgrywa ważną rolę w żywych systemach. Naturalnym źródłem wody są opady atmosferyczne. W miarę wytrącania się wody zbiera mikroorganizmy unoszące się w powietrzu.

W kontakcie z glebą dostają się do niej inne mikroorganizmy z gleby, ścieków, odpadów organicznych, martwych roślin i zwierząt. Dlatego woda do użytku przez ludzi musi być wolna od mikroorganizmów poprzez filtrację i/lub obróbkę chemiczną, aby uniknąć szkód.

viii. Mikrobiologia ścieków:

Ścieki surowe na ogół zawierają miliony mikroorganizmów na mililitr. Wiele z nich jest patogennych, wytwarza nieprzyjemny zapach i smak. Niezbędne jest, aby ścieki były oczyszczane w celu usunięcia patogennych i nieprzyjemnych drobnoustrojów powodujących zapach i smak. Odbywa się to poprzez obróbkę chemiczną i utlenianie materiału organicznego oraz niszczenie patogennych mikroorganizmów.

ix. Mikrobiologia powietrza:

Chociaż w powietrzu może znajdować się wiele różnych mikroorganizmów, ich liczba jest ograniczona, ponieważ powietrze nie zawiera odpowiedniego źródła składników odżywczych. Powietrze w pomieszczeniu jest na ogół zanieczyszczone przez kichanie, kaszel i rozmowy. Unoszące się w powietrzu mikroorganizmy powodują poważne problemy w eksperymentach naukowych poprzez zanieczyszczenie sprzętu, materiałów itp.

Psują naszą żywność i produkty spożywcze, a przede wszystkim są odpowiedzialne za wiele chorób roślin i zwierząt, w tym ludzi. Dlatego powietrze, szczególnie powietrze w pomieszczeniu, musi być oczyszczane mechanicznie i chemicznie, aby zniszczyć szkodliwe mikroorganizmy.

x. Inżynieria genetyczna:

Inżynieria genetyczna zajmuje się manipulacją genami w wysoce kontrolowanych warunkach laboratoryjnych. Ta nowo narodzona technika przyciągnęła uwagę mikrobiologów i jest stosowana w przemyśle spożywczym i farmaceutycznym, utylizacji odpadów, medycynie, rolnictwie, zanieczyszczeniu olejami i innych.

xi. Mikroorganizmy w odzysku ropy:

Guma ksantanowa to polisacharyd wytwarzany przez bakterię Xanthomonas campestris. Guma ta jest związkiem obojętnym, który zagęszcza wodę i poprawia jej zdolność do usuwania oleju uwięzionego pod ziemią. Po zmieszaniu z płuczką wiertniczą, guma ta służy również jako smar do gigantycznych wierteł, które wnikają w skałę.

XII. Mikroorganizmy i energia:

Procesy mikrobiologiczne stanowią użyteczne, choć niekonwencjonalne źródło energii, zwłaszcza w krajach rozwijających się. Obecnie wiele mikroorganizmów jest wykorzystywanych lub uważa się, że są eksploatowane jako alternatywne źródła energii.

Dobrym przykładem jest biogaz. Alkohol wytwarzany w wyniku fermentacji mikrobiologicznej jest dodawany do produktów naftowych w celu uzupełnienia deficytowych paliw. Mikroorganizmy syntetyzują węglowodory i węglowodory utlenione, z których każdy może służyć jako paliwo płynne.

xiii. Mikroorganizmy i górnictwo:

Złoża wielu ważnych rud o wysokiej jakości zmniejszają się w alarmującym tempie, a tradycyjne metody wydobycia rud o niskiej jakości są często zaporowo drogie. Wydobycie mikrobiologiczne może stanowić realną alternatywę w niektórych przypadkach, takich jak miedź i uran.

Nota # 4. Gałęzie mikrobiologii:

Mikrobiologia nie jest jedynie badaniem różnorodności strukturalnej i klasyfikacji drobnoustrojów, ale obejmuje całą gamę życia drobnoustrojów. Wiedza o różnych aspektach drobnoustrojów gromadziła się od ubiegłego wieku i stała się tak rozległa, że ​​żaden mikrobiolog nie może pochwalić się znajomością wszystkich aspektów tego tematu.

Różne aspekty badań mikrobiologicznych można zasadniczo podzielić na następujące działy:

i. Aeromikrobiologia:

Rozprzestrzenianie się chorobotwórczych drobnoustrojów drogą powietrzną, populacja drobnoustrojów w powietrzu, ich jakość i ilość w powietrzu jest przedmiotem podglądu tej gałęzi.

ii. Mikrobiologia Rolnicza:

W tej gałęzi badana jest rola drobnoustrojów w rolnictwie z punktu widzenia szkodliwości i użyteczności. Wiele drobnoustrojów – grzybów, bakterii i wirusów – powoduje szereg chorób roślin. Z punktu widzenia korzyści – wiązania N2, badane jest zastosowanie drobnoustrojów jako bio-nawozów i kilka innych aspektów.

iii. Mikrobiologia wodna:

W tej dziedzinie prowadzone są badania mikrobiologiczne wody, uzdatnianie wody, biologiczna degradacja ścieków.

iv. Bakteriologia:

Jest to najliczniejsza grupa drobnoustrojów nie tylko pod względem liczebności, ale i znaczenia. Badane są tu bakterie obu rodzajów – eubakterie i cyjanobakterie (znane również jako niebieskozielone algi). Bakterie mają głęboki wpływ na różne ludzkie przedsięwzięcia, w tym zdrowie, przemysł, rolnictwo itp.

v. Biotechnologia:

To najważniejsza gałąź, która może nawet zmienić dotychczasowy bieg życia. Drobnoustroje są wykorzystywane jako nośniki genów w celu dostarczania określonych genów do funkcjonowania w innym środowisku. Nowe, genetycznie zmodyfikowane drobnoustroje mogą wytwarzać leki (insulinę ludzką) lub w rolnictwie zdolność wiązania N2 może zostać przeniesiona na wszystkie rośliny. Potencjał biotechnologii jest ogromny.

vi. Mikrobiologia środowiskowa:

To jedna z najważniejszych gałęzi mikrobiologii. W tej dziedzinie badana jest rola drobnoustrojów w utrzymaniu jakości środowiska. Zbadano wpływ mikrobiologiczny na degradację i rozkład odpadów naturalnych oraz ich rolę w cyklach biogeochemicznych.

Niektóre z ostatnich badań wykazały, że pewne bakterie mogą pomóc w oczyszczeniu wycieku ropy, co nadaje dodatkowe znaczenie badaniu mikrobiologii środowiskowej.

vii. Mikrobiologia żywności i nabiału:

Badane są różne aspekty, takie jak przetwarzanie żywności, konserwowanie żywności, konserwowanie, pasteryzacja mleka, badanie chorób bakteryjnych przenoszonych przez żywność i ich zwalczanie.

viii. Mikrobiologia geochemiczna:

Rolą drobnoustrojów jest tworzenie węgla, gazu i minerałów, poszukiwanie węgla, ropy i gazu oraz odzyskiwanie minerałów z niskogatunkowych rud przy użyciu drobnoustrojów.

W tej dziedzinie badane są odpowiedzi immunologiczne organizmów. Jak powstają toksyny? Jak antygeny wpływają na tworzenie przeciwciał? Jak szczepienia ochronne pomagają w zwalczaniu chorób? Jak załamuje się układ odpornościowy (jak w AIDS), to niektóre z pytań, na które immunologia jako gałąź mikrobiologii próbuje znaleźć odpowiedzi.

x. Mikrobiologia przemysłowa:

Tutaj badana jest rola drobnoustrojów w produkcji przemysłowej. Wiele drobnoustrojów wytwarza przemysłowe alkohole i kwasy w ramach swojego metabolizmu. Badania nad fermentacją przez drobnoustroje w znacznym stopniu przyczyniły się do produkcji alkoholu. Browary odniosły ogromne korzyści dzięki zrozumieniu roli określonych drobnoustrojów w fermentacji.

xi. Mikrobiologia medyczna:

Ta gałąź zajmuje się drobnoustrojami chorobotwórczymi – ich cyklem życiowym, fizjologią, genetyką, rozmnażaniem itp. Wiele drobnoustrojów dostarcza również lekarstwa na choroby mikrobiologiczne. Wszystkie te aspekty są badane w tej branży. Niektóre choroby, takie jak gruźlica, trąd, dur brzuszny itp. są wywoływane przez drobnoustroje, a lekarstwo na nie zapewniają inne drobnoustroje w postaci antybiotyków.

Do tej gałęzi zalicza się badanie organizmów eukariotycznych, achlorofilnych, ogólnie zwanych grzybami. Niektóre z powszechnych grzybów to drożdże, pleśnie, grzyby, purchawki itp. Grzyby są nie tylko szkodliwe, ale także pożyteczne.

Zajmuje się badaniem autotroficznych organizmów eukariotycznych. Członkowie są ogólnie nazywani glonami. Glony obejmują zarówno elementy mikroskopowe, jak i makroskopowe. W ramach mikrobiologii badane są tylko mikroskopijne glony.

XIV. Protozoologia:

Badanie pierwotniaków we wszystkich ich aspektach znajduje się pod zapowiedzią pierwotniaków. Wiadomo, że pierwotniaki wywołują wiele chorób, takich jak malaria, pełzakowata czerwonka, śpiączka itp.

Wirusy nie są ani eukariotyczne, ani prokariotyczne. W rzeczywistości znajdują się na pograniczu życia i nieożywionego. Wirusy powodują choroby roślin i zwierząt, w tym ludzi. Przerażający AIDS jest również powodowany przez wirusa.

Uwaga nr 5. Mikrobiologia przemysłowa:

Mikroorganizmy były wykorzystywane w procesach przemysłowych jeszcze zanim poznano ich istnienie. Produkcja napojów fermentowanych i octu oraz pieczenie chleba to tradycyjne procesy, stosowane od niepamiętnych czasów.

Z przemysłowego punktu widzenia podłoże, w którym hoduje się drobnoustrój, uważane jest za surowiec, a drobnoustrój za "Fabryka chemiczna" ponieważ przetwarza surowiec w nowe produkty.

Mikroorganizmy posiadają trzy wyróżniające się cechy:

(i) Szybki wzrost w dużych ilościach w odpowiednim podłożu organicznym,

(ii) Utrzymać fizjologiczną stałość wzrostu w celu wytworzenia przybliżonych ilości produktów oraz

(iii) Potrafi przekształcić tanie surowce w użyteczne produkty.

Dlatego zostały wykorzystane na skalę komercyjną do pozyskiwania wartościowych produktów, takich jak napoje alkoholowe, suplementy diety, leki, kwasy organiczne, enzymy itp. Mikroorganizmy i szynizmy, które są wykorzystywane głównie w różnych procesach przemysłowych, to grzyby (drożdże i pleśnie) oraz bakterie. Ponownie produkcja bakterii i wirusów na skalę komercyjną w celu przygotowania szczepionek jest również jednym z procesów przemysłowych.

Mikrobiologię przemysłową można pogrupować w następujący sposób:

I. Przemysł napojów alkoholowych:

Jedną z najstarszych i największych gałęzi przemysłu mikrobiologicznego jest produkcja alkoholu etylowego z materiałów węglowodanowych w procesie fermentacji i schytacji. Proces ten stosowany jest przez piwowarów słodu, napojów, gorzelników, winiarzy i wielu innych. Jako surowiec stosuje się skrobie i inne złożone węglowodany, które należy poddać hydrolizie do prostego cukru fermentującego.

Źródłem surowca może być melasa, buraki cukrowe, winogrona itp. Hydroliza może odbywać się za pomocą enzymów z pleśni lub poprzez obróbkę cieplną zakwaszonego materiału.

Do fermentacji wykorzystuje się szczepy Saccharomyces cerevisiae. Muszą rosnąć energicznie i nieśmiało z wysoką tolerancją na alkohol, który ma zdolność wytwarzania dużej ilości alkoholu. Obok produkcji alkoholu etylowego znajduje się produkcja napojów alkoholowych – piwa, wina, runa, whisky i ginu.

Piwo jest przygotowywane ze słodu jęczmiennego przy użyciu szczepów S. cerevisiae lub S. carlsbergensis, rum i whisky przygotowywane są odpowiednio z melasy i skrobi kukurydzianej przy użyciu szczepów S. cerevisiae, a wino z soku winogronowego przy użyciu szczepów S. ellipeoideus.

II. Przemysł piekarniczy:

Czyste kultury wybranych szczepów Saccharomyces cerevisiae (drożdże piekarnicze i #8217) miesza się z ciastem chlebowym, aby uzyskać pożądane zmiany tekstury i smaku chleba. Drożdże Bakers’ mają zdolność do intensywnej fermentacji cukru w ​​cieście i szybkiego wzrostu. Dwutlenek węgla wytwarzany podczas fermentacji odpowiada za wyrastanie ciasta.

III. Suplementy diety Przemysł:

W ostatnich latach różne białka drobnoustrojowe (białko jednokomórkowe) są produkowane przy użyciu węglowodorów odpadowych z odpadów przemysłowych. Białka te są przydatne w paszach dla zwierząt. Do tego celu wykorzystywane są drożdże, pleśnie, bakterie i glony. Ze wszystkich tych organizmów drożdże lepiej nadają się do ekstrakcji białek z pojedynczych komórek.

Masowa hodowla tych organizmów stanowi suplement diety dla zwierząt, który wypełnia ‘przepaść białkową’. Methophilus methylatrophus poddany działaniu alkoholu metylowego pochodzącego z ropy naftowej i gazu ziemnego poddanych działaniu różnych substancji chemicznych wytwarza duże ilości białka z substratu. Takie białka są wykorzystywane do produkcji substytutu mleka dla cieląt, dzięki czemu uwalnia się więcej mleka krowiego do spożycia przez ludzi.

IV. Przemysł farmaceutyczny:

Najważniejszym aspektem tej kategorii jest produkcja substancji antybiotycznych stosowanych w celach terapeutycznych z wykorzystaniem źródła drobnoustrojów należących do grup grzybów (pleśnie) i bakterii. Penicylina była pierwszym antybiotykiem produkowanym komercyjnie.

Niezwykłą skuteczność chemioterapeutyczną penicyliny zademonstrowali Florey i Chain w latach 1939 i 1941, a następnie z powodu presji wojennej wydajność penicyliny była wielokrotnie zwiększana.

Początkowo do produkcji penicyliny wykorzystywano Penicillium notatum, ale z czasem wyizolowano gatunek P. chrysogenum lepiej wytwarzający penicyllium. Oprócz penicyliny, tetracykliny wytwarza się przy użyciu Streptomyces rimosus i S. aureofacieus. Oprócz tego na rynku wytwarza się różne inne substancje antybiotykowe.

V. Produkcja przemysłowa kwasów i enzymów:

(a) Kwas cytrynowy jest ważnym związkiem chemicznym stosowanym w lekach, ekstraktach aromatyzujących, żywności, produkcji atramentu i grawerowaniu. Jest wytwarzany przemysłowo poprzez przekształcenie cukru (melasy) w kwas cytrynowy przez Aspergillus niger wprowadzony do podłoża zawierającego nieorganiczny związek azotu i sole nieorganiczne w warunkach tlenowych.

(b) Być może najsłynniejszą ze wszystkich fermentacji przemysłowych jest produkcja butanolu acetonowego przez Clostridium acetobutylicum potrzebnego do produkcji kordytu.

c) Enzymy (amylazy, inwertazy, proteazy i pektynazy) syntetyzowane i wydalane w dużych ilościach przez gatunki Aspergillus, Penicillium, Mucor i Rfuzopus są przemysłowo oczyszczane i wykorzystywane do przetwarzania lub rafinacji różnych materiałów, na przykład amylaz i pektynaz w klarujące soki owocowe, proteazy stosowane do leczenia i wstydliwości skór w celu nadania delikatniejszej konsystencji i ziarnistości.

(d) Kwas mlekowy niezbędny dla przemysłu spożywczego i farmaceutycznego wytwarzany jest z hydrolizowanej skrobi z jęczmieniem, melasy z materiałem azotowym przy użyciu Lactobacillus delberueckii.

(e) Ocet, ocet jabłkowy, ocet jabłkowy to różne rodzaje octu, które są przygotowywane przez fermentację soków owocowych, syropów zawierających cukier i materiałów skrobiowych z udziałem Acetobacter.

(f) W przemyśle papierniczym produkcja papieru obejmuje: fizyczną lub chemiczną obróbkę materiału celulozowego (np. drewna, bawełny itp.) w celu oddzielenia i oczyszczenia celulozy, włókien i wytworzenia powstałej masy włóknistej, po dalszym oczyszczeniu i schłodzeniu w celu ponownego osadzania włókna w postaci arkusza. Drobnoustroje odgrywają istotną rolę w przemyśle papierniczym przy wytwarzaniu szlamu z masy papierniczej.

VI. Produkcja przemysłowa szczepionek:

Niektóre grupy mikroorganizmów (bakterie i wirusy) są poddawane hodowli na dużą skalę w celu komercyjnej produkcji szczepionek.

Uwaga nr 6. Mikrobiologia gleby:

Wczesne prace nad mikrobiologią gleby prawie całkowicie ograniczały się do badania bakterii glebowych. Pionierami w tej linii końca XIX wieku są: Beijerinck i Winogradsky. Jednak dopiero po około trzydziestu latach pojawiło się spore zainteresowanie florą grzybową gleby i jej działalnością. Mikrofauna glebowa była zaniedbywana jeszcze dłużej i dopiero niedawno uwagę przykuwały glony glebowe.

Gleba, woda i powietrze, które zawierają żywe organizmy, są wspólnie określane jako biosfera. Powstaje w wyniku interakcji materiału rodzicielskiego (samej skały), klimatu, wieku oraz wzrostu i interakcji mikroorganizmów.

Gleba jest doskonałą pożywką dla rozwoju mikroorganizmów, do których należą bakterie, grzyby, glony, pierwotniaki i różne owady, których liczba i rodzaje w glebie zależą głównie od rodzaju i głębokości gleby, warunków sezonowych, stanu uprawy, temperatury, ilości materia organiczna, wilgotność i napowietrzenie.

Żyzna gleba składa się z różnych składników – materiałów mineralnych, organicznych i organizmów. Materiały mineralne pozyskiwane są ze skały macierzystej przez wietrzenie, do którego dodawane są materiały organiczne ze źródeł roślinnych i zwierzęcych. Materiały organiczne zawsze kojarzą się z organizmami glebowymi.

Ilość powyższych składników w glebie jest bardzo zróżnicowana w zależności od sytuacji. Substancje organiczne są wbudowywane w glebę w wyniku działania organizmów glebowych i jeśli nie zostaną najpierw utlenione, są przekształcane w próchnicę – ciemny amorficzny materiał koloidalny.

Ocena populacji drobnoustrojów:

Złożoność środowiska glebowego i różnorodność jego populacji sprawiają, że pobieranie próbek i ocena populacji drobnoustrojów są bardzo trudne. Istnieją trzy główne metody: studia kulturowe, bezpośrednie badanie i pomiar aktywności. Za pomocą tych metod nie uzyskuje się informacji o gatunkach narządu i szynizmu.

Jednak badania kulturowe pozwalają na identyfikację izolatów, choć nie są zbyt zadowalające dla grzybów. Metoda badań bezpośrednich jest czasochłonna i trudno jest zlokalizować i zliczyć organizmy w nieprzejrzystej glebie. Badanie pomiaru aktywności jest jeszcze trudniejsze i niejednoznaczne.

Chociaż bakterie są liczniejsze niż jakakolwiek inna grupa organizmów, biomasa grzybów jest większa niż bakterii, a łączna biomasa pierwotniaków, nicieni i innych zwierząt żyjących w glebie jest zupełnie inna.

Oddziaływanie i rozmieszczenie mikroorganizmów:

Zachowanie i rozmieszczenie mikroorganizmów zależy od dostępnych składników odżywczych, temperatury, wilgotności, zawartości gazu, pH i głębokości gleby. Generalnie maleje liczba wraz z głębokością.

a. Interakcja między mikroorganizmami:

Zamieszkujące glebę mikroorganizmy wykazują różnego rodzaju asocjacje lub oddziaływania zależne od biotycznych i abiotycznych składników gleby. Związek jest neutralny, gdy dwa różne gatunki mikroorganizmów znajdują się w tym samym środowisku, nie wpływając na siebie nawzajem i nie wytwarzając produktów końcowych metabolizmu, które mają działanie hamujące.

Kiedy związek obejmuje symbiotyczny związek między dwoma gatunkami, jest to mutualizm. Korzyści osiągane przez organizmy towarzyszące są niezwykle zróżnicowane. Związek polegający na wymianie składników odżywczych między dwoma gatunkami to syntrofizm.

Ponownie związek między organizmami, w którym jeden partner czerpie korzyści, drugi pozostaje nienaruszony. Zależność taką określa się jako komensalizm spotykany w połączeniu między grzybami i bakteriami, gdzie grzyby rozkładają celulozę do glukozy.

Wiele bakterii i szyterii nie jest w stanie wykorzystać celulozy, ale wykorzystują one produkty rozkładu celulozy przez grzyby. Mówi się, że związek ten jest antagonizmem, gdy jeden gatunek wpływa na środowisko innego gatunku, wytwarzając antybiotyki lub inne substancje hamujące. Między gatunkami może istnieć konkurencja o niezbędne składniki odżywcze. Najlepiej przystosowane gatunki drobnoustrojów będą dominować, eliminując inne gatunki.

Związek między mikroorganizmami może być również pasożytniczy, gdy jeden organizm żyje w lub na innym organizmie napotkanym w przypadku bakterii Gram-ujemnych Bdellovibrio bacteriovorus, która jest szeroko rozpowszechniona w glebie i ściekach. Znowu wirusy atakujące bakterie, grzyby i glony są pasożytami wewnątrzkomórkowymi.

Korzenie roślin powodują wzrost populacji drobnoustrojów i drobnoustrojów w przyległej do nich glebie. Rejon gleby pod wpływem korzeni to ryzosfera, w której zachodzi wiele rodzajów reakcji. Wpływ wpływu korzeni na populację gleby wyraża się stosunkiem R/S, czyli liczbą organizmów w glebie ryzosferowej w porównaniu z ich liczbą w glebie poza wpływem korzeni.

Dla niektórych bakterii czasami znane są wartości R/S powyżej 100. W rodzajach’ reakcja bakterii na stan ryzosfery jest większa niż w przypadku innych grup mikroorganizmów. Ponownie przy wysokiej odpowiedzi bakterii stosunek R/S dla pierwotniaków jest również wysoki. Ale populacja grzybów wzrasta tylko nieznacznie w ryzosferze.

Jako całość mikroflora korzysta z obecności korzeni roślin w glebie. Znowu mikroflora wpływa również na rozgałęzianie się korzeni roślin oraz na wzrost włośników.

C. Wzorzec dystrybucji:

Ogólny opis wzorca rozmieszczenia drobnoustrojów podano poniżej:

i. Jeśli chodzi o typy bakterii, członków rodzajów Pseudomonas, Achromobacter i Bacillus można znaleźć w większości gleb tlenowych, w których warunki są beztlenowe, Clostri­dium spp. zdarzać się.

Ale kiedy do gleby dodaje się odpowiednie substraty, następuje namnażanie organizmów chemoautotroficznych, takich jak bakterie nitryfikacyjne — Nitrosomonas i Nitrobacter oraz utleniacze siarki z rodzaju Thiobacillus. Organizmy, których liczebność wzrasta w ten sposób w wyniku szczególnych warunków glebowych, można uznać za wykazujące reakcję zymogeniczną (fermentacyjną).

ii. Większość promieniowców zamieszkuje glebę. Ich liczebność wzrasta wraz z ciepłem klimatu i maleje wraz z głębokością gleby. Rozbijają pozostałe w glebie składniki odżywcze.

iii. Eksperymenty z izolacją sugerują, że ogólnie w glebie przeważają gatunki Mucor, Penioillum, Trichoderma i Aspergillus, a także Rhizopus, Zygerhynchus, Fusarium, Cephalosporium, Cladosporium i Verticillium. Dodatek materii organicznej do gleby stymuluje wzrost flory grzybowej w glebie w taki sam sposób, jak ma to miejsce w przypadku populacji bakterii zymogenicznych.

Populacja grzybów w suchych środowiskach jest większa niż bakterii. Większość grzybów strzępkowych to tlenowce, a ich grzybnia przeplata się między cząsteczkami gleby i wiąże je ze sobą, poprawiając w ten sposób teksturę gleby. Ponownie, większa część flory grzybowej występuje w górnych warstwach gleby, gdzie jest najwięcej materii organicznej.

iv. Gatunki glonów żyjące w glebie to wiciowce, kokoidy lub nitkowate. Niektóre z powszechnych alg to: Oscillatoria, Nostoc, Anabaena, Cylindrospermum, Chlorococcum, Chlorella i niektóre okrzemki (np. Hantzschia i Navicola). Rozwój glonów glebowych wpływa na powierzchnię gleby poprzez zubożenie niektórych składników odżywczych. Biomasa glonów na powierzchni gleby jest świetna.

v. Fauna glebowa zawiera liczne pierwotniaki i przedstawiciela metazoa. Najmniejsze gatunki, pierwotniaki i nicienie są szeroko rozpowszechnione w glebie. Te pierwsze na ogół występują w filmie wodnym otaczającym cząstki gleby, a te drugie zwykle w glebie górnych poziomów między korzeniami roślin.

Im więcej mikroorganizmów znajduje się w glebie, tym jest ona bardziej produktywna. Te żyjące w glebie mikroorganizmy odgrywają w niej ważną rolę.

(a) Rozkład materii organicznej, przemiany w glebie i utrzymanie równowagi żyzności gleby

(b) Poprawa żyzności gleby, rekultywacja jałowej gleby i kontrola erozji gleby oraz

(c) Biologiczne zwalczanie chorób i zalesianie.

Rozkład materii organicznej i przemiany w glebie:

Populacja glebowa odpowiada za usuwanie naturalnej ściółki z powierzchni ziemi, a także za przemiany istotne dla utrzymania żyzności gleby. Naturalna ściółka składa się ze złożonych organicznych pozostałości szczątków roślinnych i zwierzęcych, które są głównie różnymi formami węglowodanów, białek, tłuszczów, wosków itp.

Są one atakowane przez mikroorganizmy glebowe, które służą jako czynniki biogeochemiczne do przemiany w proste związki nieorganiczne lub w ich elementy składowe. Cały proces nazywa się mineralizacją. Zapewnia ciągłość pierwiastków (lub ich związków) jako składników pokarmowych dla roślin i zwierząt, w tym człowieka.

Ponieważ elementy składowe węglowodanów, białek, tłuszczów itp. nie mogą być wykorzystane przez rośliny lub zwierzęta w formie pierwiastkowej, mikroorganizmy poprzez różne cykle transformacji i przekształceń (Cykl Azotowy, Cykl Węglowy, Cykl Siarkowy, Cykl Tlenowy itp.) przekształcają je w złożone formularze.

Cykl Azotowy to taki, w którym wolny cząsteczkowy azot atmosfery przechodzi przez cykl przemian, w których pośredniczą mikroorganizmy do stałego azotu nieorganicznego, do prostych związków organicznych, do złożonych związków organicznych w tkankach roślin, zwierząt i mikroorganizmów. Ostatecznie ten azot jest uwalniany z powrotem do atmosfery w wyniku działania mikrobiologicznego.

Mikroorganizmy i szynizmy pełnią zatem istotną rolę w utrzymaniu cyklicznego procesu ponownego wykorzystania pierwiastków w warunkach naturalnych. Dominujące zaangażowane typy drobnoustrojów i szybkość ataku zależą od chemicznego charakteru pozostałości, warunków środowiskowych i charakteru gleby.

Na przykład materiały azotowe ulegają na ogół degradacji szybciej niż pozostałości o wysokich stosunkach C:N. Spośród warunków środowiskowych i nieśmiałych szczególnie ważna jest wilgoć, ponieważ w suchych warunkach atak będzie powolny. Temperatura wpływa również na szybkość degradacji i skład atakującej flory. Ponownie gleba leżąca pod spodem determinuje w dużym stopniu populację drobnoustrojów dostępną do degradacji.

Białka, kwasy nukleinowe, zasady purynowe i pirymidynowe oraz aminocukry stanowią złożone organiczne substancje azotowe, które odkładają się w glebie w postaci odpadów zwierzęcych i roślinnych lub ich tkanek. W procesach syntetycznych mikroorganizmów występuje również pewna ilość złożonych organicznych związków azotu.

Azot zamknięty w białkach nie jest dostępny dla roślin jako składnik odżywczy. Dlatego, aby uwolnić ten organicznie związany azot, musi nastąpić enzymatyczna hydroliza białka – proteoliza.

Dokonują tego mikroorganizmy zdolne do przekształcania białek w mniejsze jednostki – peptydy za pomocą enzymów – proteinaz. Peptydy są atakowane przez peptydazy enzymatyczne, co powoduje uwolnienie aminokwasów. Te enzymy proteolityczne są wytwarzane przez Clostridium histolyticum i C. sporogenes oraz gatunki z rodzajów

Proteus, Pseudomonas i Bacillus oraz wiele grzybów i promieniowców. Aminokwasy są degradowane przez atak drobnoustrojów z wytworzeniem amoniaku, proces znany jako amonifikacja. Amoniak jest lotny, część opuszcza glebę, a reszta jest rozpuszczana do NH4+ który jest wykorzystywany przez rośliny i. mikroorganizmów i w sprzyjających warunkach jest utleniany do azotanów przez bakterie nitryfikacyjne w procesie zwanym nitryfikacją.

Dzieje się to w dwóch krokach:

(i) Utlenianie amoniaku do azotynu przez bakterie utleniające amoniak oraz

(ii) Utlenianie azotynu do azotanu przez bakterie utleniające azotyny.

Utleniacze amoniakalne to:

Nitrosomonas europaea, Nitrosovibrio tenuis, Nitrosococcus nitrosus i Nitrosococcus oceanus, a bakterie utleniające azotyny to: Nitrobacter winogradskyi i Nitrospina gracilis.

Ponownie w warunkach beztlenowych, w podmokłych glebach heterotroficzne bakterie przekształcają azotany w azotyny lub amoniak, proces znany jako denitryfikacja, niepożądany proces, który powoduje utratę azotu z gleby, zmniejszając poziom składników odżywczych dla wzrostu roślin.

Poza tym mikroorganizmy przekształcają również atmosferyczny azot cząsteczkowy w amoniak w procesie znanym jako wiązanie azotu.

Należą do dwóch grup:

(i) mikroorganizmy symbiotyczne, żyjące w korzeniach roślin oraz

(ii) Mikroorganizmy niesymbiotyczne, żyjące swobodnie i niezależnie w glebie.

Podczas bakteryjnego wiązania azotu enzym wiążący azot – kompleks enzymatyczny nitrogenazy charakteryzujący się dwoma składnikami, które reagują razem z czynnikiem silnie redukującym – ferredoksyną lub fiawodoksyną i ATP.

Symbiotyczne wiązanie azotu jest realizowane przez bakterie z rodzaju Rhizobium w połączeniu z roślinami strączkowymi z pewnym stopniem specyficzności między bakteriami a roślinami strączkowymi. Ponownie niesymbiotyczne wiązanie azotu jest wykonywane przez Clostridium pasteurianum i gatunki z rodzaju Azotobacter.

Chociaż rośliny zielone i glony są najważniejszymi czynnikami asymilacji dwutlenku węgla obecnego w atmosferze lub rozpuszczonego w wodzie, bakterie są również zdolne do syntezy materii organicznej z węgla nieorganicznego w cyklu węglowym. Powstałe w ten sposób organiczne związki węgla osadzają się w glebie w wyniku corocznego opadania ściółki i śmierci różnych grup roślin i zwierząt.

Są degradowane przez aktywność drobnoustrojów. Produkt końcowy, dwutlenek węgla, jest uwalniany do powietrza i gleby.

Mikroflora odpowiada za wydzielanie 95 procent dwutlenku węgla, a zwierzęta to tylko 95 procent. Większość mikroorganizmów biorących udział w obiegu węgla w środowiskach lądowych jest heterotroficzna. Pewna część pozostałości organicznych zawierających węgiel jest wbudowywana w tkanki drobnoustrojów, które same w końcu ulegną rozkładowi.

Pozostała część jest włączana do próchnicy – ​​ciemnego amorficznego materiału organicznego, który jest ważny dla żyzności gleby. Z powstawaniem próchnicy związana jest również fauna glebowa. Próchnica nie jest pojedynczą substancją chemiczną, ma zasadniczo charakter polifenolowy i zawiera pewne aminokwasy i aminocukry. Bakterie i grzyby to główne mikroorganizmy rozkładające organiczne związki węgla.

Najobficiej występującym materiałem organicznym w roślinach jest celuloza, która jest łatwo atakowana przez bakterie i grzyby. Podczas rozkładu celulozy strzępki grzybów szybko kolonizują powierzchnię pozostałości organicznych i hydrolizują celulozę. Niektóre z rodzajów grzybów biorących udział w procesie to: Botryotrichum, Chaetomium, Humicola, Stachybotrys i Stysanus.

Po kilku tygodniach grzybnia obumiera i pojawiają się bakterie i zwierzęta powodujące rozkład i degradację tych materiałów organicznych. Początkowy atak enzymatyczny enzymu celulazy powoduje rozszczepienie celulozy na celobiozę. Ponownie celobioza jest rozdzielana na glukozę przez enzym β-glukozydazę, glukoza jest łatwo metabolizowana przez wiele mikroorganizmów.

Całkowite utlenienie daje dwutlenek węgla i wodę. Podobne drogi degradacji zachodzą dla innych substancji tkankowych roślin, takich jak hemiceluloza, lignina i pektyna. Dwutlenek węgla może również pochodzić z dekarboksylacji i szylacji aminokwasów, a także z dysymilacji kwasów tłuszczowych. Wszystkie te przemiany mogą zachodzić w glebie.

Siarka w postaci elementarnej nie może być wykorzystywana przez rośliny ani zwierzęta. Przechodzi przez cykl przemian, takich jak azot i węgiel, w których pośredniczą mikroorganizmy i szynizmy.

Wiele mikroorganizmów biorących udział w cyklu siarkowym nie jest aktywnych w glebie, np. bakterie fotosyntetyczne biorące udział w utlenianiu siarczków. W większości gleb rolniczych siarka występuje w stężeniu wystarczającym do spełnienia wymagań populacji glebowej i roślin uprawnych.

Ta podaż pochodzi ze skały macierzystej, z pozostałości organicznych i związków lotnych w regionach przemysłowych. Mikroorganizmy są, jako grupa, bardziej wszechstronne i mogą wykorzystywać większość związków siarki i odgrywają zasadniczą rolę w udostępnianiu siarki roślinom wyższym w formie użytkowej.

Znowu niektóre mikroorganizmy utleniają się, a inne redukują różne związki siarki. Thiobacillus thiooxidans, autotrof, może utleniać siarkę do siarczanu, który jest przyswajany przez rośliny i włączany do aminokwasów zawierających siarkę, a następnie do białek.

Natomiast członkowie rodzaju Desulfovibrio są odpowiedzialni za redukcję siarczanów w glebie. W podmokłych glebach pól ryżowych, w których panują warunki beztlenowe, są one odpowiedzialne za wytwarzanie siarkowodoru, który może uszkadzać korzenie rosnących tam roślin ryżu. Są również odpowiedzialni za powodowanie rozległej erozji podziemnych rur żelaznych.

Ponownie degradacja białek uwalnia aminokwasy, z których niektóre zawierają siarkę. Siarka ta jest uwalniana z aminokwasów dzięki aktywności enzymatycznej wielu bakterii heterotroficznych.

Przykładami bakterii biorących udział w cyklu siarkowym w różny sposób są: gatunki z rodzaju Desulfotomaculum purpurowe i zielone bakterie siarkowe Chromatium i Chlorobium nonsulphur purpurowe bakterie Rhodospirillum, Rhodopseudomonas i Rhodomicrobium.

Pierwiastki śladowe (np. Zn, Cu, Co itp.) są uwalniane przez mikroorganizmy podczas rozkładu, a na ich pobieranie przez rośliny wyższe mogą mieć wpływ bakterie rosnące na powierzchni korzeni. Niektóre z bakterii biorących udział w powyższym procesie to: Pseudomonas, Corynebacterium i Flavobacterium.

Aktywność metaboliczna mikroorganizmów powoduje również solubilizację fosforanów z nierozpuszczalnych fosforanów wapnia, żelaza i glinu. Fosforany są uwalniane ze związków organicznych, takich jak kwasy nukleinowe, w wyniku degradacji mikrobiologicznej. Bakterie zmieniają nierozpuszczalne tlenki żelaza i manganu w rozpuszczalne sole żelaza i manganu. Możliwa jest również odwrotność.

Widać więc, że mikroorganizmy pełnią liczne i istotne funkcje, które przyczyniają się do produktywności gleby.

Stosowanie herbicydów i pestycydów na szeroką skalę w celu poprawy plonów powoduje pewne skutki uboczne, które wymagają starannego rozważenia i owocnego rozwiązania. Substancje te, osadzone w glebie, powodują niszczenie mikroorganizmów glebowych, spływają wraz z wodą deszczową, a tym samym powodują zanieczyszczenie strumieni i rzek, a tym samym wpływają na florę i faunę wodną.

Poprawa żyzności gleby i innych aspektów gleby:

Sinice — Oscillatoria princeps O.gatunki formosa Anabaena Spirulina Nostoc Cylindrospermum zwiększają żyzność gleby poprzez wiązanie azotu atmosferycznego. Oprócz tego sinice są również wykorzystywane do rekultywacji gleb jałowych i zasadowych.

Zarówno sinice, jak i zielone glony, które rosną na powierzchni gleby, hamują erozję gleby, zapobiegając podmywaniu górnej żyznej warstwy gleby w porze deszczowej, a tym samym odgrywają zasadniczą rolę w ulepszaniu gleb rolniczych.

Biologiczne zwalczanie chorób i zalesianie:

Mikroorganizmy glebowe takie jak Arthrobotrys oligospora, Dactylella cinopaga są bardzo skutecznie wykorzystywane do wyłapywania i niszczenia nicieni w glebie jako program biologicznego zwalczania chorób upraw rolniczych.

Poza tym mikoryzowe mikroorganizmy grzybowe związane z korzeniami drzew leśnych, np. Boletus subtomentosus z Pinus montana i Lactarius deliciosus z Pinus sylvestris, zwiększają powierzchnię wchłaniania i szybkość wchłaniania różnych minerałów, a także uodparniają je na atak chorób. Ta grupa drobnoustrojów i drobnoustrojów jest z zyskiem wykorzystywana w programie zalesiania.

Uwaga nr 7. Mikrobiologia powietrza:

Atmosfera ziemska zawiera wiele cząstek materii stałej, z których duża część ma pochodzenie biologiczne. Większość żywotnych cząstek urodzonych w powietrzu to zarodniki różnych organizmów, które do pewnego stopnia są przystosowane do przetrwania w takim środowisku.

W powietrzu mogą pojawiać się nie tylko zarodniki grzybów, myksomycetes, mszaki i pteridofity, ale także ziarna pyłku, mech, propagule porostów, komórki glonów, komórki roślinne oraz komórki i zarodniki bakterii, cysty pierwotniaków i cząstki wirusów oraz stanowią zarodniki powietrzne, które zanieczyszczają powietrze, którym oddychamy.

Zarodniki pozostają zawieszone w powietrzu tak długo, jak ich prędkość opadania jest mniejsza niż prędkość często powtarzających się w górę prądów powietrza.

Drobnoustroje przenoszone drogą powietrzną to głównie wirusy (grypy, odry itp.), bakterie (gatunki Streptococcus, Mycobacterium, Corynebacterium itp.) oraz zarodniki Thermoactinomyces vulgaris i Micropolyspora faerti oraz zarodniki grzybów (Aspergillus fumigatus, Cladosporium herbarum, itp. ).

Odpowiadają za różne choroby (płucne lub inne) człowieka. Niezbędne jest zbadanie natury, pochodzenia i zachowania drobnoustrojów powietrznych, aby zapobiec występowaniu chorób przez nie wywoływanych.

Źródło i dystrybucja zarodników powietrznych:

Większość zarodników powietrznych pochodzi z powierzchni roślinności lub resztek roślinnych nad poziomem gruntu lub pyłu. To prawda, że ​​wiele organizmów siłą wydala swoje zarodniki na odległości od kilku do wielu mili&szymetrów za pomocą aktywnych mechanizmów, ale większość mikroorganizmów przenoszonych drogą powietrzną nie ma specjalnych struktur ułatwiających ich rozprzestrzenianie się w atmosferze.

Ich start jest uzależniony od zakłóceń fizycznych, a kurz służy jako nośnik zanieczyszczeń i nieszczęścia przenoszonego przez powietrze.

Natura zarodników powietrznych jest niezwykle zmienna, ponieważ rządzą nią różne czynniki fizyczne i fizjologiczne.

(i) Zarodniki powietrzne w powietrzu zewnętrznym:

Spory powietrzne stanowiące zarodniki grzybów w pobliżu poziomu gruntu wykazują okresowość dobową. Zarodniki drożdży najliczniej występują w powietrzu przed świtem, zarodniki Phytophthora infestans późnym rankiem i zarodniki Clado­sporium, Alternaria i Ustilago po południu.

Często po deszczu w pobliżu poziomu gruntu – wilgotne zarodniki powietrzne są bogate w bazydiospory i askospory, które są zastępowane suchymi zarodnikami powietrznymi, które składają się z ziaren pyłku i suchych zarodników mączniaka prawdziwego, Alternaria, smutków i rdzy.

Zarodniki grzybów przenoszone przez powietrze są odpowiedzialne za choroby płuc. Zarodniki te pochodzą ze spleśniałych czaszek, słomy, wilgotnej roślinności i hałd kompostu. Aspergiloza u świń rozwija się poprzez słomę skażoną Aspergillus fumigatus, który może również powodować wiele chorób u ludzi.

Zarodniki grzyba Cladosporium herbarum, ciepłolubnych promieniowców, np. Thermoactinomyces vulgaris i Micropolyspora faeni oraz ziarna pyłku wnikają głęboko do dróg oddechowych wywołując objawy alergiczne u człowieka. Poza tym istnieje znacznie więcej bakterii i szyterii, których zarodniki przyczyniają się do tworzenia zarodników powietrznych w powietrzu zewnętrznym, a wdychane powodują poważne choroby.

(ii) Spory powietrzne wewnątrz budynków:

Zawartość drobnoustrojów w powietrzu wewnątrz budynków może obejmować wirusy, bakterie chorobotwórcze i niepatogenne oraz grzyby. Wiele wirusów, w tym grypy, przeziębienia, odry, ospy itp., jest roznoszonych przez powietrze i może powodować infekcje podczas wdychania. Endospory z rodzajów Bacillus i Cladosporium, zwłaszcza CI. perfringens, są powszechnie spotykane w zajętych pokojach, oddziałach szpitalnych.

Rhodotorulla i inne drożdże oraz zarodniki gatunków Apergillus, Penicillium, Mucor i innych pleśni są powszechnie obecne. Mogą one zanieczyszczać żywność i wilgotne łatwo psujące się materiały organiczne, takie jak skóra, a wdychanie może powodować infekcje dróg oddechowych u ludzi i zwierząt oraz reakcje alergiczne, takie jak astma.

W budynkach, w których przebywają zwierzęta, zanieczyszczenie powietrza jest szczególnie wysokie ze względu na obecność siana, słomy lub innej paszy, ściółki i suszonych odchodów oraz zanieczyszczenia z sierści zwierząt. Zarodniki Aspergillus fumigatus zostały znalezione w 80% lub więcej próbek kurzu przebadanych z domów miejskich. Przy wdychaniu rozwija się aspergiloza płuc. Niektóre patogeny bakteryjne przenoszone przez powietrze

obejmują drobnoustroje powodujące zapalenie migdałków (Streptococcus pyogenes), gruźlicę (Myco­bacterium tuberculosis), błonicę (Corynebacterium diphtheriae) i gorączkę Q (Rickettsia burnetii). Gęstsze cząsteczki osadzają się szybko, ale lżejsze pozostają trwale zawieszone.

Suche zamiatanie podłóg, odkurzanie przedmiotów, potrząsanie ubraniami, ścielenie łóżek, przemieszczanie się ludzi i susze mogą rozbić pierwotne podłoże na drobno rozdrobnione cząstki lub zaburzyć osiadły kurz i spowodować jego unoszenie się w powietrzu.

Przetrwanie zarodników powietrznych:

Przetrwanie mikroorganizmów unoszących się w powietrzu zależy od wielu czynników. Zarodniki, które tolerują odwodnienie, przetrwają dłużej niż komórki wegetatywne. W wilgotnej atmosferze z dala od bakteriobójczych promieni słonecznych, które w ograniczonym stopniu przenikają przez szyby, wydłuża się czas przeżycia wszystkich drobnoustrojów.

Mikroorganizmy jako oczyszczacze powietrza:

Duża liczba mikroorganizmów działa jako oczyszczacze powietrza – stanowiąc jeden z aktywnych składników ekosystemów w przyrodzie.

Na przykład bakterie fotosyntetyczne (Chromatium sp., Rhodospirillum molischianum itp.) z bakteriochlorofilem i sinicami oraz zielone glony z chlorofilem zamieniają atmosferę i dwutlenek węgla w różne formy węglowodanów i tym samym oczyszczają powietrze, zachowując równowagę gazową, biorąc udział w ekosystemie w naturze.

Uwaga nr 8. Mikrobiologia wody:

Mikrobiologia wody obejmuje badanie przyrody, rozmieszczenia i aktywności mikroorganizmów w wodach słodkich, przyujściowych i morskich. Wilgoć ziemi jest w ciągłym obiegu. Ten proces cyrkulacji wilgoci jest znany jako cykl wodny lub cykl hydrologiczny, który ma różne etapy wód atmosferycznych, powierzchniowych i gruntowych.

Ilość wilgoci i charakter drobnoustrojów na każdym etapie są niezwykle zmienne. Flora mikrobiologiczna wilgoci atmosferycznej jest wnoszona przez powietrze wraz z cząsteczkami kurzu. Jest usuwany z powierzchni ziemi w dużych ilościach przez deszcz i grad.

Wody powierzchniowe obejmują wody jezior, strumieni, rzek i oceanów. Wody te są podatne na okresowe skażenie drobnoustrojami z wody atmosferycznej przez opady atmosferyczne, powierzchniowe popłuczyny gleby i wszelkie wrzucane do nich odpady.

Skład flory bakteryjnej w wodach powierzchniowych zależy od mikrobiologicznych składników odżywczych obecnych w wodzie, warunków geograficznych, biologicznych i klimatycznych. Woda gruntowa to woda podziemna występująca w glebie lub materiałach zawierających skały.

W zależności od przepuszczalności gleby i głębokości, na jaką wnika woda, drobnoustroje są usuwane przez filtrację i jako taka woda gruntowa może być wolna od jakichkolwiek drobnoustrojów.

Populacja drobnoustrojów w zbiorniku wód powierzchniowych jest w dużej mierze zdeterminowana przez warunki fizyczne i chemiczne panujące w tym siedlisku. Niektóre z tych warunków to: temperatura, ciśnienie hydrostatyczne, światło, zasolenie, zmętnienie, pH oraz składniki nieorganiczne i organiczne.

Ponownie optymalny wzrost drobnoustrojów zależy od interakcji między tymi warunkami a naturą wód powierzchniowych (świeżych lub morskich). Poza tym rozmieszczenie mikroorganizmów zmienia się w zależności od głębokości wody. W wodach głębokich w warstwach wierzchnich i osadach dennych występuje wyższe stężenie mikroorganizmów niż w pozostałych.

Nagromadzenie pływających i dryfujących grup drobnoustrojów na powierzchni wody jest znane jako plankton, który składa się głównie z alg, jest fitoplanktonem, gdy dominują pierwotniaki i inne drobne zwierzęta, jest to zooplankton, a gdy występuje w nim mieszanina zarówno życia roślinnego, jak i zwierzęcego to zoofitoplankton.

Najbogatszymi w układ estuarium-morskim organizmami dennymi są organizmy denne. W bentosie znajdują się dwie różne formy życia, jedna przyczepiona i nieruchoma, druga nieprzywiązana i zdolna do poruszania się i poruszania się w poziomie i pionie. Dołączone gatunki rosnące na powierzchniach skalnych lub kamiennych są epilityczne, na roślinach epifityczne, a na zwierzętach epizooiczne.

Dzięki intensywnej koncentracji biomasy organizmów bentosowych stanowi jeden z najważniejszych żerowisk dla pierwotniaków, ryb wegetariańskich itp. Pomiędzy strefą bentosową a strefą producentów (glonów fotosyntetycznych) znajduje się profunduszowa strefa otwartej woda, w której aktywność fotosyntetyczna stopniowo spada.

W wodach słodkich strefa profundalna i strefa bentosowa są w dużej mierze zasiedlone przez organizmy heterotroficzne. Natomiast w wodach morskich obszar między górnymi warstwami a obszarem tuż nad dnem morskim jest stosunkowo jałowy, rozległy mikrobiologiczny pustynny region oceaniczny.

Uwaga nr 9. Mikrobiologia zwierząt:

Niektóre mikroorganizmy pozostają regularnie związane ze zwierzętami (w tym owadami) tworząc "normalną florę" wykazującą dynamiczną równowagę. Taka równowaga może być zachwiana, gdy odporność gospodarza jest obniżona, a normalna flora przejmuje patogenną rolę.

Rodzaje drobnoustrojów normalnej flory zależą od rodzaju ciała zwierzęcia i warunków środowiskowych:

i. Mikroorganizmy związane z ludzkim organizmem:

Do prawidłowej flory ludzkiej skóry należą ziarniaki Gram-dodatnie, głównie Staphylococcus albus i Sarcina spp. W wydzielinach skóry obecne są Pityrosporum ovalis i P. orbiculare. W wydzielinie uszu często występuje Mycobacterium smegmatis, odporne na działanie kwasu saprofitycznego.

Łzy wydzielane na spojówce oka zawierają enzym lizozym, który atakuje ściany komórkowe bakterii powodując lizę, co utrzymuje liczbę drobnoustrojów w tym miejscu na niskim poziomie.

Nozdrza człowieka są zawsze silnie skolonizowane przez Staphylococcus albus i S. aurens. Ponownie, normalną florę górnych dróg oddechowych reprezentują głównie Streptococcus salivatius, S. pyogenes, Neisseria pharyngis i Haemophilus influenzae. Nie ma normalnej flory tchawicy i oskrzeli.

Flora przewodu pokarmowego człowieka obejmuje niehemolityczne paciorkowce, niepato- i hygeniczne gatunki Neisseria, krętki beztlenowe, Fusobacterium i lactobacilli. Oprócz nich obecny jest również Candida albicans. Flora jelita cienkiego obejmuje: Escherichia coli, Clostridium perfringens, gatunki z rodzajów Bacillus i Bacteroides. Ale ogólnie dieta wpływa na florę jelitową.

ii. Mikroorganizmy związane z innymi zwierzętami:

Oprócz ludzkiego ciała jednym z głównych siedlisk drobnoustrojów są inne zwierzęta. W związku z tym istnieje między nimi wiele różnych rodzajów interakcji. Oddziaływania te tradycyjnie dzieli się na: symbiotyczne, pasożytnicze i komensalne.

Około 10 procent wszystkich owadów występuje w symbiozie z jednym lub często kilkoma rodzajami mikroorganizmów.

Niektóre z typowych przykładów to: grzyby (Termitomycetes spp.) i termity wiciowce (Hypermastigina i Polymastigina) jako jaz jako bakterie i riketsje z mikoflorą termitów (Saccharomyces spp. Aspergillus spp.) z uli owady zasiedlające drewno grzyb ambrozji (Ceratocystis ulmi).

Ciekawym aspektem jest symbioza mikroorganizmów w żwaczu (pierwsza komora żołądka zwierząt roślinożernych). Mikroorganizmy takie jak Bacteroides succinogenes, B. ruminicola, Streptococcus bovis, Selenomonas ruminantium rozwijają się w pierwszej komorze (żwaczu) wielokomorowych żołądków krów wraz z przechowywaną paszą.

Trawią błonnik, syntetyzują białka i witaminy oraz zmieniają tłuszcze paszy w żwaczu, dzięki czemu są odpowiednie dla potrzeb żywieniowych krów.

W żwaczu drobnoustroje syntetyzują również aminokwasy, białka i witaminy wykorzystywane przez żywiciela oraz niektóre gatunki mikroflory żwacza. Ponownie w żwaczu panuje atmosfera odpowiednia do rozwoju ciągłego rozwoju drobnoustrojów. W ten sposób czerpią korzyści z obu składników symbiotycznego stowarzyszenia.

Badanie charakteru i działania mikroorganizmów oraz poprawa ich jakości są przydatne dla dobra zwierząt mlecznych. Pasteur nie wierzył, że zwierzęta mogą żyć bez mikroorganizmów.

Pasożytniczy związek między mikroorganizmami a zwierzętami wykazują różne mikroorganizmy chorobotwórcze. Znowu związek między bakteriami tlenowymi (gatunki z rodzajów Pseudomanas, Achromobacter, Vibrio itp.) a rybami morskimi można przytoczyć jako jeden z najlepszych przykładów interakcji komensalnych mikroorganizmów.

Uwaga nr 10. Mikrobiologia medyczna:

Jest to dział Mikrobiologii, który zajmuje się mikroorganizmami chorobotwórczymi u ludzi, innych zwierząt i roślin. Mikroorganizmy są najlepiej znane przeciętnemu człowiekowi po chorobie, którą powodują. Mikrobiologia medyczna zajmuje się zapobieganiem i kontrolą chorób.

Znaczenie różnych typów drobnoustrojów w wywoływaniu chorób będzie jasne dopiero po zbadaniu danych drobnoustrojów.

Ta gałąź mikrobiologii traktowana jest oddzielnie jako:

(a) Badanie chorób roślin (Patologia Roślin) oraz

(b) Badanie chorób zwierząt, w tym płoszenia ludzi.

Niezbędne jest oczyszczanie odpadów biologicznych za pomocą chemikaliów lub mikroorganizmów w celu ponownego usunięcia mikroorganizmów chorobotwórczych, które powodują nieprzyjemny zapach. Właściwe oczyszczanie, które różni się w zależności od rodzaju i źródła odpadów, może wyeliminować zagrożenia dla zdrowia i usunąć związki szkodliwe dla ryb i innych organizmów wodnych. Znajomość tych organizmów jest niezbędna do utrzymania równowagi form życia.

Niektóre z mikroorganizmów związanych ze ściekami to: gatunki Enterobacter, Pseudomonas, Escherichia, Metanobacterium, Methanococcus.

Uwaga nr 11. Mikrobiologia kosmiczna (egzobiologia):

Jest to badanie możliwego występowania drobnoustrojów w przestrzeni kosmicznej i na planetach (życie pozaziemskie) lub założenie ziemskich typów planet poprzez pojazd kosmiczny. Obejmuje również badanie potencjalnego wykorzystania mikroorganizmów do produkcji żywności i energii oraz do utrzymania odpowiedniego bilansu tlenu i dwutlenku węgla w pojeździe kosmicznym, np. wykorzystanie gatunków chlorelli.

Uwaga nr 12. Mikrobiologia i pochodzenie życia:

Przedstawiono wiele wyjaśnień dotyczących pochodzenia życia na planecie Ziemia. Jedna z bardziej akceptowalnych z tych propozycji sugeruje, że życie powstało w morzu po milionach lat chemicznego procesu ewolucyjnego.

Szeroki zakres możliwości biochemicznych występujących wśród mikroorganizmów, duża prostota niektórych typów sprawia, że ​​mikroorganizmy są atrakcyjne “narzędzia eksperymentalne” do badania przejścia między syntezą chemiczną a żywymi formami.

Uwaga nr 13. Mikrobiologia geochemiczna:

Badanie drobnoustrojów odpowiedziało na wiele istotnych pytań, takich jak rola drobnoustrojów w tworzeniu węgla, ropy naftowej oraz wykorzystanie surowców (wodorowęglanów) do przekształcenia w cenne związki chemiczne. Materia organiczna pochodząca z mikroorganizmów nagromadzonych w osadach błotnych dna oceanicznego została z biegiem czasu zakopana w wyniku działania sedymentacji i stopniowo przekształcona w ropę i gaz.

Ciągłe badania w tej dziedzinie mikroorganizmów pomogą nam wykorzystać nasze naturalne zasoby.

Uwaga nr 14. Nawozy mikrobiologiczne:

Mikroorganizmy są w różny sposób wykorzystywane do przygotowania nawozów do stosowania w glebie w celu poprawy żyzności gleby. Nawozy mikrobiologiczne zawierają przede wszystkim aktywne szczepy mikroorganizmów (sinice, bakterie), głównie bakterie w wystarczającej liczbie.

Są one używane do wiązania azotu atmosferycznego lub do solubilizacji składników odżywczych roślin, takich jak fosforany, lub do stymulacji wzrostu roślin poprzez syntezę substancji pobudzających wzrost.

Uwaga nr 15. Zasada interakcji drobnoustrojów:

W systemie niebiesko-zielonych alg, Azotobacter i fotosyntetycznych bakterii Rhodopseudomonas, fotosyntetyczna ewolucja tlenu przez niebiesko-zielone algi może zapewnić Azotobaclerowi środowisko tlenowe. Wykorzystanie tlenu przez Azotobacter może skutkować częściową lub całkowitą beztlenowością w bezpośrednim sąsiedztwie, w której beztlenowe Rhodopseudomonas mogą dobrze się rozwijać.

Rhodopseudomonas może używać niższych kwasów tłuszczowych i węglowodanów. W ten sposób bakterie mogą wiązać azot i przyswajać dwutlenek węgla. W przebiegu heterotroficznym bakterie heterotroficzne Azotobacter mogą wykorzystywać węglowodany i wydalać niższe kwasy tłuszczowe. Uwalniany w heterotroficznej ciemnej warstwie dwutlenek węgla może być asymilowany przez bakterie fotosyntetyczne i sinice.

Korzystne efekty asocjacyjne sinic, bakterii fotosyntetycznych i Azotobacter, zwiększające wiązanie azotu, można bardzo dobrze wykorzystać do zwiększenia zawartości azotu w glebie.

Wykazano również, że wiązanie azotu całkowitego w mieszanych kulturach Azotobacter chroococcum, Rhodopseudomonas capsulatus i Cylindrospermum muscicola jest większe niż w czystych kulturach każdego organizmu, ponieważ wzajemne skojarzenie Aztobacter i fotosyntezy Rhodofiseudomonas capsulatus powoduje wzrost energii źródło.

Dopóki zachodzi rozkład i synteza komórek drobnoustrojów, zachodzi zarówno mineralizacja, jak i unieruchomienie. Na przykład, solubilizacja nierozpuszczalnych związków nieorganicznych jest powodowana przez niektóre gatunki Bacillus, Pseudomonas, Mycobacterium, Micrococcus, Flavobacterium, Penicillum, Sclerotium i Aspergillus.

Te bakterie i grzyby powodują solubilizację poprzez produkcję kwasów organicznych.Kwasy organiczne odgrywają rolę w uwalnianiu fosforanów poprawiających zawartość fosforu w glebie, który kontroluje pobieranie lub uwalnianie składników odżywczych przez korzenie.

Niektóre z typowych nawozów mikrobiologicznych i ich zastosowania podano poniżej:

Wśród nawozów bakteryjnych najważniejsze są te zawierające bakterie brodawkowe korzeni roślin strączkowych Rhizobium, które działają w połączeniu z rośliną żywicielską i pomagają w wiązaniu azotu atmosferycznego. Nitragin jest torfowym lub glebowym preparatem Rhizobium specyficznym dla różnych roślin strączkowych. Kultury glebowe zawiesza się w 12,5 procentowym roztworze cukru lub guru w wodzie.

Cukier lub roztwór guru gotuje się i schładza, po czym kulturę posypuje się nasiona i nasiona dokładnie miesza się z zawiesiną bakteryjną tak, aby uzyskać jednolitą powłokę bakterii. W momencie zaprawiania nasion należy uzyskać około 1000 żywotnych komórek bakteryjnych.

Zazwyczaj 400g kultury na bazie torfu lub 900g kultury na bazie gleby wystarczyłoby dla ilości nasion wymaganej na hektar. Drobno zmielone wapno (węglan wapnia) jest dodawane, aby nasiona mogły przed siewem pokryć się wapnem. Tak uformowane peletki powinny wyglądać na suche, bez luźnego wapna na powierzchni i powinny być jędrne.

Granulowanie drobno mielonym wapnem zapewnia dobrą ochronę przed zakwaszeniem gleby nawozu w czasie siewu Toksyczność okrywy nasiennej, która często wpływa na przeżycie Rhizobium na nasionach, można usunąć przez moczenie nasion w wodzie na kilka godzin przed zabiegiem je z kulturą Rhizobium na bazie torfu.

Jest to preparat zawierający komórki Azotobacter chroococcum wyhodowane na agarze. Narośl bakteryjną na powierzchni agaru należy zeskrobać dodając wodę i tak otrzymanym roztworem posypać rozprowadzone cienką warstwą nasiona. Nasiona miesza się dokładnie z roztworem bakteryjnym, aby zapewnić równomierne rozprowadzenie roztworu bakteryjnego na powierzchni nasion.

Następnie pozostawia się je do wyschnięcia w cieniu. Nasiona są teraz gotowe do wysiewu. Azotobacter należy wysiewać na glebach bogatych w materię organiczną i wilgoć. Ponieważ Azotobacter nie jest skuteczny na glebach kwaśnych, należy je wapnować.

Jest to również nawóz bakteryjny, preparat na bazie Kaolinu zawierający komórki Bacillus megaterium var. fosforan. Czas stosowania fos&szyfobakterii jest dłuższy niż azotobakteryny, np. paczkę fosfo&szyfobakteryny można stosować przez 12 miesięcy, a azotobakterynę należy zużyć w ciągu dwóch miesięcy.

Fosfobakteryna stosowana z obornikiem i siarczanem amonu zwiększa wykorzystanie dodanego superfosfatu przez rośliny takie jak pszenica, wspinaczka zwyczajna itp.

Pięć gramów fosfobakteryny zawieszonych w jednym litrze wody należy odstawić na dwie godziny, aby zarodniki bakterii mogły wykiełkować. Następnie przed siewem należy posypać nasiona roztworem fos&szyfobakterii. Jednakże ilość stosowanej fosfobakteryny różni się w zależności od rodzaju nasiona do nasiona.

Niebiesko-zielony nawóz z alg:

Sinice w skali masowej do stosowania jako nawozy i schylizatory mogą być hodowane (i) metodą hodowli zbiornikowej oraz (ii) metodą hodowli na suchym piasku. Metodą hodowli suchego piasku uzyskuje się wysuszone algi, które zachowują żywotność przez ponad dwa lata. Ta metoda jest ekonomiczna i ułatwia obsługę materiałów sypkich do dystrybucji.

Znowu metodą hodowli w zbiornikach można uzyskać dużą ilość materiału alg przy minimalnym nakładzie pracy, ale otrzymane glony powinny być zawsze utrzymywane w stanie mokrym przy określonym procencie wilgotności. Podczas stosowania niebiesko-zielonego nawozu algowego, inokulum algowe można zaszczepić w małych złożach alg na polu posypanym wapnem w celu pobudzenia wzrostu inokulum.

Łóżka mogą być wtedy podlewane. Zaszczepione glony urosną do postaci szumowiny, którą można wyłowić, wysuszyć i posypać polem razem z wapnem, hamuje wzrost innych glonów, a także obniży kwasowość wody do korzystnego poziomu.

Ostatnie postępy poczyniono w technikach izolacji i łączenia odmiennych fragmentów cząsteczek DNA, tak aby biologicznie aktywne cząsteczki rekombinowanego DNA mogły być wytworzone in vitro. Cząsteczki te można następnie wprowadzić do bakterii, gdzie mogą się replikować.

Metoda rekombinacji DNA może być wykorzystywana do różnych celów. Na przykład, przez zastosowanie metody rekombinacji DNA można opracować nowe szczepy bakterii, które są zdolne do syntetyzowania szerokiej gamy substancji biologicznych i chemicznych, których nie można jeszcze wyprodukować na skalę przemysłową.

Można również pomyśleć o wykorzystaniu wiedzy z Inżynierii Genetycznej Mikrobiologii w rolnictwie, np. geny wiązania azotu (nif) są transferowalne.

Istnieją możliwości przygotowania nowych bakterii wiążących azot za pomocą inżynierii genetycznej. W dziedzinie rolnictwa podejmowane są wysiłki w celu wytworzenia genetycznie zmodyfikowanych mikroorów i szyganizmów, które mogą wiązać azot w uprawach zbóż, a tym samym poprawiać żyzność gleby.

Ta technika inżynierii genetycznej może być dalej stosowana w różnych obszarach mikro&szybiologii, a uzyskane w ten sposób wyniki mogą być wykorzystane dla dobra społeczeństwa ludzkiego.

Dzięki zastosowaniu techniki inżynierii genetycznej przemysł farmaceutyczny wyprodukował już kilka produktów do leczenia ludzi, takich jak insulina, interferon, urokinaza i somatostatyna, oraz pojawiły się nowe techniki opracowywania szczepionek. Mikroorganizmy wytworzone tą techniką mogą być z zyskiem stosowane do rozkładu ropy podczas wycieków ropy, a także w przemyśle wydobywczym i wydobywczym.

Mikrobiologiczna strata ekonomiczna:

Przez lata badań udało się prześledzić, w jaki sposób mikroorganizmy są odpowiedzialne za: zmniejszenie żyzności gleby przez bakterie denitryfikacyjne psucie się żywności powodujące zatrucia pokarmowe choroby zwierząt (gruźlica bydła, wąglik owiec, cholera kurcząt itp.) różne choroby człowieka (gruźlica, trąd, tężec itp.) choroby roślin (zarazy, zgnilizna, galasy) , rak itp.) i powodować różne inne straty ekonomiczne.

Istnieje duża liczba mikroorganizmów, które na różne sposoby powodują ogromne straty ekonomiczne.

Niektóre z nich zostały włączone poniżej:

(i) Uszkodzenie produktów celulozowych:

Z ekonomicznego punktu widzenia najważniejszymi materiałami przemysłowymi, innymi niż żywność, dotkniętymi przez mikroorganizmy są celuloza i produkty drzewne (w tym samo drewno), pulpa drzewna i papier oraz tekstylia wykonane z juty. Materiały te są atakowane przez grzyby, aw mniejszym stopniu przez bakterie, powodując straty ekonomiczne.

Warunki wpływające na tempo rozkładu to te, które regulują wzrost organizmów, m.in. pH, temperatura, dostępne składniki odżywcze, zaopatrzenie w tlen i wilgotność.

Bilans tych czynników determinuje poszczególne gatunki, na przykład bakterie występują częściej niż grzyby, gdy stężenie tlenu jest niskie.

Niektóre organizmy w dużej mierze związane z rozkładem to:

Grzyby — Chaetomium globosum i bakterie Stachybotrys atra — Cellvibrio cellulomonas, Cytophaga, Clostridium. Próchnica bakteryjna może poprzedzać atak grzybów w drewnie. Bakterie niszczą błony dołów i zmniejszają stosunek C/N, przyspieszając inwazję grzybów.

(ii) Degradacja ropy naftowej:

Rozpad zależy od obecności wody i minerałów. Ponieważ ropa naftowa jest zanieczyszczona winem ze złóż ropy, a woda jest niezmiennie obecna w zbiornikach magazynowych z kondensacji, w transporcie i przechowywaniu ropa naftowa może zostać zaatakowana przez Actinomyces sp., Mycobacterium sp., Pseudomonas aeruginosa i Desulfovibrio sp.

Są one pierwotnie wprowadzane z zanieczyszczenia gleby, ale osiedlają się jako populacja rezydentna w zbiornikach i rurociągach.

Uszkodzenia ropy naftowej spowodowane przez te mikroorganizmy obejmują:

(b) Utrata oleju w wyniku utleniania oraz

(c) Zmiany względnych ilości alifatycznych i aromatycznych trakcji oleju. Degradacja produktów ropopochodnych, takich jak: benzyna, nafta, para&szyfina i oleje smarowe jest poważniejsza, choć zachodzi tylko w obecności wody. Atak na paliwo lotnicze stał się ważny i jest szczególnie związany z grzybem Cladosporium resinae i bakteriami (Pseudomonas).

Wzrost „mikroor&szyganizmu” powoduje blokowanie się przewodów paliwowych. Kwasy organiczne wytwarzane przez mikroorganizmy uszkadzają zbiorniki paliwa i rury.

(iii) Degradacja innych materiałów:

Duża liczba produktów przemysłowych jest degradowana przez mikroorganizmy, w tym substancje takie jak szkło (soczewki), farby, kamienie, tworzywa sztuczne, guma i izolacje elektryczne. Niektóre z odpowiedzialnych organizmów to: gatunki Aspergillus, Pullularia, Cladosporium i Phoma wśród grzybów oraz gatunki Pseudomonas, Flavobacterium i Thiobacillus thiooxidans – wśród bakterii.

Kauczuk naturalny jest narażony na atak bakterii. Zawartość węglowodorów może zostać obniżona przez atak gatunków Actinomyces, Serratia i Pseudomonas- oraz Penicillium i Aspergillus. Utleniacz siarki Thiobacillus thiooxidans może atakować siarkę w wulkanizowanej gumie, powodując wytwarzanie kwasu siarkowego, który niszczy wzmocnienia tekstylne oraz metalowe złącza i węże.

Nota # 16. Przyszłe perspektywy mikrobiologii:

Mikrobiologia ma wiele znaczących zastosowań dla dobrostanu człowieka. Ale jakie byłyby najbardziej obiecujące obszary przyszłych badań mikrobiologicznych?

Przyszłość mikrobiologii wydaje się być bardzo optymistyczna, przynajmniej z dwóch powodów:

(a) W porównaniu z innymi dyscyplinami nauki misja mikrobiologii jest jaśniejsza,

(b) Mikrobiologia jest przekonana o swojej wartości ze względu na jej ogromne znaczenie praktyczne.

Oto kilka obszarów i pomysłów, które zachęcą mikrobiologię w przyszłości:

(i) Szacunki mówią, że mniej niż 1% populacji drobnoustrojów na Ziemi mogło być jeszcze wyhodowane. Rozwój nowych technik izolacji może doprowadzić do odkrycia nowych mikroorganizmów, które mogą otworzyć nowe drzwi w mikrobiologii przemysłowej i kontroli środowiska.

(ii) Wszyscy wiemy, że mikroorganizmy są niezbędnymi partnerami z wyższymi organizmami w symbiotycznym związku asocjacyjnym. Większa wiedza w dziedzinie tego stowarzyszenia doprowadzi do poprawy zdrowia roślin, zwierząt gospodarskich i ludzi.

(iii) W dzisiejszych czasach mamy do czynienia z rozwojem nowych chorób zakaźnych (np. AIDS) i ponownym pojawieniem się starych chorób (np. gruźlica). Przyszli badacze mikrobiologii będą musieli zareagować na te zagrożenia, z których wiele jest obecnie nieznanych.

(iv) Wielokrotna oporność na leki w obecnych patogenach drobnoustrojowych stała się poważnym problemem i może uczynić patogen niewrażliwym na współczesne leczenie medyczne. Mikrobiolodzy muszą odkrywać nowe leki i znajdować sposoby na spowolnienie lub zapobieganie rozprzestrzenianiu się lekooporności.

(v) Nasza obecna wiedza w zakresie interakcji patogen-żywiciel i rozwoju choroby jest w fazie pionierskiej. Jest jeszcze wiele do zrozumienia na temat odporności gospodarza na inwazje patogenów drobnoustrojowych.

(vi) Przyszłe badania w dziedzinie mikrobiologii mogą doprowadzić do lepszego zrozumienia interakcji między mikroorganizmami a światem nieożywionym. To zrozumienie powinno między innymi umożliwić nam skuteczniejszą kontrolę zanieczyszczeń.

(vii) Mikrobiologia jutra musi rozwiązać szereg fundamentalnych pytań biologii. Dla wygody, jak rozwijają się złożone struktury komórkowe i jak komórki komunikują się ze sobą i reagują na otoczenie?

Oprócz wyżej wymienionych, istnieje wiele innych możliwych perspektyw na przyszłość, które mogą być przydatne dla ludzkiego dobrobytu. Ważnymi z nich są: usuwanie zanieczyszczeń metalami ciężkimi, niszczenie wielu ksenobiotyków, oczyszczanie powietrza z SO2, stosowanie biodegradowalnych tworzyw sztucznych itp.


Monety półtrwania

Wstęp
Jednym ze sposobów wytwarzania energii są reaktory jądrowe. Zakłady te są na ogół bezpieczne, ale czasami zdarzają się wypadki, w których wydostają się niebezpieczne materiały promieniotwórcze. Być może czytałeś o katastrofach nuklearnych, takich jak te w Czarnobylu, Three Mile Island i Fukushimie, w wiadomościach lub na lekcji historii. Takie katastrofy mogą trwać latami, a nawet dziesięcioleciami, a ich usunięcie może sprawić, że ludzie będą niebezpiecznie mieszkać w pobliżu nawet dłużej. Dlaczego skażenie trwa tak długo? W tej (całkowicie bezpiecznej!) ćwiczeniu dowiesz się o rozpadzie promieniotwórczym za pomocą monet.

Tło
Cała materia składa się z atomów. Niektóre typy atomów są „radioaktywne”, co oznacza, że ​​ostatecznie ulegną rozpadowi lub „rozpadną się” na inny typ atomu. Kiedy zachodzi ten proces rozpadu, atom emituje promieniowanie. Niektóre rodzaje promieniowania otaczają nas każdego dnia i są całkowicie bezpieczne, takie jak fale radiowe i światło widzialne, inne rodzaje, takie jak promieniowanie rentgenowskie i promieniowanie gamma, mogą być niebezpieczne dla ludzi. Rodzaje atomów stosowanych jako paliwo w reaktorach jądrowych mogą wytwarzać tak niebezpieczne promieniowanie, dlatego bardzo ważne jest bezpieczne przechowywanie paliw. Dlatego może być bardzo niebezpieczne, gdy w przypadku Fukushimy dojdzie do eksplozji, trzęsienia ziemi i elektrowni jądrowej, a część radioaktywnych atomów wydostanie się do otaczającego powietrza, wody lub gleby, powodując skażenie.

Rozpad materiałów radioaktywnych jest procesem losowym, podobnym do rzucania monetą lub rzucania kostką. W każdej chwili istnieje szansa, że ​​atom się rozpadnie, ale jest też szansa, że ​​pozostanie taki sam. Szybkość rozpadu materiałów radioaktywnych jest mierzona za pomocą tzw. „okresu półtrwania”. Okres półtrwania opisuje, jak długo średnio trwa, zanim połowa pierwotnych atomów radioaktywnych pozostanie. Okresy półtrwania różnych atomów mogą się znacznie różnić &mdashniektóre są krótsze niż sekunda, a inne mają tysiące, a nawet miliony lat. W tym ćwiczeniu będziesz symulować rozpad radioaktywny, rzucając monetami. Monety, które lądują, „rozpadają się”, i monety, które lądują w grze heads-up, pozostają takie same. Dzięki temu dowiesz się więcej o procesie rozpadu radioaktywnego &mdash bez użycia jakichkolwiek materiałów radioaktywnych!

  • Około 120 monet (może to być mieszanka pensów, pięciocentówek, dziesięciocentówek i innych)
  • Plastikowa torba z możliwością wielokrotnego zamykania
  • Płaski blat do liczenia monet
  • Papier lub notatnik
  • Ołówek

Przygotowanie

  • Zbierz wszystkie swoje materiały w swoim miejscu pracy.
  • Umieść dokładnie 100 monet w zamykanym woreczku.
  • Energicznie potrząsaj torebką przez kilka sekund.
  • Otwórz torebkę i ostrożnie wyrzuć monety na blat. Uważaj, aby nie wyrzucić ich zbyt szybko, ponieważ mogą stoczyć się na podłogę.
  • Podziel monety na dwa stosy: orły i reszki. O tym, ile monet wylądowało remisem, a ile remisem? Jaki jest stosunek między tymi dwoma?
  • Policz liczbę głów. Zapisz ten numer.
  • Odłóż na bok monety, które wylądowały ogonami. Włóż monety, które wylądowały głową do góry, z powrotem do torby.
  • Ponownie wstrząśnij torbą i powtórz proces. Wyrzuć monety, podziel je na orzełki i reszki, policz liczbę orzełków, zapisz liczbę i włóż orzełki z powrotem do woreczka. Jaki stosunek orłów do ogonów otrzymujesz za każdym razem?
  • Powtarzaj ten proces, aż nie będzie już więcej głów do włożenia do torby i odłożysz wszystkie 100 monet.
  • Teraz spójrz na liczby, które zapisałeś. Zrób stos monet o takiej samej wysokości jak każda liczba i ułóż stosy obok siebie w odpowiedniej kolejności (w ten sposób wykonujesz „wykres” używając stosów monet, zamiast rysować jeden na papierze). Pamiętaj, że możesz potrzebować użyć niektórych dodatkowych monet, aby utworzyć stosy (na przykład, załóżmy, że zapisałeś liczby 56, 25, 13, 6, 3 i 1. To daje 104 monety, więc nawet jeśli w eksperymencie użyto tylko 100 monet, do sporządzenia wykresu potrzebne są 104 monety, ponieważ niektóre monety nadal znajdowały się w stosie „nagłówków” wiele razy). Jak wygląda Twój „wykres”? Czy tworzy linię prostą, czy ma inny kształt? Ile tur zajęło Ci to, aż nie zostały już monety?
  • Dodatkowy: Powtórz czynność jeszcze kilka razy. Czy za każdym razem otrzymujesz dokładnie takie same wyniki?
  • Dodatkowy: Powtórz czynność z różnymi liczbami monet. Co się stanie, jeśli zaczniesz z 200 monetami lub tylko 50 monetami? Czy wynikowy wykres ma ten sam kształt, czy jest inny?
  • Dodatkowy: Użyj stopera, aby określić, jak długo potrząsasz torbą, aby symulować materiały o różnych okresach półtrwania, a następnie użyj linijki, aby rozmieścić stosy monet, aby przedstawić czas podczas tworzenia wykresu. Na przykład, jeśli potrząsasz torbą przez 10 sekund, możesz umieścić stosy monet w odległości 10 centymetrów. Jak ten wykres ma się do tego, w którym potrząsasz torbą przez 20 sekund, jeśli w obu przypadkach zaczynasz od 100 monet? Co to oznacza w przypadku materiałów o dłuższym okresie półtrwania?


Obserwacje i wyniki
Powinieneś zauważyć, że liczba monet w woreczku zmniejsza się o mniej więcej, ale nie dokładnie, połowę za każdym razem, gdy policzysz orły i reszki. Na przykład, nawet jeśli zawsze zaczynasz od 100 monet, nie oznacza to, że za pierwszym potrząsaniem workiem będziesz miał dokładnie 50 orłów i 50 reszek. Możesz otrzymać 56 orłów i 44 orłów lub 49 orłów i 51 reszek. Przegrasz o za każdym razem połowę monet, a to prawdopodobnie cię zabierze o 6 tur do momentu, w którym nie ma monet, gdy zaczynasz od 100 (pamiętaj,że rzucanie monetą jest procesem losowym&mdash więc Twoje wyniki będą nie być dokładnie taki sam za każdym razem). Otrzymany wykres nie tworzy linii prostej. Zamiast tego tworzy wykładniczą krzywą, która zaczyna się bardzo stroma, ale następnie stopniowo zwęża się w kierunku zera. Jeśli zaczniesz z większą lub mniejszą liczbą monet, liczba tur potrzebnych do osiągnięcia zera monet zmieni się, ale kształt krzywej pozostanie taki sam.

Dlatego skażenie radioaktywne jest niebezpieczne dla środowiska i trudne do usunięcia. Chociaż początkowo duże ilości materiału mogą się bardzo szybko rozkładać, mniejsze ilości mogą utrzymywać się przez długi czas. Na przykład niektóre zanieczyszczenia w katastrofie w Czarnobylu mają okres półtrwania około 30 lat. Wyobraź sobie, że możesz powtórzyć ten eksperyment i poczekać 30 lat, aż powtórzysz każdą turę. Prawdopodobnie po ponad 100 latach pozostałyby monety! Dlatego, mimo że katastrofa w Czarnobylu miała miejsce w 1986 r., obszar ten nadal nie jest bezpieczny dla ludzi.

Ta aktywność została zainspirowana „Atomic Candy” z North Carolina State University.


252 Przepisy dotyczące rozpadu jądrowego i ochrony

Rozpad jądrowy zapewnił niesamowite okno na królestwo bardzo małych. Rozpad jądrowy dał pierwszą wskazówkę na związek między masą a energią i ujawnił istnienie dwóch z czterech podstawowych sił w przyrodzie. W tej części przyjrzymy się głównym sposobom rozpadu jądrowego i, podobnie jak ci, którzy je badali jako pierwsi, odkryjemy dowody na istnienie wcześniej nieznanych cząstek i praw zachowania.

Niektóre nuklidy są stabilne, najwyraźniej żyją wiecznie.Nuklidy niestabilne ulegają rozpadowi (to znaczy są radioaktywne), ostatecznie po wielu rozpadach wytwarzają stabilny nuklid. Pierwotny nuklid nazywamy rodzicem, a produkty jego rozpadu – córkami. Niektóre radioaktywne nuklidy rozpadają się w jednym kroku do stabilnego jądra. Na przykład, jest niestabilny i rozpada się bezpośrednio do , który jest stabilny. Inne, takie jak , rozpad do innego niestabilnego nuklidu, co skutkuje serią rozpadów, w której każdy kolejny nuklid rozpada się aż do ostatecznego wytworzenia stabilnego nuklidu. Seria rozpadów, która zaczyna się od jest szczególnie interesujący, ponieważ wytwarza radioaktywne izotopy oraz , który Curie po raz pierwszy odkryli (patrz (rysunek)). Produkowany jest również gaz radonowy ( w serii), coraz częściej rozpoznawane naturalnie występujące zagrożenie. Ponieważ radon jest gazem szlachetnym, emanuje on z materiałów, takich jak gleba, zawierających nawet śladowe ilości i może być wdychany. Rozpad radonu i jego córek powoduje uszkodzenia wewnętrzne. ten seria rozpadu kończy się na , stabilny izotop ołowiu.

Seria rozpadu wyprodukowana przez , najpowszechniejszy izotop uranu. Nuklidy są kreślone w taki sam sposób, jak na wykresie nuklidów. Pokazano rodzaj rozpadu dla każdego członka serii, a także okresy półtrwania. Zauważ, że niektóre nuklidy rozpadają się w więcej niż jednym trybie. Widać, dlaczego rad i polon znajdują się w rudzie uranu. Produktem końcowym serii jest stabilny izotop ołowiu.

Zauważ, że córki rozpad pokazany na (rysunek) zawsze ma dwa mniej protonów i dwa mniej neutronów niż rodzic. Wydaje się to rozsądne, skoro wiemy o tym rozpad jest emisją jądro, które ma dwa protony i dwa neutrony. Córki rozpad mają jeden neutron mniej i jeden proton więcej niż ich rodzic. Rozpad beta jest nieco bardziej subtelny, jak zobaczymy. Nie rozpady są pokazane na rysunku, ponieważ nie produkują córki różniącej się od rodzica.

Rozpad alfa

W rozpadzie alfa , a jądro po prostu odrywa się od jądra macierzystego, pozostawiając córkę z dwoma mniej protonami i dwoma mniej neutronami niż rodzic (patrz (rysunek)). Jeden przykład zanik pokazano na (rysunek) dla . Kolejny nuklid, który ulega rozkład jest . Równania rozpadu dla tych dwóch nuklidów to

Rozpad alfa to oddzielenie />jądra od rodzica. Jądro potomne ma o dwa mniej protonów i dwa mniej neutronów niż rodzic. Rozpad alfa występuje spontanicznie tylko wtedy, gdy córka i jądro mają mniejszą masę całkowitą niż rodzic.

Jeśli zbadasz układ okresowy pierwiastków, odkryjesz, że Th ma , o dwa mniej niż U, co ma . Podobnie w drugim równaniu rozpadu widzimy, że U ma dwa protony mniej niż Pu, które ma . Ogólna zasada dla rozpad najlepiej napisać w formacie . Jeśli wiadomo, że pewien nuklid: rozpadu (ogólnie informacje te należy sprawdzić w tabeli izotopów, takiej jak w dodatku B), jego równanie rozpadu to

gdzie Y jest nuklidem, który ma dwa protony mniej niż X, na przykład Th ma dwa protony mniej niż U. Więc jeśli powiedziano ci, że rozpada się i poproszono Cię o napisanie pełnego równania rozpadu, najpierw sprawdzisz, który pierwiastek ma dwa mniej protonów (liczba atomowa dwa niżej) i odkryjesz, że jest to uran. Następnie, ponieważ cztery nukleony oderwały się od pierwotnego 239, jego masa atomowa wynosiłaby 235.

Pouczające jest zbadanie praw ochronnych związanych z: rozkład. Możesz zobaczyć z równania ta całkowita opłata jest zachowana. Zachowywany jest również pęd liniowy i kątowy. Chociaż zachowanie momentu pędu nie ma większego znaczenia w tego typu rozpadzie, zachowanie liniowego momentu pędu ma ciekawe konsekwencje. Jeśli rozpadające się jądro znajduje się w spoczynku, jego pęd wynosi zero. W takim przypadku fragmenty muszą lecieć w przeciwnych kierunkach z pędem o równej wielkości, tak aby całkowity pęd pozostał zerowy. Powoduje to cząstka zabierająca większość energii, tak jak kula z ciężkiego karabinu zabiera większość energii prochu spalonego do jej wystrzelenia. Całkowita masa-energia jest również zachowana: energia wytworzona podczas rozpadu pochodzi z konwersji ułamka pierwotnej masy. Jak omówiono w Fizyce Atomowej, ogólny związek jest następujący:

Tutaj, jest energią reakcji jądrowej (reakcją może być rozpad jądrowy lub dowolna inna reakcja), oraz to różnica masy między produktami początkowymi i końcowymi. Gdy produkty końcowe mają mniejszą masę całkowitą, jest dodatni, a reakcja uwalnia energię (jest egzotermiczna). Gdy produkty mają większą masę całkowitą, reakcja jest endotermiczna ( jest ujemna) i musi być indukowana wkładem energii. Do Aby rozpad był spontaniczny, produkty rozpadu muszą mieć mniejszą masę niż masa macierzysta.

Znajdź energię emitowaną w rozpad .

Energia reakcji jądrowej, np. uwolniona w α rozpad, można znaleźć za pomocą równania . Najpierw musimy znaleźć , różnica w masie między jądrem macierzystym a produktami rozpadu. Można to łatwo zrobić za pomocą mas podanych w Dodatku A.

Równanie rozpadu podano wcześniej dla To jest

Zatem odpowiednie masy to te z , , a cząstka lub , z których wszystkie są wymienione w Dodatku A. Masa początkowa wynosiła . Masa końcowa to suma . Zatem,

Teraz możemy znaleźć Przez wprowadzenie do równania:

Wiemy , a więc

Energia uwolniona w tym rozkład jest w zasięg, około razy większe niż typowe energie reakcji chemicznych, zgodnie z wieloma wcześniejszymi dyskusjami. Większość tej energii staje się energią kinetyczną cząstka (lub jądro), które oddala się z dużą prędkością. Energia uniesiona przez odrzut jądro jest znacznie mniejsze, aby zachować pęd. ten jądro można pozostawić w stanie wzbudzonym, aby później wyemitować fotony ( promienie). Rozpad ten jest spontaniczny i uwalnia energię, ponieważ produkty mają mniejszą masę niż jądro macierzyste. Pytanie, dlaczego produkty mają mniejszą masę, zostanie omówione w Binding Energy. Zauważ, że masy podane w Załączniku A są masami atomowymi neutralnych atomów, w tym ich elektronów. Masa elektronów jest taka sama przed i po rozpadu, a więc ich masy odejmuje się przy znajdowaniu . W tym przypadku przed rozpadem i po nim znajdują się 94 elektrony.

Rozpad beta

Właściwie są trzy rodzaje rozpadu beta . Pierwszym odkrytym był „zwykły” rozpad beta i nazywa się rozpad lub emisja elektronów. Symbol reprezentuje elektron emitowany w jądrowym rozpadzie beta. Kobalt-60 to nuklid, który rozpada się w następujący sposób:

Neutrino to cząstka emitowana w nieoczekiwanym rozpadzie beta, która ma fundamentalne znaczenie. Neutrino nie zostało nawet zaproponowane w teorii, dopóki ponad 20 lat po tym, jak rozpad beta był znany z emisji elektronów. Neutrina są tak trudne do wykrycia, że ​​pierwsze bezpośrednie dowody na ich istnienie uzyskano dopiero w 1953 roku. Neutrina są prawie bezmasowe, nie mają ładunku i nie oddziałują z nukleonami poprzez silne oddziaływanie jądrowe. Podróżując w przybliżeniu z prędkością światła, mają niewiele czasu, aby wpłynąć na jakiekolwiek napotkane jądro. Wynika to z faktu, że nie mają ładunku (i nie są falami EM), nie oddziałują poprzez siłę EM. Oddziałują one za pośrednictwem stosunkowo słabej i bardzo krótkiego zasięgu słabej siły jądrowej. W konsekwencji neutrina wymykają się z niemal każdego detektora i przenikają niemal przez każdą osłonę. Jednak neutrina przenoszą energię, moment pędu (są to fermiony o spinie półcałkowym) i pęd liniowy z dala od rozpadu beta. Kiedy dokonano dokładnych pomiarów rozpadu beta, stało się jasne, że energia, moment pędu i pęd liniowy nie są uwzględniane wyłącznie przez jądro potomne i elektron. Albo unosiła je wcześniej nieoczekiwana cząstka, albo naruszono trzy prawa ochrony. Wolfgang Pauli przedstawił formalną propozycję istnienia neutrin w 1930 roku. Urodzony we Włoszech, amerykański fizyk Enrico Fermi (1901–1954) nadał neutrinom ich nazwę, oznaczającą małe neutralne, kiedy opracował wyrafinowaną teorię rozpadu beta (zob. )). Częścią teorii Fermiego było zidentyfikowanie słabej siły jądrowej jako odrębnej od silnej siły jądrowej i faktycznie odpowiedzialnej za rozpad beta.

Neutrino ujawnia również nowe prawo zachowania. Istnieją różne rodziny cząstek, z których jedną jest rodzina elektronów. Proponujemy, aby liczba członków rodziny elektronów była stała w każdym procesie lub dowolnym układzie zamkniętym. W naszym przykładzie rozpadu beta nie ma członków rodziny elektronów obecnych przed rozpadem, ale po nim jest elektron i neutrino. Więc elektrony mają numer rodziny elektronów . Neutrino w rozpad to antyneutrino elektronu , biorąc pod uwagę symbol , gdzie to grecka litera nu, a indeks dolny mi oznacza, że ​​to neutrino jest powiązane z elektronem. Pasek wskazuje, że jest to cząsteczka antymaterii. (Wszystkie cząstki mają odpowiedniki z antymaterii, które są prawie identyczne, z wyjątkiem tego, że mają przeciwny ładunek. Antymateria jest prawie całkowicie nieobecna na Ziemi, ale występuje w rozpadach jądrowych i innych reakcjach jądrowych i cząsteczkowych, a także w przestrzeni kosmicznej.) Antyneutrino elektronu , będąc antymaterią, ma liczbę rodziny elektronów . Suma wynosi zero, przed i po rozpadzie. Nowe prawo konserwatorskie, przestrzegane w każdych okolicznościach, stanowi, że całkowita liczba rodziny elektronów jest stała. Nie można stworzyć elektronu bez stworzenia członka rodziny antymaterii. To prawo jest analogiczne do zachowania ładunku w sytuacji, gdy całkowity ładunek jest pierwotnie zerowy, a w reakcji na utrzymanie całkowitego zera muszą powstać równe ilości ładunku dodatniego i ujemnego.

Jeśli nuklid wiadomo, że rozpad, to jest równanie rozpadu to

gdzie Y to nuklid mający o jeden proton więcej niż X (patrz (rysunek)). Więc jeśli wiesz, że pewien nuklid rozpada się, jądro potomne można znaleźć, najpierw patrząc w górę dla rodzica, a następnie określenie, który pierwiastek ma liczbę atomową . W przykładzie rozpad podane wcześniej, widzimy, że dla Co i to Ni. To tak, jakby jeden z neutronów w jądrze macierzystym rozpadał się na proton, elektron i neutrino. W rzeczywistości neutrony poza jądrami właśnie to robią — żyją średnio tylko kilka minut i rozpadać się w następujący sposób:

w rozpad, jądro macierzyste emituje elektron i antyneutrino. Jądro potomne ma o jeden proton więcej io jeden neutron mniej niż jego rodzic. Neutrina oddziałują tak słabo, że prawie nigdy nie są bezpośrednio obserwowane, ale odgrywają fundamentalną rolę w fizyce cząstek elementarnych.

Widzimy, że ładunek jest zachowany w rozpadu, ponieważ całkowity ładunek wynosi przed i po próchnicy. Na przykład w rozpadu, całkowity ładunek wynosi 27 przed rozpadem, ponieważ kobalt ma . Po rozpadzie jądrem potomnym jest Ni, który ma , i jest elektron, więc całkowity ładunek również wynosi lub 27. Pęd pędu jest zachowany, ale nie jest to oczywiste (trzeba dokładnie zbadać spiny i pędy produktów końcowych, aby to zweryfikować). Zachowywany jest również liniowy moment pędu, ponownie przekazując większość energii rozpadu elektronowi i antyneutrino, ponieważ mają one odpowiednio niską i zerową masę. Inne nowe prawo ochrony jest przestrzegane tu i gdzie indziej w przyrodzie. Całkowita liczba nukleonów jest zachowany. w rozpadu np. przed i po rozpadzie jest 60 nukleonów. Zwróć uwagę, że suma jest również konserwowany w rozkład. Zauważ też, że zmienia się całkowita liczba protonów, podobnie jak całkowita liczba neutronów, więc suma i łącznie nie zakonserwowane w gniją, ponieważ są w rozkład. Energia uwolniona w zanik można obliczyć na podstawie mas rodzica i produktów.

Energia rozpadu z mas

Znajdź energię emitowaną w rozpad .

Podobnie jak w poprzednim przykładzie, najpierw musimy znaleźć , różnica masy między jądrem macierzystym a produktami rozpadu, przy użyciu mas podanych w dodatku A. Następnie wyemitowaną energię oblicza się jak poprzednio, stosując . Masa początkowa jest tylko masą jądra macierzystego, a masa końcowa jest masą jądra potomnego i elektronu powstałego w rozpadzie. Neutrino jest bezmasowe lub prawie takie. Ponieważ jednak masy podane w Załączniku A dotyczą atomów obojętnych, jądro potomne ma o jeden elektron więcej niż macierzyste, a więc dodatkowa masa elektronowa, która odpowiada jest zawarty w masie atomowej Ni. Zatem,

ten równanie rozpadu dla jest

Wprowadzenie mas znajdujących się w Dodatku A daje

Za pomocą otrzymujemy

Dyskusja i implikacje

Być może najtrudniejszą rzeczą w tym przykładzie jest przekonanie się, że masa jest zawarta w masie atomowej . Poza tym są inne implikacje. Ponownie energia rozpadu jest w zakresie MeV. Ta energia jest dzielona przez wszystkie produkty rozpadu. W wielu rozpady, jądro potomne pozostaje w stanie wzbudzonym i emituje fotony ( promienie). Większość pozostałej energii trafia do elektronu i neutrina, ponieważ energia kinetyczna odrzutu jądra potomnego jest niewielka. Ostatnia uwaga: elektron wyemitowany w rozpad powstaje w jądrze w momencie rozpadu.

Drugi rodzaj rozpadu beta jest mniej powszechny niż pierwszy. To jest rozkład. Niektóre nuklidy rozpadają się poprzez emisję pozytywny elektron. Jest to rozpad antyelektronowy lub pozytonowy (patrz (rysunek)).

rozpad jest emisją pozytonu, który w końcu znajduje elektron do anihilacji, wytwarzając w charakterystyczny sposób promienie gamma w przeciwnych kierunkach.

Antyelektron jest często reprezentowany przez symbol , ale w rozpadzie beta jest napisane jako aby wskazać, że antyelektron został wyemitowany w rozpadzie jądrowym. Antyelektrony są antymaterii odpowiednikiem elektronów, są prawie identyczne, mają tę samą masę, spin itd., ale mają ładunek dodatni i liczbę rodziny elektronów równą . Kiedy pozyton napotyka elektron, dochodzi do wzajemnej anihilacji, w której cała masa pary antyelektron-elektron jest przekształcana w czystą energię fotonów. (Reakcja, , zachowuje liczbę rodziny elektronów, jak również wszystkie inne zachowane wielkości.) Jeśli nuklid wiadomo, że rozpad, to jest równanie rozpadu to

gdzie Y to nuklid mający o jeden proton mniej niż X (aby zachować ładunek) i jest symbolem neutrina elektronu , którego liczba rodziny elektronów wynosi . Ponieważ antymateria członek rodziny elektronów ( ) powstaje w rozpadzie, materia członka rodziny (tutaj ) należy również utworzyć. Biorąc pod uwagę na przykład, że rozpadów, możesz napisać jego pełne równanie rozpadu, najpierw stwierdzając, że dla , aby nuklid potomny miał , liczba atomowa neonu. Więc równanie rozpadu dla jest

w rozpad, to tak, jakby jeden z protonów w jądrze macierzystym rozpadał się na neutron, pozyton i neutrino. Protony nie robią tego poza jądrem, a więc rozpad jest spowodowany złożonością siły jądrowej. Zauważ ponownie, że całkowita liczba nukleonów jest stała w tej i każdej innej reakcji. Aby znaleźć energię emitowaną w rozpadu, musisz ponownie policzyć liczbę elektronów w neutralnych atomach, ponieważ używane są masy atomowe. Córka ma o jeden elektron mniej niż rodzic, aw rozpadzie powstaje jedna masa elektronowa. Tak więc, w rozkład,

ponieważ używamy mas neutralnych atomów.

Wychwytywanie elektronów jest trzecim rodzajem rozpadu beta. Tutaj jądro wychwytuje elektron z wewnętrznej powłoki i przechodzi reakcję jądrową, która ma taki sam efekt jak rozkład. Wychwytywanie elektronów jest czasami oznaczane literami EC. Wiemy, że elektrony nie mogą przebywać w jądrze, ale jest to reakcja jądrowa, która pochłania elektron i zachodzi spontanicznie tylko wtedy, gdy produkty mają mniejszą masę niż rodzic plus elektron. Jeśli nuklid wiadomo, że ulega wychwytowi elektronów, to jego równanie wychwytywania elektronów to

Każdy nuklid, który może się />rozpaść, może również podlegać wychwytowi elektronów (i często robi jedno i drugie). W przypadku EC przestrzegane są te same prawa ochrony, co w przypadku rozpadu. Dobrą praktyką jest potwierdzenie ich samemu.

Wszystkie formy rozpadu beta występują, ponieważ nuklid macierzysty jest niestabilny i znajduje się poza obszarem stabilności na wykresie nuklidów. Te nuklidy, które mają stosunkowo więcej neutronów niż te w obszarze stabilności, rozpadają się, aby wytworzyć dziecko z mniejszą liczbą neutronów, tworząc związek potomny bliżej obszaru stabilności. Podobnie, te nuklidy, które mają stosunkowo więcej protonów niż te w obszarze stabilności, rozpadają się lub ulegają wychwytowi elektronów, aby wytworzyć dziecko z mniejszą liczbą protonów, bliżej obszaru stabilności.

Rozpad gamma

Rozpad gamma jest najprostszą formą rozpadu jądrowego — jest to emisja fotonów energetycznych przez jądra pozostawione w stanie wzbudzonym przez jakiś wcześniejszy proces. Protony i neutrony w wzbudzonym jądrze znajdują się na wyższych orbitalach i spadają do niższych poziomów przez emisję fotonów (analogicznie do elektronów w wzbudzonych atomach). Jądrowe stany wzbudzone mają czas życia zwykle tylko około s, wskazówka na wielką siłę sił ciągnących nukleony do niższych stanów. ten równanie rozpadu jest po prostu

gdzie gwiazdka wskazuje, że jądro jest w stanie wzbudzonym. Może być jeden lub więcej s emitowane, w zależności od tego, jak nuklid ulega de-ekscytacji. W rozpadzie radioaktywnym, emisja jest powszechna i jest poprzedzona lub rozkład. Na przykład, kiedy rozpada się, najczęściej pozostawia jądro potomne w stanie wzbudzonym, napisane . Następnie jądro niklu szybko rozpada się przez emisję dwóch przenikających s:

Nazywa się je promieniami kobaltu, chociaż pochodzą one z niklu — są używane na przykład w leczeniu raka. Weryfikacja praw zachowania rozpadu gamma jest ponownie konstruktywna. Wreszcie, ponieważ rozpad /> nie zmienia nuklidu na inny gatunek, nie jest on wyraźnie widoczny na wykresach serii rozpadów, takich jak na rysunku.

Istnieją inne rodzaje rozpadu jądrowego, ale występują rzadziej niż , , oraz rozkład. Spontaniczne rozszczepienie jest najważniejszą z innych form rozpadu jądrowego ze względu na jego zastosowanie w energetyce jądrowej i broni. Zostało to omówione w następnym rozdziale.

Podsumowanie sekcji

  • Kiedy jądro macierzyste rozpada się, wytwarza jądro potomne zgodnie z zasadami i prawami zachowania. Istnieją trzy główne typy rozpadu jądrowego, zwane alfa beta i gamma . ten równanie rozpadu to

Pytania koncepcyjne

Fani Star Treka często słyszeli termin „napęd na antymaterię”. Opisz, w jaki sposób można wykorzystać pole magnetyczne do wychwytywania antymaterii, powstałej w wyniku rozpadu jądrowego, a następnie połączyć ją z materią w celu wytworzenia energii.Określ dokładnie rodzaj antymaterii, potrzebę przechowywania próżniowego i frakcję materii przekształconej w energię.

Jakie prawo zachowania wymaga wytworzenia neutrina elektronu podczas wychwytywania elektronów? Zauważ, że elektron przestaje istnieć po wychwyceniu go przez jądro.

Eksperymentalnie ustalono, że neutrina mają niezwykle małą masę. Ogromna liczba neutrin powstaje w supernowej w tym samym czasie, gdy po raz pierwszy powstają ogromne ilości światła. Kiedy supernowa 1987A pojawiła się w Wielkim Obłoku Magellana, widocznym głównie na półkuli południowej i jakieś 100 000 lat świetlnych od Ziemi, neutrina z eksplozji były obserwowane mniej więcej w tym samym czasie co światło wybuchu. W jaki sposób można wykorzystać względne czasy przybycia neutrin i światła do ustalenia ograniczeń masy neutrin?

Co mają wspólnego te trzy rodzaje rozpadu beta, co wyraźnie różni się od rozpadu alfa?

Problemy i ćwiczenia

W kolejnych ośmiu zadaniach napisz pełne równanie rozpadu dla danego nuklidu w zupełnym notacja. Odwołaj się do układu okresowego dla wartości .

rozpad (tryt), wytworzony izotop wodoru używany w niektórych cyfrowych wyświetlaczach zegarków i produkowany głównie do użycia w bombach wodorowych.

rozpad , naturalnie występujący rzadki izotop potasu odpowiedzialny za część naszej ekspozycji na promieniowanie tła.

rozpad .

rozpad .

Wychwytywanie elektronów przez .

Wychwytywanie elektronów przez .

rozpad , izotop polonu w szeregu rozpadów to zostało odkryte przez Curie. Ulubiony izotop w laboratoriach fizycznych, ponieważ ma krótki okres półtrwania i rozpada się do stabilnego nuklidu.

rozpad , inny izotop z serii rozpadów , po raz pierwszy uznany za nowy element przez Curie. Stwarza szczególne problemy, ponieważ jego córka jest radioaktywnym gazem szlachetnym.

W poniższych czterech zadaniach zidentyfikuj nuklid macierzysty i zapisz pełne równanie rozpadu w notacja. Odwołaj się do układu okresowego dla wartości .

produkujący próchnicę . Nuklid macierzysty jest głównym produktem odpadowym reaktorów i ma właściwości chemiczne podobne do potasu i sodu, co powoduje jego stężenie w komórkach po spożyciu.

produkujący próchnicę . Nuklid macierzysty jest głównym produktem odpadowym reaktorów i ma chemię podobną do wapnia, dzięki czemu po spożyciu gromadzi się w kościach ( jest również radioaktywny.)

produkujący próchnicę . Nuklid macierzysty stanowi prawie 100% pierwiastka naturalnego i znajduje się w płaszczach latarni gazowych oraz w stopach metali stosowanych w odrzutowcach ( jest również radioaktywny).

produkujący próchnicę . Nuklid macierzysty znajduje się w serii rozpadów produkowanych przez , jedyny naturalnie występujący izotop toru.

Kiedy elektron i pozyton anihilują, obie ich masy ulegają zniszczeniu, tworząc dwa fotony o równej energii, aby zachować pęd. (a) Potwierdź, że równanie anihilacji zachowuje ładunek, liczbę rodziny elektronów i całkowitą liczbę nukleonów. Aby to zrobić, określ wartości każdego z nich przed i po zagładzie. (b) Znajdź energię każdego promień, zakładając, że elektron i pozyton są początkowo prawie w spoczynku. (c) Wyjaśnij, dlaczego dwa promienie wędrują w dokładnie przeciwnych kierunkach, jeśli środek masy układu elektron-pozyton jest początkowo w spoczynku.

(a)

(c) Dwa promienie muszą podróżować w dokładnie przeciwnych kierunkach, aby zachować pęd, ponieważ początkowo pęd jest zerowy, jeśli środek masy jest początkowo w spoczynku.

Potwierdź, że ładunek, numer rodziny elektronów i całkowita liczba nukleonów są zachowane zgodnie z regułą rozpad podany w równaniu . Aby to zrobić, zidentyfikuj wartości każdego z nich przed i po rozpadzie.

Potwierdź, że ładunek, numer rodziny elektronów i całkowita liczba nukleonów są zachowane zgodnie z regułą rozpad podany w równaniu . Aby to zrobić, zidentyfikuj wartości każdego z nich przed i po rozpadzie.

Potwierdź, że ładunek, numer rodziny elektronów i całkowita liczba nukleonów są zachowane zgodnie z regułą rozpad podany w równaniu . Aby to zrobić, zidentyfikuj wartości każdego z nich przed i po rozpadzie.

Potwierdź, że ładunek, numer rodziny elektronów i całkowita liczba nukleonów są zachowane zgodnie z regułą wychwytywania elektronów podaną w równaniu . Aby to zrobić, określ wartości każdego z nich przed i po przechwyceniu.

Zaobserwowano rzadki tryb zaniku, w którym emituje a jądro. (a) Równanie rozpadu to . Zidentyfikuj nuklid . (b) Znajdź energię emitowaną podczas rozpadu. Masa to 222.015353 u.

(a) Napisz kompletny równanie rozpadu dla .

(b) Znajdź energię uwolnioną podczas rozpadu.

(a)

(a) Napisz kompletny równanie rozpadu dla .

(b) Znajdź energię uwolnioną podczas rozpadu.

(a) Napisz kompletny równanie rozpadu neutronu. (b) Znajdź energię uwolnioną podczas rozpadu.

(a)

(a) Napisz kompletny równanie rozpadu dla , główny produkt odpadowy reaktorów jądrowych. (b) Znajdź energię uwolnioną podczas rozpadu.

Oblicz energię uwolnioną w rozpad , którego równanie podano w tekście. Masy oraz wynoszą odpowiednio 21.994434 i 21.991383 u.

(a) Napisz kompletny równanie rozpadu dla .

(b) Oblicz energię uwolnioną podczas rozpadu. Masy oraz to odpowiednio 11.011433 i 11.09305 u.

(a) Oblicz energię uwolnioną w rozpad .

(b) Jaki ułamek masy pojedynczego? jest zniszczony w gniciu? Masa to 234.043593 godz.

(c) Chociaż ułamkowy ubytek masy jest duży dla pojedynczego jądra, trudno jest zaobserwować całą makroskopową próbkę uranu. Dlaczego to?

(b)

(c) Ponieważ U-238 jest substancją powoli rozpadającą się, w ludzkiej skali czasu rozpadu ulega tylko bardzo mała liczba jąder, dlatego chociaż te rozpadające się jądra tracą zauważalny ułamek swojej masy, zmiana całkowitej masy próbki nie jest wykrywalny dla próbki makroskopowej.

(a) Napisz pełne równanie reakcji na wychwyt elektronów przez

(b) Oblicz uwolnioną energię.

(a) Napisz pełne równanie reakcji na wychwyt elektronów przez .

(b) Oblicz uwolnioną energię.

(a)

Słowniczek


Słowniczek

sztuczny rozrusznik serca: urządzenie medyczne, które przesyła sygnały elektryczne do serca, aby zapewnić, że kurczy się i pompuje krew do organizmu;

wiązka przedsionkowo-komorowa: (również wiązka His) grupa wyspecjalizowanych komórek przewodzących mięśnia sercowego, które przenoszą impuls z węzła AV przez przegrodę międzykomorową z lewej i prawej gałęzi pęczka przedsionkowo-komorowego

gałęzie pęczka przedsionkowo-komorowego: (również lewe lub prawe odgałęzienia pęczka) wyspecjalizowane komórki przewodzące mięśnia sercowego, które powstają z rozwidlenia pęczka przedsionkowo-komorowego i przechodzą przez przegrodę międzykomorową, prowadząc do włókien Purkiniego, a także do prawego mięśnia brodawkowatego poprzez prążek moderatora

węzeł przedsionkowo-komorowy (AV): skupisko komórek mięśnia sercowego zlokalizowane w dolnej części prawego przedsionka w obrębie przegrody przedsionkowo-komorowej odbiera impuls z węzła SA, zatrzymuje się, a następnie przekazuje do wyspecjalizowanych komórek przewodzących w obrębie przegrody międzykomorowej

autorytmiczność: zdolność mięśnia sercowego do inicjowania własnego impulsu elektrycznego, który wyzwala mechaniczny skurcz, który pompuje krew w ustalonym tempie bez kontroli nerwowej lub hormonalnej

Wiązka Bachmanna: (również pasmo międzyprzedsionkowe) grupa wyspecjalizowanych komórek przewodzących, które przekazują impuls bezpośrednio z węzła SA w prawym przedsionku do lewego przedsionka

jego pakiet: (również wiązka przedsionkowo-komorowa) grupa wyspecjalizowanych komórek przewodzących mięśnia sercowego, które przenoszą impuls z węzła AV przez przegrodę międzykomorową z lewej i prawej gałęzi pęczka przedsionkowo-komorowego

elektrokardiogram (EKG): powierzchniowy zapis czynności elektrycznej serca, który można wykorzystać do diagnozy nieregularnej pracy serca, również w skrócie EKG

blok serca: przerwa w normalnej ścieżce przewodzenia

pasmo międzyprzedsionkowe: (również wiązka Bachmanna) grupa wyspecjalizowanych komórek przewodzących, które przekazują impuls bezpośrednio z węzła SA w prawym przedsionku do lewego przedsionka

dysk interkalowany: fizyczne połączenie między sąsiednimi komórkami mięśnia sercowego składające się z desmosomów, wyspecjalizowanych proteoglikanów łączących i połączeń szczelinowych, które umożliwiają przechodzenie jonów między dwiema komórkami

ścieżki międzywęzłowe: wyspecjalizowane komórki przewodzące w przedsionkach, które przekazują impuls z węzła SA przez komórki mięśnia sercowego przedsionka i do węzła AV

komórki przewodzące mięśnia sercowego: wyspecjalizowane komórki, które przekazują impulsy elektryczne w sercu i wywołują skurcz przez komórki kurczliwe mięśnia sercowego

komórki kurczliwe mięśnia sercowego: większość komórek mięśnia sercowego w przedsionkach i komorach, które przewodzą impulsy i kurczą się, aby napędzać krew

Fala P: składowa elektrokardiogramu przedstawiająca depolaryzację przedsionków

rozrusznik serca: skupisko wyspecjalizowanych komórek mięśnia sercowego znane jako węzeł SA, który inicjuje rytm zatokowy

depolaryzacja prepotencjalna: (również spontaniczna depolaryzacja) mechanizm, który odpowiada za autorytmiczną właściwość mięśnia sercowego, potencjał błony wzrasta, gdy jony sodu dyfundują przez zawsze otwarte kanały jonów sodu i powodują wzrost potencjału elektrycznego

Włókna Purkinjego: wyspecjalizowane włókna przewodzące mięśnia sercowego, które wychodzą z rozgałęzień pęczkowych i rozprowadzają impuls do włókien skurczowych mięśnia sercowego komór

Zespół QRS: składnik elektrokardiogramu, który przedstawia depolaryzację komór i obejmuje, jako składnik, repolaryzację przedsionków

węzeł zatokowo-przedsionkowy (SA): znany jako rozrusznik serca, wyspecjalizowana grupa komórek przewodzących mięśnia sercowego zlokalizowana w górnej części prawego przedsionka, która ma najwyższy wrodzony współczynnik depolaryzacji, która następnie rozprzestrzenia się w sercu

rytm zatokowy: normalna kurczliwość serca

spontaniczna depolaryzacja: (również prepotencjalna depolaryzacja) mechanizm, który odpowiada za autorytmiczną właściwość mięśnia sercowego, potencjał błonowy wzrasta, gdy jony sodu dyfundują przez zawsze otwarte kanały jonów sodu i powodują wzrost potencjału elektrycznego

Fala T: składowa elektrokardiogramu przedstawiająca repolaryzację komór


Obejrzyj wideo: Technologia żywności i żywienie człowieka (Może 2022).


Uwagi:

  1. Malajind

    Pragnę z tobą porozmawiać na ten temat.

  2. Ermanno

    To niezwykłe, jest to cenna fraza

  3. Aghaderg

    Odwiedzano cię z niezwykłym pomysłem

  4. Osaze

    Całkiem dobrze! Pomysł jest doskonały, zgadzasz się.

  5. Morold

    Ten doskonały pomysł dotyczy tylko

  6. Tessema

    Odpowiedni komunikat :)



Napisać wiadomość