Mikrobní ekologie Podobor ekologie Zkoumá vztahy

Prezentace na téma: "Mikrobní ekologie Podobor ekologie Zkoumá vztahy"— Transkript prezentace:

1 Mikrobní ekologie Podobor ekologie Zkoumá vztahy
mezi mikroorganismy navzájem mezi mikroorganismy a makroorganismy mezi mikroorganismy a jejich prostředím Mezi MO všechny známé ekologické vztahy

2 Základní pojmy ekologie
Populace – skupina jedinců jednoho druhu žijící na určitém území Společenstvo – soubor druhů, vyskytujících se ve stejném čase na stejném území = Společenstvo je tvořeno populacemi

3 Vzájemné vztahy mezi mikroorganismy
+ - Mutualismus Symbióza Parazitismus Predace Synergie Syntrofismus Neutralismus Komenzialismus Antagonismus

4 Základní pojmy Neutralismus, komenzialismus – vzájemné neovlivňování populací Synergie – činnost jedné populace prospívá jiné populaci bez vlastního užitku Syntrofismus – synergie v potravním řetězci (jedna populace využívá odpadních látek druhé)

5 Základní pojmy Mutualismus – vzájemné pozitivní ovlivňování populací
Symbióza – vyšší forma mutualismu, obvykle nezbytná pro jednoho či oba symbionty spíše na úrovni jedinců

6 Základní pojmy Parazitismus – využívání látek jednoho organismu na úkor jiného, často s jeho poškozením ektoparazit = žije na povrchu hostitele endoparazit = žije v těle hostitele Predace – zabití a konzumace jednoho organismu (kořist) jiným (predátor) Antagonismus – vzájemné negativní působení populací

7 Základní pojmy Často je obtížné až nemožné určit přesný typ vzájemného vztahu Např. rozdíl mezi mutualismem a symbiózou Symbióza může přecházet v parazitismus …

8 Vztahy mikroorganismů a ostatních organismů
S člověkem Se živočichy S rostlinami S jinými mikroorganismy

9 Konkurenční strategie mikroorganismů
V reálném životním prostředí panuje velká konkurence mezi (mikro)organismy o živiny o vodu o životní prostor … konkurenční boj mezi organismy Velká variabilita strategií

10 Konkurenční strategie mikroorganismů
Možnosti konkurenčního boje růstová strategie pohyb využívání neobvyklých živin negativní vliv na konkurenci spolupráce ochrana teritoria …

11 Růstová strategie K-strategie – pomalejší rozmnožování
kvalitnější potomstvo menší důraz na mobilitu (drží se na místě) R-strategie – rychlé rozmnožování hodně potomstva, ale nižší kvalita (vyšší úmrtnost) větší důraz na mobilitu (kolonizace nových teritorií) S-strategie – osidlování stresových lokalit méně konkurence

12 Růstová strategie Při osidlování nových lokalit se nejprve prosadí r-strategové, později obvykle převládnou k-strategové

13 Pohyb U mikroorganismů méně významný Přesun houbových spor větrem
Aktivní pohyb bakterií (obvykle v malém prostoru) Využití trávícího traktu živočichů konzumace – vyloučení jinde Transport živin houbovými mycelii

14 Využití neobvyklých substrátů
Jiné organismy je nekonzumují = konkurenční výhoda Týká se všech základních živin (energie, C, N, S, P …) Rozklad lignocelulózy (houby) Rozklad celulózy (bakterie, houby) Fotosyntéza Využití anorganických zdrojů NSP (rostliny, MO, houby) Využití vzdušné vlhkosti (plísně) Rozklad trusu (houby, bakterie) …

15 Negativní působení na konkurenci
Produkce inhibujících látek (antibiotika, toxiny…) Přímá inhibice dotekem (některé houby) Úprava životního prostředí (úprava pH, zvýšení teploty…) …

16 Spolupráce Nejrůznější prospěšná soužití (zpravidla oboustranně)
Rozklad komplexních substrátů společenstvy MO (izolovaný MO by to nedokázal) Postupné využívání odpadních produktů – potravní řetězce …

17 Ochrana teritoria Biofilmy pokrývající substrát (bakterie)
Obalení substrátu myceliem (houby) Produkce ethanolu (kvasinky v ovoci) …

18 Půda Svrchní část zemské kůry Hmota obsahující
horniny vodu vzduch organické látky anorganické látky organismy Půda prochází neustálými přeměnami vlivem vnějších podmínek a organismů

19 Půdní horizonty Půda je vertikálně rozrůzněna na vrstvy (horizonty) – od povrchu dolů A – organický (humusový) horizont – rozkládaný organický materiál B – minerální horizont – převážně anorganické látky, už rozložená org. hmota C – půdotvorný substrát – zvětralá hornina R (rock) – matečná hornina

20 Organický horizont U neoraných (lesních) půd lze v organickém horizontu obvykle rozeznat další podvrstvy L (litter) - opadanka – nerozložený organický materiál (listy, odumřelé části organismů…) F – fermantační vrstva – částečně rozložená organická hmota H – humus – organická hmota prakticky rozložená na humusové látky

21 Mikroorganismy v půdě Počet Biomasa na m2 na gram kg / ha g / m2
Bakterie Houby Prvoci 20-200 2-20 Řasy 10-500 1-50 Kořeny rostlin Fauna

22 Mikroorganismy v půdě Ekologické role mikroorganismů v půdě
rozklad a mineralizace organických látek (cca 90% org. látek je rozloženo MO) produkce organických látek (humusové látky, enzymy, antibiotika…) fixace dusíku asimilace minerálních látek patogenní působení úprava prostředí (pH, teplota…) symbióza s jinými organismy potrava pro jiné organismy (prvoci i živočichové) …

23 Mikroorganismy v půdě Výskyt klesá s hloubkou – nejvíce u povrchu
Většina mezofilních, popř. psychrofilních Kumulace MO kolem kořenů rostlin – rhizosféra Vazba bakterií na anorganické částice a jiné povrchy Velký dosah houbových mycelií – překonání nepříznivých podmínek Málo hub v orných půdách (trhání mycelií)

24 Mikroorganismy v půdě Autochtonní – přirozeně půdní mikroorganismy, výskyt nezávisí na množství živin Alochtonní – zanesené, mohou dočasně přežívat, ale dlouhodobě se neudrží Zymogenní – množství závisí na dostupnosti čerstvých živin, zpravidla r-stratégové, rychlá mineralizace čerstvých substrátů

25 Aktivita půdních MO Mnoho faktorů
teplota - zvýšení o 10°C = 2x-3x vyšší aktivita MO (v rozsahu cca 0-30°C ) voda – citlivost MO na nedostatek vody klesá heterotrof. bakterie > kvasinky > houby > aktinomycety (izolované > vláknité) dostupnost živin – zdroj CNSP, poměr C:N, obsah minerálních látek… pH složení vzduchu (horší difůze = více CO2 = až anaerobní oblasti) činnost jiných organismů

26 Rozklad dřeva Dřevo = směs různých polymerů celulóza – 40-50%
lignin – 20-30% hemicelulózy – 20-30% další organické látky (1-3%) další anorganické látky (0,1-0,5%) voda Různá dřeva se složením liší, např. tropická dřeva mají mnohem více organických látek

27 Celulóza poly-b-1,4-glukopyranóza polysacharid s Mr 300 000 – 500 000
nerozvětvené řetězce krystalická nerozpustná ve vodě

28 Hemicelulózy Polysacharidy o nižší molekulové hmotnosti
Lineární i rozvětvené Amorfní Xylan – poly-D-xylóza Glukomanan – kopolymer D-glukózy a D-manózy Minoritní složky Arabinóza Galaktóza Kyselé sacharidy Spoluurčují tvrdost dřeva

29 Lignin nepravidelná polymerní struktura
základem fenoly různě substituované zejména alkyly nerozpustný ve vodě dřevu dodává pevnost v tlaku a hydrofobicitu s celulózou tvoří obtížně oddělitelný lignocelulózový komplex

30

31 Odbourávání dřeva bakterie – rozklad jen celulózy a hemicelulóz
houby – kompletní rozklad dřeva tzv. dřevokazné houby (wood decay fungi) houby měkké hniloby (soft rot fungi) houby bílé hniloby (white rot fungi) houby hnědé hniloby (brown rot fungi)

32 Houby měkké hniloby Rozkládají celulózu a hemicelulózy
Mírně napadají lignin (demethoxylace apod.) Ve dřevu vznikají prázdné prostory = měkne Extrémní podmínky – stále mokré dřevo apod. Chaemoticum, Phialophora

33

34

35 Houby hnědé hniloby Rozkládají celulózu a hemicelulózy
Lignin zůstává netknutý Dřevo hnědne díky ligninu a ztrácí pevnost Hlavně basidiomycetní houby Serpula (dřevomorka)

36

37 Houby bílé hniloby Rozkládají celulózu, hemicelulózy i lignin – kompletní dřevo Dřevo je bílé díky houbovému myceliu Hlavně basidiomycetní houby Phanaerochete, Pleurotus…

38

39 Odbourávání ligninu Přísně aerobní proces
Nespecifické extracelulární enzymy oxidázy a peroxidázy reakce často radikálové Lakáza – oxidace organických látek Manganová peroxidáza – oxidace Mn2+ na Mn3+, který pak oxiduje lignin stabilizace Mn3+ organickými kyselinami (chelace) Lignin peroxidáza – štěpí nefenolické části ligninu Peroxid vodíku se produkuje oxidací štěpených meziproduktů kyslíkem

40 Odbourávání ligninu Vysokomolekulární lignin je štěpen na menší tzv. huminové látky Houba nezískává rozkladem ligninu ani energii ani uhlík  rozklad hlavně proto, aby se dostala k celulóze (zdroj energie a uhlíku) někdy využití vázaného dusíku

41 Odbourávání celulózy Bakterie a houby Enzymatické štěpení – celulázy
endocelulázy – štěpí celulózové řetězce na kratší celobiohydrolázy – odštěpují z celulózových konců celobiózu (disacharid) 1,4-b-glukosidáza – štěpí celobiózu na glukózu – houby nemají! Neenzymatické štěpení – radikálové reakce za účasti peroxidu vodíku a Fe2+ iontů Houby Velké spektrum produktů

42 Odbourávání celulózy celulóza

43 Odbourávání celulózy Endoceluláza

44 Odbourávání celulózy Endoceluláza

45 Odbourávání celulózy Endoceluláza

46 Odbourávání celulózy Endoceluláza Celobiohydroláza

47 Odbourávání celulózy Endoceluláza Celobiohydroláza

48 Odbourávání celulózy Endoceluláza Celobiohydroláza celobióza

49 Odbourávání celulózy Endoceluláza Celobiohydroláza Glukozidáza

50 Odbourávání celulózy Endoceluláza Celobiohydroláza Glukozidáza

51 Odbourávání celulózy Endoceluláza Celobiohydroláza Glukozidáza glukóza

52 Odbourávání celulózy celulóza Endoceluláza Celobiohydroláza celobióza
Glukozidáza glukóza

53 Odbourávání hemicelulóz
Enzymaticky – mnoho různých enzymů Endoxylanáza – štěpení xylanů uprostřed řetězce Xylosidáza – odštěpuje xylózu Endomananázy – štěpí glukomanan uprostřed řetězce Galaktosidáza – odštěpuje galaktózu Glukosidáza – odštěpuje glukózu Acetylmananesteráza – odštěpuje acetyl … Časté překrývání aktivit Odlišnosti jednotlivých enzymů u jednotlivých rodů a druhů Neenzymaticky – stejně jako celulóza

54 Rozklad opadu zbytky dřeva, listí, uhynulé rostliny…
Tzv. detritový potravní řetězec Saprotrofní organismy (rozkládající odumřelé zbytky) bakterie houby prvoci vyšší organismy (žížaly, hmyz…) různý enzymový aparát

55 Rozklad opadu Složení běžného opadu Snadno využitelných je jen cca 10%
50% celulóza 20% hemicelulózy 15% lignin 6% bílkoviny 6% nižší sacharidy 1,5% pektin 1,5% vosky a pigmenty Snadno využitelných je jen cca 10%

56 Rychlost rozkladu Rychlost rozkladu záleží na vnějších podmínkách, kvalitě substrátu a dostupnosti dalších živin V našich podmínkách listy stromů 1-3 roky jehličí až 8-10 let (vosková kutikula) dřevo i desítky let V tropech rychlejší listy za několik měsíců kompletní rozklad opadu ještě v daném vegetačním období

57 Strategie rozkladu opadu
Postupné využívání substrátů od jednodušších po složitější Jednodušší sacharidy, proteiny – bakterie, plísně, kvasinky Odbouratelnější polysacharidy (škrob, pektiny…) – bakterie, houby Hůře odbouratelné polysacharidy (celulóza) – saprotrofní houby, bakterie Lignin, lignocelulóza – saprotrofní houby „zneužití“ houbového enzymového aparátu bakteriemi v pozdějších fázích

58 Humusové látky Humus = nejúrodnější část půdy
soubor organických látek v různém stádiu rozkladu Tzv. humusové látky – nespecifické polymery Vliv na kvalitu půdy lepší struktura půdy absorpce vody a dalších živin - zásobárna pufrovací vlastnosti (udržení pH) absorpce světla – zvýšení teploty

59 Humusové látky T R m ůs v a t n u Mr t í
Dělení podle molekulové hmotnosti, rozpustnosti a odolnosti k rozkladu fulvokyseliny – rozpustné v hydroxidu a kyselinách, snadný rozklad - žluté huminové kyseliny – rozpustné v hydroxidu, obtížný rozklad - hnědé huminy – prakticky nerozpustné a nerozložitelné - černé T m v a n u t í R ůs t Mr

60 Složení humusových látek
Nedefinovaná struktura, částečně připomíná lignin obsahuje C,O,H,N,S… hodně aromatických kruhů hodně alifatických řetězců -OH skupiny, methoxy skupiny… -COOH skupiny – vazba kovů

61 Vznik humusových látek
Není zcela známo – mnoho teorií, pravděpodobně se uplatňuje mnoho procesů nerozložené zbytky organismů (zejména lignin) modifikace těchto zbytků polymerace nízkomolekulárních látek extracelulárními enymy abiotické reakce (bez účasti organismů)

62 Odbourávání humusových látek
Velmi pomalé čím vyšší Mr, tím pomalejší Neslouží obvykle jako zdroj uhlíku a energie Nedefinovaná struktura = nespecifické enzymy zejména lignolytické (lakáza, peroxidázy, oxidázy)

63 Mikroorganismy ve vodě
Na Zemi je mnoho forem vody povrchová podpovrchová půdní vázaná S různým obsahem látek sladká slaná splašková …

64 Mikroorganismy ve vodě
Množství MO závisí na množství živin Mnoho MO je ve splaškových a stojatých vodách, v moři při pobřeží Málo MO je v horských bystřinách, v moři ve větších hloubkách

65 Vliv proudění vody Efekty proudící vody
provzdušnění vody míchání odplavování částic odplavování MO V proudící vodě je obecně méně MO a převažují aerobní druhy Ve stojaté vodě je obecně více MO a převažují anaerobní druhy

66 Stojaté vody Ve stojatých a pomalu proudících vodách dochází k přenosu kyslíku pouze pomalou difůzí z povrchu  koncentrace kyslíku s hloubkou klesá Vznik aerobních a anaerobních oblastí hladina pokles O2 aerobní oblast anaerobní oblast

67 Stojaté vody Aerobní oblasti Anaerobní oblasti
aerobní organotrofní bakterie – rozklad organických látek čistší voda Anaerobní oblasti podle obsahu živin probíhají různé procesy anaerobní respirace síranů na H2S fermentace methanogeneze

68 Stojaté vody Vliv dalších faktorů Fotosyntetizující organismy
obsah živin promíchávání vody produkce kyslíku fotosyntetizujícími organismy Fotosyntetizující organismy dokáží zásobit rybník kyslíkem potřebují dostatek světla a minerální látky (dusík, fosfor) řasy, sinice, vodní rostliny… eutrofizace = přílišné obohacení vody o anorganické živiny (N, P) = přemnožení sinic

69 Mikroorganismy ve vzduchu
MO se vyskytují i ve vzduchu Vazba na pevné částice, zejména prachové v suchém vzduchu více než po dešti (déšť je spláchne na zem) nad pevninou více MO než nad mořem (více prachu) nad průmyslovými oblastmi více MO než nad přírodní krajinou uvnitř budov více MO než venku

70 Extrémofilní mikroorganismy

71 Extrémofilní mikroorganismy
Mikroorganismy žijící v podmínkách, které jsou z lidského měřítka extrémní vysoká či nízká teplota vysoká koncentrace solí extrémní pH extrémní záření Extrémofilní organismy jsou dobře adaptované na extrém a je to pro ně přirozené prostředí

72 Extrémofilní mikroorganismy
Většina extrémofilů je z domény Archea Obtížná kultivace v laboratoři = málo prozkoumané Očekávání výskytu na jiných planetách v podobně extrémních podmínkách

73 Extrémofilní termofilové
Rostou při teplotách okolo 100°C i více V hlubokých mořích zejména v jícnech podmořských sopek V termálních pramenech (Yellowstone)

74 Extrémofilní psychrofilové
Adaptované na teploty pod bodem mrazu Výskyt v polárních krajích, vysokých horách, Antarktidě apod.

75 Extrémofilní barofilové
Adaptované na vysoký tlak Obývají mořské příkopy

76 Extrémofilní halofilové
Adaptované na vysoké koncentrace solí Často vyžadují i nasycené roztoky Nálezy ve slaných jezírkách, např. v Mrtvém moři Halobacter (archeon)

77 Extrémofilní alkalofilové
Adaptované na vysoké pH (přes 10, i přes 12) Natrococcus, Natromonas

78 Extrémofilní acidofilové
Adaptované na nízké pH (pod 2 i níže) Často si takové prostředí sami vytváří např. oxidací síry na kyselinu sírovou Thiobacillus (bakterie)

79 Koloběhy základních biogenních prvků v přírodě
=geochemické cykly Organismy využívají různé látky z prostředí a jiné produkují U většiny prvků cyklické změny Nejdůležitější cykly C, O, N, S, P Klíčová role mikroorganismů – některé přeměny jiné skupiny organismů neumí

80 Koloběh uhlíku a kyslíku
Uhlík je v přírodě v různých podobách Anorganický uhličitany CO2 nesloučený uhlík – grafit, uhlí Organický Biotický – základní stavební prvek živé hmoty – živá a odumřelá těla organismů Abiotický – fosilní uhlík (ropa, uhlí, zemní plyn)

81 Koloběh uhlíku a kyslíku
Kyslík je v přírodě v různých podobách Nesloučený O2 v atmosféře ozón O3 ve svrchních vrstvách atmosféry Sloučený voda organické látky živého i neživého původu – sacharidy, alkoholy, bílkoviny… anorganické látky – oxidy, sole, kyseliny…

82 Koloběh uhlíku a kyslíku
Asimilace Energie Org.látky.+ O2 CO2 + H2O Energie Disimilace

83 Asimilace uhlíku Potřeba energie Autotrofní organismy
světelná (fotosyntéza) chemická Autotrofní organismy Sinice (Bacteria) Rostliny (Eukarya) Řasy (Eukarya) Mnohé lithotrofní bakterie a archea

84 Disimilace Oxidace organických látek na CO2 a vodu
Aerobní (nejčastěji) i anaerobní Heterotrofní organismy

85 Koloběh dusíku Dusík je v přírodě v různých podobách Nesloučený
N2 v atmosféře Sloučený anorganické látky – dusičnany, dusitany, amonné sole… organické látky – živého i neživého původu – bílkoviny, puriny, aminy…

86 Koloběh dusíku org.N NH4+ -3 -2 -1 N2 +1 +2 NO2- +3 +4 NO3- +5
Rostliny Živočichové Mikroorganismy Ox.č. org.N NH4+ -3 -2 -1 N2 +1 +2 NO2- +3 +4 NO3- +5

87 Koloběh dusíku u MO amonifikace NH4+ org. N -3 Fixace N2 -2
Ox.č. NH4+ org. N -3 Fixace N2 -2 Nitrifikace -1 N2 +1 Denitritace Asimilace +2 NO2- +3 +4 Denitrifikace NO3- +5

88 Nitrifikace Oxidace amonných látek (amoniaku) na dusitany a dusičnany
Aerobní proces sloužící jako zdroj energie Nitromonas, Nitrosomonas, Nitrobacter… Využití při čištění odpadních vod

89 Denitrifikace Redukce dusičnanů na dusitany a dusík
Obvykle anaerobní proces obvykle inhibice kyslíkem Dusičnany a dusitany slouží jako konečný akceptor elektronů v oxidačním řetězci (anaerobní respirace) zisk energie Heterotrofní bakterie, obvykle G- mnohé rody umí jen NO3-  NO2- Pseudomonas, Alcaligenes, Thiobacillus, Paracoccus…

90 Fixace dusíku Přeměna vzdušného dusíku na amoniak
Aerobní proces vyžadující hodně energie (12-16 ATP na jednu molekulu N2) Hlízkovité bakterie – symbióza s rostlinami (Rhizobium) Azotobacter – nesymbiotické Cyanobacteria (sinice)

91 Asimilace dusičnanů a dusitanů
Většina bakterií umí využít (asimilovat) dusičnany a dusitany pro tvorbu organických látek Několikanásobná redukce NO3-  NO2-  NH4+ Bakterie musí dodat energii – nevýhodné, dává přednost organickému dusíku nebo NH4+

92 Koloběh síry Síra je v přírodě v mnoha podobách čistá síra sírany
sulfidy sulfan organická síra

93 Koloběh síry H2S org.S -2 -1 S +1 +2 +3 +4 +5 SO42- +6 Rostliny
Živočichové Mikroorganismy Ox.č. H2S org.S -2 -1 S +1 +2 +3 +4 +5 SO42- +6

94 Koloběh síry Většina živočichů umí využít jen organickou síru (závislost na rostlinách) MO a rostliny umí asimilovat sírany na organickou síru Jen MO umí převést organickou síru na sulfan

95 Anaerobní sirná respirace
Bakteriální rody Desulfovibrio, Desulfotomaculum Sírany, siřičitany a thiosírany slouží jako terminální akceptor elektronů při oxidaci organických látek Obvykle striktně anaerobní organismy

96 Sirné bakterie Rody Beggiatoa, Thiothrix, Thioploca…
Oxidace sulfanu na síru Oxidace síry na sírany (kys. sírovou) Potřeba kyslíku Někdy ukládání síry jako zásobní látky Někdy okyselení prostředí (vznik H2SO4) Thiobacillus Pozn.: H2S je na vzduchu samovolně oxidován na síru

97 Sirná fotosyntéza Fototrofní sirné bakterie
Primitivnější fotosyntéza než u rostlin Anaerobní proces CO2 + H2S  C6H12O6 + S

98 Thermofilní redukce síry
Extrémně thermofilní Archea Redukce síry plynným vodíkem nebo organickými látkami V blízkosti podmořských sopek Anaerobní proces Teplota i přes 100°C

99 Asimilace síranů Většina bakterií
Zapojení síranů do organických látek (zejména SH skupiny) Postupná enzymatická redukce

100 Vybrané symbiózy

101 Soužití rostlin a MO Velice časté
Zejména v oblasti kořenů – rhizosféra oblast půdy bezprostředně ovlivněná kořeny zahrnuje i přidružené mikroorganismy (bakterie, houby, prvoky) často přítomné vyšší organismy (hlístice, hmyz…) nejrůznější vzájemné vztahy

102 Rhizosféra Obvykle zvýšená koncentrace MO oproti okolní půdě
V rhizosféře je více živin pro MO odumřelé buňky kořenů uhlíkaté živiny z kořenů Různé potravní řetězce MO mohou být potravou pro vyšší organismy vzájemné využití odpadních látek

103 Rhizosféra Různý vliv MO na rostlinu
pozitivní: uvolňování živin z půdy, konkurence snižuje pravděpodobnost průniku patogenních MO neutrální – konzumace odumřelých buněk apod. negativní – do rhizosféry se mohou dostat i pro rostlinu patogenní MO nebo parazitní MO

104 Hlízkovitá symbióza Soužití bakterií Rhizobium s kořeny luskovin (hrách, sója atd.) Oboustranně prospěšná Rostlina dodává živiny (organické kyseliny atd.) a kyslík Bakterie dodává dusíkaté látky (amoniak a aminokyseliny) - fixace vzdušného N2

105 Hlízkovitá symbióza Bakterie fixuje dusík jen v přítomnosti rostliny
Molekulární hlídací mechanismus – pokud bakterie přestane fixovat N2 má rostlinou omezen přísun kyslíku – inhibice metabolismus a rozmnožování – směřování evoluce

106 Mykorhíza Mycos = houba, rhizos = kořen
Soužití houbového mycelia s kořeny rostlin Odhad, že mykorhízy je schopno až 95% rostlinných druhů Oboustranně prospěšné soužití

107 Mykorhíza Houba funguje jako mnohonásobné prodloužení rostlinných kořenů lepší příjem minerálů z prostředí lepší příjem vody Ochranná funkce houby Stimulace rhizosféry Rostlina zásobuje houby uhlíkatými živinami (sacharidy)

108 Mykorhíza Houbám i rostlinám se lépe daří v přítomnosti druhého symbionta sázené stromky se v přítomnosti houby lépe uchytí a rychleji rostou houby v přítomnosti rostliny rychleji rostou častá závislost houby na rostlině (Leccinum = křemenáč, kozák…) závislost rostliny na houbě je méně obvyklá

109 Mykorhíza Endomykorhíza – průnik houbového mycelia mezi stěnu a membránu rostlinných buněk Až 85% rostlin Ektomykorhíza – obalení kořenů houbovým myceliem 10% rostlin, zejména dřevin

110 Lišejníky Z řeckého leichein = lízat
Společenství houby (mykobiont) a fotosyntetizujícího mikroorganismu (fotobiont, fykobiont) Mykobiont askomycetní houby (98%) basidiomycetní houby (2%) Fotobiont eukaryotické zelené řasy (nejčastěji) prokaryotické sinice (cca 8%) jiné řasy (velmi málo) Výjimečně více než dva partneři (obvykle fotobionti, méně často mykobionti)

111 Lišejníky Vzájemné vztahy mykobionta a fotobionta různé – tzv. lichenismus vzájemná závislost mutualismus kontrolovaný parazitismus houby Obvykle oboustranně prospěšný vztah mykobiont získává org. látky fotobiont získává anorganické látky, vodu a vhodné prostředí Někdy nevýhodný pro fotobionta vysávání živin až smrt

112 Biofilm Společenstvo mikroorganismů tvořících odolnou slizkou vrstvičku na pevném podkladu Zvýšená odolnost společenstva proti desinfekčním prostředkům chemikáliím hladovění mechanickému odstranění konkurenčním MO imunitnímu systému …

113 Struktura biofilmu Interaktivní společenstvo MO Vyplněno pojivem
jednoho druhu více druhů (i málo příbuzných) základem bakterie, ale nacházíme i houby a prvoky Vyplněno pojivem polysacharidy, proteiny V biofilmu bývají kanálky pro průchod živin

114 Kooperace v biofilmu Biofilm připomíná vyšší organismy
chemická komunikace mezi buňkami ovlivňující metabolismus (quorum sensing) diferenciace buněk („dělba práce“) podle umístění v biofilmu buňky u povrchu plní ochranou funkci buňky u podkladu plní úchytnou funkci někdy i plánovaná buněčná smrt

115 Diferenciace metabolismu
Buňky v nižších vrstvách mají obvykle jiný metabolismus méně kyslíku (fermentace, redukce nitrátů…) využití odpadů z vyšších vrstev Pokles O2 Nárůst anaerobních procesů Pokles intenzity metabolismu

116 Význam biofilmu pro MO Vyšší ochrana před vnějšími podmínkami
Udržení na pevných povrchách např. v proudící vodě Ochrana proti imunitnímu systému Ochrana zdroje živin proti konkurenčním MO …

117 Praktické dopady biofilmu pro člověka
Negativa: problematické odstranění biofilmů z povrchů, trubek, klimatizací apod. mnohé patogenní MO tvoří biofilmy v těle biofilm zubního plaku způsobuje zubní kazy biofilm na kontaktních čočkách může způsobit oční infekce … Pozitiva: praktické aplikace – biofilmové reaktory, čištění odpadních vod

118 Mikrobní společenstva v žaludcích skotu
Přežvýkavci mají více žaludků, aby mohli trávit rostlinnou stravu dobytek, ovce, jeleni, velbloudi, žirafy… 3 předžaludky + 1 vlastní žaludek Bachor (rumen) Čepec (reticulum) Kniha (omasum) Slez (abomasum) Přežvýkavci potravu nejprve hltají a později v klidu ji přežvýkají podruhé

119 Mikrobní společenstva v žaludcích skotu
Přežvýkavci nejsou schopni trávit celulózu (nemají celulolytické enzymy)  symbióza s MO, kteří tuto schopnost mají MO degradují celulózu na glukózu a tu pak fermentují na organické kyseliny = vlastní potrava přežvýkavců Zvíře tráví i MO – zdroj bílkovin a cukrů

120 Postup trávení Rychlá konzumace rostlinné potravy – hromadění v bachoru Opakované přežvýkání potravy a zároveň mikrobiální rozklad potrava se stává tekutou a postupně odtéká do dalších žaludků Ve slezu a střevech pak probíhá normální savčí trávení pomocí vlastních enzymů zvířete

121 Mikrobní společenstvo v bachoru
Anaerobní prostředí – anaerobní metabolismus (převážně fermentační) Druhově bohaté společenstvo fermentující bakterie methanogenní archea houby (kvasinky) prvoci

122 Biochemický rozklad potravy
Rozklad polysacharidů (houby, bakterie, prvoci) Celulóza  celobióza  glukóza Hemicelulózy  xylobióza  xylóza Pektin  k. galakturonová  xylóza Škrob  Maltóza  Glukóza Fermentace sacharidů (bakterie) glukóza, fruktóza, xylóza  fruktóza-6-fosfát  pyruvát pyruvát  k. máselná, k. octová, k. propionová, CO2, H2 Transformace plynů (archea) CO2 + H2  methan

123 Souhrn symbiózy Oboustranně prospěšná symbióza
MO získávají kvalitní přísun živin v bachoru je cca 1012 MO / ml Zvíře získává stravitelné kyseliny z nestravitelné celulózy vitamíny produkované MO bílkoviny, sacharidy a další látky ze strávených MO

124 Symbióza luminiscenčních bakterií s mořskými organismy
Bakterie Vibrio fischeri mají schopnost luminiscence (aktivního svícení) Mořské organismy si pěstují tyto bakterie ve světelných orgánech Oboustranně prospěšné Ryba dodává živiny Bakterie dodává světlo Svícení jen při vyšší koncentraci bakterií – Quorum sensing