1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif logo_mu_cerne.gif Adobe Systems
Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České
republiky
Bi6420
Ekotoxikologie mikroorganismů
https://is.muni.cz/el/1431/jaro2012/Bi6420/index.qwarp
Doc. RNDr. Jakub Hofman, Ph.D.
hofman@recetox.muni.cz
jaro 2012

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif logo_mu_cerne.gif Adobe Systems
Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České
republiky
Bi6420: Ekotoxikologie mikroorganismů
Část 5: Hodnocení reálných společenstev mikroorganismů v prostředí

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Specifika z pohledu ekotoxikologie
Snímek 3
•Analýza vlivu stresových faktorů na mikroorganismy v reálném prostředí spočívá především v
hodnocení vlivu na celé populace a společenstva mikroorganismů
•Taxonomická a genetická variabilita ovlivněných populací
•Společenstvo interaguje s kontaminací prostředí jako se selekčním faktorem
•Schopnost rychlých fyziologických adaptací u určitých částí společenstva (získání značné
resistence vůči stresovému faktoru) – selekce rezistentních forem
•Vliv stresových faktorů obvykle vyvolá pokles diverzity mikrobiálních společenstev – převaha
tolerantních skupin
•Redukce celkového spektra enzymatických aktivit - nedostatečná mineralizace organické hmoty a její
hromadění
•Celková historie zkoumaného mikrobiálního společenstva - jinak reaguje na opakované působení
stejného faktoru a jinak na zcela nový stresový podnět

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 4
•Měření převážně metabolické aktivity – úzký vztah k funkceschopnosti dané skupiny z ekologického
hlediska
•Celkové propojení metabolických drah a návaznost procesů
•Narušení jedné komponenty může vyvolat i zvýšenou aktivitu jiné, jako kompenzační reakci -
"Stimulace" toxickou látkou byla mnohokrát popsána pro velmi rozdílné populace mikroorganismů
•
•Pozorované jevy mohou mít více stochastický charakter než v kontrolovaných laboratorních
podmínkách
•
•Samotné mikroorganismy mohou ovlivňovat chemické formy polutantů, např. mobilizace sorbovaných
forem látky či změny specií kovů
Specifika z pohledu ekotoxikologie

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 5
•I v nekontaminovaném prostředí mohou být mikroorganismy vystaveny vlivu stresových faktorů
•I "přirozené" stresové faktory obdobně jako kontaminace jsou příčinou vyšší udržovací energie
mikrobiálního společenstva
•Suboptimální úroveň parametrů vnějšího prostředí ovlivňuje i citlivost mikroorganismů vůči
toxickým látkám - ve stresujících přírodních podmínkách jsou mikroorganismy relativně citlivější na
jakýkoli dodatečný podnět
•Působení stresových faktorů vede k redukci diverzity, což je spojeno se ztrátou určité části
enzymatického vybavení, což vede ke snížené schopnosti společenstva přizpůsobit se působení
kontaminující látky (např. degradovat jistý typ látky)
Ø
ØTyto skutečnosti komplikují interpretaci ekotoxikologických studií in situ, proto pro odhad vlivu
kontaminující látky je nezbytné znát i jistou historii zkoumané lokality
Specifika z pohledu ekotoxikologie

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Faktory prostředí jsou nezanedbatelné – interagují se vztahem mikroorganismus – kontaminant
•
•Je potřeba brát v potaz:
•pH
•redox status (aerobní vs anaerobní prostředí)
•teplotu
•vlhkost
•salinitu
•přítomnost živin
•…
Snímek 6
Mikrobiální společenstva reálného prostředí

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 7
Mikrobiální společenstva reálného prostředí

Figure: 06-22
Caption:
The pH scale. Note that although some microorganisms can live at very low or very high pH, the
cell’s internal pH remains near neutrality.

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 8
Mikrobiální společenstva reálného prostředí
a.Aerobic
b.Anaerobic
c.Facultative
d.Microaerobic
e.Aerotolerant

Figure: 06-23
Caption:
Effect of sodium ion concentration on growth of microorganisms of different salt tolerances or
requirements. The optimum NaCl concentration for marine microorganisms such as V. fischeri is about
3%; for extreme halophiles, it is between 15 and 30%, depending on the organism.

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 9
V reálu nastává kombinace faktorů a důsledkem je stratifikace
139

Figure: 19-09
Caption:
Development of anoxic conditions in the depths of a temperate climate lake as a result of summer
stratification. The colder bottom waters are more dense and contain H[2]S from bacterial sulfate
reduction. The zone of rapid temperature change is referred to as the thermocline. Typically, as
surface waters cool in the fall and early winter they reach the temperature and density of
hypolimnetic waters and sink, displacing bottom waters and effecting “lake turnover.”

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif logo_mu_cerne.gif Adobe Systems
Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České
republiky
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 11
Půda
- už v základní definici půdy je určeno, že půdou je, pokud je oživená
- živé organismy jsou jedním z pěti půdotvorných činitelů
- osídlena mikrobiálními společenstvy, rostlinami i živočichy
- složitý a heterogenní komplex
- popsatelný fyzikálními, chemickými, biologickými a pedologickými parametry
- je to dynamický nikoliv statický systém
- význam půdy pro lidstvo je nesmírný
- půda a její stav jsou propojeny s celým terestrickým ekosystémem
- viz. PEDOLOGIE
139
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 12
Rozšíření mikroorganismů v půdě
- determinováno půdou jako prostředím
- obecně se abundance snižuje směrem do hloubky
- alochtonní = v půdě přirozené (např. bakterie rodů Pseudomonas, Streptomyces, Arthrobacter, houby
Mucor, Penicillium, Aspergillus ...)
- zymogenní = jen v optimálních podmínkách, rychle rostoucí a silně aktivní (Bacillus, bičíkovci,
sinice)
- patogenní - i pro člověka (Clostridium tetani, C. botulinum, C. perfringens, Bacillus anthracis
apod.)
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 13
Saturovaná zóna
Povrchová půda
Nenasycená
Kapiláry zaplněny
Téměř nasycená
hladina podzemní vody
Vadozní zóna
Mikrobiální společenstva půdy
A-6

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 14
Rozšíření mikroorganismů v půdě
• největší biomasa mikroorganismů je v humusovém horizontu, v rizosféře a s hloubkou dochází k
poklesu
• fotolitotrofní mikroorganismy jsou samozřejmě vázané pouze na nejvrchnější vrstvičku půdy
• obligátně anaerobní mikroorganismy se nachází spíše ve spodní části horizontů (bez přístupu
kyslíku)
• mikroorganismy uzavřené v mikroagregátech jsou dobře chráněné před predací protozoí, ale naopak
mohou strádat nedostatkem substrátu
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 15
144 144
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 16
145
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Ekologická vazba mikroorganismů na kořeny rostlin
•je založena na tom, že v okolí kořenů je jiné prostředí než jinde v půdě
•tzv. RHIZOSFÉRA
Snímek 17
Vodní režim
Uvolňuje kořenové exudáty
Rostlina
Mikroorganismus
Produkují např. růstové faktory
Uvolňují živiny
Mikrobiální společenstva půdy
Energy
H2O + CO2
O2
Nutrients
from
roots
NH4+
H2PO4-
RCOO-
RNH2
CH2O
O2
H2O + CO2
CO2
Metabolism

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Mikrobiální společenstva půdy
Snímek 18
Plant age (days)
0
20
40
60
Pigmented
bacteria
Non-pigmented
bacteria
Flagellate protozoa
Amoeboidal
protozoa
Microbial Loop??
R/S poměr = počet mikroorganismů v rhizosféře (R) ku množství v půdě (S)
Normální půdy 5-20, (100) = 5-20 x více buněk v rhizosféře
Vliv má druh rostliny a její stáří
Dle K.T. Semple

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Rhizosféra
•é vyšší počty Gram negativní, tyčkovité bakterie
•
•ê nižší množství G-, koků a pleomorfních bakterií
•
•Relativne abundantní jsou pohyblivé, rychle rostoucí bakterie např. Pseudomonas spp
•
•Kořenové exudáty
–aminokyseliny
–keto kyseliny
–vitamíny
–cukry
–taniny
–alkaloidy
Snímek 19
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 20
139 139
Mikrobiální společenstva půdy
Obrovská variabilita půdních typů a druhů
Obrovská variabilita vlastností půd a lokalit
Sezónní variabilita
è vliv na množství, aktivity a složení mikrobiálního společenstva

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 21
Mikroorganismy jsou v interakci s vlastnostmi půdy
- nutriční vlastnosti půdy (zdroj živin pro mikroorganismy)
- fyzikálně-chemické vlastnosti: teplota, pH, vlhkost, redoxní potenciál, obsah jílu, složení
půdního vzduchu, půdního roztoku, kontaminanty atd.
- struktura půdy, sorpční komplex, půdní typ, půdní druh, využití půdy atd.
- půdní roztok
- půdní vzduch (N: 78-80%; O2: 0,1-20%; CO2: 0,1-15%)
- sorpce/desorpce; půdní komplex; biodostupnost substrátů a kontaminantů
- mikroorganismy samy sorbují (G+ více než G-); jíl zvyšuje sorpci
- na površích částic se sorbují substráty i extracelulární enzymy (urychlení reakcí a zvýšení
stability extracelulárních enzymů)
- vlastnosti působí buď přímo, či nepřímo
- vliv sezón
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 22
137
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 23
Nutriční vlastnosti půdy
- zdroj energie (dle metabolické strategie)
- koncový akceptor elektronů
- makronutrienty (hlavně zdroj uhlíku), organická hmota pro chemoorganotrofy
- růstové faktory
- stopové prvky
- mají vliv na růst a aktivitu mikroorganismů
Organická hmota
- hlavní faktor určující chování mikroorganismů v půdě s je zároveň produktem mikrobiálních aktivit
- mikrobiální biomasa = velmi malá, ale dynamická část celkové org. hmoty
- většina ekosystémů je limitoána v přísunu organické hmoty
- množství lehce dostupné org. hmoty - základní příčina (i sezónních) fluktuací aktivit
- organická hmota může tlumit toxický účinek polutantů
- charakter organické hmoty určuje i mobilitu polutantů v půdní matrici
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 24
Organická hmota v půdě
- je stěžejní pro mikrobiální aktivity jako zdroj živin (makronutrientů) a zdroj energie
- lze parametrizovat pomocí: OM, TOC, Corg, EX-C, HA:FA, Q4/6 apod.
- vytváří organominerální komplex
- největší frakce organického uhlíku vstupujícího do půdy jsou zbytky rostlin
- cukry (amylosa, amylopektin, celulosa), lignin, tuky a voskové látky, proteiny a jiné látky
obsahující N, buněčné stěny organismů, látky vylučované kořeny
- humusové látky (huminové kyseliny, fulvokyseliny a humíny)
147
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 25
Vlhkost
- voda je potřeba pro fungování většiny metabolických procesů
- optimální vlhkost „spouští“ fungování mikroorganismů
- vlhkost ovlivňuje výměnu plynů v půdě
- ovlivňuje přístupnost nutrientů
- ovlivňuje teplotu půdy
- vytváří mikroprostředí pro mikroorganismy vpórech a na površích částic
Měření půdní vlhkosti:
WHC (water holding capacity) plus stanovení sušiny
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 26
Redoxní potenciál
- různé metabolické strategie mají různé požadavky
- dýchání (>0,2 V); denitrifikace (0,15-0,2 V); redukce síry (-0,1 až -0,2 V)
pH
- ovlivňuje přímo mikroorganismy
- nepřímo skrze vliv na chování např. kovů v půdě
- měření ve vodném výluhu či KCl
- souvisí s kationtovou výměnnou kapacitou (CEC)
- extrémní pH může mikroorganismy značně stresovat
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 27
Jíl
- fyzikální vlastnosti: velký aktivní povrch
- chemické vlastnosti: určují vlastnosti aktivního povrchu
- vazba s organickou hmotou
- sorpce a desorpce substrátů, enzymů, mikroorganismů a polutantů
- sekundární minerály (chemicky zvětralé); vodnaté silikáty = jílové minerály
- prvořadým činitelem, na němž závisí spektrum jílových minerálů v půdě je matečná hornina
- fyzikálním jílem nazýváme minerální podíl s velikostí zrn menší než 2 µm
- vysoký obsah jílů podporuje rychlejší nárůst biomasy při dodání substrátu
- absorpce živin a snížení úrovně dekompozice, stabilizace pH a ochrany mikroorganismů proti jejich
predátorům
- C z mikrobiální biomasy často koreluje s  obsahem půdních jílů
- snižuje inhibiční účinek polutantů na mikroflóru
- ovlivňuje půdní strukturu
- chrání mikroorganismy před predátory
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 28
Agregáty
- mikroagregáty < 50 µm a makroagregáty > 50 µm
- strukturní elementy jsou do agregátů poutány silami molekulárními, či pomocí tmelů (minerální sol
v gel; koagulace a peptizace
- vzniká organominerální komplex půdy, základ agregátové formace
- předchozí úrovně se pak spojují hlavně kořeny a hyfami hub do mikroagregátů spolu se zrny prachu,
písku a v nich jsou také uzavřeny mikroorganismy
- vznikají tzv. imobilizované biologické systémy
- agregace je jeden z nejvýznamnějších faktorů kontrolujících mikrobiální aktivitu a obrat
organického materiálu v půdě
- většina mikroorganismů žije mimo agregáty a v malých pórech mezi nimi, relativně malé množství
uvnitř
- půdní agregáty ovlivňují interakci enzymů s jejich substráty
- adsorbované enzymy jsou chráněné proti hydrolýze způsobené jinými enzymy
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Sezonní variabilita
Snímek 29
A-7
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 30
Význam půdních parametrů při hodnocení rizik pro půdní mikroflóru
Vliv kontaminace půdy na mikroflóru je podmíněn přítomností biologicky dostupných forem kontaminatů
Klíčovou otázkou je, která forma toxických látek je dostupná pro mikroflóru, především při
srovnávání různých úrovní kontaminace u různých půd.
I v nekontaminované půdě mohou být mikroorganismy vystaveny vlivu "přirozených stresových faktorů„
Např. v důsledku změn teploty, půdní vlhkostí, přísunu organické hmoty atd. - klíčem k poznání
jejich vlivu je znalost půdních parametrů. V stresujících přírodních podmínkách jsou mikroorganismy
relativně citlivější na jakýkoli dodatečný podnět.
Vstup a setrvání cizorodých látek v půdě ovlivňují fyzikálně chemické parametry půdního prostředí
Je třeba rozlišovat chování silně hydrofilních látek, které jsou z půdní matrice rychle vymývány a
látek hydrofobních, které se mohou akumulovat již ve svrchním horizontu půd.
Obecně je třeba současně s mikrobiálními parametry hodnotit:
• Filtrační schopnosti půdy a její sorpční kapacitu
• Pufrační schopnost půdy
• Charakter a rozsah chemických transformací toxických látek v půdě
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 31
130
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 32
Dalnice
MONITORING OF SOILS AROUND CZECH HIGHWAYS
32
logo evernia
•Environmental study carried out in 1999 by RECETOX and co-operating companies
•Total 34 soil samples from different ecosystems (grasslands, arable, forest ...)
•Sampling at several distances from the highway (1 - 500 m)
•Also contamination with heavy metals and POPs was measured
 13 soils with GOOD biological quality
 13 soils with BAD biological quality
Mikrobiální společenstva půdy
[USEMAP]

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 33
soils with GOOD biological quality
soils with BAD biological quality
•mostly arable soils
•near to highway
•lower content of Corg
•lower content of Ntot
•lower content of clay
•more neutral pH
•lower CEC
•mostly forest and grasslands soils
•farther from highway
•higher content of Corg
•higher content of Ntot
•higher content of clay
•lower pH
•higher CEC
Corg (%)
Ntot (%)
Clay (%)
pHKCl (%)
CEC(mmol.kg-1)
Mikrobiální společenstva půdy
[USEMAP]

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 34
CONTAMINATION: surprisingly, soils with GOOD biological quality display higher values of heavy
metals and POPs !
Cd (mg.kg-1)
Hg (mg.kg-1)
Pb (mg.kg-1)
Zn (mg.kg-1)
PAHs (ng.g-1)
PCBs (ng.g-1)
HCHs (ng.g-1)
DDT (ng.g-1)
HCB (ng.g-1)
• Is there possible long-term stimulation with slightly higher contamination?
• Is this only co-occurrence of both events caused by higher Corg and clay contents?
Mikrobiální společenstva půdy
[USEMAP]

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 35
Shrnutí:
Parametry půdní prostředí mění osud a rizikovost půdní kontaminace
Parametry půdní prostředí určují i stav půdních mikrobiálních společenstev a ovlivňují tak jejich
citlivost na stresové faktory
Charakteristika fyzikálně-chemických parametrů půdy je tedy nezbytnou součástí každé ucelené studie
hodnotící rizika pro půdní prostředí.
Stějně důležitá je znalost pedologických charakteristik (půdní typ) a také využití lokality,
potažmo vegetačního krytu (OP × TTP × LP)
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 36
Mikrobiální společenstvo půdy =
- bakterie (řetízky či kolonie)
- aktinomycéty (pseudomycelia)
- houby (hyfy)
- řasy
- prvoci
- kvasinky
- viry
Mikrobiální společenstva půdy
Picture5 soil-life Biodiversity of soil microorganisms

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Biomasa v půdě
Snímek 37
Up to 90, but generally 20
1-2 !!!!
0-2
2-5 !!!!
0.5
0.2
0.25
0-0.5
Negligible
Plant roots
Bacteria
Actinomycetes
Fungi
Protozoa
Nematodes
Earthworms
Other soil animals
Viruses
Biomass (tons ha-1)
Components of soil biota
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Houby
•Nevadí jim kyselejší pH
•Aerobní – horní vrstvy
•Rozklad uhlíkatých reziduí - celulóza, lignin, chitin
•Zvyšují kumulaci OM a zadržení živin v půdě
•Vážou půdní částice
•Zdroj potravy pro bezobratlé
•Mykorhiza
•Bojují s patogeny rostlin (ATB)
Snímek 38
ATforestgrass LR
Bakterie
•V půdě jsou nejpočetnější
•Mohou být aerobní i anaerobní (prostorová distribuce v půdě)
•Optimální pH 6-8
•Nejvíce metabolických možností – vysoká diverzita aktivit a funkcí
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Mykorhiza
Snímek 39
M4 Fungi LR
Kořen stromu
Mykorhizní struktura
Vlákno houby
Mikrobiální společenstva půdy
ECTOMY~1 LR COL-SH~1 LR BWSHEATH LR

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 40
Přístupy mikrobiální ekotoxikologie
Sledování arbuskulární mykorrhizy
houba (AM) roste intra- a intercelulárně na kořenech rostliny - několik typů, různé morfologie i
fungování
houba získává z rostliny veškerý organický uhlík (až 10-20% CO2 asimilovaného rostlinou); oproti
tomu rostlina získává minerální živiny (P, N, K, Ca, Mg, Zn a Cu) z houby
VAM LR

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Arbuscular Mycorrhiza in Soil Quality Assessment
Snímek 41
•Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi constitute a living bridge for the transport of nutrients from
soil to plant roots, and are considered as the group of soil microorganisms that is of most direct
importance to nutrient uptake by herbaceous plants.
•AM fungi also contribute to the formation of soil aggregates and to the protection of plants
against drought and root pathogens.
•Assessment of soil quality, defined as the capacity of a soil to function within ecosystem
boundaries to sustain ecological productivity, maintain environmental quality, and promote plant
health, should therefore include both quantitative and qualitative measurements of this important
biological resource.
•Example of the application of these methods to assess the impact of pesticides on the mycorrhiza.
0008 [USEMAP]

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 42
Endpointy
a)Sušina rostlin
b)celkový obsah fosfátů
c)kolonizace kořenů
d)délky hyf
AM symbioza ošetřená 0, 0.1, 1.0, 10.0 násobkem aplikační dávky carbendazimu
0009 [USEMAP] Glomus intraradices Schenck and Smith

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Mikrobiální společenstva půdy
•Půdní sinice (Cyanophyta)
•jsou to prokaryota (nemají tedy chromatofory ani jádro atd.)
•
•asimilační barviva jsou rozptýlená v cytoplazmě; stélka vláknitá či jednobuněčná; některé
asimilují vzdušný N2; v symbióze s houbami vytváří lišejníky
•
•v půdě význam pro obohacování půdy dusíkem a k provzdušňování půd; jsou producenti, tzn. obohacují
půdu o nově syntetizovaný organický materiál
•
•rozšířené jsou rody Nostoc, Anabaena, Gloeotrichia, Oscillatoria, Phormidium
Snímek 43
Bot%20201%20Anabaena nostoc oscillatoria

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Půdní řasy
•
•řasy jsou organismy obsahující chlorofyl, kromě dominantně vodních existují půdní a to nejen v
horních, prosvětlených vrstvách půdy, ale i v hlubších díky sekundárnímu přechodu na heterotrofní
způsob výživy
•
•jedno- či vícebuněčné, ne- či pohyblivé, vláknité či kulovité kolonie, zahrnují několik kmenů
rostlin (nejsou taxonomickou skupinou)
•
•významné díky provzdušňování půd; jsou producenti, tzn. obohacují půdu o nově syntetizovaný
organický materiál
•
•zelené řasy (Chlorophyta)
•mají chromatofory, fotosyntéza (Chlamydomonas, Vlvox, Chlorella, Scenedesmus, Ulothrix, Cosmarium
atd.)
•
•rozsivky (Diatomea)
•jednobuněčné řasy se zkřemenělou schránkou, žluté, žlutohnědé
•v půdách rody Monodus, Heterothrix, Melosira, Synedra, Diatoma, Fragillaria
Snímek 44
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Prvoci (Protozoa)
•
•v půdě několik set druhů, žijí ve vodním filmu na částicích či v pórech vyplněných vodou
•hojní v povrchovém humusu
•vyžadují dostatek vody, jinak tvoří neaktivní cysty
•predátoři bakterií, rozmnožení prvoků může vést k omezení počtu užitečných bakterií a k tzv. únavě
půdy
•
•Bičíkovci (Flagellata) - rod Bodo, Oicomonas
•Kořenonožci (Rhizopoda) - měňavky (amoebina) a krytenky (testacea - vytváří schránky z částic z
venčí)
•Nálevníci (Ciliata) - Colpidium, Colpida, Vorticella
•
Snímek 45
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 46
189
Mikrobiální společenstva půdy
Gupta4

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 47
146
Mikrobiální společenstva půdy
Aggrgt

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 48
190
Mikrobiální společenstva půdy
Půda je polyfázický systém
Každá vrstva obsahuje
1.Pevnou minerální složku
2.Pevnou organickou složku
3.Kapalnou fázi
4.Plynnou fázi
5.
Všechny jsou ve vzájemné interakci
MO se v půdě vyskytují volně, či ve složité a dynamické vazbě na površích a uvnitř agregátů a
částic organominerálního komplexu

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Velikostní poměry v půdě (dle K. T. Semple)
Snímek 49
Organic debris
_____________________________________
Organic debris, large microorganisms
Fungi, actinomycetes, bacterial colonies
_____________________________________
Amorphous organic matter
Humic substances
Biopolymers
Small microorganisms
Bacteria
Fungal spores
Large viruses
_____________________________________
Small viruses
2 mm
50 µm
2 µm
0.2 µm
Sand: quartz, silicates, carbonates
______________________________________
Silt: quartz, silicates, carbonates
______________________________________
Granulometric clays:
microcrytals of primary minerals
Phyllosilicates:
Inherited – illite, mica
Transformed – vermiculite, high-charge smectite
Neoformed – kaolinite, smectite
Oxides and hydroxides
______________________________________
Fine clays:
Swelling clay minerals
Interstratified clay minerals
Low range order crystalline compounds
Organic and biological constituents
Size
Mineral constituents
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Půdní pevná fáze (schéma dle K.T. Semple)
Snímek 50
Minerální frakce
Meziagregátové
póry
(µm – mm)
Částice
agregátu
Vnitroagregátové póry
(nm - µm)
Organominerální komplex - interakce
-
-
-
-
Jíl
Hydrofobní
organické
sloučeniny
Organický materiál
-
-
-
-
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Niky pro půdní mikroorganismy (dle K.T.Semple)
Snímek 51
Minerální zrno
Jíl
Vodou vyplněné póry
Organický materiál
Mikrokolonie
Vzduchem
vyplněné
póry
Mikrobiální společenstva půdy
Mikroorganismy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 52
Význam mikroorganismů v půdě
•
•stěžejní v cyklech živin a energií
•stojí na počátku potravních řetězců
•rozklad organické hmoty (mineralizace)
•syntéza nových sloučenin (immobilizace)
•tvorba humusu
•udržování půdní struktury, stabilita agregátů
•prospěšný vliv na půdní úrodnost a pro růst rostlin
•vliv na vodní a vzdušný režim půdy
•degradace celé řady polutantů
dark_brown_pr
Mikrobiální společenstva půdy
minimmb

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 53
Microbial Role in Plants
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Mikrobiální společenstva půdy
•Mikroorganismy naprosto nezbytné pro půdní úrodnost
Snímek 54
twobugsb

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Mikrobiální společenstva půdy
•Funkce mikroorganismů v potravní síti (soil food web)
Snímek 55
http://www-crcslm.waite.adelaide.edu.au

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 56
Mikrobiální společenstva půdy
A-3
Funkce mikroorganismů v potravní síti (soil food web)

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Role mikroorganismů v půdní struktuře (K.T. Semple)
Snímek 57
Půdní agregát
Sekrece polysacharidů
Kolonie bakterií
Houbové vlákno
Houbové vlákno
Buněčná stěna
1 µm
Nezapojené jílové
částice
Mikroprostředí:
jíly, uspořádané, slepené
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 58
142
Mikrobiální společenstva půdy
Dekompozice organické hmoty

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 59
143
Mikrobiální společenstva půdy
Dekompozice organické hmoty

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 60
• 0,05 - 0,5% hmoty půdy jsou mikroorganismy
• 105 až 109 jedinců v 1 g suché půdy
• toto množství stačí na zabezpečení veškerých procesů mineralizace a imobilizace a dalších procesů
Celkový půdní organický uhlík
"živý uhlík" (1-5%)
= Mikrobiální biomasa
                         (CBIO)
(TOC, CORG)
"Neživý uhlík" (95 - 99%)
Mikrobiální společenstva půdy
Organické hmota vs mikrobiální biomasa
SEM_microbes_in_soil
http://www-crcslm.waite.adelaide.edu.au

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 61
Stabilní frakce
Celkový organický materiál
Půdní mikrobiální biomasa
(CBIO)
Mimobuněčný organický materiál
(CEX)
Labilní frakce
extrahovatelný organický materiál
(CEX + CBIO)
(CORG)
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Organická rezidua v půdě
Snímek 62
Plant, animal, microbial
residues
Carbohydrates
Mono-
Di-
Poly-
saccharides
Proteins
Amino acids
Peptides
Polypeptides
Lipids
Fatty acids
Glycerol
Nucleic acids
Pentose sugar
Heterocyclic base
Mikrobiální společenstva půdy
Dle K.T.Semple

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Rychlost dekompozice
Snímek 63
Time
Stage 1: initial burst - very fast
low molecular weight compounds
readily degradable
Stage 2: slower rates of decomposition
larger molecules
more refractory
Stage 3: very slow rates of decomposition
large molecules
very difficult to degrade
Organic matter input
Mikrobiální společenstva půdy
Dle K.T.Semple

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 64
Microbial
metabolism
Biomass
Cellulose
Lignin
Proteins
Carbohydrates
Lipids
Plant material
Breakdown products
CO2
CO2
CO2
Polymerisates
Humic substances
Metabolic
by-products
Lignin fragments
and aromatics
Fungal
degradation
Mikrobiální společenstva půdy
Dle K.T.Semple

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Proč není dekompozice jednoduchá, ale pomalá?
Mnoho reziduí má komplexní povahu
Snímek 65
50%
20%
15%
5%
5%
1%
1%
Cellulose
Hemicelluloses
Lignin
Proteins
Amino acids and sugars
Waxes and pigments
Pectin
Relative amounts
Forms of organic carbon
Mikrobiální společenstva půdy
Dle K.T.Semple
50%
20%
15%
15%
Aromatic C
N-associated C
Carbohydrate
Fatty acid and alkane C
Relative amounts
Chemical nature of organic carbon

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Rychlost turnoveru organického uhlíku
•Je ovlivněná:
–
–Kvalitou a kvantitou OM
–
–Přítomností / nepřítomností potenciálních rozkladačů
–
–Biotickými interakcemi
–
–Fyzikálně – chemickými faktory prostředí
Snímek 66
Mikrobiální společenstva půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Rychle degradovatelný substrát – kinetika prvního řádu
•= rychlost rozkladu je přímo úměrná koncentraci substrátu
Snímek 67
D = dS/dt = dP/dt = kS
D = velocity of reaction (decomposition)
dS/dt = rate of disappearance of the substrate with time
dP/dt = rate of appearance of product with time
S = substrate concentration at time t
K = first order rate constant
Time
Time
Slope of line is 1
(1:1 relationship)
Mikrobiální společenstva půdy
Rychlost turnoveru organického uhlíku
Dle K.T.Semple

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 68
1
14
500
1
0.07
0.002
Glucose
Cellulose
Lignin
Turnover time 1/k
(days)
Rate constant k
(day-1)
Form of C
Time
Mikrobiální společenstva půdy
Dle K.T.Semple

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Je závislá na druhu mikroorganismu
Snímek 69
Time (days)
100
0
40
80
120
Hendersonula
(fungus)
Anabaena (cyanobacterium)
Penicillium (fungus)
Arthrobacter (bacterium)
Mikrobiální společenstva půdy
Dle K.T.Semple

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Ovlivněna faktory prostředí
•Temperature – climate
–Warmer = more rapid turnover
–Cooler = slower turnover
•
•Soil factors
–pH
–Eh
–Temperature
–Water potential
–Structure
•
•Type of vegetation
•
•All affect heterotrophic activity in soils è influence rate of C turnover
Snímek 70
Mikrobiální společenstva půdy
•C:N ratio
•
•Low C:N ratios
–High resource quality
–Rapid rates of decomposition
–
•High C:N ratios
–Low resource quality
–Slow rates of decomposition
Dle K.T.Semple

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif logo_mu_cerne.gif Adobe Systems
Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České
republiky
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 72
Otázky, na které lze odpovědět:
•Je testovaná látka (látky) potenciálně nebezpečná pro oživení konkrétního typu půdy (lokality)?
•
•Je další expozice již kontaminované půdy (lokality) únosná pro její biologický potenciál?
•
•Je půda (antropogenní, kontaminovaná, rekultivovaná) schopna „uživit" vegetační kryt určitého
typu?
•
•Je půda (antropogenní, kontaminovaná, rekultivovaná) schopna mineralizovat určitý typ organického
substrátu?
•
•Jaký je optimální přídavek živin pro zajištění funkcí?
•
•Jsou „in situ" přítomné mikroorganismy schopné biodegradace přítomných kontaminantů?
•
•Je mikroflóra v testované půdě (lokalitě) stresována (ve srovnání s kontrolní nebo jinak
srovnávanou lokalitou)?
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 73
135
Mikrobiální ekotoxikologie půdy
Ve srovnání s poznatky o efektech kontaminace na další organismy je známo jen velmi málo

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 74
131
Mikrobiální ekotoxikologie půdy
Množství poznatků se liší
Je známo hodně o kovech a pesticidech a velmi málo o efektech perzistentních organických polutantů
(POPs)

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 75
Antropogenní stresory půdních mikroorganismů
Chemické:
- pesticidy (některé jsou mikroorganismy rozkládány, jiné je však hubí)
- těžké kovy
- PAHs
Fyzikální:
- změna vzdušného, vodního či teplotního režimu, pH, obsahu jílu
Mechanické:
- orba
Způsob využití: roslinná kultura (TTP × OP × LP)
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 76
Proč půdní mikroorganismy v ekotoxikologii?
- sledováním stavu půdních mikroorganismů můžeme nepřímo posuzovat stav celého terestrického
ekosystému
- na stresové faktory můžeme upozornit velmi brzy
- vynikající indikátor biologického potenciálu půd i v přítomnosti stresových faktorů v půdním
prostředí
- dávají odpověď na přítomnost stresujících faktorů v jejich životním prostředí zejména změnou
velikosti společenstva nebo aktivity
- změny v parametrech mohou časně varovat před hrozícím snížením produktivity systému vlivem
jakýchkoli stresujících faktorů
- možnost hodnotit efektivitu zemědělské, lesní rekultivace, zemědělského obhospodařování, hnojení,
dále vlivů geneticky upravených organismů vpravených do půdy, vlivů eroze, odlesňování, zasolování
apod.
- půdní mikrobiální ekotoxikologie může přispět k objektivnímu hodnocení rizik spojených s různými
antropogenními zásahy
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 77
Biologický potenciál půd
• půdní kvalita
• monitoring stavu půd
• retrospektivní hodnocení rizik
Cíl: zjistit, co se děje v mikroorganismy v kontaminovaném prostředí
Ekotoxikologické testy
• polní řízené pokusy
• polní pozorovací studie
• laboratorní testy
Cíl: odhad toxicity látky, určení rizika nových chemikálií, pesticidů
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 78
Studium reálně kontaminované půdy přímo v terénu (polní studie; in situ):
- zachycují skutečnou reakci organismů v přírodních podmínkách
- kontaminaci půd nelze plánovat a tedy spočívají v popisu dané konkrétní situace, která je obtížně
srovnatelná s jinými případy z důvodu rozdílných koncentrací a typů polutantů, doby kontaminace
nebo i půdního typu
- měly by být spíše dlouhodobými výzkumy (minimálně jeden rok) vzhledem k výraznému sezónnímu
charakteru aktivity půdních mikroorganismů
- kontaminace z reálného zdroje zahrnuje zpravidla více druhů polutantů - environmentální směsi
- biologická data doplnit chemickým rozborem a rozborem půdních vlastností
- problém s nalezením odpovídající kontrolní lokality, se kterou by bylo možné srovnávat zjištěné
změny v parametrech mikrobiálního společenstva
- je nutno očekávat značné ovlivnění výsledků parametry prostředí a dále i sezónním chováním
mikrobiologických parametrů (velká časová i prostorová variabilita)
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 79
184
Studium reálně kontaminované půdy přímo v terénu (polní studie; in situ):
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 80
Laboratorní studie s půdou kontaminovanou v laboratoři:
- většinou o krátkodobé kultivace ( 1 - 2 měsíce), často s jednorázově aplikovanou dávkou polutantu
- výhodou je malá časová náročnost a dále značný potenciál při vysvětlování mechanismů účinku
jednotlivých látek nebo jejich kombinací
- menší fluktuace zkoumaných parametrů a možnost řízených změn vnějších faktorů
- problémem je přenos a zpracování půdy v laboratoři (vzorek standardizován přesetím a
předinkubací) = snížení variability parametrů, ale = snížená interpretace výsledků směrem k
reálnému systému
- většinou jemnozem (< 2 mm), ale i sloupce půdy, bez narušení struktury
- spíše o testy akutní toxicity, pokud delší, může být naznačeny schopnosti mikroflóry adaptovat se
- nevýhodou je interpretovatelnost laboratorních výsledků k polním podmínkám spíše omezená.
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 81
Laboratorní studie s půdou kontaminovanou v laboratoři:
Mikrobiální ekotoxikologie půdy
183

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 82
Ideální je syntéza obou přístupů
182 133
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 83
Ideální je syntéza obou přístupů
160
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 84
Výzkumy vedoucí k odhadu druhů, množství a metabolických aktivit biomasy, biodiverzity, stability,
funkceschopnosti atd. v půdě zahrnují:
- metody determinace uspořádání a výskytu mikroorganismů v půdě
- isolace a charakterizace podskupin a druhů
- odhadu množství a typů organismů v půdě
- měření biomasy (kvantita a stabilita)
- detekce a měření metabolických procesů (obecných i specifických)
- měření aktivity mikroorganismů (růst, ATP apod.)
- měření diverzity mikrobiálních společenstev
- sledování interakcí (mykorhiza, rhizosféra)
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 85
85
132
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 86
0015
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 87
0035
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 88
Ochrana ŽP
Biomonitoring kvality ekosystému
¤  laboratorní testy chemikálií (OECD, SETAC, BBA návody)
¤  monitoring stavu půdních mikroorganismů
“Community level”
Ÿ strukturní diverzita
Ÿ funkční diverzita
Ÿ taxonomická diverzita
Ÿ fenotypová diverzita
“Population level”
Ÿ speciální funkce a aktivity (např. nitrifikace, metanogeneze apod.)
“Biomass level” přístup
Ÿ kvantifikace celé biomasy (např. Cbio)
Ÿ aktivity celé biomasy (e.g. respiration)
Půdní mikrobiologie
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 89
Kvantita mikroorganismů
• množství biomasy
• oživení půdy
• stabilita společenstva
• schopnost udržet se
Kvalita mikroorganismů
• aktivity mikroorganismů
• funkceschopnost
• plnění ekologické funkce
• diverzita
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 90
134
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 91
138 141
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 92
149
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 93
150
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•qCO2 v mg CO2 / h / 100 mg Cbio
•v kompostu a zahradním substrátu cca 1
•nárůst cca do 2 – 3 spíše pozitivní
•několik desítek – nevyzdrálý kompost
Snímek 94
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•I další koeficienty, např. Cex / Cbio (%) – poměr dostupného uhlíku ku tomu, který je fixován v
biomase
•dlouhodobý pokles je pozitivní a ukazuje na využitelnost mimobuněčného uhlíku
•
•respirace plus přidán síran amonný (fyziologicky dostupný dusík)
•BR-N / BR je 2 – 1,5 = zlepšení přístupného dusíku
•na orných půdách je 1 a 1,2 – 1,5 dobrý stav
•2 a více znamená nedostatek dostupného dusíku
Snímek 95
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 96
151
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 97
152
Mikrobiální ekotoxikologie půdy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•AMO µg NH4-N / g / hod – bývá tak 4 – 9 bez N přídavku
•38 – 124 s přídavkem peptonu
•
•NIT µg NO3-N / g / den je cca 1,6 – 0,8
•7 – 12 vyšší met. kapacita
•snížení je pozitivní – půda neztrácí dusík
Snímek 98

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 99
Effects and risk assessment of linear alkylbenzene sulfonates (LAS) in agricultural soil.  1.
Short-term effects on soil microbiology.

• autoři sledovali účinek LAS mikroorganismy písčité zemědělské půdy během 11-ti denní laboratorní
inkubace
• 10 mikrobiálních parametrů:
degradace ethylenu
potenciální oxidace amoniaku
potenciální aktivita dehydrogenázy
β-glukosidázová aktivita
redukce železa
populace cellulolytických bakterií, hub a aktinomycét
bazální respirace půdy
obsah PLFA
 jako necitlivé se ukázaly β-glukosidázová aktivita, bazální respirace půdy a obsah PLFA, důvodem
byla pravděpodobně kombinace stimulu a inhibice různých částí mikrobiálního společenstva
0016 0016 [USEMAP]

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 100
100
0017 0017 [USEMAP]

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 101
101
0016 [USEMAP]

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 102
188 [USEMAP]

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif logo_mu_cerne.gif Adobe Systems
Inovace tohoto předmětu je spolufinancována Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České
republiky
Vodní ekosystémy

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů
•Specifika mikroorganismů ve vodním ekosystému
•
–pohyb – mnohem aktivnější protorové přesuny než v půdě
–rostou za velmi nízkých koncentrací živin – jsou schopny jejich „vychytávání“
–tomu se přizpůsobují i např. tvarem – zvýšení aktivního povrchu
–mikroorganismy zastávají také roli producentů – heterotrofní producenti – microbial loop
Snímek 104

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů
Snímek 105
Freshwater
(limnology)
Springs
Lotic
Lakes
Lentic
Marine systems
Rivers
and streams
Estuarine systems

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Čtyři hlavní typy mikrobiálních populací ve vodních ekosystémech
Snímek 106
160
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Zastoupení jednotlivých typů společenstev se liší mezi typy vodních ekosystémů
Snímek 107
O2 + nutrients
Biofilm
Planktonic
>
Rivers and streams
Lakes and
marine systems
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 108
BIOFILM = vrstva organického materiálu a mikroorganismů vzniklá na povrchu objektu
Význam při degradacích, čištění odpadních vod, v laboratorních studiích
162
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů
Snímek 109
Microbial loop u planktonu
Fytoplankton – fotoautotrofové – primární producenti
dissolved organic matter
particulate organic matter
•
Bakterioplankton – heterotrofní bakterie – sekundární „heterotrofní“ producenti
Zooplankton – protozoa

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Microbial Loop
Snímek 110
Bactivorous
zooplankton
Zooplankton
Bacterioplankton
Dissolved organic
matter (DOM)
Phytoplankton
CO2
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 111
166
Bactivorous zooplankton
microbial_loop ukbactp1
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Je také výrazná distribuce vertikální
Snímek 112
163
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů
A
B

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 113
165
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 114
Effect of input of sewage or other organic-rich waste-waters into aquatic systems
In a river, an increase in heterotrophic bacterial numbers and a decrease in O2 levels occur
immediately upon a spike of organic matter.
If  NH4+ is present in the input, for example from sewage,  is oxidized to  by nitrifying bacteria
- note how the rise in NH4+ is followed shortly by the rise in NO3-, as the two-stage process of
nitrification proceeds.
The rise in numbers of algae and cyanobacteria is primarily a response to inorganic nutrients,
especially PO43- .
Oxygen levels return to their pre-input levels once most of the oxidizable organic and inorganic
compounds are depleted.
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů
[USEMAP]

Figure: 19-10a
Caption:
Effect of input of sewage or other organic-rich waste-waters into aquatic systems. (a) In a river,
an increase in heterotrophic bacterial numbers and a decrease in O[2] levels occur immediately upon
a spike of organic matter. If  is present in the input, for example, from sewage,  is oxidized to
by nitrifying bacteria (Sections 12.3, 17.12, and 19.12). Note how the rise in NH[4]^+ is followed
shortly by the rise in NO[3]^-, as the two-stage process of nitrification proceeds. The rise in
numbers of algae and cyanobacteria is primarily a response to inorganic nutrients, especially
PO[4]^3- Oxygen levels return to their pre-input levels once most of the oxidizable organic and
inorganic compounds are depleted.

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 115
[USEMAP]
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
•Chlorophyll a levels and algal cell counts
•Samples (50–250 ml, triplicates) for chlorophyll a (chl-a) assay were filtered on glass fiber
filters (2 mm) and frozen at −80 °C until analysis. Chl-a was extracted for 24 h with 90% acetone
and measured by spectrophotometry. For qualitative and quantitative analysis of phytoplankton,
samples were fixed with Lugol's iodine solution (2%, final concentration) and cells were enumerated
with an inverted microscope using sedimentation chambers. Algal cells were identified to genus
level.
•
•Production, abundance and physiological activity of heterotrophic bacteria
•Production of heterotrophic bacteria was immediately estimated using tritiated thymidine
incorporation. Bacterial density was determined using epifluorescence microscopy. Samples (2 ml)
were fixed with formaldehyde (2%, final concentration) and analyzed by DAPI staining.
•Bacterial physiological activity was assessed using 5-cyano-2,3-ditolyl tetrazolium chloride
(CTC).
•
•Fluorescent in situ hybridization (FISH) with group-specific rRNA oligonucleotides
•The relative abundance of four major phylogenetic groups was analyzed by FISH with oligonucleotide
probes. Specific probes were used to detect bacteria of the α- (ALF1b), β- (BET42a), and γ-
(GAM42a) subdivisions of Proteobacteria and of the Cytophaga-Flavobacterium cluster (CF319a).
•
•PCR amplification and temporal temperature gradient gel electrophoresis (TTGE)
•Samples (80 ml) were centrifuged (15,000 × g, 4 °C) for 45 min. The resulting pellet was
resuspended in 545 μl TE buffer (pH 8) and conserved at −20 °C until the extraction. Genomic DNA
was extracted.
•The V6–V8 regions of 16S rRNA gene were amplified by PCR using primers GC-968f and 1401r.
Electrophoresis was performed. Gel was stained using a Gel Star nucleic acid gel stain bath (BMA)
and digitized using a Versa Doc™ Imaging System (Bio-RAD). Electrophoresis for TGGE was run for 17
h at 68 V at a temperature increasing from 66 to 69.7 °C at a ramp rate of 0.2 °C h−1.
Snímek 116
[USEMAP]
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů

1212569_21823227.jpg logo_mu_cerne.gif
Snímek 117
Image [USEMAP]
Mikrobiální společenstva vodních ekosystémů
Image Image Image