Prof. dr Slaviša Stanković

Katedra za mikrobiologiju

Voda kao životna sredina i ekološki faktor

-neophodna za živi svet;

-¾ površine Zemlje je voda

a od toga 99,5% su okeani,

mora i glečeri dok 0,5%

čine kopnene vode;

-slatka voda čini 2,4%

od ukupne zapremine

vode na Planeti;

-voda se odlikuje nizom fizičkih i hemijskih svojstava

Fizičke osobine vode:-hidrostatički pritisak; - pokreti vode;-gustina vode; - providnost;-viskoznost; - boja;-temperatura

Hemijske osobine vode:-rastvorene materije i njihov promet;-rastvoreni gasovi;

- voda se prema poreklu deli na:

1. površinsku (okeani,mora,reke,potoci, jezera,močvare, bare...)

2. podzemnu (reke ponornice, izvori...)

3. atmosfersku (kiša, sneg, rosa, ...)

- prema kretanju vode se dele na :

1. stajaće

2. tekuće

- prema sastavu i fizičko-hem. svojstvima:

termalne, slatke, slane, mineralne i tresavske

- ogroman značaj za obnavljanje vodnih resursa ima hidrološki ciklus

(kruženje vode u prirodi)

• autohtona ili autentična zajednica mikrorganizama(pokretni mikroorganizmi sposobni da rastu pri niskimkoncetracijama nutrijenata)

• alohtone vrste koje u vodu dospevaju iz vazduha,zemljišta, otpadnih voda, organskih otpadaka, izumrlihbiljaka i životinja i slično

• prisutni na svim trofičkim nivoima i aktivno uključeni u procese

transformacije materije i energije

• interakcija između MO i organske materije predstavlja osnovu za

funkcionisanje ekosistema u celini

• količinu i stanje organske materije definiše fotosintetička produkcija

s jedne strane i metabolička transformacija i dekompozicija s druge

strane, uz ključnu ulogu MO

OBLASTI PRIMARNE PRODUKCIJE

Litoral: karakteriše se visokom količinomalohtonog materijala (biljni ostaci koje sadržeznatne količine polimera kao što su lignin iceluloza ili efluenata antropogenog porekla) iautohtona produkcija makrofita i fitoplanktona

Pelagijal: autohtona produkcija je rezultatfotosinteze Cyanobacteria, algi, zelenih ipurpurnih bakterija i hemosinteze

Vertikalna distribucija mikroorganizama u jezeru

Bakterije: Spirillum, Achromobacter, Flavobacterium, Brevibacterium,Micrococcus, Bacillus, Pseudomonas, Nocardia, Vibrio, Streptomyces,Micromonospora, Cytophaga, Caulobacter, Hyphomicrobium;

Autotrofne bakterije: fotosintetičke (Cyanobacteria), purpurne i zeleneanaerobne fotosintetičke;

Hemolitotrofi: Nitrosomonas, Nitrobacter, Thiobacillus.

NEUSTONzajednica organizama koje naseljavaju površinu vode u dodiru saatmosferom

Vertikalni vodeni stub

Epilimnion – topli sloj, dobro osvetljena trofogena

zona u kojoj se odvijaju procesi primarne produkcije

Metalimnion – neujednačena temperatura

Hipolimnion – niska temperatura vode, trofolitički

sloj koji se odlikuje odsustvom svetlosti i u kome

dominiraju procesi razgradnje organske materije

BENTOS

(sastav uslovljen količinom i prirodom nutrijenata)

Na površini sedimenata gde je reletivno visok sadržaj kiseonika

odvijaju se intezivni procesi mikrobiološke oksidacije metana,

vodonika, vodonik-sulfida i amonijaka uz učešće

odgovarajućih bakterija: Hyphomicrobium, Methylococcus,

gvožđevite bakterije, nitrifikacione bakterije, Pseudomonas

Sa povećanjem dubine u sedimenatu oksidaciona zona

postepeno biva zamenjena redukcionom, anaerobnom u kojoj

su nosioci redukcije bakterije iz rodova Methanobacterium,

Methanococcus, Clostridium, Desulfovibrio i druge.

Alohtone vrste

Bacillus, Pseudomonas, Proteus, Cytophaga,

Micrococcus i druge bakterije koje erozijom ili

padavinama dospevaju u vodu

PERIFITON – mikroorganizmi koje naseljavaju

površinu vodenih biljaka ili potopljenih predmeta:

Zooglealne i filamentozne bakterije

Sesline Protozoa,

Rotatoria

Alge

• Eutrofizacija – rezultat intezivne urbanizacije,

industralizacije i razvoja poljoprivrede

• Samoprečišćavanje ili autopurifikacija je proces tokom

koga se pod uticajem fizičkih (razblaživanje, taloženje),

hemijskih (oksidacija, redukcija, hidroliza) i bioloških

procesa kvalitet vode nakon nekog vremena od uliva

efluenata poboljšava.

• Autopurifikacija voda zagađenih biološki degradibilnim

materijama odvija se aktivnošću mikroorganizama a sam

proces se odlikuje nizom sukcesija različitih grupa

mikroorganizama

Prikaz sukcesija pojedinih grupa mikroorganizama

Autopurifikacija

Svaka sukcesija se odlikuje prisustvom određenog

oblika azota, količine rastvorenog kiseonika,

slobodnog CO2, brojem bakterija u 1ml vode, odnosno

brojem individua prema broju prisutnih vrsta

Za potpuno procenjivanje procesa, pored zajednica

MO, potrebno je sagledati i sastav i dinamiku

biocenoze u celini, posebno onih vrsta ili grupa

organizama koji imaju karakter bioindikatora

Proces otpočinje povećanjem sadržaja organske

materije i povećanjem brojnosti heterotrofnih

bakterija.

Broj vrsta se smanjuje tako da su zastupljene vrste sa

odgovarajućom fiziološkom aktivnošću u odnosu na

prirodu efluenata

Dolazi do naglog pada O2, koji je uzrok nestanka

čitave grupe organizama (alge, protozoe

Količina kiseonika i koncetracija produkata

mineralizacije odrđuje tok sukcesija

Na mestima gde se akumuliraju aminokiseline (produkti

razgradnje proteina) često se nalaze Spherotilus natans i

neke vrste gljiva. Oni hidrolizuju amninokiseline do NH4

i H2S. Dalja transformacija, ovako nastalih prelaznih

produkata mineralizacije, obavlja se aktivnošću

nitrifikatora, fosfo-mineralizatora i praćena je

akumulacijom mineralnih asimilativa (fosfata i nitrata)

Postepeno se smanjuje brojnost heterotrofnih bakterija a

pojavom CO2, kao jednog od krajnjih produkata

mineralizacije, povećava populacija fotosintetičkih

organizama (Cyanobacteria, algi, biljaka)

Sa uspostavljanjem aerobnih uslova u ekosistemu se

obnavlja populacija Cladophora

Uz prisustvo bakterija kao izvora hrane i dalje

povećanje količine kiseonika povećava se i brojnost i

raznovrsnost Protozoa

Zagađenje vodenog basena toksičnim ili materijama

sa inhibitornim delovanjem ili bilo kakvo narušavanje

celovitosti procesa doprinosi usporavanju ili

potpunom zaustavljanju autopurifikacije

Količina O2 se menja u zavisnosti od temperature i

dubine vode.

Temperatura varira od 0˚C u polarnom do 36˚C u

ekvatorijalnom regionu. Dnevna i sezonska kolebanja

temperature su evidentna u površinskim slojevima, dok

su na većoj dubini neznatna ili nikakva

Svetlost je fundamentalna za procese primarne produkcije

i direktno utiče na rasprostranjenje MO

U odnosu na geografske, fizičko-hemijske i druge

faktore sredine u morima i okeanima je izraženo

vertikalno i horizontalno zoniranje i osnovi se

izdvajaju dva staništa

Pelagijal – slobodna vodena masa, mala koli~ina

organske materije, naseljavaju zajednice PLANKTON

i NEKTON

Bental – obuhvata sediment, bentos je razli~it u

obalskom delu (LITORAL), dubinskoj zoni

(BATIJAL) i najdubljoj zoni (ABISAL)

Autohtoni morski MO su halofili prilagođenivrednostima saliniteta 20-40 ‰ sa optimumomkoncetracije 33-35 ‰

Aktivni transport kod ovih MO uslovljen jeprisustvom jona Na i Cl što isključuje njihov opstanaku odsustvu NaCl

Većina morskih MO su oligotrofi

Heterotrofi se najčešće adsorbuju na česticamadetritusa gde ima dovoljno hrane

Relativno velika zastupljenost proteolitičkih isaharolitičkih bakterija

Najveći broj su psihrofili

Dominantne vrste su iz rodova: Pseudomonas, Vibrio,

Flavobacterium i Achromobacter

Često prisutne vrste su iz rodova: Spirillum,

Hyphobacterium, Cytophaga, Microcyclus i

Actinomyces

Nosioci primarne produkcije u pelagijalu su

predstavnici većine klasa algi

Unutar marinskog planktona su i neki kvasci i

Protozoe

Intezivni procesi transformacije materije odvijaju se u

morskom sedimentu uz aktivno učešće MO

U površinskim slojevima sedimenta odvijaju se

procesi aerobne degradacije proteina (aktivnošću

Bacillus i drugih proteolitičkih), nitrifikacije

(Nitrosococcus, Nitrosomonas, Nitrococcus i

Nitrobacter), aerobne degradacije celuloze

U slojevima ispod površine sedimenta autohtona je

anaerobna zajednica u kojoj se po svom značaju ističu

Desulfovibrio (redukuje sulfate do H2S), Clostridium,

Methanococcus, Gallionella.

Nutririjenti i trofičnost Nutritijenti su skup organskih i neorganskih materija, faktora rasta mikroorganizama, koji

su rastvoreni/suspendovani u slobodnoj vodi

makro – (C, H, O, P, K, N, S, Mg, Ca, Fe)

mikroelemente (Cu, Mn, Zn, Mo, Na, Co, V, Si, Cl, B)

Regeneracijski ciklus nutritijenata

Fosfor i azot su najčešći ograničavajući faktori

Eutrofizacija je proces obogaćivanja mora hranjivim supstancama, u prvom redu azotnim jedinjenjima i fosfatima, što dovodi do porasta primarne produkcije i vidljivog cvetanja algi

Voda bogata nutritijentima se naziva eutrofna

Voda siromašna nutritijentima se naziva oligotrofna

Nutririjenti i trofičnost Prirodna i veštačka eutrofizacija

Posledice: Povećanje produkcije, povećava gustina populacije r – vrsta, po pravilu malih ćelijskih dimenzija i cvetanje mora

Odrediti: godišnju maksimalnu vrednost, srednju vrednost i raspon najčešćih vrednosti, parametra – pokazatelja eutrofizacije. Najčešće se prate koncentracije ortofosfata, azotnih jedinjenja i hlorofila a.

Povećana koncentracija nutritijenata u Jadranskom moru se, prema iskustvu, označava onda kada su vrednosti veće od 2 μmol/l NO3, 0,1 μmol/l PO4, 1 μmol/l NH4 i 5 μmol/l SiO4

Preovladavaju:

Diatomeje (Pseudo-nitzchia spp., Leptocylindrus danicus, Skeletonema costatum)

Dinoflagelate (Prorocentrum minimus, Gymnodium spp.)

Dve vrste cvetanja vode „crvene plime“ i „fenomen sluzi“

„Crvene plime“

Fenomeni prenamnožavanja dinoflagelata

Ime su dobile zbog crvenog pigmenta

Pojavljuju se u toplijem delu godine u oblastima sa

povišenom koncentracijom nutritijenata, a pogoduje im

mirno vreme bez talasa, vetra i kiše

Obično zauzimaju malu površinu

„Crvene plime“ U Jadranu najčešće cvetaju sledeće vrste

Glenodinium lenticula, P. scutelum, Scripsiella trochoidea,

Gymnodinium foliaceum, G. corii, Linguilodinium poliedra

i Heterocapsa rotundata

Noctulica miliaris Prorocentrum micans

Heterocapsa sp.

Gymnodinium sp.

Scripsiella sp. Glenodinium sp.

„Crvene plime“ Pored biocenoloških poremećaja problem

prave

otrovne materije koje proizvode neke

vrste

Velika je raznovrsnost tih otrova

Neki izazivaju samo pomor riba i

beskičmenjaka

neki se talože u marinskim organizmima

kroz

trofičke lance i na kraju dolaze do čoveka

Gambiotoksini

Tetradotoksin

„Crvene plime“

Prorocentrum minimum (Dinoflagelata) je vrsta koja se redovno javlja u estuarima Jadrana, produkuje neurotoksine koji pri jačoj dozi deluju letalno na miša kroz par minuta

„Crvene plime“

Dinophysis mitra produkuje okadaičku kiselinu, otrov koji izaziva teška gastrointestinalna trovanja kod ljudi

„Crvene plime“

Toksine produkuju i sledeće vrste roda Dinophysis zabeležene u Jadranu:

D. acuminata

D. acuta

D. fortii

D. acuminata

D. caudata

„Fenomen sluzi“ Fenomen pojave makroagregata sluzi u različitim slojevima vode

Prirodan fenomen, beležen još u srednjem veku

Velika količina fitoplanktona stvara ekstracelularne polimere – polisaharide koji se nakupljaju kao koloidne čestice u sve veće čestice, hidratisane čine gel

Brown – ijevo savijanje

Daljom agregacijom nastaju

1) Hidrofobni površinski aktivni agregati

2) Prozirne egzopolimerne čestice (TEP)

3) Proteinske želatinozne čestice

Konačni rezultat agregacije jeste stvaranje velikih nakupina polimernog gela –makroagregata

„Fenomen sluzi“ Suvi ostatak makroagregata sadrži 12-34% lako razgradivih ugljenih hidrata, oko 2% proteina

i oko 1% lipida

funkcionalne interakcije između populacija mikroorganizama u okviru mikrobnog kruga međusobno snabdevaju sve jednostavnijim metabolitima i tako sukcesivno doprinose razgradnji organske materije

mikrozona – mikrobiotop oko ćelije fitoplanktona

Bakterije, heterotrofni nanoflagelati i cilijti kao i miksotrofni nanoflagelati i cijanobakterije

Detritosfera – mikrobiotop na suspendovanim česticama detritusa

Bakterije i bakterivorne nanoflagelate, cilijate, podgotovo predstavnici grupe Choanoflagellata i vrste ameboidnog oblika

„Fenomen sluzi“ Javljaju se nakon prenamnožaavanja, kada se istroše nutritijenti

Strategij algi da ispuštaju polimere na koje se naakupljaju bakterije

Kada bakterije prestanu da proizvode nutritijente, alge ih odbacuju

Neke luče sluz kao zaaštitu prilikom razmnožavanja

Razgradnje organskih jedinjenja dolazi do nagomilavanja gasova u makroagregatu, on se penje u više slojeve

„morski sneg“ i „tepih”

Hipoksija i anoksija u bentosu

Posledice po turizam

„Fenomen sluzi“

„Fenomen sluzi“

Mikroorganizmi u atmosferskim vodama

Atmosferske vode obuhvataju padavine (sneg, kišu,grad), koje nakon kondezacije vodene pare dospevaju napovršinu zemlje i obično ne sadrže ili sadrže mali brojmikroorganizama

Zbog toga što takve vode prolaze kroz različite slojeveatmosfere, sadržaj MO je u njima najveći u početkupadavina kada one “spiraju” MO iz vazduha (nekoliko uml)

Vrste MO u atmosferskoj vodi odražavaju sadržaj onih izatmosfere: bakteriej (Bacillus, Micrococcus,Actimomycetae), spore gljiva (Aspergillus, Penicillium)neke alge i ciste nekih Protozoa

Klasifikacija voda

Poznavanje sastava i dinamike zajednicemikroorganizama pouzdan je pokazatelj zautvrđivanje i prognozu stanja vodenog ekosistema

Na osnovu utvrđenog stanja zajednicemikroorganizama i njihovih interakcija sa ostalimčiniocima u ekosistemu moguće je preduzimanjeadekvatnih mera zaštite ili poboljšanje kvalitetaispitivanog vodotoka

Broj, biomasa i metabolička aktivnost su danasnajčešće korišćeni kriterijumi za kvantifikacijuzajednice mikroorganizama, pa samim tim i parametriza kategorizaciju voda

Klasifikacija voda na osnovu mikrobioloških

pokazatelja

Mikrobiološka istraživanja na osnovu koji se najčešćevrši kategorizacija voda obuhvataju:

Kvalitativni i kvantitativni sastav bakterioplanktona

Istraživanje heterotrofnih bakterija u vodamarazličitog tipa

Istraživanje svih metaboličkih tipova autohtonih ialohtonih bakterija

Bakterije kao indikatori zagađenja voda

Patogenih mikroorganizama

Broj, biomasa i metabolička aktivnost su danas

najčešće korišćeni kriterijumi za kvantifikaciju

zajednice MO, pa samim tim i parametri za

kategorizaciju voda

Određivanje ukupnog broja bakterija u zapremini

vode, direktnim brojanjem na bakteriološkim filtrima

pod mikroskopom jedan je od osnova za klasifikaciju

voda

Klasifikacija voda

Određivanje ukupnog broja bakterija u zapremini vode,direktnim brojanjem na bakteriološkim filtrima podmikroskopom, jedan je od osnova klasifikacije voda

Kvalitet vode na osnovu ukupne brojnosti bakterioplanktona

--------------------------------------------------------------------

Ukupan broj bakterija Karakteristika vode

106/cm3

--------------------------------------------------------------------

- maksimalno čista

3.5 čista

6.0 slabo zagađena

10 umereno zagađena

≤20 veoma zagađena

≥20 prljava

Klasifikacija voda

Broj heterotorofnih bakterija je indikator prisustva lakorazgradljivih organskih materija, pa samim tim i kvaliteta vode

-------------------------------------------------------------------------------Broj heterotrofa u cm3 Klasa vode

-----------------------------------------------------------------------------------------------

>500 I

500-1000 I-II

1000-10000 II

10000-50000 II-III

50000-100000 III

100000-750000 III-IV

<750000 IV

Klasifikacija vode

Kvalitet vode može se odrediti i iz odnosa ukupnog brojabakterija i broja heterotrofa – Indeks T/H. Vrednostkoeficijenta zavisi od stepena zagađenosti: indeks sesmanjuje jer se broj heterotrofa povećava

------------------------------------------------------------------------

T/H karakteristika vode

------------------------------------------------------------------------

>1000 čista

1000-100 umereno zagađena

100-10 zagađena

10 izrazito zagađena

Klasifikacija voda

Imajući u vidu osetljivost mikroorganizama prema

promenama stepena trofičnosti utvrđeno je da

mikroorganizmi na promene brže reaguju promenom

nivoa enzimatske aktivnosti nego brojnosti

Jedan od savremenih sistema za kategorizaciju

površinskih voda bazira se na određivanju indeksa

fosfatazne aktivnosti vode, koji istovremeno odražava

nivo organskog opterećenja i u korelaciji je sa klasičnim

indikatorima stanja vode

Klasifikacija vode

Sa higijenskog aspekta poseban značaj ima prisustvopatogenih mikroorganizama u prirodnim vodama idanas se kao jedan od kriterijuma za određivanjekvaliteta voda, koristi broj koliformnih bakterija

----------------------------------------------------------------------------------------------

Escherichia coli (br/cm3) fekalno zagađenje

----------------------------------------------------------------------------------------------

1-10 vrlo slabo zagađena

10-102 slabo zagađena

102-103 umereno zagađena

103-5x103 zagađena

5x103-104 jako zagađena

104-105 vrlo zagađena

<105 maksimalno zagađena