Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Влияние факторов внешней среды на прокариотические клетки

2. Влияние температуры

3. Отношение к молекулярному кислороду

4. Отношение к кислотности среды

5. Активность воды и осмотическое давление

6. Гидростатическое давление

Список использованной литературы

1. Влияние факторов внешней среды на прокариотические клетки

Жизнедеятельность микроорганизмов находится в неразрывной взаимосвязи с окружающей средой.

Физико-химические свойства окружающей среды могут подавлять развитие микробов, вызывать их гибель или способствовать развитию, а в некоторых случаях вызывать изменение свойств самих микробов. Микроорганизмы в свою очередь способны вызывать изменение в среде обитания, выделяя в нее продукты своей жизнедеятельности, поглощая различные вещества, необходимые им, меняя тем самым ,ее свойства.

Рис.1.Клетка бактерий.

Воздействием среды обитания на микробов широко пользуются в практике хранения и консервирования пищевых продуктов, большинство которых по химическому составу представляет собой благоприятную питательную среду для различных микроорганизмов. Однако если окружающие условия -- температура, относительная влажность воздуха, освещенность и др.--неблагоприятны, то развития микробов не происходит, и товары длительное время сохраняются без изменения качества. Изучая этот раздел, следует уяснить природу воздействия на микроорганизмы различных факторов внешней среды, возможности регулирования поведения микроорганизмов с помощью того или иного воздействия.

2. Влияние температуры

Это один из важнейших факторов внешней среды. Все микроорганизмы могут развиваться только в определенных пределах температуры. При изучении влияния температуры на рост прокариотных организмов выделяют температурный диапазон, ограниченный минимальной и максимальной температурами, при которых рост прекращается, а также область оптимальных температур с максимальной скоростью роста. Наиболее благоприятная для микроорганизмов температура называется оптимальной. Она находится между крайними температурными уровнями - температурным минимумом (низшей температурой) и температурным максимумом (высшей температурой), при которых еще возможно развитие микроорганизмов. Так , для большинства сапрофитов температурный оптимум составляет около 30°С, температурный минимум 10°С, максимум 55°С. Следовательно, при охлаждении среды до температуры ниже 10°С или при нагревании ее свыше 55°С развитие сапрофитных микроорганизмов прекращается. Этим объясняется, что сапрофиты вызывают быструю порчу пищевых продуктов в теплое время года или в теплом помещении. Для других микроорганизмов температурный оптимум может быть значительно ниже или выше. В зависимости от того, в каких пределах находится оптимальная для микробов температура, все они подразделяются на три группы: психрофилы, термофилы и мезофилы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

При изучении влияния температуры на рост прокариотных организмов выделяют температурный диапазон, ограниченный минимальной и максимальной температурами, при которых рост прекращается, а также область оптимальных температур с максимальной скоростью роста. Треугольник зависимости скорости роста от температуры неравнобедренный ; скорость снижается медленно при понижении температуры, а при повышении вскоре после достижения наивысшей скорости роста резко срывается, и наступает гибель клеток при температуре, обозначаемой как максимальная. Диапазон между максимальной и минимальной температурами обычно составляет 20-30 °С . Оптимум зависимости от температуры располагается ближе к максимуму.

Классификация организмов в зависимости от температуры включает следующие категории:

Психрофилы - стенотермные холодолюбивые микроорганизмы,имеющие температурный оптимум в области низких температур -близких к 4 °С,а порой и ниже 0°С.Психрофилы занимают 7% земной поверхности подразделяются на облигатные и психроактивные организмы.

Рис.3.Психрофилы из СармыРис.4. Лабораторная диагностикабактерий родаPseudomonas

К психрофилам относятся некоторые гнилостные бактерии и плесени, вызывающие порчу продуктов, хранящихся в холодильниках и ледниках.Психрофильные микроорганизмы живут в почве полярных районов и водах холодных морей.

Психроактивные организмы -прокариоты,способные развиваться при 0 єС и даже минусовых температурах,но в отличие от облигатных психрофилов ,имеющие температурный оптимум в пределах 25-30 єС при максимальной температуре роста 35 єС. К этой группе относятся некоторые виды бактерий родов Pseudomonas, Arthrobacter и др.

Облигатные психрофилы -микроорганизмы,растущие и размножающиеся в диапазоне температур от -12 до+20 с оптимум ниже +15.Медленно размножаются при низких температурах Например,время генерации Psychrobacter ingrahamii, живущего в переохлажденных солевых растворах в линзах при -12,составляет 12 дней.

Рис.5.Psychrobacter ingrahamii

Облигатные психрофилы обитают в экосистемах с постоянно низкой температурой,где ее колебания незначительны (льды,почвы вечной мерзлоты,морены и т.д)

Термофилы обширная и разнообразная группа членов домена Archaea и домена Bacteria, приспособительных к обитанию в условиях постоянно высоких температур.Термофилы имеют оптимальные температуры роста выше 50,а в некоторых случаях и выше точки кипения воды. Населяют морские и наземные горячие источники,термальные площадки вулканического происхождения,осадки сточных вод а метантенках, саморазогревающиеся органические субстраты -влажное зерно,навоз,торф и т.д.

Рис.6. Термофилы представлены полиморфной группой

В зависимости от кардинальных температур термофилы подразделяют на :факультативные термофилы,облигатные термофилы, экстремальные термофилы и гипертермофилы.

Факультативные термофилы имеют температурный максимум 50-65єС и минимум менее 20єС, оптимум приходится на область температур, близких к верхней границе роста. Особенностью этой группы прокариот является способность к росту и размножению в интервале от 20 до 40 єС, Примером факультативных термофилов являются гомоферментативные молочнокислые бактерии рода Lactobacillus.

Облигатные термофилы - представители домена Bacteria и домена Archaea с максимальной температурой роста около 70 єС ,температурным оптимумом 60-70 єС и нижней температурой роста около 42 єС.

Экстремальные термофилы - представители домена Bacteria и домена Archaea,развивающиеся в диапазоне температур от 60 до 90 єС с оптимумом выше 70 єС. К экстремальным термофилам относятся организмы из группы архебактерии, не имеющие аналогов среди мезофилов, например представители родов Thermoproteus, Pyrococcus, Pyrodictium и др. Эти микроорганизмы распространены в горячих источниках, особенно в районах активной вулканической деятельности. Thermus aquaticus -- грамотрицательная палочковидная экстремально термофильная бактерия рода Thermus. Обитает в горячих источниках Йеллоустонского национального парка и других подобных регионах, гейзерах при температурах выше 55 °C.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Наконец, гипертермофилы - представители домена Archaea с оптимальной температурой роста в интервале от 80 до 106°С,например,Pirobaculum occultum -105°С,Hyperthermus butylicus -106°С, и границах роста от 70 до 113°С.Самым высокотемпературным организмов, известным в настоящему времени, является архея Candidatus «Geogemma barosii» с верхней температурной границей роста 121°С.

Рис.8.Железовостанавливающий экстремально-термофильный кренархеон.

Разделение на указанные физиологические группы по отношению к температуре до известной степени условно, потому что температура представляет непрерывный фактор и между областями психрофилов, мезофилов, термофилов нет "ничьей земли". Вместе с тем эти физиологические группы достаточно четкие, возможно потому, что промежуточные температуры исследованы не так подробно.

Мезофилы - прокариоты, растущие при умеренной температуре.Лучше всего развиваются при температуре около 30°С (оптимум). Температурный минимум для этих микроорганизмов составляет 10-15°С, а максимум доходит до 50°.Мезофилы представляют наиболее распространенную группу микроорганизмов. К этой группе относится большинство бактерий, плесневых грибов и дрожжей. Возбудители многих заболеваний также являются мезофилами.

Повышение температуры от точки оптимума оказывает резкое влияние на микроорганизмы. Нагревание свыше температурного максимума приводит к быстрой гибели микробов. Большинство микроорганизмов погибает при температуре 60-70°С через 15-30 минут, а при нагревании до 80-100°С - в течение от нескольких секунд до 3 минут.Споры бактерий выдерживают нагревание до 100° в течение нескольких часов. Для уничтожения спор прибегают к нагреванию до 120° в течение 20-30 минут.Причиной гибели микроорганизмов при нагревании является, главным образом, свертывание белковых веществ клетки и разрушение ферментов.Губительное действие высоких температур используется при консервировании продуктов путем пастеризации и стерилизации.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 9. Отношение к температуре разных групп микроорганизмов

I - психрофилы; II - мезофилы; III - термофилы; IV - экстремальные термофилы; V - гипертермофилы; м - скорость роста

Различают стенотермные и эвритермные организмы. Стенотермные организмы-микроорганизмы ,способные развиваться лишь в определенных пределах температуры. Эвритермные организмы- микроорганизмы, для которых температурный диапазон развития составляет десятки градусов.

Возрастание скорости роста от температуры обозначается как Q₁₀ - возрастание скорости реакции в 2-4 раза при увеличении температуры на 10 °С . Определяющими для скорости роста могут служить разные реакции, среди которых можно выделить лимитирующие. Для ферментов и ферментных систем максимальные скорости наблюдаются обычно несколько выше оптимума роста. При максимальной температуре происходит денатурация белков, минимум приписывается сгущению мембранных липидов и зависит от содержания в них ненасыщенных кислот. Очевидно, что действию температуры подвергаются все системы клетки и решающей оказывается наиболее чувствительная.

микроорганизм прокариотический молекулярный гидростатический

3. Отношение к молекулярному кислороду

Выращивание строго анаэробных бактерий обычно требует специальных методов инкубации и обработки камеры, которые исключают кислород. На рис9.показаны специальные системы для выращивания анаэробов.

Рис.10.Культивирование анаэробов.

4. Отношение к кислотности среды

Кислотность - показатель рН - отрицательный логарифм концентрация водородных ионов, который может колебаться от 0 до 14.

Жизнедеятельность микроорганизмов может осуществляться лишь в определенных физико-химических условиях, при определенной щелочности или кислотности среды. Каждой физиологической группе и даже отдельным видам микроорганизмов свойственны определенные границы рН, выше и ниже которых происходит подавление обмена веществ и гибель микроорганизмов.

Концентрация ионов водорода в окружающей среде действует на организм прямо (непосредственное воздействие Н+) или косвенно (через влияние на ионное состояние и доступность многих неорганических ионов и метаболитов, стабильность макромолекул, равновесие электрических зарядов на поверхности клетки). При низких значениях рН растворимость углекислоты, являющейся основным или даже единственным источником углерода для автотрофных прокариот, понижается, а растворимость некоторых ионов (Cu²⁺, Mo²⁺, Mg²⁺, Al³⁺) возрастает и достигает уровней, токсичных для многих прокариот. Наоборот, при высоких значениях рН растворимость многих катионов (Fe²⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺), необходимых клетке, резко понижается, они выпадают в осадок и, таким образом, становятся недоступными для организмов. Значение рН влияет на состояние веществ в окружающей среде. Органические кислоты в кислой среде находятся в недиссоциированной форме, в которой легко проникают в клетку, становясь токсичными для нее. Концентрация Н+ внешней среды влияет и на равновесие электрических зарядов на поверхности клетки: при низких значениях рН увеличивается суммарный положительный заряд, при высоких-суммарный отрицательный заряд.

В Мировом океане и на большей части суши концентрация водородных ионов поддерживается в довольно узком диапазоне, оптимальном для роста большинства прокариот, предпочитающих нейтральные или слабощелочные условия.

Довольно часто встречаются умеренно кислые природные среды, имеющие рН около 3-4. Это многие озера, кислые болота, некоторые истощенные почвы.

Среды с более низким рН чрезвычайно редки; рН 3 и ниже имеют обычно терриконы угольных шахт, дренажные воды, рудничные стоки.

К наиболее кислым из природных сред, вероятно, относятся горячие кислые источники и окружающие их горячие кислые почвы, рН которых может достигать 1.

По отношению к кислотности среды выделяют:

1. НЕЙТРОФИЛЬНЫЕ БАКТЕРИИ

2. АЦИДОФИЛЬНЫЕ БАКТЕРИИ

а) ацидотолерантные

б) облигатные

3. АЛКАЛОФИЛЬНЫЕ БАКТЕРИИ

а) алкалотолерантные

б) облигатные

Нейтрофилы прокариоты- представители домена Bacteria и домена Archaea,лучше всего развивающиеся в среде при значении рH, близком к нейтральному(pH-7,0).Большинство природных мест обитания таких прокариот - пресноводные экосистемы,многие почвы,организм животных растения и т.д.

Ацидофилы - прокариоты, нормально развивающиеся в кислых средах и имеющие оптимум pHроста в области ?0-5,5.Среди них выделяют :умеренные ацидофилы,обитают при pH около 3,0-4,0 в воде кислых озер,болотах,торфяниках ,истощенных почвах и т.д.экстремальные ацидофилы- как аэробные, так и анаэробные хемолитотрофы и хемоорганотрофы из домена Bacteria и домена Archaea с оптимумом роста при pH в пределах от 0 до 3,0. Заселяют горячие кислые источники, горные отвалы и шахтные воды, промышленные стоки антропогенного происхождения и другие экониши.

Ацидотолерантные и алкалитолерантые формы прокариот- бактерии и археи,проявляющие кислотно- щелочеустойчивость в диапозоне pH от 4,0 до 9,0.

Алкалифы-прокариоты(домен Bacteria и домен Archaea),для которых оптимальной является среда обитания с диапазоном pH от 8,5 до 12.Эконишами алкалифилов являются :почвы,насыщенные щелочными минералами,содовые озера,равнинные и высокогорные солончаки,щелочные гидротермы и т.д.

Наиболее кислотолюбивыми (ацидофильными) эубактерями являются автотрофные тионовые бактерии Thiobacillus thiooxydans, развитие которых возможно при рН 0,6 (оптимум роста 2,5-3,5). Наиболее благоприятна для большинства бактерий среда с рН 7,0-7,3 (нейтрофилы), для дрожжей и плесневых грибов с рН 5-6.

Диапазон концентрации поваренной соли, задерживающей развитие различных микроорганизмов, весьма велик. Повышение концентрации соли выше указанных пределов резко тормозит обмен веществ, приводит к обезвоживанию протоплазмы, которая съеживается, наблюдается явление плазмолиза. Губительное действие высоких концентраций соли и сахара широко используется для консервирования пищевых продуктов.

5. Активность воды и осмотическое давление

Жизнедеятельность микроорганизмов возможна только при наличии в среде свободной влаги, связанная вода недоступна для микроорганизмов. Сама клетка на 70-80% состоит из воды, поэтому обезвоживание, высушивание субстрата и клеток микроорганизмов оказывает на них губительное действие.

Для развития микроорганизмов важна не абсолютная величина влажности, а ее доступность, которая обусловлена активностью воды (аw).Активность воды- количественный показатель ,характеризующий степень связанности содержащихся в окружающей среде молекул воды ,относительную влажность субстрата и его доступность для микроорганизмов. Этот показатель выражает отношение давления паров над субстратом (Рс) к давлению паров над чистой водой (Р) при одной и той же температуре: аw =Рс / Р

Значение активности воды, при которых возможен рост микроорганизмов, составляет от0,99до0,5.

Рис.11.Бактерии растущие при активности воды.

Микроорганизмы обладают различной устойчивостью к высушиванию. Устойчивы к высушиванию сапрофиты, молочнокислые бактерии, дрожжи. Особенно устойчивы к высушиванию споры бактерий и плесневых грибов, способные сохраняться в высушенном состоянии сотни и тысячи лет.

Нитрифицирующие, клубеньковые бактерии, наоборот, весьма чувствительны к высушиванию и быстро погибают при понижении влажности почвы ниже 40 %. В высушенном состоянии микроорганизмы не проявляют биологической активности, но сохраняют свои свойства; при увеличении влажности жизнедеятельность их полностьювосстанавливается.

Микроорганизмы в зависимости от отношения к влажности делятся на следующие группы:

1)гидрофиты(влаголюбивые);

2)ксерофиты(сухолюбивые);

3)мезофиты (средневлаголюбивые).

Ксерофилы-группа почвенных бактерий ,например ,Streptomyces odorifer , Micromonospora vinaceae и грибов,например, Penicillium dometzii, спообных развиваться на твердых субстратах при уровне активности воды -0,7-0,5.

Для большинства бактерий минимальная влажность субстрата должна составлять 20-30 %, а для грибов - 11-13 %. Развитие микроорганизмов в субстрате, в частности на пищевых продуктах, возможно только при определенной влажности. Влажность продуктов изменяется в зависимости от относительной влажности воздуха, между ними устанавливается определенное подвижное равновесие. Однако различные продукты при одной и той же влажности воздуха могут иметь разную равновесную или активную влажность.Влажность воздуха может значительно колебаться при уменьшении температуры. Так, с понижением температуры влагоудерживающая способность воздуха понижается, и избыточная влага конденсируется в виде капелек на поверхности продукта. В этом случае микроорганизмы могут быстро перейти в активное состояние, размножиться и вызвать порчу продукта.

Осмотическое давление - это избыточное давление со стороны раствора, препятствующее поступлению растворителя из менее концентрированного растворителя из менее концентрированного раствора в более концентрированный раствор через разделяющую их мембрану, непроницаемую для растворенных веществ.

Внутриклеточное осмотическое давление у различных микроорганизмов колеблется в широких пределах и в большой степени зависит от среды их обитания.

Некоторые бактерии могут долгое время находиться и даже размножаться в дистиллированной воде, другие виды являются постоянными обитателями соленых озер и развиваются в насыщенных растворах солей, где осмотическое давление превышает сотни атмосфер. Соответственно и внутриклеточное осмотическое давление у таких микроорганизмов велико.

Осмофилы - обобщенное название организмов, способных расти на средах с высоким содержанием органических веществ, то есть с высоким осмотическим давлением.Например,высокое осмотическое давление не препятствует размножению микоплазм из рода Spiroplasma в нектаре цветов или росту дрожжей в сахарном сиропе и варенье.

Галофилы-обобщенное название микроорганизмов,растущих на средах с повышенным содержанием минеральных солей. Обычно это морские формы или обитатели соленых озер.Уровень галофилии таких организмов определяется по количеству NaCI в среде.

Большинство микроорганизмов, и особенно группа гнилостных бактерий и кишечная палочка, обладают слабой устойчивостью к повышенному осмотическому давлению. Размножение многих микроорганизмов замедляется уже при 1-3 %-ной концентрации поваренной соли, а при 15-20% почти полностью прекращается.

Осмотолерантные микроорганизмы - бактерии,археи и грибы,способные переносить высокие концентрации растворимых веществ,но лучше всего растущие при более низком осмотическом давлении.

6. Гидростатическое давление

При повышении гидростатического давления в клетке происходит ряд изменений в биологических процессах: замедляется скорость реакций, происходит денатурация белковых молекул и диссоциация сложных агрегатов клеток, клетки перестают делиться, в целом энергетические процессы преобладают над биосинтетическими.Так, при давлении выше 5-10⁷ Па большинство микроорганизмов не растут.Умеренное давление (1-Ю⁷--5-Ю⁷ Па) обычно угнетает рост и размножение микроорганизмов. В то же время существуют микроорганизмы, обитающие в грунтах и водах океана, которые могут размножаться при высоком давлении. Многие из этих микроорганизмов совершенно не размножаются при обычном атмосферном давлении, их называют барофильными. Существуют также баротолерантные микроорганизмы, которые размножаются при нормальном атмосферном давлении, но хорошо переносят высокоедавление.

В настоящее время возникло новое направление в микробиологии -- баробиология микроорганизмов, которая изучает роль гидростатического давления как экологического фактора, оказывающего влияние на распространение и активность микроорганизмов в глубине морей и океанов.

По отношению к высокому давлению микроорганизмы подразделяются на:

1) барочувствительные-- организмы (обычно с газовыми вакуолями), которые при повышении давления перестают расти;

2) баротолерантные-организмы выдерживающие до 400 атм. Но способные расти и при обычном давлении;

3) пьезофильные барофильные нуждающиеся для роста в повышенном давлении.

Бактерии, дрожжи и плесневые грибы устойчивы к гидростатическому давлению. Они переносят давление 1000-3000 атм , а спороносные бактерии - до 20 000 атм. При таком высоком давлении снижается активность бактериальных ферментов и токсинов.

Список литературы

1. Микробиология в определениях и иллюстрациях.Н.Г.Захарова.В.И.Вершинина. О.Н.Ильинская Академия наук РТ.Казань 2012.

2. Гусев М.В., Минеева Л.А - Микробиология: учебник для студ. высш. учеб. заведений, издательский центр «Академия», 2003г, 464стр.

3. Намсараев Б.Б., Абидуева Е.Ю., Лаврентьева Е.В., Банзаракцаева Т.Г., Бархутова Д.Д., Буянтуева Л.Б. - Экология микроорганизмов экстремальных водных систем: Учебное пособие, 2008г.

4. http://www.coolreferat.com/%D0%9C%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%BE%D0%BB%D0%BE%D0%B3%D0%B8%D1%8F._%D0%9C%D0%B8%D1%80_%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D1%80%D0%BE%D0%BE%D1%80%D0%B3%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B7%D0%BC%D0%BE%D0%B2

5. http://evolution.powernet.ru/library/micro/09.html

6. http://student.zoomru.ru/bio/jekologiya-mikroorganizmov/161037.1315065.s1.html

Размещено на Allbest.ru