Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Вступление

Развитие и жизнедеятельность микроорганизмов зависят от факторов внешней среды: одни из них способствуют росту и размножению микроорганизмов, другие -- вызывают торможение обмена веществ или приводят к их гибели.

Развиваясь в благоприятной среде, микроорганизмы поглощают питательные вещества, выделяют в нее продукты своей жизнедеятельности и тем самым изменяют состав этой среды. Регулируя условия существования микроорганизмов, можно управлять их жизнедеятельностью так, чтобы вызывать нужные изменения в среде.

Условно факторы внешней среды можно разделить на физические, химические и биологические. Изучая влияние внешних факторов среды на жизнедеятельность микроорганизмов, следует обратить внимание на кардинальные точки их действия (минимум, оптимум, максимум). Возможность развития для микроорганизмов лежит между двумя кардинальными точками: минимумом и максимумом. Наилучшего развития микроорганизмы достигают в том случае, когда факторы, влияющие на их жизнедеятельность, находятся в оптимуме. Снижение до минимума или повышение до максимума хотя бы одного из факторов вызывает снижение активности микроорганизма, а иногда и его гибель.

1. ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ

Наиболее важными физическими факторами, определяющими развитие микроорганизмов, являются влажность, температура, лучистая энергия, радиоволны, ультразвук, концентрация растворенных в воде веществ, давление.

1.1 Характеристика влажности как абиотического фактора среды

Для развития микроорганизмов необходима свободная вода, так как питательные вещества проникают в клетку только в растворенном состоянии. Состояние воды как растворителя в продукте выражается активностью воды Aw- отношением между давлениями водяных паров раствора (субстрата) Р и чистого растворителя (воды) Р0 при одной и той же температуре. Таким образом, Aw=Р/Р0. Активность воды численно равна равновесной относительной влажности, выраженной в виде дроби, которая меньше единицы. Активность дистиллированной воды равна единице и отвечает относительной влажности воздуха 100%. Активность воды раствора, упругость паров которого в состоянии равновесия с относительной влажностью воздуха 97%, равна 0,97.

Жизнедеятельность микроорганизмов осуществляется приAw от 0,999 до 0,62. Для каждого микроорганизма эти границы точно определены, постоянны и зависят от температуры, рН среды, доступности питательных веществ и др. В зависимости от потребности во влаге микроорганизмы делят на три группы: гидрофиты - влаголюбивые, мезофиты - средневлаголюбивые, ксерофиты - сухолюбивые.

Наиболее требовательны к наличию влаги в среде гидрофиты. К ним относятся все бактерии и дрожжи. Большинство бактерий не развивается при Aw субстрата ниже 0,94 - 0,90; для дрожжей предельная величинаAw0,88 - 0,05. К мезофитам относятся многие грибы, хотя среди них есть ксерофиты и гидрофиты. Так, грибы рода Aspergillus растут приAwсубстрата 0,75 - 0,62. Ксерофиты способны развиваться при дефиците влаги.

Различные микроорганизмы по-разному переносят изменениеAw. Одни микроорганизмы (рода Acetobacterи Acetomonas, некоторые гнилостные и некоторые патогенные) очень требовательны к влаге и при снижении значенияAw(при высушивании) быстро погибают. Другие же микроорганизмы (родов Lactobacterium, Mycobacterium, Salmonella, Staphylococcusи Micrococcus) могут сохраняться в высушенном состоянии довольно продолжительное время. Устойчивы к высушиванию многие дрожжи и особенно споры бактерий и микроскопических грибов, которые сохраняют способность к прорастанию в продолжение десятков лет. Нетребовательны к активности воды галофильные (солелюбивые) бактерии.

1.2 Характеристика температуры как абиотического фактора среды

микроорганизм влажность воздух микрофлора

Температура -- это экологический фактор, связанный со средней кинетической энергией движения частиц и выражающийся в градусах различных шкал. Наиболее распространенной является шкала в градусах Цельсия (°С), в основу которой положена величина расширения воды (температура кипения воды составляет 100°С). В СИ принята абсолютная шкала температур, для которой температура кипения воды Т кип. воды = 373 К.

Очень часто температура является лимитирующим фактором, определяющим возможность (невозможность) обитания организмов в той или иной среде обитания.

По характеру температуры тел а все организмы разделяют на две группы: пойкилотермные (температура их тела зависит от температуры окружающей среды и является практически такой же, как и температура среды) и гомойотермные (температура их тела не зависит от температуры внешней среды и является более или менее постоянной: если и колеблется, то в небольших пределах -- доли градуса).

К пойкилотермным относятся растительные организмы, бактерии, вирусы, грибы, одноклеточные животные, а также животные с относительно низким уровнем организации (рыбы, членистоногие и т. д.).

К гомойотермным относятся птицы и млекопитающие, включая человека. Постоянная температура тела уменьшает зависимость организмов от температуры внешней среды, дает возможность расселения по большему числу экологических ниш как в широтном, так и в вертикальном расселении по планете Земля. Однако и помимо гомойотермности организмы вырабатывают приспособления для преодоления воздействия низких температур.

По характеру перенесения низких температур растения разделяют на теплолюбивые и холодостойкие. К теплолюбивым относят растения юга (бананы, пальмы, южные сорта яблонь, груш, персики, виноград и др.). К холодостойким относят растения средних и северных широт, а также растения, произрастающие высоко в горах (например, мхи, лишайники, сосна, ель, пихта, рожь и т. д.). В средней полосе России выращивают сорта морозостойких фруктовых деревьев, которые специально выводят селекционеры. Первые большие успехи в этой области были достигнуты И. В. Мичуриным и другими народными селекционерами.

Норма реакции организма на температурный фактор (для отдельных организмов) часто узка, т.е. конкретный организм может нормально функционировать в достаточно узком интервале температур. Так, морские позвоночные гибнут при повышении температуры до 30-32°С. Но для живого вещества в целом границы температурного воздействия, при котором сохраняется жизнь, очень широки. Так, в Калифорнии в горячих источниках живет вид рыб, нормально функционирующий при температуре 52°С, а термостойкие бактерии, обитающие в гейзерах, выдерживают температуру до 80°С (это «нормальная» температура для них). В ледниках при температуре -44°С обитают некоторые сине-зеленых водорослей и т. д.

Роль температуры как экологического фактора сводится к тому, что она влияет на обмен веществ: при низких температурах скорость биоорганических реакций сильно замедляется, а при высоких -- значительно увеличивается, что приводит к нарушению равновесия в протекании биохимических процессов, а это вызывает различные заболевания, а иногда и летальный исход.

1.3 Условия развития микроорганизмов в зависимости от относительной влажности воздуха и влажности продуктов

Влажность воздуха при хранении товара также имеет первостепенное значение. Атмосферный воздух всегда содержит водяные пары. Относительная влажность воздуха -- это процентное отношение фактического количества водяных паров в воздухе к тому их количеству, которое требуется для его полного насыщения при данных температуре и давлении. Чем ниже процент относительной влажности, тем меньше водяных паров содержится в воздухе. Влажность воздуха подвержена колебаниям в зависимости от температуры.

Колебания относительной влажности воздуха вызывают изменение влажности товаров.

Влияние температуры на жизнедеятельность микробов обусловливает возможность хранения пищевых продуктов (рыба, мясо и др.) при пониженных температурах, замедляющих размножение микробов и угнетающих деятельность ферментов. Наблюдения показывают, что количество микробов, погибших при замораживании продуктов, нередко достигает 80--90% от их первоначального содержания. Микроорганизмы, оставшиеся в живых, вначале инактивируются холодом, но при дальнейшем хранении охлажденного или замороженного продукта при температуре не ниже минус 8° С их жизнедеятельность постепенно восстанавливается Губительно действуют на микробы повторное замораживание и оттаивание продукта. Большое влияние на жизнедеятельность микробов оказывает влажность среды. В результате высушивания продукта останавливается развитие многих видов содержащихся в нем микробов, так как при отсутствии воды они не могут питаться. Так, минимум содержания влаги в среде обитания для развития бактерии составляет 30%, а для многих плесеней -- около -13% . Споры некоторых плесневых грибов сохраняют способность к прорастанию при отсутствии влаги в течение нескольких лет.

2. Характеристика микрофлоры воздуха и методы её учёта

Микроорганизмы представляют собой своеобразную форму организации живой материи. Их отличает беспрецедентная многочисленность, удивительная жизнеспособность, пластичность, повсеместность распространения, обширность сфер взаимодействия с абиогенными и биогенными компонентами. Микроорганизмы способны вступать с организмом человека в самые разные взаимоотношения - от симбиоза до паразитизма.

Микрофлору воздуха можно условно разделить на постоянную, часто встречающуюся, и переменную, представители которой, попадая в воздух из свойственных им мест обитания, недолго сохраняют жизнеспособность. Постоянно в воздухе обнаруживаются пигментообразующие кокки, палочки, дрожжи, грибы, актиномицеты, спороносные бациллы и клостридии и др., т. е. микроорганизмы, устойчивые к свету, высыханию. В воздухе крупных городов количество микроорганизмов больше, чем в сельской местности. Над лесами, морями воздух содержит мало микробов (в 1 м3 -- единицы микробных клеток). Дождь и снег способствуют очищению воздуха от микробов.

В воздухе закрытых помещений микробов значительно больше, чем в открытых воздушных бассейнах, особенно зимой, при недостаточном проветривании. Состав микрофлоры и количество микроорганизмов, обнаруживаемых в 1 м3 воздуха (микробное число воздуха), зависят от санитарногигиенического режима, числа находящихся в помещении людей, состояния их здоровья и других условий.

В воздух могут попадать и патогенные микроорганизмы от животных, людей (больных и носителей).

Пылевые частицы служат благоприятной средой для жизнедеятельности различных микроорганизмов. В воздухе учеными обнаружено 383 вида бактерий и 28 родов микроскопических грибов. Источниками загрязнения воздуха являются почва, вода, растения, животные, человек и продукты жизнедеятельности живых организмов. Попадая в благоприятную среду, бактерии, микроскопические грибы интенсивно размножаются, образуя видимые невооруженным глазом скопления -- колонии. Процесс роста колоний микроорганизмов называется инкубацией.
Известно, что на площади 100 см2 в благоприятной среде в течение 5 мин осаждается примерно столько бактерий и спор, сколько находится в 1 дм3 (0,01 ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАЛИЧИЯ В ВОЗДУХЕ МИКРООРГАНИЗМОВ

Для определения наличия в воздухе микроорганизмов мы пользовались методом выращивания их на культуральных средах, производя посев непосредственно на питательную среду.

Подготовка питательной среды.

Готовые Чашки Петри со стерильной питательной средой нам предоставили на кафедре естественных наук Педагогического Университета. Способ, которым была приготовлена питательная среда: Препарат в количестве, указанном на этикетке для приготовления конкретной серии питательной среды, размешивают в 1 л дистиллированной воды, кипятят 2 мин до полного расплавления агара, фильтруют через ватномарлевый фильтр, разливают в стерильные флаконы по ГОСТ 10782-85 и стерилизуют автоклавированием при температуре 121 °С в течение 15 мин. Среду охлаждают до температуры 45-50 °С, разливают по (20±5) мл в стерильные чашки Петри и после застывания подсушивают в термостате при температуре (33±2) °С в течение (40±5) мин.

Учет количества микроорганизмов в воздухе.

Сначала определили кабинеты для исследования. Мы выбрали кабинеты, в которых температура была одинаковой: 19-20 °С, но другие условия разными: наличие цветов, компьютера, площадь помещения. В каждом классе в один и тот же день, после уроков приготовленные чашки Петри (2) разместили в разных местах исследуемых помещений и на 5 мин открывали крышки. При этом микроорганизмы и споры, содержащиеся в воздухе, постепенно осаждались на открытой поверхности агарагара. Через 5 мин чашки закрыли и на крышках отметили, кто и где производил посев. Завернули чашки в бумагу и поместили в теплое место (не менее 20 °С) для инкубации на 7 дней.

Через 7 дней подсчитали количество колоний бактерий и грибов в чашках. Если колоний немного, их считают на всей поверхности агарагара чашки Петри. При большом количестве колоний чашку Петри кладут на лист бумаги, разделенный на 4--6 секторов, и считают количество колоний в каждом секторе. При подсчете и рассмотрении колоний рекомендуется использовать лупы.

Описание колоний микробов, выросших на питательной среде, проводят по следующим показателям: форма (округлая, неправильная); поверхность (гладкая, блестящая, шероховатая, сухая, складчатая); край (ровный, волнистый, городчатый); цвет; размер (диаметр).

Следует отметить, что метод подсчета колоний в чашках Петри с посевом из воздуха дает лишь приблизительные данные. Учитываются лишь микробы быстро оседающей пыли, кроме того, на твердой поверхности агарагара прорастут только аэробные формы микроорганизмов.

Определили форму, структуру, профиль колоний. Для этого использовали следующие данные:

Микроскопическое исследование микроорганизмов из наиболее интересных колоний, выросших в чашках Петри.

Для исследования мы использовали метод окраски бактерий по Граму. Способ окраски по Граму является необходимым диагностическим методом в микробиологической практике. Сущность дифференцированной окраски по Граму состоит в том, что краски трифенилметанового ряда, например, генциановый фиолетовый и йод, образуют в клетках некоторых бактерий окрашенные соединения, которые не обесцвечиваются при последующей обработке препарата спиртом и сохраняют сине-фиолетовую окраску (грамположительные). Другие бактерии не обладают свойством удерживать краску и при обработке спиртом обесцвечиваются (грамотрицательные). Это настолько универсальный способ сложной окраски, что все бактерии по этому показателю делят на две группы: красящиеся по Граму -- грамположительные (грампозитивные)--и не красящиеся -- грамотрицательные (грамнегативные). Отношение к окраске по Граму служит одним из основных признаков бактерий в их характеристике.

Приготовили фиксированные и окрашенные препараты и рассмотрели их с иммерсионным объективом. Для этого на каждом предметном стекле поочередно приготовили и зафиксировали мазок исследуемого микроорганизма. Мы выбрали наиболее интересные по внешнему виду колонии:

№1 - колония желтого цвета

№2 - колония белая с красной точкой

№3 - коричневая колония.

Микробиологической петлей взяли часть колонии бактерий, поместили на предметное стекло, добавили каплю воды и перемешали. Высушили. Нанесли раствор краски генцианового фиолетового, высушили. Готовый препарат исследовали под микроскопом с иммерсионной системой. Грамположительные бактерии окрашиваются в сине-фиолетовый цвет, а грамотрицательные -- в розовый. Все исследуемые бактерии были грамположительными.

Определили, к какой группе относятся обнаруженные микроорганизмы:

№1, №2 - кокки,

№3 - палочки.

ВЫВОД

Всего выросла 21 колония микроорганизмов. Из них 17 колоний бактерий и 4 грибы. Диаметр колоний колеблется от 3мм до 25 мм. Форма колоний чаще всего круглая, встречается сложная и круглая с фестончатым краем. Профиль 4-х колоний - каплевидный, 4-х - бугристый, 5 - выпуклый, 3-х - плоский. Край тринадцати колоний бактерий гладкий, четырех колоний волнистый. 76% колоний имеют однородную структуру, 6% (одна колония) - крупнозернистую, остальные - неоднородную структуру (см. приложение).

Подсчитывали число колоний в чашках Петри и рассчитывали количество микробов в 1 м3 воздуха. При этом учитывали следующее: по приблизительным подсчетам (Омелянский) на площади в 100 см2 в течение 5 мин оседает столько микроорганизмов и спор, сколько их содержится в 10 л воздуха. Вычислив площадь дна чашки Петри; зная количество колоний, выросших за 7 дней, подсчитали число микробов в 1 м3 воздуха.

В чашке диаметром 10 см выросло 1 колония бактерий (каб. 326).

1. Определили площадь дна (S, м2 чашки), в которой находилась питательная среда по формуле:

S = рd2/4,

где р = 3,14; d -- диаметр чашки, т. е.

3,14x100: 4 = 78,5 см2

2. Подсчет количества единиц бактерий на 100 см3 (0,01 м3) воздуха:

78,5 см3: 1 = 100 см3: х;

х = 1,3 единицы на см3.

Таким образом, в 0,01 м3 воздуха содержится 1,3 микроорганизмов, в 1 м3 их будет в 100 раз больше -- 130 (каб. 326)

78,5 см3: 3 = 100 см3: х;

х = 3,8 единиц на см3.

Таким образом, в 0,01 м3 воздуха содержится 3,8 микроорганизмов, в 1 м3 их будет в 100 раз больше -- 380 (каб. 327)

78,5 см3: 2 = 100 см3: х;

х = 2,6 единицы на см3 =260 в 1 м3 (каб. 329 до уроков)

78,5 см3: 1 = 100 см3: х;

х = 1,3 единицы на см3 =130 в 1 м3 (каб. 329 после уроков)

78,5 см3: 3 = 100 см3: х;

х = 3,8 единиц на см3 =380 в 1 м3 (столовая)

78,5 см3: 2 = 100 см3: х;

х = 2,6 единиц на см3 =260 в 1 м3 (подвал)

Вывод: наибольшее количество микроорганизмов находится в воздухе помещений кабинета 327 и столовой, наименьшее - в кабинетах 329 и 326. В кабинете 329 есть компьютер и много цветов, в кабинете 326 - нет ни компьютера, ни цветов. В столовой, естественно, нет компьютера, но есть цветы, в кабинете 327 - наоборот (есть компьютер, нет цветов). Можно сделать вывод, что ни излучение компьютера, ни рост цветов не влияют на содержание микроорганизмов в воздухе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

С самого рождения мы живем в окружении микроорганизмов. Споры плесени, бактерии, вирусы... Мы знаем, что многие их виды опасны и даже смертельны для живых существ. Почему же в большинстве случаев они не причиняют нам абсолютно никакого вреда? Микробы - древнейшие обитатели планеты, и эволюция позаботилась о том, чтобы люди, как биологический вид появившиеся на Земле значительно позднее, научились жить в содружестве, или, как говорят биологи, в симбиозе с этими крохотными существами. Микрофлора организма - целый мир, особая экосистема, живущая по своим правилам и законам. Здесь можно встретить сотни видов бактерий, общая численность которых достигает триллионов.
В своем исследовании я могу сделать вывод, что наибольшее количество микроорганизмов находится в воздухе помещений кабинета 327 и столовой, наименьшее - в кабинетах 329 и 326, и ни излучение компьютера, ни рост цветов не влияют на содержание микроорганизмов в воздухе. Всего выросла 21 колония микроорганизмов. Из них 17 колоний бактерий и 4 грибы. Большинство из них кокки. Эти показатели говорят о достаточно чистом воздухе в помещениях. Но все же, я рекомендую регулярное проветривание кабинетов, чистку вентиляций, и хорошо, если в окна часто заглядывает солнце, ведь наибольшей бактерицидностью для микроорганизмов отличаются прямые солнечные лучи.

Размещено на Allbest.ru