Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Химический состав клетки бактерий

2. Микроорганизмы в поверхностных водах, типы озер по степени трофии

Использованная итература

1. Химический состав клетки бактерий

В состав любого организма входят все известные химические элементы и их изотопы. По количественному содержанию они делятся на макро-, микро - и ультрамикроэлементы. Давно известно, что 99% массы (веса) растений, животных и человека составляют 10 химических элементов: углерод, водород, кислород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера и железо. Их называют макроэлементами. На долю остальных химических элементов приходится около 1%, поэтому их называют микро - и ультрамикроэлементами. К ним относятся молибден, медь, бор, йод, кобальт и д.р. трофия бактерия клетка микроорганизм

В жизни организмов отдельные питательные макро-, микро - и ультрамикроэлементы не заменяют один другого и каждый из них выполняет определенную физиологическую роль. Так, углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера входят в состав важнейших органических соединений, поэтому их обычно называют органогенными элементами. Из них построены белки, жиры, углеводы, витамины, гормоны и др.

По химическому составу бактерии не отличаются от клеток других организмов. Бактериальная клетка содержит 80% воды и 20% сухого остатка. Около 90% сухого остатка бактерии составляют высокомолекулярные соединения: нуклеиновые кислоты (10%), белки (40%), полисахариды (15%), пептидогликон (10%) и липиды (15%); остальные 10% приходятся на моносахара, аминокислоты, азотистые основания, неорганические соли и другие низкомолекулярные соединения. Вода - основной компонент бактериальной клетки. Она находится в свободном или связанном состоянии со структурными элементами клетки. В спорах количество воды уменьшается до 18--20%. Вода является растворителем для многих веществ, а также выполняет механическую роль в обеспечении тургора. При плазмолизе -- потере клеткой воды в гипертоническом растворе -- происходит отслоение протоплазмы от клеточной оболочки. Удаление воды из клетки, высушивание приостанавливают процессы метаболизма. Большинство микроорганизмов хорошо переносят высушивание. При недостатке воды микроорганизмы не размножаются. Высушивание в вакууме из замороженного состояния (лиофилязация) прекращает размножение и способствует длительному сохранению микробных особей.

Белки (40--80% сухой массы) определяют важнейшие биологические свойства бактерий и состоят обычно из сочетаний 20 аминокислот. В состав бактерий входит диаминопимелиновая кислота, отсутствующая в клетках человека и животных. Бактерии содержат более 2000 различных белков, находящихся в структурных компонентах и участвующих в процессах метаболизма. Большая часть белков обладает ферментативной активностью. Белки бактериальной клетки обусловливают антигенность и иммуногенность, вирулентность, видовую принадлежность бактерий.

Нуклеиновые кислоты бактерий выполняют функции, аналогичные нуклеиновым кислотам эукариотических клеток: молекула ДНК в виде хромосомы отвечает за наследственность, рибонуклеиновые кислоты (информационная, или матричная, транспортная и рибосомная) участвуют в биосинтезе белка.

Углеводы бактерий представлены простыми веществами (моно- и дисахариды) и комплексными соединениями. Полисахариды часто входят в состав капсул. Некоторые внутриклеточные полисахариды (крахмал, гликоген и др.) являются запасными питательными веществами.

Липиды в основном входят в состав цитоплазматической мембраны и ее производных, а также клеточной стенки бактерий, например наружной мембраны, где, кроме биомолекулярного слоя липидов, имеется ЛПС. Липиды могут выполнять в цитоплазме роль запасных питательных веществ. Липиды бактерий представлены фосфолипидами, жирными кислотами и глицеридами. Наибольшее количество липидов (до 40 %) содержат микобактерии туберкулеза.

Минеральные вещества бактерий обнаруживают в золе после сжигания клеток. В большом количестве выявляются фосфор, калий, натрий, сера, железо, кальций, магний, а также микроэлементы (цинк, медь, кобальт, барий, марганец и др.). Они участвуют в регуляции осмотического давления, рН среды, окислительно-восстановительного потенциала, активируют ферменты, входят в состав ферментов, витаминов и структурных компонентов микробной клетки.

Потребность организмов в микро - и ультрамикроэлементах невелика, но их физиологическая роль равноценна роли макроэлементов. Она заключается в непосредственной связи микроэлементов с ферментами, витаминами и гормонами. Каждый микроэлемент оказывает специфическое действие на жизненные процессы. Например, при отсутствии или недостатке молибдена прекращается синтез белка у растений и животных, а также усвоение молекулярного азота воздуха почвенными микроорганизмами. При недостатке бора растения также резко отстают в росте.

Медь и марганец входят в состав некоторых окислительных ферментов и витаминов, и при их отсутствии организмы погибают. Цинк также необходим всем организмам.

В жизни живых организмов большую роль играют элементы группы редких земель. Содержание их в почве от 0,010 до 0.024%. Из почвы они усваиваются растениями, а из них попадают в организмы человека и животных.

В состав всех природных тел и организмов входят естественно радиоактивные элементы. В земной коре содержится около 2.4% калия и по 0,001% радиоактивных элементов: урана, тория, самария и рубидия. Радий содержится в количестве 0,01%. Эти элементы из почвы, атмосферы и природных вод усваиваются растениями, затем попадают в организмы человека и животных. В малых количествах они необходимы для жизни в такой же степени, как и другие микроэлементы. Недостаток их вызывает понижение жизнедеятельности и заболевания, как и при недостатке микроэлементов.

Микроорганизмы почвы обычно накапливают в клетках значительно большее количество естественно радиоактивных элементов но сравнению с обычным содержанием их во внешней среде.

Вегетативные клетки микроорганизмов содержат до 85% воды. В зависимости от условий внешней среды содержание свободной воды в клетках может меняться. При этом потеря воды влечет за собой высыхание клетки и некоторые изменения обмена веществ. Потеря поды нарушает клеточные структуры и вызывает смерть клетки.

Сухое вещество тела микроорганизмов состоит в основном из органических соединений -- белков, углеводов, жиров и др. Минеральные вещества составляют не более 15% от массы (веса) сухих веществ. В живой клетке значительная часть зольных элементов химически связана с органическими веществами и входит в их состав.

Среди органических веществ клетки на долю белков у бактерий приходится 50--80% от массы (веса) сухих веществ, у дрожжей 40--60% и у грибов 15--40%. Важнейшая роль в жизни микроорганизма принадлежит белкам, которые имеют в основном такое же строение, как и белки высших растений и животных.

Некоторые белки входят в состав ферментов. Особое место занимают нуклеопротеиды, в состав которых входят, кроме белка, также и нуклеиновые кислоты.

Богатство микроорганизмов белками широко используется для получения белковых продуктов из непищевого сырья

2. Микроорганизмы в поверхностных водах, типы озер по степени трофии

Поверхностные слои воды рек, озер, прудов, водохранилищ, морей и океанов обильно населены разнообразными микроорганизмами. Типичными представителями водной микрофлоры являются зеленые и пурпурные бактерии, железобактерии, а также бактерии родов: Pseudomonas, Bacillus, Chromobacterium, Flavobacterium, Caulobacter,Spirillum и т.д.

От степени и характера загрязнения водоема зависят численность и качественный состав микрофлоры воды. Для экологической характеристики загрязнения водоемов введены понятия трех зон сапробности:

1 - полисапробная зона. В этой зоне в большом количестве содержится разнообразный органический опад животных и растений, органика бытовых и промышленных вод. В такой воде ярко выражены процессы анаэробного сбраживания высокомолекулярных органических соединений, сопровождающиеся выделением сероводорода, аммиака, метана и других дурно пахнущих и ядовитых веществ. Вода полисапробной зоны содержит более 1 млн бактерий в 1 мл, в ней преобладают анаэробные виды бактерий рода Clostridium, и обязательно выделяются бактерии группы кишечной палочки (БГКП);

2 - мезосапробная зона. Для этой зоны характерны процессы минерализации органических веществ с преобладанием аэробного окисления. Мезосапробная зона подразделяется на две подзоны а и в, которые различаются интенсивностью процессов окисления. Вода а-мезосапробной зоны содержит от 100 тыс. до 1 млн бактерий в 1 мл. В воде в-мезосапробной зоны окислительные процессы идут более интенсивно и заканчиваются полной минерализацией органических веществ. Вода в-мезосапробной зоны содержит от 1 тыс. до 100 тыс. бактерий в 1 мл;

3 - олигосапробная зона. В этой зоне преобладают процессы окисления нитритов в нитраты, соединений железа Fe²⁺ в Fe³⁺. Количество бактерий в воде этой зоны незначительно - десятки или сотни, но не более 1 тыс. в 1 мл, БГКП, как правило, отсутствуют.

Санитарное состояние водоемов определяется коли-индексом - количеством БГКП в 1 л воды: чистая - 0…10; слабозагрязнен-ная - 11…100; загрязненная - 101…1000; сильнозагрязненная - 1001…10000.

На загрязнение воды фекальными массами, а следовательно, на возможную опасность возникновения острых кишечных инфекций дизентерии, брюшного тифа, холеры и др. указывает наличие БГКП.

Загрязнение водоемов, обсеменение воды микроорганизмами происходит, прежде всего, за счет поступления в них сточных бытовых и промышленных вод.

Водоемы обогащаются органикой и, соответственно, микроорганизмами, особенно в периоды таяния снегов и ливневых дождей при вымывании их из почвы. Максимальная численность бактерий в водоемах приходится на весну и лето (май-июль), минимальная - на зимний период (декабрь-январь). Основная масса микробного населения в водоемах сосредоточена в прибрежной зоне, в поверхностных слоях воды и особенно в его илах.

Процессы деструкции органических веществ отмирающего фито- и зоопланктона, а также различного рода органики, поступающей в водоемы с водосборной площади, осуществляет бактериальная микрофлора водоема. Минерализация органического питательного субстрата сопровождается продукционным процессом - накоплением бактериальной биомассы. Многие массовые виды пресноводного зоопланктона могут удовлетворять свои пищевые потребности исключительно за счет питания бактериями. Интенсивно развивающийся зоопланктон, в свою очередь, служит основным источником питания рыб. Таким образом, роль бактериальной микрофлоры в пресноводных водоемах заключается в вовлечении энергии, содержащейся в веществах органического опада, в трофическую цепь, связывающую все микро- и макроорганизмы водоема.

Сезонные сукцессии продуктивности фито- и бактериопланктона, подобные сукцессиям, происходящим в озерах, наблюдаются в морских водоемах умеренной зоны. В сезоны весны и осени биомасса фитопланктона в морях умеренных широт достигает максимальных величин - около 10 г/м³. Однако ввиду недостатка фосфатов и нитратов масса фитопланктона быстро отмирает и служит питательным субстратом для развития гетеротрофных бактерий. В разгар гетеротрофной фазы, к середине лета, число бактерий составляет от 3 до 5 млн в см³ при биомассе 2…3 г/м³. Биомасса фитопланктона при этом оказывается минимальной - в среднем от 0,1 до 0,2 г/м³. Следовательно, летом бактерии служат основным источником питания микрозоопланктона и в морях.

Помимо трофической функции, бактериальная микрофлора в морях и океанах, играет важную роль в круговороте биогенных элементов, а также в формировании химического состава морской воды и донных отложений.

В процессе самоочищения воды важна роль микроорганизмов. При спуске большого количества сточных вод, несущих органические загрязнения, в водоеме резко возрастает численность сапрофитных бактерий. Данная группа микроорганизмов осуществляет процессы минерализации органического сброса и в силу своего антагонистического действия вызывает быстрое отмирание патогенных микробов.

Развитие хемолитотрофов, которые ведут дальнейшее окисление веществ субстрата, приходит на смену гетеротрофной группе бактерий. При этом в водоеме постепенно восстанавливаются нормальные экологические условия для жизни его фауны и флоры. Развитие растений стимулирует процессы микробиологического окисления, обогащая воду кислородом в процессе фотосинтеза. Вышеописанный цикл процессов составляет суть естественного самоочищения водоема.

Значительной способностью к самоочищению обладают естественные водоемы, однако возможности любого водоема не беспредельны. При постоянном увеличении объема сточных вод может наступить момент, когда микрофлора водоема окажется не способна переработать поступающую массу органических загрязнений. Накопление органического сброса неизбежно приведет к нарушению экосистемы водоема, а в дальнейшем к гибели его фауны и флоры.

Использованная литература

1. Голубовская Э. К. Биологические основы очистки воды. - М.: Высшая школа, 1978. - 268 с.

2. Антипчук А. Ф. Микробиология рыбоводных прудов. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983. - 144 с.

3. Асонов Н. Р. Микробиология. - М.: Колос, 1997. - 352 с.

Товарищество научных изданий КМК, 2005. - 220 с.

4. Кузнецов С. И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность. - Л.: Наука, 1970. - 440 с.

5. Михеева И.В. Микробиология. Методическое пособие к практическим

занятиям. Рыбное. 1998. - 20 с.

6. Родина А.Г. Микробиологические исследования водоемов. М.-Л.: АН СССР. 1950. - 67 с.

7. Кузнецов С. И. Микрофлора озер и ее геохимическая деятельность. - Л.: Наука, 1970. - 440 с.

Размещено на Allbest.ru