Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры биохимии, микробиологии и биотехнологии «20»
Скачать 2.59 Mb.
|
Влияние факторов окружающей среды на микроорганизмыУсловия внешней среды имеют большое значение для жизни микроорганизмов. Температура и влажность, наличие кислорода, освещенность и другие факторы среды влияют на рост микроорганизмов и распространение их в природе. Жизнедеятельность микроорганизмов находится в зависимости от факторов окружающей среды, которые могут оказывать бактерицидное, т. е. Уничтожающее, действие на клетки или бактериостатическое - подавляющее размножение микроорганизмов. Мутагенное действие приводит к изменению наследственных свойств. Физические, химические и биологические факторы окружающей среды оказывают различное воздействие на микробные клетки. Влажность. Микроорганизмы могут жить и размножаться только в присутствии свободной воды, находящейся в среде главным образом в капельножидком виде. Растворенные в такой воде питательные вещества могут поступать в микробную клетку. Большое влияние на рост микроорганизмов оказывает концентрация растворенных в воде соединений. Если их содержится мало, раствор называется гипотоническим. При оптимальной концентрации вещества создаются условия для лучшего роста микроорганизма. Увеличение концентрации вещества приводит к задержке роста организма в связи с повышением осмотического давления в окружающей среде. Раствор с высоким осмотическим давлением называется гипертоническим. В растворах, имеющих более высокое осмотическое давление, чем внутри микробной клетки, последние не могут жить. Это объясняется тем, что вода выходит из клетки наружу, клетка обезвоживается, и протопласт сжимается. Данное явление носит название плазмолиза. В среде с очень низким осмотическим давлением вода будет поступать внутрь клетки, оболочка которой может лопнуть. При этом наблюдается плазмоптиз. Осмотическое давление клетки у грамположительных бактерий достигает 3*106 Па, у грамотрицательных - 4*105 - 8*105 Па. Следовательно, в растворах с высоким осмотическим давлением - около 9*106 - 107 Па (15-20%~ный NaCl) - создаются условия, невозможные для роста бактерий и ряда других организмов. Высокое осмотическое давление среды не препятствует росту лишь некоторых микроорганизмов, называемых осмофильными, т. е. «любящими» высокое осмотическое давление. Так, многие плесени из рода Aspergillus и Penicillium могут расти на едва увлажненных субстратах. Осмотическое давление в их клетке достигает 2* 105 - 2,5*10 Па. Мед иногда разлагается дрожжами, которые растут при содержании сахара 70 - 80 %. Некоторые из этих осмофильных дрожжей развиваются только при высокой концентрации сахара, но не выносят высокой концентрации солей. Имеются организмы, которые могут жить лишь при очень высокой концентрации солей (NaCl). Это галофилъные, т. е. «любящие» высокую концентрацию солей, организмы (лат. Halo - соль). Они представлены двумя основными типами: умеренными галофилами, которые развиваются при содержании соли 1 - 2 %, хорошо растут в среде с 10 % соли, но могут выносить даже 20 %- ное ее содержание (большинство бактерий не переносят концентрации NaCl выше 5 %) и экстремально галофильными бактериями родов Holobacterium и Holococcus, которые требуют около 12-15% солей и способны хорошо расти в насыщенном растворе NaCl - при 32%-ной концентрации соли. Неспособность микроорганизмов расти на средах с высокими концентрациями солей или Сахаров успешно используют в пищевой промышленности для консервирования различных продуктов. Большое внимание уделяют установлению значения воды для микроорганизмов в засушливых условиях и роли воды в жизнедеятельности микроорганизмов в природе. Обстоятельные исследования влияния недостатка воды (водного стресса) или высушивания на живые организмы были проведены на грибах, бактериях, водорослях и т. д. Установлено, что большинство микроорганизмов переносят высушивание хорошо. Наиболее устойчивы к обезвоживанию компоненты микробоценоза - грибы. Способность грибов переносить водный стресс и функционировать при низком водном потенциале имеет большое значение для поддержания непрерывности круговорота питательных веществ в природе. Устойчивость к обезвоживанию у разных бактерий весьма различна. Например, численность жизнеспособных клеток Pseudomonas, внесенных в воздушно - сухую почву, после их выдерживания в течение месяца, снижается в 100 раз. В то же время Azotobacter остается жизнеспособным в почве даже через десятки лет ее хранения в воздушно - сухом состоянии. Интересны исследования, показавшие, что водный стресс приводит к возрастанию процентного содержания актиномицетов среди всех групп микроорганизмов, обнаруживаемых в почве. Это связано с большей выживаемостью актиномицетов в почве по сравнению с грибами и бактериями. Следовательно, выживаемость микроорганизмов в сухой почве существенно возрастает, если определенный организм формирует те или иные устойчивые формы. Так, вегетативные клетки Pseudomonas обладают довольно высокой чувствительностью к водному стрессу, в то время как цисты азотобактера и споры актиномицетов значительно более устойчивы. Снижение водного потенциала обусловливает подавление в почве таких важных процессов, как нитрификация и симбиотическая азотфиксация. Поэтому при оценке влияния засухи на сельскохозяйственные растения не следует недооценивать и воздействие водного стресса на почвенные микроорганизмы и на процессы, ими осуществляемые. При дефиците влаги микроорганизмы не размножаются. В целом ряде высушенных пищевых продуктов (рыба, мясо, фрукты и др.) хотя и имеется много живых микроорганизмов, но развиваться они не могут. При увлажнении высушенных продуктов начинается интенсивное размножение микроорганизмов, что часто приводит к порче продуктов. Высушивание микроорганизмов в глубоком вакууме обеспечивает сохранение их в живом состоянии в течение многих лет, так как процессы резко замедленны. В настоящее время метод быстрого высушивания в условиях вакуума (в средах специального состава) широко используют для сохранения производственных и музейных культур микроорганизмов. Существует метод получения сухих культур микроорганизмов путем высушивания из замороженного состояния (-76°С) под высоким вакуумом. Этот процесс называется лиофилизация. Споры не только бактерий, но и других микроорганизмов хорошо переносят высушивание. Влияние воды на развитие организмов связано с ее поверхностным натяжением. Последнее служит показателем силового поля поверхности воды. Поверхностное натяжение воды при 20°С равно 7,3* 10"2 Н/м. Существует очень мало веществ, способных повышать поверхностное натяжение, но много - обуславливающих его понижение. Это так называемые поверхностно - активные вещества. Они снижают поверхностное натяжение благодаря тому, что не образуют с водой гомогенных растворов, а находятся на ее поверхности в значительно более высокой концентрации, чем в массе воды. Снижение поверхностного натяжения зависит непосредственно от соотношения концентрации этого вещества на поверхности и в массе воды. Мыльные растворы или другие вещества, понижающие поверхностное натяжение, например, алифатические спирты с длинной цепью или желчные кислоты, токсичны для микроорганизмов. Снижение поверхностного натяжения питательных сред приводит к изменению физиологических процессов в клетке микроорганизмов, что проявляется в изменение клеточной проницаемости (разрушение осмотического барьера), остановке процессов размножения и роста микроорганизмов. На средах с низким поверхностным натяжением размножение некоторых видов бактерий приостанавливается, при этом образуются очень крупные деформированные клетки, задерживается или даже полностью прекращается образование спор. Ряд бактерий вообще не растет на средах с низким поверхностным натяжением. Многие поверхностно - активные вещества добавляют к дезинфицирующим средствам для повышения их смачивающей способности. Например, смесь мыла (поверхностно-активное вещество), фенола и крезола (обладают бактерицидными свойствами) - весьма эффективное дезинфицирующее средство. Температура. Микроорганизмы лишены механизмов, регулирующих температуру, поэтому их существование определяется температурой окружающей среды. Как и для всех живых организмов, для них имеется свой температурный диапазон, ограниченный минимальными и максимальными температурами. Микроорганизмы становятся недеятельными, если температура окружающей среды опускается несколько ниже 0°С, большинство их не может жить при температуре выше 40°С, в то же время некоторые размножаются при 70 - 75 и даже 105°С. По отношению к температуре микроорганизмы могут быть разделены на следующие группы: Психрофилы ( от греч. психрос - холод) -«холодолюбивые» организмы. К психрофилам относятся некоторые почвенные и морские бактерии, а также болезнетворные для рыб и водных растений микроорганизмы. Многие психрофилы хорошо размножаются при температурах, благоприятных для мезофидов. Однако они могут расти, хотя и медленно, при 0°С и ниже, их называют факультативными психрофилами. Другие микроорганизмы из этой группы приспособились к существованию при более низких температурах (около 0°С и ниже), при 25°С и ниже они погибают. Температурный оптимум для них лежит между 5 и 15°С. Подобные микроорганизмы относят к облигатным психрофилам. Выделяют и так называемых психротрофов, которые могут расти при температуре 5°С или ниже независимо от максимальных или оптимальных для них температур роста. Среди психрофилов имеются бактерии и грибы. Психрофилы встречаются главным образом в холодных районах земного шара с устойчивым температурным режимом. Мезофилы (от греч. мезос - средний, промежуточный) имеют температурный оптимум 30-45°С, а минимум 10-15°С. Большинство микроорганизмов относятся к этой группе, в том числе болезнетворные. Патогенные для человека и теплокровных животных микробы имеют оптимум около 37°С. Термофилы (от греч. термо - тепло) - теплолюбивые микроорганизмы, развиваются в зоне высоких температур. Минимум не ниже 35-40°С, оптимум 55-75°С. Облигатные термофилы не растут уже при 37°С, но факультативные формы способны развиваться при 37°С и даже при более низкой температуре. Способность некоторых неспорообразующих бактерий горячих источников существовать при температурах от 40 до 93°С и выше дало основание для выделения этих организмов в новую группу экстремально-термофильных бактерий. Возможность существования термофилов при высокой температуре обусловлена особым составом липидных компонентов клеточных мембран, высокой термостабильностью белков и ферментов, термостабильностью клеточных ультраструктур. В природе термофильные микроорганизмы обитают в горячих источниках и принимают непосредственное участие в процессах самонагревания навоза, сена, зерна и т. д. Термофильные формы имеются у бактерий, актиномицетов, водорослей, грибов и простейших. Микроорганизмы по-разному относятся к предельным (низким и высоким) температурам. Если низкие температуры, такие, как -190°С (жидкий воздух) или -252°С (жидкий водород), микробные клетки переносят, после размораживания сохраняя способность к росту, то под влиянием высоких температур они довольно быстро погибают. Высокие температуры (60°С и выше) вызывают коагуляцию белков и инактивацию ферментов у психрофильных и мезофильных микроорганизмов. Обычно при 60-70°С погибают вегетативные клетки этих организмов. Споры бактерий могут выдерживать температуру кипения воды в течение нескольких часов. Нагревание до температуры 100-120°С используют в микробиологии для полного уничтожения вегетативных форм микроорганизмов и их спор. Это наиболее надежный и удобный способ стерилизации различных предметов. Имеется несколько способов стерилизации с использованием высокой температуры. Наиболее широко применяется стерилизация сухим жаром (для сухих объектов) при температуре 160°С в течение 2 часов и стерилизация паром в автоклаве (для важных объектов) при 120°С в течение 15-20 минут. Кислотность среды. Реакция среды, в которой обитают микроорганизмы, оказывает на них болыи8ое влияние. Это один из наиболее важных факторов, от которых зависит f рост и размножение микроорганизмов, так как он определяет доступность для организма различных веществ и неорганических ионов. Напомним, что активная реакция среды является функцией ионов водорода, их активности и концентрации. Кислотность среды выражается символом рН. Значения рН лежат в интервале от 0 до 14 и представляют собой десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком. Значения рН кислых сред находятся в пределах 0-6, щелочных -8-14, нейтральная точка соответсвует рН 7,07. Для большинства микроорганизмов оптимальное значение рН около 7. Очень кислая или очень щелочная реакция среды обычно токсичны для бактерий. Предельные значения рН, выше и ниже которых известные в настоящее время микроорганизмы прекращают рост и размножение, приблизительно равны 1 и 11. При рН =1 могут существовать лишь немногие бактерии и грибы, при рН=11- только некоторые водоросли, грибы и бактерии. За редкими исключениями, бактерии не способны расти при рН ниже 4. Большая часть бактерий не размножается при рН выше 9. Следовательно, диапазон рН, при котором они развиваются, колеблется в пределах 4-9. Имеются бактерии, которые лучше растут при щелочной реакции. Такие организмы называются алкалофильными. Найдены также бактерии, способные развиваться в очень кислой среде, это ацидофильные микроорганизмы. Они облигатно нуждаются для роста в очень низких значениях рН (3 и менее). Некоторые микроорганизмы (например, молочнокислые, маслянокислые и др.) производят так много кислоты в процессе обмена веществ, что это приводит к остановке роста, а иногда и к гибели их. Известны микроорганизмы, которые растут при экстремальных значениях рН. Например, представитель облигатных экстремальных ацидофилов Thiobacillus thiooxidans может развиваться при рН=0, 9-4, 5 (оптимум 2,5). Грибы и дрожжи хорошо размножаются и при низком рН (2-3), и довольно высоком значении рН (8-10). Многие грибы предпочитают кислую среду, и имеют тенденцию расти лучше при рН=5-6. Значительная часть бактерий, несмотря на то, что не растет при рН ниже 4-5, может выносить такие низкие значения рН, как 1 или даже 0,1, не подвергаясь заметному отрицательному влиянию. Это так называемые кислотоустойчивые микроорганизмы. К ним принадлежат тионовые бактерии, окисляющие сероводород и серу, а также некоторые другие микроорганизмы. Среди бактерий обнаружено несколько организмов, устойчивых к -щелочной среде с рН 10 и выше. Сюда следует отнести Bacillus pasteurii, .4 бактерию, расщепляющую мочевину и хорошо растущую при рН, близком к 11. Выделены и другие бациллы, очень устойчивые к щелочной среде. В процессе своей жизнедеятельности некоторые микроорганизмы могут не только подкислять среду, но и вырабатывать щелочные продукты. Например, при разложении мочевины и белков образуется аммиак, подщелачивающий среду. Отрицательное влияние кислотности среды на большинство микроорганизмов используется в практике консервирования пищевых продуктов, при приготовлении маринадов, силоса, квашеной капусты и т.д. Влияние кислорода. Большинству живых существ необходим кислород. Микроорганизмы, нуждающиеся для жизни в кислороде, получили название облигатных (строгих) аэробов. К ним относятся большая часть бактерий и грибов. Некоторые микроорганизмы совсем не используют кислород. Это анаэробы. Они бывают двух типов: облигатные анаэробы, для которых кислород токсичен, и аэротолерантные анаэробы, которые не погибают при контакте с кислородом. Токсичность кислорода для облигатных анаэробов определяется тем, что эти организмы не имеют окислительных ферментов - супероксиддисмутазы и каталазы, обычно содержащихся в клетках аэробов и аэротолерантных анаэробов и защищающих организм от токсичных продуктов кислородного обмена (перекиси и др.). К облигатным анаэробным микроорганизмам относятся, например, бактерии рода Clostridium, ряд представителей которого может фиксировать азот атмосферы, вызывать некоторые болезни (газовую гангрену и т. д.), а также анаэробные актиномицеты. Существуют факультативные анаэробы — микроорганизмы, имеющие анаэробный тип метаболизма, но в то же время нечувствительные к кислороду. К ним относятся некоторые кишечные бактерии, представители рода Serratia и др. Факультативно анаэробные микроорганизмы в зависимости от условий среды могут иметь или окислительный, или бродильный тип обмена. Так, многие дрожжи способны при доступе воздуха окислять сахар до СО2 и Н2О, а в анаэробных условиях они вызывают спиртовое брожение. Сахар при этом превращается в этиловый спирт и углекислоту. К факультативно- анаэробным бактериям относятся представители родов Bacillus, Vibrio, Escherichia, патогенные бактерии из родов Salmonella, Shigella, Staphylococcus и др. В природе имеются микроорганизмы, удовлетворяющиеся небольшими количествами кислорода, - микроаэрофилы. Они лучше растут при парциальном давлении кислорода, значительно более низком, чем в воздухе. |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |  | Учебно-методический комплекс дисциплины «Концепции современного естествознания» Контрольный экземпляр находится на кафедре биохимии, микробиологии и биотехнологии |
| Учебно-методический комплекс учебной дисциплины «русский язык и культура речи» Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден и утвержден на заседании кафедры прикладной лингвистики и образовательных технологий... | | Учебно-методический комплекс дисциплины «основы психотерапии» Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «психическая саморегуляция» Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии | | Учебно-методический комплекс дисциплины «психопатология» Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «невропатология» Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии | | Учебно-методический комплекс дисциплины «психогенетика» Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии |
| Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии | | Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии |
| Учебно-методический комплекс дисциплины Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры психологии развития и инноваций | | Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак Учебно-методический комплекс дисциплины... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины «анатомия, физиология и патология... Учебно-методический комплекс обсужден и утвержден на заседании кафедры клинической и специальной психологии | | Учебно-методический комплекс дисциплины Туризм, утвержденного приказом Министерства образования и науки РФ от 20. 01. 2006 г. №739гум/бак. Учебно-методический комплекс обсужден... |
| Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований государственного образовательного стандарта высшего профессионального... | | Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании кафедры... Учебно-методический комплекс составлен на основании требований федерального государственного образовательного стандарта высшего профессионального... |
