Тема реферата: Микроорганизмы и окружающая среда.

Классификация микроорганизмов по отношению ко всем факторам.

Физические факторы.

Для жизнедеятельности микроорганизмов необходима влага, так как многие питательные вещества могут проникнуть в клетку только в растворенном состоянии.

Многие виды организмов хорошо переносят высушивание и способны сохраняться в жизнеспособном, хотя и не активном состоянии в течение длительного времени. Хуже переносят высушивание водные и патогенные микроорганизмы. В естественных условиях микроорганизмы в почве часто развиваются периодически в зависимости от влажности. Они приспособились к длительным периодам высушивания и даже вегетативные клетки могут сохранять жизнеспособность в течение нескольких лет. Особую роль играет поверхностное натяжение жидкости в водном растворе.

Оптимальная влажность для жизнедеятельности микроорганизмов – 60%, при 30% влажности обменные процессы замедляются, а при 15% жизнеспособны только грибы и актиномицеты. При недостатке влаги многие микробы впадают в состояние анабиоза, некоторые образуют цисты – покоящаяся клетка, покрытая толстой слизистой оболочкой, или спору.

Существуют осмофильные виды – любят высокое осмотическое давление (грибы, дрожжи) и галофильные виды, развиваются в насыщенных растворах соли.

Действие температуры испытывают все живые организмы, в том числе микроскопические. По отношению к температуре микроорганизмы делятся на мезофиллы, психрофилы, и термофилы.

Мезофиллы (мезо – средний) лучше всего приспособлены к существованию в интервале средних температур. Они могут нормально размножаться в пределах от 20 до 400С. В этой группе, как и в двух других, есть организмы, развивающиеся в более широком или более узком диапазоне температур, и указанный интервал нельзя считать строго ограниченным. К мезофиллам относится большая часть микроорганизмов.

Психрофилы (психрос – холод) приспособлены к существованию при пониженных температурах. Они нормально живут и размножаются при температуре от -8 до 40 С. Большинство психрофилов способно расти и при температурах, характерных для мезофиллов, поэтому их называют факультативными, то есть необязательными психрофилами. В отличие от факультативных облигатные (то есть обязательные) психрофилы погибают при температурах, близких к 300С. К психрофилам относятся некоторые почвенные и морские бактерии, а также виды патогенные для морских животных и растений. Некоторые психрофилы вызывают порчу продуктов, хранящихся при пониженных температурах.

Термофилы (термо – тепло) способны нормально существовать при температурах от 40 до 800С. Они обнаруживаются в горячих источниках, в молоке, почве, навозе. Они не погибают при пастеризации молочных продуктов, некоторые из них выдерживают 10-минутное нагревание при температурах 80-900С. Следует отличать выживаемость при какой-либо температуре и оптимальное значение температуры для жизнедеятельности микроорганизмов. Оптимум обычно лежит ближе к верхней границе температурного диапазона. При более высоких температурах процессы жизнедеятельности активируются, организмы быстрее растут и размножаются. Это связано с активацией работы ферментов при повышении температуры. Превышение границы температурного интервала, как правило, приводит к разрушению ферментов и к гибели вегетативных клеток. При температуре 700С большинство вегетативных клеток мезофиллов погибает в течение 1-5 мин, при температуре 630С - в течение 30 мин. Термофилы при такой температуре способны расти и размножаться. Причина повышенной термостабильности термофилов заключается, во-первых, в качественном и количественном своеобразии отдельных компонентов клеток (мембран, рибосом и особенно оболочек) и, во-вторых, в более быстром синтезе клеточных элементов. Благодаря последнему менее стабильные компоненты клетки, например РНК, быстро заменяются при разрушении. Адаптация микроорганизмов к повышенным температурам очень затруднена. Споры более устойчивы к нагреванию, чем вегетативные клетки, причем споры термофилов устойчивее, чем споры мезофиллов. При кипячении все вегетативные клетки погибают за несколько секунд, а споры многих видов микроорганизмов выдерживают кипячение в течение нескольких часов. Понижение температуры переносится микроорганизмами гораздо лучше, чем нагревание. У многих видов вегетативные клетки способны выдерживать однократное замораживание. Причину гибели клеток при замораживании многие исследователи видят в разрушающем действии кристаллов льда, образующихся в клетках. В случае быстрого замораживания (1 – 10с), когда вместо кристаллов в клетках образуется стекловидная ледяная масса, процент погибших клеток значительно снижается.

Влияние лучистой энергии. Лучистой называется энергия, распространяющаяся в пространстве с помощью электромагнитных волн. Наиболее длинноволновая часть ее – инфракрасные лучи – оказывает тепловое воздействие, но химических превращений не вызывает. Видимая часть спектра используется всеми фотосинтезирующими организмами, в том числе бактериями, в качестве источника энергии при фотосинтезе. Солнечные лучи – основной источник энергии для синтеза органического вещества на Земле. Недостаток излучения в видимой части спектра может служить препятствием для роста фотосинтезирующих микроорганизмов.

Коротковолновая часть спектра представлена ультрафиолетовым и ионизирующим излучением.

Ультрафиолетовые лучи имеют низкую проникающую способность, но они губительно действуют на нуклеиновые кислоты и белки клетки. Изменения, вызванные действием ультрафиолетовых лучей, если не приводят к гибели клетки, то передаются по наследству, что также свидетельствует об их способности воздействовать на нуклеиновые кислоты. Действие видимых лучей ослабляет воздействие ультрафиолетового излучения и даже способно до некоторой степени восстанавливать повреждения, вызванные ультрафиолетовыми лучами. Это явление носит название реактивации.

Ультрафиолетовые лучи используются для стерилизации воздуха в помещениях медицинских учреждений, лабораторий, складов пищевых продуктов. В процессе эволюции у микроорганизмов, обычно подвергающихся воздействию солнечной радиации, выработались приспособления, направленные на защиту от воздействия ультрафиолетовых лучей. К таким приспособлениям относятся пигменты. Большинство бактерий, находящихся в воздухе, имеют пигменты. Пигментированы и все фотосинтезирующие бактерии.

Ионизирующие излучения, к которым относятся электромагнитное α-частиц, электронов, позитронов и других частиц, обладают высокой проникающей способностью и губительно действуют на живые организмы. При более слабом воздействии они вызывают мутации в клетке. Механизм действия ионизирующих излучений связан с тем, что под их влиянием в клетке образуется большое количество свободных радикалов, обладающих высокой реакционной способностью и поэтому вызывающих разрушительные химические изменения в нуклеиновых кислотах и других компонентах клетки. Изменения, вызванные ионизирующими излучениями, могут проявиться в последующих поколениях клеток. Они необратимы.

Ряд микроорганизмов обладают защитными приспособлениями против ионизирующих излучений. Механизм их защитных реакций тщательно изучается с целью изыскания возможности использования его для защиты человека от воздействия радиационного облучения.

Влияние осмотического давления. Поверхностная мембрана клетки избирательно пропускает растворенные в воде вещества. Вода проходит через мембрану с большой легкостью. Если в клетку поместить раствор солей, концентрация которого выше концентрации солей внутри клетки, то вода из клетки начнет переходить в окружающую среду. Этот процесс, который называется осмосом, будет продолжаться до тех пор, пока осмотическое давление внутри и снаружи клетки не выровняется. Потеря растительной клеткой воды из вакуоли приводит к тому, что протопласт внутри клетки сокращается и отстает от оболочки. Это явление носит название плазмолиса. Плазмолис может привести к гибели клетки.

Большинство гнилостных бактерий прекращают свое развитие в 5-10%-ном растворе хлористого натрия. Этим широко пользуются для консервирования пищевых продуктов. Существуют бактерии, приспособившиеся к условиям повышенной концентрации поваренной соли в растворе. Это специфические бактерии, развивающиеся в тузлуках (рассолах) и способные выдерживать концентрацию соли до 25-30%, а также бактерии, живущие в солончаках.

Многие бактерии способны до некоторой степени приспосабливаться к изменению осмотического давления. Защитный механизм заключается в повышении осмотического давления внутри клетки или за счет проникающих в клетку минеральных солей, или в результате гидролиза резервных веществ цитоплазмы.

При помещении клетки в раствор дистиллированной воды наблюдается обратный процесс: молекулы воды устремляются внутрь клетки. Давление на оболочку изнутри возрастает, клетка разбухает. Это явление носит название плазмоптиза. Плазмоптиз может привести к разрыву оболочки и к гибели клетки.

Таким образом, и слишком повышенная концентрация солей, и вода, полностью лишенная солей, малопригодны для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов.

Химические факторы.

Активная реакция среды и окислительно – восстановительный потенциал. Подавляющее большинство бактерий предпочитает нейтральную среду и не может существовать при рН ниже 4 и выше 9. Но отдельные виды бактерий способны нормально развиваться в кислых и щелочных средах. Так, Pseudomonas radiobacter растет в средах при рН 10, холерный вибрион также предпочитает щелочные среды: он нормально развивается и лучше сохраняется при рН 9. Бактерия, участвующая в круговороте серы, - Thiobacillus thiooxydans – напротив, устойчива к кислой реакции среды, для нее оптимальное значение рН 2-4.

Кислую реакцию среды хорошо переносят многие низшие грибы и дрожжи. Они хорошо растут при рН 4-5, при этом следует иметь в виду, что некоторые грибы хорошо растут и при рН 8-10.

Для некоторых организмов способность жить при низких значениях рН служит приспособлением для защиты от других бактерий. Это относится, например, к уксуснокислым бактериям. Другие группы микроорганизмов, выделяющие кислые продукты в среду, сами угнетаются чрезмерным подкислением, в результате чего их рост прекращается.

Изменение реакции среды может служить хорошим примером активного воздействия микроорганизмов на среду обитания. Многие организмы способны до некоторой степени менять свой обмен так, чтобы нейтрализовать продукты, вредно отражающиеся на их жизнедеятельности. Так, многие бактерии, получающие энергию в процессах брожения, при накоплении в среде кислых продуктов – органических кислот – переходят к синтезу нейтральных продуктов – спиртов.

В живых системах, в том числе в культурах микроорганизмов, постоянно идут окислительно-восстановительные реакции. При этом одно вещество, теряя электроны, приобретает положительный заряд и окисляется, а другое, приобретая электроны, заряжается отрицательно и восстанавливается.

Насыщенность среды кислородом – один из самых важных факторов, влияющих на рост и развитие микроорганизмов. Недостаток кислорода в среде часто служит причиной угнетения роста микроорганизмов.

Поверхностно-активные вещества, жирные кислоты. Большое количество СПАВ приводит к нарушению кислородного режима, подавляя процесс переноса кислорода в клетки живых организмов и тем самым создавая неблагоприятные условия для их развития.

Жирные кислоты – повреждают клеточную стенку.

Фенол, крезол и их производные – повреждают клеточную стенку и белки цитоплазмы.

Акридиновые вещества (зеленка, метиленовая синь)- влияют на деление клетки.

Тяжелые металлы – и их соли действуют на микроорганизмы как токсиканты, угнетая их окислительную способность.

Биологические факторы.

Ферменты или энзимы, играют большую роль в жизни любого организма. Ферменты ускоряют химические реакции, протекающие в организме, но при этом не расходуются и не входят в состав конечных продуктов, то есть ведут себя как типичные катализаторы. Они и являются катализаторами, синтезированными живой клеткой, т. е. биокатализаторами. Ферменты могут быть выделены из клетки в кристаллическом виде и подвергнуты детальному изучению.

Антибиотики, влияют на микроорганизмы бактерицидно – убивают, или бактериостатически – замедляют рост и развитие микробов.

Список используемой литературы:

Э К. Голубовская «Биологические основы очистки воды» М.: Высшая школа, 1978г. -271с.