Контрольная работа по "Биологии"

Оглавление

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Превращение  целлюлозы в аэробных и анаэробных  условиях. Возбудители, химизм, значение  в природе и практике.

Огромное значение в круговороте углерода имеет расщепление целлюлозы (клетчатки). В состав целлюлозы входит более 50 % всего органического углерода биосферы. Целлюлоза - наиболее широко распространенное вещество растительных клеток. Она составляет 45-80 % сухого веса растений. По химической природе целлюлоза - полисахарид, состоящий из цепочек глюкозы по 100-200 молекул. Они объединяются в пучки фибрилл, которые покрываются общей оболочкой, пропитанной воском и пектином, составляя целлюлозные волокна.

Целлюлоза представляет собой очень стойкое органическое соединение и может быть разрушена только при действии сильных химических окислителей. Но в природе она довольно интенсивно разрушается широко распространенными микроорганизмами, впервые описанными в. Л. Омелянским в 1899 г. Эти микроорганизмы образуют ферменты целлюлозы. Они расщепляют целлюлозу до глюкозы или до дисахарида целлобиозы.

Различают аэробное и анаэробное расщепление целлюлозы. В аэробных условиях большая часть целлюлозы окисляется до углекислоты и воды и лишь незначительное количество ее окисляется не полностью и входит в состав гумуса. В аэробных условиях ведущая роль в разложении целлюлозы принадлежит грибам. Это часто встречается в кислых почвах и при разложении целлюлозы древесных растений, где она инкрустирована лигнином. Высокой целлюлолитической активностью характеризуются грибы родов fusarium, chaetomium, botrytis, rhisoctonia. Возбудителями аэробного окисления целлюлозы являются и бактерии родов cytophaga и sporocytophaga (пор. Cytophagales), миксобактерни родов myxococcus, archangium и polyangium, а также сходные с псевдомонадами бактерии группы cellvibrio. Все они широко распространены в природе.

Бактерии рода cytophaga были выделены в чистую культуру с. Н. Виноградским в 1919 г. Они имеют форму довольно длинных (3-8 мкм) палочек с заостренными концами. При развитии на клетчатке (фильтровальной бумаге) они образуют желтый пигмент разных оттенков. В отличие от этих бактерий представители рода sporocytophaga образуют цисты.

Целлюлозоразрушающие бактерии способны вызывать гидролиз целлюлозы только при непосредственном контакте с ней. Внеклеточных целлюлаз в культуре данных бактерий не обнаружено.

В анаэробных условиях разложение клетчатки осуществляют мезофильные бактерии вас. Omelianskii, некоторые кокки и термофильные клостридии. Они характеризуются строгой приуроченностью к использованию целлюлозы. Например, ci. Thermocellum разаивается на синтетических средах только при наличии целлюлозы или целлобиозы; глюкозу и другие углеводы этот микроорганизм не использует. Разложение целлюлозы в анаэробных условиях идет по типу брожения. Вначале под действием целлюлаз происходит внеклеточный гидролиз. Затем продукты гидролиза - глюкоза и целлобиоза - сбраживаются, образуя различные вещества: уксусную, масляную, молочную и муравьиную кислоты, углекислоту и молекулярный водород. В смешанных культурах эти кислоты под действием метанобразующих бактерий подвергаются метановому брожению, в результате чего образуется метан. Метановое брожение часто протекает одновременно с брожением целлюлозы.

Анаэробные целлюлозоразрушающие бактерии широко распространены в природе. Развитие их часто осуществляется в симбиозе с другими микроорганизмами, называемыми спутниками.

Целлюлозные микроорганизмы выполняют огромную санитарную роль, разлагая клетчатку отмерших растений, благодаря чему в почве накапливается  гумус, повышающий ее плодородие. 
Для ветеринарии среди грибов, разрушающих клетчатку, особое значение имеет Stachybotris alternans, вызывающий тяжелое заболевание животных. 
Весьма вредоносный разрушитель одревесневшей клетчатки (древесины) — домовой гриб Merulium lacrymans. Этот гриб, разрастаясь в древесине, приводит ее в полную негодность (трухлое состояние), разрушая деревянные постройки, особенно потолки и полы в животноводческих помещениях.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Влияние  влажности и различных концентраций  соли и сахара на развитие микроорганизмов. Состояние тургора, плазмолиза и плазмоптиза бактериальной клетки.

 

Ни один из экологических факторов не определяет в такой мере развитие микроорганизмов, как влажность. Обмен веществ, биосинтез клеточных структур, т е. все биохимические реакции возможны только в водной среде. В среде, лишенной влаги, прекращается питание, так как в сухом виде питательные вещества не могут транспортироваться в клетку. Влажность определяет доступность питательных элементов для микроорганизмов. Особенно нуждаются во влаге клетки, находящиеся в стадии роста.

Микроорганизмы характеризуются различной чувствительностью к недостатку влаги. Наибольшей чувствительностью отличаются нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии. Некоторые микроорганизмы более устойчивы к пониженному содержанию влаги. В высушенном состоянии они могут сохранять жизнеспособность продолжительное время. Устойчивость к высушиванию у разных видов микробов весьма различна. Так, например, гонококки и холерный вибрион переносят высушивание в течение 2 дней, туберкулезная палочка - в течение 90 дней. Особенно высокой устойчивостью к высушиванию характеризуются споры микробов.

Микроорганизмы в высушенном состоянии остаются бездеятельными, так как при отсутствии влаги у них прекращаются или предельно замедляются все процессы метаболизма - происходит торможение жизнедеятельности, наступает так называемое состояние анабиоза. В этом состоянии у микроорганизмов обмен веществ сведен до минимума, но жизнеспособность клеток сохраняется. При последующем увлажнении таких микроорганизмов все функции жизнедеятельности восстанавливаются.

Микроорганизмы в природе часто подвергаются обезвоживанию при контакте с сухой почвой, сухим воздухом или сухими растительными остатками. В северных и средних широтах в зимний период клетки микроорганизмов теряют часть воды в результате замораживания.

В практике высушиванием пользуются для консервирования овощей, фруктов и различных лекарственных трав. Для сохранения производственных и музейных культур микробов, живых прививочных препаратов (вакцин) широко применяется высушивание путем замораживания в условиях вакуума (лиофильная сушка). Микробы при этом переходят в состояние анабиоза, стойко и длительно сохраняя свои свойства.

Химические соединения различной природы, воздействуя на микроорганизмы, могут вызывать три эффекта: стимулирующий, бактериостатический и бактерицидный. Стимулирующий эффект наблюдается в тех случаях, когда соединение служит питательным субстратом для микроорганизма. Потребление его стимулирует рост и размножение. Если вещество подавляет рост, а после удаления его рост микроорганизма возобновляется, то такое действие называется бактериостатическим (задерживающим) или в более широком плане - микробостатическим (от греч. stasis - остановить). Бактерицидным является действие любого вещества, убивающее бактерии.

К микробостатическим агентам, которые ограничивают рост нежелательной микрофлоры в продуктах питания, косметических средствах и других, относятся консерванты. Данные вещества не должны обладать токсичными, мутагенными или капцер01сппыми свойствами по отношению к организму человека. Наименее токсичными и чаще других применяемыми консервантами являются поваренная соль и сахар. Их добавление в продукты уменьшает концентрацию свободной воды и тем самым ограничивает развитие микрофлоры.

Сахара в зависимости от концентрации также действуют неодинаково на одни и те же виды микроорганизмов. При сравнительно низком содержании сахар (0,5-2 %) стимулирует их развитие и служит источником энергии. Повышение концентрации сахара до 20-40 % повышает осмотическое давление раствора и в результате оказывает бактериостатическое действие на клетки. Это послужило основанием для использования сахара в пищевой промышленности (консервирование фруктов, приготовление сиропов, джемов, варенья).

Концентрация веществ, растворенных в окружающей среде, т. е. осмотическое давление, также оказывает большое влияние на жизнеспособность микроорганизмов: чем концентрированнее раствор, тем труднее клетке поглощать из него воду. Цитоплазматическая мембрана клетки представляет собой не что иное, как полупроницаемую мембрану и способна пропускать молекулы воды в любом направлении. Направление диффузии молекул воды зависит от концентрации веществ внутри клетки и во внешней среде. Если концентрация веществ внутри клетки выше, чем во внешней среде, то вода будет поступать из внешней среды в клетку до уравнивания концентрации. Если концентрация веществ в клетке меньше, чем во внешней среде, то вода будет выходить из клетки во внешнюю среду до того момента, пока концентрации не станут одинаковыми. Растворы, достигшие равновесия концентраций, называются изотоническими.

Когда два раствора с разной концентрацией растворенных веществ разделены полупроницаемой  мембраной, на нее действует сила, направленная от более разбавленного к более концентрированному раствору. Эта сила, называемая осмотическим давлением, может быть очень значительной. В дереве, например, под действием осмотического давления растительный сок поднимается от корней до самой верхушки. Но в дереве движение концентрированного раствора, каким является растительный сок, ничем не ограничено. Если же подобный раствор находится в замкнутом пространстве, например в микробной клетке, то осмотическое давление может привести к разрыву клеточной стенки. За регуляцию осмотического давления внутри микробной клетки отвечает цитоплазматическая мембрана. Именно по этой причине можно обеспечить сохранность микроорганизмов только в изотоническом растворе.

В норме у бактериальных клеток коллоиды цитоплазмы находятся в набухшем состоянии благодаря постоянному притоку воды к клетке. В результате цитоплазма плотно прилегает к оболочке. Такое явление называют тургором бактериальной клетки. Если поместить бактерию в гипертонический раствор, то наступает резкое обезвоживание бактериальной клетки, в результате чего протоплазма отходит от оболочки. Такое явление носит название плазмолиз. У различных микроорганизмов плазмолиз проявляется в различной степени. К нему особенно устойчивы стафилококки, сарцины, сенная бацилла. Легко подвергаются плазмолизу бактерии из группы пастерелл, энтеробактерии, сибиреязвенная бацилла.

Если поместить бактерии в гипотонический раствор, то происходит обратный процесс, характеризующийся  проникновением воды внутрь клетки, что приводит к разбуханию содержимого клетки, клетка приобретает форму шара и происходит разрыв оболочки. И плазмолиз, и плазмоптиз, как правило, влечет за собой гибель клетки.

Однако некоторые микроорганизмы способны нормально развиваться в достаточно концентрированных растворах. Такие микроорганизмы называют осмофильными. Осмофильные микроорганизмы, для которых фебуется высокое содержание NaCl, получили название галофильных. К экстремальным гало-филам относятся бактерии из родов Hcdobacterium и Halococcus, живущие в растворах NaCl при концентрациях, близких к насыщающим. У таких бактерий концентрация солей в цитоплазме равна концентрации внешнего расгвора, однако в клетках преобладает не натрий, а калий. Белки галофильных бактерий отличаются по строению от таковых иега-лофильных: содержание кислотных групп в них преобладает над основными. Эти кислотные группировки нейтрализуются катионами. Высокие концентрации солей необходимы галофилам для поддержания каталитической активности ферментов, егабилизации мембран и рибосом. Гало-фильиые бактерии обнаружены в соленых озерах, в солончаковых почвах. Они обычно вызываюг порчу соленой рыбы и мяса.

 

Список литературы

 

1. Колешко О.И., Завезенова  Т.В. Микробиология с основами  вирусологии. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1999. – 452 с.

2. Лысак В.В. Микробиология. Минск: БГУ, 2007. – 426 с.