Сартакова О.Ю. Промышленная микробиология

Подождите немного. Документ загружается.

Для индикации определённого вида бактерий в исследуемую воду

помещают небольшое количество определённого вида бактериофага и

через некоторое время определяют изменение числа бактериофагов в

определённом объёме жидкости – титр фага. Возрастание этого пока-

зателя указывает на присутствие в воде определённого вида бактерий.

Бактериофаги встречаются в воде водоёмов, сточных водах, поч-

ве, то есть

там, где живут сопутствующие им виды микроорганизмов.

Бактериофаги играют определённую роль в формировании биоценозов

в природных водах.

1.3.4 Бактерии

Большинство из них являются одноклеточными формами. Размер

клеток бактерий обычно изменяется от 0,4 до 10 мкм. По форме клеток

бактерии делятся на группы (рис. 9): шаровидные, палочковидные и

извитые.

Среди бактерий шаровидной формы, кокков

, имеются разновид-

ности, отличающиеся порядком расположения клеток. Если после де-

ления клетки отходят друг от друга, то образуются одиночные клетки –

микрококки. При делении, происходящем в одном направлении, кокки

могут оставаться соединёнными попарно, образуя диплококки, объе-

диняться по четыре – тетракокки, по восемь и более клеток. Кокки,

соединённые в цепочку, называются стрептококками

. При делении

клеток в трёх взаимно перпендикулярных направлениях происходит

образование групп клеток, отличающихся плотной упаковкой – сар-

цин. Если же деление клеток идёт беспорядочно, то образуются груп-

пы бактерий, напоминающих по внешнему виду виноградную гроздь –

стафилококки. Из кокковых форм бактерий в процессе минерализа-

ции органических веществ активно участвуют представители родов

Micrococcus, Sarcina, Streptococcus, и

др.

Палочковидные формы бактерий также могут быть одиночными,

располагаться попарно или в виде цепочки. Средняя длина палочко-

видных бактерий составляет 2 – 7 мкм при диаметре 0,5 – 1 мкм. Среди

палочковидных бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Ор-

ган движения – жгутик. Палочковидные формы могут иметь утолще-

ние в различных частях клеток - споры. У некоторых видов

диаметр

споры превышает ширину клетки, что придает ей форму веретена или

барабанной палочки в зависимости от места расположения споры. Ве-

ретенообразные спороносные бактерии называются клостридиями (от

англ. closter – веретено). Другие спороносные бактерии называются

бациллами. Все палочковидные формы, не образующие спор, называ-

ются бактериями.

Рисунок 9 - Разнообразие бактерий

1 — кокк; 2 — диплококк; 3 — сарцина; 4 —стрептококк;

5 — колония сферической формы: 6 — палочковидные бактерии

(одиночная клетка и цепочка клеток); 7 — спириллы; 8 — вибрион;

9 —бактерии, имеющие форму замкнутого или незамкнутого

кольца;10 — бактерии, образующие выросты (простеки);

11 — бактерия червеобразной формы; 12 — бактериальная клетка

в форме шестиугольной звезды; 13 — представитель

ктиномицетов; 14 — плодовое тело миксобактерии;15 — нитчатая

бактерия рода Caryophanon

с латерально расположенными

жгутиками: 16 — нитчатая цианобактерия, образующая споры

(акинеты) и гетероцисты; 8, 15, 17, 18 — бактерии с разными

типами жгутикования; 19 — бактерии, образующая капсулу;

20 — нитчатые бактерии группы Sphaeroillus, заключенные в

чехол, инкрустированный гидратом окиси железа; 21 — бактерия,

образующая шипы; 22 — Galionella

Извитые формы отличаются количеством витков. Бактерии,

имеющие небольшой изгиб - до ¼ витка, называются вибрионами; с

одним или несколькими витками – спириллами; длинные, тонкие

клетки с большим количеством витков – спирохетами. Длина клетки

вибрионов не превышает 1 – 3 мкм. Длина тела спирилл колеблется от

5 до 30 мкм при толщине 0,25 – 1 мкм. Характерной особенностью

спирохет является крайне малый диаметр

клетки (от 0,1 до 0,6 мкм)

при относительно большой (от 5 до 500 мкм) длине тела. Все извитые

бактерии двигаются с помощью жгутиков. В отличие от спирилл кле-

точная оболочка спирохет эластична, благодаря чему они способны

двигаться, винтообразно изгибая тело. Размножаются спирохеты деле-

нием клетки.

Несколько особняком стоят нитчатые бактерии, представляю-

щие собой длинные

нити из соединенных вместе палочковидных кле-

ток, покрытых общим чехлом. Наиболее крупные их виды различимы

невооружённым глазом, диаметр нити составляет 1-5 мкм. Эти орга-

низмы отличаются от обычных бактерий только своими размерами. В

отличие от описанных выше форм бактерий, нитчатые бактерии явля-

ются многоклеточными организмами. В пределах нити, как и у осталь

ных бактерий, клетки размножаются простым делением. Нитчатые

бактерии – типичные водные организмы, бывают свободно плавающи-

ми и прикреплёнными. Нитчатые бактерии размножаются при помощи

гонидий и конидий – особых спороподобных овальных телец, возни-

кающих из концевых клеток нити. Гонидии – подвижные тельца,

имеющие жгутики. Конидии – неподвижные клетки. Гонидии и кони-

дии созревают в материнской

нити и отслаиваются от основной обо-

лочки через образовавшееся к этому времени в конечной клетке отвер-

стие. Те и другие могут и давать начало новой нити. Гонидии некото-

рых бактерий образуют новую нить простым делением, прикрепляясь к

подводным предметам. Они могут иногда прорастать, не выходя из ма-

теринской нити, тогда

происходит как бы ветвление нитей.

Оба эти спороподобных образования устойчивы к высыханию,

действию солнечного света и некоторых слабых дезинфицирующих

веществ, но чувствительны к нагреванию.

К нитчатым формам бактерий относятся серобактерии и железо-

бактерии. У некоторых нитчатых железобактерий нити покрыты слизи-

стой оболочкой, которая представляет собой футляр или чехол, напол-

няющийся гидроксидом

железа. Нитчатые бактерии приносят вред во-

доснабжению тем, что колонии железобактерий и продукты их жизне-

деятельности заиливают трубы, затрудняя протекание по ним жидко-

сти. Серобактерии в процессе своей жизнедеятельности выделяют сер-

ную кислоту, которая вызывает сульфатную агрессивность воды, при-

водящую к разрушению железобетонных и деревянных конструкций.

В особую группу выделяются миксобактерии, которые близки к

истинным бактериям, имеют палочковидную форму. На раннем этапе

развития они представляют собой овальные, заострённые к концам

клетки с обособленным ядром

. После размножения клетки образуют

слизистые колонии.

1.3.4.1 Спорообразование у бактерий

Спора – это покоящаяся стадия спорообразующих видов бакте-

рий. Некоторые палочковидные бактерии, попав в неблагоприятные

условия, образуют внутри своих клеток тельца округлой или эллипти-

ческой формы, получившие название спор. На образование их затрачи-

вается почти всё содержимое протоплазмы. Сначала образуется про-

спора, которая затем превращается в спору. Процесс образования спо-

ры занимает от 40-50 мин. до нескольких часов, а иногда затягивается

на целые сутки. Спороносные клетки теряют способность к размноже-

нию. После созревания споры остатки вегетативной клетки отмирают и

разрушаются. Наружная оболочка – экзина становится малопрони-

цаемой для воды и растворённых в ней веществ

. Внутренняя оболоч-

ка – интина играет важную роль в прорастании споры. Из неё строит-

ся оболочка для новой вегетативной клетки. Вода в споре находится в

особом состоянии, ферменты малоактивны, оболочка ограничивает

обмен спор с внешней средой – всё это позволяет спорам сохраняться в

жизнеспособном состоянии десятки и сотни лет. Следовательно, спора

является

устойчивой формой бактерии к неблагоприятным усло-

виям внешней среды. Например, при кипячении речной воды погиба-

ют все бактериальные клетки, кроме спорообразующих. Споры не по-

гибают при высушивании, замораживании, действии прямых солнеч-

ных лучей и сильных химических ядов. Погибают споры при стерили-

зации их в автоклавах (120 - 140˚С). Однако одни и те

же бактерии об-

разуют споры различной устойчивости и часть спор можно убить дли-

тельным кипячением. Когда спора попадает в благоприятные условия,

она начинает прорастать. При этом она набухает, становится богаче

водой, увеличиваясь почти в два раза. Наружная оболочка разрывается

и через образовавшееся отверстие выходит проросток. У некоторых

бацилл активизация ферментов и

формирование вегетативной клетки

завершается за 40-50 минут. Иногда при накапливании в среде ядови-

тых веществ, спороносные бациллы могут утратить способность к спо-

рообразованию.

1.3.4.2 Движение бактерий

Некоторые представители группы бактерий способны передви-

гаться. Передвижение осуществляется с помощью жгутиков. Только

подвижные спирохеты перемещаются ритмичными колебаниями всего

тела. Жгутики – цитоплазматические выросты, не втягивающиеся

внутрь при плазмолизе. Скорость движения - 10-20 мкм/с. По распо-

ложению жгутиков подвижные

бактерии делят на четыре груп-

пы:

1) монотрихи, имеющие один полярный жгутик;

2) амфитрихи, имеющие по одному жгутику на обоих концах

клетки;

3) лофотрихи, имеющие жгутики на одном или обоих концах

клетки;

4) перетрихи, имеющие жгутики, расположенные по всей по-

верхности клетки.

Иногда у бактерий чередуются подвижные и неподвижные ста-

дии. Например, нитритные бактерии, окисляющие азот аммонийных

солей в соли азотистой кислоты, попав в свежую питательную среду,

развиваются в виде неподвижных коротких палочек. При истощении

питательной среды они переходят в подвижную форму, у них появ-

ляется жгутик. В этом виде нитритные бактерии усиленно окисляют

оставшиеся аммонийные соли. Затем они теряют жгутики

и оседают на

дно, образуя плотные зооглеи. У нитратного микроба, возбудителя вто-

рой фазы нитрификации, известна лишь неподвижная стадия.

1.3.4.3 Размножение бактерий

Размножение бактерий происходит делением клетки пополам.

Вначале в середине тела бактерии появляются выросты, которые затем

кольцеобразно вдавливаются внутрь клетки и делят её пополам. Мик-

собактерии размножаются путём перешнуровывания

клетки без об-

разования клеточной перегородки. Каждая половинка быстро выраста-

ет до размеров материнской клетки и снова делится пополам. При бла-

гоприятных условиях размножение идёт очень быстро. Считают, что

бактерия делится пополам каждые 20-30 минут. Микробы обладают

очень большой удельной поверхностью, то есть поверхностью, прихо-

дящейся на единицу массы. У человека общая поверхность 1 кг массы

составляет 0,04 м

, у бактерий суммарная поверхность 1 кг массы рав-

на 4000 м

. Этим определяется высокая активность бактерий и их чрез-

вычайная чувствительность к изменению условий существования.

1.3.4.4 Питание бактерий

Бактерия не имеет специальных органов пищеварения. Все необ-

ходимые вещества попадают в клетку путём осмотического всасы-

вания через мельчайшие поры клеточной оболочки. Микробная клетка

в момент акта питания выделяет в среду биологические катализаторы

–

ферменты, которые растворяют питательные вещества до состояния,

позволяющего им пройти через клеточную оболочку. Поступившие в

клетку питательные вещества используются для синтеза белков, жиров

и углеводов. Часть их идёт на рост клетки, другая расходуется в про-

цессе дыхания. Вещества, которые не могут быть использованы клет-

кой, переводятся в растворимое состояние и

выбрасываются через по-

ры клетки в среду.

1.3.4.5 Типы питания

По типу питания микроорганизмы подразделяют на:

1) Автотрофы (autos – сам; trophe – пища) – микроорганизмы,

использующие в качестве источника питания углерод неорганических

соединений. Они в свою очередь подразделяются на:

• фотоавтортрофы – получают энергию при фотосинтезе;

• хемоавтотрофы - энергию получают при хемосинтезе (окис-

ление NH

; O

; S; Fe

);

2) Гетеротрофы (heteros – другой) – микроорганизмы для син-

теза своего тела требуют готовые органические вещества;

3) Паратрофы (паразиты) – нуждаются в живом белке, то есть

питаются органическим веществом, входящим в состав живого орга-

низма.

1.3.4.6 Систематика бактерий

Для систематики бактерий наряду с морфологическими призна-

ками, используются и физиологические, например, способность расти

на различных

питательных средах, отношение к источникам углерода и

азота, потребность в кислороде. Систематика бактерий производится

на основании определённых признаков у группы микроорганизмов.

Для выделения бактерий в определённую группу необходимо тща-

тельное изучение морфологии, способности к перемещению, спо-

рообразованию. Отличительным признаком служит отношение клетки

к окрашиванию в зависимости от химического состава оболочки клет-

ки. Наиболее употребительным методом дифференциации клеток ми

кроорганизмов является окрашивание по Грамму. Сущность метода

заключается в выяснении возможности удерживания клеткой красите-

ля, состоящего из комплекса кристаллический фиолетовый – йод, при

последующей обработки препарата спиртом. Этим методом выделяют

две группы микроорганизмов: грамположительные, сохраняющие

окраску, и грамотрицательные, обесцвечивающиеся при обработке

препарата спиртом.

Наименьшей систематической единицей является вид. Основа

концепции вида –

критерий скрещиваемости. Вид – это группа особей,

репродуктивно изолированная от других таких групп. Род объединяет

близкие по морфологическим и физиологическим признакам микроор-

ганизмы, но имеющие некоторые особые черты, например, разный

цвет колоний, вырастающих на питательных средах. Роды объединя-

ются в семейства, а семейства – в группы. Группы объединяются в

царство.

Латинское название

микроорганизма состоит из названия рода

(первое слово пишется с прописной буквы) и вида. Например, Bacteria

coli. Первое слово указывает на то, что кишечная палочка относится к

грамотрицательным бактериям, имеет небольшую длину клетки, не об-

разует спор, а название вида указывает на её естественную среду оби-

тания.

В 1870 г. была сделана попытка объединить

бактерии по видам.

По этому вопросу существовало две точки зрения. Одна получила на-

звание мономорфизма. В её основе лежало представление о том, что у

бактерий имеются хорошо разграниченные виды, отличающиеся

большим постоянством.

Второе направление – полиморфизм – допускало более широкие

границы для видовой изменчивости и не считало виды бактерий столь

резко разграниченными.

Сторонники этой теории полагали, что в зави-

симости от условий выращивания бактерии могут резко изменять свои

морфологические и физиологические особенности.

Работы Роберта Коха примерили эти две полярные точки зрения.

Он доказал, что у бактерий существуют строго разграниченные виды.

Но также и то, что бактерии легко изменяют свои свойства в зависи-

мости от состава среды и под влиянием различных физических, хими-

ческих и биологических факторов. Условия жизни накладывают опре-

делённый отпечаток на морфологию и физиологию микроорганизмов и

вызывают их адаптацию, что может привести к образованию новой

разновидности, или штамма.

Например

, длительное воздействие климатических условий при-

водит к образованию географических рас бактерий, обладающих опре-

делённым комплексом признаков, устойчиво передающихся по наслед-

ству. Бактерии северных морей лучше развиваются при температуре до

10˚С в среде, содержащей соли. Большинство бактерий живёт в средах

с концентрацией солей до 1%. Морские бактерии требуют для своего

развития

концентрацию солей до 10%. В Закавказье живут бактерии,

приспособившиеся к концентрации солей 36%. Группа микробов, жи-

вущая в водах с высокой концентрацией солей, называется галлофила-

ми.

Из всех микроорганизмов наиболее лёгкой изменчивости подвер-

жены вирусы. Изменчивость вирусов объясняется их паразитизмом.

Они слабо защищены от внешних воздействий, поэтому легко претер-

певают изменения.

1.3.5 Актиномицеты

Актиномицеты – лучистые грибы – занимают промежуточное

положение между бактериями и грибами. Вегетативное тело их назы-

вается мицелием. Нити мицелия образуют гифы диаметром 0,2-1,5

мкм. Типичные актиномицеты имеют одноклеточный разветвлённый

мицелий, не содержащий обособленных ядер. Одна часть мицелия об-

разуется в питательной среде (субстратный мицелий), а другая вы-

ступает над ней (воздушный

мицелий). На поверхности воздушного

мицелия образуются спороносцы. Размножаются актиномицеты деле-

нием мицелия и спорами. К актиномицетам близки микобактерии,

представляющие собой одиночные палочковидные клетки, иногда вет-

вящиеся. Спор они не образуют. Некоторые представители актиноми-

цетов (род Micromonospora) не имеют воздушного мицелия и образуют

по одной споре на субстратном мицелии. Основной средой обитания

актиномицетов

является почва. Они участвуют в трансформации мно-

гих органических веществ. Развитие их идёт в присутствии кислорода.

Источником питания служат органические вещества. Продукты жизне-

деятельности актиномицетов, особенно в условиях затруднённой аэра-

ции, могут вызывать появление запахов и привкусов у воды.

1.3.6 Грибы

Грибы относятся к бесхлорофилловым растениям. Они обитают в

почвах, воде, на растениях и животных, на очистных сооружениях.

Клетки грибов подобны клеткам других растений, но не содержат пла-

стид. У грибов основным систематическим признаком

служат органы

плодоношения и споры. В водной среде грибы редко образуют органы

плодоношения и потому распознавание водных грибов часто затрудни-

тельно. Грибы, встречающиеся в пресных водоёмах, имеют мицелий

(грибницу). Он может быть одноклеточным и многоклеточным. Од-

ноклеточные грибы имеют мицелий, представляющий собой одну

очень длинную клетку, не разделённую перегородками. В

этой клетке

содержится большое количество ядер. Такой мицелий называется мно-

гоядерным.

У грибов наблюдается многообразие способов размножения. Они

могут размножаться простым делением, почкованием, с помощью спор

и половым путём, с помощью обрывков гиф.

Плесневые грибы (Aspergillum и Penicillium) имеют многоклеточ-

ный мицелий, размножаются спорами. Грибы, развивающиеся в виде

одноклеточных элементов, называются дрожжами (

рис.10). Они раз-

множаются чаще всего почкованием, реже делением и с помощью

спор. Резко разграничивать дрожжи от плесени нельзя. Некоторые из

них могут расти и в виде дрожжей и в виде нитей с образованием ми-

целия. Это зависит от внешних условий среды. Например, низкие тем-

пературы благоприятствуют образованию плесени, тогда как

некото-

рые вещества, входящие в состав питательных сред, и кислород спо-

собствуют развитию дрожжеподобных клеток. Существуют различные

вещества, например, сивушные масла, ионы кобальта, камфара и др.,

способствующие переходу из дрожжеподобной формы в мицелярную.

Дрожжи и плесени отличаются от простейших наличием толстой твёр-

дой клеточной оболочки. У дрожжей оболочка состоит из

целлю-

лозы, а у плесеней – из хитина и родственных ему веществ. Кроме

этого, они отличаются способом питания, отсутствием подвижности,

вегетативным способом роста – рост происходит непрерывно независи-

мо от размеров, и характерной морфологии. Дрожжи и плесени обла-

дают высокой ферментативной активностью, что используется в про-

мышленности и санитарной технике. Некоторые виды дрожжей

вызы-

вают брожение с выходом ценных продуктов, например спиртов, аце-

тонов, а другие разрушают органические вещества растительных и жи-

вотных остатков. Плесени используются для получения антибиотиков.

А Б

А. Плесени: 1 – Aspergillus; 2 – Penicillium; Б. Дрожжи

Рисунок 10 – Микроскопические грибы

1.3.7 Водоросли

Характерный признак водорослей - наличие зелёного пигмента

хлорофилла. Кроме хлорофилла, водоросли могут содержать следую-

щие пигменты: синий - фикоциан, бурый - фукоксантин, красный -

фикоэритрин, оранжевые - каротин и ксантофилл. Дополнительные

пигменты влияют на цвет водорослей и служат важным систематиче-

ским признаком. Водоросли

подразделяются на несколько типов. Ти-

пичные представители микроскопических водорослей представлены на

рисунке 11.

Зелёные водоросли – широко распространены в поверхностных

водоёмах. Среди них встречаются одно-, многоклеточные и колониаль-

ные формы. Пигменты сосредоточены в особых плазменных телах раз-

личной формы – хроматофорах. Размножаются делением цитоплазмы с

образованием дочерних клеток или половым путём. Некоторые виды

размножаются

путём образования подвижных спор. Колонии образу-

ются в результате бесполого деления, при котором дочерние клетки