Особенности питания дыхания роста и размножения микроорганизмов

Каждый день вокруг нас сосредоточено большое количество микроорганизмов, которых мы не замечаем, ведь размер микробов настолько мал, что рассмотреть их можно только под микроскопом. Несмотря на это, в их клетках происходят характерные для живых организмов процессы питания, дыхания, выделения и размножения.

Самые распространенные виды микроорганизмов

Все микроорганизмы можно разделить на несколько видов, которые объединены в группу по общим признакам в строении, образе жизни и питании:

1. Бактерии. Это микроорганизмы, которые преимущественно имеют одноклеточное тело, размеры которого не превышают нескольких десятков мкм. Все бактерии делятся на три вида: шаровидные, палочковидные и извитые.
2. Вирусы. Эти микробы не имеют клеточного строения, размеры их тела измеряются в нанометрах, поэтому увидеть вирусы можно только при помощи мощного микроскопа. Тело вируса состоит из белка и нуклеиновой кислоты. Бактериофаги — это вирусы бактерий, микрофаги — вирусы грибов.
3. Грибы. Эти микроорганизмы не используют процесс фотосинтеза для преобразования неорганических веществ в органические, поэтому им требуется готовое питание, которое они получают от различных субстратов. Грибы могут располагать свои колонии на растениях, животных, человеке, вызывая заболевания.
4. Дрожжи. Тело этих микроорганизмов чаще всего имеет округлую форму, строение в большинстве случаев одноклеточное. Дрожжи делятся почкованием, могут находиться в почве, на продуктах питания, в отходах производства.

Физиология микроорганизмов

Микроорганизмы, как и другие живые организмы, тоже нуждаются в питании и дыхании. Они растут, размножаются, выделяют продукты распада и со временем умирают. Особенности питания микроорганизмов — это специфика получения необходимых веществ для роста и размножения, связанная со строением микроба.

Физиологические процессы микроорганизмов имеют некоторые особенности:

• микробы могут развиваться в кислородной и бескислородной среде;
• большинство микробов могут выживать даже в самых суровых условиях окружающей среды;
• микробы обладают способностью быстро приспосабливаться к меняющимся условиям.

Дыхание и питание микроорганизмов — это жизненно важные процессы, обеспечивающие рост и развитие микробов.

Как питаются?

Способ питания той или иной группы микроорганизмов зависит от их особенностей строения. Изучением вопроса жизни микробов занимается наука микробиология. Питание микроорганизмов может происходить по разным схемам. Некоторые микробы используют неорганические вещества, воду и кислород для образования органических веществ для питания. Другие микробы питаются уже готовыми органическими веществами, которые находятся в окружающей среде.

Выделяются несколько видов механизмов питания микробов:

1. Пассивная диффузия. Питательные вещества поступают в клетку из-за разницы в концентрации веществ по ту и другую сторону мембраны цитоплазмы.
2. Облегченная диффузия. Этот процесс происходит в том случае, если концентрация вещества вне клетки выше, чем концентрация вещества внутри ее. Переносом веществ занимаются специальные белки, которые связывают молекулу вещества и переносят ее в цитоплазму.
3. Активный перенос. Используется при очень низкой концентрации субстрата во внешней среде. Его осуществляют все те же белки, только в этом случае процесс переноса сопровождается затратой энергии.
4. Транслокация радикалов. Такой способ переноса веществ сопровождается расщеплением молекулы вещества на составляющие. Перенос осуществляют белки пермеазы.

Виды микроорганизмов по способу питания

Для активного роста и размножения микроорганизмам необходимо постоянное питание. В зависимости от типа питания микроорганизмов можно выделить следующую классификацию групп микробов:

1. Аутотрофы. Бактерии этого вида производят органические вещества из неорганических за счет использования внешних ресурсов. Аминоаутотрофы используют молекулы азота воздуха, фототрофы — солнечную энергию. Хемотрофы получают энергию путем окисления органических веществ.
2. Гетеротрофы. Не производят органические вещества самостоятельно, а берут готовое питание из среды. Аминогетеротрофы потребляют азот из органических веществ. Сапрофиты получают органические вещества от умерших организмов, а паразиты — приспосабливаются к жизни на живых организмах.
3. Миксотрофы. Эти организмы способны использовать разные способы получения органических веществ.

Дыхание микроорганизмов

В процессе дыхания происходят окислительно-восстановительные реакции, в результате которых образуется аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), которая аккумулирует химическую энергию. Окисляемыми веществами могут быть спирты, глюкоза, органические кислоты, жиры.

По типу дыхания все микроорганизмы подразделяются на две группы:

1. Аэробы. Микробы, относящиеся к этой группе, могут существовать только при наличии молекулярного кислорода, который используется ими в окислительных реакциях.
2. Анаэробы. Могут расти и размножаться только в бескислородной среде, так как процесс образования АТФ происходит путем субстратного фосфорилирования.
3. Факультативные анаэробы. Эти микроорганизмы могут использовать оба способа окисления сложных органических веществ, поэтому расти и размножаться они могут и в кислородной, и в бескислородной среде.
4. Микроаэрофилы. Благоприятной средой для таких микробов является среда с пониженным давлением кислорода.
5. Капнофильные микроорганизмы. Активно растут и размножаются при повышенном содержании углекислого газа в воздухе.

Благоприятные условия для роста и размножения микроорганизмов

Активный рост микроорганизмов возможен только при наличии необходимой для них питательной среды. При постоянном поступлении нужных веществ клетки начнут активно делиться, микробы будут размножаться, и увеличивать численность своей колонии.

Температура окружающей среды должна быть не ниже +6 градусов Цельсия, наилучшими условиями является теплая среда (+23. +27 °С). Бактериям с аэробным типом дыхания необходим постоянный приток молекулярного кислорода, анаэробам, напротив, кислород противопоказан.

Использование микроорганизмов

Некоторые колонии бактерий, грибов и дрожжей используют для организации очистных сооружений. Бактерии способны перерабатывать стоковые отходы в процессе своей жизнедеятельности, организуя экологичный способ избавления от большого количества отходов производства.

Процесс очищения построен на способности определенных видов бактерий приспосабливаться к составу вносимых стоков. Растут и активно размножаются те группы микроорганизмов, для которых питательная среда является подходящей. Идет активное расщепление сложных веществ до более простых.

Человек — источник питания для микроорганизмов

Не все микроорганизмы приносят благо человечеству. Многие из них приспосабливаются к жизни в организме человека, оказывая паразитическое воздействие, вызывая серьезные заболевания.

Паразиты — это организмы, которые живут внутри другого живого организма или на его поверхности, и питаются за его счет. Паразиты, попавшие в организм человека, наносят значительный урон его здоровью. В некоторых случаях наступает летальный исход.

Некоторые бактерии, попадая в пищеварительную систему, могут нарушить нормальную микрофлору ЖКТ и привести к полному расстройству механизма переработки и распада питательных веществ. Вирусы — возбудители заболеваний, которые человек переносит очень тяжело. Грибы — это паразиты, которые могут размещать свои колонии на кожных покровах, ногтевых пластинах, вызывая разрушение тканей.

Микроорганизмам-паразитам будет легче организовать свою жизнедеятельность в организме ослабленного человека, иммунитет которого не способен бороться с патогенной микрофлорой.

В заключение

Для того чтобы знать, как использовать микроорганизмы или как бороться с ними, нужно понимать принцип их физиологических процессов. Если создавать все условия для возникновения подходящей для них среды, тогда микробы будут активно питаться и размножаться. Микробы можно убить, но этот процесс занимает достаточно длительно время.

Питание и дыхание у бактерий осуществляется всей поверхностью тела, готовыми органическими веществами и называется гетеротрофным. По характеру гетеротрофного питания бактерии делят на: а) сапрофиты, б) паразиты. Сапрофиты питаются органическими веществами мертвых организмов, паразиты используют вещества живых организмов. Существует и небольшая группа автотрофных бактерий – для синтеза органических веществ они используют углерод СО₂ или карбонаты.

Автотрофные бактерии делятся на две группы.

1. Фототрофные бактерии, использующие световую энергию для синтеза веществ, к ним относятся зеленые, пурпурные и серые бактерии.

2. Хемотрофные бактерии — получающие энергию от окисления, минерализации соединений, — это железобактерии и нитрифицирующие бактерии.

Дыхание бактерий бывает: а) аэробное и б) анаэробное. Аэробные бактерии живут и развиваются с доступом свободного кислорода. Анаэробные бактерии развиваются без доступа свободного кислорода: сюда относятся бактерии молочнокислого брожения, маслянокислого брожения, уксуснокислого брожения.

Размножение бактерий. Бактерии размножаются путем дробления. Дробление удлиненных форм обычно осуществляется перпендикулярно к их продольной оси. При этом важно отметить два обстоятельства: деление происходит очень быстро, обычно в течение 20-30 минут (у высших деление клетки протекает в течение 90-120 мин). К интенсивному делению способна практически каждая клетка. Все это создает высокие темпы размножения в геометрической прогрессии. Дробление клеток — основная форма размножения бактерий, однако известны немногие группы, размножающиеся путем почкования. Некоторые палочковидные бактерии переживают неблагоприятные условия путем образования одноклеточных эндогенных спор.

Жизнедеятельность может протекать в разных температурных условиях. Некоторые способны развиваться при t от -2 0 до +75 0 С, но благоприятной считается от +4 о до +40 о С. При более высоких температурах гибнут. Губителен и прямой солнечный свет. В силу простоты организации и неприхотливости бактерии широко распространены в природе. Меньше всего в воздухе (особенно в природных условиях), но в местах скопления людей – городах присутствует в больших количествах. В водах рек, особенно вблизи больших городов, бактерий может быть до 400000 в 1 см 2 , ещё больше в почве – около 1 млрд. клеток в 1 г почвы.

Распространение бактерий. Роль бактерий в природе, промышленности, медицине, сельском хозяйстве.В природе и жизни человека бактерии играют важную роль: иногда положительную, а иногда резко отрицательную. Положительное значение бактерий определяется их участием в следующих процессах.

§ Минерализация органических соединений, гниение остатков и трупов животных. Гниение — это процесс разложения азотсодержащих соединений. Сапрофитные бактерии играют важную роль в создании плодородной почвы. Разлагая растительные и животные остатки, бактерии обеспечивают возвращение необходимых для жизни химических элементов от мертвых организмов к живым. Сами бактерии используют лишь часть образующихся низкомолекулярных веществ, остальные становятся доступными для растений.

§ Связывание свободного атмосферного азота. Этот процесс достигает в природе значительных масштабов и осуществляется азотфиксирующими бактериями. В сельском хозяйстве большое значение имеют бактерии, обогащающие почву солями аммония, азотной и азотистой кислот, доступными для высших растений. Это аммонифицирующие, нитрифицирующие и азотфиксирующие бактерии. Например, азот фиксируют клубеньковые бактерии, вступающие в симбиоз с бобовыми растениями.

§ Брожение: молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое. Используется в производстве молочнокислых продуктов, масле, сыров. Большое значение имеют также пектиновые бактерии, вызывающие пектиновое брожение. Пектиновое брожение широко используют для выделения из стеблей прядильных растений (лен, конопля) растительных волокон.

Велико значение бактерий и в биотехнологии; разработаны промышленные методы получения с помощью бактерий белков, аминокислот, используемых в качестве дешевых пищевых добавок.

Особую группу составляет хемосинтезирующие бактерии. В последние годы бактерии приобретают большое значение как продуценты многих антибиотиков, все более широко используемые в медицине.

Отрицательное значение многих бактерий настолько велико, что давно возникла необходимость в государственных, а иногда в международных мероприятиях по защите здоровья людей, растений и животных.

Многие бактерии — сапрофиты приводят к огромным потерям пищевых продуктов. А некоторые бактерии отличаются очень высокой токсичностью.

Бактерии встречаются повсеместно в самых разнообразных условиях среды: в воздухе, почве, воде, в глубинах земной коры, организмах растений и животных. Живые бактерии способные к размножению, были обнаружены в нефтяных водах на глубине 1700 м, на дне океана (глубже 10 км). В воздухе 1 м 3 лугов и полей содержание бактерий около 100 клеток, а в городском воздухе их число колеблется от 10 до 25 тысяч на 1 м 3 летом, до 4,5 тыс. зимой. Бактерии одни из наиболее стойких обитателей Земли.

Болезнетворные микробы и борьба с ними.Паразитные бактерии могут быть безразличными для организма, в котором или на котором они обитают, а могут выделять ядовитые вещества и тогда становятся болезнетворными (патогенными). К ним относятся возбудители большинства заразных болезней человека и животных (холеры, туберкулеза, сифилиса, столбняка и др.), а также сальмонеллы, вызывающие тяжелые пищевые отравления. Поражают они и растения, вызывая бактериозы (увядания, гниение, пятнистость). Бактериозы часто встречаются у капусты, томата, огурца, картофеля и др.

При высушивании многие бактерии погибают, жизнедеятельность остальных сильно замедляется. Для сохранения грибов, мяса, плодов, зерна и др. применяют сушку. Высокие температуры вызывают свертывание цитоплазмы и гибель бактерий. На этом основаны пастеризация и стерилизация. При пастеризации жидкость нагревают до 60-70 0 С в течение 10-20 минут. Пастеризацию применяют для сохранения молока, соков и др. Стерилизация (освобождение среды от всех возможных живых существ и их зачатков) производится пламенем, кипячением в стерилизаторе, сухим жаром и др.

Для предупреждения порчи продуктов – мяса, рыбы — применяют охлаждение и замораживание, при этом бактерии не погибают, но приостанавливается их деятельность. На большинство бактерий оказывают парализующее действие высокие концентрации солей, кислая реакция, что используется при консервировании пищевых продуктов в крепких растворах соли или сахара, квашении овощей.

Многие химические элементы действуют на бактерии губительно: это соли тяжелых металлов, хлор, йод, перекись водорода, перманганат калия. Из органических веществ наиболее токсичны фенолы, формалин, спирт. Растворы этих соединений используют для дезинфекции, т.е. уничтожения патогенных бактерий. Дезинфицирующие средства применяют в медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве. Прямой солнечный свет убивает большинство бактерий (действие ультрафиолетовых лучей, обладающих бактерифицидным действием). Их используют для стерилизации воды, посуды, воздуха в операционных и др.

ГРИБЫ

Отдел грибов — огромная группа организмов: их насчитывается свыше
100 000. Наука, изучающая грибы, называется микологией.

Грибы – особая группа ядерных гетеротрофных организмов, имеющих черты сходства как с растениями, так и с животными.

Сходства с животными – отсутствие пластид и способности к фотосинтезу, наличие хитина. Сходства с растениями: постоянный рост, неподвижность, наличие клеточной стенки, питание растворёнными веществами.

Гетеротрофность – особенность грибов, которая определила черты их строения. Грибы поселяются на растениях, животных и их остатках. Вегетативное тело грибов называют мицелием или грибницей, которая состоит из тонких неветвящихся нитей — гиф. По строению мицелия и особенностям размножения грибы делят на низшие (Хитридиомицеты, Оомицеты, Зигомицеты) и высшие (Аскомицеты, Базодимицеты, Дейтеромицеты). У низших грибов гифы лишены перегородок и представляют собой как бы одну сильно разветвленную гигантскую клетку. У высших грибов они разделены поперечными перегородками на клетки (членики). Гифы покрыты стенкой (оболочкой). У низших она состоит из пектиновых веществ, а у высших — из углеводов, близких к целлюлозе, и азотистых веществ, сходных с хитином насекомых. Гифы нарастают верхушками. Мицелий обычно погружен в субстрат, на котором растет гриб, и оттуда он поглощает пищу. У высокоорганизованных грибов гифы нередко плотно сплетаются в плектенхиму — ложную ткань. Она состоит из переплетения нитей. Из плектенхимы формируются так называемые плодовые тела и др. образования. Важнейшие черты организации грибов — отсутствие пластид, как окрашенных, так и бесцветных. Ядра очень мелкие в числе одного-двух, но чаще они многочисленны. Запасные вещества откладываются в виде гликогена или жира, крахмал никогда не образуется. Большинство грибов питается остатками отмерших растений. Способ питания мертвыми остатками организмов называется сапрофитицизмом. Грибы-сапрофиты содержат ферменты, которые разрушают целлюлозные клеточные стенки и лигнин. Грибы паразиты питаются за счет живых организмов. Среди грибов-паразитов свыше 10 тыс. видов паразитируют на растениях, около 1 тыс. — на животных и человеке. Грибы-паразиты обладают способностью вырабатывать небольшое количество ферментов, поэтому они поселяются на строго определенном хозяине. Среди грибов есть микроскопически малые и гигантские организмы. Продолжительность жизни грибов от нескольких дней до десятков лет.

Размножение грибов.Грибы размножаются вегетативным, бесполым и половым путем.

Вегетативное размножение грибов может происходить частями мицелия, почкованием, распадением гиф на отдельные клетки — оидии или хламидоспоры. Части мицелия, попав в благоприятные условия, разрастаются в новые особи. Этот способ распространен почти у всех грибов. Почкование наблюдается у дрожжевых грибов. На клетке образуется сначала небольшой бугорок, затем в него переходит одно из образовавшихся в результате митоза ядер, и бугорок превращается в самостоятельную клетку. После кратковременного периода покоя она, в свою очередь, начинает почковаться. Гифы могут распадаться на оидии — тонкостенные клетки, каждая из которых прорастает затем в новую особь (например, у мукоровых), хламидоспоры — толстостенные клетки, одетые прочными оболочками, благодаря которым они могут пережить неблагоприятные условия (головневые грибы).

Бесполое размножение у грибов происходит тремя способами: зооспорами, спорангиоспорами, конидиями.

Зооспоры — подвижные споры с одним или двумя жгутиками. Они образуются в одноклеточных зооспорангиях у грибов, ведущих водный образ жизни. Поплавав некоторое время, они покрываются оболочкой и прорастают в новую особь (сапролегния).

Спорангиоспоры образуются внутри одноклеточных спорангиев. Это неподвижные споры, они разносятся ветром. В одном спорангии может быть примерно до 10 тыс. спор. Спора, попав в благоприятные условия, прорастает (мукор).

Конидии образуются на особых разветвленных вертикальных гифах, конечные клетки которых, округляясь, образуют цепочки спор — конидий. Созревая, конидии отчленяются и опадают. Каждая конидия прорастает в гифу (пеницилл).

Половое размножение грибов очень разнообразно. Половой процесс осуществляется разными способами, но всегда завершается половым спороношением.

У низших грибов половой процесс происходит при слиянии гамет: одинаковых по размеру и подвижных (изогамия), разных по размерам и подвижных (гетерогамия), неподвижной женской гаметы — яйцеклетки с подвижной мужской гаметой — сперматозоидом (оогамия). Половой процесс завершается образованием зиготы — ооспоры, которая после мейоза прорастает в спорангий со многими спорами в нем.

Для низших грибов характерна и зигогамия — слияние содержимого участков физиологически различных (гетероталличных) мицелиев. Половой процесс завершается образованием многоядерной зиготы. После периода покоя и мейоза она прорастает в спорангий с гетероталличными гаплоидными спорами (мукор).

У высших грибов половой процесс завершается половым спороношением в форме сумки, внутри которой после мейоза образуются гаплоидные споры или базидии с экзогенными спорами.

Грибы размножаются очень интенсивно. Одна особь способна образовать десятки тысяч и даже миллионы, а иногда и сотни миллионов спор. Многие грибы в течение вегетационного периода могут дать несколько поколений, размножающихся в геометрической прогрессии. Общее число зачатков, учитывая все способы размножения грибов, исчисляется астрономическими цифрами. В 1 г огородной почвы можно найти до 100 тыс. и более спор и других зачатков грибов.

Цикл развития у низших и высших грибов имеет существенное различие, связанное с ходом полового процесса. У низших грибов половой процесс заключается в одновременном слиянии цитоплазмы и ядер. Образовавшаяся зигота мейотически делится и прорастает в спорангий с гаплоидными спорами. У низших грибов есть только гаплоидный мицелий, диплоидна лишь зигота.

У высших грибов половой процесс двустадийный: слияние цитоплазмы (плазмогамия) предшествует слиянию ядер (кариогамии). В результате плазмогамии образуются двуядерные (дикарионные) клетки, содержащие сближенные, но не слившиеся гаплоидные физиологически различные («+» и «-») ядра. Ядра дикариона делятся синхронно, развивается дикарионный мицелий. Слияние ядер дикариона завершает половой процесс — образуется зигота. Она делится мейотически, формируя гаплоидные споры полового размножения. В цикле развития высших грибов представлены гаплоидный и дикарионный мицелий, диплоидна лишь зигота.

Шляпочные грибы хорошо известны. Они относятся к грибам сапрофитам и представлены подосиновиками, подберезовиками, опятами, шампиньонами, мухоморами и др. Они обитают на влажных кислых почвах. То, что принято называть грибом, — это плодовое тело, которое образуется на грибнице, скрытой в почве. Плодовое тело служит для образования спор и состоит из ножки или пенька и шляпки. Ножка образована параллельно расположенными одинаковыми гифами. Шляпка сверху покрыта кожицей, которая обычно легко снимается. Мякоть шляпки состоит из двух слоев. Под кожицей слой плотный, белый или окрашенный, иногда темнеющий на разрезе. Нижний слой шляпки у одних грибов состоит из многочисленных параллельно расположенных трубочек — это трубчатые грибы. Сюда относятся боровик, подберезовик, моховик. У других шляпочных грибов нижний слой шляпки представлен радиально расположенными пластинками. Такие грибы называются пластинчатыми. Это рыжик, сыроежка, шампиньон. В трубочках и на пластинках образуется громадное количество спор, необходимых для размножения. Распространению спор способствуют животные. Они переносят споры на поверхности своего тела. При благоприятных условиях спора прорастает и образуется новая молодая грибница, а после достаточного накопления питательных веществ начинают развиваться плодовые тела. Шляпочные грибы поселяются на богатых перегноем почвах. Из нее они получают воду, минеральные соли и часть готовых питательных веществ. Другая часть питательных веществ, а именно углеводы, грибница получает из корней деревьев. Гифы грибницы оплетают корни растений и даже проникают внутрь, располагаясь между клетками. Между грибницей и корнями растений устанавливается полезное для обоих растений сожительство (симбиоз). В процессе симбиоза могут возникнуть новые образования, например микориза (грибокорень). Гриб снабжает растение водой и минеральными солями, заменяя на этих корнях корневые волоски. Грибы, разлагая недоступные для растений органические соединения почвы, обеспечивают растения фосфором, соединениями азота, вырабатывают витаминоподобные вещества и активаторы роста. В свою очередь, деревья уступают часть своих углеводов грибам. Без микоризы плохо растут многие лесные деревья.

Съедобные и ядовитые грибы.Среди шляпочных грибов есть как съедобные, так и ядовитые. Съедобные грибы: шампиньоны, сыроежки, рыжики, волнушки, грузди, маслята, подосиновики, подберезовики, белые грибы и др.; их используют в качестве пищевого продукта. В грибах содержится до 50% переваримого протеина, 25-40% экстрактивных веществ, ферменты, витамины. От других богатых белками продуктов грибы отличает низкая калорийность. Грибы имеют высокие вкусовые качества, но организмом плохо усваиваются и очень медленно перевариваются. К ядовитым грибам относят поганки, красный мухомор, сатанинский гриб, ложный опенок и др., вызывающие тяжелые отравления. Смертельно ядовитые два вида мухомора: бледная поганка и мухомор вонючий. Смертельная доза для человека около 30 г.

Правила сборов грибов и их охрана.В России большую часть съедобных грибов собирают в естественных условиях. Однако растущее загрязнение природной среды приводит к резкому ухудшению их пищевых свойств. Грибы – концентраторы, они поглощают из почвы соли тяжелых металлов и многие другие вредные соединения, которые накапливаются в мицелии и, естественно, в плодовых телах. Для получения экологически чистой продукции все чаще съедобные грибы выращивают в культуре.

Один из наиболее питательных грибов – шампиньон, который можно успешно и выгодно культивировать в неосвещенных теплицах на сильно унавоженных почвах. Размножают его частями мицелия. Шампиньоны выращивают в промышленных масштабах более чем в 70 странах мира. Все шире культивируются и другие грибы-ксилотрофы: вешенки, опята.

Распространено выращивание мицелия съедобных грибов в ферментерах. По вкусу мицелий почти не отличается от плодовых тел. Полученные таким образом концентраты – хороший пищевой продукт.

Грибы играют важную роль в жизни леса. Совместно с бактериями и другими микроорганизмами разлагают и минерализуют отмершие растительные остатки, превращая их в вещества для питания растений. Не будь грибов, ежегодно опадающие листья, хвоя, ветки накопились бы в большом количестве и препятствовали возобновлению леса.

Грибы-симбионты сожительствуют с деревьями, способствуют их лучшему росту, а также защищают корни деревьев от поражений болезнетворными грибами.

Ученые установили, что некоторые породы деревьев (например, сосна) при отсутствии микоризообразователей не могут нормально расти и развиваться.

Чтобы не иссякал источник пищевых грибов, не нарушались взаимосвязи в жизни леса, надо разумно относиться к грибам, даже к тем, которые человек в пищу не употребляет.

Важнейшей частью грибного организма является мицелий. Повреждение и уничтожение его способствует снижению численности грибов, а иногда приводит к их полному уничтожению. Большой вред грибам наносит выпас в лесу скота, особенно свиней. Крупный рогатый скот сильно вытаптывает подстилку, а свиньи в поисках желудей, сочных корешков трав раскапывают ее и повреждают.

Нетрудно заметить, что в тех местах, где паслись коровы и свиньи, исчезают грузди, белые и другие грибы. Некоторые неразумные грибники в погоне за грибочками на большой площади палкой-рогулькой разгребают и раскидывают лесную подстилку, высушивают и губят грибницу. Как правило, на таких местах долгое время не появляются грибы.

Как же собирать грибы, не повреждая грибницы? Трубчатые грибы, у которых кроме шляпок в пищу употребляются и ножки, следует осторожно выкручивать, поворачивая ножку сначала в одну, а потом в другую сторону. Место, где рос гриб, надо присыпать землей, прикрыть листьями и прижать. Пластинчатые же грибы лучше срезать ножом.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Особенности питания бактериальной клетки состоят в поступлении питательных субстратов внутрь через всю ее поверхность, а также в высокой скорости процессов метаболизма и адаптации к меняющимся условиям окружающей среды.

Типы питания. Широкому распространению бактерий способствует разнообразие типов питания. Микроорганизмы нуждаются в углеводе, азоте, сере, фосфоре, калии и других элементах. В зависимости от источников углерода для питания, бактерии делятся на аутотрофы (от греч. autos — сам, trophe — пища), использующие для построения своих клеток диоксид углерода С02 и другие неорганические соединения, и гетеротрофы (от греч. heteros -другой, trophe — пища), питающиеся за счет готовых органических соединений. Аутотрофными бактериями являются нитрифицирующие бактерии, находящиеся в почве; серобактерии, обитающие в воде с сероводородом; железобактерии, живущие в воде с закисным железом, и др.

Гетеротрофы, утилизирующие органические остатки отмерших организмов в окружающей среде, называются сапрофитами. Гетеротрофы, вызывающие заболевания у человека или животных, относят к патогенным и условно-патогенным. Среди патогенных микроорганизмов встречаются облигатные и факультативные паразиты (от греч. parasitos — нахлебник). Облигатные паразиты способны существовать только внутри клетки. например риккетсии, вирусы и некоторые простейшие. В зависимости от окисляемого субстрата, называемого донором электронов или водорода, микроорганизмы делят на две группы. Микроорганизмы, не пользующие в качестве доноров водорода неорганические соединения, называют лйтотрофнымн (от греч. lithos — камень), а микроорганизмы, использующие в качестве доноров водорода органические соединения — органотрофами. Учитывая источник энергии, среди бактерий различают фототрофы, т. е. фотосинтезирующие (например, сине-зеленые водоросли, использующие энергию света), и хемстрофы, нуждающиеся в химических источниках энергии.

Механизмы питания. Поступление различных веществ в бактериальную клетку зависит от величины и растворимости их молекул в липидах или воде, рН среды, концентрации веществ, различных факторов проницаемости мембран и др. Клеточная стенка пропускает небольшие молекулы и ионы, задерживая макромолекулы массой более 600 Д. Основным регулятором поступления веществ в клетку является цитоплазматическая мембрана. Условно можно выделить четыре механизма проникновения питательных веществ в бактериальную клетку: это простая диффузия, облегченная диффузия, активный транспорт, транслокация групп.

Наиболее простой механизм поступления веществ в клетку — простая диффузия, при которой перемещение веществ происходит вследствие разницы их концентрации по обе стороны цитоплазматической мембраны. Вещества проходят через липидную часть цитоплазматической мембраны (органические молекулы, лекарственные препараты) и реже по заполненным водой каналам в цитоплазматической мембране. Пассивная диффузия осуществляется без затраты энергии.

Облегченная диффузия происходит также в результате разницы концентрации веществ по обе стороны цитоплазматической мембраны. Однако этот процесс осуществляется с помощью молекул-переносчиков, локализующихся в цитоплазматической мембране и обладающих специфичностью. Каждый переносчик транспортирует через мембрану соответствующее вещество или передает другому компоненту цитоплазматической мембраны — собственно переносчику. Белками-переносчиками могут быть пермеазы, место синтеза которых -цитоплазматическая мембрана.

Облегченная диффузия протекает без затраты энергии, вещества перемещаются от более высокой концентрации к более низкой.

Активный транспорт происходит с помощью пермеаз и направлен на перенос веществ от меньшей концентрации в сторону большей, т.е. как бы против течения, поэтому данный процесс сопровождается затратой метаболической энергии (АТФ), образующейся в результате окислительно-восстановительных реакций в клетке.

Перенос (транслокация) групп сходен с активным транспортом, отличаясь тем, что переносимая молекула видоизменяется в процессе переноса, например фосфорилируется.

Выход веществ из клетки осуществляется за счет диффузии и при участии транспортных систем.

Ферменты бактерий. Ферменты распознают соответствующие им метаболиты (субстраты Х вступают с ними во взаимодействие и ускоряют химические реакции. Ферменты являются белками, участвуют в процессах анаболизма (синтеза) и катаболизма (распада), т.е. метаболизма. Многие ферменты взаимосвязаны со структурами микробной клетки. Например, в цитоплазматической мембране имеются окислительно-восстановительные ферменты, участвующие в дыхании и делении клетки: ферменты, обеспечивающие питание клетки, и др. Окислительно-восстановительные ферменты цитоплазматической мембраны и ее производных обеспечивают энергией интенсивные процессы биосинтеза различных структур, в том числе клеточной стенки. Ферменты, связанные с делением и аутолизом клетки, обнаруживаются в клеточной стенке. Так называемые эндоферменты катализируют метаболизм, проходящий внутри клетки. Экзоферменты выделяются клеткой в окружающую среду, расщепляя макромолекулы питательных субстратов до простых соединений, усваиваемых клеткой в качестве источников энергии, углерода и др. Некоторые экзоферменты (пенициллиназа и др.) инактивируют антибиотики, выполняя защитную функцию.

Различают конститутивные и индуцибельные ферменты. К констиутивным ферментам относят ферменты, которые синтезируются клеткой непрерывно, вне зависимости от наличия субстратов в питательной среде. Индуцибельные (адаптивные) ферменты синтезируются бактериальной клеткой только при наличии в среде субстрата данного фермента.

Ферменты микроорганизмов используют в генетической инженерии (рестриктазы, лигазы и др.) для получения биологически активных соединений, уксусной, молочной, лимонной и других кислот, молочнокислых продуктов, в виноделии и других отраслях. Ферменты применяют в качестве биодобавок в стиральные порошки для уничтожения загрязнений белковой природы.

Дыхание, или биологическое окисление, основано на окислительно-восстановительных реакциях, идущих с образованием АТФ- универсального аккумулятора химической энергии. Энергия необходима микробной клетке для ее жизнедеятельности. При дыхании происходят процессы окисления и восстановления: окисление — отдача донорами (молекулами или атомами) водорода или электронов; восстановление — присоединение водорода или электронов к акцептору. Акцептором водорода или электронов может быть молекулярный кислород (такое дыхание называется аэробным) или нитрат, сульфат, фумарат (такое дыхание называется анаэробным — нитратным, сульфатным, фумаратным). Анаэробиоз (от греч. аег — воздух + bios — жизнь) — жизнедеятельность, протекающая при отсутствии свободного кислорода. Если донорами и акцепторами водорода являются органические соединения, то такой процесс называется брожением. При брожении происходит ферментативное расщепление органических соединений, преимущественно углеводов, в анаэробных условиях. С учетом конечного продукта расщепления углеводов различают спиртовое, молочнокислое, уксуснокислое и другие виды брожения.

По отношению к молекулярному кислороду бактерии можно разделить на три основные группы: облигатные, т.е. обязательные, аэробы, облигатные анаэробы и факультативные анаэробы. Облигатные аэробы могут расти только при наличии кислорода. Облигатные анаэробы (клостридии ботулизма, газовой гангрены, столбняка, бактероиды и др.) растут только на среде без кислорода, который для них токсичен. При наличии кислорода бактерии образуют перекисные радикалы кислорода, в том числе перекись водорода и супероксид-анион кислорода, токсичные для облигатных анаэробных бактерий, поскольку они не образуют соответствующие инактивирующие ферменты. Аэробные бактерии инактивируют перекись водорода и супероксидантом соответствующими ферментами (каталазой, пероксидазой и супероксиддисмутазой). Факультативные анаэробы могут расти как при наличии, так и при отсутствии кислорода, поскольку они способны переключаться с дыхания в присутствии молекулярного кислорода на брожение в его отсутствие. Факультативные анаэробы способны осуществлять анаэробное дыхание, называемое нитратным: нитрат, являющийся акцептором водорода, восстанавливается до молекулярного азота и аммиака.

Среди облигатных анаэробов различают аэротолерантные бактерии, которые сохраняются при наличии молекулярного кислорода, но не используют его.

Для выращивания анаэробов в бактериологических лабораториях применяют анаэростаты — специальные емкости, в которых воздух заменяется смесью газов, не содержащих кислорода. Воздух можно удалять из питательных сред путем кипячения, с помощью химических адсорбентов кислорода, помещаемых в анаэростаты или другие емкости с посевами.

Жизнедеятельность бактерий характеризуется ростом и размножением. Под ростом часто понимают также увеличение числа особей в единице объема среды, что, однако, правильнее отнести к размножению бактерий в популяции. Рост можно регистрировать визуально под микроскопом, на экране, на серийных фотоснимках и в окрашенных препаратах.Темп и характер роста у бактерий разной формы отличаются. У палочковидных бактерий стенка и масса растут равномерно, у шаровидных бактерий — неравномерно: масса пропорционально кубу, а стенка — пропорционально квадрату радиуса клетки. Поэтому кокки вначале растут быстро, а затем увеличение их массы сдерживается отставанием роста стенки.

Размножение — самовоспроизведение, приводящее к увеличению количества бактериальных клеток в популяции. Бактерии размножаются путем бинарного деления пополам, реже путем почкования. Делению клеток предшествует репликация бактериальной хромосомы по полуконсервативному типу (двуспиральная цепь ДНК раскрывается и каждая нить достраивается комплементарной нитью), приводящая к удвоению молекул ДНК бактериального ядра — нуклеоида. Репликация хромосомной ДНК осуществляется от начальной точки. Хромосома бактериальной клетки связана в области оп с цитоплазматической мембраной. Репликация ДНК катализируется ДНК-полимеразами. Сначала происходит раскручивание (деспирализация) двойной цели ДНК, в результате чего образуется репликативная вилка (разветвленные цепи); одна из цепей, достраиваясь, связывает нуклеотиды от 5′- к 3′ — концу, другая — достраивается посегментно.

Репликация ДНК происходит в три этапа: инициация, элонгация, или рост цепи, и терминация. Образовавшиеся в результате репликации две хромосомы расходятся, чему способствует увеличение размеров растущей клетки: прикрепленные к цитоплазматичеекой мембране или ее производным (например, мезосомам) хромосомы по мере увеличения объема клетки удаляются друг от друга. Окончательное их обособление завершается образованием перетяжки или перегородки деления. Клетки с перегородкой деления расходятся в результате действия аутолитических ферментов, разрушающих сердцевину перегородки деления. Аутолиз при этом может проходить неравномерно: делящиеся клетки в одном участке остаются связанными частью клеточной стенки в области перегородки деления, такие клетки располагаются под углом друг к другу.