Какие факторы способствуют росту и развитию бактерий в различных средах

4 Факторы, влияющие на рост и размножение микроорганизмов

Для
того чтобы культура микроорганизмов
могла нормально расти, размножаться и
осуществлять биосинтез какого-либо
вещества, необходимо соблюдать оптимальные
параметры окружающей среды.

При
неблагоприятных условиях изменяются
свойства микроорганизмов, подавляется
их жизнедеятельность или происходит
гибель.

Различают три кардинальные
точки, которые определяют развитие
микроорганизмов:

– минимум__ жизнедеятельность культуры
только начинается;

– максимум__ жизнедеятельность уже прекращается;

– оптимум__ жизнедеятельность проявляется
с наибольшей интенсивностью.

На рост
и развитие микроорганизмов влияют
физические, химические и биологические
факторы.

Физические__температура, влажность среды,
концентрация питательных веществ.

Температура.
Каждая группа микроорганизмов развивается
в определенных температурных пределах.
По отношению к оптимальной температуре
развития все микроорганизмы делят на три группы: психрофилы, мезофилы и
термофилы.

Психрофилы__минимальная температура развития
от минус 7 до 0 °С; оптимальная 15-20 °С;
максимальная 30-35 °С.

Мезофилы__минимальная температура их
развития 5-10 °С; оптимальная 25-35 °С;
максимальная 40-50 °С. К этой группе
относится большинство используемых в
промышленности микроорганизмов, как
культурных, так и вредных.

Термофилы__минимальная температура развития
не менее 30 °С; оптимальная 45-60 °С;
максимальная 70-80 °С.

Температуры
ниже минимальных гибель микроорганизмов не вызывают, а только приостанавливают
их жизнедеятельность.

Влажность
среды. Нормальное функционирование
клетки (обмен веществ, рост и размножение)
возможно только тогда, когда в ней
содержится достаточное количество
влаги и сама клетка погружена в водную
среду с растворенными в ней питательными
веществами.

Бактерии
развиваются при минимальной влажности
субстрата 25-30 %, грибы и дрожжи __10-15 %, а иногда и 6-7 %.

При
снижении влажности уменьшается
интенсивность биохимических реакций
и, следовательно, жизненных процессов.
От влажности среды зависит устойчивость
микроорганизмов к высоким температурам.
В среде с повышенной влажностью гибель
их происходит быстрее, чем в воздушной
среде.

Концентрация
питательных веществ. Влияние этого
фактора на жизнедеятельность
микроорганизмов связано с явлением
осмоса.

Осмос__ перенос веществ через
полупроницаемую перегородку (в частности,
через цитоплазматическую мембрану
клетки).

Осуществляется благодаря
разнице осмотических давлений, которые
создаются растворенными веществами,
по обе стороны перегородки.

Вода движется
со стороны меньшего осмотического
давления в сторону большего, растворенные
вещества__наоборот. Этим объясняется
проникновение вещества в клетку даже
при очень малой его концентрации в
среде.

Высокие
концентрации любых питательных веществ
создают высокое осмотическое давление
во внешней среде, которое значительно
превышает осмотическое давление внутри
клетки. Вода при этом выходит из клетки
наружу, в результате чего она обезвоживается,
протоплазма отделяется от стенки. Это
явление называется плазмолиз.

Если
среда сильно разбавлена (имеет низкое
осмотическое давление), то вода из среды
поступает в клетку, она набухает и такое
состояние называется плазмоптисом.
В конечном счете, клетка может разорваться.

Плазмолиз
и плазмоптис при определенных условиях
являются обратимыми процессами.

В этом случае вода,
проникая в клетку, создает определенное
напряжение клеточной оболочки, и
протоплазма оказывается прижатой к
внутренней стенке.

Содержимое
клетки по осмотическому давлению
эквивалентно 10-20 %-му раствору сахарозы.

Минимальной
для активного обмена веществ является
приблизительно 0,5 %-ная концентрация
сахара или соли в воде. Некоторые
микроорганизмы могут сохранять свою
жизнедеятельность в концентрированных
растворах (с высоким осмотическим
давлением). Такие микроорганизмы
называются осмофильными.

К
химическим факторам, которые влияют
на жизнедеятельность микроорганизмов,
относятся: рН среды, окислительно-восстановительный
потенциал (гН2) и присутствие в
среде токсичных веществ.

рН
среды. Выражает степень кислотности
или щелочности среды. Колебания рН могут
вызвать изменение активности ферментов,
обмена веществ. Например, в кислой среде
дрожжи образуют этиловый спирт, в
щелочной — глицерин.

Каждая
группа микроорганизмов существует в
определенном интервале рН. Дрожжи и
плесневые грибы хорошо развиваются в
слабокислой среде (рН 4-6), бактерии __в нейтральной или слабощелочной (рН
6,5-7,5).

Окислительно-восстановительные
условия среды. Большое значение для
жизнедеятельности микроорганизмов
имеет кислород. Для некоторых
микроорганизмов он жизненно необходим,
для других является ядом.

Окислительно-восстановительный потенциал
выражается редокс-потенциалом (гН2)___отрицательным логарифмом
концентрации молекулярного водорода,
который характеризует степень
окисленности (аэробности) или
восстановленности (анаэробности) среды.
гН2 лежит в пределах от 0 до 41.

В водном растворе, насыщенном
кислородом, гН2равен 41, а в условиях
насыщения водородом гН2равен 0.

По
отношению к редокс-потенциалу
микроорганизмы подразделяют на:

облигатные
аэробы– живут только в присутствии
кислорода и получают энергию за счет дыхания;

облигатные
анаэробы– микроорганизмы, которые
растут в среде, лишенной кислорода, так
как он для них токсичен. Получают энергию за счет брожения (окислительно-восстановительных
процессов, которые протекают без участия
кислорода воздуха);

факультативные
анаэробы и аэробымогут жить как при
доступе, так и в отсутствие кислорода,
переходя с дыхания на брожение.

Действие
химических веществ. Многие вещества
замедляют и подавляют действие
микроорганизмов.

К ним относятся: спирты,
фенолы, альдегиды (особенно формальдегид), нитраты, пестициды, кислоты (бензойная,
сернистая, сорбиновая, борная,
фтористоводородная), щелочи, соли тяжелых
металлов (ртути, меди, серебра), окислители
(KМnО4,J,C1, Н2О2),
газы (сернистый, диоксид углерода).

Эффективность действия их на микроорганизмы
зависит от химической природы, применяемой
концентрации, условий среды (рН,
температуры) и вида микроорганизмов.
Как правило, высокие дозы этих веществ
оказывают летальное действие, а малые
дозы в некоторых случаях могут даже
являться стимуляторами роста
микроорганизмов.

Биологические
факторы __сводятся к
взаимоотношению между организмами,
соприкасающимися в процессе своей
жизнедеятельности. Основные типы
взаимоотношений: симбиоз, метабиоз,
антагонизм, паразитизм.

Симбиоз__ два или более вида организма
совместно развиваются лучше, чем по
отдельности (например, бобовые растения
и клубеньковые бактерии; молочнокислые
бактерии и дрожжи в производстве кваса).

Метабиоз__жизнедеятельность одного
организма способствует развитию другого
(например, продукты обмена одного
микроорганизма являются источником
питания для другого).

Антагонизм__один вид организма угнетает или
вызывает гибель другого за счет быстрого
размножения или выделения в среду
метаболитов (например, антибиотиков,
микотоксинов).

Паразитизм
__ один организм живет за счет
другого.

Источник: https://StudFiles.net/preview/1861846/page:17/

Бактерии — Размножение и развитие бактерий, факторы роста

Живой простейший микроорганизм, имеющий клеточное строение – это бактерия. Но, несмотря на простоту это один из самых интереснейших для изучения. Все бактерии способны к размножению путем деления.

Ученым всегда было интересно наблюдать за тем, как размножаются бактерии. Изучением и наблюдением за бактериями занимается микро раздел биологии — бактериология.

В настоящее время уже изучено и описано примерно десять тысяч видов бактерий. Но предполагают, что на самом деле их количество исчисляется миллионом.

При микроскопическом исследовании можно отметить, что бактерия имеет разную форму. Кокки, например, имеют округлую форму, хламидии – сферическую форму, а микоплазма имеет форму колбы или нити.

У них, так же как и у всего человечества есть макромолекула под названием ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота). ДНК у бактерий отвечает за хранение и передачу генетической информации от одного поколения микроорганизмов к следующему. Обмен веществ у бактерий (метаболизм) почти такой же, как и у многих живых организмов.

Нельзя недооценивать роль бактерий в биосфере и нашей жизни. Например, плодородие почвы достигается активной работой и отходами жизнедеятельности почвенных бактерий. В сельском хозяйстве для этих целей создаются удобрения.

В жизни человека они тоже исполняют свою роль. Существуют бактерии, которые способны навредить человеку, например кишечная палочка. А также полезные лакто и бифидо, составляющие микрофлоры человека.

Всем известны такие слова, как пробиотики и пребиотики.

Так зачем же они все-таки нужны?

Пробиотики помогают нашему желудочно-кишечному тракту осуществлять свою ежедневную функцию – переваривать пищу, создавать местный иммунитет, вырабатывать такие гормоны как серотонин.

Существуют микроорганизмы – вредители для человека. Многие бактерии являются патогенными и способны вызывать заболевания и бактериальные инфекции. Например, туберкулез, дифтерия, коклюш, дифтерия, столбняк и холера. Их великое множество и большинство из них современная медицина уже научилась побеждать.

Факторы, влияющие на рост и развитие бактерий:

• Уровень влажности
• Освещение
• Уровень pH
• Состав окружающей среды
• Температурный режим

Рассмотрим важнейшие из них, их влияние к делению и размножению.

Влажность

Для роста и развития бактериальным клеткам необходим определенный процент уровня влажности. Это нужно бактерии для того, чтобы поддерживать жизнедеятельность. Почти все бактерии и живые организмы любят влагу.

В таких условиях они отлично себя чувствуют. Если показатель уровня влажности вдруг падает, ниже 20% это приводит к разрушающим и останавливающим развитие последствиям.

Чем меньше воды, тем меньше вероятность деления и размножения.

Кислотность и pH – баланс

Почти главенствующую роль во влиянии на развитии бактерий занимает кислотность. Её принято обозначать знаком pH и учитывают интервал от нуля до четырнадцати. Для роста необходимы предельные показатели от 4 до 9. При 9 почти все нам знакомые микроорганизмы перестают расти.

В основной массе они перестают расти уже при показателе в 4 pH. Идеальной средой обитания считается нейтральная кислотность.

• Кислая среда — от 0 до 6 pH
• Щелочная среда — от 8 до 14 pH
• Нейтральная среда — 7,07 pH.

Отдельно стоит выделить кисломолочные бактерии (ацидофильные). Они любят кислую среду и при попадании в нее, например, в молоке начинают работать особым образом, перерабатывая углеводы в молочную кислоту. Они важнейшие производители продуктов содержащих полезные для микрофлоры человека пробиотики.

Полезные свойства ацидофилов используются и в фармацевтике. Ученые нашли положительные свойства и используют их в производстве лекарств не только для кишечника, но и для многих других органов. В домашнем хозяйстве женщины часто применяют полезные свойства бактерий.

Многие каждый год делают заготовки и закрутки на предстоящий сезон без овощей и фруктов. Понижая уровень кислотности путем добавления уксуса, что делает, кислую среду. Этим мы добиваемся гибели патогенных микроорганизмов.

В благоприятных условиях бактерии делятся, тем самым увеличивают свою популяцию, каждые двадцать минут. При усиленном солнечном свете от воздействия лучей размножение останавливается. Некоторые бактерии реагируют даже на магнитное поле планеты.

Бактерии составляют нормальную микрофлору человека, находятся на коже, слизистых оболочках и даже внутри человека, например в кишечнике. Бактерии существуют даже в воздухе. Можно сказать весь наш мир в своем роде бактериальный.

Бактерии имеют разные способы размножения, одни не имеют полового процесса и размножаются путем почкования или способом поперечного деления. Другие имеют половой процесс, но в самом примитивном виде.

Чтобы иметь представление о жизненном цикле этого микроорганизма, нужно изучить основные восемь фаз развития:

Первая фаза

«Латентная» – фаза отдыха, длящаяся с момента заселения в растительную среду и до начала увеличения популяции (примерно от 60 до 120 минут). Темпы прямо пропорционально зависят от окружающих условий.

Вторая фаза

«Задержка размножения» –происходит процесс умножения, клетки быстро размножаются и делятся, с большой скоростью увеличиваются в своих размерах. Длительность до 120 минут.

Третья фаза

«Логарифмы» – это фаза активного размножения. За время пока идет данная фаза достигается максимально возможное развитие и деление бактерий. Деление происходит в прогрессии. Из двух – в четыре клетки. Из четырех в восемь клеток. Из восьми в шестнадцать и т.д.

Четвертая фаза

«Отрицательное ускорение» – скорость размножения резко уменьшается, а скорость гибели увеличивается. Длительность колеблется от 100 до 120 минут.

Пятая фаза

«Стационарный максимум» — фаза созданная для того чтобы клетки могли размножаться. Размножение вновь набирает скорость, и покрывает количество погибших ранее клеток.

Шестая фаза

«Ускорение гибели» – из названия этой фазы можно сделать вывод о том, что число погибших бактерий в несколько раз больше числа оставшихся в живых клеток, можно сказать фаза скудного существования.

Седьмая фаза

«Логарифмическая гибель» – клетки отмирают с одинаковой скоростью, в то же время процесс деления сначала сбрасывает скорость, а затем и вовсе останавливается.

Восьмая фаза

«Уменьшающаяся скорость гибели» — если питательная среда позволяет бактериям оставаться живыми, то они прекращают умирать и переходят в фазу покоя. Это не обязательная фаза, существующая только при наличии благоприятных условий для процесса жизнедеятельности.

Паразитирующие бактерии

Всем известная «сальмонелла» вызывает тяжелое инфекционное заболевание сальмонеллез. Она тоже развивается при определенных условиях. Для развития ей требуется температурный режим 37 градусов Цельсия. И даже в охлажденном состоянии они могут быть в фазе покоя со способностью деления до 140 суток и не погибать.

Если продукт зараженный сальмонеллой не пройдет нужную термическую обработку, заражение человека не избежать. Заражение сальмонеллезом сопровождается всеми «неприятными» симптомами отравления.

Продукт, лежащий в открытом доступе, имеет все шансы стать зараженным. Также нужно быть осторожным при приготовлении пищи. Если вы не уверены, что нож лежит на чистом столе, лучше не пренебрегайте повторным мытьем. Нож, которым разделывали сырое мясо, должен сразу же отправляться в мойку, чтобы не допустить его случайное использование для других продуктов.

В домашних условиях заранее узнать заражено ли мясо невозможно. Бактерия не изменяет продукт. Вкус, цвет, внешний вид продукта остается прежним. Чаще всего сальмонеллу можно встретить на яйцах, в молоке, и на мясе.

Этот бактериальный паразит представляет наибольшую опасность для неокрепшего детского организма, беременных женщин и ослабленных лиц.

Болезнь у сельскохозяйственных животных проходит без симптомов и заводчики чаще всего не знают о заболевании.

Заразиться сальмонеллезом можно как минимум через два пути:

1. Контактно — бытовой способ – заражение происходит от одного заболевшего человека к другому.
2. Пищевой способ – заражение через молочные продукты, немытые яйца или сырое мясо.

Понимая устройство жизни, развития, роста и размножения микроорганизмов вопрос «для чего нужны бактерии» отпадает сам собой. В основе всего живого содержатся бактерии. Любой микроорганизм, обитающий на нашем теле и в нашем доме, выполняет свою функцию.

Источник: https://GemoParazit.ru/bakterii/rost-i-razvitie-bakterij

Развитие бактерий в различных условиях жизни

Прокариоты относятся к одноклеточным микроорганизмам, для которых характерно отсутствие окруженного оболочкой ядра. Несмотря на упрощенное строение, это одни из самых важных видов организмов в природе.

Ученые всегда активно исследовали их строение, жизнедеятельность, особенности размножения и условия обитания. Существует целый раздел в биологии, посвященный микробам. Он называется бактериология. Предполагается, что количество видов прокариот достигает показателя около миллиона.

В то время как изучен всего один процент многообразия этих организмов.

Бактериология – раздел микробиологии, в котором изучаются бактерии – одноклеточные организмы.

Особенности строения и условий обитания бактерий

Несмотря на отсутствие четкого клеточного ядра, генетический материал микробов находится в определенной зоне, называемой нуклеоидом. Также для них характерно наличие всего одной хромосомы, представленной длинной кольцевой молекулой ДНК. Это является их главной отличительной особенностью от всех остальных живых организмов, имеющих четко выделенное ядро и определенный набор хромосом.

Снаружи клетка микроорганизма окружена мембраной и особой стенкой, схожей по строению с аналогичным вариантом у растений. Указанные оболочки не дают бактерии лопнуть, при попадании в нее жидкости за счет осмоса. Также имеется защитная слизистая капсула, возможно наличие упрощенных по строению жгутиков.

Размножение происходит бесполым путем, в результате чего ДНК сначала удваивается, а затем каждая новая клетка получает свой одинарный набор хромосом. Классический вариант размножения может дополняться различными способами переноса ДНК из одной клетки в другую. К ним относятся:

• трансформация – поглощение из окружающей среды ДНК разрушенного микроорганизма, способствующее превращению обычной бактерии в патогенную;
• трансдукция – перенос генетического материала между особями при помощи вирусов;
• использование добавочных хромосом – плазмид, которые содержат информацию об устойчивости к антибиотикам.

Изучение всех видов размножения бактерий чрезвычайно важно для медицины, поскольку многие являются возбудителями опасных заболеваний. Понимание механизмов, благодаря которым увеличивается численность особей прокариот, дает возможность разрабатывать препараты для лечения разных патологий.

Помимо человеческого организма, бактерии обитают в почве, пресных и морских водоемах, где накапливаются большие объемы органического вещества. Некоторые виды способны выживать при экстремально низких и высоких температурах, могут переносить повышенную соленость воды. Например, именно бактерии являются единственными обитателями Мертвого моря.

Микробы существуют в атмосфере в каплях воды, причем их количество зависит от запыленности воздуха. Полезные безвредные микроорганизмы обитают в кишечнике животных и человека. Они являются частью нормальной микрофлоры ЖКТ и выполняют функцию подавления жизнедеятельности вредных инфекций.

Основные факторы, оказывающие влияние на рост и развитие бактерий:

• уровень влажности;
• степень освещения;
• рН показатель среды;
• величина температурного режима.

Дополнительным фактором, влияющим на жизнедеятельность микробов, является кислород.

Одним видам он необходим для процесса дыхания, другие могут высвобождать энергию при отсутствии указанной составляющей воздуха.

В первом случае бактерии относятся к аэробным организмам, которые являются свободноживущими формами. Паразитические микроорганизмы существуют в бескислородной среде и называются анаэробами.

Уровень влажности, необходимый для жизнедеятельности бактерий

Одноклеточные организмы могут расти и развиваться только в среде с определенным уровнем влажности. Вода необходима для большинства обменных процессов бактерий, а также для поддержания осмотического давления внутри клетки. Микробы относятся к влаголюбивым микроорганизмам, и при показателе влажности ниже 20% прекращают размножаться.

Некоторые виды приспособились к переживанию длительных периодов отсутствия воды, сохраняя при этом свою жизнедеятельность. Данное свойство часто используется в медицине для изготовления бактериальных препаратов. Споры микробов способны десятки лет существовать в безводной среде.

Развитие микроорганизмов также зависит от величины водной активности, которая выражает доступность жидкости, содержащейся в субстрате. Значение данного показателя варьируется в пределах от 0 до 1. Для размножения большинства микробов необходим уровень от 0,90 до 0,95.

Чем выше влажность, тем лучше чувствует себя бактерия.

Кислотность и рН показатель как основные факторы развития бактерий

Большинство микроорганизмов могут существовать в пределах pH среды в интервале от 4 до 9. При максимальном значении почти все виды микробов перестают расти и размножаться. Идеальным местом обитания считается среда с нейтральным показателем 7,07.

Особое звено в классификации бактерий занимают кисломолочные (ацидофильные) виды. Они предпочитают очень кислую среду, в связи с особенностями метаболизма. Именно в таких условиях особи способны превращать углеводы в молочную кислоту. Это свойство бактерий активно используется в производстве и медицине.

Бактерии, за исключением ацидофилов, любят нейтральную среду.

Несмотря на то, что большинство микроорганизмов перестает расти при рН ниже 4,5, некоторые виды выживают при показателе 1 и даже 0,1. При этом они не подвергаются сильному отрицательному воздействию условий окружающей среды. К ним относятся кислотоустойчивые тионовые бактерии, окисляющие водород и серу.

Температурное воздействие на микробы

У микроорганизмов отсутствуют механизмы, регулирующие тепловой режим, поэтому они зависят от условий окружающей среды. По отношению к теплу и холоду бактерии делятся на следующие виды:

• психрофилы;
• мезофилы;
• термофилы.

Психрофилы могут существовать в интервале температур от 0 до 20°С с оптимальным значением показателя на уровне 15°С. Бактерии являются обитателями холодных источников, глубоких озер, хорошо сохраняются на продуктах, хранящихся в холодильнике. К ним относится большинство гнилостных видов, выдерживающих понижение температуры до –9°С.

Мезофилы развиваются при средних показателях тепла окружающей среды. В эту группу попадают все патогенные и условно-патогенные бактерии. Оптимальная температура для их жизнедеятельности – 37°С.

Термофилы развиваются в зоне воздействия высоких температур. Минимальным значением является 35–40°С, оптимальным – 55–75°С. Многие термофильные бактерии обитают в горячих источниках и участвуют в процессах гниения навоза и сена.

Уровень освещения и активность прокариотов

Солнечный свет – самый опасный способ воздействия на бактерий. Исключение составляют виды, имеющие в составе клетки специальные пигменты. Благодаря им микроорганизмы могут использовать энергию солнечного света для своей жизнедеятельности. Под воздействием рассеянного освещения развитие обычных бактерий подавляется постепенно, а прямые лучи вызывают гибель микробов сразу.

Под влиянием ультрафиолетового спектра происходят изменения в структуре ДНК микроорганизмов мутагенного характера. Наиболее чувствительны к воздействию УФ-лучей вегетативные формы бактерий, а их споры отличаются повышенной устойчивостью.

Эффективность фактора зависит от длительности и силы облучения. Незначительные дозы могут стимулировать развитие микробов, более высокие – вызывают наследственные изменения. Степень воздействия применяется для получения новых штаммов микроорганизмов с активной способностью продуцировать ферменты и антибиотики.

Паразитические формы бактерий и условия их обитания

Все виды болезнетворных патогенов живут за счет питательных веществ организма-хозяина.

При этом они выделяют продукты жизнедеятельности, токсичные для внутренних органов и систем, и провоцируют развитие воспалительных процессов.

Заражение может происходить при контакте с носителем инфекции, использовании в пищу плохо обработанных продуктов. Очень часто переносчиками паразитов являются рыбы, птицы, млекопитающие.

Бактерию сальмонеллы невооруженным глазом не обнаружить.

По степени воздействия на здоровье человека бактерии делятся на:

• безопасные, не вызывающие заболевания у людей, но паразитирующие у растений и животных;
• условно-патогенные, которые в норме являются симбионтами, но при ослаблении иммунитета приводят к развитию воспалительных процессов;
• патогенные, провоцирующие ангину, ОРЗ, пневмонию и другие болезни, которые успешно лечатся в медицинских учреждениях;
• чрезвычайно опасные, характеризующиеся летальным исходом.

Наиболее изученный вид условно-патогенной бактерии, обитающей в ЖКТ человека, – Хеликобактер пилори. Микроорганизм образует колонии внутри складок слизистых оболочек желудка. Паразитирует при обычной кислотности желудочного сока, то есть при рН от 4 до 8.

Интенсивное размножение бактерии приводит к развитию ряда заболеваний: гастрита, дуоденита, язвы двенадцатиперстной кишки.

Основные симптомы поражения Helicobacter pylori проявляются в виде кишечных расстройств, приступообразных болей в животе, рвоты, метеоризма.

Сальмонеллы могут сохраняться в течение нескольких месяцев в воде, на поверхности предметов, в мясе и молоке крупного рогатого скота при 20–25°С.

Дополнительно они выдерживают резкие понижения температуры до –80°С, но при нагреве жидкости до 100°С мгновенно погибают.

Источник: https://proinfekcii.ru/parazity/bakterii/razvitie.html

Химические факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы

К химическим факторам внешней среды, оказывающим влияние на жизнедеятельность микроорганизмов, относятся состав среды и концентрация в ней некоторых веществ, наличие или отсутствие ингибиторов, тормозящих рост микробов, кислотность, окислительно-восстановительные условия среды.

Состав среды и концентрация в ней веществ.

Развитие микроорганизмов в пищевом сырье и продуктах происходит в присутствии сложной смеси различных минеральных и органических соединений. Они используются микроорганизмами в качестве питания и энергетического материала и могут влиять на их развитие, а также определять окислительно-восстановительные условия среды.

В процессе жизнедеятельности микроорганизмы потребляют из среды некоторые питательные вещества и концентрация их в среде уменьшается. Кроме того, из их клеток выделяются некоторые вещества – продукты обмена, которые также влияют на химический состав среды.

Для роста и размножения микроорганизмов важное значение имеет концентрация питательных веществ. Для каждого из них существует минимальная концентрация, при которой клетка может ассимилировать это питательное вещество. При оптимальной, т. е.

достаточной, концентрации микроорганизмы растут с наибольшей скоростью. Дальнейшее увеличение концентрации некоторых питательных веществ, например углеводов, приводит к угнетению роста.

Поэтому при максимальной концентрации еще происходит незначительное размножение клеток, но далее оно уже Приостанавливается.

Оптимальные концентрации для разных веществ очень различны. Слишком высокие концентрации некоторых веществ, в том числе и питательных, вредны, так как создают высокое осмотическое давление в среде.

При этом вода из клеток микробов выходит наружу, клетка обезвоживается, цитоплазма сжимается. Происходит явление, называемое плазмолизом, при котором микроорганизмы погибают.

Такое положение создается в среде с высоким содержанием поваренной соли, например при посоле рыбы.

Существуют и осмофильные формы микробов, которые предпочитают среды с высоким осмотическим давлением. Так, устойчивые к высоким концентрациям солей солелюбивые микроорганизмы живут в соленых водоемах или засоленных почвах – солончаках.

Эта способность выработалась путем приспособления к условиям существования.

Когда концентрация веществ в клеточном соке микроорганизмов выше, чем в окружающей среде, то в клетку извне поступает вода и создается упругое, напряженное состояние – туpгoр. При этом цитоплазма клетки плотно прижимается к мембране, растягивая ее. В состоянии тургора клетки микроорганизмов могут нормально осуществлять процессы жизнедеятельности.

Ингибиторы.

Некоторые ядовитые вещества тормозят или приостанавливают (ингибируют) развитие микроорганизмов. При действии ядовитых веществ большое значение имеет их концентрация.

Известно, что многие сильнодействующие ядовитые вещества в очень малых дозах стимулируют жизнедеятельность микроорганизмов.

Однако при повышении концентрации эти вещества проявляют уже бактерицидное (убивающее бактерии) действие в отношении вегетативных клеток, а затем и в отношении спор.

Ядовитые вещества, применяемые для борьбы с микроорганизмами, называют антисептиками. Большое значение для уничтожения микробов имеет продолжительность контакта ядовитых веществ с кислотами.

Некоторые химические соединения вызывают лишь временную остановку жизнедеятельности микробов, которая затем возобновляется после удаления ядовитого вещества. Такое действие химических веществ называется бактериостатическим.

Сильными ядами для микроорганизмов являются соли тяжелых металлов, например ртути и серебра, уже при концентрации 0,0001 % и меньше. Механизм действия ядовитых веществ различен.

Альдегиды и некоторые минеральные соли вступают в соединения с белками цитоплазмы микроорганизмов и подавляют их химическую активность.

Разнообразные свойства ядовитых веществ используют в практической работе для уничтожения микроорганизмов (подробнее см. в разделе «Дезинфекция»).

Кислотность среды.

Для развития микроорганизмов большое значение имеет кислотность среды, как общая кислотность (титруемая), так и концентрация водородных ионов рН (активная).

Микроорганизмы различаются по способности размножаться в кислых средах: есть кислотоустойчивые бактерии (например, молочнокислые, уксуснокислые), но есть и кислоточуствительные (например, гнилостные бактерии).

То же и в отношении активной кислотности среды, т. е. рН.

Каждый микроорганизм может проявлять жизнедеятельность только в определенных пределах значений рН, так как от них зависит активность ферментов микробной клетки.

Отношение микроорганизмов к реакции среды разнообразно.

Отдельные микроорганизмы могут развиваться в широких пределах величины рН и легко переносят подкисление или подщелачивание среды, однако для большинства допустимые пределы изменения рН сравнительно узки.

Гнилостные бактерии в кислой среде не размножаются и не разлагают белков. Кишечная палочка и паратифозные бактерии развиваются в слабокислой среде, но при рН до 3-3,5 погибают очень быстро. Известное значение при этом имеет химическая природа кислоты.

Отношение некоторых микроорганизмов к активной кислотности среды показано в табл. 2.

Таблица 2. Кардинальные точки рН среды для роста некоторых микроорганизмов.

Микроорганизмы	рН среды
минимум	оптимум	максимум
Дрожжи	2,5-3,0	4-6	8,5
Эшерихия коли (кишечная палочка)	4,4-5,0	6,5-7,5	7,8-9,0
Протеус вульгарис (палочка протея)	4,4-4,9	6,5-7,5	8,4-9,4
Бациллус субтилис (сенная палочка)	4,5	6,7	8,5

В естественных средах микроорганизмы распределяются в зависимости от их отношения к рН. Например, в почве и водоемах происходят значительные колебания рН. Поэтому живущие в них сапрофитные микробы приспособились к широкому диапазону значения рН. Наоборот, микроорганизмы, ведущие паразитический образ жизни в теле хозяина (человека и животного), могут расти лишь в узком диапазоне рН.

В процессе жизнедеятельности микроорганизмы изменяют реакцию среды, потребляя из нее питательные вещества и образуя продукты обмена веществ.

В зависимости от рН среды микробы обнаруживают различную химическую деятельность, так как рН влияет не только на образование ферментов в микробных клетках, но и на их активность. Иногда в зависимости от рН среды меняется метаболизм микробов.

Так, в кислой среде дрожжи в результате брожения образуют из сахара спирт, а в щелочной среде – глицерин и уксусный альдегид. Палочка протея вырабатывает наибольшее количество протеолитических ферментов при рН 7,5-8,1 и температуре 18-20 °С через 4 сут.

У гнилостных бактерий, портящих пищевые продукты, наибольшая протеолитическая активность при рН выше 7. У некоторых бактерий максимальная активность протеаз проявляется при рН намного ниже 7 (например, у молочнокислых бактерий).

Стафилококки с наибольшей активностью разрушают желатину при рН 8-8,5, так как оптимальное значение рН для действия фермента желатиназа равно 8.

При рН 6,8-7,2 разжижение желатина протекает в 10 раз медленнее, а при 4,6-5,2 даже в 30 раз медленнее. Молочнокислые бактерии могут разлагать казеин (белок молока) при рН ниже 7.

Окислительно-восстановительные условия.

Степень аэробности среды, т. е. количество в ней кислорода определяют как окислительно-восстановительные условия. Они оказывают большое влияние на жизнедеятельность микроорганизмов.

Прежде всего окислительно-восстановительные условия среды определяют возможность развития, так как потребность различных микроорганизмов в кислороде очень различна.

Аэробы не могут размножаться в бескислородной среде, анаэробы, наоборот, не могут размножаться в присутствии кислорода.

Другое важное значение окислительно-восстановительных условий среды состоит в том, что они определяют направление химических реакций.

Например, при наличии кислорода (аэрация) дрожжи в сахарсодержащих средах используют его для окислительных реакций, конечными продуктами которых являются углекислый газ и вода.

При недостатке же кислорода дрожжи вызывают спиртовое брожение и в среде накапливаются спирт и углекислый газ.

Окислительно-восстановительные условия имеют большое значение при хранении пищевых продуктов, ограничивая развитие одних микроорганизмов и способствуя развитию других. Доступ воздуха важен для многих вредителей продуктов при холодильном хранении. Однако без доступа воздуха и при низкой температуре эти микробы могут жить в продуктах длительное время.

Источник: http://www.comodity.ru/microbiology/environment/2.html

Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы

Факторы внешней среды постоянно влияют на жизнедеятельность микроорганизмов. При благоприятных условиях наблюдаются быстрый рост и размножение микробов. В условиях, неблагоприятных для жизнедеятельности, развитие замедляется, и далее может наступить их гибель. Факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы, подразделяют на физические, химические и биологические.

Физические факторы. К физическим факторам внешней среды, влияющим на жизнедеятельность микроорганизмов, относятся температура, влажность, свет и др.

Влияние температуры. Микроорганизмы могут переносить значительные колебания температуры. Для нормальной жизнедеятельности микробной клетки необходима определенная температура.

Различают три температурные точки: оптимальную, минимальную и максимальную, при которых может проявляться их жизнедеятельность различной интенсивности. Оптимальная температура та, при которой наиболее интенсивно растут и развиваются микроорганизмы.

Минимальная температура – это самая низкая, при которой еще возможно развитие микробов. Ниже этой температуры  микроорганизмы снижают свою биохимическую активность, но не погибают, а переходят в анабиотическое состояние, т.е.

В зависимости от температуры, к которой микроорганизмы приспособились в процессе длительной эволюции, их подразделяют на психрофилы, мезофилы и термофилы.

Психрофилы (холодолюбивые) способны развиваться при низкой температуре. Оптимальной для них является температура 15-20 °С, минимальной 0-10, максимальной 30-35 °С. К этой группе относятся некоторые представители кокковой микрофлоры, плесневые грибы, железобактерии и др., вызывающие порчу продуктов при хранении в холодильниках.

Мезофилы – группа микроорганизмов, которые развиваются при средних температурах. Оптимальной для них является температура 30-37 °С, минимальной 10, максимальной 43-50°С. К этой группе относятся многие плесневые грибы, дрожжи, гнилостные и все патогенные микроорганизмы.

Термофилы являются основными возбудителями порчи мясных и мясорастительных консервов, принимают участие в самонагревании силоса, влажного зерна, сена, хлопка, муки и др.

Некоторые термофильные микробы (споровые палочки) сохраняют жизнедеятельность при температуре выше 85 °С.

Микроорганизмы весьма устойчивы к охлаждению и замораживанию. Некоторые виды бактерий и плесневых грибов выдерживают температуру жидкого воздуха (- 190 °С) и жидкого водорода (- 253 °С). Очень устойчивыми к низкой температуре являются вирусы.

Скорость отмирания микробов при замораживании зависит от вида микроба, температуры замораживания, кратности замораживания и оттаивания, вида и продолжительности хранения продукта в замороженном состоянии и др.

Высокая температура, вызывающая гибель микробной клетки, называется летальной. Губительное действие высокой температуры обусловливается повреждением коллоидного состояния плазмы, денатурацией белка с последующей коагуляцией его, а также нарушением ферментативных систем.

Большинство неспоровых микробов погибают во влажной среде при температуре 60-70 °С за 15-30 мин, при температуре 85 °С – за 3-5 и при температуре 100°С – моментально. Весьма устойчивыми к высокой температуре являются споры бацилл.

Споры некоторых микроорганизмов выдерживают кипячение от нескольких минут до нескольких часов.

Влияние влажности. Минимальная влажность, необходимая для жизнедеятельности бактерий, 30 %, для плесневых грибов – 15 %. Различные виды микроорганизмов не в одинаковой степени чувствительны к высушиванию, при котором происходит потеря воды, в результате чего наступает гибель клетки.

Наиболее чувствительны к высушиванию неспорообразующие микробы. Споры обладают высокой устойчивостью к высыханию, сохраняясь в высушенном состоянии в течение нескольких лет. Высушивание используют как один из методов сохранения скоропортящихся продуктов.

В мясной промышленности метод высушивания нашел широкое применение для консервирования мяса, колбас, мясокостной муки и т.д.

Лиофильная сушка (высушивание при низкой температуре и разрежении) способствует длительному сохранению микроорганизмов. Этот метод используют в промышленности для получения сухих вакцин (живых), консервирования мяса и эндокринного сырья, приготовления органопрепаратов и заквасок для кисломолочных продуктов.

Влияние света. Прямые солнечные лучи, особенно ультрафиолетовые, оказывают бактерицидное действие. Микробная клетка вегетативных форм погибает на солнечном свету через несколько минут. Рассеянный свет не оказывает столь губительного действия на микробов, но при длительном воздействии может постепенно тормозить их рост и развитие.

Влияние излучений. Микроорганизмы более устойчивы к воздействию рентгеновских и гамма-лучей; смертельная доза для них в сотни и тысячи раз больше, чем для животных.

Рентгеновское и гамма-излучение в малых дозах и при непродолжительной экспозиции оказывают стимулирующее действие на рост и размножение микробов.

Большие дозы рентгеновских лучей инактивируют ферменты, замедляют рост и предотвращают размножение микробов.

Влияние ультразвуковых волн. Ультразвуковые волны обладают значительной механической энергией, способной инактивировать ферменты, токсины, разрушать микробную клетку.

Смертельное воздействие на бактерии и вирусы начинает проявляться при озвучивании среды с частотой колебаний около 100 тыс. Гц.

Ультразвук может быть использован для стерилизации и пастеризации продуктов, очистки и дезинфекции оборудования, тары, сточных вод.

Влияние давления. Микроорганизмы устойчивы к высоким давлениям. Микробы обнаружены на дне глубоких морей и океанов, где давление достигает более 90 МПа (900 кгс/см2), некоторые дрожжи, плесневые грибы выдерживают давление 300 МПа (3000 кгс/см2).

Химические факторы. Микробная клетка реагирует на самое незначительное количество химического вещества в среде.

Так, если в каплю воды, содержащую подвижные бактерии, опустить капилляр, наполненный раствором пептона (питательного для микробов вещества), то через некоторое время можно заметить скопление микроорганизмов у отверстия капилляра.

Это так называемый положительный химиотаксис – бактерии движутся навстречу привлекающему их веществу. Если же капилляр будет заполнен щелочью или кислотой, то бактерии уходят от диффундирующего в воду ядовитого для них вещества, т.е. наблюдается отрицательный химиотаксис.

Действие химических веществ на микроорганизмы проявляется не в одинаковой степени. Как правило, малые концентрации не только не вызывают гибели микробов, а даже стимулируют их рост и развитие.

Эффективность действия химических веществ зависит от химической природы этого вещества, его концентрации, температуры, реакции среды, вида микроорганизма и др. Вещества, применяемые для уничтожения микробов, должны быть в растворенном состоянии. Чем легче вещество адсорбируется микробной клеткой, тем сильнее его действие.

Химические вещества в зависимости от их действия на микробную клетку можно разделить на следующие группы:

вещества, повреждающие только клеточную стенку, не изменяющие внутренней структуры микроба (мыла, жирные кислоты);

вещества, вызывающие денатурацию белков (формальдегид – 40%-ный раствор формалина);

вещества, вызывающие инактивацию ферментов (соли тяжелых металлов – соли ртути, меди, серебра и др.).

Наиболее чувствительными к химическим веществам являются микробы, не образующие спор, вегетативные формы. Споровые формы довольно устойчивы к воздействию различных химических веществ.

Так, споры сибиреязвенной палочки  погибают в 5%-ном растворе фенола только за 14 сут, в то время как вегетативные формы этого возбудителя гибнут от такой концентрации за несколько секунд.

При выборе дезинфицирующих веществ для уничтожения микробов необходимо учитывать вид микроорганизма. Например, вирусы очень чувствительны к щелочам, возбудитель сибирской язвы – к хлору и формальдегиду, а возбудители туберкулеза устойчивы к воздействию кислот и щелочей.

Реакция среды (рН – показатель концентрации водородных ионов) оказывает влияние на рост и развитие микроорганизмов. Жизнедеятельность различных видов микробов возможна только при определенном рН.

Большинство микроорганизмов развиваются в слабощелочной среде (рН 7,2-7,6), дрожжи и плесневые грибы лучше культивируются при рН 3-6. Меняя реакцию среды, можно регулировать интенсивность развития и биохимическую активность микробов.

При снижении рН до 5 гнилостные бактерии не развиваются, в то время как при такой реакции наиболее активно проявляется ферментативная активность дрожжей.

Биологические факторы. В процессе жизнедеятельности микроорганизмы находятся в различных взаимоотношениях между собой и с другими организмами.

Эти взаимоотношения в процессе длительной эволюции складывались в соответствии с общебиологическим законом симбиоза (сожительства) живых существ.

В природе взаимоотношения между микробами и другими организмами существуют в виде различных форм симбиоза, метабиоза и антагонизма.

Комменсализм – это такая форма симбиоза, при которой один организм живет и развивается за счет другого, не причиняя ему вреда. Например, кишечная палочка, некоторые виды стафилококков, стрептококков и других микробов обитают на поверхности или в полостях человека и животного.

Мутуализм – такое сожительство, когда оба организма получают взаимную выгоду, не причиняя друг другу вреда, например сожительство клубеньковых бактерий с бобовыми растениями.

Паразитизм – такой симбиоз, когда один организм живет за счет другого, нанося ему вред. Возбудители инфекционных болезней человека, животных и растений являются паразитами. Абсолютными паразитами являются вирусы, которые в процессе эволюции приспособились к существованию только в живых клетках человека, животных и растений.

Метабиоз – такое взаимоотношение между микроорганизмами, при котором в процессе последовательного развития одних микробов создаются благоприятные условия для жизнедеятельности других.

Антагонизм – такое взаимоотношение микробов, при котором совместное существование микробных видов оказывается невозможным, т.е. один вид микроба препятствует росту другого, задерживая его развитие, либо вызывает полную гибель.



Источник: http://biofile.ru/bio/16250.html

Рост и развитие микроорганизмов

Для выращивания любой культуры необходимы: 1) жизнеспособный посевной материал; 2) источники энергии и углерода; 3) питательные вещества для синтеза биомассы; 4) отсутствие ингибиторов роста; 5) соответствующие физико-химические условия (температура, рН среды, наличие или отсутствие кислорода и др.).

В благоприятных условиях в клетках микроорганизмов начинаются ферментативные процессы, обмен веществ с окружающей средой. Из веществ, проникших в клетку, образуются внутриклеточные вещества и структурные элементы.

Одновременно идут процессы распада веществ – диссимиляции. Если анаболические процессы преобладают над катаболическими, наблюдается рост клетки, увеличение ее размеров.

Достигнув определенных размеров в соответствующей фазе развития, клетка может начать размножаться.

В развитии микроорганизмов в несменяемой питательной среде наблюдается несколько фаз. Графическое отражение роста микроорганизмов носит название кривой роста (рис 4.1).

Посевной материал попав в свежую полноценную среду, сразу не начинает размножения. Этот период называют лаг-фазой I. Только после определенного времени, иногда через несколько часов, клетки приспосабливаются к среде и окружающим условиям. В этот период активируются ферменты, а также, если

Рис.4.1. Фазы роста культуры

это необходимо, синтезируются новые ферментные системы. В период лаг-фазы стремительно возрастает количество нуклеиновых кислот, особенно РНК, что необходимо для биосинтеза белков.

После лаг-фазы следует логарифмическая, или экспоненциальная, фаза II, в которой клетки размножаются с максимальной для данной культуры скоростью.

Вследствие этого запас необходимых питательных веществ в среде уменьшается, кроме того, происходит накопление различных продуктов обмена веществ, которые в определенной концентрации могут мешать нормальному протеканию биохимических процессов обмена веществ.

Если клетка находится в тесном окружении других клеток, то площадь поверхности уменьшается и вместе с тем снижается интенсивность процессов обмена. Скорость роста культуры также уменьшается, если сокращается поверхность клеток на единицу объема. Это происходит при увеличении размеров клеток и, таким образом, особенно для клеток сферической формы, значительно ухудшаются условия питания.

В ходе интенсивного роста и размножения внутри закрытой системы негативное влияние лимитирующих факторов увеличивается и в результате скорость роста уменьшается, наступает фаза замедленного роста III.

Через определенное время в стационарной фазе IV масса клеток в питательной среде достигает максимального уровня, процессы деления и отмирания клеток в популяции находятся в динамическом равновесии. Затем наступает период, когда число отмерших и автолизированных клеток превышает прирост.

В результате количество биомассы уменьшается – наступает фаза отмирания V.

Для характеристики физиологического развития культуры микроорганизмов и используют следующие параметры:

· концентрация клеток (клеток/мл);

· время генерации – промежуток времени, за который число клеток удваивается;

· константа скорости деления – число удвоений в час;

· скорость роста культуры – изменение количества биомассы в единицу времени;

· константа скорости роста.

Количество биомассы можно характеризовать по сухой массе клеток на единицу объема (мг/л, г/л кг/м), в том случае если клетки имеют примерно одинаковые размеры – по числу клеток в единице объема (млн./мл, млрд./мл).

Количественная оценка роста микроорганизмов требует определения числа клеток в конкретный момент. Все эти методы подразделяют на прямые и косвенные. Прямые методы предполагают непосредственный подсчет клеток под микроскопом – в счетных камерах или на фиксированных мазках.

К косвенным методам относятся:

· метод предельного разбавления. При этом методе культуру постепенно разбавляют и определяют, при каком разбавлении не наблюдается ее роста;

· посев на твердые питательные среды;

· центрифугирование или фильтрция культуральной жидкость через мембранный фильтр и дальнейшее высушивание полученной биомассы до постоянной массы;

· нефелометрия, измерение поглощения света клеточной суспензии, что пропорционально числу и размерам клеток;

· определение содержания азота в биомассе, полученной из определенного объема питательной среды;

· определение по интенсивности выделения какого-либо вещества (газа, кислоты и др.).

При росте в экспоненциальной фазе увеличение количества клеток N происходит в геометрической прогрессии: 20→21→22 →2n и через некоторое время t определяется по формуле

Nt= N0∙ 2n,

где No – начальное количество клеток; п –число генераций (делений).

Прологарифмировав это выражение, получим

IgNt = IgN0 +nIg2

Откуда число генераций

n=(IgNt − IgN0)/Ig2

Тогда константа скорости деления

v=n/t =(IgNt − IgN0)/Ig2(t − t0)

Время генерации

g=t/n =1/v

Самые быстрорастущие организмы – фотобактерии – удваиваются каждые 8 мин. Е. coli в оптимальных условиях делится через 20 мин.

Например, сравним продуктивность 500 кг биомассы разных организмов за 1 сут (привес):

корова – 0,5 кг (масса морской свинки);

соя –5 кг (масса кошки);

дрожжи – 50 000 кг (масса 10 слонов).

Увеличение биомассы микроорганизмов важно при получении биомассы, как таковой, и при накоплении в культуральной жидкости какого-либо вещества. Для практических целей, выбора технологических режимов культивирования важно иметь сведения о всех вышеупомянутых параметрах.

Дата добавления: 2016-10-26; просмотров: 2830; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник: https://poznayka.org/s69305t1.html