Питание, дыхание бактерий

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 -2⁰ до +75⁰С, но благоприятной считается от +4^о до +40^оС. 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 см², 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 м³ лугов и полей содержание бактерий около 100 клеток, а в городском воздухе их число колеблется от 10 до 25 тысяч на 1 м³ 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 60-70⁰С 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.

Поиск по сайту: