Микроорганизмы и окружающая среда

 

 

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

<<ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ>>

 

 

Геолого-географический факультет

 

Кафедра экологии и природопользования

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

Микроорганизмы и окружающая среда

ОГУ 020200.62.8314.000 Р

 

 

 

 

 

 

 

 

Руководитель работы:

 канд. биолог. наук, доцент

_____________ М.Ю. Гарицкая                                                                           
                                                          Исполнитель:

студент группы 14 ЭкоП(ба)Эк

_____________ Эртель А.А.

“___” __________20__ г.

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

 

1 Классификация микроорганизмов 1-2

2 История развития микроорганизмов 2-6

3 Окружающая среда микроорганизмов 6

3.1 Влажность 6-9

3.2 Температура 9-11

3.3 Кислотность среды 11-13

3.4 Гидростатическое давление   13-14         

3.5 Химические факторы 14

3.6 Радиация (излучение)……………………………………………………15-16

3.7 Взаимодействие факторов внешней среды………………………………16

3.8 Взаимоотношение микроорганизмов…………………………………..16-19

Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.Классификация микроорганизмов.

 

Мельчайшие организмы, имеющие различное строение иразнообразные биологические свойства. Изучением строения М., их морфологии и физиологии, жизненныхциклов и систематики, наследственности и изменчивости, взаимоотношений М. с внешней средой иорганизмом человека или животного занимается микробиология.     Микроорганизмы, имеющие клеточную организацию, могут относиться к эукариотам или к прокариотам (см.Клетка). Первая группа включает Грибы (в т.ч. Грибки паразитические) и Простейшие, вторая- Бактерии. Кмикроорганизмам можно отнести также неклеточные формы жизни — вирусы, вироиды и прионы (см.Вирусы).  Микроорганизмы широко 

распространены в природе. Они находятся в почве, воде, воздухе, в организме и наповерхности тела человека и животных, на растениях, различных предметах, в пищевых продуктах. М. играютважную роль в круговороте веществ в природе. В частности, с помощью М. почвы осуществляютсябиологический круговорот углерода, азота, фосфора, фиксация молекулярного азота воздуха, благодаря ихжизнедеятельности происходят разложение и минерализация животных и растительных остатков,попадающих в почву, процесс ее самоочищения от нечистот и отбросов. Микроорганизмы, обитающие вводе, участвуют в круговороте серы, железа и других элементов, осуществляют разложение органическихвеществ животного и растительного происхождения, обеспечивают самоочищение воды в водоемах.Микрофлора, заселяющая организм человека и животных, играет важную роль в их жизнедеятельности.Многие М. используют для получения биологически активных соединений (в т.ч. антибиотиков,иммуномодуляторов и др.), различных пищевых, например кисломолочных, продуктов. В сельском хозяйствеприменяют бактериальные удобрения, с помощью М. осуществляют консервирование кормов.

Микроорганизмы отличаются хорошей приспособляемостью к действию факторов внешней среды.Различные М. могут расти при температуре от -6° до +50-75° (архебактерии при температуре около 300°, создаваемой под давлением в горячих источниках на дне океана), повышенном уровне ионизирующегоизлучения, любом значении рН, при 25% концентрации хлорида натрия, в условиях различного содержаниякислорода (вплоть до полного его отсутствия).

 

 

2. История развития микроорганизмов.

 

На протяжении тысячелетий человек жил в окружении невидимых существ, использовал продукты их жизнедеятельности, например продукты молочнокислого, спиртового, уксуснокислого брожений, страдал от них, когда эти существа были причиной болезни, но не подозревал об их присутствии, так как размеры существ много ниже предела видимости, на который способен человеческий глаз. Догадки человека о том, что брожение, гниение и инфекционные болезни — результат воздействия невидимых существ, были давно. Гиппократ (460—377 гг. до н.э.) предполагал, что заразные болезни вызываются невидимыми живыми существами. Итальянский врач и астроном Д. Фракастро (1478—1553) пришел к заключению, что повальные болезни от человека к человеку передаются мельчайшими живыми существами, хотя доказать этого не мог. 
        Возникновение микробиологии как науки стало возможным после изобретения микроскопа. Первым, кто увидел и описал микроорганизмы, был голландский натуралист Антоний ванн Левенгук, который сконструировал микроскоп, дававший увеличение до 300 раз. В микроскоп он рассматривал все, что попадалось под руку: воду из пруда, различны настои, кровь, зубной налет и многое другое. В просматриваемых объектах он обнаруживал мельчайшие существа, названные им живыми зверьками(анималькулями). Он установил шаровидные, палочковидные и извитые формы микробов. Книга 

«Тайны природы, открытые А. Левенгуком», опубликованная в 1695 г., привлекла внимание ученых многих стран к изучению микроорганизмов. Открытие Левенгука положило начало возникновению микробиологии. Однако исследования в течение многих десятилетий сводились лишь к описанию микроорганизмов.  
         Период конца XVII до середины XIX в. вошел в историю как описательный, или морфологический. Этот период создал условие для перехода к следующему, физиологическому, этапу в развитии микробиоло-гии. Основоположник его — выдающийся французский ученый-химик. Луи Пастер.Первые работы в области микробиологии, выполненные им, направлены на изучение природы брожения. В то время в науке господствовала теория Либиха, утверждавшая, что брожение и гниение-результаты окислительных процессов, обусловленных действием ферментов, и представляют чисто химическое явление,  в котором микроорганизмы участия не принимают. Пастор доказал, что причина брожения и гниения микроорганизмы, вырабатывающие различные ферменты. Каждый бродильный процесс имеет специфического возбудителя; гниение вызывается группой гнилостных бактерий и т. д. Изучая масляно кислое брожение, Пастер установил, что Вас. Butyricum развивается в отсутствие кислорода воздуха и тем самым открыл явление анаэробиоза.  
С именем Пастера связано решение вопроса о самопроизвольном зарождении жизни на земле. 

      Он экспериментально доказал, что при абсолютной стерильности питательных растворов и исключении возможности последующего загрязнения извне в них невозможно появление микробов и развитие гниения. Жизнь возникает тогда, писал Пастер, когда микроорганизмы в питательный раствор проникают извне. 
      В 1865 г. Пастер установил, что порча вина и пива вызывается попаданием в сусло посторонних микроорганизмов или диких дрожжей и предложил производить нагревание вина и пива при температурах до 100 °С.

       Этот способ получил название пастеризация. В 1868 г. он установил, что болезнь шелковичных червей пебрина вызывается микробами, и разработал способ борьбы с ней. Благодаря этим открытиям возникли антисептика и асептика в хирургии. Им были открыты возбудители холеры кур, стафилококки, стрептококки, возбудитель рожи свиней, установлена этиология сибирской язвы. Занимаясь изучением природы инфекционных болезней и их возбудителей, Пастер обнаружил важное свойство патогенных микроорганизмов — способность к ослаблению вирулентности. На этой основе он разработал методы снижения (аттенуации) вирулентности микробов и успешно использовал ослабленные культуры для прививок против инфекционных болезней. Культуры микроорганизмов с ослабленной вирулентностью были названы вакцинами, а метод прививок — вакцинацией. Пастер предложил методы получения вакцин против холеры кур, сибирской язвы, бешенства. С этого времени в микробиологии наступила иммунологическая эра. 
    Учениками и последователями Л. Пастера были крупнейшие микробиологи Э. Ру, А. Иерсен, Э. Дюкло, Ш. Шамберлан, Г. Рамон, Ж. Борде, А. Кальмет и др. 
       В 1888 г. на средства, собранные по международной подписке, в Париже был построен научно-исследовательский институт для Пастера, который и до настоящего времени остается крупнейшим центром идей и знаний в области микробиологии.  
      Одним из основоположников микробиологии наряду с Пастором был немецкий ученый Роберт Кох (1843—1910). Им разработаны методы микробиологических исследований, впервые в практике лабораторных исследований предложены плотные питательные среды (мясо-пептонный желатин и мясо-пептонный агар), что позволило выделять и изучать чистые культуры микробов. Кох разработал методы окраски микробов анилиновыми красителями, применил для микроскопии иммерсионную систему и конденсор Аббе, а также микрофотографирование, научно обосновал теорию и практику дезинфекции. Велики заслуги его в изучении микроорганизмов как возбудителей заразных болезней. Кох выявил возбудителя сибирской язвы (1876), туберкулеза (1882), холеры человека (1883), изобрел туберкулин. Им была создана школа бактериологов, из которой вышли выдающиеся микробиологи Э. Беринг, Ф. Леффлер, Р. Пффейфер, Г. Гаффки и др.  
Велика заслуга в развитии микробиологии И. И. Мечникова (1845—1916;. К числу важнейших работ в области микробиологии относятся его исследования патогенеза холеры человека, сифилиса, туберкулеза, возвратного тифа. Он является основоположником учения о микробном антагонизме, ставшем основой для развития науки об антибиотикотерапии. На принципе антагонизма ученый обосновал теорию долголетия и предложил для продления человеческой жизни использовать простоквашу, которая впоследствии была названа мечниковской. В 1886 г. Он организовал первую в России бактериологическую станцию. С именем Мечникова связано развитие нового направления в микробиологии — иммунологии — учения о невосприимчивости организма к инфекционным болезням (иммунитет). Мечниковым создана фагоцитарная теория иммунитета, раскрыта сущность воспаления как защитной реакции организма. Немало учеников Мечникова впоследствии стали крупными микробиологами: Н. Ф. Гамалея, А. М. Безредка, Л. А. Тарассвич, Г. Н. Габричевский и др.  
         Велики заслуги в становлении микробиологии Н. Ф. Гамалеи (1859—1949). Его научные работы посвящены изучению инфекции и иммунитета, изменчивости бактерий, профилактике сыпного тифа, холеры, туберкулеза и других болезней. Им открыт птичий вибрион (холероподобное заболевание птиц), названный в честь Мечникова его именем. Гамалея впервые (в 1898 г.) наблюдал и описал явление спонтанного лизиса бактерий под влиянием неизвестного в то время агента — бактериофага, принимал активное участие в создании первой бактериологической станции в России и ввел в практику прививки против бешенства. Г. Н. Габричевский первым начал читать курс бактериологии в Московском университете. В 1893 г. Выпустил учебник «Медицинская микробиология», в 1895 г. создал в Москве первый бактериологический институт. С первых дней работы института приступил к изготовлению противодифтерийной сыворотки, затем ввел ее во врачебную практику. Установил значение гемолитического стрептококка как возбудителя скарлатины, разработал и предложил вакцину против этой болезни. Изучил кишечную палочку и ее роль в патологии человека.  
        Основоположник русской микробиологии Л. С. Ценковский (1822-1887) впервые установил близость бактерий и сине-зеленых водорослей и описал явление симбиоза; обосновал классификацию микробов, отнеся бактерии к растительным организмам; открыл возбудителя клека и разработал способы его предупреждения в сахарном производстве. Используя принцип аттенуации микробов, он в 1883 г. изготовил вакцины I и II против сибирской язвы, которые применяли для вакцинации животных более 70 лет.  
        Многим обязана микробиология русскому ученому Д. И. Ивановскому (1864—1920), создавшему новый раздел этой науки — вирусологию. В 1892 г. им был установлен возбудитель мозаичной болезни табака, получивший название фильтрующегося вируса.  
   Основоположник общей и почвенной микробиологии С. Н. Виноградский (1856—1953) разработал накопительные питательные среды, выделил и изучил азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии почвы, установил роль микробов в круговороте азота, углерода, фосфора, железа и серы; впервые доказал существование бактерий, самостоятельно синтезирующих органические вещества, что позволило открыть новый тип питания микробов — аутотрофизм.  
        Славную страницу в историю ветеринарной микробиологии внесли отечественные микробиологи Е. М. Земмер, И. И. Щукевич, И. М. Садовский, А. В. Дедюлин, А. Ф. Конев, А. А. Раевский и многие др. Крупнейшим вкладом в мировую науку явилось почти одновременное изготовление в 1891 г. русскими учеными X. И. Гельманом и О. И. Кальнингом маллеина для аллергической диагностики сапа.  
        Большой вклад в развитие ветеринарной микробиологии по изучению патогенеза, разработке диагностики и средств специфической профилактики многих инфекционных болезней животных внесли Г. М. Андреевский, П. Н. Андреев, А. М. Владимиров, С. Н. Вышелеский, Д. С. Руженцев, М. Г. Тартаковский и многие другие.  
        Н. А. Михин (1872—1946) — один из основоположников ветеринарной микробиологии в нашей стране — открыл возбудителя лептоспироза крупного рогатого скота, разработал методику изготовления формолвакцины против паратифа телят и противоколибактериозной сыворотки, а также методику гипериммунизации лошадей при получении противосибиреязвенной сыворотки. Он является автором первого в стране учебника «Курс частной микробиологии для ветеринарных врачей и студентов».  
        За период советской власти одновременно с развитием ветеринарной науки росла и совершенствовалась школа ветеринарных микробиологов, давшая нашей стране плеяду ученых-микробиологов: Н. Н. Гинсбург, Я. Е. Коляков, В. В. Кузьмин, И. И. Кулсско, B. Т. Котов, С. Г. Колесов, Я. Р. Коваленко, Н. В. Лихачев, C. Я. Любашенко, С. А. Муромцев, М. Д. Полыковский, И. В. Поддубский, А. А. Поляков, А. X. Саркисов, П. С. Соломкин, М. К. Юсковец, Р. А. Цион, П. А. Триленко и многих других, внесших значительный вклад в изучение возбудителей инфекционных болезней сельскохозяйственных животных, создание новых и совершенствование известных вакцин, иммунных сывороток и диагностических препаратов, что позволило ликвидировать некоторые инфекционные болезни и обеспечить благополучие наших хозяйств по многим из них.

 

 

3. Окружающая среда  микроорганизмов.

 

Условия внешней среды имеют большое значение для жизни микроорганизмов. Температура и влажность, наличие кислорода, освещенность и другие факторы среды влияют на рост микроорганизмов и распространение их в природе.

 

 

3.1 Влажность.

 

Микроорганизмы могут жить и размножаться только в присутствии свободной воды, находящейся в среде главным образом в капельно - жидком виде. Растворенные в такой воде питательные вещества могут поступать в микробную клетку.

Большое влияние на рост микроорганизмов оказывает концентрация растворенных в воде соединений. Если их содержится мало, раствор называется гипотоническим. При оптимальной концентрации вещества создаются условия для лучшего роста микроорганизма. Увеличение концентрации вещества приводит к задержке роста организма в связи с повышением осмотического давления в окружающей среде. Раствор с высоким осмотическим давлением называется гипертоническим.

В растворах, имеющих более высокое осмотическое давление, чем внутри микробной клетки, последние не могут жить. Это объясняется тем, что вода выходит из клетки наружу, клетка обезвоживается, и протопласт сжимается. Данное явление носит название плазмолиза. В среде с очень низким осмотическим давлением вода будет поступать внутрь клетки, оболочка которой может лопнуть. При этом наблюдается плазмоптиз.

Осмотическое давление клетки у грамположительных бактерий достигает 3• 106 Па, у грамотрицательных — 4• 105 — 8-105 Па. Следовательно, в растворах с высоким осмотическим давлением — около 9-106—107 Па (15—20%-ный NaCl)—создаются условия, невозможные для роста бактерий и ряда других организмов. Высокое осмотическое давление среды не препятствует росту лишь некоторых микроорганизмов, называемых осмофильными, то есть «любящими» высокое осмотическое давление. Так, многие плесени из родов Aspergillus и Penicillium могут расти на едва увлажненных субстратах. Осмотическое давление в их клетке достигает 2-105 — 2,5-105 Па. Мед иногда разлагается дрожжами, которые растут при содержании сахара 70—80%. Некоторые из этих осмофильных дрожжей развиваются только при высокой концентрации сахара, но не выносят высокой концентрации солей.

Имеются организмы, которые могут жить лишь при очень высоких концентрациях солей (NaCl). Это галофильные, то есть «любящие» высокую концентрацию солей, организмы (лат. halo — соль).

Они представлены двумя основными типами: умеренными галофилами, которые развиваются при содержании соли 1—2%, хорошо растут в среде с 10% соли, но могут выносить даже 20% - ное ее содержание (большинство бактерий не переносят концентрации NaCl выше 5%) и экстремально галофильными бактериями родов Halobacterium и Halococcus, которые требуют около 12 — 15% солей и способны хорошо расти в насыщенном растворе NaCl — при 32%-ной концентрации соли.

Действие высоких концентраций солей на микроорганизмы может быть обусловлено как самим растворенным веществом, так и его влиянием на активность воды (aw). Любое вещество, которое содержится в растворителе, притягивает молекулы этого растворителя и, следовательно, снижает их подвижность. Активность воды определяют по уравнению:

Где Р и P0 — соответственно давление пара раствора и растворителя (чистой воды) ; п1, и п2 — соответственно число молей растворителя и растворенного вещества.

Величины aw, лимитирующие рост различных бактерий, колеблются в пределах от 0,75 до 0,96. Считают, что не всегда можно заранее сказать, будет ли растворенное вещество оказывать на бактерии специфическое действие или влиять на доступность воды.

Неспособность микроорганизмов расти на средах с высокими концентрациями солей (например, NaCl) или сахаров успешно используют в пищевой промышленности для консервирования различных продуктов.

Большое внимание уделяют установлению значения воды для микроорганизмов в засушливых условиях и роли воды в жизнедеятельности микроорганизмов в природе. Обстоятельные исследования влияния недостатка воды (водного стресса) или высушивания на живые организмы были проведены на грибах, бактериях, водорослях и др. Установлено, что большинство микроорганизмов переносят высушивание хорошо. Наиболее устойчивые к обезвоживанию компоненты почвенного микробоценоза — грибы. Способность грибов переносить водный стресс и функционировать при низком водном потенциале имеет большое значение для поддержания непрерывности круговорота питательных веществ в природе.

Устойчивость к обезвоживанию у разных бактерий весьма различна. Например, численность жизнеспособных клеток Pseudomonas, внесенных в воздушно-сухую почву, после их выдерживания в течение месяца, снижается в 100 раз. В то же время Azotobacter остается жизнеспособным в почве даже через десятки лет ее хранения в воздушно-сухом состоянии. Интересны исследования, показавшие, что водный стресс приводит к возрастанию процентного содержания актиномицетов среди всех групп микроорганизмов, обнаруживаемых в почве. Это связано с большей выживаемостью актиномицетов в почве по сравнению с грибами и бактериями. Следовательно, выживаемость микроорганизмов в сухой почве существенно возрастает, если определенный организм формирует те или иные устойчивые формы. Так, вегетативные клетки Pseudomonas обладают довольно высокой чувствительностью к водному стрессу, в то время как цисты азотобактера и споры актиномицетов значительно более устойчивы.

Снижение водного потенциала обусловливает подавление в почве таких важных процессов, как нитрификация и симбиотическая азотфиксация. Поэтому при оценке влияния засухи на сельскохозяйственные растения не следует недооценивать и воздействие водного стресса на почвенные микроорганизмы и на процессы, ими осуществляемые.