Микроорганизмы и факторы внешней среды физические факторы внешеней среды
1. ВЛАЖНОСТЬ СРЕДЫ.
Микроорганизмы могут развиваться только в субстратах, имеющих свободную воду. С понижением влажности субстрата интенсивность размножения микробов замедляется, а при удалении из субстрата влаги ниже необходимого уровня полностью прекращается. При этом микроорганизмы переходят в анабиотическое состояние, а некоторые погибают.
По величине МИНИМАЛЬНОЙ ПОТРЕБНОСТИ ВО ВЛАГЕ для роста микроорганизмов различают следующие группы:
1. ГИДРОФИТЫ – влаголюбивые;
2. МЕЗОФИТЫ – средневлаголюбивые;
3. КСЕРОФИТЫ - сухолюбивые.
Преобладающее большинство бактерий - гидрофиты. Наиболее устойчивые к обезвоживанию микроскопические грибы и споры бактерий. Высокой устойчивостью к высушиванию обладают микобактерии, клеточные стенки которых содержат большое количество липидов.
Устойчивость к обезвоживанию у разных бактерий неодинакова. Например, численность жизнеспособных клеток Pseudomonas, внесённых в воздушно-сухую почву после выдерживания в течение месяца, снижается в 100 раз.
В то же время бактерии рода Azotobacter и актиномицеты остаются жизнеспособным в почве даже через десятки лет её хранения в воздушно-сухом состоянии.
Живые микробы обнаруживали в римских гробницах, нетронутых в течение 1800 лет, в египетских мумиях.
При исследовании почвы с корней растений, хранившихся от 100 до 300 лет, обнаружены жизнеспособные микробы. Из почвы были выделены жизнеспособные споровые бактерии Bacillus subtilis и другие виды бацилл.
Установлено, что за каждые 100 лет в почве отмирает до 10% микробов, а полное обеспложивание сухой почвы наступает приблизительно через 1000 лет.
В условиях недостатка воды некоторые микроорганизмы обволакиваются ГИДРОФИЛЬНЫМИ СЛИЗИСТЫМИ КАПСУЛАМИ, которые активно поглощают влагу.
Бактерии, обитающие на корнях пустынных растений, выделяют такие значительные количества гигроскопической слизи, что обеспечивают водой не только самих себя, но и растения.
Для развития микроорганизмов имеет значение не абсолютная величина, а ДОСТУПНОСТЬ СОДЕРЖАЩЕЙСЯ В СУБСТРАТЕ ВОДЫ - «АКТИВНОСТЬ ВОДЫ» (аw).
ВОДНАЯ АКТИВНОСТЬ - отношение давления водяных паров раствора (субстрата) Р и чистого растворителя (воды) Р0 при одной и той же температуре: аw = Р/Р0.
Водная активность выражается величинами от 0 до 1 и характеризует относительную влажность субстрата.
Рост микроорганизмов наблюдается при значениях активности воды aw от 0,998 до 0,65-0,61.
При пониженной водной активности организм находится в условиях ОСМОТИЧЕСКОГО СТРЕССА, что приводит к уменьшению скорости роста и снижению общего количества образуемой биомассы.
2. Осмотическое давление
Большое влияние на рост микроорганизмов оказывает КОНЦЕНТРАЦИЯ РАСТВОРЕННЫХ В ВОДЕ СОЕДИНЕНИЙ. Если их мало, раствор называется ГИПОТОНИЧЕСКИМ. Раствор с высоким осмотическим давлением называется ГИПЕРТОНИЧЕСКИМ.
Нормальное развитие микроорганизма происходит, когда его внутриклеточное осмотическое давление несколько выше, чем давление в питательном субстрате. В этом случае в клетку извне поступает вода, цитоплазма плотно прилегает к стенке, слегка растягивая ее. Такое состояние клетки называют ТУРГОРНЫМ (ту́ргор - напряжённое состояние оболочки клетки).
В растворах, имеющих более высокое осмотическое давление, чем внутри микробной клетки, микроорганизмы жить не могут. Это объясняется тем, что вода выходит из клетки наружу, клетка обезвоживается и протопласт сжимается. Данное явление носит название ПЛАЗМОЛИЗА; при этом поступление в клетку питательных веществ приостанавливается.
В среде с очень низким осмотическим давлением (например, дистиллированная вода) вода будет поступать внутрь клетки, при этом цитоплазма клетки быстро переполняется водой и клеточная стенка разрывается - такое явление называют ПЛАЗМОПТИЗОМ.
Способность микроорганизмов развиваться в средах с различным осмотическим давлением называют ОСМОТОЛЕРАНТНОСТЬЮ.
По отношению к концентрации соли (NaCI) микроорганизмы делят на ГАЛОФИЛЬНЫХ (от лат. halo - соль) – микроорганизмы, способные существовать лишь при очень высоких концентрациях солей (NaCI). Различают УМЕРЕННЫХ ГАЛОФИЛЬНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ - развиваются при содержании соли 1-2%, хорошо растут в среде с 10% соли, но выносят даже 20%-ную её концентрацию; и ЭКСТРЕМАЛЬНЫХ ГАЛОФИЛЬНЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ - требуют содержания 12-15% солей и способны хорошо расти в насыщенном 32%-ном растворе NaCI. К ним относятся архебактерии родов Halobacterium и Halococcus.
Размножение многих гнилостных бактерий подавляется при концентрации поваренной соли около 3-4 %, а при 7-10 % оно прекращается. Палочковидные гнилостные бактерии менее стойки, чем кокки. Развитие некоторых возбудителей пищевых отравлений (ботулинуса, сальмонелл) приостанавливается при 6-10% соли, однако даже при 20%-ном её содержании многие из них долго сохраняют жизнеспособность, находясь в неактивном состоянии.
При высоких концентрациях в субстрате поваренная соль оказывает ТОКСИЧЕСКОЕ ДЕЙСТВИЕ на микроорганизмы - подавляются процессы дыхания, нарушаются функции клеточных мембран и др.
***Часто встречается порча солёных товаров (рыбы, солонины и др.) под влиянием галофильных и солеустойчивых микроорганизмов. Например, покраснение крепкосолёной рыбы - дефект, называемый «фуксином», который вызывается бесспоровой бактерией Halobacterium salinarium, обладающей красным пигментом. Эта галофильная бактерия заносится в продукт с солью. Солёные товары следует хранить при низких температурах, чтобы задержать развитие на них микроорганизмов.
Известны различные виды порчи (плесневение, забраживание) мёда, варенья, джема, фруктовых сиропов и других сахарсодержащих продуктов под воздействием осмофильных плесеней и дрожжей. ***