Влияние осмотического давления

Поверхностная мембрана клетки избирательно пропускает растворенные в воде вещества. Вода проходит через мембрану с большой легкостью. Если клетку поместить в раствор солей, концентрация которого выше концентрации солей внутри клетки, то вода из клетки начнет переходить в окружающую среду. Этот процесс, который называется осмосом, будет продолжаться до тех пор, пока осмотическое давление внутри и снаружи клетки не выровняется. Потеря растительной клеткой воды,, из вакуоли приводит к тому, что протопласт внутри клетки сокращается и отстает от оболочки. Это явление носит название плазмолиза, Плазмолиз может привести к гибели клетки.

ч Большинство гнилостных бактерий прекращают свое развитие в 5—10 %-ном растворе хлористого натрия. Этим широко пользуются для консервирования пищевых продуктов. Существуют бактерии, приспособившиеся к условиям повышенной концентрации поваренной соли в растворе. Это специфические бактерии, развивающиеся в тузлуках (рассолах) и способные выдерживать концентрацию соли до 25—30 %, а также бактерии, живущие в солончаках.

Многие бактерии способны до некоторой степени приспосабливаться к изменению осмотического давления. Защитный механизм заключается в повышении осмотического давления внутри клетки или за счет проникающих в клетку минеральных солей, или в результате гидролиза резервных веществ цитоплазмы.

При помещении клетки в раствор дистиллированной воды наблюдается обратный процесс: молекулы воды устремляются внутрь клетки. Давление на оболочку изнутри возрастает, клетка разбухает. Это явление носит название плазмоптиза. Плазмоптиз может привести к разрыву оболочки и к гибели клетки.

Таким образом, и слишком повышенная концентрация солей, и вода, полностью лишенная солей, малопригодны для нормальной жизнедеятельности микроорганизмов.

Активная реакция среды и окислительно-восстановительный потенциал

Подавляющее большинство бактерий предпочитает нейтральную среду и не может существовать при рН ниже 4 и выше 9. Но отдельные виды бактерий способны нормально развиваться в кислых и щелочных средах. Так, Pseudomonas radiobacter растет в средах при рН 10, холерный вибрион также предпочитает щелочные среды: он нормально развивается и лучше сохраняется при рН 9.

Бактерия, участвующая в круговороте серы,— Thiobacillus thiooxydans—напротив, устойчива к кислой реакции среды, для нее оптимальное значение рН 2—4.

Кислую реакцию среды хорошо переносят многие низшие грибы и дрожжи. Они хорошо растут при рН 4—5. При этом следует иметь в виду, что некоторые грибы хорошо растут и при рН 8—10.

Для некоторых организмов способность жить при низких значениях рН служит приспособлением для защиты от конкуренции других бактерий. Это относится, например, к уксуснокислым бактериям. Другие группы микроорганизмов, выделяющие кислые продукты в среду, сами угнетаются чрезмерным подкислением, в результате чего их рост прекращается.

Изменение реакции среды может служить хорошим примером активного воздействия микроорганизмов на среду обитания. Многие организмы способны до некоторой степени менять свой обмен так, чтобы нейтрализовать продукты, вредно отражающиеся на их жизнедеятельности. Так, многие бактерии, получающие энергию в процессах брожения, при накоплении в среде кислых продуктов—органических кислот—переходят к синтезу нейтральных продуктов—спиртов.

В живых системах, в том числе в культурах микроорганизмов, постоянно идут окислительно-восстановительные реакции. При этом одно вещество, теряя электроны, приобретает положительный заряд и окисляется, а другое, приобретая электроны, заряжается отрицательно и восстанавливается. Между ними возникает разность электрических потенциалов, называемая окислительно-восстановительным потенциалом, или редоксипотенциалом. Редоксипотенциал обычно измеряется милливольтами и обозначается Eh.

Соотношение окисленной и восстановленной форм для каждого компонента среды при определенном значении Eh одинаково, и поэтому об окислительно-восстановительном потенциале для всей среды можно судить по соотношению в ней окисленной и восстановленной формы одного из компонентов. Для этого обычно пользуются соотношением в среде ионов и молекул водорода. Концентрация ионов водорода в среде характеризуется величиной рН, а концентрация молекул водорода—величиной гН₂, которая представляет собой отрицательный логарифм молекулярного давления газа. Чем больше величина rH₂, тем больше окислительная способность среды и, наоборот, чем выше восстановительная способность среды, тем меньше rH₂. Таким образом, окислительно-восстановительные свойства среды можно характеризовать как величиной редоксииотенциала Eh, так и единицами гН₂.

Eh, rH₂ и рН связаны между собой зависимостью

Величина гН₂ изменяется в пределах от 0 до 41. При полном насыщении среды кислородом она равна 41. Это соответствует концентрации кислорода 40 мг/л. При полном насыщении жидкости водородом ее гН₂=0.

Насыщенность среды кислородом—один из самых важных факторов, влияющих на рост и развитие микроорганизмов. Недостаток кислорода в среде часто служит причиной угнетения роста микроорганизмов. В то же время избыток кислорода (гН₂>30) губительно действует на все микробные клетки. Питательные среды для выращивания аэробных микроорганизмов обычно имеют Eh от 0,2 до 0,4В при нейтральном значении рН. В процессе роста аэробов редоксипотенциал снижается до 0, а иногда и до отрицательных значений.

Анаэробные микроорганизмы обычно не развиваются при Eh выше 0,2 В, но, добавляя в питательную среду вещества, снижаю­щие окислительно-восстановительный потенциал, можно добиться выращивания анаэробов в присутствии кислорода.

Губительное действие кислорода на анаэробные микроорганизмы, по-видимому, связано с отсутствием у анаэробов ферментов каталаз, расщепляющих перекись водорода, которая образуется в процессе переноса водорода на молекулярный кислород.