
- •Издательство Томского политехнического университета Томск 2006
- •Предисловие
- •1. Теоретические основы общей микробиологии
- •1.1. Структурно-функциональная характеристика микробной клетки
- •1.2. Рост и размножение бактерий
- •1.3. Спорообразование у бактерий
- •1.4 Движение бактерий
- •2. Физиология прокариот
- •2.1. Метаболизм бактерий: конструктивный и энергетический обмен
- •2.2. Ферменты и регуляция клеточного метаболизма прокариот
- •2.3. Химический состав бактерий
- •2.4. Потребность микроорганизмов в питательных веществах
- •2.5. Питание бактерий
- •2.6. Дыхание бактерий
- •2.7. Брожение
- •3. Влияние внешних условий на жизнедеятельность прокариот
- •3.1. Влияние температуры
- •3.2. Отношение к молекулярному кислороду
- •3.3. Влияние излучения
- •3.4. Влияние активной реакции среды
- •3.5. Соленость
- •3. 6. Приспособление к неблагоприятным воздействиям
- •4. Систематика и классификация прокариот
- •4.1. Филогенетическая систематика
- •Группы прокариотных организмов (по Берги) [25]
- •4.2. Функциональная классификация прокариот
- •4.2.1. Физиологические группы бактерий по типам питания
- •4.2.1. Экофизиологические группы
- •5. Ультрамикробы
- •6. Морфофизиологическая характеристика эукариотов природных вод
- •6.1. Водоросли
- •6.2. Грибы
- •6.3. Простейшие
- •6.4. Черви (Vermes)
- •6.5. Низшие ракообразные
- •6.6. Миксобактерии
- •7. Распространение микробоорганизмов в природе
- •8. Биоценозы пресных водоемов, группировка водоемов по экологическим признакам
- •9. Микробные соосбщества как фактор самоочищения водоемов и приемы технического воздействия на микробное население воды
- •10. Инфекция и основные пути ее распространения
- •11. Микробное загрязнение и санитарно-биологические показатели качества воды
- •Нормативы для питьевой воды по микробиологическим и паразитологическим показателям
- •12. Участие пркариотных микроорганизмов в круговороте химических элементов
- •12.1. Круговорот углерода и гидрогеохимические процессы
- •12.2. Круговорот серы и гидрогеохимические процессы
- •12.3. Круговорот азота и гидрогеохимические процессы
- •13. Роль микроорганизмов в коррозии металлов
- •14. Образование отложений и обрастаний в водопроводных сооружениях
- •15. Очистка сточных вод с помощью микроорганизмов
- •15.1. Аэробные процессы очистки сточных вод
- •15.1.1. Биологические фильтры
- •Нагрузка на биологические фильтры [33]
- •15.1.2. Аэротенки
- •15.1.3. Схема работы аэротенка
- •15.1.4 Контроль за работой аэротенков
- •15.1.5. Роль и значение отдельных групп организмов в механизме биохимической очистки сточных вод
- •Степень относительного развития различных групп простейших и коловраток при различной работе сооружений
- •15.1.6. Биологические пруды
- •15.1.7. Почвенные методы очистки сточных вод
- •15.1.8. Эффективность различных аэробных методов очистки сточных вод
- •15.2. Анаэробные процессы очистки сточных вод
- •15.2.1. Механизм метанового брожения
- •Количество живых клеток в 1 г при 95%-й влажности
- •15.2.2. Очистные сооружения
- •(Цифрами указана влажность бродящего осадка)
- •Значение коэффициента n при различной влажности загружаемого осадка
- •Суточная доза загружаемого в метантенк осадка различной влажности
- •16. Методы работы с микроорганизмами
- •Библиографический список
1.2. Рост и размножение бактерий
Под ростом прокариотной клетки понимают согласованное увеличение количества всех химических компонентов, из которых она построена. Рост является результатом множества скоординированных биосинтетических процессов, находящихся под строгим регуляторным контролем, и приводит к увеличению массы (а, следовательно, и размеров) клетки. Но рост клетки не беспределен. После достижения определенных (критических) размеров клетка подвергается делению [36].
У большинства бактерий размножение происходит делением клетки пополам (равновеликое бинарное поперечное деление). Вначале в середине тела бактерии появляются выросты, а затем они кольцеобразно вдвигаются внутрь клетки и делят ее пополам. Но встречаются бактерии (миксобактерии), размножение которых происходит путем «перешнуровывания» клетки без образования клеточной перегородки. Каждая половинка быстро вырастает до размеров материнской клетки и снова делится пополам и т.д.
Вариантом бинарного деления является почкование, которое можно рассматривать как неравновеликое бинарное деление. При почковании на одном из полюсов материнской клетки образуется маленький вырост (почка), увеличивающийся в процессе роста. Постепенно почка достигает размеров материнской клетки, после чего отделяется от последней. При почковании, в отличие от бинарного равновеликого деления, симметрия наблюдается в отношении только продольной оси. Кроме того, клеточная стенка почки в основном синтезируется заново, тогда, как при равновеликом бинарном делении значительная часть материнской клеточной стенки попадает в дочерние клетки. И, наконец, почкующиеся прокариоты имеют «индивидуальность» и подвергаются старению. При равновеликом бинарном делении материнская клетка, делясь, дает начало двум дочерним клеткам и сама, таким образом, исчезает. При почковании материнская клетка дает начало дочерней клетке и между ними можно в большинстве случаев обнаружить морфологические различия. Это создает возможность для изучения возрастных изменений у прокариотных организмов (рис. 3).
Бинарное деление может происходить в одной или нескольких плоскостях. В первом случае, если после деления клетки не расходятся, это приводит к образованию цепочек палочковидных или сферических клеток, во втором – к клеточным скоплениям разной формы. Расхождение образовавшихся дочерних клеток происходит в результате лизиса среднего слоя клеточной стенки.
Деление прокариотной клетки начинается спустя некоторое время после завершения цикла репликации молекул ДНК. Репликация бактериальной хромосомы запускает процессы, ведущие к клеточному делению. Воздействие различными химическими веществами и физическими факторами, приводящими к подавлению репликации ДНК, останавливает и клеточное деление.
Рис. 3. Схема способов деления прокариотной клетки:
А – деление путем образования поперечной перегородки; Б – деление путем перетяжки,
В – почкование, Г – множественное деление: 1 – клеточная стенка, 2 цито-плазматическая мембрана, 3 – мембранная структура, 4 – нуклеоид, 5 – дополнительный фибриллярный слой клеточной стенки.
При благоприятных условиях размножение идет очень быстро. Считают, что бактерия делится пополам через каждые 20–30 мин. По подсчету ботаника Кона, при беспрепятственном размножении в течение 5 суток потомство одной бактерии средней величины (2 мк длины и 1 мк ширины) заняло бы объем, равный объему всех морей и океанов. Но размножение бактерий ограничено рядом факторов и таких фантастических размеров не достигает.
Чрезвычайно малые размеры бактерий и быстрота их размножения имеют огромное значение для понимания условий взаимодействия между микробами и окружающей средой. Объем воды в 0,001 мл способен вместить до 109 бактерий. При внесении такого количества бактерий в 1 мл воды в случае равномерного распределения их по всему объему на 1 л воды придется 106 бактерий или 1000 бактерий на 1 мл воды. Следовательно, ничтожное количество зараженного болезнетворными бактериями вещества достаточно для распространения инфекционных заболеваний, передаваемых через воду. В данном случае огромную роль играет суммарная поверхность микробных тел, так как взаимодействие между организмом и окружающей средой определяется поверхностью их соприкосновения. Микробы обладают громадной общей поверхностью (т.е. поверхностью, приходящейся на единицу массы). У человека на 1 кг массы общая поверхность равна 0,04 м2, а у бактерий суммарная поверхность равна 4000 м2, т.е. в 1000000 раз больше. Этим определяется поразительная активность бактерий и их чрезвычайная чувствительность к изменению условий существования.