uchebnik_Mikrobiologia_pischevykh_proizvodstv_1

Антагонизм - это такой тип взаимоотношений, когда один из организмов подавляет или прекращает развитие другого в основном за счёт продуктов жизнедеятельности.

Примером микробов-антагонистов являются молочнокислые и гнилостные бактерии.

Молочнокислые бактерии, вырабатывая молочную кислоту, создают кислую реакцию среду, препятствуя развитию гнилостных бактерий. Явление антагонизма между ними используют, например, при квашении капусты.

Антибиоз связан со способностью одного вида микроорганизмов выделять в окружающую среду специфические вещества, угнетающие жизнедеятельность других, -

антибиотики.

Оно обладают либо широким спектром действия в отношении ряда микроорганизмов,

либо избирательным действием к одному из них.

Продуцентами антибиотиков могут быть мицелиальные грибы (например,

пеницилловые, аспергилловые), бактерии (продуценты грамицидина) чаще всего актиномицеты (продуцеты стрептомицина) и чаще всего актиномицеты (продуцетны стрептомицина, окситетрациклина, биомицина, тетрациклина и др.). Антибиотики применяются в качестве эффективных лечебных препаратов. Антибиотики используются также в нелечебных целях в качестве добавок в корм молодняку животных, птицы и т.п.

Например, добавление кормового биомицина повышает привесы животных, яйценоскость кур.

Паразитизм - это такой тип взаимоотношений, при котором совместное существование одному из симбионтов приносит выгоду, а другому причиняет вред.

Примерами могут служить болезнетворные микроорганизмы и вирусы, являющиеся возбудителями инфекционных заболеваний человека, животных и растений, фаги.

Бактериофаги наблюдаются в сыроделии и производстве маргарина, актинофаги - в

производстве антибиотиков, что приводит к утрате ценных производственных культур микроорганизмов.

Хищничество - это внеклеточный паразитизм. Хищные бактерии образуют подвижную колонию - сетку, улавливающую крупные бактериальные клетки других видов, которые лизируют (разрушаются) и используются ими внутри колонии, а остатки выбрасываются. Хищные бактерии чаще обитают в илах водоёмов.

Антропогенные факторы

Этот вид экологических факторов является следствием хозяйственной деятельности человека, в процессе которой происходит загрязнение окружающей среды. Основными

источниками загрязнения являются всевозможные выбросы газообразных веществ в атмосферу, попадание в водную среду производственных и коммунально-бытовых отходов, нефтепродуктов, минеральных солей; засорение ландшафтов мусором и твердыми отходами, широкое применение пестицидов; повышение уровня ионизирующих излучений; накопление тепла в атмосфере и гидросфере.

Одним из основных антропогенных факторов, неблагоприятно влияющих на окружающую среду и ее обитателей, в том числе на микроорганизмы, является химическое загрязнение. В окружающую среду выбрасывается большое количество различных химических веществ, в том числе и неприродных соединений. К числу наиболее распространенных загрязнителей внешней среды неприродными органическими соединениями относятся поверхностно-активные вещества (ПАВ), которые являются основой современных моющих средств (стиральных порошков); синтетические полимерные материалы (пластмассы, полиэтилен, синтетическое волокно) и др. Многие из этих соединений не разлагаются естественным путем или же разлагаются частично.

Другие - очень медленно (радиоактивный изотоп стронция имеет период распада около

200лет).

Ежегодно производятся десятки миллионов тонн разнообразных синтетических

материалов, в почвы сельскохозяйственных угодий вносится огромное количество минеральных удобрений и пестицидов (химических веществ для защиты растений от вредителей болезней и сорняков). Неразложившиеся остатки радиоактивных и органических соединений накапливаются в различных объектах внешней среды.

Возникает опасность их попадания в пищевые продукты, а с ними в организм человека.

Сейчас в атмосферу ежегодно выбрасываются сотни миллионов тонн оксидов азота и серы, диоксида углерода, твердых и жидких взвешенных частиц (аэрозолей), миллионы тонн газообразных органических веществ. Загрязнение атмосферы приобретает глобальный характер, что может привести к возможному изменению климата, увеличению потока жесткой УФ-радиации на поверхность земли, увеличению числа заболеваний среди людей.

Антропогенное загрязнение почв связано с твердыми и жидкими отходами промышленности, строительства, городского хозяйства и сельскохозяйственного производства.

Наибольшей опасности загрязнения бытовыми и промышленными отходами подвергается вода. Загрязнения, выбрасываемые в атмосферу или вносимые в почву в трансформированном или неизменном виде, поступают в водоемы.

За счет выпадения осадков и в период весеннего половодья с поверхностным стоком в воду попадают загрязняющие вещества. Загрязнение природных вод связано также с использованием водных ресурсов в промышленности и сельском хозяйстве, в энергетике,

на хозяйственно-бытовые нужды, мелиоративных преобразований и т.д.

Промышленные сточные воды - это отработанные воды предприятий, загрязненные разнообразными примесями, а также воды тепловых элеткростанций с повышенной температурой (тепловое загрязнение воды). Они оказывают токсическое действие на биоценозы водоемы, так как содержат тяжелые металлы (стоки металлургической и химической промышленности), а также способствуют массовому развитию микроорганизмов, в том числе патогенных (стоки пищевой, кожевенной, целлюлозной промышленности).

Способы и пути борьбы с антропогенными загрязнениями разнообразны. Среди них строительство очистных сооружений, установка пылегазоулавливающих фильтров,

создание безотходных и малоотходных технологий, утилизация отходов с помощью микроорганизмов, применение замкнутых циклов водопользования, применение биологических методов борьбы с вредителями и болезнями сельскохозяйственных и лесных растений, поиски новых видов топлива и источников энергии и др.

Микроорганизмы способны осуществлять биодеградацию (разрушение) и

детоксикацию (обезвреживание) целого ряда загрязнений воды и почвы.

Любые сточные воды перед спуском в открытые водоемы подвергаются очистке.

Очистка сточных вод осуществляется на очистных сооружениях и должна обеспечивать такую степень чистоты, которая позволила бы использовать водоемы после поступления в них очищенных вод в качестве источников хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения, а также для отдыха, рыбной ловли и т.д.

Для очистки сточных вод, содержащих много органических веществ, наиболее широкое распространение получили биологические методы очистки. Они основаны на использовании биохимической деятельности микроорганизмов - их способности к различным превращениям органических и минеральных веществ в процессе конструктивного и энергетического обмена.

Нормальная работа очистных сооружений может нарушаться, если в стоки попадают специфические токсичные или неприродные органические синтетические средства.

Благодаря способности адаптироваться к необычным условиям жизни микроорганизмы воды, почвы используют даже неприродные органические соединения, с

которыми они ранее в природе не встречались. Детоксикация микроорганизмами таких соединений происходит, главным образом, путем использования их в качестве

единственного источника углерода для питания и получения энергии. Такой процесс

носит многоступенчатый характер. Вначале микроорганизмы путем различных ферментативных реакций превращают исходные соединения в нетоксичные промежуточные или конечные продукты, которые затем используют в конструктивном или энергетическом обмене. Азот, сера, фосфор и другие элементы, входящие в состав неприродных соединений, чаще используются в конструктивном обмене.

Поиски микроорганизмов-деструкторов в воде, почве, сточных водах, активном иле и других источниках, а также способов повышения их активности продолжаются непрерывно.

Лабораторное занятие

Исследование микроорганизмов воздуха, воды и пищевых продуктов. Характеристика морфологических и культуральных признаков отдельных микроорганизмов, выделенных из исследуемых объектов.

Контрольные вопросы

1.Какое влияние оказывают различные температурные условия на микроорганизмы?

2.На чем основаны и в каких случаях применяются пастеризация, тиндализация и стерилизация?

3.Какое влияние оказывают на микроорганизмы влажность среды и концентрация растворенных веществ в среде?

4.В чем заключается влияние различных видов электромагнитных излучений на микроорганизмы?

5.Какое влияние оказывает активная кислотность среды на микроорганизмы?

6.Что такое «биотические факторы»?

7.Какое влияние на окружающую среду оказывают антропогенные факторы?

8.Какие существуют способы борьбы с антропогенными загрязнениями окружающей среды?

9.Как регулировать микробиологические процессы путем изменения условий внешней среды?

Распространение микроорганизмов в природе

Распространение микроорганизмов в природе очень широко: они находятся в почве,

воде, воздухе, на растениях, предметах, продуктах, поверхности тела, в желудочно-

кишечном тракте и органах дыхания человека и животных. Их можно обнаружить в странах с жарким климатом и на Крайнем Севере, в пустынях и горячих источниках, во льдах и глубоких слоях морей и океанов. Однако состав микроорганизмов в зависимости от их условий обитания различен.

Свойства микроорганизмов необыкновенно разнообразны. Они легко приспосабливаются к имеющимся источникам пищи, устойчивы к недостатку влаги,

колебаниям температуры, способны очень быстро размножаться.

Роль микроорганизмов в природе чрезвычайно велика - они участвуют в круговороте веществ. Разлагая растительные и животные остатки, микроорганизмы превращают их в минеральные соединения с образованием конечных продуктов – углекислого газа и воды,

которые вновь используются для питания растениями. Микроорганизмам принадлежит основная роль в возвращении углекислого газа в атмосферу и поддержании его концентрации на определенном уровне. Они играют важную роль в геохимических превращениях азота, фосфора, серы, железа, марганца и других элементов. С их жизнедеятельностью связано образование каменного угля, нефти, некоторых руд, торфа.

В хозяйственной деятельности человека микроорганизмы используются очень широко.

Хлебопечение, виноделие, пивоварение, а также получение уксуса, органических кислот,

кисломолочных продуктов, сыров, квашение овощей и фруктов – все эти процессы связаны с жизнедеятельностью дрожжей, бактерий, микроскопических грибов. С

помощью микроорганизмов получают ферменты, аминокислоты, витамины, ценные лечебные препараты – антибиотики, регуляторы роста, гормоны; микроорганизмы синтезируют белок, биохимические средства защиты растений, биоудобрения, другие необходимые биопрепараты; извлекают из природных материалов и отходов промышленности медь, марганец, драгоценные металлы.

Вместе с тем некоторые микроорганизмы наносят существенный вред, вызывая порчу сельскохозяйственного сырья, многих полуфабрикатов и готовых пищевых изделий.

Имеются группы микроорганизмов – возбудителей заболеваний человека, животных,

растений.

Непременным условием полноценной деятельности предприятий пищевой промышленности является высокий уровень культуры производства, в том числе и микробиологического и санитарно-гигиенического контроля.

Санитарно-микробиологические исследования относятся к одной из наиболее строго регламентированных сфер деятельности предприятия. В нее входят работы по контролю сырья, полупродуктов и готовой продукции, по контролю соблюдения основных требований ведения технологического процесса, подготовки оборудования,

вспомогательных материалов и инвентаря, соблюдению санитарно-гигиенических норм в производстве.

Проведение санитарно-микробиологических анализов возможно только при наличии на предприятии действующих нормативных документов по технике проведения исследований и допустимых величин определяемых показателей.

Микроорганизмы почвы

Почва является средой обитания для огромного числа микроорганизмов и основной природный резервуар, откуда они попадают во внешнюю среду – воздух и воду. В 1г

почвы число микроорганизмов может изменяться от сотен до миллиардов клеток.

Микроорганизмы в почве распределены неравномерно. Их численность и видовой состав в почве зависят от содержания в ней органических веществ и влаги, структуры почвы, способа ее сельскохозяйственной обработки, климатических условий, характера растительного покрова, степени ее загрязнения отходами хозяйственной деятельности человека и многих других факторов. В верхних слоях почвы микроорганизмов больше, по мере углубления их становится все меньше и в более глубоких слоях (2...5м) встречаются единичные клетки. Беден микроорганизмами и самый верхний слой толщиной несколько миллиметров, который постоянно подсушивается и подвергается действию ультрафиолетовых лучей. В верхних слоях почвы преобладают аэробы, в более глубоких – анаэробы.

Наиболее распространены в почве грибы, актиномицеты и бактерии - гнилостные,

маслянокислые, кишечной группы, азотфиксирующие, нитрифицирующие,

денитрифицирующие, клубеньковые, серо- и железобактерии; В меньшей степени – дрожжи, водоросли, простейшие, вирусы.

Число бактерий, содержащихся в почве, превышает число других микроорганизмов,

причем среди них встречаются как автотрофы, так и гетеротрофы, принимающие активное участие в почвообразовательных процессах. Они разлагают растительные и животные остатки в почве и превращают их в гумус, а также минерализуют органические вещества.

Под влиянием микроорганизмов происходит синтез новых органических веществ в почве,

изменяется ее структура, кислотность. Под действием микробов-антагонистов происходят процессы самоочищения почвы.

Загрязнение почвы патогенными микроорганизмами. Почва постоянно загрязняется различными отбросами, выделениями человека и животных, мертвыми растениями и животными. Патогенные микроорганизмы попадают в почву с испражнениями, мочой, гноем, слюной и другими выделениями, с трупами людей и животных, погибших от инфекционных заболеваний.

Попадая в почву, значительная часть патогенных микроорганизмов, не образующих спор, погибает. Продолжительность выживания в почве возбудителей кишечных инфекций (дизентерии, брюшного тифа, холеры, чумы, бруцеллеза, туляремии,

туберкулеза) широко варьирует и составляет от нескольких часов до нескольких месяцев.

Значительно дольше сохраняются в почве спорообразующие патогенные бактерии – аэробы (например, споры возбудителя сибирской язвы Bacillus anthracis сохраняются в почве свыше 15 лет) и анаэробы (например, возбудители столбняка, газовой гангрены,

ботулизма). Их споры могут сохраняться в почве десятками лет, а при благоприятных условиях прорастать, в результате чего бактерии вновь размножаются. Такие почвы представляют большую опасность в эпидемиологическом отношении. Они могут явиться причиной заражения сырья и пищевых продуктов патогенными микроорганизмами непосредственно или через воду. Поэтому все отбросы, поступающие в почву, следует обезвреживать и систематически проводить оценку санитарно-микробиологического состояния почвы и процессов ее самоочищения.

Санитарная оценка почвы. При санитарной оценке почвы учитывают результаты химического, гельминтологического и микробиологического анализов.

При микробиологическом исследовании почвы в зависимости от поставленной задачи применяют краткий и полный санитарно-микробиологический анализ. Краткий анализ почвы предусматривает определение двух микробиологических показателей:

КМАФАнМ (общего количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов) и коли-титра (наименьшего объем объекта, в котором обнаруживается кишечная палочка). Полный анализ включает в себя определение КМАФАнМ, коли-титра

– БГКП (бактерий группы кишечной палочки), а также титра анаэробов (Clostridium perfringens), протеев, термофилов.

Показатель КМАФАнМ чистой почвы не превышает 1,5х105 КОЕ/г, в загрязненной почве он в несколько раз больше. Наличие в почве БГКП и Clostridium perfringens

свидетельствует о ее фекальном загрязнении. Выявление в почве бактерий Proteus

свидетельствует о загрязнении ее органическими веществами животного происхождения или фекалиями людей. Термофильные микроорганизмы являются показателями

загрязнения почвы навозом, компостами. В чистых почвах термофилы не

обнаруживаются.

Микробиология воды

Природные воды, как и почва, являются естественной и достаточно благоприятной средой обитания многих микроорганизмов, где они способны жить, размножаться,

участвовать в процессах круговорота углерода, азота, серы, железа и других элементов.

Количественный и качественный состав микроорганизмов природных вод разнообразен.

Численность микроорганизмов в воде определяется главным образом содержанием в ней органических веществ. В 1см3 воды число КОЕ (колониеобразующих единиц, или число клеток) может превышать несколько миллионов.

В состав микроорганизмов воды входят водоросли, простейшие, бактерии,

мицелиальные грибы, вирусы и другие группы микроорганизмов. Между ними существуют сложные взаимоотношения. Например, хлорелла при массовом развитии на свету вызывает быструю гибель кишечной палочки. Одна инфузория способна поглотить за 1ч 30 тыс. клеток микроорганизмов. Патогенные микроорганизмы быстрее погибают в загрязненной воде и медленнее – в чистой. В загрязненной воде могут быть микробы-

антагонисты, фаги и др. Такие взаимоотношения способствуют поддержанию равновесия живых существ в гидросфере.

По своему происхождению природные воды подразделяются на атмосферные

(осадочные), подземные (ключевые и минеральные, грунтовые воды верхних слоев,

скапливающиеся в колодцах и воды глубокого залегания – артезианские скважины) и

поверхностные, или континентальные (реки, озера, болота) и искусственные (каналы,

водохранилища, пруды).

Атмосферные (осадочные) воды встречаются в виде дождя, снега, града, льда.

Дождевая вода бедна микроорганизмами и обогащается ими, захватывая и увлекая из воздуха мельчайшие частицы пыли. В связи с этим дождевая вода над городской местностью значительно богаче микроорганизмами, чем над сельской.

Снег, как и дождевая вода, практически свободен от бактерий и все же в 1 см3 только что выпавшего и растопленного снега даже в самые сильные морозы насчитывается от нескольких десятков до нескольких сотен бактерий.

Численный состав микроорганизмов града и льда различен и зависит от качества воды, из которой они образовались.

Подземные воды. Состав подземных вод артезианской, ключевой, грунтовой зависит главным образом от глубины залегания водоносного слоя, его защищенности от попадания загрязнений извне.

Ключами, источниками или родниками называют естественные выходы подземных вод на поверхность Земли. Холодные источники образуются преимущественно водами атмосферного происхождения, которые они получают из водоносных слоев различного залегания. Горячие источники обусловлены выходом воды глубинного происхождения,

поднявшейся из недр земли по трещинам. Проходя через породы различного состава,

воды этой группы обогащаются растворенными веществами и газами и тем самым становятся минеральными водами.

Ключевые воды весьма бедны микроорганизмами, что объясняется адсорбцией микроорганизмов на частицах почвы или прохождения воды через грунт. Смешиваясь с грязными потоками воды во время дождя, ключевые источники могут содержать до нескольких тысяч бактерий в 1 см3.

Состав минеральных вод формируется в процессе выветривания горных пород. В

этом процессе микроорганизмы играют значительную роль. Артезианские воды,

находящиеся на больших глубинах, содержат очень мало микроорганизмов. Подземные воды, добываемые через обычные колодцы из неглубоких водоносных слоев, куда могут просачиваться поверхностные загрязнения, содержат значительное количество бактерий,

среди которых могут быть и болезнетворные. Чем ближе к поверхности расположены грунтовые воды, тем обильнее количественный и качественный состав микроорганизмов.

Поверхностные воды (континентальные водоемы) расположены в углублениях суши. Они бывают естественными и искусственными. Реки, озера, болота – естественные водоемы. В реках вода проточная. Она содержит разное число клеток микроорганизмов в зависимости от времени года, питающих ее источников, территории, по которой течет река. Весной и осенью, в период половодий и дождей, когда в воде содержится много органического вещества, численность микроорганизмов, среди которых могут быть и патогенные, резко возрастает, что представляет угрозу для животных и человека.

Речная вода, протекающая через населенные пункты, сильно загрязняется, поэтому ниже по течению в ней содержится гораздо больше микроорганизмов, чем выше по течению.

Озера представляют собой водоемы со стоячей водой. Озера бывают сточными и бессточными в зависимости от того, берут от них начало реки или нет. По степени минерализации озера подразделяются на пресные, солоноватые и соленые. Существует заметная разница в солевом составе, температуре, прозрачности воды, условиях аэрации

различных озер, что обусловливает значительные колебания в численности бактерий,

которая может изменяться в среднем от 150 тыс. до 10 млн. в 1 см3.

Болота представляют собой неглубокие, частично или полностью закрытые сверху растительностью скопления воды, в которых образуется торф (переходное состояние между водой и сушей). Болота могут быть низинными, если они питаются грунтовыми водами, и верховыми, питающимися за счет атмосферных осадков. Население болот чрезвычайно бедно, что объясняется высокой кислотностью воды, ее крайне слабой минерализацией из-за отсутствия контакта с грунтом, который обычно покрыт растительностью. Болотная вода насыщена метаном. Здесь развиваются специфические группы микроорганизмов, так для большинства микроорганизмов метан и сероводород ядовиты.

Водоемы бывают искусственными, сооружаемыми человеком. Наибольшее значение среди них приобрели водохранилища, пруды, судоходные и оросительные каналы.

Водохранилища имеют многоцелевое назначение (регуляция стока рек,

водоснабжения, гидроэнергетики, рыбного хозяйства и т.п.). Частые сезонные колебания уровня воды приводят к гибели многих обитателей водохранилищ. Численность микроорганизмов в нем колеблется от 1…2 млн. до 1,5…2 млрд. в 1см3.

Пруды – искусственные водоемы, сооружаемые для рыборазведения, водоснабжения населенных пунктов, полива полей, водопоя скота и других целей. Они могут быть плотинными и создаваться за счет запруживания речек и оврагов; копаными,

питающимися атмосферными осадками, а также грунтовыми водами; наливными,

наполняемыми водой через специальные каналы из рек и ручьев. Все типы прудов – это мелкие водоемы с небольшой площадью водного зеркала, часто спускаемые на зиму.

Число микроорганизмов в прудах может достигать нескольких миллионов КОЕ/см3.

Видовой состав микроорганизмов естественных водных резервуаров

Наиболее типичными и постоянными микроорганизмами пресных вод являются флуоресцирующие, пигментообразующие и лишенные пигмента аэробные бактерии родов

Pseudomonas, Micrococcus, Sarcina, Spirillum и др., спорообразующие бактерии Bacillus subtilis, B.mycoides и др. Встречаются и типичные водные грибы из родов Mucor и Fusarium, а также актиномицеты. В чистых водоемах до 80% всех аэробных сапрофитных микроорганизмов составляют кокковые формы и около 20% - палочковидные бактерии.

В морской воде микроорганизмов несравненно меньше, чем в пресной, но даже микроорганизмы арктических морей представлены достаточно большим числом видов. В

водах Мирового океана были обнаружены бактерии различных родов – Micrococcus,