Главная Обратная связь

Дисциплины:






ОСМОТИЧЕСКОЕ ДАВЛЕНИЕ



МИКРООРГАНИЗМЫ И ФАКТОРЫ ВНЕШНЕЙ СРЕДЫ

ФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ ВНЕШЕНЕЙ СРЕДЫ

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 грибыи 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.



 

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 оченьнизким 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. ***

 

ТЕМПЕРАТУРА СРЕДЫ.

Температура - один из основных факторов, определяющих возможность и интенсивность развития микроорганизмов.

Микроорганизмы лишены механизмов, регулирующих температуру тела, поэтому их существование определяется температурой окружающей среды.

При ВЫСОКИХ ЗНАЧЕНИЯХ ТЕМПЕРАТУРЫбелки, нуклеиновые кислоты и другие составные части клетки бактерии могут необратимо инактивироваться, что обусловливает гибель организма.

При ОЧЕНЬ НИЗКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ нарушаются процессы биосинтеза и рост бактерий прекращается.

Для каждого микроорганизма существует минимальная температура, ниже которой рост его не наблюдается, оптимальная - при которой микроорганизм растет с наибольшей скоростью и максимальная- выше которой роста не происходит.

По отношению к температуре микроорганизмы подразделяют на три группы: ПСИХРОФИЛЫ, МЕЗОФИЛЫ и ТЕРМОФИЛЫ.

ПСИХРОФИЛЫ (от греч. psychria – холод, phileo – люблю, trophe – питание) - холодолюбивые микроорганизмы, хорошо размножаются и проявляют химическую активность при относительно низких температурах. Для них характерны: минимум- от -12-10 0С до 0 0С, оптимум - +10+15 0С и максимум - около +30 0С.

Психрофильные микроорганизмы формируют естественный микробиоценоз регионов вечного холода. Бактерии этой группы распространены в арктических районах земного шара, где их обнаруживают в пробах из почв, вечных снегов высокогорных районов, горных ледников, морен, наносов холодных пещер, в воде колодцев и родников.

Естественной средой обитания психрофильных бактерий служат океаны (средняя температура у поверхности воды +5 °С, около дна +1+2 °С), где микроорганизмы могут обитать независимо друг от друга либо входить в состав микробного ценоза морских животных и растений. Среди психрофилов есть формы, вызывающие заболевания рыб и морских растений.

ПСИХРОТРОФНЫЕ, или психроактивные организмы развиваются при 0 °С, однако их температурный оптимум выше, чем у психрофилов, и составляет +25+30 °С, максимум около +35 °С.

Бактерий обнаруживают в почве и воде не только в условиях холодного, но и умеренного климата. Психротрофы могут развиваться в пищевых продуктах, которые хранятся при низких температурах. Например, в молоке обитают психротрофы, относящиеся к родам Pseudomonas, Alcaligenes, Chromobacterium, Flavobacterium. В мясе при температуре хранения ниже 0 °С размножаются психроактивные псевдомонады, грамположительные бактерии и даже патогенные или токсигенные виды, в том числе Clostridium botulinum типа Е.

Кишечнаяи брюшнотифозная палочки в течение нескольких дней не погибают при температурах -172-190 0С. Споры бактерийсохраняют способность к прорастанию даже после 10-часового пребывания при -252 0С (температура жидкого водорода).

Некоторые мицелиальные грибы и дрожжи сохраняют жизнеспособность после воздействия температуры -190 °С (температура жидкого воздуха) в течение нескольких дней, а споры мицелиальных грибов - в течение нескольких месяцев.

 

Способность психрофильных микроорганизмов развиваться при низких температурах обусловлена следующим особенностям:

1. Клетки содержат ферменты, имеющие низкую температуру активации и способные наиболее эффективно функционировать при низкой температуре; при температуре выше +30 °С данные ферменты прекращают свою деятельность;

2. Проницаемость мембран психрофилов высокая в связи с большим количеством ненасыщенных жирных кислот, содержащихся в липидах, в результате мембраны не замерзают;

3. Образование полисом в условиях низких температур.

 

ТЕРМОФИЛЫ (от греч. therme - тепло) - теплолюбивые микроорганизмы, развивающиеся при относительно высоких температурах. Температурный минимум для них не ниже +30 , оптимум +50+600, максимум около +70+80 °С.

Постоянное место обитания термофильных бактерий - термальные (горячие) источники.

Из горячих водных источников Камчатки выделена палочковидная неспороносная бактерия с температурным оптимумом +70+80 °С, которая оставалась жизнеспособной при температуре воды до +90 °С.

Из горных источников на склонах вулканов выделены бактерии, способные расти при температуре даже выше +100 °С, с оптимумом +105 °С. Эти бактерии рассматривают как экстремально термофильные микроорганизмы.

Термофилы встречаются также в самонагревающихся скоплениях различных органических материалов (зерно, сено, навоз и др.). Обитают они в поверхностных слоях почвы, кишечнике человека и животных, в продуктах, прошедших термическую обработку.

Данную группу организмов широко используют в биотехнологической промышленности для получения витаминов, ферментов, молочной кислоты, кормового белка и других ценных для сельского хозяйства и медицины веществ.

Термофильные микроорганизмы подразделяют на облигатные, факультативные, термотолерантные, экстремально термофильные и гипертермофильные.

Облигатные термофилы имеют температурный оптимум +65+70 °С, минимальная температура, при которой возможен их рост, - +40+42 °С; факультативные термофилы имеют температурный максимум +50+60 °С, минимум - менее +20 °С; термотолерантные - температурный максимум +45+50 °С; экстремально термофильные - могут существовать при температурах от +60 до +93 °С и выше. К гипертермофиламотносятся архебактерии - например, архебактерии Pyrodictium occultum и P. brockii развиваются при температуре +105 °С, но выдерживают и 110 °С.

Способность термофильных микроорганизмов развиваться при высоких температурах обусловлена следующим особенностям:

1. Состав липидных компонентов клеточных мембран - высокое содержание длинноцепочечных С1719 насыщенных жирных кислот с разветвленными цепями;

2. Высокая термостабильность белков и ферментов(ферменты имеют низкую молекулярную массу и содержат значительное количество ионов кальция);





sdamzavas.net - 2019 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...