Контрольная работа по "Биологии"

Токсигенность — способность микробов продуцировать ядовитые вещества — токсины. Различают экзо- и эндотоксины.

Экзотоксины — продукты метаболизма микробов, выделяемые ими в окружающую среду. Это сильные яды, обладающие антигенными свойствами и оказывающие специфическое, избирательное действие, что находит отражение в признаках болезни. Экзотоксины малоустойчивы к нагреванию, разрушаются под действием света, пищеварительных ферментов и дезинфицирующих средств. При соответствующей обработке формалином они теряют ядовитые свойства, но антигенные сохраняют. Обезвреженные экзотоксины, называемые анатоксинами, используются для профилактики соответствующих инфекционных заболеваний (столбняка, брадзота и др.).

Эндотоксины — яды, прочно связанные с микробными клетками и освобождающиеся лишь при разрушении последних. Они термостабильны, как антигены малоактивны, на организм оказывают неспецифическое, более слабое, чем экзотоксины, влияние.

Антигены – это  вещества, которые несут признаки генетически чужеродной информации и при введении в организм вызывают развитие специфических иммунологических реакций.

Антигенные вещества представляют собой высокомолекулярные соединения, обладающие определенными свойствами: чужеродностью, антигенностью, иммуногенностью, специфичностью и определенной молекулярной массой. Антигенами могут быть разнообразные  вещества белковой природы, а также белки в соединении с липидами и полисахаридами. Антигенными свойствами обладают клетки животного и растительного происхождения, яды животного и растительного происхождения. Антигенными свойствами обладают вирусы, бактерии, микроскопические грибы, простейшие, экзо - и эндотоксины микроорганизмов. Все антигенные вещества имеют ряд общих свойств:

Антигенность – это способность  антигена вызывать иммунный ответ. Степень  иммунного ответа организма на различные  антигены неодинакова, т. е. на каждый антиген вырабатывается неодинаковое количество антител.

Пигменты — красящие вещества, вырабатываемые клеткой микроорганизма. Колонии микробов на твёрдых средах окрашиваются в разные цвета. Так, чудесная палочка образует красный пигмент, белый стафилококк — белый, золотистый стафилококк— золотистый, синегнойная палочка — синий. Дрожжи и грибы чаще образуют черные, бурые и белые пигменты. Различают пигменты нерастворимые и растворимые в воде. В последнем случае окрашивается не только колония  микроорганизмов,  но и питательная среда. Пигменты защищают микроорганизмы от неблагоприятных воздействий внешней среды. В бактериологии для выявления пигмента микроорганизмов чаще используют картофельную среду.

3. Фиксация  молекулярного азота микроорганизмами. Возбудители, их характеристика. Использование азотфиксаторов в животноводстве для синтеза белка и повышения белковости сельскохозяйственных культур. 

Превращение соединений азота. Азот — один из важных элементов на земле, он входит в состав белков и нуклеиновых кислот; 75,5% (по массе) его содержится в атмосфере, остальное количество в виде органических и минеральных соединений — в воде и почве. В круговороте азота в природе большая роль принадлежит микроорганизмам.  Как известно, атомы в молекуле азота (N2) соединены тремя ковалентными связями, энергия диссоциации которых  равна 9,4 • 105 дж/моль. Наибольшей энергией — 5,3-105 дж/моль — обладает первая связь, вторая — 2,5-105 дж/моль, третья — 1,6-105 дж/моль. Эти связи очень прочны, и молекулы азота поэтому химически инертны. Именно инертность азота обусловливает необходимость его активации, так же как и повышения химической активности вступающего с ним в реакцию соединения или элемента. 

Синтез  аммиака из атмосферного азота химическим путем, осуществляемый методом Габера — Боша, происходит при температуре 400— 500 °С и высоком давлении (200—1000 атм). Клетки микроорганизмов проводят У азотфиксаторов, как указывает В. Л. Кретович (1964), интенсивность энергии обмена, в частности степень потребления кислорода, значительно выше, чем у бактерий, неспособных фиксировать азот. И ферменты у них более активные. Однако, каким путем эта энергия используется в процессе азотфиксации, до сих пор еще точно не установлено.

В современных гипотетических схемах механизма азотфиксации несомненное предпочтение отдается восстановительному характеру превращений молекулярного азота, о чем в 20-е годы этого столетия утверждали наши замечательные соотечественники С. П. Костычев и С. Н. Виноградский, выдвигая «аммиачную теорию» фиксации атмосферного азота. У всех свободноживущих азотфиксирующих микроорганизмов, а также и при симбиотической азотфиксации аммиак (NH3) обнаружен в качестве первого стабильного продукта этого процесса. Наиболее  вероятно, что разрыв связей в молекуле азота происходит не сразу, а последовательно, в результате действия ферментных систем. 

 Аммонификация белковых веществ. В цитоплазме клеток содержатся белковые вещества, которые в виде остатков растений и трупов животных попадают в почву, где они подвергаются разложению. В результате распада белков происходит выделение азота и виде аммиака, отчего процесс получил название аммонификации (гниение). Аммонификация белковых веществ—первый микробиологический процесс по превращению азотистых соединении в природе. Он протекает при температуре не ниже 10 С в определенной влажности. Роль гнилостных микробов в природе велика: разлагая трупы животных и остатки растений, они очищают нашу землю и дают пищу высшим растениям. Процесс аммонификации может проходить как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Аммонификация происходит при участии разнообразных микробов: бацилл, бактерий, актиномицетов, плесневых грибов. По отношению к кислороду воздуха их делят на аэробов, факультативных аэробов и анаэробов. 

Аэробные  микроорганизмы. 1. Корневидная, или грибовидная, бацилла (Вас. mycoides) широко распространена в почве, образует споры овальной формы. Грамположительная, подвижная. Перитрих — жгутики расположены по всей поверхности клетки. На плотной питательной среде (МПА) рост колоний напоминает мицелий, откуда и название micoides, что означает грибовидный. На жидкой питательной среде (МПБ) рост в виде кусочка ваты, который расположен на дне. Среда же прозрачная.  

2. Картофельная  бацилла (Вас. mesentericus) по форме напоминает предыдущую. Образует овальные споры. Окрашивается по Граму, подвижная, перитрих. На МПА образует сухие, матовые, складчатые колонии. Складки колоний напоминают складки брыжейки, откуда и название — mesentericus. На МПБ рост поверхностный в виде сухой пленки. 3.  Капустная бацилла    (Вас.  megaterium)    образует споры. Окрашивается по Граму. Палочки со спорами в препаратах    чаще расположены    в виде цепочки.    На МПА колонии    блестящие    с волокнисто-бахромчатыми краями, на МПБ — слабая муть.                                                                                4.  Сенная бацилла  (Вас. subtilis) очень широко распространена в природе и является энергичным аммонификатором. Образует овальные споры,    подвижная, перитрих.    Окрашивается    по Граму.    На    МПА — сухие, складчатые, непрозрачные    колонии;    на МПБ — на поверхности среды пленка.                                                                                                                          5.  Чудесная палочка (Serratia marcescens)    образует кроваво-красный пигмент. На МПА колонии   напоминают кровавые пятна. Округлые, с ровными   краями, приподнятые в центре, слизистой консистенции.    На МПБ образует равномерную муть    красного    цвета. Микроб подвижен. В мазках видны мелкие    грамотрицательные палочки. 

Факультативно-анаэробные микроорганизмы. 1. Вульгарный протеи (Proteus vulgaris)—очень полиморфная палочка, резко изменяющая форму и размеры на питательной среде. По Граму не окрашивается, подвижная, перитрих. Во время роста может перемещаться по наклонной поверхности плотной питательной среды (проба по Шукевичу). 2. Кишечная  палочка (Е. coli)—грамотрицательная, подвижная, встречаются и неподвижные штаммы. Местонахождение— кишечник животных и человека, откуда попадает в почву и водоемы. Принимает активное участие в разложении белка. 

Анаэробные  микроорганизмы. I. Cl. putrificum — небольшая- спорообразующая палочка, по .форме напоминает барабанную. Один из наиболее распространенных возбудителей анаэробного разложения клетчатки, образует большое количество газов. Не сбраживает углеводы. 

2.Cl; sporogenes —мелкая клостридия  с центральным - расположением  споры. В отличие от предыдущей  сбраживает углеводы. В процессе  аммонификации образуются аммиачные  соли, которые окисляются и переходят в соли азотной кислоты (нитраты). 

Другие  микроорганизмы, разлагающие  белок. Кроме бацилл и бактерий, белковые вещества разлагают актиномицеты и другие грибы, но аммонифицирующая способность их ниже и выражена в разной степени. Разложение белков происходит под действием экзоферментов (ферменты, выделяемые во внешнюю среду). Микроорганизмами могут усваиваться только растворимые продукты гидролиза белка: пептоны в аминокислоты. Микробы же, не образующие аминокислоты, естественными белками питаться не могут. В процессе аммонификации образуется большое количество аммиака, который идет на синтез азотистых соединений. 

Аммонификация мочевины.      

Животными и человеком ежесуточно выделяется в окружающую среду более 150 тыс. т, а в год более 20 млн т мочевинного азота, или 50 млн т мочевины. В моче содержится 47% азота, поэтому она считается одним из концентрированных азотистых удобрений. Мочевина непригодна для азотистого питания растений, и только после разложения ее уробактериями она становится усвояемой.     

Уробактерии (ureae — моча) были открыты  в 1862 г. Л. Пастером. Среди них встречаются  как палочковидные, так и шаровидные формы микробов. Они образуют фермент  уреазу. Наиболее энергичные возбудители  разложения мочевины — Вас. probatus и Вас. pasteuri, у которых жгутики расположены по всей поверхности тела. Такие микробы разлагают в 1 л раствора до 140 г мочевины. Из шаровидных микробов наиболее энергичное действие на мочевину оказывает Sporosarcina ureae. В 1 л раствора она разлагает до 30 г мочевины. Характерный признак этой сарцины — наличие у нее жгутиков.Уробактерии аэробы и хорошо развиваются только в резкощелочной среде. В качестве азота они используют аммиачные соли или свободный аммиак, образующийся при гидролизе мочевины. Углерод из мочевины уробактерии использовать не могут, так как он находится в сильно окисленной форме и при гидролизе не выделяется в виде углерода диоксида. Углерод уробактерии используют из различных органических соединений (соли лимонной, янтарной, яблочной, уксусной и других кислот, а также моносахариды,сахариды и крахмал).

Нитрификация. Продукты гниения белков и разложения мочевины — аммиак и аммиачные соли — могут быть непосредственно усвоены растениями, но они обычно превращаются в нитраты — соли азотной кислоты. Биологическая сущность процесса нитрификации была доказана работами Т. Шлезинга и Л. Мюнца в 1879 г. Позднее (1888 — 1890) известный русский микробиолог С. Н. Виноградский, применив элективную среду, выделил чистые культуры тарификаторов. Ученый установил, что органическое вещество в среде тормозит развитие нитрифицирующих бактерий, в то время как в чисто минеральных питательных растворах они хорошо растут. В первой фазе аммиак окисляется до азотистой кислоты по схеме: 

NH3             →   NH4OH  →  NH2OH   → HNO   → HNO +274,9 кДж. 

Аммиак           Едкий             Гидро-        Нитро-        Азотистая    

                      аммоний      ксиламин         ксил              кислота                  Считается, что процесс нитрификации проходит в несколько стадий, при этом образуется ряд промежуточных продуктов: гидроксиламин, нитроксил и др. Во  второй фазе азотистая кислота окисляется до азотной: 

HNO2   →  HNO3 +87,6 кДж.

Азотистая Азотная                                                                                                       кислота         кислота 

Первая  и вторая фазы единого процесса нитрификации вызываются разными возбудителями. С. Н. Виноградский объединил их в три рода; Nitrosomonas, Nitrococystis, Nitrosospira. Бактерии рода Nitrosomonas имеют форму палочек, грамотрицательные, подвижные, снабжены одним жгутиком, спор не образуют. Разные виды Nitrosomonas широко распространены в почве и отличаются друг от друга формой и размерами. Род Nilrococystis способен образовывать зооглеи (кокковые формы микробов окружены общей капсулой). Род Nitrosospira С. Н. Виноградский разделил на два вида: Nitrosospira bria и Nitrosospira arctica. Бактерии обоих видов имеют правильную спиральную форму. Наряду со спирально закрученными нитями у старых культур встречаются короткие палочки и кокки.     

В последнее время выделено еще  два рода микробов, вызывающих первую фазу нитрификации: Nitrosolobus и Nitrosovibrio. Окисление азотистой кислоты в азотную осуществляется мелкой полиморфной, грамотрицательной, неподвижной бактерией, которую С. Н. Виноградский назвал Nitrobacter, Микробы группы Nitrobacter лучше развиваются на чисто минеральных средах и могут синтезировать органическое вещество своего тела, используя углерода диоксид. Во  второй фазе нитрификации применяют  участие также микробы родов  Nitrospina и Nitrococcus.Нитрифицирующие микробы отрицательно относятся  к органическим веществам. Добавление к минеральному раствору 0,2% пептона  или глюкозы приостанавливает рост микробов. Сильная чувствительность нитрифицирующих микробов к органическим веществам отмечается в растворах, в почве этого не наблюдается, так как в ней водорастворимых веществ в значительных количествах никогда не бывает. Кроме нитрифицирующих бактерий, в почве находятся и другие микроорганизмы, которые используют органическое вещество и тем самым создают благоприятные условия для развития нитрификаторов. Это лишний раз свидетельствует о том, что физиологические свойства микроорганизмов надо изучать не на изолированных искусственных средах, а в естественной среде их обитания.