Автор работы: Пользователь скрыл имя, 07 Апреля 2011 в 12:17, контрольная работа
Типы питания микроорганизмов. Автотрофы (хемотрофы, фототрофы). Гетеротрофы (сапрофиты, паразиты). Примеры.
МГУТУ
(московский государственный университет
технологий управления)
Подготовила: студентка II курса
Группы: 0804 СФО
Малярова
Наталья Владимировна
г.Н.Новгород
2011г.
1.
Типы питания микроорганизмов.
Автотрофы (хемотрофы, фототрофы). Гетеротрофы
(сапрофиты, паразиты). Примеры.
Среди автотрофных
организмов эволюция наивысшей степени
достигла в типе покрытосеменных растений.
Вершину эволюции гетеротрофных организмов
составляет тип хордовых.
Эукариоты включают в себя две группы
организмов:
1. Автотрофы (гр. аутос - сам +
гр. трофо -пища, питание) - организмы,
синтезирующие из неорганических соединений
органическое вещество с использованием
энергии Солнца или энергии, освобождающейся
при химических реакциях.
Автотрофы (от греческих слов autos — сам
и trophe — пища) — живые организмы, синтезирующие
органические соединения из неорганических.
Автотрофы составляют первый ярус в пищевой
пирамиде (первые звенья пищевых цепей).
Именно они являются первичными продуцентами
органического вещества в биосфере, обеспечивая
пищей гетеротрофов. Следует отметить,
что иногда резкой границы между автотрофами
и гетеротрофами провести не удается.
Например, одноклеточная эвглена на свету
является автотрофом, а в темноте — гетеротрофом.
Автотрофы делятся на фототрофов и хемотрофов.
Фототрофы
Организмы, для которых источником энергии
служит солнечный свет, называются фототрофами.
Такой тип питания носит название фотосинтеза.
фототрофы - это
зеленные растения
Хемотрофы
Остальные организмы в качестве внешнего
источника энергии используют энергию
химических связей пищи или восстановленных
неорганических соединений — таких, как
сероводород, метан, сера, двухвалентное
железо и др. Такие организмы называются
хемотрофы. Все фототрофы-эукариоты одновременно
являются автотрофами, а все хемотрофы-эукариоты
— гетеротрофами. Среди прокариот встречаются
и другие комбинации. Так, существуют хемоавтотрофные
бактерии, а некоторые фототрофные бактерии
являются гетеротрофами.
некоторые виды
бактерий - например нитрифицирующие)
2. Гетеротрофы (гр. гетерос -
другой + гр. трофо - пища, питание) - организмы,
использующие для питания только или преимущественно
органические вещества, произведенные
другими видами. Это животные, паразитарные
растения и большинство микроорганизмов.
Гетеротрофы — организмы, которые не способны
синтезировать органические вещества
из неорганических. Для синтеза необходимых
для своей жизнедеятельности органических
веществ им требуются органические вещества,
произведённые другими организмами. В
процессе пищеварения пищеварительные
ферменты расщепляют полимеры органических
веществ на мономеры. В сообществах гетеротрофы —
это консументы различных порядков и редуценты.
Консументы питаются продуцентами и другими
консументами. К консументам относятся
звери, птицы, рыбы, насекомые и т.д. Консументы
первого порядка – типичные травоядные
животные: насекомые, рептилии, птицы и
млекопитающие (грызуны, копытные). В воде
– моллюски и мелкие ракообразные, личинки.
К консументам первого порядка относятся
некоторые растения, животные–паразиты
растений. Консументы второго порядка
питаются травоядными; консументы третьего
порядка – консументами второго порядка
и травоядными. Они могут быть хищниками
и охотиться – схватывать и убивать свою
жертву, могут питаться падалью или быть
паразитами. консумо - потребляю (лат.)
Консументы (от лат, копзито — потребляю)
— организмы, не способные строить свои
организмы из неорганических веществ
и нуждающиеся в готовой органической
пище. Это органическое вещество создается
автотрофами. Пища используется консументами
и как источник энергии, и как материал
для построения их тела. К консументам
относятся все животные от мельчайших
примитивных до самых совершенных, включая
человека. Есть консументы и среди растений:
это паразитирующие на других растениях.
Существуют также растения со смешанным
типом питания, например, росянки.
Среди консументов-животных выделяют
растительноядных животных (консументы
первого порядка), мелких и крупных хищников
(консументов второго, третьего порядка
и др.). Роль консументов-животных в сообществах
определяется с их подвижностью и относительно
быстрой адаптацией, что способствует
распространению жизни на планете. Кроме
того, животные активно регулируют биомассу
и рост растений. Консументы также подразделяют
на сапрофагов (питающихся мертвыми растительными
остатками), фитофагов (потребителей живых
растений), зоофагов (нуждающихся в живой
пище) и некрофагов (трупоядных животных).
Кроме того, организмы, питающиеся мертвыми
остатками растений и животных — детритом,
дополнительно выделяют в группу детритофагов.
Гетеротрофы делятся на две категории
- консументы и редуценты . Первые потребляют
готовые органические вещества, синтезируемые
автотрофами-продуцентами, но не доводят
разложение органических соединений до
минеральных составляющих. К консументам
относятся по преимуществу животные, включая,
естественно, и человека. Редуценты - заключительное
звено в пищевой цепи и экологической
пирамиде. В ходе своей жизнедеятельности
они превращают органические соединения
(часто это органические остатки) в неорганические
вещества.
Гетеротрофы
делятся на сапрофиты и паразиты. Сапрофиты
— это большинство бактерий и грибов,
для питания они используют мертвые органические
соединения. Паразиты — условные паразиты,
ассимилируют азот и углерод из мертвых
органических соединений и из живых тканей
(большинство патогенных бактерий), облигатные
паразиты вегетируют в живых тканях (вирусы,
риккетсии и некоторые патогенные простейшие).
Портер разделил группу гетеротрофов
на пять категорий.
1. Гетеротрофы, ассимилирующие азот воздуха.
Это азотфиксирующие бактерии, о которых
немного говорилось выше и которые отнесены
рядом авторов к хемоавтотрофам. В эту
категорию входят азотфиксирующие бактерии
— симбионты и несимбиозные бактерии,
развивающиеся в почве и воде. Симбионтные
азотфикеаторы живут в симбиозе с тропическими
растениями семейства КlеЬsiellа, передают
им связанный азот воздуха и получают
от них некоторые ростовые вещества, в
частности витамины В1 и В2. Свободные азотфикеаторы
живут в почве и для ассимиляции азота
воздуха нуждаются в углеводах.
2. Гетеротрофы, ассимилирующие азот аммонийных
солей, нитратов и нитритов. Энергию для
этих целей они извлекают, преимущественно
окисляя углеводы и органические кислоты,
из них же получают углерод. В факторах
роста не нуждаются. К ним относятся сапрофиты,
кишечные бактерии рода КlеЬsiellа, желтые
стафилококки и др.
3. Гетеротрофы, ассимилирующие азот аммонийных
солей, нитратов и нитритов в присутствии
аминокислот и пуринов. Ряд сапрофитов
и некоторые патогенные бактерии используют
азот назван» ных минеральных соединений
при добавлении в питательную среду
строго определенных аминокислот. В mucoides
ассимилирует азот аммиака при наличии
в среде глюкозы как источника углерода
и энергии и некоторых аминокислот: аланина,
глицина, лейцина, аргинина, валина, глутаминовой
кислоты, аспарагиновой кислоты, пролина,
гистидина, лизина и серина. К этой категории
относятся многие виды родов Salmonella, Shigella,
Vibrio, Proteus
4. Гетеротрофы, ассимилирующие азот в
присутствии факторов роста. Микроорганизмы,
входящие в эту категорию, могут ассимилировать
азот солей аммония, углерод ряда углеводов
и органических кислот. Но при наличии
в среде одного или нескольких факторов
роста: никотиновой кислоты, аминокислот,
пролина, фенилаланина и цистина, хотя
лучше эта бактерия развивается при наличии
в среде двенадцати аминокислот, и т. д.
К этим микроорганизмам относят коринебактерии,
микобактерии и др.
5. Гетеротрофные бактерии, нуждающиеся
в сложных питательных средах. В данную
категорию входят List, Еrуs. Streptob, moniliformas
и др. Перечисленные патогенные возбудители
могут развиваться лишь на средах, содержащих
компоненты живых тканей животных. Едва
ли эта категория научно обоснована. Известно,
что возбудитель рожи свиней растет на
простых средах.
Следует еще указать на то, что многие
гетеротрофы нуждаются в С02 воздуха, используя
ее для различных целей. Кишечная бактерия
может восстанавливать С02 в муравьиную
кислоту и т. д. Вг. abortus не может развиваться
в среде, не содержащей газообразной С02.
Рост многих бактерий и прорастание спор
прекращается, если окружающая среда содержит
менее 0,01 % С02.
Прототрофы — микроорганизмы, занимающие
промежуточное положение между автотрофами
и гетеротрофами. По типу ассимиляции
углерода они являются гетеротрофами,
а по использованию азота — аутотрофами.
К ним относятся клубеньковые бактерии
Васх. гаолс1со1а и свободные азотфиксирующие
бактерии рода Closridium или анаэробные виды
рода Asotobacter. Васt. radiciсо1а, вегетируя на
корнях бобовых растений, ассимилирует
азот воздуха, обеспечивает им клубеньковое
растение, а взамен получает углеводы.
Советские исследователи относят клубеньковых
азотфиксирующих бактерий в группу хемоавтотрофных
бактерий.
Сапрофиты - Орхидеи,
политома (семейство хламидомонадовых),
прототека (семейство протококковых).
Паразиты - бычий цепень, печёночный сосальщик,
лантец широкий :)
2.
Влияние влажности и
Большинство
микроорганизмов хорошо переносит температуры,
лежащие ниже оптимальных. Оптимальные
и предельные температуры для микроорганизмов
обычно соответствуют оптимальным и предельным
температурам для активности их ферментов.
При температурах ниже оптимальных активность
большинства ферментов снижается или
совершенно подавляется. Низкие температуры
замедляют и даже останавливают рост микроорганизмов,
однако в отличие от высоких температур
они не оказывают на них сильного разрушающего
действия.
Одна из причин интенсивного размножения
термофилов при температурах, летальных
для других микроорганизмов, заключается
в более высокой устойчивости белков термофилов
к разрушающему действию высоких температур.
Температуры, немного превышающие максимальную,
вызывают явление теплового шока. После
пребывания в таком состоянии клетки могут
реактивироваться, при длительном пребывании
— наступает их отмирание.
Во влажной среде споры бактерий гибнут
при 120—125°С через 20—30 мин, а в сухом состоянии—
при 160—170°С через 1—2 ч. Термоустойчивость
спор различных бактерий неодинакова,
особенно устойчивы споры термофильных
бактерий.
Отмирание микроорганизмов при нагревании
во влажной среде наступает вследствие
происходящих необратимых изменений в
клетке, главными из которых являются
денатурация белков и инактивация ферментов.
Высокая термоустойчивость бактериальных
спор обусловлена, по-видимому, малым содержанием
в них свободной воды. Температура коагуляции
белков изменяется с понижением содержания
в них воды: чем больше белок обезвожен,
тем выше температура его коагуляции.
При воздействии на споры сухого жара
(без влаги) гибель происходит в результате
активных окислительных процессов. К действию
низких температур весьма устойчивы даже
вегетативные клетки многих микроорганизмов.
При 98 температуре среды ниже оптимальной
уменьшаются скорость размножения микроорганизмов
и интенсивность их жизненных процессов.
При температурах, близких к минимальным,
становится важным снижение температуры
даже на 1—2°С.
Наиболее неблагоприятное действие оказывают
температуры, при которых замерзает среда.
При неполном замерзании вымирание микроорганизмов
может быть вызвано неблагоприятным действием
низкого значения водной активности а<о
и повышенного давления среды, повреждением
клеток кристаллами льда, повышением концентрации
солей в клетке за счет ее обезвоживания,
при этом нарушается структура цитоплазмы.
Влажность среды. Влажность среды оказывает
большое влияние на развитие микроорганизмов.
В клетках большинства микроорганизмов
содержится до 75—85% воды.
С водой поступают в клетку питательные
вещества и удаляются из нее продукты
жизнедеятельности Микроорганизмы могут
развиваться только в субстратах, имеющих
свободную воду не ниже определенного
уровня.
С понижением влажности субстрата (в пределах,
допускающих развитие микробов) интенсивность
размножения микробов падает, а при удалении
влаги из субстрата ниже необходимого
уровня прекращается совсем.
Водная активность имеет предельное значение
от 0 (абсолютно обезвоженное вещество)
до 1 (дистиллированная вода) и Таблица
55 Критические значения аш для развития
микроорганизмов Микроорганизмы а со
Предельная относительная влажность субстрата,
% Бактерии Дрожжи Плесневые грибы Некоторые
виды рода Aspergillus 0,94—0,90 0,88—0,85 0,8 0,75—0,65
95—90 90—85 80 75-65 7* 99 характеризует относительную
влажность субстрата.
Высушенные молочнокислые бактерии сохраняют
жизнеспособность в течение нескольких
месяцев и даже лет. Устойчивы к высушиванию
многие дрожжи и особенно споры бактерий
и плесневых грибов.
В высушенном состоянии споры сохраняют
способность к прорастанию в течение десятков
лет. Для сохранения сухих продуктов без
порчи важно соблюдать режимы хранения:
относительную влажность и температуру
воздуха.
Между значениями влажности воздуха и
продукта устанавливается определенное
подвижное равновесие. Влагосодержание
в продуктах, соответствующее 70%-ной относительной
влажности воздуха, является нижним критическим
пределом, до которого возможен рост большинства
микроорганизмов.
Бактерии способны развиваться в субстратах
лишь при влажности, равновесной относительной
влажности воздуха (не ниже 95—90%). Для дрожжей
минимум влаги в субстрате соответствует
90—85% относительной влажности воздуха,
для большинства плесневых грибов— 80%,
а для некоторых ксерофитных видов пределом
является относительная влажность воздуха
75—65%.
Возможность развития микроорганизмов
в продуктах в связи с их влажностью можно
учитывать как по величине водной активности
субстрата, так и по относительной влажности
воздуха.
Величина относительной влажности воздуха
при одном и том же содержании в нем влаги
изменяется в зависимости от температуры:
с понижением (увеличением) температуры
воздуха уменьшается (увеличивается) его
влагоудерживающая способность.
При хранении и перевозках высушенных
продуктов необходимо принимать меры
для предупреждения изменения их влажности.
Это обеспечивается соблюдением установленных
режимов хранения, а также упаковыванием
продуктов в специальную тару.
Концентрация растворенных в среде веществ.
Концентрация растворенных в среде веществ
определяет уровень осмотического давления
в ней. Соответственно среде обитания
внутриклеточное осмоти- 100 ческое давление
у разных микроорганизмов колеблется
в широких пределах (от 0,5 до 1,5 МПа и выше).
Даже небольшое повышение концентрации
среды может оказаться неблагоприятным
в связи со снижением ее водной активности.
Увеличение концентрации выше определенного
уровня вызывает обезвоживание (плазмолиз)
клеток, и поступление в них питательных
веществ приостанавливается.
Наряду с микробами, чувствительными к
изменению осмотического давления в среде,
имеются и приспосабливающиеся виды. Некоторые
плесневые грибы, дрожжи, а также бактерии,
живущие обычно в условиях невысокого
осмотического давления, растут и о продуктах
с относительно высоким содержанием соли
и сахара, обычно применяемым в качестве
консервирующих или вкусовых добавок
в молочной промышленности.
В молочной промышленности сахар применяется
при производстве напитков с плодово-ягодными
наполнителями, сырково-творож-ных изделий
и при выработке сгущенного молока с сахаром.
Среди микроорганизмов молока наибольшей
устойчивостью к сахару отличаются дрожжи,
микрококки и плесневые грибы. 101 Для того
чтобы осмотическая активность сахарного
сиропа была эквивалентна активности
20% -ного рассола, концентрация сиропа
должна достигать 60%.
Максимальная концентрация сахара в творожных
изделиях может достигать 26%. Сахар подавляет
развитие некоторых микроорганизмов,
но стимулирует развитие дрожжей, приводя
к порче продукта.
В сгущенном молоке с сахаром, где содержание
сахара достигает в готовом продукте 41,5—42%,
могут размножаться микрококки, дрожжи
и плесневые грибы. Следует отметить, что
содержание сахарозы в водной части продукта
достигает 62,5—64%.
Повышение концентрации сухих обезжиренных
веществ в молоке влияет на развитие молочнокислых
бактерий: при содержании сухих обезжиренных
веществ в молоке 14—18% изменяется характер
развития молочнокислых бактерий; при
содержании сухих веществ 24% увеличивается
количество клеток, повышается содержание
диацетила и ацетоина, повышается сохраняемость
клеток после высушивания (S. lactis и S. lactis
subsp. diacetylactis развивались лучше, чем S. cremoris);
содержание сухих веществ 36%—это критическая
концентрация, при которой еще развиваются
S. lactis и S. lactis subsp. diacetylactis, но образуется
мало молочной кислоты.
На практике степень повышения содержания
сухих веществ при производстве продуктов
ограничивается появлением специфического
сладковатого вкуса. Однако при производстве
заквасок могут применяться более высокие
концентрации сухих веществ в зависимости
от задач повышения тех или иных параметров.
Свет необходим для фотосинтезируюших
микробов, использующих световую энергию
для ассимиляции углекислого газа. Микроорганизмы,
не способные к фотосинтезу, хорошо растут
в темноте.
Прямые солнечные лучи губительны для
микроорганизмов, даже рассеянный свет
подавляет в той или иной мере их рост
Патогенные бактерии (за редким исключением)
менее устойчивы к свету, чем сапрофитные.
Светлые производственные помещения способствуют
снижению количества микробов в воздухе
и на освещаемых солнцем объектах (стенах,
оборудовании). Ультрафиолетовые лучи.
102 Обработка УФ-лучами молока и молочных
продуктов не применяется, так как приводит
к ухудшению их вкусовых и пищевых свойств.
Однако УФ-облучение широко применяется
в молочной промышленности для стерилизации
воздуха и поверхностей особо ответственных
помещений (заквасочных цехов, холодильных
камер, лабораторий, боксов), при розливе,
фасовании и упаковывании молочных продуктов,
заквасок, а также для обеззараживания
тары и упаковочных материалов.
В качестве искусственных источников
ультрафиолетового излучения служат бактерицидные
лампы (БУВ-15, БУВ-30). Рентгеновские лучи.
Они обладают высокой проникающей способностью.
Однако встречаются осмофильные микроорганизмы, которые переносят высокие концентрации солей, Сахаров, меда.
Так, некоторые микроорганизмы (например, водоросли Dunaliena salina, Asteromonas gracilis обитают в соленых озерах, бактерии (Leuconostoc mesenteroides) — в растворах сахара, дрожжи (Zygosaccharomyces mellis acidi) —в меде. У них осмотическое давление достигает 20—50 атмосфер и выше. Микроорганизмы, помещенные в гипотонические растворы (дистиллированную воду), сильно набухают под воздействием притекающей извне воды, округляются, некоторые из них разрываются. Явление набухания носит название плазмоптиса.
Микроорганизмы для питания используют самые разнообразные вещества. Для них необходимы минеральные вещества (сера, фосфор, калий, кальций, магний, железо) и органогены, т. е. элементы, входящие в органические соединения (кислород, водород, углерод и азот). Кроме того, в очень малых количествах для нормального развития микроорганизмов требуются микроэлементы (цинк, бор, кобальт, марганец), которые содержатся в водопроводной воде и минеральных солях. Для развития некоторых микроорганизмов необходимы также особые вещества — стимуляторы роста, или ростовые вещества, которые содержатся в экстрактах дрожжей, кукурузном экстракте, проростках растений. В этих веществах имеются необходимые для жизни витамины, аминокислоты и близкие к ним вещества.
Кислород и водород микроорганизмы получают в основном из воды и органических соединений. Некоторые бактерии усваивают и свободный кислород воздуха.