Микроорганизмы и окружающая среда кафедра техносферной безопасности Тюм

Микроорганизмы и окружающая среда кафедра техносферной безопасности Тюм. ГАСУ

План 1. 2. 3. 4. Влажность среды Температурный режим Кислотность среды Присутствие молекулярного кислорода в среде

Влажность среды § Микроорганизмы способны жить и размножаться только в присутствии свободной воды, находящейся в среде главным образом в капельно жидком виде. § Большое влияние на рост микроорганизмов оказывает концентрация растворенных в воде соединений. Если их мало, раствор называется гипотоническим.

Влажность среды § При оптимальной концентрации этих веществ создаются условия для лучшего роста микроорганизма. § Раствор с высоким осмотическим давлением называется гипертоническим. Увеличение концентрации вещества приводит к задержке роста организма в связи с повышением осмотического давления в окружающей среде.

Влажность среды § Микроорганизмы, способные переносить достаточно высокие концентрации растворенных веществ, но лучше растущие при более низком осмотическом давлении раствора, носят название осмотолерантных. § Существуют организмы, способные жить лишь при очень высоких концентрациях солей (Nа. СL). Это галофильные, т. е. «любящие» высокую концентрацию солей, организмы.

Влажность среды § Они представлены двумя основными типами: умеренными галофилами, которые развиваются при содержании соли 1 2%, и экстремально галофильными архебактериями, которые требуют содержания 12 15% солей и способны хорошо расти в насыщенном 32% ном растворе Nа. СL. § Неспособность микроорганизмов расти на средах с высокими концентрациями солей (КСL) или сахаров успешно используют в пищевой промышленности для консервирования различных продуктов.

Влажность среды § При дефиците влаги микроорганизмы не размножаются. В целом ряде высушенных пищевых продуктов (рыба, мясо, фрукты и др. ) хотя и сохраняется много живых организмов, но развиваться они не могут. При увлажнении высушенных продуктов начинается интенсивное размножение микроорганизмов, что приводит к порче продуктов.

Влажность среды § Высокой устойчивостью к высушиванию обладают микобактерии, клеточные стенки которых содержат большое количество липидов. § Споры не только бактерий, но и других микроорганизмов хорошо переносят высушивание.

Температурный режим § При высоких значениях температуры белки, нуклеиновые кислоты и другие составные части клетки бактерии могут необратимо разрушаться, что обусловливает гибель организма. § При очень низкой температуре также нарушаются процессы биосинтеза и рост бактерий прекращается.

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

Температурный режим § Микроорганизмы становятся недеятельными, если температура окружающей среды опускается несколько ниже 0°С, большинство их не может жить при температуре выше 40 °С, в то же время отдельные виды размножаются при 70 75 и даже 105 °С.

Температурный режим § По отношению к температуре микроорганизмы можно подразделить на три группы: психрофилы и психротрофы, достаточно быстро развивающиеся при 0°С, мезофилы, растущие в пределах умеренных температур, термофилы, развивающиеся при температуре выше 45 50 °С.

Температурный режим § К облигатным, или истинным, психрофилам относят микроорганизмы, оптимальная температура развития которых составляет 15°С или ниже, а максимальная не превышает 20 °С. Эти микробы распространены только в местах с постоянно низкой температурой.

Температурный режим § Психротрофные организмы развиваются при 0°С, однако их температурный оптимум выше, чем у психрофилов, и составляет 25 30 °С, максимум около 35 °С. Их часто 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.

Температурный режим § Температурный оптимум для мезофилов составляет 30 45 °С, минимум — 10 15 °С. В указанную группу входит большинство микроорганизмов, в том числе болезнетворные. § Для бактерий, патогенных для человека и теплокровных животных, температурный оптимум около 37 °С.

Температурный режим § Термофилы — теплолюбивые микроорганизмы, развиваются в зоне высоких температур (выше 45 50 °С). Термофильные микроорганизмы подразделяют на облигатные, факультативные, термотолерантные, а также экстремально термофильные и гипертермофильные.

Температурный режим 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.

Температурный режим § Термофильные бактерии широко распространены в природе. Постоянное место обитания термофильных бактерий — термальные (горячие) источники. § Термофилы принимают непосредственное участие в саморазогревании навоза, компостов, сена, зерна и т. д.

Температурный режим § В последние годы 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. § Нагревание до температуры выше 100 120 °С используют в микробиологии для полного уничтожения вегетативных форм микроорганизмов и их спор. Это наиболее удобный и надежный метод стерилизации.

Кислотность среды § Для большинства микроорганизмов оптимальны значения реакции среды около р. Н 7. Очень кислая или очень щелочная реакции обычно токсичны для бактерий. Предельные ее значения, выше и ниже которых известные в настоящее время микроорганизмы прекращают рост и размножение, приблизительно равны р. Н 1 и р. Н 11.

Кислотность среды § По отношению к кислотности среды микроорганизмы разделяют на ряд групп. Для роста большей части прокариот оптимальна среда, близкая к нейтральной. Данные организмы носят название нейтрофилов. Большинство нейтрофилов развиваются в диапазоне значений р. Н 4 9. К нейтрофилам относят, например, Bacillus и Streptococcus и др.

Кислотность среды § Среди нейтрофилов много представителей, обладающих кислото и щелочеустойчивостью (толерантностью). § Кислототолерантными являются молочнокислые, уксуснокислые, маслянокислые и другие микроорганизмы, а щелочетолерантными, устойчивыми к р. Н 9 10 — энтеробактерии и др.

Кислотность среды § Существуют бактерии, для которых предпочтительна щелочная реакция среды (р. Н 10 и выше). Такие организмы называют алкалофильными. § Известны также виды бактерий, способные развиваться в очень кислой среде (р. Н 3 и менее); это ацидофильные микроорганизмы.

Кислотность среды § Значительная часть бактерий могут выносить реакцию среды с р. Н 1 или даже р. Н 0, 1, не подвергаясь заметному угнетению. Это так называемые ацидотолерантные, или кислотоустойчивые, микроорганизмы. К ним принадлежат тионовые бактерии, окисляющие сероводород и серу, некоторые другие микроорганизмы.

Кислотность среды § Среди бактерий обнаружено несколько видов, устойчивых к щелочной среде (р. Н 8, 5 и выше). Сюда следует отнести Bacillus pasteurii — бактерию, расщепляющую мочевину и хорошо растущую при реакции среды, близкой к р. Н 11. § Отрицательное влияние высокой кислотности среды на большинство микроорганизмов используют при консервировании пищевых продуктов, приготовлении маринадов, квашении капусты, силосовании и т. д.

Присутствие молекулярного кислорода в среде § По отношению к молекулярному кислороду все микроорганизмы можно разбить на ряд групп. § Микроорганизмы, нуждающиеся в кислороде для жизни, получили название облигатных (строгих) аэробов. В эту группу входит большая часть бактерий и грибов.

Присутствие молекулярного кислорода в среде § Некоторые микроорганизмы совсем не используют кислород. Их называют анаэробами. Они бывают двух типов: облигатные анаэробы — для них кислород токсичен, аэротолерантные анаэробы — не погибающие при контакте с кислородом.

Присутствие молекулярного кислорода в среде § Токсичность кислорода для облигатных анаэробов объясняется тем, что эти организмы не имеют особых ферментов — супероксиддисмутазы и каталазы, обычно содержащихся в клетках аэробов и аэротолерантных анаэробов и защищающих организм от токсичных продуктов кислородного обмена (Н 202 и др. ).

Присутствие молекулярного кислорода в среде § Факультативные анаэробы — микроорганизмы, способные переключаться с аэробного на анаэробный тип метаболизма, например некоторые кишечные бактерии. В зависимости от условий среды факультативно анаэробные микроорганизмы могут иметь либо окислительный, либо бродильный тип обмена.

Присутствие молекулярного кислорода в среде § Многие дрожжи способны при доступе воздуха окислять сахар до С 02 и Н 20, а в анаэробных условиях они вызывают спиртовое брожение, при котором сахар превра щается в этиловый спирт и диоксид углерода. § К факультативно анаэробным бактериям относятся представители родов Bacillus, патогенные бактерии родов Salmonella и др.