Контрольная работа по "Микробиология"

Содержание

 

1. Накопительные культуры микроорганизмов  и методы

их поучения           3

2. Какие типы взаимоотношений распространены между

организмами?           5

3. Аэробные процессы очистки сточных вод     8
4. Химизм спиртового брожения. Общие условия спиртового

брожения. Основные возбудители и их характеристика    9

5. Размеры, строение и химический состав вирусов и бактериофагов.

Их значение                  11

Список литературы                 16

 

 1 Накопительные культуры  микроорганизмов  и методы  их поучения

Накопительные культуры. Метод накопительных культур и в принципе, и на практике очень прост. Для накопления нужны такие условия, при которых данный организм преодолевает конкуренцию остальных. Подбирая ряд факторов (источники энергии, углерода, азота, акцепторы электронов, газовую атмосферу, освещенность, температуру, рН и т.д.), создают определенные условия и инокулируют среду смешанной популяцией, какая имеется, например, в почве или в иле. Наиболее приспособленный к такой среде микроорганизм растет и вытесняет все остальные, сопутствующие организмы. Путем многократных пересевов в такую же жидкую среду и посева на твердую среду того же состава можно без труда выделить преобладающий (накопленный) штамм. Частый пересев с жидкой среды на жидкую предотвращает рост сопутствующих организмов, которые могли бы использовать продукты выделения или даже автолиза клеток первичной культуры. Лучшим материалом для инокуляции служат пробы из тех мест, где уже имеется «естественное обогащение». Можно, например, выделять микроорганизмы, использующие окись углерода, из сточных вод газовых заводов; использующие гемоглобин - из сточных вод боен, а те, которые окисляют углеводороды, из почвы на нефтепромыслах или из нефтяных отстойников.

Метод накопительных  культур позволяет выделять микроорганизмы с любой комбинацией потребностей в питательных веществах - если, разумеется, искомый тип вообще существует в природе. Особенно легко создать элективные условия для крайне специализированных микроорганизмов. Например, минеральная среда, не содержащая соединений азота, на свету строго избирательна для цианобактерий, фиксирующих N₂. Если ту же среду дополнить органическим источником энергии и углерода, на ней в темноте в аэробных условиях будет развиваться Azotobacter, а без воздуха - Clostridium. Для успешного получения накопительных культур следует ограничиться удовлетворением минимальных потребностей только того микроорганизма, который хотят выделить. Если, например, нужно выделить бактерии, способные окислять метанол или Н₂ с нитратом или сульфатом в качестве акцептора электронов, то следует исключить доступ О₂, иначе будут доминировать аэробные формы, окисляющие метанол или водород. Для отбора можно также использовать устойчивость или толерантность микроорганизмов к кислотам и щелочам, высоким температурам или излучению. Наконец, часто наряду с «положительной» селекцией может проводиться и «отрицательная»-при помощи избирательно действующих ингибиторов. На среде, содержащей азид, в присутствии О₂ растут, например, молочнокислые бактерии, а рост аэробных микроорганизмов подавляется. Азид, цианид и Н₂S оказывают избирательное угнетающее действие на те аэробные организмы, в дыхании которых участвуют цитохромы. В медицинской диагностике избирательным торможением роста пользуются для выявления Corynebakterium diphtheriae (применение среды с теллуритом) и патогенных Escherichia coli (агаризованные среды с висмутом). Для подавления роста грамположительных бактерий к питательной среде добавляют пенициллин. Рост мицелиальных грибов, дрожжей, простейших и других эукариот ингибируют добавлением циклогексимида.

В посевном материале, используемом в эксперименте, могут присутствовать разные штаммы с одинаковым типом метаболизма, отличающиеся друг от друга лишь незначительно, например только по оптимуму рН и по скорости роста. Если для получения накопительной культуры использовать такой материал, то доминировать будет наиболее приспособленный к данным условиям или наиболее быстро растущий штамм; все же остальные будут подавлены и выделить их не удастся. Поэтому в тех случаях, когда хотят выделить как можно больше штаммов, растущих при определенных селективных условиях, посев следует производить непосредственно в чашки. На твердых элективных средах штаммы, для которых условия благоприятны, образуют отдельные колонии. При достаточно большом расстоянии между колониями конкуренция за питательные вещества не может иметь места: штаммы, растущие более медленно, не подавляются растущими быстрее, так что те и другие могут быть выделены раздельно.

 

2 Какие типы взаимоотношений распространены между организмами?

Связи между разными  организмами называют биотическими. Вся живая природа пронизана  этими связями. Они необыкновенно  разнообразны в деталях, могут быть прямыми или косвенными и имеют  разное значение в жизни видов.

Прямые связи осуществляются при непосредственном влиянии одного вида на другой (например, хищника на жертву). Косвенные — через влияние на внешнюю среду или на другие виды.

Различают разные типы отношений между  организмами. Прямые пищевые, или трофические, связи — основные в природе. Они поддерживают жизнь организмов. Каждый вид, размножаясь, не только обеспечивает свое существование, но и служит источником энергии для других.

Одни виды потребляют живую пищу, другие — остатки растений или мертвых животных, или помет, или растворы органических веществ.

В природе есть специализированные виды, питающиеся только одним или  немногими другими видами, и есть многоядные, с широкими пищевыми связями. К ним относится и человек. Люди могут питаться сотнями видов растений, животных и грибов. Это значит, что энергетические потребности человека обеспечиваются очень широкими трофическими связями с живой природой.

Другой тип отношений — конкуренция  возникает на основе не прямых, а  косвенных взаимодействий. Конкуренция связана с тем, что представители совместно живущих видов сообща используют одни и те же ресурсы, которые обычно ограничены. Ресурсы могут быть как пищевые (например, одни и те же виды жертв у хищников или растений — у травоядных), так и другого рода, например наличие мест для выведения потомства, убежищ для защиты от врагов и т. п. В этих случаях, даже если конкурирующие виды мирно сосуществуют, присутствие другого вида неблагоприятно для каждого из них, так как часть необходимых ресурсов используется другим.

Конкурировать могут в природе  как близкие виды, так и представители очень далеких групп. Например, суслики в сухой степи выедают до 40% растительного прироста. Это значит, что пастбища могут прокормить меньшее число овец или сайгаков. А в годы массового размножения саранчи пищи не хватает ни сусликам, ни овцам.

Третий тип взаимодействия организмов прямо противоположен конкуренции. Это взаимовыгодные, взаимополезные отношения. В экологии такие связи  называют мутуалистическими или  мутуализмом. Для ряда видов эти отношения настолько важны, что они даже не могут выжить без другого. Возникает симбиоз — тесное взаимовыгодное сожительство разных видов.

Многие цветковые растения, например, не могут расти без связи с  грибами или клубеньковыми бактериями. Симбиоз с грибами или бактериями улучшает корневое питание растений, которые, со своей стороны, обеспечивают их растворимыми сахарами и другими продуктами фотосинтеза. Лишайники, как известно, представляют собой взаимное сожительство грибов и водорослей. Множество животных не смогли бы переваривать пищу без одноклеточных симбионтов пищеварительного тракта — бактерий и простейших.

Полезные связи объединяют самые  разные группы организмов: растения, животных, грибы и бактерии — и широко распространены в природе. Сочные плоды у покрытосеменных растений — это их приспособление к привлечению животных, которые распространяют семена, защищенные от переваривания плотными оболочками.

Пищевые отношения, конкуренция и  мутуализм — это двусторонние типы связей. Кроме них существуют отношения, имеющие последствия только для одного из взаимодействующих видов.

Существуют отношения, полезные одному из партнеров и безразличные для  другого. Например, некоторые животные либо питаются остатками пищи представителей другого вида, либо используют их убежища, норы, гнезда, не принося хозяину ни вреда, ни пользы. Так, в норах степных и пустынных грызунов спасаются от жары сотни видов насекомых, пауков, многоножек и других мелких животных.

Возникает и противоположный тип  отношений, когда присутствие одного вида не позволяет выжить другому. Например, под тенистой елью погибают проростки всех светолюбивых трав, а пеницилловые плесневые грибки выделяют антибиотики, губительные для ряда бактерий.

Наконец, если совместно живущие  виды связаны только через цепь других видов и непосредственно не взаимодействуют, уживаясь в одном сообществе, то их отношения называют нейтральными. Синицы и мыши в одном лесу — нейтральные виды.

Хотя взаимодействия организмов очень  разнообразны, они приводят лишь к трем главным результатам: 1) обеспечению пищей, 2) изменению среды обитания, 3) расселению видов в пространстве.

В результате сложности и переплетенности  связей между видами неосторожное вмешательство  человека в жизнь природы может  вызвать цепную реакцию событий, которые приведут к неожиданным и нежелательным последствиям.

 

3 Аэробные процессы очистки сточных вод

Аэробный метод основан на использовании аэробных микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура в пределах 20...40°С. При аэробной очистке микроорганизмы культивируются в активном иле или в виде биопленки. Активный ил состоит из живых организмов и твердого субстрата. Живые организмы представлены бактериями, простейшими червями и водорослями. Биопленка растет на наполнителе биофильтра и имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1...3мм и более. Биопленка состоит из бактерий, простейших грибов, дрожжей и других организмов.

Аэробная очистка происходит как в природных условиях (на полях орошения, полях фильтрации и биологических прудах), так и в искусственных сооружениях.

Аэробный процесс

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂  = 6СО₂ + 6Н₂О + микробная биомасса + тепло

Преимуществом аэробной очистки стоков является высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Существенными недостатками аэробной очистки, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются высокие энергозатраты на аэрацию очищаемой среды воздухом и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила. Аэробный процесс очистки стоков используется также при очистке бытовых, некоторых промышленных и поверхностных сточных вод с ХПК не выше 2000. Исключить указанные недостатки аэробных технологий может предварительная анаэробная обработка концентрированных сточных вод методом метанового сбраживания, которая не требует затрат энергии на аэрацию и более того сопряжена с образованием ценного энергоносителя – метана, а также витаминов роста группы В.

 

4 Химизм спиртового брожения. Общие условия спиртового брожения. Основные возбудители и их характеристика

Спиртовым брожением называется процесс расщепления сахара микроорганизмами с образованием этилового спирта и углекислого газа.  
 Спиртовое брожение осуществляется так называемыми дрожжеподобными организмами, а также некоторыми плесневыми грибками.  Суммарную реакцию спиртового брожения можно изобразить следующим образом:

С₆Н₁₂О₆ -> 2С₂Н₅ОН + 2СО₂

В дрожжевых клетках(спиртовое брожение) пируват вначале подвергается декарбоксилированию, в результате чего образуетсяацетальдегид.

Механизм реакции спиртового брожения чрезвычайно близок к гликолизу. Расхождение начинается лишь после этапа образования пирувата. При гликолизе пируват при участии фермента ЛДГ и кофермента НАДН восстанавливается в лактат. При спиртовомброжении этот конечный этап заменен двумя другими ферментативными реакциями – пируватдекарбо-ксилазной и алкогольдегидрогеназной.

Данная реакция катализируется ферментом пируватдекарбоксилазой, который требует наличия ионов Mg икофермента (ТПФ):

Образовавшийся ацетальдегид присоединяет к себе водород, отщепляемый от НАДН, восстанавливаясь при этом в этанол. Реакция катализируется ферментом алкогольдегидрогеназой:

 

Таким образом, конечными продуктами спиртового брожения являются этанол и СО₂, а не молочная кислота, как при гликолизе.

Общие условия спиртового брожения.

На развитие дрожжей и ход брожения влияют многие факторы: химический состав среды, ее концентрация и кислотность, температура и др. Не все сахара сбраживаются дрожжами. Большинство дрожжей способны сбраживать моносахариды, а из дисахаридов - сахарозу и мальтозу. Наиболее благоприятная концентрация сахара в среде для большинства дрожжей от 10 до 15%. При повышении концентрации сахара энергия брожения снижается, а при 30-35% брожение обычно почти прекращается. Наибольшая скорость брожения наблюдается при температуре около 30°С, а при 40-45°С оно прекращается, так как дрожжи отмирают. При снижении температуры брожение замедляется, но не прекращается.

Возбудителями спиртового брожения являются дрожжи. Спиртовое брожение могут  вызвать некоторые мицелиальные грибы, однако при этом образуется значительно меньше спирта(5-7%). Брожение с образованием спирта и углекислого газа вызывают и некоторые бактерии, но по количественному соотношению между конечными и побочными продуктами, а также характеру побочных продуктов бактериальное спиртовое брожение отличается от брожения, вызываемого дрожжами.

Большое значение в изучении спиртового брожения имело открытие «бесклеточного» брожения - соком из дрожжей, не содержащим дрожжевых клеток. На основании этого был сделан вывод, что в дрожжевом соке содержится какое-то активное вещество - фермент, которое еще Бухнер предложил назвать зимазой. Дальнейшие исследования показали, что зимаза является комплексом ферментов.

По характеру брожения дрожжи делят  на верховые и низовые. Брожение, вызываемое верховыми дрожжами, протекает бурно и быстро при температуре 20-28°С. На поверхности бродящей жидкости образуется пена, и под действием выделяющегося углекислого газа дрожжи выносятся в верхние слои субстрата. По окончании брожения дрожжи оседают на дно рыхлым слоем. Брожение, вызываемое низовыми дрожжами, протекает спокойнее и медленнее, особенно при сравнительно низких температурах - 4-10°С. Газ выделяется постепенно, пены меньше, дрожжи не выносятся на поверхность и быстро оседают на дно. Спиртовое брожение протекает нормально в анаэробных условиях, при этом дрожжи почти не размножаются. В среде, богатой кислородом, дрожжи ведут себя как аэробные организмы и активно размножаются.