Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы

МИНИСТЕРСТВО  СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ

ФГБОУ ВПО  « Бурятская государственная  сельскохозяйственная академия им. В.Р. Филиппова »

 

 

 

 

 

Кафедра вирусологии, микробиологии и ветсанэкспертизы

 

 

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

На тему: «Влияние факторов внешней среды на микроорганизмы»

 

 

 

  

                                                           

                                                                 

 

 

 

Выполнила: студентка гр. 2203-2      

                     Сотникова Снежанна                                          

                                                            Проверил: к.в.н, доцент  Будаев Ю.Ж

 

 

                                                

 

 

Улан-Удэ

2012

 

Содержание:

 

Введение………………………………………………………………….3

1. Физические факторы……………………………………..……….4
2. Химические факторы…………………………………………….15
3. Биологические факторы………………………………………….20

Заключение…………………………………………………..…………..26

Список литературы……………………………………………………...27

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Все существующие микроорганизмы живут  в непрерывном взаимодействии с  внешней средой, в которой они  находятся, поэтому подвергаются разнообразным  влияниям. В одних случаях они  могут способствовать лучшему развитию, в других подавлять их жизнедеятельность. Необходимо помнить, что изменчивость и быстрая смена поколений  позволяет приспосабливаться к  разным условиям жизни. Поэтому быстро закрепляются новые признаки.

Находясь в процессе развития в  тесном взаимодействии со средой, микроорганизмы не только могут изменяться под её воздействием, но могут изменять среду  в соответствии с особенностями. Так микробы в процессе дыхания  выделяют продукты обмена, которые  в свою очередь изменяют химический состав среды, поэтому меняется реакция  среды и содержание различных  химических веществ.

Все факторы, влияющие на развитие микробов, делят на:

• Физические
• Химические
• Биологические

Ниже подробнее рассмотрим каждый из факторов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Физические  факторы

 

Температура

По отношению к температурным  условиям микроорганизмы разделяют  на термофильные, психрофильные и мезофильные.

• Термофильные виды. Зона оптимального роста равна 50-60°С, верхняя зона задержки роста - 75°С. Термофилы обитают в горячих источниках, участвуют в процессах самонагревания навоза, зерна, сена.
• Психрофильные виды (холодолюбивые) растут в диапазоне температур 0-10°С, максимальная зона задержки роста 20-30°С. К ним относит большинство сапрофитов, обитающих в почве, пресной и морской воде. Но есть некоторые виды, например, иерсинии, психрофильные варианты клебсиелл, псевдомонад, вызывающие заболевания у человека.
• Мезофильные виды лучше растут в пределах 20-40°С; максимальная 43-45°С, минимальная 15-20°С. В окружающей среде могут переживать, но обычно не размножаются. К ним относится большинство патогенных и условно-патогенных микроорганизмов.

          Способность некоторых неспорообразующих бактерий горячих источников существовать при температурах от 40 до 93°С и выше дало основания для выделения этих организмов в новую группу экстремально-термофильных бактерий. Возможность существования термофилов при высокой температуре, обусловлена особым составом липидных компонентов клеточных мембран, высокой термостабильностью белков и ферментов, термостабильностью клеточных ультраструктур.

          Высокие и низкие температуры  по-разному влияют на микробы.  При низких температурах микробная  клетка переходит в состояние  анабиоза, в котором она может  существовать несколько месяцев.  Так эшерихии остаются жизнеспособными при минус 190°С до 4 мес.,а холерный вибрион при минус 45°С – до 2 мес., возбудитель листериоза при минус 10°С – до 3 лет.

           Низкие температуры приостанавливают  гнилостные и бродильные процессы. На этом принципе построено  сохранение продуктов в ледниках, погребах и холодильниках. В  микробиологической практике широко  применяется длительное хранение  культур микробов, иммуноглобулинов, антибиотиков, живых вакцин в  высушенном виде из замороженного  состояния. Повторное замораживание  и оттаивание вредно действуют  на микроорганизмы и может быть одной из причин гибели бактерий.

Высокая температура вызывает коагуляцию структурных белков и ферментов микроорганизмов, в особенности нагревание паром под давлением, губительно действует на микробов. Большинство вегетативных форм гибнет при температуре 60°С в течение 30 мин, а при 80-100°С – через 1 мин. Споры бактерий устойчивы к температуре 100°С, гибнут при 130°С и более длительной экспозиции (до 2 ч.).

Для сохранения жизнеспособности относительно благоприятны низкие температуры (например, ниже 0°С), безвредные для большинства  микробов. Бактерии выживают при температуре  ниже –100°С; споры бактерий и вирусы годами сохраняются в жидком азоте (до –250°С).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Влажность и высушивание

При относительной влажности окружающей среды ниже 30% жизнедеятельность  большинства бактерий прекращается. Время их отмирания при высушивании  различно (например, холерный вибрион  – за 2 суток, а микобактерии –  за 90 суток). Поэтому высушивание  не используют как метод элиминации микробов с субстратов. Особой устойчивостью  обладают споры бактерий.

Широко распространено искусственное  высушивание микроорганизмов, или лиофилизация. Метод включает быстрое замораживание с последующим высушиванием под низким (вакуумом) давлением (сухая возгонка). Лиофильную сушку применяют для сохранения иммунобиологических препаратов (вакцин, сывороток), а также для консервирования и длительного сохранения культур микроорганизмов.

Многие виды микроорганизмов надолго  сохраняются после высушивания, хотя расти и размножаться в этих условиях не могут. В высохшей мокроте больных туберкулезом возбудитель остается вирулентным до 10 мес., споры бацилл сибирской язвы сохраняется до 10 лет, плесневых грибов до 20 лет. Высушивание сопровождается обезвоживанием цитоплазмы и денатурацией белков бактерий.

Дегидратация (обезвоживание) вегетативных форм бактериальных клеток в большинстве  случаев вызывает их гибель. Некоторые  микроорганизмы, в особенности морские  и пресноводные, а также патогенные виды, быстро погибают  при высыхании, т.е они не могут жить без воды или соков животного организма. Споры, конидии, артроспоры и хламидоспоры, всё это, в сущности, покоящиеся клетки, специально адаптированные к длительному пребыванию в сухом виде.

Влияние концентрации растворов на рост микроорганизмов опосредовано изменением активности воды как меры доступной для организма воды. И если содержание солей вне клетки окажется выше их концентрации в клетке, то вода будет выходить из клетки. Угнетение  патогенных бактерий хлористым натрием обычно начинается при его концентрации около 3%.

В природе микроорганизмы часто  оказываются в условиях недостаточной  влажности – в сухой почве, на высушенных растениях, а в зимний период микробные клетки теряют часть  воды в результате замораживания. Высушивание  используют для консервирования  кормов (сена, соломы), овощей, фруктов, лекарственных трав.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Гидростатическое  и  осмотическое давление

Гидростатистическое давление как фактор окружающей среды также влияет на жизнедеятельность микроорганизмов. Чувствительность бактерий к гидростатическому давлению неодинакова. Бактерии, устойчивые к высокому давлению, называют барофильными (от греч.baros - тяжесть)

Бактерии относительно мало чувствительны к изменению гидростатического давления. Повышение давления до некоторого предела не сказывается на скорости роста обычных наземных бактерий, но в конце концов начинает препятствовать нормальному росту и делению. Некоторые виды бактерий выдерживают давление до 3 000 – 5 000 атм, а бактериальные споры - даже 20 000 атм.

В условиях глубокого вакуума субстрат высыхает и жизнь невозможна.

Большое влияние на рост микроорганизмов  оказывает осмотическое давление. Осмотическое давление среды, определяемое концентрацией  растворенных в ней веществ, выполняет  важную роль в метаболизме микробной  клетки. Внутри бактерий осмотическое давление соответсвует давлению 10-20%-ного раствора сахарозы. Если их поместить в среду с высоким осмотическим давлением, то наступит плазмолиз (потеря воды и гибель клетки), а если они будут находиться в среде с низким осмотическим давлением, вода будет поступать внутрь клетки, разрывая тем самым клеточную стенку. Это явление носит название плазмоптиза.

Существуют микроорганизмы, которые  могут активно размножаться при  высоком осмотическом давлении. Это осмофильные бактерии, или галофилы (любящие соль), их ферменты активны только при повышенном содержании хлорида натрия; ионы натрия необходимы для галофилам для усвоения из окружающей среды питательных веществ. Некоторые галофилы размножаются при высокой (20-30 %-ной) концентрации хлорида натрия (роды Halobacterium, Micrococcus, Sarcina), например, в солончаковых почвах, рассолах  для соления рыбы, мяса (обычно они вызывают порчу этих продуктов).

В настоящее время в микробиологии существует новое направление – баробиология микроорганизмов, которая изучает роль гидростатического давления как экологического фактора, оказывающего влияние на распространение и активность микроорганизмов в глубине морей и океанов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Видимый свет

Солнечный свет губительно действует на микроорганизмы, исключением являются фототрофные виды и пурпурные и зеленые серобактерии, развитию которых солнечный свет благоприятствует. Свет прямо не разрушает бактериальную клетку, что отмечается при действии химических веществ. Бактерицидное действие света связано с образованием в клетке гидроксильных радикалов и других высокореактивных веществ, действующих губительно на микробную клетку. В ряде исследований при облучении микробов отмечена инактивация ферметов.

Микробы-сапрофиты более устойчивы  к воздействию света в сравнении  с патогенными. Это объясняется тем, что они чаще подвергаются действию прямых солнечных лучей, поэтому являются более адаптированными. Патогенные же микроорганизмы весьма чувствительны к действию света. Так, под действием прямых солнечных лучей культуры пастерелл гибнут через 7-12 мин, а возбудители туберкулеза – через 45-50 мин.

Бактерицидность солнечного света  усиливают некоторые краски (эозин, метиленовая синь и др.). Гигиеническое  значение солнечного света огромно, он представляет собой один из факторов самоочищения воздуха, ре и верхних  слоев почвы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

УФ-лучи

Наибольший микробицидный эффект оказывает коротковолновые УФ-лучи. Энергию излучения используют для дезинфекции, а также для стерилизации термолабильных материалов.

УФ-лучи с длиной волн от 400 до 300 нм – химически активны, от 330 до 295 нм – биологически активны, а с длиной волн от 295 до 200 нм – бактерицидно активны.

УФ-лучи (в первую очередь коротковолновые, т.е. с длиной волны 250-270 нм) действуют на нуклеиновые кислоты. Микробицидное действие основано на разрыве водородных связей и образовании в молекуле ДНК димеров тимидина, приводящем к появлению нежизнеспособных мутантов. Применение УФ-излучения для стерилизации ограничено его низкой проницаемостью и высокой поглотительной активностью воды и стекла.

УФ-лучи широко применяют для санации воздуха в животноводческих помещениях, в лабораториях и промышленных цехах (бродильная промышленность, производство антибиотиков), в боксах для обеспечения аспетических условий посевов. Также используют бактерицидные облучатели в животноводстве и птицеводстве для дезинфекции воздуха помещений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ионизирующая радиация

Рентгеновы лучи – электромагнитное излучение с длиной волны 0,006-10 нм; гамма-лучи – коротковолновые рентгеновы лучи, бета-частицы или катодные лучи (высокоскоростные электроны), альфа-частицы или высокоскоростные ядра гелия и нейтроны оказывают слабое инактивирующее действие на микроорганизмы. Бактерицидность наиболее сильно действующих гамма-лучей слабее, чем УФ-лучей, - гибель бактерий наступает только при облучении ими в высоких дозах – от 44 000 до 280 000 рентген. Бактерии могут жить в воде атомных реакторов, где величина радиоактивного облучения достигает 2-3 млн рентген.

Механизм действия рентгеновых  лучей заключается в поражении  ядерных структур, в частности  нуклеиновых кислот цитоплазмы. Поражается генетический аппарат микробной  клетки, что приводит к летальному исходу или возникновению мутации. Неблагоприятное воздействие ионизирующих излучений усиливается при присутствии кислорода.