Введение в микробиологию: роль, систематика и классификация микроорганизмов, бактерий и грибов

Тип работы: Материал
Бесплатно: Антиплагиат
Объем: 12 страниц
В избранное:

Введение.

Микробиология (от греч. micros - малый, bios - жизнь, logos - учение) является одной из биологических наук. Она изучает строение, жизнедеятельность, закономерности и условия развития организмов, большинство которых можно видеть только с помощью микроскопа. Размеры многих из них настолько малы, что в капле воды их могут быть миллионы. Эти организмы называют микроорганизмами или микробами.

Мир микробов богат и разнообразен. Большинство микроорганизмов одноклеточные, но имеются и многоклеточные, однако дифференциация клеток на ткани и органы у них отсутствует. Известны формы и не имеющие клеточного строения. Многие микроорганизмы принадлежат к низшим растительным организмам, некоторые - к низшим животным, но есть и такие, которые нельзя отнести ни к животным, ни к растениям.

Микроорганизмы широко распространены в природе - в почве, воде и воздухе всех климатических зон. Множество различных микробов живет на поверхности тела и в кишечнике животных и людей, на растениях, на окружающих нас предметах и продуктах. Существование многочисленных видов микробов обусловлено следующими основными факторами: их способностью потреблять разнообразную пищу, приспособляемостью к условиям существования, высокой выносливостью к теплу, холоду и недостатку влаги, способностью к быстрому размножению.

Велико значение микроорганизмов в жизни нашей планеты. Они активно участвуют в различных превращениях веществ в природе. С их жизнедеятельностью связано образование каменного угля, нефти, некоторых руд, торфа. Большую роль играю микробы в почвообразовательных процесса, способствуя повышению урожайности сельскохозяйственных культур. Используют микроорганизмы и в промышленном производстве органических кислот (молочной, лимонной и тд), ацетона, бутилового и этилового спиртов, витаминов, ферментных препаратов и антибиотиков. Многие микроорганизмы с давних пор применяют в пищевой и легкой промышленности, а так же в домашнем хозяйстве. С использованием дрожжей, например, производят пиво, тесто для хлеба. Молочнокислые бактерии используются в производстве различных кисломолочных продуктов, они же участвуют в процессе созревания сыров и квашении овощей.

Многие микроорганизмы, однако, играют отрицательную роль. Они могут являться возбудителями болезней человека, животных и растений, вызывать порчу пищевых продуктов и разрушение различных материалов, нанося большой ущерб.

Создание электронного микроскопа и разработка новых методов исследований микроорганизмов позволяют изучать их на молекулярном уровне, что в сваю очередь дает возможность более глубоко познать свойства микробов, их химическую деятельность, лучше использовать и управлять микробиологическими процессами.

Систематика микроорганизмов.

Еще на ранних этапах развития биологии мир живых организмов ученые делили на два царства: царство растений и царство животных. Принадлежность к тому или другому легко определялась по ряду структурных и функциональных признаков. С открытием микроорганизмов делались попытки распределить их между этими царствами. Основой для определения принадлежности микробов к животным или растительным организмам служили два признака: подвижность и способность к фотосинтезу. Однако постепенное накопление знаний о микроорганизмах, их чрезвычайном разнообразии сделало затруднительным и часто нелогичным отнесение некоторых видов к определённому царству. Оказалось, что клетки одних микробов по своей структуре напоминают клетки животных, у других они сходны с растительными, третьи могут сочетать признаки тех и других клеток или существенно отличаться от них. В 1886 г. немецкий биолог Э. Геккель предложил выделить микроорганизмы в третье царство живой природы и дал ему название “царство протистов”. Основу строения клеток всех протистов, как и клеток высших животных и растений, составляют цитоплазма и ядро. Однако развитие электронной микроскопии и совершенствование методов приготовления биохимических препаратов позволили выявить принципиально важные отличия во внутренней структуре клеток протистов. Оказалось, что, несмотря на общность структурной, биохимической и физиологической организации, присущую всем организмам, царство протистов четко делится на две группы. Первую составляют высшие протисты - эукариоты, клетки которых по своему строению сходны с клетками высших животных и растений. Важнейшей отличительной способностью эукариотической клетки - структурная организация ядра и способность его делиться. Клетки эукариот имеют обособленное ядро, отделенное от цитоплазмы мембраной. Наследственная информация заключается в хромосомах, содержащих ДНК и белки особого типа. Деление ядра при размножении клеток происходит в результате сложного процесса - митоза. Из микроорганизмов к эукариотам относятся простейшие, грибы, водоросли (кроме сине-зеленых) . Вторая группа объединяет низших протистов, называемых прокариотами (доядерными ) . В клетках прокариот сформировавшееся ядро отсутствует, но есть ядроподобные образования - нуклеоиды. По сравнению с ядрами клеток эукариот, нуклеоиды имеют более простое строение и не отделены от цитоплазмы оболочкой. Наследственную информацию несет первая хромосома, представляющая собой длинную молекулу ДНК. Таким образом, граница, разделяющая все клеточные формы жизни на две группы, соответствует двум типам клеточной организации, проходящей через царство протистов. Наука о распределении живых организмов по отдельным группам - таксонам - называется систематикой. Классификация и номенклатура - две основные области систематики. Задачей классификации является объединение живых организмов, обладающих общими признаками и свойствами, в определенный таксон. Основная единица в систематике живых организмов - вид. Под видом понимается совокупность организмов, имеющих общее происхождение, характеризуются общими морфологическими и физиологическими признаками и приспособленных к существованию в определенных условиях внешней среды. Виды, объединенные в таксоны более высокого ранга - роды . Роды в свою очередь группируют в семейства, семейства - в порядки, порядки - в классы и т. д. Высшим уровнем таксономической иерархии является царство. Номенклатура как отрасль систематики обеспечивает единство и стабильность названий отдельных таксонов и организмов, принадлежащих к ним. Для наименования вида принята бинарная номенклатура, предложенная К. Линнеем в 18 в. Видовое название складывается из двух слов; первое обозначает род и пишется с прописной буквы, второе - вид, к которому принадлежит организм, - пишется со строчной буквы.

В 1969 г. была предложена схема разделения живых организмов на пять царств. Эта схема классификации (разделение) живых организмов отражает три основных уровня клеточной организации живых систем: Монера - прокариотные микроорганизмы; Протиста - микроскопические, в большинстве одноклеточные формы жизни, возникшие в результате качественного скачка в процессе эволюции, пришедшего к появлению эукариотных клеток; Эукариоты - многоклеточные, включающие три царства: растения, животные и грибы, различающиеся по способу питания. Отдельно существует шестое царство - вирусы - неклеточные формы жизни.

Систематика бактерий.

Систематика (таксономия) организмов заключается в распределении их по определенным группам, каждая из которых имеет своё название: класс, порядок, семейство, род, вид.

Систематика бактерий даётся по руководству Берджи “Краткий определитель бактерий Берги”.

Царство прокариот разделено на 2 отдела: цианобактерии и бактерии.

I отдел. Цианобактерии . Цианобактерии (ранее назывались “сине- зелёными водорослями”) - фототрофные (фотосинтезирующие) организмы. Фотосинтез осуществляют с выделением кислорода. Некоторые цианобактерии одноклеточны, другие многоклеточны, образуют простые или ветвящиеся нити. Цианобактерии привлекают внимание ученых как продуценты пищевого белка.

II отдел. Бактерии. Этот отдел разделён на 19 частей, каждая из которых делится на порядки, порядки - на семейства, семейства - на роды, роды - на виды.

Часть 1. Фототрофные бактерии (фотосинтезирующие) . Это преимущественно водные бактерии, имеющие клетки различной формы. В клетках содержатся бактериохлорофиллы и каратиноидные пигменты. К фототрофным бактериям относятся пурпурные бактерии и зелёные серобактерии.

Часть 2. Скользящие бактерии. Такие бактерии передвигаются путём скольжения (ползающие) . Скользящие бактерии делят на 2 порядка:

миксобактерии - это палочки, образующие плодовые тела - скопление клеток, заключенных в слизи. Клетки в плодовых телах переходят в покоящееся состояние - миксоспоры. Миксобактерии живут в основном в почве, на разлагающемся растительном материале;

цитофаги - одно - и многоклеточные палочки и нити. Плодовых тел не образуют. Это преимущественно водные бактерии, но живут они и в почве.

Часть 3. Хламидобактерии. В основном это бактерии с чехлом, который может содержать окись марганца или окислы железа. Хламидобактерии могут быть в виде одноклеточных клеток или нитей, подвижными либо прикрепленными к субстрату. Живут они в водоемах, встречаются в почве.

Часть 4. Почкующиеся и (или) стебельковые бактерии. К этой группе относят бактерии, размножающиеся почкованием, они образуют стебельки или почки и стебельки. В эту группу включают новые виды бактерий с выростами- просеками. Широко распространены в почве и водоемах.

Часть 5. Спирохеты. Это тонкие, гибкие, спирально извитые одноклеточные бактерии длиной от 3 до 500 мкм. Истинная клеточная стенка у них отсутствует. Они подвижны, эндосперм не образуют. Некоторые виды патогенны, вызывают заболевания человека.

Часть 6. Спиральные и изогнутые бактерии. Это спирально извитые палочки с одним или многими витками. Они подвижны, имеют жгутики. В основном это сапрофиты, встречаются паразиты и патогенные виды.

Часть 7. Грамотрицательные аэробные палочки и кокки . Это преимущественно прямые или изогнутые подвижные палочки, с полярными жгутиками, имеются и неподвижные. Широко распространены в природе, среди них существуют виды, патогенные для растений. К этой группе относятся многие бактерии, являющиеся возбудителями порчи пищевых продуктов.

Часть 8. Грамотрицательные факультативно-анаэробные палочки . Они могут быть подвижными (перитрихи) и неподвижными, широко распространены. Некоторые бактерии этой группы являются обычными обитателями кишечника человека и животных; другие - возбудителями инфекционных кишечных заболеваний (дизентерии, паратифа) ; есть и возбудители пищевых отравлений (сальмонеллы, протей) .

Часть 9. Грамотрицательные анаэробные бактерии. Это однотипные или плеоморфные палочки, неподвижные или подвижные, не образуют спор. Имеются патогенные виды, вызывающие гнойные или гангренозные инфекции.

Часть 10. Грамотрицательные кокки и коккобациллы . Клетки таких бактерий сферические, иногда в виде пар или скоплений, неподвижные. Встречаются виды, патогенные для человека и животных.

Часть 11. Грамотрицательные анаэробные кокки. Кокки обычно образуют пары, но бывают и одиночными, и в виде цепочки. Живут в пищеварительном тракте человека и животных.

Часть 12. Грамотрицательные хемолитотрофные бактерии. Это палочковидные, эллипсовидные, сферические клетки без эндоспор, подвижные и неподвижные. Энергию они получаю за счет окисления аммиака или нитрита, за счет окисления серы или ее соединений, углерод фиксируют из углекислого газа. Живут в почве и воде.

Часть 13. Метанобразующие бактерии. Это палочки или кокки, подвижные и неподвижные, грамположительные и грамотрицательные. Спор не образуют. Они анаэробные, образуют метан. Широко распространены в природе.

Часть 14. Грамположительные кокки. Клетки этих бактерий сферические, делятся в одной и нескольких плоскостях с образованием правильных или неправильных групп, цепочек, пакетов и др. Они аэробы, факультативные анаэробы или микроаэрофилы. Широко распространены в природе. Многие из них являются возбудителями порчи пищевых продуктов, некоторые стафилококки могут развиваться на пищевых продуктах, вырабатывать токсические вещества и вызывать отравления. К этой группе бактерий отнесены также молочнокислые стрептококки, используемые в технологии производства кисломолочных и других продуктов переработки молока.

Часть 15. Палочки и кокки, образующие эндоспоры. Большинство палочек грамположительные, подвижны, имеют латеральные или перитрихиальные жгутики. Эти бактерии аэробы, анаэробы, факультативные анаэробы; многие являются возбудителями порчи пищевых продуктов. Существуют патогенные виды, которые могут передаваться через пищевые продукты и вызывать заболевания (сибирская язва) или отравления (ботулизм) .

Часть 16. Грамположительные аспорогенные палочковидные бактерии . Это прямые или изогнутые палочки, встречаются одиночные и в цепочках. Неподвижные и подвижные. В эту группу бактерий включены палочковидные молочнокислые бактерии, которые широко распространены на пищевых продуктах и могут вызывать их порчу. Многие из бактерий этой группы используются в технологии приготовления теста, кисломолочных продуктов, сыров и для квашения овощей.

Часть 17. Актиномицеты и родственные организмы. К ним относят коринеформные бактерии, пропионовокислые бактерии и актиномицеты. Бактерии этой группы палочковидные, часто неправильной формы, образуют гифы.

Некоторые актиномицеты растут в виде тонких ветвящихся нитей, образующих мицелий, размножаются спорами, развивающимися на воздушном мицелии. Часто окрашены в разные цвета. Широко распространены в природе. Встречаются на пищевых продуктах и могут вызывать их порчу; при этом продукты приобретают характерный землистый запах. Существуют виды, патогенные для человека (дифтерийная и туберкулезная палочки) и для растений. Многие виды актиномицетов являются продуцентами антибиотиков, получаемых в промышленном масштабе.

Часть 18. Риккетсии. Это палочковидные и кокковидные микроорганизмы. Они неподвижные, грамотрицательные, спор не образуют. Являются внутриклеточными паразитами. Размножаются делением клеток. Некоторые из них вызывают заболевания животных и человека. Переносчиками риккетсий в основном являются беспозвоночные животные (вши, блохи, клещи) .

Часть 19. Микоплазмы. Клетки этих организмов не имеют клеточной стенки, покрыты лишь трехслойной мембраной. Клетки очень мелкие, иногда размеров (около 200 нм), плеоморфные (разнообразной формы) - от кокковидных до нитевидных. Способ их размножения до конца не выяснен. Это сапрофиты, паразиты; некоторые могут вызывать заболевания у человека, животных и растений.

Систематика грибов.

Подразделение грибов на классы основано на использовании комплекса признаков; ведущими служат строение мицелия, типы полового и бесполого размножения.

Основными классами грибов являются хитридиомицеты, оомицеты, зигомицеты, аскомицеты, базидиомицеты и дейтериомицеты (несовершенные грибы) . Для каждого класса приведены (в качестве примеров) грибы, являющиеся распространенными возбудителями порчи продуктов или используемые в промышленности.

Хитридиомицеты. Мицелий у них развит слабо или отсутствует, а тело представляет собой голый протопласт. Размножаются хитридиомицеты главным образом бесполым путем посредством подвижных спор с одним жгутиком - зооспор, развивающихся внутри зооспорангиев.

Многие хитридиомицеты являются внутриклеточными паразитами низших и высших растений. В пораженных органах и клетках растений паразит превращается в покоящуюся клетку - цисту с толстой оболочкой. Важнейшим представителем этого класса служит гриб синхитриум.

Синхитриум - возбудитель рака клубней картофеля. На пораженных клубнях около глазков образуются темные бугристые наросты (опухоли) различных размеров, напоминающие губку. В наростах содержится масса зооспор гриба, которые освобождаются из разрушающихся тканей клубня и заражают другие клубни. В течение лета это может повторяться много раз. Осенью в клубнях образуются покоящиеся цисты, которые могут сохраниться в почве много лет. Весной при благоприятных условиях они прорастают, образуя зооспоры, которые заражают молодые растения. Потери урожая могут быть до 40 - 60 %. Основные меры борьбы: выведение устойчивых сортов и обеззараживание почвы.

Оомицеты. Мицелий у них хорошо развит, неклеточный, многоядерный.

Наибольшее значение имеют фитофтора и плазмопара.

Фитофтора, или картофельный гриб, поражает клубни и ботву картофеля. На коротких разветвленных спорангиеносцах развиваются яйцевидные или лимоновидные спорангии. Во влажной среде в них образуются несколько подвижных зооспор, которые затем прорастают в гифы. В сухой среде зооспоры не образуются, спорангий непосредственно прорастает в гифу. Фитофтора поражает также помидоры и баклажаны.

Плазмопара. Гриб, вызывающий болезнь винограда, называемую мильдью или ложномучнистой росой. Гриб поражает листья и ягоды. Пораженные ягоды буреют, покрываются паутинистым налетом, состоящим из спороносцев гриба, сморщиваются и опадают. Развитию болезни благоприятствуют повышенная влажность воздуха. Ооспоры плазмопары перезимовывают в почве и могут сохраняться жизнеспособными в течений нескольких лет.

Зигомицеты. Мицелий у них хорошо развит, неклеточный. Бесполое размножение происходит с помощью неподвижных спорангиоспор; половое размножение - зигоспорами. К этому классу относят мукоровые грибы, широко распространены в природе.

Мукоровые грибы характеризуются разнообразием строения органов бесполого спороношения. Многие мукоровые грибы являются возбудителями порчи различных пищевых продуктов. Они развиваются на продуктах в виде пушистой белой, серой массы. Наибольшее значение из мукоровых грибов имеют мукор и ризопус.

Грибы рода мукор имеют крупные спорангии, образующиеся на одиночных, простых или ветвящихся спорангиеносцах. Виды этого рода отличаются один о т другого по форме и окраски спорангиоспор, по форме хламидоспор.

Грибы рода ризопус образуют неветвящиеся, окрашенные в темно-бурый цвет спорангиеносцы, растущие пучками (кустиками) . У основания последних имеются корневидные образования - ризоиды, с помощью которых гриб прикрепляется к субстрату. Ризопус распространяется по субстрату очень быстро с помощью длинных стелющихся гиф (столонов), напоминающих усы земляники. Поражая ягоды и овощи, гриб вызывает у них «мягкую гниль» - полное разрушение тканей.

Некоторые мукоровые грибы имеют положительное значение благодаря способности продуцировать органические кислоты, ферменты, сбраживать сахар в этиловый спирт.

Среди мукоровых грибов существуют возбудители заболеваний человека и животных. Некоторые из этих грибов является паразитами насекомых, их используют для уничтожения вредителей сельскохозяйственных культур.

Аскомицеты. Аскомицеты, или сумчатые грибы, различны по строению свойствам.

Мицелий у большинства хорошо развит, клеточный, но к аскомицетам относятся и не имеющие мицелия организмы, представленные одиночными почкующимися клетками. Все они имеют, однако, общее происхождение и ряд общих черт в строении.

У некоторых сумчатых грибов конидиальное спороношение неизвестно, у других оно преобладает в цикле развития. В природе (на пищевых продуктах) встречаются сумчатые грибы только в конидиальной стадии; они имеют самостоятельное название и рассматриваются в классе несовершенных грибов.

Сумчатые грибы широко распространены в природе. Среди них много паразитов культурных растений, возбудителей порчи пищевых продуктов, имеются патогенные для животных и человека виды. Некоторые используются в промышленности как продуценты биологически активных веществ (ферментов, витаминов, антибиотиков, алкалоидов) .

Многие голосумчатые грибы имеют настоящий мицелий. Таковым является, например, эремотециум Эшби, используемый для промышленного получения витамина В ₂ , У других голосумчатых грибов мицелий частично распадается на артроспоры. Существуют грибы, которые представляют собой одиночные почкующие клетки.

Важнейшими представителями немицелиальных голосумчатых грибов являются дрожжи.

В группу плодосумчатых включены некоторые виды широко распространенных грибов родов аспергиллус и пенициллиум, способных к сумчатому спороношению.

Грибы рода аспергиллус имеют одноклеточные, неразветвленные конидиеносцы.

У грибов рода пенициллиум конидиеносцы многоклеточные, ветвящиеся.

Аспергилловые и пеницилловые грибы являются распространенными возбудителями порчи (плесневения) пищевых продуктов, промышленных изделий и материалов. Некоторые представители используются в промышленности. Эти виды грибов применяют в производстве лимонной кислоты, лечебного препарата пенициллина, используют для получения ферментных препаратов, играют важную роль в сыроварении.

Некоторые аспергиллы вызывают заболевания - аспергиллезы (дыхательных путей, кожи, слизистой полости рта) человека и животных. Имеются виды, выделяющие ядовитые для животных и человека вещества - афлатоксины (производные кумаринов), одним из биологических действий которых является опухолеобразование.

... продолжение

Вы можете абсолютно на бесплатной основе полностью просмотреть эту работу через наше приложение.