Contribution to International Economy

Вплив температури на ріст мікроорганізмів

Bступ

Мікробіологія в даний час по праву вважається однією з основних

дисциплін біології, оскільки без знання особливостей мікроорганізмів

не можна зрозуміти все різноманіття життя на Землі, умов її появи і еволюції. Величезне значення мало дослідження мікроорганізмів для таких

наук, як біохімія, молекулярна біологія, генетика, біофізика, екологія.

Велике значення в народному господарстві набуває використання мікроорганізмов, як продуцентів безлічі корисних речовин, як-то: білка, ферментів, антибіотиків, вітамінів. Активно розробляється раціональнe використання біохімічної активності мікроорганізмiв для підвищення родючості грунтів, видобутку корисних копалин, використання енергетичних ресурсів та очищення навколишнього середовища від багатьох забруднюючих речовин [2, 25 c.].

Разом з тим залишається необхідність знаходити ефективні способи

боротьби з деякими мікроорганізмами, що викликають захворювання людини, тварин і рослин, а також псування промислових виробів і небажанi зміни навколишнього середовища.

Життя мікроорганізмів знаходиться в тісній залежності від умов навколишнього середовища [6, 121 c.]. Як на рослини, макроорганізми, так і на мікросвіт істотний вплив роблять різні фактори зовнішнього середовища. Їх можна розділити на три групи: хімічні, фізичні і біологічні. Вивчення залежностi мiж конкретними умовами середовища та життєдiяльностi клiтин дає змогу регулювати рiст, розвиток та обмiн речовин [5, 43 c.]. Шляхом пiдтримування необхiдних умов культивування можна керувати напрямом ферментативних процесiв, вирощувати бiомасу з заданними властивостями.

 

Роздiл 1

Загальна характеристика мікроорганізмiв

Мікрооганізмамі прийнято називати найдрібніші живі істоти, розміри яких менше або трохи перевищують роздільну здатність людського ока (0,2 мм). Число відомих мікроорганізмів складає багато тисяч, причому відкриваються все нові види. Більшість мікроорганізмів на відміну від макроорганізмів одноклітинні, а наявні багатоклітинні форми порівняно мало диференційовані. На підставі особливостей організації клітин, перш за все генетичного апарату, вони підрозділяються на еукаріотів та прокаріотів. До еукаріотних мікроорганізмів відносяться багато водоростeй, грибiв та найпростішиx [4, 152 c.].

Мікроорганізмам належить важлива роль в природних процесах, а також у практичній діяльності людини. Завдяки невеликим розмірам мікроорганізми легко переміщуються з струмами повітря, по воді і іншими способами, тому вони швидко поширюються і зустрічаються в найрізноманітніших місцях, включаючи і ті, де інші форми життя іноді відсутні [5, 93 c.]. Характеризують мікроорганізми здатність до швидкого розмноження і різноманітність фізіологічних і біохімічних властивостей. В результаті деякі з них можуть рости в так званих екстремальних умовах, які для більшості інших мікроорганізмів несприятливі або взагалі не підтримують зростання. Поряд з мезофілами, оптимальна температура для росту яких складає 25-30̊С, серед мікроорганізмів є так звані псіхрофіли, деякі з яких можуть розвиватися при температурі, близької до нуля. Такі мікроорганізми поширені в морях і океанах, в печерах, але виявляються і в інших місцях, у тому числі в холодильних установках. Відомі також термофільні мікроорганізми, зростання яких спостерігається при 60-80̊С і навіть вище (90-110). Такі екстремальні термофіли виявлені, наприклад, серед бактерій, що зустрічаються в геотермальних джерелах. Залежно від ставлення мікроорганізмів до молекулярного кисню їх прийнято ділити на облігатні аероби, факультативні анаероби, аеротолерантнi анаероби і облігатні анаероби. Більшість мікроорганізмів, як і макроорганізми, є облігатними аеробами (для росту їм необхідний молекулярний кисень).

Поряд з цим є мікроорганізми, які хоч і потребують наявності О2, але можуть рости або краще ростуть при низькому його утриманні (2-10%). Такі мікроорганізми називають мікроаерофілами, а умови в яких вони ростуть, мікроаеробними. Факультативні анаероби ростуть як в присутності, так і у відсутності О2. Але в залежності від умов зростання відбуваються зміни в їх метаболізмі, перш за все в енергетичних процесах. Як правило, за наявності молекулярного кисню такі мікроорганізми перемикаються на окислення субстрату за участю О2, тобто на аеробне дихання, оскільки воно більш вигідно, ніж отримання енергії в результаті анаеробних процесів. Наочним прикладом можуть служити деякі дріжджі, здатні здійснювати в анаеробних умовах спиртове бродіння, а в аеробних повністю окислюється в процесі дихання цукру з утворенням вуглекислоти та води. Досить багато факультативних анаеробів і серед бактерій. Це Escherichia, деякі представники роду Bacillus, Paracoccus deicans і ряд інших [4, 128 c.].

До аеротолерантниx анаеробів належать багато молочнокислиx бактерій, якi здатні рости в присутності молекулярного кисню, але при цьому їх метаболізм залишається таким же, як і в анаеробних умовах. І в тому, і в іншому випадку вони здійснюють бродіння. Облігатні анаероби не тільки не потребують для зростання в наявності молекулярного кисню, а й для багатьох видів він токсичний навіть в мізерно малої концентрації.

До числа строгих анаеробів відносяться метаноб.


Роздiл 2

Температурні межі існування мікроорганізмів

Температура - найважливіший фактор, що впливає на зрiст процесiв, що протікають у мікроорганiзмax. Від температури в значній мірі залежать кисневий режим, інтенсивність окислювально-відновлювальних процесів, активність мікрофлори і т.д. Особливо значний вплив на рiст, розвиток та бiохiмiчну дiяльнiсть мiкроорганiзмiв мають температура та окисно-вiдновнi умови середовища, вiд яких також залежить iнтенсивнiсть бiосинтетичної дiяльностi органiзму. Однiєю з важливих умов регулювання росту мiкроорганiзмiв є температура середовища. Впливаючи на швидкiсть розмноження, температура впливає на швидкiсть бioсентетичних процесiв у клiтинах.

Життєдіяльність кожного мікроорганізму обмежена визначеними температурними границями. Цю температурну залежність звичайно виражають трьома крапками: мінімальна (min) температура — нижче якої розмноження припиняється, оптимальна (opt) температура — найкраща температура для росту і розвитку мікроорганізмів і максимальна (max) температура — температура, при якій ріст чи кліток сповільнюється, чи припиняється зовсім. Вперше в історії науки Пастером були розроблені методи знищення мікроорганізмів при впливі на них високих температур. Оптимальна температура звичайно прирівнюється до температури навколишнього середовища.[3, 136 c.]

Мікроорганізми не регулюють температуру свого тіла, а тому існування їх визначається температурою оточуючого середовища. Розрізняють три основні температурні зони, які мають вирішальне значення для розвитку бактерій: мінімум, оптимум і максимум. Найменша температура, при якій можуть розвиватися дані мікроби, називається мінімальною. Найвища температура, при якій ці самі організми ще можуть жити, називається максимальною. Між двома крайніми точками є температура, при якій прокаріоти розвиваються найкраще. Така температура дістала назву оптимальної. Кардинальні температурні точки для деяких мікроорганізмів хоча і є характерними для кожного виду мікроба, але вони можуть змінюватися під впливом інших чинників зовнішнього середовища [1, 163 c.].

Усі мікроорганізми стосовно температури умовно можна розділити на 3 групи:

Перша група: психрофіли — це холодолюбиві мікроорганізми, ростуть при низьких температурах: min t — 0°С, opt t — від 10—20°С, max t — до 40°С. До таких мікроорганізмів відносяться мешканці північних морів і водойм. До дії низьких температур багато мікроорганізмів дуже стійкі. Наприклад, холерний вібріон довго може зберігатися в льоді, не втративши при цьому своїй життєздатності. Деякі мікроорганізми витримують температуру до -190°С, а суперечки бактерій можуть витримувати до -250°С. Дія низьких температур припиняє гнильні і бродильні процеси, тому в побуті ми користаємося холодильниками. При низьких температурах мікроорганізми впадають у стан анабіозу, при якому сповільнюються всі процеси життєдіяльності, що протікають у клітці.

До другої групи відносяться мезофіли — це найбільш велика група бактерій, у которую входять сапрофіти і майже всі патогенні мікроорганізми, тому що opt температура для них 37°С (температура тіла), min t = 10°С, maxt = 45°C. До мезофілiв відноситься переважна більшість, як сапрофітних, так і патогенних бактерій [2, 173 c.].

Серед бактерій - мешканці глибин океанів зустрiчаються сапрофітні бактерії - псіхрофіли, які розмножуються при температурі нижче 20°С. Термофільні мікроорганізми, що заселяють, наприклад, води гарячих джерел, здатні розмножуватися при температурі вище 70°С.

Бактерії-мезофіли у вегетативному стані чутливі до підвищення температури до 50-55°С. При цьому відбувається денатурація ферментних білків бактеріальної клітини, що веде до загибелі організму.

Спороутворюючі бактерії - бацили - більш стійкі до підвищення температури, багато з них здатні витримувати протягом декількох годин нагрівання до 100-110°C. Однак, чутливість до підвищеної температури коливається у бактерій в залежності від умов культивування, складу живильного середовища, тривалості експозиції температурного впливу та інших факторів [5, 103 c.].

При температурі нижче оптимальної на 5-10°С бактерії не гинуть, проте, їх розмноження затримується у зв'язку з гальмуванням обміну речовин. Для збереження вегетативних форм бактерій при зниженій температурі застосовують речовини з високою в'язкістю, які охороняють цитоплазму бактеріальної клітини від руйнування кристалами льоду. Такі речовини називають кріопротектори. До них відносяться желатин, розчин альбуміну, гліцерин, 40% розчин сахарози. Кріопротектори використовують для тривалого зберігання культур бактерій при мінусових температурах, а також при ліофільномy висушуванні мікроорганізмів. Ліофільнe висушування передбачає перехід речовини із замороженого стану в сухе, минаючи рідку фазу. Це досягається при нагріванні заморожених культур бактерій в умовах вакууму і використовується при приготуванні імунобіологічних препаратів.

До третьої групи відносяться термофіли — теплолюбні бактерії, розвиваються при t вище 55°С, min t для них = 30°С, max t = 70—76°С. Ці мікроорганізми живуть у гарячих джерелах. Серед термофілів зустрічається багато спорових форм. Суперечки бактерій набагато стійкіше до високих температур, чим вегетативні форми бактерій. Наприклад, суперечки бацил сибірської виразки витримують кип'ятіння протягом 10—20 с. Усі мікроорганізми, включаючи і спорові, гинуть при температурі 165—170°С в плин години. Дія високих температур на мікроорганізми покладено в основу стерилізації [2, 302 c.].

Одним з найважливіших факторів, що визначають ріст і розвиток термофільних мікроорганізмів, є швидкість надходження кисню і його концентрація в культуральной середовищі. Ступінь обмеження зростання аеробних організмів при нестачі кисню залежить від температури вирощування. Розчинність кисню у воді збільшується з пониженням температури, тому зростання мікроорганізмів при більш низьких температурах не обмежується вмістом кисню в такій мірі, як у випадку інкубації при високих температурах. Цим і пояснюється той факт, що загальний урожай організмів, вирощених при низьких температурах, часто виявляється вище, ніж врожай мікроорганізмів, вирощених при більш високих температурах, хоча швидкість зростання в останньому випадку може бути більше.

Процеси метаболізму в клітинах термофілax протікають з набагато більшою швидкістю, ніж в клітинах мезофілов. Тому концентрація розчиненого в середовищі кисню може стати чинником, що лімітує зростання термофільних мікроорганізмів. Однак при культивуванні термофільних мікроорганізмів на багатих природних середовищах в умовах інтенсивної аерації організми можуть і не відчувати нестачі в розчиненому кисні. Але при вирощуванні термофілiв на синтетичних середовищах кількість розчиненого кисню починає виступати в ролі вирішального чинника.

Потреба термофілiв в поживних речовинах залежить від температури їх зростання. За цією ознакою термофільні спороутворюючі бактерії розділeнi на три групи. До першої групи належать термофільні бактерії, потреба в поживних речовинах яких не залежить від температури. Бактерії другої групи мають потребу в додатковому харчуванні при підвищенні температури вирощування, а третьої групи - при зниженні температури.

2.1. Характеристика термофілії

Термофіли - група теплолюбних мікробів, які можуть розвиватися при відносно високих температурах. Природа термофілії досі ще не розкрита.

Висловлюються припущення, що ліпіди відіграють певну роль у молекулярних механізмах термофілії, сприяючи термостабільності мембран, і що нижня температурна межа росту термофілів визначається температурою плавлення мембранних ліпідів.

За іншою гіпотезою, визначальна роль у термофіла належить ферментним білкам, а саме: основні температурні точки термофілів залежать від конформації одного або декількох основних ферментів. Деякі вчені поділяють твердження, згідно з яким термофілія зумовлюється термостабільністю структурних компонентів клітин термофілів.

2.2. Вплив низьких температур на мікроорганізми

Зниження температури нижче оптимальної не так згубно впливає на прокаріотів, як її підвищення понад максимальну. На явищі впливу високих температур грунтуються поширені способи знезараження продовольчих продуктів, поживних середовищ, посуду та інструментів. Вони дістали назву пастеризації і стерилізації. Низькі температури мікроби витримують порівняно легко. Наприклад, деякі види бактерій не втрачають життєздатності навіть при температурі рідкого водню (-253°С). При дії низьких температур прокаріоти можуть впадати в анабіотичний стан, зберігаючи тривалий час свою життєдіяльність. Низькі температури широко використовуються для зберігання різних продуктів, які швидко псуються. Використовують два способи зберігання продуктів на холоді: в охолодженому стані при температурі від 10 °С до -2 °С і в замороженому стані при температурі від -12 до -30 °С.

Висновки

Значний вплив на рiст, розвиток та бiохiмiчну дiяльнiсть мiкроорганiзмiв має температура.

В залежності від оптимальної температури розвитку виділяються три основні групи мікроорганізмов: псіхрофіли (оптимум <20°C), мезофіли (оптимум 20-40°C), термофіли (оптимум >50°C).

Термофіли - група теплолюбних мікробів, які можуть розвиватися при відносно високих температурах.

Зниження температури не має великого значення для росту микроорганизмiв, як її пiдвищення.

Список лiтератури

Жизнь микробов в экстремальных условиях / Под ред. Д.Кашнера: Пер. с англ. - М.: Мир, 1981. - 521 c.

Гусев, М. В. Микробиология / М. В. Гусев, Л. А. Минеева. - М. : Академия, 2003. – 461 с.

Никитина, Елена Владимировна. Микробиология: учебник для студ. вузов / Е.В. Никитина, С.Н. Киямова, О.А. Решетник. – СПб.: ГИОРД, 2008. – 368 с.

Нетрусов, Александр Иванович. Микробиология / А.И. Нетрусов, И.Б. Котова. – М.: Академия, 2006. – 352 с.

Экология микроорганизмов: Учеб, для студ.вузов / А.И.Нетрусов, Е.А. Бонч-Осмоловская, В.М.Горленко и др.; Под ред. А.И. Нетрусова. - М.: Издат. центр "Академия", 2004. - 272 с.


Переплет дипломов
Главная Новости О компании Наши услуги Цены Способы оплаты Авторам Вопрос-ответ Карта сайта Контакты
Партнеры: "ЦОДНТИ" "Первая Переплетная Мастерская""ЮТЭК"
Academic Journal Catalogue (AJC)