Физиологические группы микроорганизмов по отношению к факторам внешней среды

Все факторы внешней среды, оказывающие влияние на микроорганизмы, делят на три группы:

- физические (температура, влажность, осмотическое давление, различные формы лучистой энергии, ультразвук, механическое воздействие, токи высокой частоты);

- химические (реакция питательной среды, окислительно- восстановитель-ный потенциал, влияние антисептических веществ);

- биологические факторы (взаимоотношения микроорганизмов с другими организмами).

По отношению к температурному фактору микроорганизмы делят на три группы –психрофилы (холодолюбивые), мезофилы ( развивающиеся при средних температурах) и термофилы (теплолюбивые) Такое деление производят на основе оптимальной температуры развития.

Примерные границы температур для различных групп представлены в таблице 1.

Таблица 1 Температуры для различных рупп микроорганизмов, °С

Микроорганизмы	Минимальная	Оптимальная	Максимальная
Психрофилы	-8-10	10-15	15-20
Мезофиллы	5-10	30-37	40-45
Термофилы	15-20	40-55	60-70

Вышеуказанные температурные границы приведены для размножения микроорганизмов. Для других процессов жизнедеятельности (спорообразование, образование токсинов, пигментов и др.) значение температур для тех же групп микроорганизмов могут быть иными.

Психрофилами - называют микроорганизмы, область температур роста которых лежит в пределах от 0 (или ниже) до 20 °С, хотя оптимум составляет 15°С. Психрофильные микроогранизмы являются обитателями холодных источников. Глубоких озер и океанов, хорошо развиваются на продуктах при холодильном хранении. Наиболее сильной устойчивостью к низким температурам обладают плесневые грибы и гнилостные бактерии (-3-9°С).

Мезофилы живут при средних температурах. Самая распространенная группа микроорганизмов (бактерии, плесневые грибы, дрожжи). Мезофиллами являются все патогенные и условно-патогенные микроорганизмы и большинство сапрофитных.

Термофилы развиваются при высоких температурах. Они в большом количестве встречаются в почве, сточных водах и в навозе, в гейзерах, песках пустынь. Они участвуют в ряде биологических процессов: при самосогревании влажного сена и хлопка, силосовании кормов, вызывают порчу пастеризованных и стерилизованных продуктов. Знание отношения разных видов микробов к воздействию температур позволяет культивировать их в лабораториях на искусственных питательных средах. При этом учитывают значения оптимальных для каждого вида микробных клеток температурных режимов (в термостатах).

По величине минимальной потребности во влаге для роста различают следующие группы: гидрофиты (влаголюбивые), мезофиты (средневлаголюбивые), ксерофиты (сухолюбивые). Гидрофитами являются большинство бактерий, а мицелиальные грибы и дрожжи мезофиты, но имеются среди них и гидрофиты.

По отношению к концентрации солей в растворах микроорганизмы делятся на: - микроорганизмы, способные существовать в растворах с высокой концентрацией веществ, - осмофилы;

- микроорганизмы, которым необходимо повышенное содержание поваренной соли, - галофилы. Они подразделяются на несколько групп. Галотолерантные микроорганизмы (например, из рода Streptococcus) выдерживают до 10% (2, 0 М) соли в среде, но предпочитают расти при низкой ее концентрации. Слабогалофильные представители, в частности из рода Vibriо, растут при содержании соли от 2 до 5% (0, 2-0, 5 М). Большинство морских обитателей относится к умеренным галофилам. Интервал солености для них составляет 5-15% (0, 5-2, 5 М) NaCl. Экстремальные галофилы (например, галоархеи) растут при содержании соли от 15% (2, 5-5, 2 М) и до насыщения.

- Негалофильные (пресноводные) микроорганизмы растут при содержании соли не более 0, 01%, а более высокие концентрации подавляют их развитие.

В зависимости от отношения микрооргаизмов к кислотности среды их подразделяют на ацидофиллы (кислотолюбивые, рН = 0-5, 5), нейтрофилы (нейтральная зона, рН = 5, 5-7, 5) и алкалофилы (щелочелюбивые, рН = 7, 5-12, 0). Микроорганизмы обладающие способностью выживать при значениях рН за пределами 4-9 рассматриваются как кислото - и щелочетолерантные.

Кислотолюбивые микроорганизмы, растущие при очень низком значении рН встречаются редко. К ацидофильным относятся уксуснокислые, молочнокислые, некоторые дрожжи и плесени. Уксуснокислые бактерии растут в пределах рН от 3 до 5, молочнокислые развиваются при рН от 3 до 8. Оптимум рН роста дрожжей находится в области 4, 5- 6. Однако, некоторые из них способны развиваться в более кислой среде рН2. другие - в щелочной 8, 5.

К самым устойчивым к кислой среде относятся плесневые грибы, многие из них характеризуются ацидотолерантностьюи способностью роста в широких пределах рН (от 2 до11).

Оптимальная рН для нейтральнофильных микроорганизмов находится в пределах 7, 0. Типичными представителями нейтрофилов являются бактерии группы кишечных палочек (БГКП), стрептококки, бациллы, сальмонеллы и большинство других патогенных микроорганизмов.

К алкалофилам относят некоторые виды бактерий и мицеллиальных грибов. Клубеньковые бактерии рода Ризобиум (Rhizobium) активено развиваются при рН 10-12. Бациллюс цереус (Bacillus cereus) и Бациллус циркулянс (Bacillus circulans) способны развиваться при рН 10-11. Энтерококки также толерантны к щелочной среде.

 

По отношению к окислительно-восстановительным условиям среды микроорганизмы разделяют на четыре основные группы: облигатные аэробы, облигатные и факультативные - анаэробы и микроаэрофилы. Облигатные анаэробы развиваются при низком значении Еh (0-14), факультативные анаэробы при Еh (0-30), аэробные микроорганизмы Еh (11-35), микроаэрофилы- Еh (10-20).

Действие биотических и абиотических факторов окружающей среды на микроорганизмы.

Совокупность физико-химических условий окружающей среды составляют абиотические факторы. Жизнедеятельность любого организма возможна в определенном интервале значений каждого фактора. Этот интервал, крайние значения которого являются пределами толерантности организма, условно делят на три области. Зоной лимитирования называют область, в которой низкие значения фактора ограничивают жизнедеятельность. Оптимальная зона – это область значений, в которой жизненные показатели организма наилучшие и практически не меняются. Область избыточных значений фактора, где жизнедеятельность организма подавляется, носит название зоны ингибирования.

Обычными, или нормальными считают повсеместно распространенные условия существования. Условия, отличающиеся от нормальных крайними значениями одного или нескольких факторов, называют экстремальными, а организмы, живущие в таких условиях, - экстремофилами.

Основными абиотическими факторами для микроорганизмов являются активность воды, рН, температура, гидростатическое давление, электромагнитные излучения, наличие кислорода. Группы микроорганизмов, характеризующиеся широкими пределами толерантности, широко распространены и способны переносить значительные колебания фактора. В то же время, есть виды, приспособившиеся в процессе эволюции к существованию в специфических местообитаниях. Это высокоспециализированные группы микроорганизмов, для которых характерны узкие интервалы изменения фактора. Следует помнить, что в природе микроорганизмы испытывают на себе влияние не одного, а множества факторов сразу, поэтому необходимо учитывать их взаимодействие друг с другом.

Активность воды

Важным количественным показателем доступности воды, которая необходима микроорганизмам для осуществления метаболизма, является активность воды. Она определяется как отношение давления паров раствора к давлению паров чистой воды. Этот показатель зависит как от самого наличия воды, т.е. от степени высушивания, так и от содержания в ней растворенных веществ. Некоторые микроорганизмы столь чувствительны к понижению активности воды, что даже не способны расти на твердых средах. Другие, называемые ксерофилами, предпочтительно растут при низких значениях активности воды.

рН

Показатель кислотности среды (рН) представляет собой отрицательный логарифм концентрации ионов водорода, принимающий значения от 0 до 14. Концентрация водородных ионов воздействует на ионное состояние вещества и, следовательно, на доступность для клетки многих метаболитов, т.к. в незаряженном состоянии они легче проникают через мембрану

Температура

Физиологическая активность микроорганизмов в значительной степени определяется температурой окружающей среды. Для каждого микроорганизма обычно указывают минимальную, оптимальную и максимальную температуры роста. Нижние пределы роста по температуре ограничены температурой «застывания» мембраны, когда она теряет свои функции, а верхние – тепловой денатурацией жизненно важных молекул. К низкотемпературным местам обитания относятся регионы Арктики, Антарктики, тундра, глубины океанов, где температура имеет постоянное значение около +4^оС. Высокая температура поддерживается в гейзерах, вулканических источниках, на выходах вулканических горячих газов из разломов земной коры в глубинах океанов, где температура при высоком давлении может достигать +360^оС. Существуют и искусственно созданные, экстремальные по температуре места обитания (морозильные камеры, ферментеры, автоклавы и т.д.). Большинство земных организмов имеет низший температурный предел 0^оС.

Гидростатическое давление

Большинство микроорганизмов, живущих на поверхности земли или воды, никогда не подвергаются существенным изменениям давления и растут при давлении ~ 1 атм. Но есть места, где давление значительно отличается от атмосферного. Повышенное давление в природе наблюдается в глубоких нефтяных скважинах и в глубинных зонах океанов, а в антропогенных системах – в барокамерах и автоклавах. Микроорганизмы, прекращающие рост при повышении давления, называют барочувствительными (пьезочувствительными). К баротолерантным (пьезотолерантным) относят микроорганизмы, растущие при обычном давлении, но способные переносить его повышение до 400 атм. Барофилы (пьезофилы) для нормального роста нуждаются в повышенном давлении (до 900 атм). Микроорганизмы, обнаруженные на дне Марианской впадины, где давление достигает 1016 атм, относят к экстремальным барофилам. Данных об их физиологии очень мало, поскольку работа с такими микроорганизмами требует очень дорогостоящего оборудования для взятия и доставки проб в лабораторию и последующего поддержания культур.

Электромагнитные излучения

Электромагнитные излучения подразделяются в зависимости от длины волны на ионизирующее и ультрафиолетовое излучения, видимую область, инфракрасное излучение и радиоволны. В зависимости от длины волны и дозы излучения могут оказывать тепловое, механическое, физиологическое действие, вызывать мутации и гибель клеток.

Ближний ультрафиолет, видимый свет и инфракрасные лучи являются движущей силой фотосинтеза (350-400-800-1100 нм). Разные фототрофные микроорганизмы поглощают свет различной длины волны в соответствии с максимумами поглощения их пигментов. Поскольку при фотосинтезе световая энергия преобразуется в энергию химических связей, то энергии излучения должно хватать на возбуждение молекулы фотосинтетического пигмента, но при этом она не должна быть избыточной, чтобы не повредить фотосинтетический аппарат. Электромагнитные волны важны для проявления фототаксиса. У некоторых микроорганизмов, не способных к фотосинтезу, обнаружены светозависимые синтезы. Например, микобактерии при росте в освещенном месте формируют колонии, окрашенные в яркие желто-красные цвета из-за синтеза каротиноидов.

Микроорганизмы весьма существенно различаются по устойчивости к радиации. Так, для микроорганизмов, выделенных из облученных продуктов и из воды атомных реакторов (Deinococcus radiodurans, Shizosaccharomyces pombe, жгутикового простейшего Boda marina), смертельная доза радиации в десятки тысяч раз превышает дозу для высших организмов. Устойчивость, по-видимому, связана с высокой эффективностью репарационных систем. Однако для большинства микроорганизмов ультрафиолет и ионизирующие излучения в определенных дозах губительны и поэтому могут использоваться для стерилизации. При этом следует помнить о возможности появления устойчивых к облучению форм. В свете этих данных перенесение микроорганизмов (особенно спор) через космическое пространство не кажется таким уж невероятным.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: