РЕФЕРАТ

на тему:

“Ріст і розмноження бактерій”

П Л А Н

1. Поняття бактерій та особливості їх росту

2. Фази росту бактерій

Використана література

1. Поняття бактерій та особливості їх росту

До найпростіше побудованих організмів, які можна бачити лише за великого
збільшення під мікроскопом, належать бактерії.

Бактерії розмножуються, як правило, безстатевим шляхом — поділом
материнської клітини на дві дочірні. Поділ відбувається дуже швидко і
йому передує реплікація ДНК. За сприятливих умов деякі бактерії діляться
кожні 20—30 хв. Іноді дві бактерії зливаються одна з одною. Під час
такого злиття між ними утворюється цитоплазматичний місток, по якому
речовини однієї клітини переходять в іншу. Такий процес нагадує статеве
розмноження.

За несприятливих умов (нестача їжі, погодні умови, отруєння середовища
продуктами життєдіяльності бактерій) багато бактерій здатні стискатися,
втрачати воду і переходити в стан спокою до настання сприятливих умов.
Деякі види бактерій за несприятливих умов формують спори, які
характеризуються значною стійкістю. Ці форми бактерій витримують тривале
кип’ятіння, висушування, заморожування, дію різних хімічних речовин.

Поширення бактерій у повітрі, грунті, воді, живих організмах. Як
аеробні, так і анаеробні бактерії надзвичайно поширені в природі. Вони
трапляються в грунті, Опі живих і мертвих організмах. Число бактерій у
навколишньому середовищі змінюється під впливом різних факторів
(інсоляція, обробіток грунту тощо).

Кількість бактерій в 1 г грунту може досягати сотень мільйонів і навіть
кількох мільярдів і залежить від типу грунту. Найменше їх міститься в
підзолистих цілинних грунтах, найбільше — в окультуреному чорноземі.
Бактерії проникають у грунт на глибину до 5 метрів. Мікрофлора є одним з
факторів, що сприяють утворенню грунту.

У воді різних водойм кількість бактерій буває дещо меншою, ніж у грунті.
Так, в 1 мл води міститься від 5 до 100 тис. бактеріальних клітин.
Найменше бактерій у воді артезіанських свердловин і джерел, багато — у
відкритих водоймах і річках. Найбільше бактерій спостерігається поблизу
берега у верхніх шарах води.

Особливо забруднена вода відкритих водойм у тих місцях, куди потрапляють
стічні води. Саме тут часто зустрічаються хвороботворні бактерії
(збудники дизентерії, черевного тифу, паратифів, холери, бруцельозу
тощо).

У повітрі бактерій міститься ще менше, ніж у воді. Забруднення повітря
бактеріями залежить від багатьох причин (пори року, географічної зони,
характеру рослинності, забрудненості пилом тощо). Найбільше бактерій
налічують у закритих приміщеннях, де їх може скупчуватись до 300 тис. в
1 мм3. У сільській місцевості повітря чистіше, ніж у міській. Практично
немає бактерій у соснових і кедрових лісах, оскільки виділювані хвойними
деревами фітонциди вбивають або пригнічують ріст і розмноження всіх
видів бактерій.

На тілі здорових людей і тварин, а також у їхніх органах завжди
зустрічається багато видів бактерій. Підраховано, що на шкірі людини
може бути величезна кількість бактерій (від 85 • 106 до 1212 • 106
екземплярів). Особливо багато бактерій, у тому числі й хвороботворних,
на шкірі людини, якщо вона не дотримується правил гігієни. Відкриті
частини тіла людини забруднюються різними видами сапрофітних і
патогенних (хвороботворних) бактерій значно частіше, ніж закриті. Багато
бактерій виявляється на руках, у ротовій порожнині й кишках людини. З
організму однієї дорослої людини щодня з фекаліями виділяється близько
18 млрд бактерій. Практично вільні від бактерій ті органи здорових людей
і тварин, які не мають зв язку із зовнішнім середовищем (м’язи, головний
і спинний мозок, кров тощо).

Роль бактерій у природі і народному господарстві. Вище уже зазначалася
важлива роль багатьох видів бактерій у процесах гниття та різних типів
бродіння, тобто у виконанні санітарної ролі на Землі. Бактерії також
мають велике значення у колообігу вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору,
сірки, кальцію та інших елементів. Багато видів.бактерій сприяють
активній фіксації атмосферного азоту і переводять його в органічну
форму, що підвищує родючість грунтів. Особливо велике значення мають
бактерії, що розкладають целюлозу й пектинові речовини, які є основним
джерелом вуглецю для життєдіяльності мікроорганізмів грунту.

Сульфатредукуючі бактерії беруть участь в утворенні нафти і сірководню в
лікувальних грязях, грунтах і морях. Так, насичений сірководнем шар води
в Чорному морі є результатом життєдіяльності сульфатредукуючих бактерій.
Діяльність цих бактерій у грунтах призводить до утворення соди і
содового засолювання грунтів. Сульфатредукуючі бактерії переводять
поживні речовини в грунтах рисових плантацій у форму, доступну для
коренів цієї культури. Ці бактерії можуть спричинювати корозію металевих
підземних і підводних споруд.

Завдяки життєдіяльності бактерій грунт звільняється від багатьох
шкідливих продуктів і насичується цінними поживними речовинами.
Бактерійні препарати успішно використовують для боротьби з багатьма
видами комахшкідників (кукурудзяним метеликом та ін.).

Багато видів бактерій використовують у різних галузях промисловості для
добування ацетону, етилового й бутилового спиртів, оцтової кислоти,
ферментів, гормонів, вітамінів, антибіотиків, білкововітамінних
препаратів тощо.

Завдяки успіхам генної інженерії нині з’явилась можливість широко
використовувати кишкову паличку для вироблення інсуліну, інтерферону, а
водневі бактерії — для одержання кормового й харчового білків. Без
бактерій неможливі процеси дублення шкіри, сушіння листків тютюну,
виготовлення шовку, каучуку, оброблення какао, кави, мочіння конопель,
льону та інших лубоволокнистих рослин, квашення капусти, очищення води,
вилужування металів тощо.

Ріст прокаріотів залежить насамперед від того, чи є в середовищі вода,
поживні речовини, фізіологічне активні речовини тощо. Ріст
паличкоподібних прокаріотних клітин відрізняється від кулястих. Перші
ростуть переважно в напрямку довгої вісі, а другі — рівномірно в усіх
напрямках. У зв’язку з цим співвідношення між поверхнею і об’ємом у
паличкоподібних клітин під час їхнього росту істотно не змінюється. У
кулястих — відносна величина поверхні клітини зменшується, оскільки їхня
поверхня росте пропорційно квадрату радіусу, а об’єм — пропорційно кубу.

Ріст бактерій завершується їхнім розмноженням, яке виявляється у
збільшенні кількості особин мікробної популяції на одиницю об’єму.
Найчастіше бактерії розмножуються нестатевим, бінарним, поділом. Відомо
два типи поділу бактеріальної клітини: за допомогою перегородки і
перешнуровуванням. У разі першого типу поділу посередині бактеріальної
клітини починає формуватися поперечна перегородка, яка спочатку
складається з цитоплазматичної мембрани і розмежовує цитоплазму
материнської клітини на дві дочірні. Далі синтезується оболонка і
утворюються дві нові клітини.

Грамнегативні бактерії поділяються переважно перешнуровуванням, тобто
звужуванням клітини в місцях поділу, аж доки вона не поділиться на дві.
Різновидом бінарного поділу бактерій є брунькування. При цьому
розмноженні на одному із полюсів материнської клітини утворюється
брунька, яка в процесі росту збільшується до розмірів материнської
клітини, а потім відділяється від неї. Під час брунькування оболонка
бруньки повністю синтезується заново.

У деяких одноклітинних ціанобактерій виявлено множинний поділ. Йому
передує реплікація хромосоми і збільшення розмірів материнської клітини,
в якій далі відбувається кілька послідовних бінарних поділів, що
приводить до утворення величезної кількості дрібненьких клітин. Ці
клітини дістали назву беоцитів. Після розриву оболонки материнської
клітини вони виходять назовні.

Період від поділу до поділу клітини називається онтогенезом, або
клітинним циклом бактерій. Розрізняють кілька типів вегетативного
клітинного циклу у бактерій: мономорфний, при якому утворюється лише
один морфологічний тип клітини і поліморфний, при якому утворюються
кілька моофологічно різних типів клітин

Серед актиноміцетів поширене розмноження фрагментами гіф, а деякі
бактерії можуть розмножуватися за допомогою спор, але не ендоспор.
Бактеріям притаманний високий темп розмноження, що характеризується
часом генерації, тобто часом, упродовж якого відбувається поділ
бактеріальної клітини. Час генерації визначається видом бактерій, їхнім
віком і умовами довкілля. За сприятливих умов час генерації для багатьох
видів бактерій коливається в межах від 15 до 30 хв.

Уявити швидкість розмноження і утворення бактеріальної маси допоможуть
такі приклади. Якщо бактерія ділитиметься через кожні 20 хв. то з однієї
бактерії за 24 год може утворитися 72 генерації. Це становить 472 • 1019
особин. Холерний вібріон за 30 год спроможний дати таке потомство, яке
могло б покрити суцільним шаром усю поверхню земної кулі. Академік В.І.
Вернадський у своїй праці «Очерки геохимии» наводить приклад, що «за
сприятливих умов одна бактерія за 4—5 днів може утворити 1036 особин,
об’єм яких… дорівнює океанові».

Насправді ж у природі немає таких ідеальних умов, за яких бактерії могли
б безперешкодно розмножуватися. Брак поживних речовин, несприятливі
температурні умови, згубний вплив продуктів обміну, поїдання бактерій
іншими організмами та багато інших чинників — усе це негативно
позначається на розмноженні бактерій. Велика швидкість розмноження
прокаріотів — еволюційне пристосування до збереження виду.

Надзвичайно важливою умовою процесу поділу бактерій є реплікація ДНК.
Поділ клітини починається лише через деякий час по тому, як закінчиться
реплікація ДНК. Є дані про те, що сигналом для поділу клітини є початок
реплікації молекули ДНК й що подвоєння ДНК і поділ клітин відбуваються
зі швидкістю, властивою для кожного виду бактерій.

У бактеріальній популяції постійно відбувається ріст, розмноження і
відмирання бактеріальних клітин. Спостереження за розмноженням
прокаріотів у замкнених системах на рідких живильних середовищах
показують, що швидкість їхнього росту змінюється з часом. У живильному
середовищі бактерії ростуть доти, доки вміст у ньому якогось із
необхідних їм компонентів не досягне мінімуму; далі їхній ріст
припиняється. Якщо протягом цього часу не додавати поживних речовин і не
видаляти продуктів обміну, то дістанемо так звану статичну бактеріальну
культуру.

Ріст бактеріальної популяції в такій «закритій системі» підлягає
відповідним закономірностям. Крива, яка описує залежність логарифмів
числа клітин статичної культури від часу, дістала назву кривої росту.
Типова крива росту має 8-подібну форму, яка дає змогу розрізняти кілька
фаз росту, що змінюють одна одну у визначеній послідовності.

2. Фази росту бактерій

За вирощування бактерій в рідкому живильному середовищі методом
періодичного культивування в оптимальних умовах умовно виділяють фази
росту бактеріальної популяції, які відображають загальну закономірність
росту і розмноження бактеріальних клітин.

1. Початкова фаза, охоплює проміжок часу від моменту висівання бактерій
на живильне середовище й до досягнення максимальної швидкості росту. В
цей період бактерії пристосовуються до умов культивування. Тривалість
цієї фази залежить від зовнішніх умов, віку і видової специфічності
бактерій.

2. Експоненціальна, або лог-фаза. В цей період розмноження бактерій
відбувається з найбільшою швидкістю. Кількість клітин збільшується в
геометричній прогресії. Внаслідок інтенсивного розмноження клітин
відбувається швидке поглинання поживних речовин із живильного середовища
і нагромадження в ньому шкідливих продуктів обміну. Це, своєю чергою,
сповільнює розмноження культури і лог-фаза переходить у наступну фазу.

3. Стаціонарна фаза настає тоді, коли кількість клітин перестає
збільшуватись. У цей період кількість новоутворених клітин дорівнює
числу відмерлих, а тому кількість живих клітин деякий час залишається
незмінною. Разом з цим стаціонарна фаза характеризується максимальною
величиною біомаси, максимальною життєдіяльністю мікробної популяції.

4. Фаза відмирання. У цій фазі відмирання бактерій переважає над
розмноженням, зростає гетерогенність культури тощо. Такий стан
бактеріальної популяції зумовлюється зміною фізико-хімічних властивостей
поживного середовища та іншими несприятливими чинниками. Фаза відмирання
досі ще недостатньо вивчена.

Виокремлюють ще й фазу виживання, яка характеризується наявністю окремих
клітин, що збереглися протягом тривалого часу в умовах загибелі
більшості клітин мікробної популяції. Висівання цих клітин на свіже
поживне середовище показало, що вони зберегли здатність після лаг-фази
активно рости і розмножуватися.

Під час культивування бактерій в замкненій системі вони весь час
перебувають в умовах, що постійно змінюються. Таке культивування дістало
назву непротокової культури. Спочатку бактерії мають у надлишку всі
поживні речовини, а далі поступово починають відчувати їхню нестачу,
одночасно відбувається отруєння клітин продуктами обміну. Все це
спричинює зниження швидкості росту мікробної популяції. Однак якщо
додавати в середовище свіжі поживні речовини і водночас видаляти
культуральну рідину, то бактерії можна утримувати в експоненціальній
фазі росту будь-який час. Такий метод покладено в основу протокового
(безперервного) культивування мікроорганізмів, яке здійснюється в
хемостатах, турбідостатах та інших спеціальних культиваторах.

Суть методу безперервного культивування бактерій і грибів полягає в
тому, що вирощувана культура міститься у спеціальному приладі, в який
постійно надходить свіже живильне середовище. З такою самою швидкістю з
культиватора витікає культуральна рідина з мікробами. Безперервне
культивування бактерій в культиваторах автоматично регулюється, а тому
воно дуже перспективне, оскільки забезпечує значне збільшення
продуктивності цехів при зменшенні затрат праці.

Отже, безперервне культивування мікробів широко використовується не
тільки для вивчення їх фізіології, біохімії, генетики тощо, а й
інтенсивно впроваджується в практику мікробіологічної промисловості.
Нині розроблено низку варіантів проточного культивування різних
мікроорганізмів: напівбезперервне, багатоциклічне та ін.

У фізіологічних, цитогенетичних і генетичних дослідженнях часто
використовують так звані синхронні культури, в яких усі клітини
перебувають на тій самій стадії клітинного циклу. Синхронізація
бактеріальної культури здійснюється за допомогою фізичних і
хіміко-біологічних методів.

У процесі росту і розмноження відбуваються помітні зміни в житті
прокаріотів. Ці зміни можна спостерігати в нормальному циклі онтогенезу
бактерій, який залежить від природи організмів, складності їх форм і
послідовності розвитку. Найпростіший цикл розвитку зафіксовано у
кулястих бактерій: він ототожнюється з ростом клітини та поділом їх. У
бацил до циклу розвитку за певних умов додається й спороутворення.

Досить складним циклом розвитку характеризуються міксобактерії, в яких
вегетативні клітини паличкоподібної форми змінюють овальні або кулясті
клітини, скупчення яких разом зі слизом утворюють плодові тіла.
Всередині цих тіл клітини переходять до стану’Спокою, перетворюючись на
мікроспори і мікроцисти, що є закономірною стадією життєвого циклу
міксобактерій.

Як уже зазначалося вище, більшість бактерій розмножуються нестатевим
шляхом і існують у гаплоїдному стані. Однак ще 1946 р. Дж. Ледерберг і
Е. Татум виявили передавання генетичного матеріалу від однієї клітини до
іншої шляхом безпосереднього контакту під час культивування двох штамів
кишкової палички, що пізніше дало можливість встановити наявність
статевої диференціації у бактерій. Цей процес було названо кон’югацією.
Вона нагадує редукований статевий процес.

Використана література:

Загальна біологія. Підручник. – К., 2002.

Мікробіологія з основами вірусології / За ред. Вікерчук.– К., 2003.

PAGE

PAGE 8

Похожие записи