Обмен веществ у микроорганизмов состоит из двух основных процессов: 1) получения из окружающей среды необходимых питательных веществ и синтеза из них составных частей клетки и 2) выделения в окружающую среду продуктов жизнедеятельности.
Первый из этих процессов, собственно, и является питанием.
Обмен веществ у микроорганизмов происходит путем осмоса через всю поверхность клетки.
Осмос означает медленное проникновение (просачивание) жидкости и растворенных в ней веществ через полупроницаемую перепонку. У микроорганизмов явление осмоса возникает вследствие разницы концентраций веществ внутри микробной клетки и вне ее.
Роль полупроницаемой перепонки при этом выполняет оболочка микроба. Сквозь нее внутрь клетки поступают в виде растворов нужные вещества и удаляются также в виде растворов продукты жизнедеятельности.
Растворенные в клетке вещества создают внутри нее определенное давление, которое называется осмотическим. Чем больше концентрация растворенных веществ, тем выше осмотическое давление. При повышении концентрации веществ внутри клетки, в силу осмотических законов, через оболочку усиливается извне приток воды, которая стремится как бы разбавить концентрированный раствор в клетке до концентрации раствора вне ее и тем самым уравнять осмотическое давление по обе стороны оболочки.
Биохимические процессы, протекающие внутри клетки, постепенно приводят к накоплению в клетке веществ - продуктов жизнедеятельности. На основе тех же осмотических законов эти вещества по мере накопления начинают двигаться в сторону их меньшей концентрации, т. е. за пределы клетки.
В свою очередь, клетка станет получать нужные ей вещества, концентрация которых в клетке ниже, чем в питательном субстрате.
Таким образом, растворитель (вода) движется в сторону более высокой концентрации раствора, а растворенные вещества - в сторону их меньшей концентрации.
В живой микробной клетке концентрация веществ всегда несколько выше, чем в окружающей среде. Поэтому происходит слабый избыточный приток воды из внешней среды внутрь клетки, вследствие чего ее эластичная оболочка напрягается. Такое состояние клетки называется туpгopом, а давление, растягивающее оболочку, тургорным.
Нормальное состояние микробной клетки всегда характеризуется определенным тургорным давлением.
Если микробная клетка попадает в концентрированный раствор, осмотическое давление которого выше, чем в самой клетке, то протоплазма ее начинает терять воду, отдавая ее внешней среде. В результате протоплазма сжимается и отстает от оболочки. Такое явление называется плазмолизом клетки.
Наоборот, при чрезмерном притоке воды в микробную клетку протоплазма переполняется водой, разбухает и растягивает клеточную оболочку вплоть до ее разрыва. Это явление, обратное плазмолизу, называется плазмоптисом.
На явлении плазмолиза основано консервирование продуктов поваренной солью и сахаром. Концентрированные растворы этих веществ обезвоживают протоплазму микробных клеток и вызывают их гибель.
Источниками питания микроорганизмов могут служить самые разнообразные вещества. Одни микробы питаются неорганическими соединениями, получая нужные углерод и азот из неорганических веществ, и затем строят из них органические соединения. Такие микроорганизмы называются автотрофными.
Среди автотрофных микробов встречаются такие, которые усваивают углекислый газ, подобно зеленым растениям, с использованием солнечной энергии (фотосинтез). К ним относятся, например, некоторые пигментные бактерии, зеленые и пурпурные серобактерии. В их клетках находятся пигменты, выполняющие роль хлорофилла зеленых растений.
Некоторые автотрофные микроорганизмы для синтеза нужных органических соединений вместо солнечной энергии используют энергию химических реакций окисления минеральных веществ (хемосинтез). К числу таких микробов принадлежат водородные бактерии, окисляющие водород с образованием воды, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак в азотную кислоту, и др.
Многие микробы в качестве источников питания могут использовать только готовые органические соединения. Эти микроорганизмы называются гетеротрофными.
Среди гетеротрофных микроорганизмов есть такие, которые живут за счет органических остатков животного и растительного мира. Их называют сапрофитами. К ним относятся микроорганизмы, разлагающие различные органические вещества в почве и воде, и микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов. Сапрофитами являются многие бактерии, плесневые грибки и дрожжи.
Большинство сапрофитов использует в качестве источников азота различные белковые вещества, а в отдельных случаях - неорганические азотистые соединения (соли аммония и азотной кислоты).
Часть гетеротрофных микроорганизмов способна развиваться только в живом организме, питаясь его органическими веществами. Такие гетеротрофы называются паразитами. К их числу относятся микроорганизмы - возбудители различных заболеваний человека, животных и растений. Паразиты особенно требовательны к источникам азота, они могут существовать лишь за счет белков того организма, в котором паразитируют.
Все микроорганизмы нуждаются в источниках минеральных веществ, а также витаминов.
Потребность микроорганизмов в минеральных веществах незначительна; достаточно сказать, что 10 млрд. бактериальных клеток содержат всего 1 мг минеральных веществ. Однако без них рост микроорганизмов невозможен.
Многие микроорганизмы получают минеральные элементы (фосфор, серу, калий, магний, железо) из минеральных солей, другие лучше усваивают эти элементы из органических веществ.
Источником микроэлементов (меди, цинка, никеля, марганца и других) для микробов является обычно тот же субстрат, из которого они получают все другие элементы питания.
Вода и прочие питательные вещества служат источником кислорода и водорода.
Для нормального роста микроорганизмы нуждаются в витаминах группы В (B1, В2, В3 и т.д.), С, РР и др. При отсутствии какого-либо витамина в питательной среде у микроорганизмов резко нарушается обмен веществ и рост микробных клеток становится невозможным. Некоторые же микробы могут нормально развиваться на питательной среде, не содержащей витаминов. Они способны сами вырабатывать витамины и накапливать их в своем теле, иногда в очень значительных количествах. Отдельные из таких микробов используются для промышленного получения витаминов (В2, В12).
Изучение и практическое использование микроорганизмов связано с необходимостью их выращивания в искусственных условиях. Для этого в лабораториях или предприятиях приготавливают так называемые питательные среды.
С помощью таких специально приготовленных питательных сред удается получать чистые культуры микроорганизмов, т. е. микроорганизмы только определенного вида, без примесей других микроорганизмов.
Чистую культуру получают путем высаживания на питательную среду одной или нескольких клеток данного микроба.
Универсальной питательной среды нет, так как создать универсальный питательный субстрат, пригодный для всех микроорганизмов, невозможно в силу специфичности требований различных микроорганизмов.
Многие микроорганизмы хорошо развиваются на мясных бульонах, молоке, овощных и фруктовых отварах, вареном картофеле, хлебе и т. д.
Для выращивания микроорганизмов пользуются и искусственно составленными питательными средами. Искусственные среды могут быть жидкие и твердые. К числу жидких питательных сред относится, например, мясопептонный бульон, в состав которого входят мясной бульон, пептон и соль. Твердые питательные среды получают добавлением в жидкую среду агар-агара или желатина, которые в водных растворах образуют студни.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему