Прижизненные препараты

Существуют два основных способа приготовления прижизненных препаратов микроорганизмов: «висячая капля» и «раздавленная капля».

Препарат «висячая капля».Небольшую каплю суспензии (взвеси) микробных клеток наносят на покровное стекло и осторожно накладывают на него предметное стекло с луночкой так, чтобы капля свободно помещалась в центре углубления. Края луночки предварительно смазывают вазелином, препарат перевора­чивают и микроскопируют. Этот метод применяют глав­ным образом для изучения подвижности микроорганиз­мов.

Препарат «раздавленная капля» неокрашенный (нативный).На предметное стекло наносят каплю жидко­сти (при работе с бактериями — водопроводную воду, при работе с микроскопическими грибами — смесь рав­ных объемов этилового спирта и глицерина), вносят в нее немного исследуемых микроорганизмов, размешива­ют и накрывают покровным стеклом. Излишек высту­пившей жидкости удаляют фильтровальной бумагой. Выращенные на плотной среде бактерии переносятся в каплю жидкости с помощью бактериологической петли, а микроскопические грибы — двух препаровальных игл. Культура, выращенная в жидкой среде, помещается на предметное стекло стерильной пипеткой без предвари­тельного нанесения капли жидкости.

Микроскопируют препарат, как правило, сухой си­стемой (объективы 8^х, 20^х, 40^х). Препарат позволяет установить форму клеток преимущественно крупных микроорганизмов, их размеры, расположение, подвиж­ность.

Препарат «раздавленная капля» прижизненно окра­шенных микроорганизмов.К капле микробной суспензии на предметном стекле добавляют каплю слабого раство­ра (1:1000) красителя (метиленового синего или фуксина), размешивают, затем накрывают покровным стек­лом.

Подобным образом рекомендуется дифференциро­вать живые и мертвые клетки, например при исследова­нии пекарских дрожжей. Мертвые клетки обычно про­крашиваются быстрее и ярче вследствие посмертного повышения проницаемости клеточной оболочки.

6. Подведение итогов. Рефлексия.

7. Выдача домашнего задания

ТЕМА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И МОРФОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ.

ТЕМА ЗАНЯТИЯ: Л.Р. №2 Изучение морфологических признаков плесневых грибов и дрожжей.

Цели:

обучения: сформировать умение приготавливать препараты для микроскопирования, определять морфологические признаки плесневых грибов и дрожжей, в результате чего учащиеся должны производить микроскопирование, готовить препараты различных культур микроорганизмов;

развития: научить работать с дополнительной литературой и другими источниками информации; способствовать формированию критического мышления; совершенствовать умение анализировать, выделять главное, обобщать и делать выводы;

воспитания: вовлечь в активную практическую деятельность; способствовать воспитанию экологического сознания; совершенствовать навыки общения;

1. Организационный момент.

2. Целевая установка.

3. Актуализация опорных знаний.

4. Мотивация деятельности учащихся.

5. Практическое применений знаний и умений.

План занятия.

1. Ознакомление с основными морфологическими и культуральными свойствами микроскопических грибов, способами их размножения и систематикой [1, с. 23—38].

2. Ознакомление с основными принципами идентификации микроскопических грибов.

3. Самостоятельная работа: изучение культуральных и морфологических свойств некоторых видов ми­целиальных грибов — возбудителей порчи пищевых продуктов.

Понятие «идентификация микроорганизмов» означа­ет определение положения данного вида в систематике, т. е. его названия.

Для идентификации микроскопических грибов важными признаками являются их морфологические и куль­туральные свойства.

К морфологическим свойствам микро­скопических грибов относятся строение вегетативного тела и органов размножения.

Грибы — крупные (длина гифов — несколько десятков мкм, толщина — 10—15 мкм). и достаточно контрастные микроорганизмы, поэтому в лабораторных усло­виях для изучения морфологических свойств их микроскопируют в прижизненных неокрашенных препаратах типа «раздавленная капля» при малых (объектив 8^х) и средних (объектив 40^х) увеличениях.

Культуральными свойствами микроскопических грибов называются внешний вид грибницы, способ ее роста по отношению к среде обитания (поверхностный или глубокий). Например, мицелий гриба может развиваться на поверхности среды (мукоровые грибы) или внутри (гриб Фитофтора в картофеле).

При культивировании на питательных средах в ла­бораторных условиях у грибов, как правило, отмечает­ся радиальное разрастание грибницы, образуется округ­лая колония. Мицелий некоторых видов грибов окрашен за счет отложения пигмента в клеточных оболочках: розовый — у гриба Фузариум, зеленый — у гриба Пенициллиум, черный — у некото­рых аспергилловых грибов.

Культуральные свойства грибов исследуют невоору­женным глазом (визуально).

Изучение морфологических и культуральных свойств позволяет установить название рода микроскопических грибов. Определение названия вида гриба требует даль­нейшего исследования процессов жизнедеятельности микроорганизмов.

Из культуры гриба, выращенного на плотной среде сусло-агар, приготовляют препарат «раздавленная кап­ля». В центр предметного стекла наносят каплю смеси спирта с глицерином (1:1). С помощью бактериологической петли, разогнутой в виде крючка, отбирают небольшое количество мицелия (мицелий следует брать в зоне, пограничной с зоной плодоношения, — граница между окрашенной и бесцветной частями). Мицелий помещают на предметное стекло в каплю жидкости; с помощью двух препаровальных игл осторожно рассре­доточивают материал тонким слоем в капле и накрыва­ют покровным стеклом.

6. Подведение итогов. Рефлексия.

7. Домашнее задание.

ТЕМА 2. ФИЗИОЛОГИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ.

ТЕМА ЗАНЯТИЯ: Понятие обмена веществ у микроорганизмов. Типы питания микроорганизмов.

Цели:

обучения: в результате урока учащиеся должны сформировать понятие о физиологии микроорганизмов, конструктивном и энергетическом обмене веществ, обеспечить усвоение учащимися новых знаний, в результате чего учащиеся должны раскрывать сущность обмена веществ у микроорганизмов, описывать типы питания микроорганизмов, их потребности в витаминах и минеральных веществах;

развития: продолжить развитие умения анализировать, сопоставлять, сравнивать, выделять главное, устанавливать причинно-следственные связи; приводить примеры, совершенствовать умение работать с литературой, таблицами, схемами и т.д.;

воспитания: способствовать развитию профессиональной ориентации учащихся;

1. Организационный момент.

2. Целевая установка.

3. Проверка домашнего задания.

4. Изложение нового материала.

План.

1. Понятие обмена веществ.

2. Ферменты.

3. Типы питания микроорганизмов.

Процессы роста, развития, размножения организма сопро­вождаются значительным расходом энергии и различных веществ. Эти расходы восполняются за счет пищи, поступающей в организм из внешней среды. При этом организм выделяет во внешнюю среду различные продукты своей жизнедеятельности.

Обмен веществ с окружающей средой — неотъемлемое свойство живого существа.

В живом теле сотни тысяч химических реакций, составляющих в совокупности обмен веществ (метаболизм), протекают в определенной последовательности. Они согласованы между собой и гармонично сочетаются. В результате этих реакций происходит рост организма, его самообновление и развитие.

Неживое тело в процессе обмена с внешней средой разрушается. Чем лучше неживое тело будет изолировано от внешней среды, тем дольше оно сохранится.

Основными процессами обмена веществ организма являются питание и дыхание.

Процесс питания организма состоит из поступления и усвоения пищи (ассимиляция). Поступившие извне вещества, нередко далекие по химической природе от веществ организма, подвергаются сложной переработке. Питательные вещества сначала расщепляются на более простые (распад, или катаболизм) и из этих разнообразных низкомолекулярных соединений синтезируются сложные клеточные вещества (анаболизм), свойственные данному организму. Это так называемый строительный, или конструктивный, обмен.

Дыхание организма состоит из процессов расщепления и окисления органических веществ (диссимиляция), которые сопровождаются освобождением энергии, необходимой для жизни и осуществления синтетических процессов. Это энергетический обмен.

Поступившая в клетку пища, таким образом, расходуется по двум основным направлениям: часть ее используется в биосинтезе веществ тела, а часть — расходуется в процессах, обеспечивающих организм энергией. Одно и то же вещество может служить и источником энергии, и строительным материалом, но нередко в реакциях конструктивного и энергетического обмена используются разные вещества.

Оба эти прямо противоположные процессы — питание и дыхание, представляющие собой сложный комплекс разнообразных превращений веществ и энергии, находятся в тесной взаимосвязи и взаимозависимости. Они неотделимы один от другого, обусловливают рост, развитие и размножение организма. В этом проявляется один из законов диалектики — закон развития как борьбы противоположностей. Многие промежуточные продукты процессов диссимиляции используются в реакциях процессов ассимиляции. Конечные продукты обмена веществ выделяются во внешнюю среду. Значительное накопление их в среде неблагоприятно для организма.

Особенностью микроорганизмов является необычайно интенсивный обмен веществ. За сутки при благоприятных условиях одна клетка потребляет пищи (по массе) в 30—40 раз больше массы своего тела. Основная часть пищи расходуется в энергетическом обмене, при котором выделяется в среду большое количество продуктов обмена (кислот, спиртов, углекислого газа и др.). Эта способность микроорганизмов широко используется в практике переработки растительного и животного пищевого и непищевого сырья. Кроме того, она объясняет многие вопросы, связанные с порчей пищевых продуктов.

Ферменты — вещества, способные каталитически влиять на скорость биохимических реакций. Они играют важную роль в жизнедеятельности микроорганизмов. Открыты ферменты в 1814 г. русским академиком К. С. Кирхгофом.

Как и другие катализаторы, ферменты в реакциях прекращения веществ принимают участие лишь в качестве посредников. Количественно в реакциях они не расходуются.

Микробы содержат различные ферменты. Это связано с большим разнообразием условий, в которых они обитают. Различные микроорганизмы прошли неодинаковый эволюционный путь развития, чем и объясняется большое разнообразие их биохимической активности.

Разнообразные ферменты обеспечивают быстрое протекание в организме или вне его огромного количества реакций.

Академик И. П. Павлов оценивал роль ферментов как истинных двигателей всех жизненных процессов.

В процессе питания микробы, как правило, используют вещества, находящиеся в виде водных растворов. Перевод нерастворимых веществ пищи в растворимые и подготовленные для усвоения осуществляется с помощью ферментов, вырабатываемых микроорганизмами и выделяемых ими в окружающую среду. Ферменты, находящиеся в клетке, участвуют в синтезе веществ, в окислительно-восстановительных реакциях и других процессах.

По химической природе ферменты бывают одно компонентными, состоящими только из белка, и двух компонентными, состоящими из белковой и небелковой частей. Небелковая часть (простетическая гpyппа) у ряда ферментов представлена тем или иным витамином.

Ферменты, как и белки, имеют большую молекулярную массу.

Каждый фермент обладает строгой специфичностью действия, т. е. способностью влиять только на определенные связи в сложных молекулах или лишь определенные вещества. Например, мальтаза расщепляет только мальтозу, лактаза — только лактозу, а амилаза способна вызвать распад только крахмала.

Ферменты неустойчивы к действию высокой и низкой температуры, существенному, подкислению или подщелачиванию, изменению концентрации солей, радиации и др. Это свойство обусловлено белковой природой ферментов.

При повышении температуры до 40—50°С скорость ферментативных реакций возрастает на каждые 10°С примерно в 2—3 раза. При дальнейшем повышении температуры многие ферменты начинают разрушаться и теряют в связи с этим свою активность (инактивируются). Чем выше температура, тем быстрее происходит инактивирование фермента. Однако многие ферменты сохраняют активность и при 70^оС. При температуре выше 80°С практически все ферменты необратимо инактивируются. Сухие ферменты более устойчивы: некоторые переносят нагрев до 100°С в течение нескольких часов.

Температура, при которой практическая скорость реакции наибольшая, называется оптимальной. Для большинства ферментов она составляет 30—40°С. Понижение температуры ниже оптимальной приводит к замедлению действия ферментов. Особенно заметно это сказывается при температуре ниже 0°С, хотя разрушение ферментов не происходит.

На ферментативные процессы существенно влияет активная реакция среды. Для одних ферментов наилучшей является кислая среда, для других — нейтральная или слабощелочная.

Изменение реакции среды за пределы оптимального значения приводит к существенному снижению скорости катализируемого процесса и в конечном счете к полной потере активности фермента. Установлено, что изменение кислотности среды приводит к потере электрического заряда белковыми компонентами ферментов, поэтому они теряют растворимость и осаждаются. Исчезает также возможность контакта ферментов с субстратом, и ферментативные реакции прекращаются. Происходит это в так называемой изоэлектрической точке, которая для каталазы совпадает со значением кислотности, равным 5,0 рН, для трипсина— 7,0—8,0 рН.

На скорости ферментативных процессов отражаются концентрация субстрата, на который действует фермент, и концентрация самого фермента. При малых концентрациях субстрата, когда фермент оказывается в избытке, скорость ферментативной реакции относительно снижается; практическая скорость реакции уменьшается при избытке субстрата.

Химические вещества могут оказывать на ферменты как активизирующее, так и инактивирующее действие. Например, соли тяжелых металлов (меди, никеля, серебра, свинца, ртути), даже в малых дозах, инактивируют действие ферментов, а в более значительных—разрушают их. Соли же некоторых щелочноземельных металлов в малых дозах активизируют действие ферментов. Фенол и хлороформ, убивающие микроорганизмы, оказывают парализующее действие и на ферменты. Сами ферменты могут иногда подвергаться разрушительному действию других ферментов. Необратимо инактивируют ферменты при действии больших доз ультрафиолетового или радиоактивного облучения.

Ферменты, выделяемые живыми клетками наружу и служащие для внеклеточной переработки пищи называют экзоферментами; ферменты, не выделяющиеся при жизни клетки в окружающую среду, а участвующие только во внутриклеточных процессах,— эндоферментами.

Микробы, попадая в необычные условия обитания, сравнительно легко к ним приспосабливаются. При этом изменяется потребность в ферментах, и микробы в некоторых случаях оказываются способными продуцировать необходимые именно в этих условиях ферменты. Их называют адаптивными в отличие от конститутивных, которые постоянно имеются в клет­ках данного организма.

В настоящее время выделено около 1000 ферментов. По общности или близости каталитических свойств в соответствии с современной классификацией, предложенной специальной комиссией Международного биохимического союза 1961 г., ферменты делят на шесть классов: оксидоредуктазы, трансферазы, гидролазы, лиазы, изомеразы, лигазы (синтетазы). Каждый класс подразделяют на группы, а группы — на подгруппы.

Ниже дается характеристика классов ферментов.

ü Оксидоредуктазы — окислительно-восстановительные ферменты. Принимают участие в процессах дыхания, брожения, ускоряя процесс переноса атомов водорода от одного вещества к другому.

ü Трансферазы катализируют реакции переноса групп атомов от одного соединения к другому. Например, фосфоферазы переносят остаток фосфорной кислоты при спиртовом брожении, аминоферазы переносят аминогруппы от аминокислот к другим веществам.

ü Гидролазы катализируют многочисленные реакции, идущие с присоединением или отнятием воды. Примерами могут являться сахараза, мальтаза (ферменты, расщепляющие сахара, и др.).

ü Лиазы катализируют превращение веществ с разрывом связей между атомами углерода, углерода и кислорода.

Например, альдолаза катализирует распад 1,6 дифосфатфруктозы на 3 фосфороглицериновый альдегид и фосфодиоксиацетон при спиртовом, молочно-кислом и других брожениях.

ü Изомеразы катализируют взаимное превращение изомеров. Например, триозофосфатизомераза катализирует взаимные превращения фосфодиоксиацетона и 3 фосфороглицеринового альдегида в типичных брожениях.

ü Лигазы (синтетазы) катализируют реакции соединения молекул, сопровождающиеся распадом аденозинтрифосфорной кислоты (АТФ).

Каждый класс, группа и подгруппа имеют свой шифр — номер, а каждый фермент в подгруппе — свой порядковый номер. Таким образом, наименование каждого фермента и его свойства могут быть выражены цифровым шифром. Словесное наименование конкретных ферментов слагается из названия субстрата, на который действует фермент, и типа вызываемой реакции.

Поступление веществ в клетку и выделение продуктов обмена в окружающую среду происходит у микроорганизмов через всю поверхность тела. У микроорганизмов очень большая по сравнению с объемом всасывающая пищу поверхность клетки, что обусловливает весьма активный обмен веществ. Поступление питательных веществ в клетку сложный и не вполне еще изученный процесс.

Возможность проникновения веществ извне в клетку обусловлена многими факторами: величиной и структурой их молекул; способностью растворяться в компонентах цитоплазматической мембраны или вступать с ними в химические соединения; концентрацией веществ в клетке и в среде; электрическим зарядом клетки и др.

Наиболее известны два пути проникновения веществ в клетку: осмос и адсорбция (специфический перенос). Активная роль в этих процессах принадлежит цитоплазматической мем­бране.

Осмос представляет собой, диффузию веществ в растворах через полупроницаемую перепонку (мембрану). Как известно, через такие мембраны могут диффундировать вещества, находящиеся в состоянии истинных растворов. Возникает осмос под действием разности осмотических давлений в растворах по обе стороны полупроницаемой мембраны.

Величина осмотического давления раствора зависит, от молярной концентрации растворенных в нем веществ. В относительно слабых растворах осмотическое давление изменяется про­порционально концентрации растворенных веществ. Чем больше разность осмотических давлений (концентраций растворов) по обе стороны полупроницаемой мембраны, тем с большей интен­сивностью осмотирует растворитель (вода) в раствор с большим осмотическим давлением. Осмотируют и растворенные в воде вещества; при этом каждое диффундирует в соответствии с его собственным (парциальным) осмотическим давлением, т. е. в раствор с его меньшей концентрацией.

Оболочка клетки проницаема и задерживает лишь макромолекулы. Цитоплазматическая мембрана клетки обладает полупроницаемостью; она является осмотическим барьером, регулируя поступление в клетку и выход из нее растворенных веществ. Вещества, не растворимые в воде или образующие коллоидные растворы (например, белки, крахмал), непосредственно не могут быть использованы клеткой. Они могут проникнуть в нее лишь после расщепления на более простые вне клетки, что и происходит в среде с помощью экзоферментов микробов.

Таким образом, при осмотическом проникновении питательных веществ в клетку движущей силой служит разности осмотических давлений между средой и клеткой. Такой пассивный перенос веществ не требует затраты энергии и протекает до выравнивания концентрации с наружным раствором. Постольку поступившие в клетку вещества включаются в реакции конструктивного и энергетического обмена, концентрация некоторых из них будет ниже, чем в среде, и поступление данных веществ возможно до полного исчерпания их из субстрата.

Если осмотическое давление микробных клеток, обусловленное растворенными в клеточном соке веществами, несколько выше, чем в среде, то за счет притока из нее воды в клетке создается определенное упругое напряжение, называемое тургором. Протопласт клетки при этом прижимается к клеточной оболочке, слегка растягивая ее.

Если микроорганизм попадает в субстрат, осмотическое давление которого выше, чем в клетке, то цитоплазма отдает воду во внешнюю среду. Питательные вещества в клетку не поступают, содержимое клетки уменьшается в объеме, и протопласт отстает от клеточной оболочки. Это явление называется плазмолизом клетки.

При чрезмерно низком осмотическом давлении внешней среды может наступить плазмоптис клетки — явление, обратное плазмолизу, когда вследствие высокой разности осмотических давлений цитоплазма быстро переполняется водой. Это может привести к разрыву клеточной оболочки, что наблюдается, например, при помещении бактерий в дистиллированную воду.

Второй путь поступления веществ в клетку — активный — путем переноса их особыми, локализованными в цитоплазматической мембране веществами ферментной природы. Эти переносчики, называемые пермеазами, обладают субстратной специфичностью. Каждый транспортирует только определенное вещество, имеющее сходную с белком-переносчиком стереохимическую структуру молекулы. На внешней стороне цитоплазматической мембраны переносчик адсорбирует вещество — вступает с ним во временную связь и диффундирует комплексно через мембрану, отдавая на внутренней стороне ее транспортируемое вещество в цитоплазму. Вещество может поступать и тогда, когда концентрация его в клетке больше, чем в среде. При таком переносе веществ затрачивается энергия. При этом транспортируемое вещество может подвергнуться изменению, например из не растворимого в мембране переходит в растворимое состояние.

Цитоплазматическая мембрана, таким образом, является не только осмотическим барьером, но и обладает избирательной проницаемостью.

Типы питания микроорганизмов

Пища должна содержать такие вещества, которые удовлетворяли бы потребность микроорганизмов в химических элементах, входящих в состав их тела.

Микроорганизмы отличаются большим разнообразием типов питания. Одни питаются, подобно зеленым растениям, минеральными веществами, синтезируя из этих простых веществ все сложные компоненты клетки. Другие микроорганизмы, подобно животным организмам, нуждаются в органических соединениях.

Требования различных микроорганизмов в отношении питательных веществ, особенно источников углерода и азота, весьма разнообразны и специфичны.

Углеродное питание. Углерод относится к числу важнейших органогенов и, как указывалось, составляет около 50 % сухой массы клетки. По источнику углеродного питания микроорганизмы можно разделить на две группы: автотрофные и гетеротрофные.

Автотрофные (от греч — пища) микроорганизмы способны в качестве единственного источника углевода для синтеза органических веществ тела использовать углекислоту и ее соли.

Синтез органических веществ из минеральных соединений требует затраты энергии. Среди автотрофных микроорганизмов имеются виды, которые ассимилируют углекислый газ, как и зеленые растения, используя солнечную энергию-—их называют фотосинтезирующими. Другие автотрофные микроорганизмы в процессе синтеза органических соединений используют, энергию химических реакций окисления некоторых минеральных веществ. Такие микроорганизмы называют хемосинтезирующими.

К фотосинтезирующим микроорганизмам относятся водоросли, обладающие хлорофиллом, и некоторые пигментные бактерии, например, зеленые и пурпурные серобактерии. В клетках пурпурных бактерий находится зеленый пигмент бактериохлорофилл, сходный с хлорофиллом высших растений. В клетках зеленых бактерий также находится в небольшом количестве бактериохлорофилл, но имеется и другой фотосинтетический пигмент (хлоробиум — хлорофилл), химическая природа которого пока не установлена.

Бактериальный фотосинтез не сопровождается выделением кислорода, как у зеленых растений, а роль воды (как источника водорода для восстановления СО₂) у большинства выполняет Н₂S; при этом в клетках накапливается сера. Все фотосинтезирующие бактерии содержат также- каротиноиды (от желтого до красного цвета). Роль пигментов аналогична хлорофиллу растений — поглощение световой энергии.

К хемосинтезирующим микроорганизмам относятся бактерии, окисляющие водород с образованием воды (водородные бактерии), аммиак в азотную кислоту (нитрифицирующие бактерии), сероводород до серной кислоты (бесцветные серобактерии), а также закисное железо в окисное (железобактерии). Процесс хемосинтеза у микроорганизмов был открыт С. Н. Виноградским в конце прошлого столетия.

Гетеротрофные (от греч — другой) микроорганизмы в качестве источника углерода используют органические соединения и перестраивают их в вещества своих клеток. К таким организмам относятся многочисленные бактерии, грибы и дрожжи.

Большинство гетеротрофных микроорганизмов живет за счет использования органических веществ различных субстратов животного и растительного происхождений. Такие организмы назы-ваются сапрофитами.К ним относятся все те микроорганизмы, которые разлагают различные органические вещества в природе (в почве, воде), вызывают порчу пищевых продуктов или используются в процессах переработки растительного и животного сырья.

Некоторые гетеротрофы являются паразитами (паратрофами); они способны развиваться только в теле других организмов, питаясь органическими веществами, входящими в состав этих организмов. К паразитам принадлежат возбудители заболеваний человека, животных и растений.

Однако резкую грань между этими подгруппами гетеротрофов не всегда можно установить. Отдельные виды болезнетворных микробов могут существовать во внешней среде как сапрофиты и, наоборот, некоторые сапрофиты в определенных условиях вызывают заболевания у людей, животных и растений.

Многие сапрофиты «всеядны», т. е. способны использовать в качестве источника углерода разнообразные органические содинения — углеводы, спирты, органические кислоты, белки и др. Некоторые проявляют резко выраженную специфичность (избирательность) в отношении источника углерода и используют только определенные вещества или даже одно из них. Такие микроорганизмы называют «субстрат-специфичными». Примерами могут служить целлюлозные бактерии, для которых клетка является единственным источником углерода, а также углеводородные бактерии, использующие углеводороды. Подобная избирательность наблюдается у дрожжей в отношении сахаров.

Азотное питание. Источники азота — элемента, необходимого для синтеза белков, нуклеиновых кислот и других азотсодержащих веществ клетки,— у микроорганизмов могут быть также очень разнообразными.

Наиболее высокими требованиями обладают паразиты, развивающиеся только за счет органических азотсодержащих веществ того организма, в котором они паразитируют.

Известны сапрофиты (молочнокислые и некоторые гнилостные бактерии), которые тоже не могут синтезировать белки своего тела из простых азотсодержащих соединений. Развитие их возможно лишь при наличии в среде сложных органических форм азота (пептонов, пептидов) или полного набора аминокислот, входящих в состав белков их клеток.

Другие сапрофиты могут развиваться в субстратах, содержащих только некоторые аминокислоты и даже одну-две из них, а все остальные синтезируют сами.

Многие сапрофиты (бактерии, грибы, дрожжи) не нуждаются в готовых аминокислотах, довольствуясь минеральными соединениями азота, наилучшими из которых являются аммонийные соединения. Из них и безазотистых органических веществ (служащих углеродным скелетом будущих аминокислот) эти микробы синтезируют аминокислоты.

Синтезированные аминокислоты, включаясь в реакции переаминирования, отдают свои аминогруппы другим кетокислотам с образованием соответствующих аминокислот, многие микроорганизмы (преимущественно грибы, актиномицеты, реже бактерии) используют в качестве источника азота нитраты, реже нитриты. Эти окисленные формы азота предварительно восстанавливаются с образованием аммиака.

Есть бактерии и грибы (из класса базидиомицетов), способныеиспользовать свободный азот атмосферы. Они переводят его в связанное состояние, восстанавливая в аммиак, который и используется для синтеза аминокислот. Эти микроорганизмы называют азотфиксаторами, или азотсобирателями. Примером могут служить клубеньковые бактерии, обитающие в корнях бобовых растений, и свободно живущие в почве азотфиксирующие бактерии. Аммиак, таким образом, является промежуточным продуктом ассимиляции различных источников азота.

5. Закрепление новых знаний.

6. Обобщение и систематизация знаний.

7. Подведение итогов. Рефлексия.

8. Домашнее задание.

ТЕМА 3. КУЛЬТИВИРОВАНИЕ И РОСТ МИКРООРГАНИЗМОВ.

ТЕМА ЗАНЯТИЯ: Чистые культуры микроорганизмов. Основные типы питательных сред. Стадии роста культуры.

Цели:

обучения: в результате урока учащиеся должны сформировать понятие о чистой культуре микроорганизмов, о способах культивирования и стадиях роста, обеспечить усвоение учащимися новых знаний, в результате чего учащиеся должны раскрывать сущность понятия «чистая культура» микроорганизмов, описывать типы питательных сред и методы культивирования;

развития: продолжить развитие умения анализировать, сопоставлять, сравнивать, выделять главное, устанавливать причинно-следственные связи; приводить примеры, совершенствовать умение работать с литературой, таблицами, схемами и т.д.;

воспитания: способствовать развитию профессиональной ориентации учащихся;

1. Организационный момент.

2. Целевая установка.

3. Мотивация деятельности учащихся.

4. Изложение нового материала.

План.

1. Типы питательных сред.

2. Стадии роста культуры.

Питательные среды

Выращивание (культивирование) микроорганизмов широко применяется для выделения, накопления и со­хранения их. В лабораторных условиях микроорганиз­мы выращивают при качественном анализе микрофло­ры различных объектов, при количественном анализе — для подсчета жизнеспособных клеток, а в производст­венных условиях — для накопления полезных человеку микроорганизмов и продуктов их обмена веществ.

Среда, используемая в лабораторных условиях для накопления микроорганизмов и продуктов их жизнедея­тельности, называется питательной. К питательным средам для выращивания микроорганизмов предъявля­ют определенные требования: они должны содержать необходимые питательные вещества в легкоусвояемой форме (азотистые, углеводные, минеральные вещества, витамины), должны быть изотоничны по отношению к микробной клетке, обладать буферными свойствами, иметь оптимальную вязкость и определенный оки­слительно-восстановительный потенциал. Обязатель­ное условие — стерильность питательных сред, по­скольку посторонние микроорганизмы изменяют свой­ства среды и затрудняют культивирование и изучение определенных микробов.

Внимание! Универсальных сред, пригодных для всех видов микроорганизмов, не существует. Отдельные виды микробов в зависимости от особенностей обменных про­цессов нуждаются в различных питательных веществах и условиях культивирования.

В качестве питательной среды а ряде случаен ис­пользуют натуральные продукты (картофель, молоко и т. д.). Такие среды называются естественными. Однако чаще питательные среды, используемые в лабораторной практике, являются искусственными, т. е. приготовленными в лаборатории специально для данной цели по определенным рецептам.

Питательные среды различны по составу, консистен­ции и назначению.

Состав сред. В микробиологической практике широко применяют так называемые простые (или обыч­ные) среды, пригодные для культивирования многих
видов микроорганизмов. К простым средам для выра­щивания бактерий относят мясопептонный бульон (МПБ), мясопептонный агар (МПА). Пептон, мясная вода, входящие в состав этих сред, служат источником азота, углерода, зольных элементов и факторов роста, необходимых для микробной клетки. Простые среды для выращивания микроскопических грибов — неохмеленное пивное сусло и сусло-агар.

Сложные среды готовят, как правило, на осно­ве простых, добавляя к ним питательные вещества, не­обходимые для более требовательных видов микроорга­низмов (например, сахарный бульон, кровяной агар и др.).

Консистенция сред. По консистенции питательные среды бывают жидкими, полужидкими и плотными.

К жидким средам относят мясопептонный буль­он, сусло и др. Уплотнение сред достигается добавлени­ем к жидким средам агар-агара и желатина.

Агар (по-малайски — желе) — плотный волокни­стый материал, получаемый из морских водорослей и образующий в водных растворах плотный гель. Агар растворяется в воде при нагревании и застывает при комнатной температуре. Благодаря способности прида­вать питательному продукту, консистенцию плотного студня и высокой устойчивости к ферментативному дей­ствию микробов агар широко применяется при изготов­лении полужидких (0,5% агара) и плотных (1—2%) питательных сред.

Желатин — белковое вещество животного проис­хождения. Применение его как уплотнителя ограничено из-за низкой (22—27 °С) температуры разжижения.

Плотными средами являются, например, мясопептон­ный агар (МПА), сусло-агар (СА), мясопептонный же­латин.

Назначение сред. В зависимости от задач исследова­ния, кроме простых сред, используемых для выращи­вания многих видов микробов, применяют элективные и дифференциально-диагностические среды.

ПОСЕВ НА ПЛОТНЫЕ СРЕДЫ В ЧАШКАХ ПЕТРИ

Посев осуществляют различными методами в зави­симости от его цели: выращивание микроорганизмов в толще среды или на ее поверхности.

Для глубинного посева (в толще среды) ис­пользуют обычно мерные количества плотной среды, за­готовленные в пробирках по 10—15 мл. Культуру вно­сят в пробирки с расплавленным и охлажденным до 40— 45 °С агаром, а затем заливают смесь в чашку Петри. Возможен и другой способ глубинного посева: взвесь микроорганизмов вносят непосредственно в стерильную чашку Петри на дно, слегка приоткрыв крышку, а затем заливают ее расплавленным и охлажденным агаром. Среду с культурой тщательно перемешивают круговыми движениями чашки, не поднимая ее с поверхности сто­ла. После этого чашку оставляют на столе до застыва­ния агара.

Рис. 7. Посев микроорганизмов на поверхность плотной среды:

а— шпатель Дригальского; б — положение чашки и руки при посеве шпа­телем; в — рост микроорганизмов после рассева шпателем; г — рост микро­организмов после рассева петлей

Для поверхностного роста исследуемый ма­териал наносят на поверхность уже застывшей среды. По пластинке агара материал распределяют с помощью шпателя или бактериологической петли.