Відділ Бактерії

ЦАРСТВО ДРОБ'ЯНОК

Царство дроб'янок налічує близько 4500 видів мікроскопічних, здебільшого одноклітинних організмів. Їх міряють у тисячних частках міліметра – мікронах. У царстві виділяють два відділи: бактерії (від грецьк. "бактеріон" – паличка) і ціанобактерії (від лат. "ціанос" – блакитний, лазурний і грецьк. "бактеріон"). Вивченням представників царства займається наука мікробіологія.

Бактерії відносять до числа найбільш просто побудованих організмів, які можна побачити тільки у світловий мікроскоп, а деякі види тільки у електронний. Крім того поряд з малими розмірами однією з особливостей бактерій є давність їх походження.

Будова. Довжина бактерій коливається у межах 1-10 мкм (рідко більше), ширина – від 0.2 до 1 мкм. На розміри бактерій дуже впливають зовнішні умови. Кожна клітина бактерії – це єдиний організм. Звичайно клітина бактерії має щільну оболонку. Вона виконує захисну та опорну функції, а також надає клітині постійну для неї форму. За формою бактерії поділяють на коки або кулеподібні. Якщо бактерії розташовуються по одній, їх називають монококи (від грецьк. "монос"– один і "кокус" – кулька), по дві – диплококи (від грецьк. "диплос" – подвійний і "кокус"), тетракоки (від грецьк. "тетра" – чотири і "кокус"), вони можуть мати вигляд грона – стафілококи (від грецьк. "стафіле" – виноградне гроно і "кокус"), можуть бути закручені – спірохети (від. лат. "спіра" і грецьк. "хета" – щетинка).

(рис. 3.1).

Рис.3.1. Різні форми бактерій

Також вони можуть мати форму паличок, тоді їх називають бацилами.

Серед бактерій є рухомі й нерухомі форми. Рухомі пересуваються за допомогою джгутиків, які часто бувають довші, ніж сама бактерія і являють собою вирости цитоплазми. Їх кількість у різних видів неоднакова (один, два і більше). Також рух бактерій може відбуватися за рахунок ритмічного скорочення клітини, наприклад у спірили. За допомогою джгутиків деякі бактерії здібні пересуватися у вологому середовищі на відстань, яка перевищує довжину клітини у 2000 разів. На поверхні деяких бактеріальних клітин є тоненькі ворсинки – фімбрії.

Більшість бактерій безкольорові, але зустрічаються і забарвлені – червоні, зелені та пурпурові бактерії, які містять специфічний для них бактеріохлорофіл та бактеріопурпурин.

Основним структурним компонентом стінок бактерій є глікопептид муреїн. Клітинна стінка бактерій проникна – скрізь неї поживні речовини з зовнішнього середовища вільно надходять до клітини, а продукти обміну речовин виводяться у зовнішнє середовище.

Клітинна стінка у багатьох бактерій ззовні вкрита шаром слизової речовини – капсулою (цистою). Бактерія, вкрита цистою, називається спорою. Вона не є обов’язковою частиною клітини й утворюється залежно від умов, у які потрапляє бактерія. Капсула виконує захисну роль і приймає участь у водному балансі бактерії. За біохімічним складом вона частіше всього складається з полісахаридів.

Спори витримують тривале висушування, нагрівання понад 100°С і охолодження майже до абсолютного нуля.

У звичайному стані бактерії нестійкі до зовнішніх впливів і можуть швидко гинути при висушуванні, при нагріванні до 65 - 80°С і під дією сонячного світла або дезінфекційних речовин.

Цитоплазма має надзвичайно складну структуру. Зовнішній шар протопласта бактерій має назву цитоплазматичної мембрани. Вона має особливий хімічний склад та фізичні властивості і регулює надходження речовин у клітину та виділення продуктів обміну речовин у зовнішнє середовище.

Між цитоплазматичною мембраною та клітинною стінкою є зв'язок. Цитоплазматична мембрана часто утворює вип′ячування у середину клітини. Вони утворюють у цитоплазмі особливі структури – мезосоми, які виконують функції ендоплазматичної мережі, апарату Гольджі, є аналогами мітохондрій. Справжніх мітохондрій у бактерій немає. Таким же шляхом утворюється фотосинтетичний апарат бактерій – стопки тілаколоїдів. У них локалізуються пігменти (бактеріохлорофіл, каротиноїди) і ферменти (цитохроми).

В цитоплазмі є також рибосоми – центри синтезу білків. У неї часто зустрічаються гранули різних розмірів та форми, які містять крохмаль, глікоген. У деяких бактерій зустрічаються краплини жиру.

Крім різних структурних компонентів у цитоплазмі є рідка фракція. Вона містить білки, ферменти, пігменти, амінокислоти, сахари. У цитоплазмі бактеріальних клітин є включення, які містять запасні поживні речовини – крохмаль, глікоген, жири. Багато бактерій здібні запасати фосфор у вигляді гранул поліфосфатів та елементарну сірку.

Бактерії - прокаріоти (від грецьк. "про" - раніше і "каріон" - ядро), оскільки вони мають клітинну будову, але не мають відокремленого ядра. Ядерна речовина присутня в клітині, проте не має ядерної оболонки. У центральній частині клітини знаходиться ДНК (нуклеотид), яка виконує роль ядерної речовини. Нуклеотид не має мембрани і ядерця. Бактеріальна ДНК розташовується у вигляді пучка фібрил.

Розмножуються бактерії поділом однієї клітини на дві способом пупкування - від старої клітини відділяється нова. Іноді дві бактерії зливаються одна з одною. При цьому між ними утворюється цитоплазматичний місток по якому речовини з однієї клітини переходять у іншу. Такий процес нагадує статеве розмноження. Швидкість розмноження залежить від зовнішніх умов середовища - при сприятливих умовах поділ відбувається кожні 20–30 хвилин.

За способом живлення бактерії поділяються на г етеротрофні і автотрофні. Гетеротрофні бактерії, яких більшість, в свою чергу, поділяються на сапрофітів, паразитів і симбіонтів. Сапрофіти живляться органічними речовинами залишків тварин і рослин, поселяються на продуктах харчування. Вони викликають гниття та бродіння (ферментацію) органічних речовин. Це має як позитивне так і негативне значення. Сюди відносяться ґрунтові бактерії і ті, що поселяються на рослинних і тваринних залишках (бактерії гниття, бродіння та ін.).

Гниття – це розщеплення білків, жирів та інших азотовмісних сполук під впливом бактерій гниття. В процесі гниття виділяється азот і сірковмісні речовини, які мають неприємний запах. Цей процес грає у природі важливу роль, тому що очищує грунт від трупів тварин і рослинних залишків. Бактерії гниття називають продуктами-санітарами. Вони відіграють велику роль у підвищенні родючості ґрунту Речовини, які утворюються при гнитті містять отруйні речовини і можуть викликати отруєння та навіть смерть людини і тварин. Тому забороняється споживати у їжу або давати тваринам продукти, що гниють. Для того, щоб не допустити гниття продуктів харчування та зеленої маси, їх стерилізують, висушують, солять, маринують, заморожують і т. ін. Такі методи обробки знищують бактерії гниття та їх спори і утворюють такі умови, при яких бактерії не можуть розмножуватися.

Гетеротрофні бактерії одержують енергію для біосинтезу шляхом окислення органічних сполук (вуглеводів та ін.). Цей процес може відбуватися з участю кисню (дихання) або в анаеробних умовах (бродіння). Бродіння – це анаеробне розщеплення вуглеводів під впливом ферментів бактерій. Воно було давно відоме людям. На протязі тисячоліть людина використовувала спиртове бродіння для виготовлення вина, молочно - кисле бродіння – для виготовленню молочнокислих продуктів харчування (сиру, кислого молока, сметани, кефіру, масла); силосуванню кормів; заквасці і засоленню капусти, огірків, помідорів. Бактерії оцтовокислого бродіння сприяють окисленню спирту в оцтову кислоту, яка використовується при маринуванні і консервуванні плодів і овочів. В залежності від кінцевого продукту відрізняють декілька видів бродіння:

а) спиртове: це розщеплення сахарів до етилового спирту та вуглекислого газу в присутності фосфату;

б) молочно - кисле бродіння – виникають бактерії, які перетворюють сахари у молочну кислоту (квашення молока, капусти);

в) олійно - кислі бактерії – зброджують вуглеводи, у тому числі й високомолекулярні – крохмаль, глікоген, спирти, органічні кислоти до олійної кислоти (здійснюється у природі на дні боліт, у заболочених ґрунтах, у мулі, куди не досягає кисень). Побічними продуктами є ацетон, бутанол, ізопропіловий спирт, гліцерин та інші.

г) метаноутворюючі бактерії – зброджують спирти та органічні кислоти у метан та вуглекислий газ. Мешкають у болотах, де й утворюють “болотний газ” (метан).

Негативна роль процесів бродіння - псування продуктів.

Зустрічаються також хижі бактерії, які захоплюють дрібні живі організми. Деякі гетеротрофні бактерії у процесі еволюції набули здібність до симбіозу з вищими рослинами. Це азотфіксуючі (бульбочкові бактерії), що живуть у бульбочках коренів бобових рослин, засвоюють азот із повітря і збагачують ним ґрунт. За один вегетаційний період азотфіксуючі бактерії можуть накопичувати до 100 кг азоту на 1 га. Це враховується при складанні сівозмін у сільському господарстві.

Паразитами називають бактерії, які поселяються на (або в) живих організмах і живляться їхніми речовинами. Паразитизм у бактерій дуже поширений. Існують бактерії, які паразитують у тілі бактерій іншого виду. Серед них багато хвороботворних, що викликають захворювання людини та тварин (тиф, холеру, дифтерію, туберкульоз, пневмонію, сепсис, менінгіт, ангіну, ботулізм, стовбняк, газову гангренутаін.), інші є причиною захворювань рослин. Особливо велику шкоду вони чинять у сільському господарстві.

Автотрофні бактерії можуть синтезувати органічні речовини з неорганічних за рахунок процесу фотосинтезу (фототрофні бактерії) і хемосинтезу (хемотрофні). До фототрофних відносять пурпурові та зелені сіркобактерії. Вони синтезують складові частини свого тіла за рахунок мінеральних речовин і вуглекислого газу, використовуючи енергію світла.

Хемотрофні, або хемосинтетики, синтезують органічні речовини з неорганічних за рахунок енергії хімічних реакцій. До них відносять нитрофікуючі, залізо- та сіркобактерії. Явище хемосинтезу у бактерій відкрив у 1887 р. С.М.Виноградський.

Нітрифікуючі бактерії перетворюють амонійні солі та аміак у нітрати, які засвоюються рослинами. Вони розповсюджені у водоймищах та ґрунті. Залізобактерії окислюють закисні сполуки заліза у окісні. Ці бактерії мешкають у прісних водоймищах, приймаючи участь у природному кругообігу заліза. Сіркобактерії також мешкають у солених і прісних водоймищах. Вони окислюють сірководень та інші сполуки сірки.

Дихають бактерії усією поверхнею клітини. Вони поділяються на аеробів та анаеробів. Аероби використовують для дихання вільний атмосферний кисень. Анаероби ростуть і розмножуються у безкисневому середовищі. Вони отримують його з різних сполук при розщепленні органічних речовин.

Розповсюджені бактерії у природі дуже широко. Вони зустрічаються у ґрунті, воді, повітрі, живих та мертвих організмах. Кількість бактерій у зовнішньому середовищі змінюється під впливом різних факторів: інсоляції, обробки ґрунту, кількості гумусу, температури та ін.

У ґрунті більш за все бактерій зосереджено в окультуреному чорноземі: у 1га ґрунту – 2,5–3 млрд. бактерій. Тут вони відіграють велику роль у ґрунтоутворенні (азотобактерії, нітрифікуючі і гнильні бактерії). Вони можуть проникати у ґрунт на глибину до 5 метрів.

У воді кількість бактерій набагато менша ніж у ґрунті. так, у 1 мл води може знаходитися від 5 тис. до 100 тис. бактерій. Менш всього бактерій у воді артезіанських свердловин та джерелах; більш всього – у відкритих водоймищах та річках, особливо в межах міста. Найбільша їх кількість спостерігається у поверхневих шарах та поблизу берегів. Вони служать джерелом інфекційних хвороб (дизентерія, холера, бруцельоз, тиф).

Середовищем проживання бактерій може бути повітря, вони піднімаються у верхні шари біосфери (частина оболонки Землі, населеної живими організмами) до 30 км. Через повітря розповсюджуються збудники ангіни, скарлатини, туберкульозу. Більш всього бактерій спостерігається у закритих приміщеннях. Там їх може накопичуватися до 300 тис. в 1 мм³. У сільській місцевості повітря більш чисте, чим у містах. Практично відсутні бактерії у соснових та кедрових лісах, тому що фітонциди хвойних дерев пригнічують ріст та розмноження всіх видів бактерій.

На тілі людини, її одязі можуть бути різноманітні бактерії. Багато їх буває в ротовій порожнині, на відкритих ділянках шкіри та інших частинах тіла. Практично вільні від бактерій ті органи людини та тварин, які не мають зв’язку з зовнішнім середовищем (м’язи, головний та спинний мозок, кров та ін.).

У живих організмахбактерії бувають хвороботворні (які викликають різні захворювання) і симбіотичні, що живуть в органах травлення тварини і людини і допомагають їм розщеплювати і засвоювати їжу.

Значеннябактерій у природі та народному господарстві дуже велике. Багато видів бактерій приймають участь у процесах гниття та бродіння, тобто виконують роль санітарів на Землі. Також бактерії грають велику роль у кругообігу вуглецю, кисню, водню, азоту, фосфору, сірки, кальцію та багатьох інших елементів.

Багато видів бактерій сприяють фіксації атмосферного азоту та переводять його у органічну форму, підвищуючи, таким чином, родючість ґрунту. Особливо велике значення мають ті бактерії, які розкладають целюлозу та пектинові речовини, що є основним джерелом вуглецю для життєдіяльності ґрунтових мікроорганізмів.

Сульфатредукуючі бактерії приймають участь в утворенні нафти та сірководню. Насичений сірководнем шар води у Чорному морі є результатом життєдіяльності сульфатредукуючих бактерій. Діяльність цих бактерій у ґрунтах приводить до утворення соди та содового засолення ґрунтів. Вони переводять поживні речовини ґрунтів рисових плантацій у доступну для рослин форму. Також ці бактерії можуть викликати корозію металу.

Знання біології бактерій дозволяє використовувати корисні види в промисловості й сільському господарстві та попереджати поширення шкідливих, застосовуючи стерилізацію (витримування при температурі 120ºС протягом 20 хвилин), пастеризацію (консервування молока та інших продуктів шляхом одноразового нагрівання їх до 60–70ºС протягом 15–20 хвилин). Щоб запобігти захворюванням {тиф, холера, туберкульоз, правець та ін.), проводять щеплення, які роблять людину несприйнятливою до певного виду захворювань.

Багато видів бактерій використовують у різних галузях промисловості для отримання ацетону, етилового та бутилового спирту, оцтової кислоти, ферментів, гормонів, вітамінів, антибіотиків та ін. Бактеріальні препарати використовують для боротьби з багатьма видами комах-шкідників у сільському господарстві.

В наш час завдяки успіхам генної інженерії з’явилася можливість використовувати кишкову паличку для отримання інсуліну, інтерферону; водневої бактерії – для отримання харчових та кормових білків. Без бактерій не можливий процес вичинки шкіри, сушки тютюну,обробки шовку, каучуку, льону, коноплі, виготовлення кави, какао, очищення стічних вод і т. п.

3.2.2 Відділ Ціанобактерії, або Синьо–зелені водорості (CYANOPHYTA)

Синьо-зелені водорості, або ціанеї, широко розповсюджені в усіх середовищах життя і здібні існувати практично у будь-яких умовах: при температурі 83⁰С нижче нуля у Антарктиді, та + 85-90⁰С в гарячих джерелах.

Будова. Відносяться вони до прокаріотів тому, що у них генетичний матеріал не відокремлений від цитоплазми а є єдиною хромосомою. Цитоплазма та її органоїди побудовані просто і нагадують аналогічні структури бактерій, добре розвинутий фотосинтетичний апарат, та знайдено біля 30 різних внутрішньоклітинних пігментів. Різноманітним та своєрідним складом фотоасиміляційних пігментних систем пояснюється стійкість цих водоростей до тривалого затемнення та анаеробних умов. Частково цим же пояснюється їхнє існування у крайніх (екстремальних) умовах: у печерах, у багатих сірководнем шарах придонного мулу, у мінеральних джерелах. Продуктом фотосинтезу в їх клітинах є поживні речовини, але не крохмаль, як це відбувається в зелених рослин, а тваринний крохмаль – глікоген, який відкладається у цитоплазмі у вигляді зерен. Утворюються гранули ліпопротеїдів та протеїнів. Є газові вакуолі. За формою клітини бувають кулясті. витягнуто-плоскі. Клітини живуть або окремо, або колоніями.

Крім здібності до фотосинтезу багато видів цих водоростей можуть фіксувати атмосферний азот. Обумовлена цим споживна незалежність дозволяє їм заселяти незаселені скелі. Вони першими освоюють безжиттєві місця мешкання – лавові потоки, вулканічні острови.

Розмножуються синьо-зелені водорості поділом клітин, а багатоклітинні, нитчасті види – поділом нитки на ділянки. Статевий процес відсутній. Деякі види здатні утворювати спори.

Живуть синьо-зелені водорості головним чином у прісних водоймищах, стаючи поживою для водних тварин. Іноді вони утворюють плівку на воді болота, ставка, на стінках акваріума, їхнє накопичення в поверхні водоймищ називають "цвітінням води". Іноді відмирання великих мас ціанобактерій та їхнє гниття призводять до вимирання риб у водоймищі і роблять воду непридатною для пиття. У прісних водоймищах живуть хроокок, осцилaторія, анабена та ін. Деякі види добре пристосовані до життя в морях. Наприклад, Червоне море отримало свою назву від масового розвитку в ньому синьо-зеленої водорості триходесміум, яка має червонувате забарвлення.

За участю синьо-зелених водоростей утворені лікувальні грязі (Євпаторія, Самара та ін.). Деякі види зустрічаються в умовах Арктики, у спекотних пустелях, гарячих джерелах, тобто вони поширені по всій земній кулі. У симбіозі з грибами синьо-зелені водорості утворюють лишайники. Деякі азотфіксуючі бактерії вносять на рисові поля з метою збагачення їх сполуками азоту.

Синьо–зелені водорості відрізняються доброю пристосованістю до умов зовнішнього середовища. Це сприяло тому, що вони збереглися до наших часів майже без змін.

Відомо понад 1 400 видів синьозелених водоростей.

Хроокок (Chroococcus) – одноклітинна водорість кулястої форми. Іноді вони утворюють колонії. Частіше такі водорості зібрані у групи по 2-4, які розділені між собою тоненькою перегородкою. Ззовні вони оточені великим слизовим шаром.

Осцилaторія (Oscillatoriу) – нитчаста синьо–зелена водорість. Розповсюджена у водоймищах зі стоячою водою. Часто утворює темно–зелену плівку на поверхні води або на дні. Клітини цієї водорості мають циліндричну форму та щільно з’єднані між собою у нитку.

Носток (Nostoc) – нитчаста синьо–зелена водорість. Нитки її з’єднані у колонії, часто кулястої форми, розміром 4-5 см. Ззовні ці колонії вкриті слизовою масою. Розповсюджений носток по берегах ставків та озер, на вологому ґрунті та на дні водоймищ.

Дата добавления: 2015-06-30