Целлюлоза разрушается в анаэробных условиях под влиянием различн. спорообраз. бактер., распр. в почве, навозе, компосте, сточных водах, рубце жвачных животн.
Возбудители: Clostridium Omelianskii, Clostridium Thermocellum. Палочковидные, длиной 3-10 мкм, образ. споры. Clostridium Omelianskii неподвижны.
Химизм: Процесс проходит в два этапа:
1й этап - гидролиз целлюлозы и образование дисахаридов (целлобиозы) и моносахаридов (глюкозы):
Целлюлаза
(C6H10O5)n + nH2O --> nC12H22O11
Целлюлоза Целлобиаза
Целлобиаза
nC12H22O11 + nH2O NC6H12O6
глюкоза
2 этап – сбраживание глюкозы: C6H12O6 2CH3CH2CH2COOH + 2CH3COOH + CH3CH2ОH + CH3CHOHCOOH + HCOOH + CO2 + H2 + энергия
Ферменты: целлюлаза, целлобиаза, альдолаза, дегидрогеназа, декарбоксилаза, карболигаза. Все эти целлюлозоразрушители - гетеротрофы, облигатные анаэробы, аминоавтотрофы.
Процесс играет видную роль в круговороте С, т. к. обеспеч. возврат его в атмосферу. Целлюлозоразрушающие бактер. явл. компонентами сис. почвообразования. Возбудители необходимы для переваривания клетчатки травоядными животными, т.к у последних отсутствует фермент целлюлаза. В рубце жвачных клетчатка расщепляется до моносахаров и орг. к-т, котор. всасываются через стенки кишечника и усваиваются. Значительная часть у-в идет на построение тел бактер., котор. поедаются кишечными инфузориями. Тела инфузорий представляют собой животный белок, котор. легко усваивается в кишечнике животного.
Болезни растений причиняют вред с/х. Для борьбы с ними используют хим. ср-ва, а также более безопасные для окр. среды биологич. методы. Освобождению почвы от фитопатогенных орг. способствует усиление размножения в ней микробов-антагонистов по-отношению к возбудителям тех или иных заболеваний. *после посева люцерны почва очищается от возбудителя вертициллезного вилта хлопчатника (Verticillium dahliae). Корневая сис. люцерны выделяет в почву алкалоиды, угнетающие многие м/о и тем, что она стимулирует размножение в почве антагонистов возбудителя вертициллеза.
Возделывание клевера и вики, способств. освобождению почвы от возбудителя сибирской язвы Bacillus anthracis; житняк, картофель благоприятствуют размнож. этой бактер.
Микробы-антагонисты - лечение растений.
Микробов-антагонистов использ. при обработке семян, зараженных фитопатогенами, или при внесении на пов-ность вегетирующих растен., в зараженную почву. Микроб-антагонист, уничтожая вредителя, не причиняет вреда растению-хозяину. Антибиотики проникают в ткани растений, повышая их устойчивость к возбудителям болезней.
Я. П. Худяков (1935) выделил бактер. Pseudomonas, лизирующие мицелий фитопатогенных грибов Sclerotinia и Botrytis. Их использовали в полевых опытах для борьбы с фузариозом пшеницы, льна и т. д. Культурой Pseudomonas бактеризовали семена растений. Оздоровлению сеянцев и саженцев сосны способств. прим. Н. А. Красильниковым миколитических бактер. - борьба с фузариозом. Azotobacter chroococcum предупреждает заболевания с/х растений, вызываемые рядом грибов, *Altemaria.
Бороться с мучнистой росой крыжовника, вызываемой грибом Sphaerotheca morsuvae, позволяет опрыскивание растений настоем навоза. Это стимулирует размножение м/о на пов-сти растения. В сост. эпифитной микрофлоры находятся бактерии-антагонисты, котор. после опрыскивания начинают размножаться
. Микробов-антагонистов, можно использовать против растений-паразитов культурных растен.
*При борьбе с заразихой арбуза (Orobanche aegiptyаса) с использованием патогенного для заразихи гриба Fusarium orobanches. Чистая культура гриба, размноженная на питательном субстрате (кукурузная мука и т. д.), предложена для практического применения. Не исключена возможность подбора микробных культур, действующих как гербициды на опр. группы сорных растений.
Культуры некотор. грибов-антагонистов применяют в борьбе с почвенной инфекцией. Грибы рода Trichoderma выделяют токсичные в-ва, поражающие микробов-фитопаразитов. При внесении в почву культуры Trichoderma lignorum существенно уменьшается увядание хлопчатника, пораженного Verticillium alboatrum, снижаются грибные заболевания картофеля и других с/х культур. Вносят культуру указанного гриба в почву при посеве растений. На основе культуры Trichoderma lignorum готовят препарат триходермин.
Техника использования микробов-антагонистов. Для обеззараживания семена опрыскивают культурой м/о, разведенной в воде. Стерилизуется поверхность семени и зона корня, куда переходят м/о и начинают размножаться. При высадке рассады и саженцев их корни смачивают взвесью в воде соответствующих микробов-антагонистов. Водную взвесь микробов можно использовать и для опрыскивания надземных частей поврежденных растений, и для профилактики. Препараты для борьбы с почвенной инфекцией (триходермин) вносят в почву при посеве. Широко используют микробиологич. метод борьбы с грызунами — домашними мышами, полевками, крысами. Известно неск-ко к-тур м/о, вызывающих у грызунов кишечные заболевания, напоминающие брюшной тиф. Для чел. и домашн. животн. данные м/о безопасны.
Стр-рные компоненты бактериальной к-ки делят на основные и временные. Основные: клет. стенка, цитоплазматическая мембрана с ее производными, цитоплазма с рибосомами и различн. включениями, нуклеоид; временными — капсула, слизистый чехол, жгутики, ворсинки, эндоспоры, образующиеся лишь на опр. этапах жизнен. цикла бактер., у некот. видов они отсутств. полностью.
У прокариотической к-ки стр-ры, располож. снаружи от цитоплазматич. мембр., назыв. поверхностными (клет. стенка, капсула, жгутики, ЦПМ, фимбрии и пили). Внутренние структуры – цитоплазма, нуклеоид, плазмиды, транспозоны.
У прокариотических к-к, есть цитоплазматич. мембр.
У бактер. мембр. двухслойная (липидный слой). Пов-ность к-к может быть покрыта капсулой. Могут быть жгутики и ворсинки. Клеточное ядро отсутствует, ДНК находится внутри к-ки, упорядоченно свёрнутая и поддерживаемая белками. Этот ДНК – белковый комплекс назыв. нуклеоид. Энергетич. проц. у прокариот идут в цитоплазме и на лизосомах (выростах клет. мембраны, котор. закручены в спираль для увеличения площади поверхности, на котор. происходит синтез АТФ). Внутри к-ки могут находиться в-ва в виде гранул полифосфатов, гранул у-в, жировых капель. Могут присутствовать включение серы (образующиеся в рез-тате бескислородного фотосинтеза). У фотосинтетических бактер. имеются складчатые стр-ры - тилакоиды, на котор. идёт фотосинтез. Средняя величина прокариотических к-к 5 мкм.
Клет. стенка один из главных эл-тов стр-ры бактериальн. к-ки. Она сост. из: пептидоглекана или муреина. Ф-ции клет. стенки – жесткость, эластичность (изгибается), придаёт бактериальной к-ке опр. форму, защищает внутрен. содержим. к-ки от действия механич. и осмотич. сил внешн. среды, она выполняет важную роль в регуляции роста и деления бактер., в распределении генетического материала. Ответственна за окрашивание бактер. по грамму.
Окраска по Граму позволяет отличить бактерии, чья толстая клет. стенка практически полностью сост. из пептидогликана (грам+), от бактерий, чья клет. стенка помимо тонкого слоя пептидогликана имеет наружную мембрану, сост. из липопротеидов и липополисахаридов (грам-). Основный краситель (*кристаллический фиолетовый) прочно фиксируется в стенке грам+ бактер., придавая им иссиня-черный цвет, и легко вымывается спиртом (или ацетоном) из стенки грам- бактер., после чего они докрашиваются контрастным красителем (*сафранином) в красный цвет.
По хим. сост. и строению клет. стенки бактер. делятся на грам+ и грам-. Датского ученый Кристиан Грам, предложивший специальный метод окраски бактерий – окраску по Граму. После окрашивания краской генцианвиолетом бактер. обрабатывают спиртом, в результате чего Грам+ бактер. сохран. фиолетовую окраску, а Грам- бактер. обесцвеч.
Клет. стенка Грам+ состоит из пептидогликана – муреина (до 90–95%), тейхоевых к-т, полисахаридов. Имеет однослойную стр-ру, плотно прилегает к цитоплазматич мембр.
У Грам- бактер. в сост. клет. стенки муреина мало (5–10%), тейхоевые к-ты отсутствуют, в больших кол-вах содержатся липопротеиды и липополисахариды.
Симбиотические азотфиксирующие м/о выделены М. Бейеринком в 1888 г. из корневых клубеньков (бородавчатых наростов) бобовых растений и названы клубеньковыми бактер. Они вызывают образование клубеньков, в котор. осущ-ся фиксация N атмосферы. Бактерии в клубеньках питаются орг. соедин., синтезированными растением, а растение получает из клубеньков связанные соедин. азота. Так, между бактериями и растениями устанавливаются симбиотические взаимоотношения. Клубеньковые бактерии, заражающие корни различных видов бобовых растений, неск-ко отличаются друг от друга, однако их рассматривают как гр. родственных орг. Клубеньковые бактер. представляют собой грам-, от коротких до среднего размера палочки, подвижные, монотрихи с полярным или субполярным расположением жгутиков или перитрихи, аэробы . Молодые к-ки окрашиваются анилиновыми красителями равномерно, за искл. ряда видов, для котор. хар-но наличие в к-ках метахроматических (полифосфатных) гранул. Старые к-ки содержат одну или неск-ко гранул поли-В-гидро- ксимасляной к-ты. Спор не образуют.
Ризоторфин — инокулянт для предпосевной обработки семян бобовых: нута, сои, гороха, козлятника, клевера, люпина, донника, вики, люцерны, фасоли и др. Первый биопрепарат в России на основе стерильного торфа, благодаря чему клубеньковые бактер. в нём могли сохраняться длительное время. В наст. время инокулянт производится на основе стерильного торфа,и в жидк. виде. Основу Ризоторфина сост. клубеньковые бактер., котор. способны вступать в симбиоз с бобовым растением. В рез-тате на корнях образуются клубеньки, обладающие способностью к фиксации молек-ного N из воздуха и перевод его в доступную для растений форму. Благодаря этому процессу растение получает из воздуха необходим. кол-во азота для своего роста и развития «пролонгировано» на протяжении всего периода вегетации.
Tenericutes – бактер., не имеющ. ригидной клет. стенки, не синтезирующие пептидогликан. Плеоморфные орг., размножаются почкованием, фрагментацией и бинарным делением. Микоплазмы могут быть сапротрофами, паразитами и возбудителями болезней животн. и растений. К-ки окружены цитоплазматич. мембр., в сост. котор. входят стерины, в частности эргостерин. Микоплазмы получают их из внешней среды — от др. жив. орг., с котор. находятся во взаимосвязи. Синтезируют каротиноиды, накапливающиеся в мембране. Форма к-к – сферическая, овальная, палочковидная, дисковидная, встречаются тонкие нити. Микоплазмы подобно вирусам, проходят через бактериологические фильтры, задерживающие обычные бактерии. Размножение происходит неправильным делением, что приводит к образованию к-к разной формы и размеров. Неподвижны. Факультативные анаэробы, хемоорганогетеротрофы. Распростран. на растен. и животных, в водоемах, сточных водах, почве. Микоплазмы объединяют в один класс — Mollicutes. Класс включает порядок Mycoplasmatales, 3 сем. — Mycoplasmataceae, Acholeplasmataсеае и Spiroplasmataceae. Сем. Mycoplasmataceae - род Mycoplasma и Ureaplasma, виды котор. широко распр. в природе (почвах, сточных водах и т. д.). Многие сапротрофы и паразиты, возбудители различн. заболеваний человека, животн. и растений.
Mendosicutes - прокариоты, обладающие клет. стенкой, котор. не содержит пептидогликана. К-ки имеют форму кокков, палочек и спиралей, пирамид, шестилучевой звезды, квадрата. Различно окрашиваются по Граму. Эндоспор не образуют; многие виды подвижны. Известны как строгие анаэробы, так и аэробы. Многие встречаются в экстремальных местообитаниях.
Гр.1 — метаногены. Ряд родов, в том числе Methanobacterium, Methanococcus, Methanosarcina и др. Для данной группы хар-ны палочковидные или кокковидные к-ки, подвижные и неподвижные. Спор не образуют. Строгие анаэробы.
Гр.2 — аэробные сероок-щие архебактерии — род Sulfolobus. Ок-ют серу – источник энергии. Факультативные хемолитоавтотрофы. Аэробы. Термофилы, развиваются при t 70—75 °С, ацидофилы (оптимум рН 3).
Гр.3 — анаэробные серовосст. архебактерии. Род Thermoproteus, Thermofilum, Desulfurococcus и др. Восст. элементарную серу до H2S. Строгие анаэробы. Облигатные и факультативные хемолитотрофы и хемоорганотрофы. Экстремальные термофилы — оптим. t от 85 до 105 °С. Распр. в гидротермальных источниках.
Гр.4 — галобактерии. Род Halococcus, Halobacterium, Haloarcula. Способны развиваться на средах с высокими конц. NaCl (20—25%). Экстремальные галофилы. Имеются аэробы и факультативные анаэробы. Физиологическая особенность— фотофосфорилирование с участием пурпурной мембраны (особый тип фотосинтеза). Гр.5 — термоацидофильные «микоплазмы» — род — Thermoplasma. Хемоорганотрофы, развивающиеся при высокой t (60 °С) и кислотности (рН 1—2). Аэробы. Обнаружены в Японии в горячих источниках.