Царство Дробянки. Бактерии. Размножение и питание бактерий

Царство дробянки – название устаревшее. К нему относили одноклеточные организмы, которые в настоящее время разделены на две группы – бактерии и археи.

Всё это прокариоты – простейшие организмы, не имеющие клеточного ядра. Впервые таксон Monera, то есть «дробянки», был введён Эрнстом Геккелем – немецким биологом; произошло это в 1866 году.

С тех пор таксон сохранялся в науке более ста лет, время от времени меняя свой статус – то его считали типом, то царством.

Наконец, в 1990 году таксон Дробянки был упразднён, однако его до сих пор используют в качестве неофициального наименования упомянутой группы организмов.

Археи и бактерии, объединявшиеся в царство Дробянки, обладают некоторыми сходными чертами, из-за чего первых именовали также археобактериями. Они не имеют клеточного ядра и обладают сходными формой и размером, хотя это справедливо не для всех.

 

строение бактерии фото

И те, и другие характеризуются наличием кольцевой хромосомы. Однако на этом сходство архей и бактерий практически заканчивается. Оказалось, что различий у этих двух групп организмов значительно больше, чем общих признаков. Например:

1. Археи не образуют споры и размножаются только самыми примитивными способами; 
2. Ряд особенностей строения сближает архей с эукариотами – организмами, имеющими ядро (сюда включаются, в частности, растения, животные и человек);
3. Некоторые вещества, входящие в состав архей (прежде всего особые липиды), вообще не встречаются у других организмов. Было установлено, что археи и бактерии – две группы, имеющие независимую эволюционную историю.

Способы питания архей и бактерий разнообразные. Из них археи наиболее преуспели в многообразии способов получения пищи.

Одни из них используют энергию солнечного света, другие перерабатывают углерод, третьи усваивают аммиак, металлы, водород, сахара и другие вещества… Правда, каждый вид архей использует только один способ питания, в отличие, к примеру, от эукариот (растения, например, одновременно усваивают углерод и солнечный свет).

Размножение архей – только бесполое, при этом в самых примитивных формах: деление, почкование и фрагментация. Бактерии же способны размножаться более продвинутыми методами; многие образуют споры, у некоторых имеется примитивная форма полового размножения.

 

В последнем случае не образуются гаметы и не происходит слияние родительских клеток, но присутствует обмен генетическим материалом. Горизонтальный перенос генов, характерный для бактерий, способствует повышению выживаемости в условиях естественного отбора; новые гены при этом не образуются, зато появляются новые сочетания генов, что является для выживания не менее важным обстоятельством.

• Некоторые археи и бактерии имеют очень необычную форму. Форма клеток одного из видов архей, к примеру, квадратная и плоская.
• Также археи известны своим экстремальным образом жизни. Первоначально учёные считали, что они обитают только в местах, практически непригодных для жизни, – таких, как жерла вулканов. Но позднее их обнаружили и в самых обычных местах – в водоёмах, почве и т. д.

Ныне упразднённое (точнее, лишённое официального статуса) царство Дробянки включает наиболее примитивные организмы, имеющие клеточную структуру. Археи и бактерии считаются самыми первыми организмами, возникшими на нашей планете несколько миллиардов лет назад.

4.2 Царство бактерий, строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе

Видеоурок: Строение и жизнедеятельность бактерий

Лекция: Царство бактерий, строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе

История открытия бактерий

На сегодняшний день известно примерно 10 тыс. видов бактерий, но ученые предполагают наличие более миллиона их. Первооткрывателем бактерий стал в 1676 году голландский исследователь Антони ван Левенгук. Он дал им название «анималькули».

Собственно, бактериями их назвал их в 1828 г Христиан Эренберг. Луи Пастер в середине 19-го века исследовал их метаболизм и физиологию, обнаружил их патогенность.

Более интенсивное изучение бактерий началось после изобретения электронного микроскопа в 1930-х.

Вместе с археями, бактерии являются наиболее древними живыми существами. Предполагается, что они появились около 3,5-3,9 млрд лет назад. Это мелкие безъядерные одноклеточные организмы. Форма их клеток может быть разной. Круглые называются кокки, изогнутые – спирохеты, вибрионы, палочковидные – бациллы. Бактерии могут иметь геометрические формы – тетраэдра, куба или сложные – звезды, тора.

Строение бактерий

Особенностью эволюции бактериальных клеток является универсальность и приспособленность – будучи относительно одинаковыми и имея похожее строение, они обрели:

• приспособленность к любым, в том числе экстремальным условиям внешней среды. Бактерии могут обитать в горячих источниках, соленых водах, бескислородной среде, глубинах океана;
• способность ко всем известным способам трансформации веществ;
• способность к горизонтальному переносу генов при отсутствии полового процесса – бактериальные клетки обмениваются генетической информацией при контакте. Этот процесс получил название конъюгации.

Особенностями строения бактериальных клеток являются:

• толстая клеточная стенка из муреина. У грамположительных бактерий она толстая, грамотрицательные имеют клеточную стенку в 10 раз тоньше;
• отсутствие внутриклеточных мембран, кроме выростов цитоплазматической;
• небольшое разнообразие органоидов – у них есть рибосомы, нуклеоид (неоформленное образование в цитоплазме, содержащее ДНК), цитоплазматическая мембрана, запасные вещества;
• единственная хромосома в виде кольца.

Бактерии могут быть подвижными, для этого они используют жгутики, которых у одной клетки может быть от 1 до 1000. Располагаться они могут по-разному.

По размеру клетки их намного мельче одноклеточных растений и животных. Именно в связи с мелкими размерами они имеют очень быстрый метаболизм, а следовательно – быстрее размножаются.

В живом мире существует три вида получения энергии и они все активно используются бактериями: дыхание, брожение, фотосинтез. Причем фотосинтез у них может протекать без кислорода, а есть виды архей, способные к синтезу АТФ с помощью света, но без хлорофилла.

Для дыхания бактериальные клетки тоже могут обходиться другими неорганическими веществами, кроме кислорода – анионы, углекислый газ, в также окислять не органические вещества, а минеральные – водород, сероводород, аммиак.

Такое дыхание получило название хемосинтеза.

Бактерии полового процесса не имеют, хотя некоторые исследователи усматривают некоторые признаки полового процесса в конъюгации. 

Размножение бактерий

Чаще всего бактерии размножаются:

• Делением надвое. Это простое разделение клетки на две, иногда повторяющееся несколько раз подряд, в результате чего может образоваться до 1 тыс. особей.
• Почкованием. Отделением от материнской клетки части цитоплазмы с небольшим числом органоидов.
• Спорами. Этот способ только в названии имеет сходство со спорообразованием растений. Бактериальные споры – это множество мелких клеток, окруженных плотной оболочкой, на которые распадается материнская. Такой способ используется при необходимости выжить и размножиться в неблагоприятных условиях.

Для обеспечения генетической изменчивости существует такой процесс, как конъюгация – клетки бактерий способны обмениваться участками ДНК (иногда всей хромосомой), что иначе называется горизонтальным переносом генов, без образования потомства. Кроме того, бактерии способны поглощать нечаянно «найденные» ДНК из внешней среды.

В неблагоприятных условиях бактерии начинают вырабатывать новые слои оболочки вокруг клетки, утолщая ее. В такой споре бактерия впадает в состояние замедленного метаболизма, в котором может провести тысячи лет. Споры некоторых видов являются особо устойчивыми к внешним воздействиям – могут выдерживать длительное кипячение, ультрафиолет, радиоактивное облучение, ультразвук.

Значение бактерий для экологии

Бактерии имеют большое значение для экологии:

• только они способны усваивать и включать в пищевые цепи атмосферный азот;
• участвуют в образовании полезных ископаемых;
• улучшают структуру почвы;
• являются сапрофитами, разрушают биомассу погибших животных и растений;
• в роли симбионтов обеспечивают травоядным возможность переваривания растительной пищи;
• поддерживают атмосферный баланс углекислого газа и кислорода.

Кроме того, бактерии активно используются человеком в хозяйственной деятельности – для получения пищевых продуктов с участием бродильных процессов (сквашивание овощей и силоса, молочнокислые напитки, творог, сметана, получение уксуса и вин). Еще на заре человеческой истории было замечено, что где происходит сквашивание, там невозможно гниение. Этому есть биохимические обоснования.

Также, разработаны способы использования бактерий против вредных насекомых, сорных растений, для очищения сточных вод и загрязненного грунта, уничтожения нефтяных пятен.

Патогенные бактерии и профилактика заболеваний  Результативно бороться с бактериальными инфекциями стало возможным в конце 19-го века, после открытия вакцинации. А в середине 20-го с созданием антибиотиков большинство бактериальных инфекций были побеждены. Однако, не стоит считать антибиотики панацеей от любых инфекций – многие из них лечатся довольно долго и трудно. К тому же антибиотики уничтожают не только вредную, но и полезную микрофлору. А в организме человека обитает множество видов бактерий-симбионтов, помогающих в переваривании углеводов, синтезе витаминов, вытеснении патогенных видов-конкурентов.

Для профилактики заражения бактериальными инфекциями необходимо:

• мыться с мылом или специальными средствами;
• мыть фрукты, овощи и зелень;
• проводить влажную уборку помещений;
• стирать вещи с моющими средствами (стиральным порошком, жидкими концентратами, мылом)
• прибегать к дезинфекции;
• делать прививки.

А также правильно питаться и достаточно двигаться, не допускать снижения иммунитета. Гигиена, как личная, так и помещений снижает вероятность заразиться какой-либо инфекцией на 95%.

Предыдущий урок

Следующий урок

4.2. Царство Бактерии (Дробянки)

Нет ядра, окруженного мембраной; пластид; митохондрий.

ДНК образует единственную нить, замкнутую в кольцо (нуклеоид). Центриоли и митотическое веретено отсутствуют, деление клеток осуществляется путем перетяжки.

• Основу клеточной стенки составляет гликопептид муреин (а не целлюлоза, как у растений).
• Жгутиков обычно нет, или они имеют простое строение.
• Питание гетеротрофное или автотрофное.
• Половой процесс осуществляется в форме обмена генетическим материалом между особями.

1. Подцарство бактерии:

Архебактерии – резко отличаются от истинных бактерий (эубактерий) химическим составом и физиологическими свойствами, они сравнительно немногочисленны (более 40 видов).

Эубактерии — одноклеточные организмы, без ядра. Размер бактериальных клеток — 0,2—10 мкм, редко в длину 30 — 100 мкм (серные пурпурные бактерии). По форме — шаровидные кокки, палочковидные бациллы, изогнутые вибрионы, извитые в виде спирали спирохеты и спириллы. Многие бактерии неподвижны, другие имеют жгутики (от 1 до 50) и могут передвигаться.

1. Клетка бактерии окружена:
2. Клеточной стенкой из гликопептида муреина. 
3. Многие виды бактерий образуют слизистую капсулу, обеспечивающую устойчивость их к фагоцитозу  и болезнетворную активность.
4. Под капсулой и клеточной стенкой располагается цитоплазматическая мембрана, которая образует впячивания в цитоплазму и формирует мембранные комплексы, выполняющие функции, аналогичные функциям митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи, структур, участвующих в фотосинтезе.
5. В цитоплазме бактериальных клеток имеются включения крахмала, гликогена, жиров, полифосфатов, серы.
6. По типу питания:

большинство бактерий гетеротрофы, т. е. используют для питания готовые органические соединения:

• сапротрофы питаются мертвыми телами или выделениями других организмов (сахара, аминокислоты, витамины).
• паразиты живут за счет питательных веществ других организмов, в теле которых они обитают (возбудители чумы, холеры, туберкулеза, дизентерии, дифтерии, менингита).
• Встречаются так называемые хищные бактерии.

Гетеротрофные бактерии получают энергию для биосинтеза путем окисления органических соединений (углеводов и др.).

Этот процесс может происходить при участии кислорода (дыхание) или в анаэробных условиях (брожение).

В зависимости от конечного продукта различают несколько видов брожения, вызываемого бактериями, — спиртовое, молочнокислое, маслянокислое. Поэтому бактерии широко используют в биотехнологии.

1. В природных условиях большое значение имеют метанообразуюшие бактерии, которые сбраживают спирты и органические кислоты в метан и С02.
2. значительная часть бактерий синтезирует органические вещества своего тела путем усвоения углекислоты – они являются автотрофами:
3. фототрофы, для которых источником энергии служит солнечный свет,
4. хемотрофов, использующих для синтеза органических веществ собственного тела энергию химических реакций — окислительных или восстановительных.
5. Размножаются бактерии:
6. – путем деления после удвоения бактериальной хромосомы — кольцевидной молекулы ДНК.

– многие бактерии образуют споры путем формирования плотной оболочки вокруг молекулы ДНК с участком цитоплазмы. Споры обладают большой устойчивостью, сохраняя жизнеспособность в течение длительного времени.

Бактерии играют большую роль в природе в качестве редуцентов в цепях питания.

 В почве количество бактерий очень велико: в 1 г бедных микрофлорой почв содержится 200—500 млн бактерий гниения — азотфиксирующих, нитрифицирующих, серобактерий и др.

В водоемах также много бактерий, особенно в поверхностных слоях воды, ближе к берегу. Количество их зависит от наличия в воде питательных веществ.

В воздухе бактерий меньше, они поднимаются вместе с пылью.

Носителем микрофлоры является тело даже здорового человека.

2. Подцарство сине-зеленые водоросли или цианеи:

широко распространены во всех средах жизни и способны существовать практически в любых условиях: при температуре —83 °С в Антарктиде и 85—90 °С в горячих источниках.

Наследственный материал их не отграничен от цитоплазмы и представлен единственной хромосомой, цитоплазма и органоиды устроены просто и напоминают аналогичные структуры бактерий.

Хорошо развит фотосинтетический аппарат; разнообразным составом фотоассимилирующих пигментных систем объясняется устойчивость сине-зеленых водорослей к продолжительному затемнению и анаэробным условиям и их существование в экстремальных условиях.

Продуктом фотосинтеза является гликопротеид, также откладываются гранулы липопротеидов и протеинов. В цитоплазме обитателей серных водоемов находится сера. В клетках сине-зеленых водорослей часто встречаются газовые вакуоли.

По форме клетки этих водорослей бывают округлые или сильно вытянутые, уплощенные.

Всегда имеют толстые многослойные стенки, часто одеты в слизистый чехол. Клетки живут отдельно или образуют нити и колонии.

Основной способ размножения — деление клеток надвое или образование спор (для перенесения неблагоприятных условий среды). Многие виды сине-зеленых водорослей могут фиксировать атмосферный азот. Обусловленная этим пищевая независимость позволяет им заселить необитаемые (без следов почвы) скалы, лавовые потоки, вулканические острова.

Отрицательная роль этих организмов заключается в вызываемом ими «цветении воды», так как вода в этом случае становится непригодной для употребления и ухудшает условия жизни других обитателей водоемов. Некоторые азотфиксирующие виды вносят на рисовые поля с целью обогащения их соединениями азота.

Тематические задания

• А1. Основным отличием царства Бактерий от других царств организмов заключается в
• 1) отсутствии ДНК     
• 2) наличие нуклеоида
• 3) наличие клеточной стенки
• 4) присутствии хлорофилла
• А2. Не имеет оформленного ядра
• 1) амеба обыкновенная 
• 3) гриб мукор
• 2) дрожжевая клетка     
• 4) туберкулезная палочка
• А3. В цитоплазме бактерий находятся
• 1) рибосомы, одна хромосома, включения 
• 2) митохондрии, несколько хромосом      
• 3) хлоропласты, аппарат Гольджи
• 4) ядро, митохондрии, лизосомы
• А4. Укажите одно правильное утверждение
• 1) бактерии – эукариотические организмы
• 2) кариотип бактерий состоит из нескольких хромосом
• 3) все бактерии – автотрофные организмы
• 4) наследственный аппарат бактерий – нуклеоид
• А5. При неблагоприятных условиях бактерии образуют
• 1) цисты 
• 2) колонии 
• 3) споры 
• 4) зооспоры
• А6. Бактерии, создающие органические вещества из неорганических путем фотосинтеза, называются
• 1) автотрофами
• 2) сапротрофами 
• 3) фототрофами 
• 4) паразитами
• А7. Роль клубеньковых бактерий заключается в
• 1) разрушении органических соединений почвы
• 2) фиксации атмосферного азота и доставке его растениям
• 3) разрушении корневой системы растений
• 4) паразитировании на растениях семейства бобовых
• А8. Азотофиксирующие бактерии относятся к
• 1) паразитам 
• 2) симбионтам 
• 3) фототрофам 
• 4) сапротрофам
• А9. Бактерии возникли в
• 1) протерозое   
• 2) кайнозое 
• 3) архее 
• 4) мезозое
• А10. Общим свойством для всех прокариотических и эукариотических организмов является способность к
• 1) фотосинтезу       
• 2) гетеротрофному питанию
• 3) обмену веществ 
• 4) спорообразованию
• В1. Клетка бациллы отличается от клетки амебы
• 1) отсутствием митохондрий
• 2) наличием цитоплазмы
• 3) наличием рибосом
• 4) отсутствием ядра 
• 5) наличием нуклеоида 
• 6) наличием клеточной мембраны

Надцарство Протисты Царство Бактерии (Дробянки) Куриленко А.Л., педагог ГУО «Средняя школа 13 г. Жлобина», Гомельская обл. Республика Беларусь. – презентация

1 Надцарство Протисты Царство Бактерии (Дробянки) Куриленко А.Л., педагог ГУО «Средняя школа 13 г. Жлобина», Гомельская обл. Республика Беларусь

2 БАКТЕРИИ или ДРОБЯНКИ – представители царства Monera – это обширная группа одноклеточных микроорганизмов, которые характеризуются отсутствием окруженного оболочкой клеточного ядра.

3 Царства живой природы Бактерии (Monera) ПротистыРастенияГрибыЖивотные

4 Слоистые каменные структуры, датируемые началом архейской эры, возникшие 3,5 млрд. лет назад – результат жизнедеятельности бактерий, обычно фотосинтезирующих (т.н. сине-зеленых водорослей). Первые ядерные клетки произошли от бактерий примерно 1,4 млрд. лет назад.

5 Бактерии гораздо мельче клеток многоклеточных растений и животных. Толщина их обычно составляет 0,5–2,0 мкм, а длина – 1,0–8,0 мкм. Разглядеть некоторые формы едва позволяет разрешающая способность стандартных световых микроскопов.

• 6 На поверхности, соответствующей поставленной карандашом точке, уместится четверть миллиона средних по величине представителей этого царства.
• 7 По форме и строению выделяют следующие группы бактерий: кокки (шарики), бациллы (палочки или овалы), спириллы (спирали), спирохеты (тонкие волосовидные).
• 8 Формы шаровидных бактерий: 1 – стафилококки (кокки, собранные в гроздья) 2 – диплококки (двойные) 3 – стрептококки (нитевидные колонии кокков) 4 – сарцины (колонии кокков, покрытые оболочкой их слизи) 5 – тетракокки (кокки, собранные по 4)
• 9 Встречаются и другие формы бактерий звёздчатая, треугольная, квадратная и др.
• 10 Различная форма бактерий помогает этим организмам приспособиться к условиям окружающей среды.
• 11 Бациллы, имеющие жгутик, который служит органом передвижения, называются вибрионами.
• 12 Жгутик служит органом передвижения, захвата пищи и защиты от нападения других микроорганизмов.
• 13 Существуют и многожгутиковые формы бацилл.
• 14 Кроме жгутиков, многие бактерии имеют реснички, которые также служат для передвижения, захвата пищи и защиты.
• 15 У бактерий нет ядра, вместо него имеется нуклеоид, который состоит из одной длинной кольцевой молекулы ДНК, окружённой хроматином и прикрепленной в одной точке к клеточной мембране.
• 16 В жидкой густой цитоплазме расположены рибосомы, простейшие вакуоли и клеточные включения.
• 17 Снаружи клетка покрыта мембраной, которая придаёт клетке форму и выполняет защитную функцию, и иногда клеточной стенкой- капсулой, слизью или муреиновой оболочкой.
• 18 Мембрана образует многочисленные камеры – мезосомы, которые выполняют функции переваривания пищи, синтеза питательных веществ, фотосинтеза (содержат хлорофилл), энергетическую (как и митохондрии запасают энергию) и транспортную.

19 У прокариот нет и окруженных мембранами внутриклеточных органелл, называемых лизосомами, ЭДС, комплексом Гольджи, митохондриями и хлоропластами.

У эукариот митохондрии вырабатывают энергию в процессе дыхания, а в хлоропластах идет фотосинтез, лизосомы переваривают пищу и т.д.

У прокариот вся клетка целиком (и в первую очередь – клеточная мембрана) берет на себя функцию митохондрии, а у фотосинтезирующих форм – заодно и хлоропласта.

20

21 Сравнение клеток эукариот (ядерных) и прокариот (доядерны)

22 Клеточное дыхание – процесс высвобождения химической энергии, запасенной в «пищевых» молекулах, для ее дальнейшего использования в жизненно необходимых реакциях. Дыхание может быть аэробным и анаэробным.

В первом случае для него необходим кислород. Он нужен для работы т.н.

электронотранспортной системы: электроны переходят от одной молекулы к другой (при этом выделяется энергия) и в конечном итоге присоединяются к кислороду вместе с ионами водорода – образуется вода.

23 Анаэробным организмам кислород не нужен, а для некоторых видов этой группы он даже ядовит. Такие бактерии заменяют процесс дыхания реакциями гниения или брожения.

24 Нитрификация это микробиологический процесс окисления аммиака до азотистой и азотной кислоты) с получением энергии (хемосинтез, автотрофная нитрификация).

Полученные кислоты вступают в реакции с активными металлами (Na, K, Ca) и образуют легкие нитриты и нитраты.

Нитрификация протекает в аэробных условиях в почве и природных водах по схеме: 2NH 3 + 3O 2 3H 2 O + N 2 O 3 N 2 O 3 + H 2 O HNO 2 2HNO 2 + O 2 2 HNO 3

25 В настоящее время примерно 90% ( 90 млн. т) годового количества «фиксированного» азота дают бактерии. Азот воздуха, составляющий около 80% атмосферы, связывается в основном бактериями рода Rhizobium (клубеньковые бактерии), которые вступают в симбиоз примерно с видов бобовых растений: горохом, фасолью, соей, клевером, люцерной и др.

26 Эти бактерии живут в т.н. клубеньках – вздутиях, образующихся на корнях в их присутствии. Из растения бактерии получают органические вещества, а взамен снабжают хозяина связанным азотом.

27 В симбиоз с другими азотфиксирующими бактериями вступают и небобовые растения, например ольха.

28 Бактерии бывают автотрофами и гетеротрофами. Автотрофы («сами себя питающие») не нуждаются в веществах, произведенных другими организмами.

29 В качестве главного источника углерода они используют диоксид (CO 2 ). Включая CO 2 и другие неорганические вещества: аммиак (NH 3 ), нитраты (NO 3 ) и соединения серы, в сложные химические реакции, они синтезируют все необходимые им биохимические продукты.

30 Гетеротрофы («питающиеся другим») используют в качестве основного источника углерода (некоторым видам нужен и CO 2 ) органические вещества, синтезированные другими организмами, питаясь либо самими организмами, либо продуктами их жизнедеятельности (в основном, сахарами). Окисляясь, эти соединения поставляют энергию и молекулы, необходимые для роста и жизнедеятельности гетеротрофных бактериальных клеток.

31 Если для синтеза клеточных компонентов используется световая энергия, то процесс называется фотосинтезом, а способные к нему виды – фототрофами. Фототрофные бактерии делятся на фотогетеротрофов и фотоавтотрофов в зависимости от того органические или неорганические соединения служат для них главным источником углерода.

32 Если основной источник энергии в клетке – окисление химических веществ, бактерии называются хемогетеротрофами или хемоавтотрофами в зависимости от того, какие молекулы служат главным источником углерода – органические или неорганические.

33 Многие бактерии обладают химическими рецепторами, которые регистрируют изменения кислотности среды и концентрацию различных веществ, например сахаров, аминокислот, кислорода и диоксида углерода.

34 Железобактерии способны окислять железо (II) до (III) и использовать образующуюся при этом энергию на усвоение углерода из углекислого газа и карбонатов.

Они чрезвычайно широко распространены как в пресных, так и в морских водоемах, играют большую роль в круговороте железа в природе.

Благодаря их жизнедеятельности на дне болот и морей образуется огромное количество отложенных руд железа по реакции: 2Fe(HCO 3 ) 2 + 6H 2 O + O 2 4Fe(OH) 3 + 4H 2 CO 3 + 4CO 2

35 Водородные бактерии получают энергию в результате окисления молекулярного водорода. Распространены в почве, окисляют водород, постоянно образующийся при анаэробном разложении различных органических остатков микроорганизмами почвы. Окисление протекает по следующей схеме: 2H2 + O2 2H2O + энергия

36 Серобактерии (фототрофные пурпурные и зеленые бактерии, цианобактерии) обитают в пресных и солёных водах.

Энергию для синтеза органических веществ они получают, окисляя сероводород: 2 H 2 S + O 2 2H 2 O + 2S Выделяющаяся свободная сера накапливается в их клетках в виде множества крупинок.

При недостатке H 2 S серобактерии производят поэтапное окисление свободной серы до серной кислоты: S + O 2 SO 2 2SO 2 + O 2 + 2H 2 O 2 H 2 SO 4

37 Бактерии размножаются бесполым путем: ДНК в их клетке реплицируется (удваивается), клетка делится надвое, и каждая дочерняя клетка получает по одной копии родительской ДНК.

38 Отчасти в силу мелких размеров бактерий интенсивность их метаболизма очень высока. При самых благоприятных условиях некоторые бактерии могут удваивать свою общую массу и численность примерно каждые 20 мин.

Это объясняется тем, что ряд их важнейших ферментных систем функционирует с очень высокой скоростью.

Однако в естественной среде, например в почве, большинство бактерий находится «на голодном пайке», поэтому если их клетки и делятся, то не каждые 20 мин., а раз в несколько дней.

39 Бактерий много в почве, на дне озер и океанов – повсюду, где накапливается органическое вещество. Они живут в холоде, когда столбик термометра чуть превышает нулевую отметку, и в горячих кислотных источниках с температурой выше 90° С.

40 Некоторые бактерии переносят очень высокую соленость среды; в частности, это единственные организмы, обнаруженные в Мертвом море. При этом бактерии и протисты составляют почти 90% биомассы океана.

41 В атмосфере они присутствуют в каплях воды, и их обилие там обычно зависит от запыленности воздуха. Так, в городах дождевая вода содержит гораздо больше бактерий, чем в сельской местности. В холодном воздухе высокогорий и полярных областей их мало.

42 Густо заселен бактериями пищеварительный тракт животных. Этот симбиоз организмов взаимовыгоден. У жвачных (коров, антилоп, овец и др.) и многих растительноядных животных бактерии участвуют в переваривании растительной пищи.

43 Кроме того, иммунная система животного, выращенного в стерильных условиях, не развивается нормально из-за отсутствия стимуляции бактериями. Нормальная «бактериофлора» кишечника важна и для подавления попадающих туда вредных микроорганизмов (особенно у животных, питающихся падалью)

44 В настоящее время бактерии применяются пищевой отраслью в основном для производства сыров, других кисломолочных продуктов и уксуса. Главные химические реакции – образование кислот.

Так, при получении уксуса бактерии окисляют этиловый спирт, содержащийся в сидре или других жидкостях, до уксусной кислоты.

Аналогичные процессы происходят при квашении капусты: анаэробные бактерии сбраживают содержащиеся в листьях этого растения сахара до молочной кислоты, а также уксусной кислоты и различных спиртов.

45 Бактерии применяются для выщелачивания бедных руд, т.е. переведения из них в раствор солей ценных металлов (меди Cu и урана U). Пример – переработка халькопирита CuFeS 2.

Руду периодически поливают водой, в которой присутствуют хемолитотрофные бактерии. В процессе своей жизнедеятельности они окисляют серу, образуя растворимые сульфаты меди и железа: CuFeS 2 + 4O 2 CuSO 4 + FeSO 4.

Такие технологии значительно упрощают получение из руд ценных металлов.

46 Бактерии служат также для превращения отходов, например сточных вод, в менее опасные или даже полезные продукты.

47 Сточные воды – одна из острых проблем современного человечества. Их полная минерализация требует огромных количеств кислорода, который используется для полного разложения органики, и одним из конечных продуктов процесса в наиболее благоприятных случаях становится питьевая вода. Остающийся по ходу дела нерастворимый осадок можно подвергнуть анаэробному брожению.

48 Бактерии приносят не только пользу; борьба с их массовым размножением, например в пищевых продуктах или в водных системах целлюлозно-бумажных предприятий, превратилась в целое направление деятельности.

Бактерии

ЦАРСТВО ДРОБЯНКИ

В царство Дробянки входят прокариотические организмы, клетки которых не имеют ограниченного оболочкой ядра. Царство подразделено на три подцарства: Архебактерии, Настоящие бактерии и Оксифотобактерии.

Подцарство Настоящие бактерий (Эубактерии)

Строение Бактерии – это микроскопически малые организмы не имеющие ограниченного оболочкой ядра.

По форме и особенностям объединения клеток различают несколько морфологических групп настоящих бактерий: кокки, имеющие шарообразную форму; стрептококки образованы кокками, объединенными в цепочки; стафилококки – скопления кокков в виде виноградной грозди; бациллы, иди палочки, – вытянутые по форме клеток бактерии; вибрионы – дугообразно изогнутые бактерии; спириллы – бактерии с вытянутой шпорообразно извитой формой и т. д. На поверхности некоторых клеток бактерий заметны разного рода жгутики и ворсинки. С помощью жгутиков и ворсинок бактерии передвигаются. Некоторые бактерии перемещаются, выбрасывая слизь. Клеточная стенка Прочная, у многих бактерий сверху окружена слоем слизи, образующим капсулу, защищающую организм от неблагоприятных воздействий. В цитоплазме бактерий иногда заметны включения запасных питательных веществ. Бактерии способны в неблагоприятных условиях образовывать споры. Особенности обмена веществ

Большинство бактерийгетеротрофы. Сапрофиты – используют для питания готовые органические вещества мертвых организмов или продукты жизнедеятельностиживотных и растений.

Паразиты – живут за счет питательных веществ других организмов, в теле которых они обитают. К ним относятся все болезнетворные бактерии.

Другие гетеротрофные бактерии получают энергию путем кислородного или бескислородного окисления органических соединений (молочнокислые бактерии, маслянокислые бактерии, метанообразующие)

Автотрофных бактерий подрааделяют на фототрофов, для которых источником энергии служит солнечный свет, и хемотрофов, использующих для синтеза собственных органических соединений энергию реакций окисления или восстановления неорганических молекул.

Отдел бактерии (Т.Л. Богданова. Биология. Задания и упражнения. Пособие для поступающих в ВУЗы. М.,1991)

Строение тела	Строение клетки	Размножение	Среда обитания
Одноклеточное. Форма: шаровидная (кокки), палочковидная (бациллы), спиралевидная (спириллы), изогнутая (вибрионы). Некоторые клетки имеют один или несколько жгутиков – это подвижные бактерии. Встречаются и колониальные формы	Прокариотическое: нет оформленного ядра, митохондрий, .пластид. В центре цитоплазмы – нуклеоид, содержащий одну хромосому с молекулой ДНК; мембраной от цитоплазмы не отделен. Внутри клетки мембран ные структуры разного назначения: одни выполняют функции ЭС, другие – митохондрий, аппарата Гольджи; имеются рибосомы. Цитоплазма покрыта наружной мембраной и плотной клеточной стен кой. Иногда клетка по гружена и полужидкуюколлоидную капсулу	Деление клетки: сначала делится нуклеоид, за тем цитоплазма. Скорость размножения зависит от внешней среды – при благоприятных условиях деление происходит каждые 20-30 мин. Половой процесс – конъюгация, наблюдается у кишечной палочки. Споры, у бактерий служат не для размножения, а для перенесения неблагоприятных условий, таккак они защищены толстыми оболочками	В воздухе: бактерии поднимаются в верхние слои биосферы до 30 км и больше над промышленными городами, меньше в сельской местности. По воздуху распространяются возбудители ангины, скарлатины, туберкуле за.В почве: больше всего бактерий сосредоточено в окультуренном черноземе: с 1 г почвы 2,5-3 млрд. Играют большую роль в почвообразовании ('азотобактерии, нитрифицирующие бактерии, гнилостные).В воде: в поверхностных слоях воды открытых водоемов, особенно в черте города и пригородов. Служат источниками инфекционных болезней (дизентерия, холера, бруцеллез). Полезные водные бактерии минерализуют органические остатки. В живых организмах: бактерии бывают болезнетворными и симбиотическими. Болезнетворные попадают в организм из внешней среды, но лишь в благоприятных для них условиях вызывают заболевание. Симбиотические живут в органах пищеварения, помогая расщеплять и усваивать пищу (животным ичеловеку)

Значение бактерий в природе и хозяйственной деятельности человека (Т.Л. Богданова. Биология. Задания и упражнения. Пособие для поступающих в ВУЗы. М.,1991)

Представители	Значение в природе и хозяйственной деятельности человека
Бактерии молочнокислого брожения (гетеротрофные сапротрофы)	Положительное: приготовление молочнокислых продуктов (творог, простокваша, масло, сметана), силосование кормов, закваска капусты, засолкаогурцов и помидоров. Отрицательное: порча продуктов.
Бактерии уксуснокислого брожения (гетеротрофные сапротрофы)	Положительное: окисление спирта в уксусную кислоту, которая применяется для маринования, консервирования плодов и овощей.Отрицательное: порча продуктов
Бактерии гнилостные (гетеротрофные сапротрофы)	Положительное: санитарная роль – минерализация органических остатков. Отрицательное: порча продуктов; во избежание гниения применяют сушку, соление, маринование, стерилизацию,пастеризацию, засахаривание
Бактерии болезнетворные (гетеротрофные паразиты)	Вызывают инфекционные заболевания человека, животных. Для борьбы с ними применяют антибиотики, бактериофаги, прививки, а также организуют профилактическую работу по ликвидации очагов заражения, закаливают организм, соблюдают правила санитарии и гигиены организма
Бактерии клубеньковые (гетеротрофные симбионты)	Клубеньковые бактерии проникают в корни бобовых растений (клевер, люпин, люцерна и др.) и вступают с ними в симбиоз. В результате на корнях образуются опухоли – клубеньки, заполненные бактериями, которые из атмосферного азота синтезируют азотистые соединения, доступные как растению-хозяину, так и другим растениям. Это природное обогащение почвы азотными удобрениями учитывается при составлении полевых севооборотов, куда обязательно включают бобовые растения

Бактерии: их строение и размножение, питание и дыхание, систематика и значение

Бактерии относятся к царству организмов, которые обитают на нашей планете со времен ее создания. Это прокариоты. Их особенность в том, что они не имеют четко оформленного ядра.

Микроорганизмы обитают повсюду, они занимают очень важное место как в природе, так и в жизнедеятельности человека. Основной критерий, по которому классифицируются простейшие организмы, – это полезные они или вредные.

Полезные бактерии участвуют в фотосинтезе растений, обитают в желудке человека, применяются в промышленности.

Направление в науке под названием микробиология занимается изучением строения, размножения, классификации и систематики микроорганизмов. Бактерий на Земле очень много. Ученые-микробиологи выделяют до десяти тысяч видов прокариотов.

Они совсем разные, отличаются свойствами, особенностями питания, строением. Одни используются в промышленности, другие необходимы для поддержания дыхания растений, третьи обитают внутри человека, обеспечивая правильное функционирование систем и органов.

Есть микроорганизмы, способные выдерживать очень сильную радиацию, а есть те, что гибнут при низких температурах.

Строение бактерий

Большинство бактерий, их строение и размножение изучается микробиологами, относится к одноклеточным прокариотам. Только несколько видов состоят из двух и больше клеток. По форме микроорганизмы могут быть:

• круглыми;
• в виде палочек;
• извитыми;
• звездочкообразными;
• кубическими.

Очень редко встречаются прокариоты других форм, например, овальные, С-образные. Именно форма во многом определяет свойства простейших организмов. В зависимости от строения микроорганизмов они могут обладать такими свойствами: подвижность, возможность прикрепления к поверхности, стойкость к воздействию окружающей среды. От строения также зависит размножение и питание бактерий.

Основные составляющие прокариотов:

• Плазматическая мембрана не имеет различий с мембраной в клетках эукариотов.
• Мезосома. С ее помощью прикрепляется наследственный материал.
• Нуклеотид – не до конца сформированное ядро прокариотов, в котором содержатся хромосомы.
• Рибосомы – немембранные органоиды, которые занимают до 40% клетки.

В строении бактерий есть также такие компоненты, как слизистый чехол, стенка клетки, капсула. Некоторые микроорганизмы могут иметь также дополнительные ворсинки и жгутики, которые облегчают передвижение простейших, их прикрепление к поверхностям.

Вместо ядра в клетки бактерий есть нуклеотид. Это молекула, которая отвечает за перенос генетической информации, включает в себя также плазмиды. Одноклеточные микроорганизмы не имеют в своем составе таких мембранных органоидов, как аппарат Гольджи, митохондрии.

Метаболизм бактерий

В клетках бактерий, как и других организмов, должен осуществляться синтез белков, липидов и углеродов.

Метаболизм одноклеточных организмов, как и их строение, отличается от процессов, протекающих в клетках эукариотов. Выделяют автотрофы и гетеротрофы.

Первые из них способны синтезировать необходимые для нормальной жизнедеятельности вещества из неорганических соединений. Гетеротрофы только трансформируют органические вещества.

К гетеротрофам относятся преимущественно паразиты. Они полностью питаются за счет веществ, поступающих в клетки хозяина. Есть еще сапрофиты. Они используют в своих целях синтезированные уже умершими организмами вещества. Микробиологи, кроме конструктивного, выделяют и энергетический метаболизм. Энергию бактерии получают за счет фотосинтеза, брожения, дыхания.

• Брожение – реакция, в результате которой образовываются специальные молекулы. Их значение в том, что они переносят остатки фосфорной кислоты на АДФ.
• Дыхание – процесс, в результате которого синтезируется АТФ. Если эукариотические клетки используют для дыхания кислород, то прокариотические могут дышать за счет минеральных или органических соединений.
• Фотосинтез микроорганизмов может осуществляться с участием кислорода или без него. Вместо кислорода некоторые бактерии используют для фотосинтеза бактериохлорофилл, что обусловлено их строением.

Бактерии, которые могут осуществлять фотосинтез только бескислородным способом, лишены фотосистемы. Совсем недавно ученые выделили группу микроорганизмов, которые получают необходимую для нормальной жизнедеятельности энергию из реакций, в которых применяется водород.

Как микроорганизмы передают наследственный материал

Есть три основных способа, которыми бактерии передают наследственный материал. Они зависят от строения прокариотов.

• Трансформация. Это когда доноры бактерий передают их наследственную информацию непосредственно реципиентам.
• Трансдукция – процесс передачи наследственного материала от бактерии-донора бактерии-реципиенту посредством фагов.
• Конъюгация. Это когда генетическая информация передается од одной бактерии другой при их непосредственном контакте.

Большинство микроорганизмов из числа прокариотов размножаются не половым путем, а при помощи почкования или деления.

Есть разница в том, как размножаются грамположительные и грамотрицательные микроорганизмы, что обусловлено особенностями строения. Для простейших организмов характерно и половое размножение, но только в самой примитивной форме.

Их клетки даже не сливаются. Обмен наследственным материалом происходит в процессе генетической рекомбинации.

В результате слияния двух донорских клеток образуется одна клетка, которая содержит генетическую информацию их обеих. В результате смещения генов происходит образование качественно нового одноклеточного организма, что необходимо для нормального протекания их эволюции.

Генетический аппарат

За систематику микроорганизмов, их специфичность как вида, функции отвечают гены. В клетках прокариотов гены располагаются в хромосоме, единственной замкнутой молекуле ДНК.

Благодаря специфическому строению бактерий в их клетке сопряжены процессы трансляции и транскрипции.

МРНК, которая только синтезировалась, сразу же связывается с рибосомами, так как область, где располагается хромосома, не окружена мембраной.

Носителем генетической информации являются также плазмиды. Это замкнутая в кольцо ДНК, содержащая гены, которые проявляются только в специфических условиях.

В бактериях гены переносятся горизонтально. Когда происходит процесс конъюгации, перенос генетической информации происходит непосредственно от донора к реципиенту. В процессе горизонтального переноса не происходит образование новых генов, это характерно для мутации, но имеет место образование генных сочетаний.

Бактерии отличаются от других организмов особенностями строения, размножения, жизнедеятельности. Именно от этого зависит, к какому виду и ряду они будут относиться.

Знания из микробиологии необходимы также для того, чтобы иметь возможность определить заболевание, так как есть ряд бактерий, которые вызывают их развитие. Изучение одноклеточных микроорганизмов необходимо, так как их значение в природе и жизни человека невозможно переоценить.

Существует очень большое количество разнообразных микроорганизмов, но все они имеют свои отличия и характерные признаки.

Образование высшее филологическое. В копирайтинге с 2012 г., также занимаюсь редактированием/размещением статей. Увлечения — психология и кулинария.