Бактериальные удобрения. Микробиология растений

Микробиология

КУРС ЛЕКЦИИ

ПО дисциплине - «Микробиология

и иммунология».

Для специальности 111100.62-Зоотехния

Микробиология (от греч. micros - малый, bios - жизнь, logos -чение) - наука о мельчайших, не видимых простым глазом организмах, названных микроорганизмами или микробами.

Микробы представляют собой самостоятельную обширную группу низших, в большинстве своем одноклеточных организмов, генетически связанных с растительным и животным мирами. Для изучения этих организмов, различимых только при увеличении в сотни и тысячи раз, разработаны совершенно оригинальные методы исследования.

Микробиология изучает строение, физиологию, биохимию, генетику и экологию микроорганизмов, их взаимоотношения с окружающей средой и значение в жизни человека, животных и всей биосферы.

Своим успешным развитием микробиология обязана в первую очередь достижениям физики и химии, позволившим расшифровать некоторые особенности обмена веществ. Благодаря электронной микроскопии изучена тонкая структура бактериальной клетки. Химия дала много новых аналитических методов исследования, что заставило пересмотреть механизмы и сущность энергетического обмена, биосинтеза ряда веществ. В свою очередь, неоценим вклад микробиологии в генетику, биохимию, молекулярную биологию. Использование микроорганизмов в качестве генетических и биохимических объектов открыло новую эпоху в естествознании. С достижениями в микробиологии связано решение многих теоретических проблем общей биологии и медицины, а также их практического применения. На микроорганизмах впервые была установлена роль ДНК в передаче наследственной информации, доказаны сложная структура гена и взаимосвязь мутационных процессов со структурой ДНК. Изучение жизнедеятельности микроорганизмов выявило их способность (высокую активность) к синтезу весьма ценных соединений, имеющих большое практическое значение.

В зависимости от экологических особенностей микробов, условий их обитания, сложившихся в процессе эволюции различных взаимоотношений микробов и окружающей среды, наконец, в зависимости от практических потребностей человека наука о микробах в своем развитии дифференцировалась на специальные дисциплины.

Общая микробиология изучает общие закономерности строения, развития и жизнедеятельности микроорганизмов, их роль в природе, генетику, а также вопросы систематики и классификации. Она является базовой для всех других отраслевых разделов микробиологии.

Промышленная (техническая) микробиология изучает микроорганизмы, используемые в различных отраслях промышленности с целью получения пищевых продуктов, спирта, ферментов, аминокислот, витаминов, антибиотиков, кормового белка и других биологически активных веществ, а также разрабатывает способы предохранения продуктов и сырья от порчи их микроорганизмами.

Космическая микробиология изучает влияние космических условий на жизнедеятельность микроорганизмов.

Геологическая микробиология изучает роль микроорганизмов в образовании и разложении руд, извлечении и получении из этих руд металлов, образовании полезных ископаемых, круговороте наиболее важных биогенных элементов.

Сельскохозяйственная микробиология изучает микроорганизмы, участвующие в формировании почвенных структур, повышении плодородия почв, создании бактериальных удобрений, а также вызывающие болезни сельскохозяйственных культур и меры борьбы с ними. Кроме того, разрабатывает методы консервирования кормов с помощью микробов (силосование и др.).

Медицинская микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие инфекционные болезни человека, и разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения этих болезней специальными препаратами (сыворотки, вакцины и др.), а также условия сохранения патогенных микробов в окружающей среде, пути и механизмы их распространения.

Ветеринарная микробиология изучает микроорганизмы, вызывающие инфекционные болезни сельскохозяйственных, промысловых и диких животных, птиц, рыб, пчел, а также общие для животных и человека (зооантропонозы). Кроме того, роль микроорганизмов в животноводстве (микрофлору кормов, желудочно-кишечного тракта) и технологиях получения пищевых продуктов животного происхождения.

В самостоятельные дисциплины из ветеринарной микробиологии выделились иммунология, вирусология, санитарная микробиология, микология.

Иммунология изучает закономерности проявления, механизмы и способы управления иммунитетом, антигены и антитела, вопросы аллергии, диагностики, специфической профилактики и терапии.

Вирусология изучает микроорганизмы, не имеющие клеточной структуры, - вирусы, их природу, химический состав взаимоотношения с клеткой хозяина, механизмы внутриклеточного паразитизма и др. Вирусы поражают людей, животных растения, а также бактерии и другие микроорганизмы. Вместе с тем их используют как одну из основных моделей в генетике и молекулярной биологии. Вирусология обладает собственными методами исследования.

Санитарная микробиология занимается вопросами выживания патогенных и условно-патогенных микробов в окружающей среде, разрабатывает методы санитарно-бактериологического контроля объектов окружающей среды (воды, воздуха, почвы, навоза, кормов, молока и др.) и методы их оздоровления.

Микология (от греч. mykes - гриб и logos - наука) - наука о грибах получила начало во второй половине XVIII., в настоящее время сформировалась полностью как самостоятельная.

Ветеринарная микробиология тесно связана с медицинской, своими задачами и методами их решений, но применительно к животным. Недаром говорят, что они взаимодополняют друг друга: «медицинский врач лечит человека, а ветеринарный человечество». Микробиология как наука всегда стояла на страже здоровья человека.

В настоящее время в РФ имеется большое количество научно-исследовательских институтов, проблемных лабораторий, развита сеть республиканских, областных, межрайонных и районных ветеринарных лабораторий. Микробиологические проблемы изучают на кафедрах микробиологии в ветеринарных вузах и на ветеринарных факультетах сельскохозяйственных вузов страны. Микробиологические методы исследования применяют в ряде смежных дисциплин: эпизоотологии, ветеринарно-санитарной экспертизе, акушерстве, хирургии, фармакологии и др. Овладение столь обширными микробиологическими знаниями и методами необходимо для формирования профессионального мышления ветеринарного врача широкого профиля.

Главные задачи современной микробиологии составляют углубленное изучение молекулярной организации и метаболизма микроорганизмов, микробиологического синтеза новых ценных продуктов, влияния факторов среды на жизнедеятельность микроорганизмов; изыскание специфических средств борьбы с инфекционными болезнями человеке, животных и растений.

КРАТКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ МИКРОБИОЛОГИИ.

На Протяжении тысячелетий человек жил в окружении невидимых существ, бессознательно использовал продукты их жизнедеятельности, основой которых служили процессы молочнокислого, спиртового уксуснокислого брожений. Страдал от них, когда эти существа были причиной болезни, но не подозревал об их присутствии, так как их размеры много ниже предела видимости человеческого глаза.

Предположения о том, что брожение, гниение и заразные (инфекционные) болезни - результат воздействия невидимых существ, были выдвинуты Гиппократом (460-377гг. до н.э.), Лукрецием (96-55 гг. до н.э.), Вергилием (70-19 гг. до н.э.). Итальянский врач и астроном Д. Фракастро (1478-1553), А. Кирхер (начало XVII в.) пришли к заключению, что болезни от человека к человеку передаются мельчайшими живыми существами, но доказать этого не могли.

Возникновение микробиологии как науки стало возможным после изобретения микроскопа. Первым, кто увидел и описал микроорганизмы, был голландский натуралист Антоны ван Левенгук (1632—1723), который сконструировал прибор (микроскоп), дававший увеличение до 300 раз. В микроскоп он рассматривал воду из пруда, настои, кровь, зубной налет и многое другое. В рассматриваемых объектах он обнаруживал мельчайшие существа, названные им живыми зверьками, которые имели шаровидные, палочковидные и извитые формы. Книга «Тайны природы, открытые А. Левенгуком» (1695) привлекла внимание ученых многих стран и побудила к изучению микроорганизмов. Открытие Левенгука положило начало возникновению и развитию микробиологии. Однако исследования в течение многих десятилетий сводились лишь к описанию различных форм микроорганизмов.

Период с конца XVII в. до середины XIX в. вошел в историю как описательный, или морфологический, так как роль микроорганизмов в природе, жизни животных и человека оставалась невыясненной, но тем не менее он создал условия для перехода к следующему этапу.

Бурное развитие микробиологии начинается со второй половины XIX в. благодаря работам выдающегося французского ученого-химика Луи Пастера (1822—1895), который открыл сущность природы брожения и положил начало физиологическому периоду. В то время в науке господствовала теория Ю.Либиха, утверждавшая, что брожение и гниение процессов, обусловленных действием ферментов, и представляют собой чисто химическое явление без участия микроорганизмов. Л. Пастер доказал, что причина брожения и гниения это микроорганизмы, вырабатывающие различные ферменты. Каждый бродильный процесс обусловлен жизнедеятельностью специфического возбудителя; гниение вызывается группой гнилостных бактерий и т. д. Изучая маслянокислое брожение, Пастер установил, что Вас. butyricum развивается при отсутствии кислорода, и тем самым открыл явление анаэробиоза.

С именем Л. Пастера связано решение вопроса о самопроизвольном зарождении жизни. Он экспериментально доказал, что при абсолютной стерильности питательных растворов и исключении последующего загрязнения в них невозможно появление микробов и развитие гниения. Жизнь возникает тогда, писал Л. Пастер, когда микроорганизмы в питательный раствор проникают извне.

В 1865 г. Л. Пастер установил, что порча вина и пива обусловлены попаданием в сусло микроорганизмов или диких дрожжей, и для предупреждения их размножения предложил нагревать вино и пиво до 100 С. Этот способ получил название пастеризация.

Историческая справедливость требует отметить, что в XVIII в., еще задолго до Л. Пастера, выдающийся русский ученый М. Тереховский (1740—1796) применял кипячение как метод стерилизации в своих опытах, поставленных с целью решения вопроса о самозарождении. Анализируя условия появления живых организмов в различных настоях, он пришел к выводу, что их образование в средах, подвергнутых кипячению, не происходит. Благодаря этим открытиям возникли антисептика и асептика в хирургии.

В 1868 г. Л. Пастер установил, что болезнь шелковичных червей вызывают особые микроорганизмы. Для борьбы с ними он предложил простой и эффективный метод: всех больных чер­вей (гусениц) - производителей шелка - уничтожать и заменять здоровыми бабочками.

Занимаясь изучением природы заразных болезней, Пастер открыл возбудителя холеры кур, стафилококки, стрептококки, воз­будителя рожи свиней, установил этиологию сибирской язвы. Он обнаружил важное свойство патогенных микроорганизмов - способность к ослаблению вирулентности. На этой основе им была разработана стройная теория ослабления вирулентности микроорганизмов. Пастер успешно использовал ослабленные культуры для прививок против инфекционных болезней. Культуры микроорганизмов с ослабленной вирулентностью были названы вакцинами, а метод прививок - вакцинацией. Л. Пастер предложил методы получения вакцин против холеры кур, сибирской язвы, бешенства. С этого времени в микробиологии наступила иммунологическая эра. Основателями иммунологии были И.И.Мечников (1845—1916), Эмиль Беринг (1854—1917) и Пауль Эрлих (1854-1915).

Идея предохранения людей от заразных болезней не была новой. За много лет до работ Пастера английский врач Э. Дженнер (1749-1823) разработал метод предохранительных прививок против оспы. Заражая людей коровьей оспой, он по существу разрешил проблему борьбы с оспой человека. Однако сущность этого метода была разгадана Л. Пастером только через 100 лет.

При изучении сибирской язвы Пастером в результате культивирования сибиреязвенных бацилл при температуре 42,5С был получен низковирулентный вакцинный штамм.

Вершина деятельности Пастера - исследования по борьбе с бешенством. Многочисленные попытки выделить возбудителя на искусственной среде или хотя бы увидеть его под микроскопом оказались безрезультатными. Поэтому в качестве исходного материала для приготовления вакцины был использован мозг кроликов, зараженных суспензией из мозга собаки, погибшей от бешенства. Путем многократных пассажей через мозг кролика был получен возбудитель со стабильными свойствами (virus fixe), который послужил исходным материалом для изготовления антирабических (rabies - бешенство) вакцин. Опыты предохранения собак от заражения бешенством с помощью таких вакцин дали хороший результат. Однако испытать вакцину на человеке Л. Пастер долго не соглашался. Все же он решился вакцинировать ребенка, сильно искусанного бешеной собакой, и тем спас его от неизбежной смерти.

Успех Л. Пастера стал сенсацией. В Париж из разных стран начали прибывать люди, искусанные бешеными животными. Одной из первых стран, где было налажено производство антирабической вакцины по методу Л. Пастера и прививки для предупреждения бешенства, была Россия. В июне 1886г. И.И.Мечников и Н. Ф. Гамалея организовали в Одессе Пастеровскую станцию.

Человечество высоко чтит выдающиеся заслуги и память Луи Пастера. На средства, собранные по международной подписке, в 1888 г. в Париже был открыт Пастеровский институт, остающийся до настоящего времени крупнейшим центром микробиологических исследований. Имя Л. Пастера присвоено многим научно-исследовательским институтам в различных странах мира и нашей стране.

Ценный вклад в новую науку - микробиологию наряду с Пастером внес немецкий ученый Роберт Кох (1843-1910). Им разработаны методы микробиологических исследований. Впервые в практике лабораторных исследований были предложены плотные питательные среды мясопептонный желатин и мясопептонный агар, что позволило выделять и изучать чистые культуры микробов. Кох разработал методы окраски микробов анилиновыми красителями, применил для микроскопии иммерсионную систему и конденсор Аббе, а также микрофотографирование, научно обосновал теорию и практику дезинфекции. Велики его заслуги в изучений микроорганизмов как возбудителей заразных болезней. Koх выявил возбудителя сибирской язвы (1876), туберкулеза (1882), холеры человека (1883), изобрел туберкулин. Им была создана школа бактериологов, из которой вышли Э. Беринг, Ф. Леффлер.

Отечественные ученые обогатили микробиологию рядом крупнейших открытий. Многие из них стали основоположниками новых направлений благодаря энтузиазму, трудолюбию, любви к науке и своей родине.

Одним из первых «охотником за микробами» в Европе и России был русский врач Данило Самойлович. Во время эпидемии чумы в Москве в 1771 г. он пытался найти возбудителя этого заболевания. Обладая качествами бесстрашного исследователя, он заразил себя гноем больных чтобы доказать возможность предохранения людей от чумы с помощью прививок. Умер Самойлович во время эпидемии чумы в Таганроге.

На ранних этапах развития микробиологии имели значение работы Л. С. Ценковского, который в 1856 г. опубликовал классический труд «О низших водорослях и инфузориях». Л. С. Ценковский на основе принципа аттенуаци микробов, разработанного Л. Пастером, получил свой вариант вакцинного штамма бацилл сибирской язвы. Его вакцины I и II против сибирской язвы (1883) многие годы использовали в ветеринарной практике.

Велика заслуга в развитии микробиологии гениального русского ученого И. И. Мечникова (1845-1916). К числу важнейших достижений в области микробиологии относятся его исследования патогенеза холеры человека, сифилиса, туберкулеза, возвратного тифа.

На принципе антагонизма им была обоснована теория долголетия и предложено для продления человеческой жизни использовать простоквашу, впоследствии названную мечниковской. В 1886 г. он совместно с Н. Ф. Гамалея организовал первую в России Одесскую бактериологическую станцию.

И. И. Мечников создал новое направление в микробиологии иммунологию - учение о невосприимчивости организма к инфекционным болезням (иммунитет). Им создана фагоцитарная теория иммунитета, раскрыта сущность воспаления как защитной реакции организма. Немало учеников Мечникова впоследствии стали крупными микробиологами: Н. Ф. Гамалея, А. М. Безредка, Л. А. Тарасевич, Г. Н. Габричевский и др.

Велика роль в становлении микробиологии Н. Ф. Гамалеи (1859-1949). Его научные работы посвящены изучению инфекции и иммунитета, изменчивости бактерий, профилактике сыпного тифа, холеры, туберкулеза и других болезней. Гамалея впервые в 1893 г. наблюдал и описал явление спонтанного лизиса бактерий под влиянием неизвестного в то время агента - бактериофага, принимал активное участие в создании первой бактериологической станции в России и ввел в практику прививку против бешенства.

Г. Н. Габричевский (1860-1907) первым начал читать курс бактериологии в Московском университете. В 1893 г. он выпустил учебник «Медицинская микробиология», в 1895 г. создал в Москве первый бактериологический институт. С первых дней работы института Г. Н. Габричевский приступил к изготовлению противодифтерийной сыворотки, затем внедрил ее во врачебную практику. Он установил значение гемолитического стрептококка как возбудителя скарлатины, разработал и предложил вакцину, изучил его роль в патологии человека.

Многим обязана микробиология русскому ученому Д. И. Ивановскому (1864-1920), создателю нового направления — вирусологии. В 1892 г. им был открыт возбудитель мозаичной болезни табака, получивший название фильтрующегося вируса.

Основоположник общей и почвенной микробиологии С. Н. Виноградский (1856-1953) разработал накопительные питательные среды, выделил и изучил азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии почвы, установил роль микробов в круговороте азота, углерода, фосфора, железа и серы; впервые доказал существование бактерий, самостоятельно синтезирующих органические вещества, что позволило открыть новый тип питания микробов аутотрофизм.

Славную страницу в историю ветеринарной микробиологии внесли отечественные микробиологи Е. М. Земмер, И. И. Щукевич, И. М. Садовский, А. В. Дедюлин, А. В. Конев, А. А. Раевский и многие другие. Большой вклад в развитие ветеринарной микробиологии по изучению патогенеза, разработке диагностики и средств специфической профилактики многих инфекционных болезней животных внесли Г. М. Андреевский, П. Н. Андреев, А. М. Владимиров, С. В. Вышелесский, Д. С. Руженцев, М. Г. Тартаковский и многие другие.

Н. А. Михин (1872-1946) - один из основоположников ветеринарной микробиологии в нашей стране - открыл возбудителя лептоспироза крупного рогатого скота, разработал методику изготовления формолвакцины против сальмонеллеза телят и противоколибактериозной сыворотки, а также методику гипериммунизации лошадей при получении противосибиреязвенной сыворотки. Он является автором первого в стране учебника «Курс частной микробиологии для ветеринарных врачей и студентов».

МИКРОФЛОРА ПОЧВЫ, НАВОЗА

В почве живут и развиваются самые разнообразные микроорганизмы: амебы, инфузории, грибы, водоросли, актиномицеты и бактерии. Из структурных частей почвы для микробиологии особый интерес представляет ее органическое вещество - гумус, состоящий из остатков животных и растительных организмов и обитающих в почве микробов. Поверхностный слой почвы беднее микробами, так как на них вредно воздействуют факторы внешней среды: высушивание, ультрафиолетовое излучение, солнечный свет, повышенная температура и др. Наиболее многочисленны микроорганизмы в верхнем 5...15-сантиметровом слое, меньше их на глубине 20...30 и минимальное на глубине 30...40 см. Однако бактерии были найдены в почве даже на глубине 5 м. Почвы, богатые бактериями, биологически более активны. Между плодородием почвы и содержанием в ней микроорганизмов имеется определенная зависимость.

Наиболее богаты микрофлорой возделываемые (культурные) почвы; бедны - песчаные, горные, а также почвы, лишенные растительности; содержание микробов в почве увеличивается с севера на юг. Цвет и запах почвы зависят также от состава микроорганизмов. Запах почве придают определенные виды актиномицетов.

В ряде случаев почва представляет собой резервуар для некоторых патогенных микробов, попадающих в нее с выделениями больных животных или трупами. Длительность выживаемости в почве патогенных бактерий зависит от их биологических свойств и условий среды обитания. Наиболее длительно живут спорообразующие микробы - возбудители столбняка, злокачественного отека, ботулизма; споры бацилл сибирской язвы могут сохранять­ся на протяжении десятилетий. При благоприятных условиях микробы в почве не только выживают, но и долго (недели, месяцы и даже годы) сохраняют вирулентные свойства.

Микрофлора навоза. Навоз - ценное удобрение, повышающее плодородие почв и улучшающее их структуру. Ввиду содержания в нем значительного количества органических соединений он служит хорошей средой для развития сапрофитных и некоторых патогенных микробов, которые могут в нем длительное время сохранять жизнеспособность (поэтому свежий навоз в качестве удобрения не применяют). Состав микрофлоры обусловлен теми видами микроорганизмов, которые обитают в кишечнике животных.

В настоящее время приняты два способа хранения навоза - в штабелях и в специальных траншеях-навозохранилищах, что способствует интенсивному размножению в нем термофильных микробов, создающих высокую температуру, за счет которой происходит санирование навоза, т. е. гибель патогенных микробов и гельминтов, что необходимо в проведении профилактических и оздоровительных мероприятий в отношении инфекционных и инвазионных болезней сельскохозяйственных животных. Такой метод обеззараживания навоза называется биотермическим, он повсеместно используется в животноводческой практике.

МИКРОФЛОРА ВОДЫ

Изучением водных сообществ занимается гидробиология. Возрастающий дефицит пресной воды на Земле заставляет обратить серьезное внимание на процессы формирования экосистемы в водоеме и переработку водными микроорганизмами поступающих в водоем загрязнений. Вода - естественная среда обитания микронов, основная масса которых поступает из почвы, воздуха с оседающей пылью, с отбросами, стоками промышленных и животноводческих объектов и т. д. Особенно много микроорганизмов в открытых водоемах и реках, нередко встречаются они в илистых отложениях океанов, морей, болот, минеральных водах. Их находят как в поверхностных слоях, так и на глубине до 10 тыс. м.

Качественный состав обитающих в воде микроорганизмов зависит в основном от свойств самой воды, поступления в нее сточных и промышленных отходов.

МИКРОФЛОРА ВОЗДУХА

Микрофлора воздуха зависит от микрофлоры почвы и воды, откуда микробы вместе с пылью и капельками влаги попадают в атмосферу. Воздух - неблагоприятная среда для размножения микроорганизмов. Отсутствие питательных веществ, солнечные лучи и высушивание обусловливают быструю гибель микроорганизмов. Вследствие этого микрофлора воздуха менее обильна, чем микрофлора почвы и воды.

Состав микробов воздуха весьма разнообразен - это пигментные сапрофитные бактерии (микрококки, сардины), споровые (сенная, картофельная палочки и др.), актиномицеты, плесневые, дрожжевые грибы и др. В животноводческих помещениях воздушная среда загрязняется микробами во время раздачи кормов, особенно грубых, при чихании, кашле животных, разговоре обслуживающего персонала; попадают микробы в воздух и с частицами высохших фекалий животных. Доказано, что в 1 м3 воздуха животноводческих помещений содержится до двух и более миллионов микробных тел, в том числе и патогенных. Степень загрязнения воздуха микроорганизмами зависит от вентиляции, скученности животных, конструкции помещений, способа содержания животных и других факторов. В плохо вентилируемых помещениях число микробов в 1 м3 воздуха в 5...6 раз больше, чем в хорошо вентилируемых.

Наибольшее количество микроорганизмов содержит воздух крупных промышленных городов. Воздух же полей, лесов, лугов, а также над водными пространствами, в удалении от населенных пунктов отличается сравнительной чистотой. Значительные изменения претерпевает микрофлора воздуха в зависимости от времени года. Максимальное количество микробов обнаруживают в летнее, а минимальное - в зимнее время.

МИКРОФЛОРА ОРГАНИЗМА ЖИВОТНЫХ

После рождения животный организм вступает в контакт с различными микроорганизмами, которые проникают в дыхательные пути и заселяют желудочно-кишечный тракт. Постоянными обитателями тела животных являются микроорганизмы, одни из которых составляют облигатную микрофлору, другие присутствуют временно, попадая из почвы, воздуха, с водой и кормом.

Микрофлора кожи. Постоянные обитатели кожи - стафилококки, стрептококки, сардины, актиномицеты, микрококки, споры гнилостных и почвенных бацилл.

Из палочковидных форм обнаруживают кишечную, синегнойную, палочки протей и др. Также на коже присутствуют микробы из группы аэробов и анаэробов. Количество микробов на коже зависит от условий содержания животных: при плохом уходе на 1 см2 поверхности кожи может находиться до 1...2 млрд микробных тел.

Микрофлора вымени. Микрофлору вымени составляют преимущественно микрококки, стафилококки, стрептококки, коринебактерии. Поверхность кожи вымени из-за наличия мелких складок служит местом скопления разнообразных микробов, которые обитают в животноводческих помещениях, на пастбищах, в подстилке, кормах, на руках доярки и других объектах. При недостаточно тщательной уборке и дезинфекции помещения обычно обнаруживается более 105 микробов на 1 см2 кожи вымени, в результате чего вымя может быть одним из главных источников загрязнения выдоенного молока.

studfiles.net

Биохимия растений - Микробиология

Биохимия растений представляет собой науку о химических веществах, которые входят в состав организмов, а также изучающую их структуру, принципы распределения, способы превращения, функции и химические процессы, отвечающие за жизнедеятельность растений. Физиология и биохимия растений по общим принципам и основам сходна с биохимией животных, основанных на общих свойствах живых организмов.

У животных и растений много сходного: клеточные структуры по химическому составу, состав макромолекул, метаболические пути, ферменты и многое другое. Это сходство наглядно демонстрирует единство органического мира. Но физиология и биохимия растений, как сельскохозяйственных, так и культурных, обладает специфическими особенностями, основанными на особенностях растительных организмов.

Растения обладают исключительной основной особенностью, которая отличает их от животных и различных организмов, проявляющаяся в автотрофности. Растения усваивают солнечную энергию и впоследствии осуществляют первичный синтез соединений органического характера из Н2О, СО2 и различных минеральных веществ. Именно это и является основой науки – биохимии, изучение химических реакций фотосинтеза, а также процессы минерального питания. Фотосинтез напрямую влияет на строение и различные процессы, связанные с жизнедеятельностью растений, что досконально изучает физиология и биохимия сельскохозяйственных растений, а также культурных видов.

Особенность растений, которая связана с их автотрофностью, выражается в высоком соотношении общей поверхности растения к его объему. Эта особенность обусловлена необходимостью поглощать свет листьями, а воду и минеральные вещества разветвленной корневой системой. Такая территориально большая и разветвленная поверхность нуждается в поддержке и укреплении, что способствует развитию у растений механических тканей, прочность и твердость которым придает вырабатываемое растениями вещество – лигин, пропитывающее клеточные стенки.

Растения характеризуются неограниченным ростом, что способствует постоянному увеличению поверхности тела. Благодаря этому растительные организмы активно занимают и осваивают все большие площади воздушного, а также корневого питания. Из этого следует, что метаболические процессы в образовательных тканях никогда не прекращаются, что позволяет постоянно поддерживать жизнедеятельность всего организма.

К активному передвижению растения не способны, они не отличаются подвижным образом жизни. Но при таком существовании в условиях неподвижности необходима надежная защита от неблагоприятных и агрессивных воздействий окружающей среды. Растения успешно приспособились к подобным условиям, обеспечив себе прочную клеточную оболочку, надежные покровные ткани и специальные вещества, способствующие отпугиванию животных, агрессивных насекомых-вредителей.

Процесс фотосинтеза обеспечивает растения запасом необходимых веществ: углеводов, белков, жиров. Растения также способны синтезировать разнообразные соединения в виде гликозидов, алкалоидов, смол, фенольных соединений, эфирных масел и многого другого. Растениям не свойственно выделять продукты распада, а полезные вещества и энергию они расходуют крайне экономно. Все эти, а также многие другие процессы жизнедеятельности растений стали объектом изучения науки – биохимии растений в тесной связи с жизнедеятельностью и здоровьем человека.

mikrobiki.ru

Сельскохозяйственная микробиология» — МегаЛекции

Рабочая программа дисциплины

Микробиология

Направление подготовки

110400.62 «Агрономия»

Профиль подготовки:

«Агробизнес»

Квалификация (степень) выпускника

бакалавр

Форма обучения очная, заочная

Казань 2013

Составитель:

Даминова Аниса Илдаровна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

Пахомова Валентина Михайловна, доктор биологических наук, профессор

10.06. 2013г.

Программа составлена в соответствии с документами:

1. Федеральный государственный образовательный стандарт высшего профессионального образования по направлению подготовки 110400 Агрономия утвержденный приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 22. 12. 2009 г. № 811

2. Основная образовательная программа высшего профессионального образования по направлению подготовки 110400 Агрономия утверждена ректором ФГБОУ ВПО Казанский ГАУ 21. 04. 2011 г. (протокол № 4).

3. Рабочий учебный план по направлению подготовки 110400 Агрономия утвержден ректором Казанского ГАУ 31. 03. 2011 г. (протокол №3).

Рабочая программа обсуждена и одобрена на заседании кафедры биотехнологии, животноводства и химии 11. 06. 2013 г. (протокол № 6).

Зав. кафедрой Шарафутдинов Г.С.

Рассмотрена и одобрена на заседании методической комиссии Агрономического факультета от 17.06. 2013 г. (протокол № 11).

Пред. метод. комиссии Гилязов М.Ю.

Согласовано:

Декан Миникаев Р.В.

« » 2013 г.

Заведующий выпускающей кафедрой

растениеводства и плодоовощеводства,

д.с-х.н., проф. Амиров М.Ф.

«__» _______ 2013г.

Содержание

Аннотация ……………………………………………………………………………………….4

1. Цели и задачи освоения дисциплины……………………………………………...................4

2. Место дисциплины в структуре ООП ВПО………………………………………………….4

3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины «Микробиология»……….4

4. Содержание дисциплины

4.1. Объем дисциплины и виды учебной работы………………………………………………..5

4.2. Содержание разделов дисциплины………………………………………………………….5

4.3. Тематический план дисциплины…………………………………………………………….7

4.4. Практические занятия (семинары)…………………………………………………………..7

4.5. Лабораторные работы………………………………………………………………………...7

4.6. Самостоятельная работа………………………………………………………………………8

4.7. Примерная тематика курсовых проектов (работ)…………………………………………................8

5. Образовательные технологии……………………………………………………………………………9

6. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

6.1. Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов…........................9

6.2. Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины…………………………………………………………………………9

7. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины……………………...17

8. Средства обеспечения освоения дисциплины………………………………………………..17

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины……………………………………….17

10. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины

10.1. Рейтинговая система для оценки успеваемости студентов………………………………18

Распределение рейтинговых баллов по модулям при оценке текущей работы

студента……………………………………………………………………………………...18

11. Межкафедральное согласование смежных вопросов дисциплины……………………….19

12. Дополнения и изменения к рабочей программе на 201__ / 201 __учебный год………….19

Аннотация

Краткое содержание дисциплины: В курсе данной дисциплины изучаются общая и сельскохозяйственная микробиология. В разделе «Общая микробиология» изучаются строение и химический состав клеток микроорганизмов, их систематика, особенности энергетического и конструктивного метаболизма, пути обмена генетической информацией. В разделе «Сельскохозяйственная микробиология» изучается почвенная микробиология и практическое использование микроорганизмов в различных технологических процессах сельского хозяйства.

Цели и задачи освоения дисциплины

Целью освоения дисциплины «Микробиология» является формирование знаний по основам общей и сельскохозяйственной микробиологии и умений использования полученных знаний для решения практических задач сельскохозяйственного производства.

Задачи дисциплины:

- изучить систематику, морфологию, генетику и размножение бактерий; метаболизм микроорганизмов, участие микроорганизмов в превращениях различных соединений;

- изучить почвенные микроорганизмы и освоить методы определения их состава и активности;

- сформировать понятия о роли микроорганизмов в почвообразовательном процессе и воспроизводстве плодородия почв, микробиологических процессах при получении органических удобрений; о влиянии агротехнических приемов на почвенные микроорганизмы.

Место дисциплины в структуре ООП ВПО

Дисциплина входит в базовую часть учебного цикла – Б.3 Профессиональный цикл.

Изучение дисциплины предполагает предварительное изучение важнейших групп микроорганизмов – вирусов, бактерий и грибов, ключевые черты их организации, роль в природных процессах и значение для человека.

Дисциплина является основополагающей для изучения следующих дисциплин: физиология и биохимия растений, земледелие, агрохимия, растениеводство.

3. Требования к результатам освоения содержания дисциплины

«Микробиология»

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование элементов следующих компетенцийв соответствии с ФГОС ВПО и ООП по данному направлению подготовки:

а) выпускник должен обладать следующей профессиональной компетенцией:

ПК-4 – готовностью использовать микробиологические технологии в практике производства и переработки сельскохозяйственной продукции.

В результате освоения дисциплины обучающийся должен:

- Знать: биологию микроорганизмов, превращение микроорганизмами различных соединений и веществ (ПК-4).

- Уметь: использовать микробиологические технологии в практике производства и переработки сельскохозяйственной продукции, оценивать качество сельскохозяйственной продукции с учетом биохимических показателей и определять способ ее хранения и переработки, обосновать технологии грубых и сочных кормов (ПК-4).

- Владеть (иметь навыки): методами лабораторного анализа почв, растений и продукции растениеводства (ПК-4).

Содержание дисциплины

Объем дисциплины и виды учебной работы

Семестр – 3. Форма промежуточной аттестации – экзамен.

Для заочного обучения: семестр – 5. Форма промежуточной аттестации – экзамен.

Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы 108 часов.

Содержание разделов дисциплины

Общая микробиология»

«Систематика, морфология и размножение бактерий». Объекты микробиологии, место и роль микробиологии в системе биологических наук, роль микроорганизмов в природе и жизни человека.

Общие сведения по систематике и номенклатуре прокариот. Принципы нумерологической и филогенетической систематики.

Микроорганизмы, не имеющие клеточного строения. Морфологические типы бактерий. Ультраструктура бактериальной клетки. Споры и спорообразование. Рост и размножение бактерий.

«Генетика и селекция микроорганизмов». Механизмы модификации и мутации у бактерий, механизмы трансформации, трансдукции и конъюгации. Генетическая инженерия в микробиологии.

«Микроорганизмы и окружающая среда». Действие абиотических и биотических факторов окружающей среды на микроорганизмы. Физиологические группы микроорганизмов по отношению к факторам внешней среды. Влияние температуры, рН, доступности воды, излучения и др. на активность микроорганизмов.

«Физиология, обмен веществ и энергии у микроорганизмов». Питание бактерий. Механизмы транспорта через цитоплазматическую мембрану. Пищевые потребности. Типы питания. Ферменты и обмен веществ.

Получение энергии микроорганизмами. Роль АТФ в аккумуляции и переносе энергии. Типы энергетических процессов. Брожение. Аэробное дыхание. Анаэробное дыхание.

«Превращение соединений углерода микроорганизмами. Основные бродильные и окислительные процессы». Круговорот углерода и кислорода в биосфере. Значимость двух космических процессов – фотосинтеза и минерализации микроорганизмами органических веществ. Ассимиляция СО2 микроорганизмами. Фотосинтез и хемосинтез. Процессы минерализации органических соединений и роль различных групп микроорганизмов.

Спиртовое брожение. Возбудители спиртового брожения и их особенности. Химизм процесса. Эффект Пастера. Роль спиртового брожения в природе и жизни человека.

Молочнокислое брожение и его возбудители. Особенности молочнокислых бактерий. Гомоферментативное, гетероферментативное и бифидоброжение.

Виды брожений, вызываемых клостридиями. Маслянокислое брожение, особенности возбудителей, значение в природе, сельском хозяйстве и промышленности.

Разложение пектиновых веществ и его роль в первичной переработке лубоволокнистых растений. Микробная трансформация целлюлозы. Возбудители, химизм, значение.

«Участие микроорганизмов в круговороте азота, серы, фосфора, железа». Участие микроорганизмов в различных этапах круговорота азота. Участие микроорганизмов в круговороте серы. Превращение микроорганизмами органических соединений фосфора. Роль микроорганизмов в переводе недоступных минеральных соединений фосфора в растворимые, доступные для растений. Роль микроорганизмов в превращении соединений железа.

Сельскохозяйственная микробиология»

«Почвенная микробиология. Влияние агроприемов на почвенные микроорганизмы». Почвенные микроорганизмы. Методы определения их состава и активности. Роль микроорганизмов в почвообразовании и плодородии. Микробные ценозы различных типов почв. Влияние агроприемов на почвенные микроорганизмы.

«Взаимоотношение почвенных микроорганизмов и растений». Микроорганизмы зоны корня и их влияние на растения. Симбиоз микроорганизмов и растений. Микориза растений. Эпифитная микрофлора. Роль эпифитных микроорганизмов при хранении урожая. Развитие на растениях токсигенных грибов.

«Микробиологические землеудобрительные препараты и средства защиты растений». Биопрепараты, повышающие плодородие почв и улучшающие рост и развитие растений. Методы приготовления и использования бактериальных удобрений на основе азотфиксирующих, фосфатмобилизующих и др. бактерий.

Использование микроорганизмов и их метаболитов для защиты растений от возбудителей болезней и насекомых вредителей.

«Микробиология кормов». Использование молочнокислого брожения в кормопроизводстве. Силосование и сенажирование. Дрожжевание кормов. Применение методов биоконверсии в сельском хозяйстве.

4.3. Тематический план дисциплины

megalektsii.ru

Микробиология

Содержание:

Введение

1. Три области практического применения

2.Возникновение и развитие микробиологии

3.Связь микробиологии с другими науками

4.Практическое значение микробиологии

Заключение

Список использованной литературы

         Введение

Микробиология (от микро... и биология), наука, изучающая микроорганизмы — бактерии, микоплазмы, актиномицеты, дрожжи, микроскопические грибы и водоросли — их систематику, морфологию, физиологию, биохимию, наследственность и изменчивость, распространение и роль в круговороте веществ в природе, практическое значение.

Наука о мельчайших организмах, не видимых невооруженным глазом. Микробиология изучает строение микробов (морфология), их химическую организацию и закономерности жизнедеятельности (физиология), изменчивость и наследственность (генетика микроорганизмов), взаимоотношения с другими организмами, включая человека, и их роль в формировании биосферы. В ходе историч. развития микробиологии как наука разделилась на общую, сельскохозяйственную, ветеринарную, медицинскую и промышленную. Общая микробиология изучает закономерности жизнедеятельности микробов как организмов, а также роль микробов для поддержания жизни на Земле, в частности их участие в круговороте углерода, азота, энергии и пр.

1.Три области практического применения

Итак, микробиология — это наука, изучающая микроорганизмы, их свойства, распространение и роль в круговороте веществ в природе. Широко известны три области практического приложения микробиологических знаний, три основных направления, без которых и представить нельзя современную жизнь. Одно из этих направлений— медицинская микробиология, изучающая болезнетворные микроорганизмы и разрабатывающая методы борьбы с ними Медицинская микробиология. включает бактериологию, которая изучает бактерии — возбудители инфекционных заболеваний, микологию — раздел о болезнетворных грибках, протозоологию, объектом исследования которой являются болезнетворные одноклеточные животные организмы, и, наконец, мед. вирусологию, исследующую болезнетворные вирусы. Достоверные сведения о микробах впервые были получены во второй половине 17 в. голландским ученым А. Левенгуком, описавшим «живых зверьков» в воде, зубном налете, настоях при рассмотрении их в простейший микроскоп, увеличивавший объекты в 250—300 раз.

Другое — техническая микробиология, под «покровительством» которой находится производство спиртовых и молочных продуктов (с использованием процессов брожения), витаминов, столь необходимых человеку антибиотиков и гормонов. Техническая, или промышленная, микробиология изучает химические процессы, вызываемые микробами, которые приводят к образованию спиртов, ацетона и других продуктов, важных для человека. В последние годы широко развились также такие области технической микробиологии, как производство витаминов, аминокислот  и   антибиотиков.

 Третья самостоятельная сфера этой науки — почвенная микробиология, изучающая участие микроорганизмов в почвенных процессах в целях оптимального их использования в области сельскохозяйственного производства.

Микробиология вошла в круг научных дисциплин еще в XVII века: ее появление тесно связано с изобретением микроскопа. Золотой век микробиологии начался в конце XIX века, когда промышленное и техническое развитие человеческого общества вместе с развитием химии красящих веществ, прогрессом оптики и замечательными открытиями бактериологов произвели в медицине и медицинском мышлении настоящий революционный переворот. К отдельным звеньям этой «революции» можно отнести открытия возбудителей значительной части инфекционных заболеваний человека и животных — возбудителей, обнаруженных в своеобразном царстве микроорганизмов.

О том, что же именно относится к пестрой плеяде микроорганизмов, к сфере, контролируемой микробиологией, многие имеют не всегда точное и полное представление. С годами микробиология превратилась в обширную и сложную научную дисциплину, и причина этого лежит не в каком-нибудь искусственном ее усложнении, а в том, что были открыты группы микроорганизмов, которые никак нельзя было подогнать к какому-то единому, общему знаменателю. Это заставило разделить микробиологию на несколько специальных отделов.

Пока что выделено пять таких «провинций» в «государстве» микробиологии. Правда, ее дальнейшее развитие и дифференциация определенно говорят, что это пятичленное подразделение не окончательное. Но на сегодня оно нас вполне удовлетворяет. Вот краткое перечисление и определение упомянутых групп.

Вирусология изучает вирусы.

Бактериология занимается исследованием бактерий (специалисты считают их самыми древними обитателями Земли) и актиномицетов (одноклеточных микроорганизмов, близких по чертам организации к бактериям).

Микология исследует низшие (микроскопические) грибы.

Альгология изучает микроскопические водоросли.

Протозоология имеет объектом своего изучения простейших — одноклеточных животных, стоящих в системе классификации на грани растительного и животного мира.

Мы перечислили эти подразделения в соответствии с увеличением размеров микроорганизмов. Вирусы в сравнении с другими группами микроорганизмов неизмеримо мельче. Именно их ничтожно малая величина и дала в руки микробиологов (в период зарождения вирусологии) основную возможность отличать их от бактерий. Размеры вирусов варьируют в пределах от 20 до 300 нанометров (один нанометр равен миллионной доли миллиметра).

В «молодые годы» вирусологии для обозначения небактериального возбудителя какой-либо болезни применяли термин «фильтрующийся вирус» (от лат. virus — яд). Первоначальный термин подчеркивал своеобразное свойство возбудителей — способность проходить через фильтры, не пропускающие самые мелкие бактерии.

Дальнейшие исследования показали, что вирусы представляют особую группу инфекционных возбудителей и их изучение требует применения совершенно новых методов. В результате возникла и новая самостоятельная отрасль микробиологии —вирусология. Такое выделение было безоговорочно принято всеми учеными. Вирусологию с самого начала считали как бы младшей сестрой- бактериологии.

Однако между этими двумя отраслями науки, вернее, их объектами, есть существенное различие. Бактериологи уже сравнительно давно обнаружили наряду с болезнетворными бактериями и такие, которые просто необходимы для жизнедеятельности человека, животных и растений, для нормального протекания естественного круговорота веществ в природе и многих технологических процессов в пищевой и фармацевтической промышленности.

2.Возникновение и развитие микробиологии.

За несколько тыс. лет до возникновения Микробиология как науки человек, не зная о существовании микроорганизмов, широко применял их для приготовления кумыса и др. кисломолочных продуктов, получения вина, пива, уксуса, при силосовании кормов, мочке льна. Впервые бактерии и дрожжи увидел А. Левенгук, рассматривавший с помощью изготовленных им микроскопов зубной налёт, растительные настои, пиво и т.д. Творцом микробиологии как науки был Л. Пастер, выяснивший роль микроорганизмов в брожениях (виноделие, пивоварение) и в возникновении болезней животных и человека. Исключительное значение для борьбы с заразными болезнями имел предложенный Пастером метод предохранительных прививок, основанный на введении в организм животного или человека ослабленных культур болезнетворных микроорганизмов. Задолго до открытия вирусов Пастер предложил прививки против вирусной болезни — бешенства. Он же доказал, что в современных земных условиях невозможно самопроизвольное зарождение жизни. Эти работы послужили научной основой стерилизации хирургических инструментов и перевязочных материалов, приготовления консервов, пастеризации пищевых продуктов и т.д. Идеи Пастера о роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе были развиты основоположником общей Микробиология в России С. Н. Виноградским, открывшим хемоавтотрофные микроорганизмы (усваивают углекислый газ атмосферы за счёт энергии окисления неорганических веществ; см. Хемосинтез), азотфиксирующие микроорганизмы и бактерий, разлагающих целлюлозу в аэробных условиях. Его ученик В. Л. Омелянский открыл анаэробных бактерий, сбраживающих, т. е. разлагающих в анаэробных условиях целлюлозу, и бактерий, образующих метан. Значительный вклад в развитие Микробиология был сделан голландской школой микробиологов, изучавших экологию, физиологию и биохимию разных групп микроорганизмов (Микробиология Бейеринк, А. Клюйвер, К. ван Нил). В развитии медициской Микробиология важная роль принадлежит Р. Коху, предложившему плотные питательныесреды для выращивания микроорганизмов и открывшему возбудителей туберкулёза и холеры. Развитию медицинской Микробиология и иммунологии способствовали Э. Беринг (Германия), Э. Ру (Франция), С. Китазато (Япония), а в России и СССР — И. И. Мечников, Л. А. Тарасевич, Д. К. Заболотный, Н. Ф. Гамалея.

         Развитие микробиологии и потребности практики привели к обособлению ряда разделов микробиологии в самостоятельные научные дисциплины. Общая микробиология изучает фундаментальные закономерности биологии микроорганизмов. Знание основ общей микробиологии необходимо при работе в любом из специальных разделов микробиологии содержание, границы и задачи общей микробиологии постепенно изменялись.

Ранее к объектам, изучаемым ею, относили также вирусы, простейшие растительного или животного происхождения (протозоа), высшие грибы и водоросли. В зарубежных руководствах по общей микробиологии до сих пор описываются эти объекты

         В задачу технической, или промышленной, микробиологии входит изучение и осуществление микробиологических процессов, применяемых для получения дрожжей, кормового белка, липидов, бактериальных удобрений, а также получение путём микробиологического синтеза антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот, нуклеотидов, органических кислот и т.п. (см. также Микробиологическая промышленность).

Сельскохозяйственная микробиология выясняет состав почвенной микрофлоры, её роль в круговороте веществ в почве, а также её значение для структуры и плодородия почвы, влияние обработки на микробиологические процессы в ней, действие бактериальных препаратов на урожайность растений. В задачу сельско-хозяйственной микробиологии входят изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания растений, и борьба с ними, разработка микробиологических способов борьбы с насекомыми — вредителями с.-х. растений и лесных пород, а также методов консервирования кормов, мочки льна, предохранения урожая от порчи, вызываемой микроорганизмами.

Геологическая микробиология изучает роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых, предлагает методы получения (выщелачивания) из руд металлов (медь, германий, уран, олово) и др. ископаемых с помощью бактерий.

Водная Микробиология изучает количественный и качественный состав микрофлоры солёных и пресных вод и её роль в биохимических процессах, протекающих в водоёмах, осуществляет контроль за качеством питьевой воды, совершенствует микробиологические методы очистки сточных вод.

В задачу медицинской Микробиология входит изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания человека, и разработка эффективных методов борьбы с ними. Эти же вопросы в отношении сельскохозяйственных и др. животных решает ветеринарная Микробиология

Своеобразие строения и размножения вирусов, а также применение специальных методов их исследования привели к возникновению вирусологии как самостоятельной науки, не относящейся к микробиологии

Как общая Микробиология, так и её специальные разделы развиваются исключительно бурно. Существуют три основных причины такого развития. Во-первых, благодаря успехам физики, химии и техники Микробиология получила большое число новых методов исследования. Во-вторых резко возросло практическое применение микроорганизмов. В-третьих, микроорганизмы стали использовать для решения важнейших биологических проблем, таких, как наследственность и изменчивость, биосинтез органических соединений, регуляция обмена веществ и др. Успешное развитие современной микробиологии невозможно без гармонического сочетания исследований, проводимых на популяционном, клеточном, органоидном и молекулярном уровнях. Для получения бесклеточных ферментных систем и фракций, содержащих определённые внутриклеточные структуры, применяют аппараты, разрушающие клетки микроорганизмов, а также градиентное центрифугирование, позволяющее получать частицы клеток, обладающие различной массой. Для исследования морфологии и цитологии микроорганизмов разработаны новые виды микроскопической техники. В СССР был изобретён метод капиллярной микроскопии, позволивший открыть новый, ранее не доступный для наблюдения мир микроорганизмов, обладающих своеобразной морфологией и физиологией.

         Для изучения обмена веществ и химического состава микроорганизмов получили распространение различные способы хроматографии, масс-спектрометрия, метод изотопных индикаторов, электрофорез и др. физические и физико-химические методы. Для обнаружения органических соединений применяют также чистые препараты ферментов. Предложены новые способы выделения и химической очистки продуктов жизнедеятельности микроорганизмов (адсорбция и хроматография на ионообменных смолах, а также иммунохимические методы, основанные на специфической адсорбции определённого продукта, например фермента, антителами животного, образовавшимися у него после введения этого вещества). Сочетание цитологических и биохимических методов исследования привело к возникновению функциональной морфологии микроорганизмов. С помощью электронного микроскопа стало возможным изучение тонких особенностей строения цитоплазматических мембран и рибосом, их состава и функций (например, роль цитоплазматических мембран в процессах транспорта различных веществ или участие рибосом в биосинтезе белка).

         Лаборатории обогатились ферментёрами различной ёмкости и конструкции. Широкое распространение получило непрерывное культивирование микроорганизмов, основанное на постоянном притоке свежей питательной среды и оттоке жидкой культуры. Установлено, что наряду с размножением клеток (ростом культуры) происходит развитие культуры, т. е. возрастные изменения у клеток, составляющих культуру, сопровождающиеся изменением их физиологии (молодые клетки, даже интенсивно размножаясь, не способны синтезировать многие продукты жизнедеятельности, например ацетон, бутанол, антибиотики, образуемые более старыми культурами). Современные методы изучения физиологии и биохимии микроорганизмов дали возможность расшифровать особенности их энергетического обмена, пути биосинтеза аминокислот, многих белков, антибиотиков, некоторых липидов, гормонов и др. соединений, а также установить принципы регуляции обмена веществ у микроорганизмов.

3.Связь микробиологии с другими науками.

Микробиология в той или иной степени связана с др. науками: морфологией и систематикой низших растений и животных (микологией, альгологией, протистологией), физиологией растений, биохимией, биофизикой, генетикой, эволюционным учением, молекулярной биологией, органической химией, агрохимией, почвоведением, биогеохимией, гидробиологией, химической и микробиологической технологией и др. Микроорганизмы служат излюбленными объектами исследований при решении общих вопросов биохимии и генетики (см. Генетика микроорганизмов, Молекулярная генетика). Так, с помощью мутантов, утративших способность осуществлять один из этапов биосинтеза какого-либо вещества, были расшифрованы механизмы образования многих природных соединений (например, аминокислот лизина, аргинина и др.). Изучение механизма фиксации молекулярного азота для воспроизведения его в промышленных масштабах направлено на поиски катализаторов, аналогичных тем, которые в мягких условиях осуществляют азотфиксацию в клетках бактерий. Между Микробиология и химией существует постоянная конкуренция при выборе наиболее экономичных путей синтеза различных органических веществ. Ряд веществ, которые ранее получали микробиологическим путём, теперь производят на основе чисто химического синтеза (этиловый и бутиловый спирты, ацетон, метионин, антибиотик левомицетин и др.). Некоторые сиитезы осуществляют как химическим, так и микробиологическим путём (витамин B2, лизин и др.). В ряде производств сочетают микробиологические и химические методы (пенициллин, стероидные гормоны, витамин С и др.). Наконец, есть продукты и препараты, которые пока могут быть получены только путём микробиологического синтеза (многие антибиотики сложного строения, ферменты, липиды, кормовой белок и т.д.).

4.Практическое значение микробиологии.

Активно участвуя в круговороте веществ в природе, микроорганизмы играют важнейшую роль в плодородии почв, в продуктивности водоёмов, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых. Особенно важна способность микроорганизмов минерализовать органические остатки животных и растений. Всё возрастающее применение микроорганизмов в практике привело к возникновению микробиологической промышленности и к значительному расширению микробиологических исследований в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Ранее техническая Микробиология в основном изучала различные брожения, а микроорганизмы использовались преимущественно в пищевой промышленности. Быстро развиваются и новые направления технической микробиологии, которые потребовали иного аппаратурного оформления микробиологических процессов. Выращивание микроорганизмов стали проводить в закрытых ферментёрах большой ёмкости, совершенствовались методы отделения клеток микроорганизмов от культуральной жидкости, выделения из последней и химической очистки их продуктов обмена. Одним из первых возникло и развилось производство антибиотиков. В широких масштабах микробиологическим путём получают аминокислоты (лизин, глутаминовая кислота, триптофан и др.), ферменты, витамины, а также кормовые дрожжи на непищевом сырье (сульфитные щелока, гидролизаты древесины, торфа и с.-х. растительные отходы, углеводороды нефти и природного газа, фенольные или крахмалсодержащие сточные воды и т.д.). Осуществляется получение микробиологическим путём полисахаридов и осваивается промышленный биосинтез липидов. Резко возросло применение микроорганизмов в сельском хозяйстве. Увеличилось производство бактериальных удобрений, в частности нитрагина, приготовляемого из культур клубеньковых бактерий, фиксирующих азот в условиях симбиоза с бобовыми растениями, и применяемого для заражения семян бобовых культур. Новое направление с.-х. микробиологии связано с микробиологическими методами борьбы с насекомыми и их личинками — вредителями с.-х. растений и лесов. Найдены бактерии и грибы, убивающие своими токсинами этих вредителей, освоено производство соответствующих препаратов. Высушенные клетки молочнокислых бактерий используют для лечения кишечных заболеваний человека и с.-х. животных.

         Деление микроорганизмов на полезных и вредных условно, т.к. оценка результатов их деятельности зависит от условий, в которых она проявляется. Так, разложение целлюлозы микроорганизмами важно и полезно в растительных остатках или при переваривании пищи в пищеварительном тракте (животные и человек не способны усваивать целлюлозу без её предварительного гидролиза микробным ферментом целлюлазой). В то же время микроорганизмы, разлагающие целлюлозу, разрушают рыболовные сети, канаты, картон, бумагу, книги, хлопчато-бумажные ткани и т.д. Для получения белка микроорганизмы выращивают на углеводородах нефти или природного газа. Одновременно с этим большие количества нефти и продуктов её переработки разлагаются микроорганизмами на нефтяных промыслах или при их хранении. Даже болезнетворные микроорганизмы не могут быть отнесены к абсолютно вредным, т.к. из них приготовляют вакцины, предохраняющие животных или человека от заболеваний. Порча микроорганизмами растительного и животного сырья, пищевых продуктов, строительных и промышленных материалов и изделий привела к разработке различных способов их предохранения (низкая температура, высушивание, стерилизация, консервирование, добавление антибиотиков и консервантов, подкисление и т.п.). В др. случаях возникает необходимость ускорить разложение определённых химических веществ, например пестицидов, в почве. Велика роль микроорганизмов при очистке сточных вод (минерализация веществ, содержащихся в сточных водах).

Заключение

Движущая сила микробиологии

На основании некоторых фактов можно предполагать, что вирусологические исследования по меньшей мере в ближайшие тридцать — пятьдесят лет сохранят в микробиологии роль основной движущей силы. Современное состояние этих быстро развивающихся исследований позволяет предположить, что прогресс, достигнутый в усовершенствовании и ускорении процессов диагностики вирусных заболеваний, столь важных для немедленных и специфических терапевтических мер, будет продолжаться и далее.

Почему так важно немедленное вмешательство? Да потому, что, как только вирус в клетках начнет размножаться и вызовет в организме больного характерные симптомы болезни, введение каких-либо лекарственных препаратов уже не сможет достичь полного успеха.

В связи с развитием диагностики, несомненно, будут быстрее создавать новые «генерации» лекарств, более совершенно «пригнанных» к данному заболеванию. Изготовляя их, будут исходить из знания особенностей молекулярной биологии размножения тех или иных видов вирусов, а также специфики биохимических свойств различных типов клеток (нервных, клеток печени и т. п.).

С большой вероятностью можно ожидать и значительного расширения и углубления познаний о вирусном происхождении многих поражений центральной нервной системы, протекающих по дегенеративному типу, от которых страдает немало людей. Несомненно, существенно расширится список заболеваний, либо вызываемых вирусами, либо таких, при которых вирус играет главенствующую роль наряду с другими факторами.

Ускоренный и все более эффективный ход исследований инфекционных болезней в современную эпоху можно иллюстрировать многими убедительными фактами. С 1880 по 1950 год новые открытия накапливались сравнительно медленно, хотя именно4за эти 70 лет было сделано немало основных наблюдений. В последующий период вирусология стала развиваться значительно более быстрыми темпами в связи с использованием новых научных подходов и технических приемов.

Вирусологи получили более или менее завершенную картину структуры вирусов и сведения о механизме инфицирования клетки вирусом. Большой прогресс можно отметить и в исследованиях вирусных инфекций на молекулярном уровне, в связи с чем можно ожидать успеха и в области поисков новых противовирусных веществ. Здесь уже есть кое-какие обнадеживающие факты, касающиеся в том числе и опухолей вирусного происхождения.

Благодаря усилиям Всемирной организации здравоохранения и интенсивному развитию медицины во многих государствах мира была усовершенствована система вирусологического и эпидемиологического наблюдения при ликвидации массовых вирусных инфекций, а также при выявлении заразных болезней, до тех пор не встречавшихся в данных районах. Медицинская служба строго контролирует пассажирский и товарный, международный «и межконтинентальный транспорт в целях предотвращения «импорта» инфекций из других стран не только пассажирами, экипажем, но и перевозимыми животными, и даже растениями. Поиски возможных очагов заразных болезней проводятся в самых отдаленных уголках нашей планеты, и высокоспециализированные отряды службы здравоохранения проникают в развивающиеся страны, где еще в недалеком прошлом трудно было и думать о ликвидации инфекционных болезней. В наше время интенсивного использования транспорта и оживленного обмена товарами нельзя пренебрегать серьезностью «местных» инфекций. Сегодня такая инфекция, имеющая место в одной стране, может благодаря скоростному транспорту проявиться в месте, отдаленном на сотни и тысячи километров от исходного очага.

Список использованной литературы:

1.Достижения советской микробиологии, Микробиология, 1989; Микробиология, Основы микробиологии, пер. с англ., Микробиология, 1995;

2.Работнова И. Л., Общая микробиология, Микробиология, 1966; «Микробиология», 1987, т. 36, в. 6;

3. Мейнелл Дж., Мейнелл Э., Экспериментальная микробиология, пер. с англ., Микробиология, 1967;

4.Шлегель Г., Общая микробиология, пер. с нем., Микробиология, 1972.

znakka4estva.ru

Микробиологические средства защиты растений.

Потенциальная опасность агрохимикатов для здоровья человека и их воздействие на среду его обитания вызывают необходимость научного поиска и разработки новых подходов к организации защитных мероприятий в сельском хозяйстве. В связи с накоплением фактов негативного воздействия на природу и человека в конце XX века возникает теория и практика Биологического или альтернативного земледелия. Одним из важнейших методов этого направления является использование микробиологических землеудобрительных препаратов и средств защиты растений.

Биологическая защита растений - это направленное применение живых организмов и вырабатываемых ими биологически активных веществ (БАВ) для снижения ущерба, наносимого культурным растениям вредителями и болезнями. Это направление в защите растений, возникло много лет назад после бума химизации и обусловлено:

Микробные биопрепараты для защиты растений

По принципу действия выделяют следующие группы препаратов:

1) Препараты цидного действия – это возбудители болезней животных, растений-сорняков. Чаще всего действующим началом в этих препаратах являются паразиты первого порядка или хищники (примеры: препараты Боверин, микогербицид, бактороденцид, триходермин).

2)  Препараты микроорганизмов-антагонистов, ограничи-вающих распространение вредителей и болезней. Например, бактерии рода Pseudomonas быстро усваивают ионы железа, превращая их в Сидерофоры, недоступные для других микроорганизмов (препараты Ризоплан, псевдобактерин).

3)  Препараты гиперпаразитов или паразитов II-го порядка: Например пикнидиальный гриб Cicinobolus cesati паразитирует на возбудителях мучнистой росы, бактерии рода Pseudomonas - на фузариозных грибах. Пентафаг - препарат пяти бактериофагов – гиперпаразитов фитопатогенных бактерий.

4)  Препараты антибиотиков, токсикантов и антифидантов - Продукты метаболизма микроорганизмов, ингибирующие жизнедеятельность других микробов, обладающие нейротоксическим или репеллентным действием. Примеры: Агравертин, фитоверм, трихотецин, фитофлавин И др.

Классификация препаратов по действующему началу:

По действующему началу микробные биопестициды делят на вирусные, бактериальные, грибковые, актиномицетные, а также препараты антибиотиков, антифидантов и токсикантов. В настоящее время во всем мире выпускается около 70 видов микробиологических средств защиты растений. Из них почти 90% разработаны на основе спорообразующей бактерии Bacillus Thuringiensis, Которая может образовывать белковые кристаллы, обладающие высокой инсектицидной активностью.

Действующим началом Препаратов на вирусной основе являются неклеточные организмы – вирусы и генетические паразиты бактерий - Бактериофаги, которые используются в борьбе с Бактериозами (Табл. 6). Препарат «ПЕНТАФАГ» (пять бактериофагов) разработан против фитопатогена Pseudomonas Syringae (возбудитель пятнистости огурца, томатов, рака плодовых и др.). В настоящее время производство приостановлено в связи с невостребованностью.

В Западной Европе в последнее время широко применяется Вакцинация Растений слабопатогенными штаммами вирусов (преинокуляция) С целью развития индуцированного (вызванного) иммунитета.

В России получен вакцинный штамм «ВТМ-69» Для обработки томатов, используемый как в открытом, так и в закрытом грунте. Опрыскиваются сеянцы (проростки). Вакцина сдерживает развитие различных пятнистостей вирусного происхождения у томатов. Прибавка урожая в вакцинированных культурах составляет около 23%.

«ВИРОГ - 43» - Вакцинный препарат против зеленой крапчатой мозаики огурца, использование препарата приводит к развитию неспецифического иммунитета.

Таблица 6. Вирусные препараты

Бактериальные препараты создаются чаще всего на основе бактерий из родов Pseudomonas и Bacillus.

В них проявляются различные формы отрицательных биологических связей. Использование этих препаратов уместно для борьбы с грибными заболеваниями, бактериозами и фитофагами – насекомыми, грызунами (табл. 7).

Антифидантное действие (снижение интенсивности питания) можно считать одной из форм антибиоза. Бактерии вида Bacillus Thuringiensis образуют белковые кристаллы, которые, попадая в кишечник личинок колорадского жука и других насекомых, вызывают остановку пищеварения. Личинки перестают питаться и вскоре погибают от истощения.

Таблица 7. Бактериальные препараты

Защитное воздействие актиномицетов в препаратах чаще связано с их способностью вести паразитический образ жизни, либо с их антибиотической активностью. Так, например, некоторые актиномицеты рода Actinomyces являются паразитами клещей, вызывая актиномикозы и в результате их быструю гибель. Представители рода Streptomyces являются мощными продуцентами антибиотиков стрептомицинового ряда. Эти вещества обладают сильнейшим фунгицидным действием и вызывают угнетение роста и гибель многих фитопатогенных грибов (табл. 8).

Таблица 8. Препараты на основе актиномицетов

В состав инсектицидов и фунгицидов на основе грибов наиболее часто входят микроорганизмы со способностью к паразитизму и гиперпаразитизму (табл. 9).

Таблица 9. Препараты на основе грибов

В последнее время российскими и украинскими производителями особое внимание уделяется разработке препаратов Токсикантов и антифидантов. Наиболее известны в этой группе агравертин и фитоверм (табл.10).

Таблица 10. Препараты антибиотиков, антифидантов и токсикантов

Действующим началом является авермектиновый комплекс, продуцируемый Streptomyces аVermitilis (аверсектин С). При внесении в почву этих препаратов происходит микробная метаболизация Аверсектина, и ее продукты вызывают потерю ризотропизма у личинок галловой нематоды (репеллентный эффект).

Кроме того, Авермектины обладают сильным нейротоксическим действием на организм членистоногих (насекомых, клещей) и составляют основу нового препарата Актофит 0,2%. Это эффективный инсектоакарицид кишечно-контактного действия.

Использование микробных препаратов для оптимизации минерального питания растений

Для повышения почвенного плодородия и улучшения корневого питания растений разработаны три группы препаратов:

·  Препараты азотофиксаторов ассоциативных и симбиотических;

·  Препараты фосфат-мобилизующих бактерий;

·  Биопрепараты для разложения растительных остатков

Препараты азотофиксаторов

Основным практическим приемом повышения урожая бобовых и размеров азотофиксации является инокуляция бобовых растений высокоэффективными штаммами клубеньковых бактерий - Нитрагинизация. В результате проведенных многолетних опытов установлено, что нитрагинизация повышает продуктивность бобовых в среднем на 10 –25%

В настоящее время препараты клубеньковых бактерий для инокуляции семян бобовых растений применять совершенно необходимо в том случае, когда в данной местности высеваются новые культуры бобовых и в составе естественной флоры нет дикорастущих представителей растений данного вида.

Существует колоссальный резерв потенциальной продуктивности симбиотических комплексов, который еще предстоит реализовать в будущем: например, объемы азотофиксации симбионтами сои могут достигать 500 кг азота на 1га в год.

Особую актуальность приобретает использование биопрепаратов Ассоциативных диазотрофов под злаковые культуры, оно становится существенным компонентом энергосберегающих технологий (табл.11).

Препараты фосфат-мобилизующих бактерий

Фосфор – один из важнейших элементов минерального питания. Поступает в почву с растительными и животными остатками В тканях растений содержится от 0,05% до 0,5% фосфора и он находится в форме органических соединений: фитина, фосфолипидов, нуклеопротеидов. Минерализация этих веществ и высвобождение фосфора происходит с участием бактерий родов Pseudomonas и Bacillus, Enterobacter, Achromobaсter Грибов (Penicillium, Aspergillus, Rhizopus, Trichotecium), дрожжей (Rhodotorula, Saccharomyces, Candida).

Многие неорганические фосфаты малорастворимы или нерастворимы в воде, в связи с чем не доступны для растений. Микроорганизмы которые в процессе жизнедеятельности выделяют метаболиты, подкисляющие среду, тем самым переводят соединения фосфора в растворы. Это микробы, образующие нитраты (нитрифицирующие бактерии), сульфаты (сульфофицирующие бактерии), диоксид углерода (возбудители брожений). Например, с участием нитрификаторов рода Nitrobacter по схеме:

Ca 3 (PO4)2 + 4HNO3 Ca (h3PO4)2 + 2Ca (NO3)2

Существует несколько видов биопрепаратов для оптимизации фосфорного питания растений, таких как альбобактерин, фосфоэнтерин и другие (табл.11).

Таблица 11. Бактериальные препараты для повышения почвенного плодородия

Биопрепараты для разложения растительных остатков

Рациональные технологии обработки почвы предполагают быстрое разложение растительных остатков в пахотном слое, обогащение почвы органикой с образованием на поверхности мульчирующего слоя. Мульча способствует сохранению почвенной влаги, предотвращает эрозию почвы, защищает почву от солнца и ветра, предохраняет от образования почвенной корки. В связи с этим в сельхозпроизводстве сталкиваются в с проблемой минерализации стерни и соломы на полях. Обычно солому и стерню сжигают или запахивают.

При сжигании растительных остатков Уничтожается огромное количество органических веществ, которые могли быть использованы в системе гумусообразования.

При запахивании возникают две проблемы:

1.) Недостаточно быстрое разложение остатков. При затягивании процесса накапливаются лигнин и фенолы, которые тормозят прорастание и рост культурных растений.

2.) Накопление патогенных микроорганизмов и вредителей в слое плотного распределения органики. Особенно это опасно при монокультуре, так как фитопатогены вызывают заболевания уже на ранних этапах развития растений.

В настоящее время разработаны биопрепараты на микробной основе для обработки растительных остатков (соломы, стерни). Эти препараты включают комплекс микроорганизмов, осуществляющих разложение целлюлозы, лигнина и подавляющих болезнетворную микрофлору (корневые гнили, фузариозное и вертициллезное увядание и др.).

Биопрепарат «Эффект Био» биофабрики «Нива» отвечает всем этим требованиям и работает в течение 6-7 месяцев в широком диапазоне температур (+5….+40). Вносится перед дискованием или основной обработкой почвы (табл. 11).

veterinarua.ru

Микробиология | Info-Farm.RU

Микробиология — раздел биологии, занимающийся изучением микроорганизмов, в основном вирусов, бактерий, грибов, водорослей и простейших. Эта разнородная, искусственно объединенная группа микроскопически малых организмов составляет предмет одной науки в силу того, что для их изучения используются методы, первоначально разработанные для исследования бактерий. В основе микробиологических методов лежит получения чистых культур, выращенных из одной клетки. (Способы культивирования клеток многоклеточных организмов тоже заимствованные из бактериологии.) В курсы медицинской микробиологии включают также иммунологию и изучение более крупных паразитов, таких, как черви и насекомые.

Микробиология — область науки, которая занимается исследованием морфологии, физиологии, биохимии, молекулярной биологии, генетики, экологии микроорганизмов, их роли и значения в круговороте веществ, в патологии человека, животных и растений.

Направления исследований

Основные направления исследований:

• Исследование общих закономерностей жизнедеятельности всех классов микроорганизмов, их систематики, генетики, молекулярной биологии и физиолого-биохимических свойств. Определение роли и значения микроорганизмов в круговороте веществ.
• Изучение фундаментальных основ биологической активности микроорганизмов с целью ее регуляции.
• Изучение экологии, систематики микроорганизмов и выявление видов и штаммов для разработки биотехнологических процессов.
• Разработка теоретических основ получения новых антибиотиков и других биологически активных веществ для борьбы с бактериальными, грибковыми и вирусными заболеваниями человека, животных и растений.
• Исследования физиологии и систематики грибов, токсино- и антибиотикоутворення в грунтовых, фитопатогенных и других грибов.
• Изучение роли и значения микроорганизмов в формировании структуры почвы, ее плодородия, в питании растений.

Методы и достижения микробиологии обогатили многие разделы биологии и способствовали их развитию. Возможность быстро вырастить огромные популяции микробов и выявить среди них редкие варианты (например, мутантные и рекомбинантные формы) позволила подробнейшим образом исследовать природу наследственности микроорганизмов, до молекулярного уровня. Полученные данные о механизмах наследования были распространены на все формы живого и легли в основу генной инженерии.

История науки

За несколько тысяч лет до возникновения микробиологии как науки человек не зная о существовании микроорганизмов, широко применял природные процессы, связанные с брожением, для приготовления кумыса и других кисломолочных продуктов, получения алкоголя, уксуса, при мочке льна.

Донауковий этап развития

Люди издавна знали о многих процессах, вызываемых микроорганизмами, однако не знали истинных причин вызывающих эти явления. Отсутствие сведений о природе таких явлений не мешало делать наблюдения и даже использовать ряд этих процессов в быту. Ряд философов и естествоиспытателей делали умозрительные выводы о причинах тех или иных явлений. При этом наиболее близко к открытию микромира подошел Джироламо Фракасторо (1478-1553), который предположил что инфекции вызывают маленькие тельца, которые передаются при контакте и хранятся на вещах больного. Однако в то время невозможно было убедиться в правильности его идей и распространение получили совсем другие гипотезы.

Бактериальную природу инфекционных заболеваний многие ученые продолжали отвергать и после революционных открытий Пастера и Коха. Так, в 1892 году Макс Петтенкофер, уверен в том, что холеру вызывают миазмы, выделяемых окружающей средой, и пытаясь доказать свою правоту, проглотил при свидетелях-медиков культуру холерных вибрионов и не заболел.

Описательный этап

Левенгук. Возможность изучения микроорганизмов возникла лишь с развитием оптических приборов. Первый микроскоп был создан еще в 1610 году Галилеем. В 1665 Роберт Гук впервые увидел растительные клетки. Однако 30 кратного увеличения его микроскопа не хватило чтобы увидеть простейших и тем более бактерии. По мнению В. Л. Омельянского «первым исследователем, перед изумленным взором которого открылся … мир микроорганизмов, был ученый иезуит Афанасий Кирхер (1601-1680), автор ряда произведений астрологического характера», однако обычно первооткрывателем микромира называют Антони ван Левенгука.

В своем письме Лондонском Королевском обществу он сообщает как 24 апреля 1676 микроскопиював каплю воды и дает описание увиденных там существ, в том числе бактерий. Левенгук считал обнаруженных им микроскопических существ «очень маленькими животными» и приписывал им те же особенности строения и поведения, и обычным животным. Повсеместное распространение этих «животных» стало сенсацией не только в научном мире. Левенгук демонстрировал свои опыты всем желающим, в 1698 его даже посетил Петр I.

Между тем, наука в целом не была готова к пониманию роли микроорганизмов в природе. Система теорий возникла тогда только в физике. Во времена Левенгука отсутствовали представления о ключевых процессах живой природы, так, незадолго до него в 1648 году Ван Гельмонт, не имея никакого понятия о фотосинтезе, заключил из своего опыта с ивой, что растение берет питание только с дистиллированной воды, которой он его поливал . Более того, даже неживая материя не была достаточно изучена, состав атмосферы, необходимый для понимания того же фотосинтеза, будет определено только в 1766-1776 годах. Поэтому неудивительно, что «животным» Левенгука не нашлось место нигде, кроме как в коллекции курьезов.

В течение следующих 100-150 лет развитие микробиологии проходило лишь с описанием новых видов. Значительную роль в изучении многообразия микроорганизмов сыграл Отто Фридрих Мюллер [кто? ], Который до 1789 описал и назвал по линнеевского биномиальной номенклатуре 379 различных видов. В это время было сделано и несколько интересных открытий. Так, в 1823 была определена причина «кровоточения» просфор — бактерия, названная Serratia marcescens (другое название Monas prodigiosa). Также следует отметить Христиана Готфрида Эренберга [кто? ], Описал множество пигментированных бактерий, первые железобактерии, а также скелеты простейших и диатомовых водорослей в морских и лиманных отложениях, чем положил начало микропалеонтология. Именно он впервые объяснил окраску воды Красного моря развитием в ней цианобактерий Trichodesmium erythraeum. Он, однако, причислял бактерий к простейшим и рассматривал их вслед за Левенгуком как полноценных животных с желудком, кишечником и конечностями.

В России одним из первых микробиологов был Л. С. Ценковский (1822-1887), описавший большое количество простейших, водорослей и грибов и сделал вывод об отсутствии резкой границы между растениями и животными. Он также организовал одну из первых Пастеровское станций и предложил вакцину против сибирской язвы.

Высказывались в это время и смелые гипотезы, например врач-эпидемиолог Д. С. Самойлович (1744-1801) был убежден в том, что болезни вызывают именно микроорганизмы, однако тщетно пытался увидеть в микроскоп возбудитель чумы — возможности оптики тогда еще не позволяли это сделать. В 1827 году итальянец А. Басси обнаружил передачу болезни тутового червя при переносе микроскопического гриба. Ж. Л. Л. Бюффон и А. Л. Лавуазье связывали брожения с дрожжами, однако общепринятой оставалась чисто химическая теория этого процесса, сформулированная в 1697 Г. Е. Шталем. Для спиртового брожения, как для любой реакции, Лавуазье и Л. Ж. Гей-Люссак посчитали стехиометрические соотношения. В 1830-х Ш. Каньяр де Латур, Ф. Кютцинг и Т. Шванн независимо друг от друга наблюдали большое количество микроорганизмов в осадке и пленке на поверхности жидкости, бродит, и связали брожения с их развитием. Эти представления натолкнулись, однако, на резкую критику со стороны таких крупных химиков как Фридрих Велер, Йенс Якоб Берцелиус и Юстус Либих. Последний даже написал анонимную статью «О разгаданную тайну спиртового брожения» (1839) — саркастическую пародию на микробиологические исследования тех лет.

Однако, вопрос о причинах брожения, тесно связан с вопросом о спонтанном самозарождения жизни, стал первым успешно решенным вопросом о роли микроорганизмов в природе.

Золотой век микробиологии

1880-е и 1890-е ознаменовались для микробиологии всплеском числа открытий. Во многом это было связано с подробной разработкой методологии. Прежде всего здесь следует отметить вклад Роберта Коха, который создал в конце 1870-х — начале 1880-х ряд новых методов и общих принципов ведения исследовательской работы. Пастер использовал для выращивания микроорганизмов жидкие среды, содержащие все элементы, находящиеся в живых организмах. Жидкие среды, однако, были недостаточно удобны. Да, сложно было выделить колонию, которая происходит от одной живой клетки («чистая культура»), в связи с чем можно было изучать только обогащенные самой природой культуры. Только в 1883 Э. Христианом Гансеном была получена первая чистая культура дрожжей, полученная методом висячей капли. Твердые среды впервые использовались для изучения грибов, где необходимость чистых культур также была обоснована. Для бактерий твердые среды применял Кон во Вроцлаве зимой 1868/69 лет, однако только в 1881 Роберт Кох положил начало широкому применению желатиновых и агаровых пластинок. В 1887 году введены в практику чашки Петри. Коху принадлежат также знаменитые постулаты:

• возбудитель заболевания должен регулярно проявляться у пациента;
• он должен быть выделен в чистую культуру;
• выделенный организм должен вызывать у подопытных животных те же симптомы, что и у больного человека.

Эти принципы были приняты не только в медицине, но и в экологии для определения вызывают те или иные процессы организмов. Также Кох ввел в применение методы окраски бактерий (ранее использованные в ботанике) и микрофотографии. Публикации Коха содержали в себе методики, принятые микробиологами всего мира. Вслед за ним началось развитие и обогащение методологии, так в 1884 Ганс Христиан Грамм использовал метод дифференцирующего окрашивания бактерий (метод Грама), С. Н. Виноградский в 1891 применен первый элективных среду. За последующие годы было описано более видов чем за все предыдущее время, выделенные возбудители опасных заболеваний, выявлены новые процессы, производимые бактериями и неизвестные в других царствах природы.

Инфекционные болезни

В изучении жизнедеятельности микроорганизмов следует отметить вклад Луи Пастера (1822-1895). Он же вместе с Робертом Кохом (1843-1910) стоят у истоков учения о микроорганизмах как возбудителей заболеваний.

Экология микроорганизмов

Экологическую роль и многообразие микробиологических процессов показали Бейеринк (1851-1931) и С. Н. Виноградский (1856-1953).

Техническая, или промышленная, микробиология

Техническая микробиология изучает микроорганизмы, используемые в производственных процессах с целью получения различных практически важных веществ: пищевых продуктов, этанола, глицерина, ацетона, органических кислот и др.

Огромный вклад в развитие микробиологии внесли российские и советские ученые: И. И. Мечников (1845-1916), Д. И. Ивановский (1863-1920), Н. Ф. Гамалея (1859-1949), Л. С. Ценковский, С. Н. Виноградский, В. Л. Омелянский, Д. К. Заболотный (1866-1929), В. С. Буткевич, С. П. Костычева, Н. Г. Холодный, В. Н. Шапошников, Н. А . Красильников, А. А. Ишменецкий и др.

Большая роль в развитии технической микробиологии принадлежит С. П. Костычева, С. Л. Иванова и А. И. Лебедеву, которые изучили химизм процесса спиртового брожения, вызывается дрожжами. На основании исследований химизма образования органических кислот мицелиальными грибами, проведенным В. Н. Костычева и В. С. Буткевичем, в 1930 году в Ленинграде было организовано производство лимонной кислоты. На основе изучения закономерностей развития молочнокислых бактерий, осуществленного В. Н. Шапошниковым и А. Я. Мантейфель, в начале 1920-х годов в СССР было организовано производство молочной кислоты, необходимой в медицине для лечения ослабленных и рахитичных детей. В. Н. Шапошников и его ученики разработали технологию получения ацетона и бутилового спирта с помощью бактерий, и в 1934 году в Грозном был пущен первый в СССР завод по выпуску этих растворителей. Труда Я. Я. Никитинского Ф. М. Чистякова положили начало развитию микробиологии консервного производства и холодильного хранения скоропортящихся пищевых продуктов. Благодаря работам А. С. Королева, А. Ф. Войткевич и их учеников значительное развитие получила микробиология молока и молочных продуктов.

Частью технической микробиологии является пищевая микробиология, изучающая способы получения пищевых продуктов с использованием микроорганизмов. Например, дрожжи применяют в виноделии, пивоварении, хлебопечении, спиртовом производстве; молочнокислые бактерии — в производстве кисломолочных продуктов, сыров, при квашении овощей; уксусно-кислые бактерии — в производстве уксуса; мицелиальные грибы используют для получения лимонной и других пищевых органических кислот и др. К настоящему времени выделились специальные разделы пищевой микробиологии: микробиология дрожжевого и хлебопекарного производства, пивоваренного производства, консервного производства, молока и молочных продуктов, уксуса, мясных и рыбных продуктов, маргарина и тому подобное.

Методы и цели микробиологии

К методам исследования любых микроорганизмов относят:

• микроскопический метод: световая, фазово-контрастная, темнопольная, флуоресцентная, электронная;
• культуральный метод (бактериологический, вирусологический)
• биологический метод (заражение лабораторных животных с воспроизведением инфекционного процесса на чувствительных моделях;
• молекулярно-генетический метод [ПЦР — полимеразная цепная реакция, ДНК и РНК-зонды и др];
• серологический метод — выявление антигенов микроорганизмов или антител к ним;

Цель медицинской микробиологии — глубокое изучение структуры и важнейших биологических свойств патогенных микробов, взаимоотношения их с организмом человека в определенных условиях природной и социальной среды, совершенствование методов микробиологической диагностики, разработка новых, более эффективных лечебных и профилактических препаратов, решение такой важной проблемы, как ликвидация и предупреждение инфекционных болезней.

Связь с другими науками

За время существования микробиологии сформировались общая, техническая, сельскохозяйственная, ветеринарная, медицинская, санитарная ветви.

Общая изучает наиболее общие закономерности, свойственные каждой группе перечисленных микроорганизмов: структуру, метаболизм, генетику, экологию и тому подобное. Техническая занимается разработкой биотехнологии синтеза микроорганизмами биологически активных веществ: белков, нуклеиновых кислот, антибиотиков, спиртов, ферментов, а также редких неорганических соединений. Сельскохозяйственная исследует роль микроорганизмов в круговороте веществ, использует их для синтеза удобрений, борьбы с вредителями. Ветеринарная изучает возбудителей заболеваний животных, методы диагностики, специфической профилактики и этиотропного лечения, направленного на уничтожение возбудителя инфекции в организме больного животного. Медицинская микробиология изучает болезнетворные (патогенные) и условно-патогенные для человека микроорганизмы, а также разрабатывает методы микробиологической диагностики, специфической профилактики и лечения етиотопного вызываемых ими инфекционных заболеваний. Санитарная микробиология изучает санитарно-микробиологическое состояние объектов окружающей среды, пищевых продуктов и напитков, и разрабатывает санитарно-микробиологические нормативы и методы индикации патогенных микроорганизмов в различных объектах и ​​продуктах.

Изображения по теме

info-farm.ru

ПИТАТЕЛЬНЫЕ СРЕДЫ - Микробиология и биотехнологии

Выращивание (культивирование) микроорганизмов используется в лабораторных и производственных условиях для выделения, накопления и сохранения микроорганизмов.

Для культивирования микроорганизмов используют специальные питательные среды, которые должны содержать необходимые питательные вещества и являться оптимальной средой обитания микроорганизмов.

В состав питательной среды обязательно входят 5 основных элементов ( С, Н2, О2, N) и зольные элементы, микроэлементы, количество воды не менее 60%.

Универсальных сред, пригодных в равной степени для всех микроорганизмов, не существует. В закономерности от особенностей обменных процессов (фотосинтез, способы получения энергии) отдельным видам микроорганизмам требуются различные составы питательных веществ.

По составу питательные среды подразделяются на 2 группы:

- естественные

- искусственные.

Естественными называются среды, которые состоят из натуральных пищевых продуктов (молоко, яйца, мясо). Большинство из них применяют в виде экстратов или настоев. Эти среды имеют сложный, непостоянный химический состав и мало пригодны для изучения физиологии обмена веществ микроорганизмов. Они используются главным образом для поддержания культур микроорганизмов, накопления их биомассы и диагностических целей.

Примерами служат мясопептонный бульон, почвенная вытяжка, картофельная среда.

Искусственные среды (синтетические среды) - это среды, в состав которых входят только определенные, химически чистые соединения, взятые в точно указанных концентрациях. Синтетические среды удобны для использования обмена веществ микроорганизмов. Зная точный состав и количество входящих в среду компонентов, можно изучить их потребление и превращение.

Для разработки синтетических сред необходимо знать потребности микроорганизмов в источниках питания и основные особенности их обмена веществ.

В большинстве случаев синтетические среды готовят на водопроводной воде и микроэлементы не добавляют.

К ним можно отнести: гидролизат козеина, дрожжевой автолизат, кукурузный экстракт.

По назначению различают элективные и дифференциально-диагностические среды.

Элективные среды обеспечивают развитие одного вида или группы микроорганизмов и непригодны для развития других. Элективные среды применяют главным образом для выделения микроорганизмов из мест их естественного местообитания или для получения накопительных культур.

Дифференциально-диагностические (индикаторные) среды позволяют достаточно быстро отличить одни виды микроорганизмов от других. Состав этих сред подбирают с таким расчетом, чтобы позволить четко выявить наиболее характерные свойства определенного вида.

Индикаторные среды применяются в клинической бактериологии, при генетических исследованиях.

По физическому состоянию различают: жидкие, плотные, сыпучие среды.

Жидкие среды широко применяют для выяснения физиолого-биохимических особенностей микроорганизмов, для накопления биомассы.

Плотные среды используют для выделения чистых культур (получение изолированных колоний) для хранения культур, количественного учета микроорганизмов.

Сыпучие среды применяют в промышленной микробиологии. К ним относятся: отруби, кварцевый песок, разваренное пшено.

Для уплотнения сред применяют агар-агар, желатину и кремнекислый гель.

Агар-агар - сложный полисахарид, получаемый из морских водорослей. Агар-агар удобен тем, что большинство микроорганизмов не использует его в качестве питательного субстрата. в воде агар-агар образует гели которые плавятся при 1000С, а затвердевает при 400С. Поэтому на агаризованных средах можно культивировать микроорганизмы при любой подходящей для их роста температуре.

mikrobiki.ru

Смотрите также

• 
  Растение ката
• 
  Подофилла растение
• 
  Гемантус растение
• 
  Растение противовоспалительное
• 
  Противовоспалительное растение
• 
  Корнеплодные растения
• 
  Метаморфозы растений
• 
  Растения этюд
• 
  Трахеи растения
• 
  Поющее растение
• 
  Y растение