Процесс размножения бактерий

Рост и размножение бактерий

Процесс размножения бактерий

Рост бактерий происходит в результате множества взаимосвязанных биохимических реакций, осуществляющих синтез клеточного материала. У бактерий различают индивидуальный рост бактериальной клетки и рост бактерий в популяции.

Об индивидуальном росте судят по увеличению размеров отдельных особей. Скорость роста зависит от внешних условий и физиологического состояния самой клетки.

При постоянных условиях рост осуществляется с постоянной скоростью. Палочковидные бактерии растут преимущественно в направлении длинной оси, кокки растут равномерно во всех направлениях.

В промежутке между клеточными делениями бактерии имеют большие размеры, чем сразу после деления.

Размножение бактерий

Наиболее часто бактерии размножаются путем бинарного деления, когда из одной клетки образуется две, каждая из которых вновь делится. Процессу деления всегда предшествует репликация (удвоение) ДНК. Существует два типа деления – деление перетяжкой (перешнуровывание) и с помощью поперечной перегородки (рисунок А.7) .

Деление перетяжкой (констрикция) сопровождается сужением клетки в месте ее деления, и в этом процессе принимают участие все слои клеточных оболочек. Выпячивание оболочек внутрь клетки все более ее сужает и, наконец, делит на две. Это деление присуще грамотрицательным бактериям.

Деление с образованием поперечной перегородки присуще грамположительным бактериям. Однако у некоторых групп бактерий отмечена смена способов деления (тионовые бактерии, микобактерии). У шаровидных бактерий может образовываться несколько поперечных перегородок (тетракокки, сарцины).

Почкование убактерий является разновидностью бинарного деления. Этот способ размножения присущ бактериям, имеющим диморфные или полиморфные клеточные циклы. Почкующимся бактериям присуща полярность клеток.

Некоторые бактерии размножаются с помощью экзоспор (но не эндоспор!), некоторые – фрагментами гиф (актиномицеты). У некоторых бактерий имеются половые ворсинки, или F-пили.

Период от деления до деления называется клеточным циклом. Различают несколько типов вегетативного клеточного цикла: мономорфный – образуется только один морфологический тип клеток (например, бациллы), диморфный – два морфологических типа клеток, полиморфный – несколько (актиномицеты). При диморфном и полиморфном циклах различают дочерние и материнские клетки.

Бактерии характеризуются высокой скоростью размножения. Например, в благоприятных условиях кишечная палочка делится каждые 20-30 мин, за сутки это дает 272, т.е. 72 поколения. В условиях, исключающих гибель, эта биомасса составит 4720 т.

Скорость размножения зависит от факторов внешней среды (температуры, условия питания, влажность, реакция среды и др.) и от видовых особенностей бактерий. Высокая скорость размножения бактерий обеспечивает их сохранение на земле даже в условиях массовой гибели.

Сохранившиеся отдельные клетки размножаются и вновь дают поколение.

Рост бактерий в популяции. Популяция (фр.

population – население) – это совокупность бактерий одного вида (чистая культура) или разных видов (смешанная ассоциация), развивающихся в ограниченном пространстве (например, в питательной среде).

В бактериальной популяции постоянно происходит рост, размножение и отмирание клеток. Культивирование микроорганизмов в искусственных условиях бывает периодическим, непрерывным и синхронным.

Периодическое (стационарное) культивирование происходит без притока и оттока питательной среды. Оно характеризуется классической кривой роста микроорганизмов, в которой выделяют отдельные фазы роста бактериальной популяции, отражающие общую закономерность роста и размножения клеток.

Лаг-фаза (англ. lag – отставание) начинается с момента посева бактерий в свежую питательную среду. Клетки адаптируются к данным условиям культивирования, растут, но не размножаются, они достигают максимальной скорости роста. Абсолютная и удельная скорость роста увеличиваются от нуля до максимально возможных значений.

Абсолютная скорость роста определяется отношением:

V = dx/dt, (1.1)

где V – прирост биомассы или числа клеток, выражается в массовых единицах, числе клеток или в условных единицах в единицу времени.

х – биомасса или число клеток;

t – время.

Удельная скорость роста определяется по формуле:

µ = (dx/dt) ? 1/х, (1.2)

где µ – прирост биомассы е единицу времени на единицу биомассы,

х – начальная биомасса.

Продолжительность лаг-фазы зависит от биологических особенностей бактерий, возраста культуры, количества посевного материала, состава питательной среды, температуры, аэрации, рН и др. Одни бактерии обладают коротким периодом задержки роста, другие длинным. Чем моложе культура, тем период короче.

Чем состав питательной среды ближе к тому, в котором выращивали микроорганизмы, тем короче лаг-фаза. Изменения в питательной среде приводят к изменению лаг-фазы, так как необходимо время для синтеза ферментов, либо повышения их активности. Таким образом, факторы задержки роста можно разделить на внешние (состав среды, рН, температура и др.) и внутренние (возраст культуры).

Длительность фазы моет быть от нескольких минут до нескольких часов и даже дней. В этой фазе μ = 0.

Лог-фаза (логарифмическая, или экспоненциальная) характеризуется максимальной скоростью деления бактерий. Общее количество бактерий определяется по формуле:

N = N0?2n, (1.3)

где N и N0 – общее количество клеток в конце фазы и в начале фазы соответственно;

n – число поколений, или генераций.

В микробиологической практике для выражения общего числа микробных клеток чаще всего пользуются не абсолютными числами (так как они достигают огромных величин), а их логарифмами. Прсле логарифмирования уравнения (1.3): lg N = lg N0 + n?lg2, n?lg2 = lg N – lg N0, отсюда число поколений равно: n = (lg N – lg N0)/ lg2

Скорость размножения одной клетки, или период генерации:

g = t/n , (1.4)

где t – время;

n – число поколений;

g– период генерации.

Значит: g = t ?lg 2 / (lg N – lg N0) (1.5)

Приведенные уравнения основаны на предположении, что в лог-фазе все 100% клеток жизнеспособны. Однако экспериментально установлено, что около 20% клеток даже в эту фазу отмирает, поэтому в приведенные формулы вносится поправка – вместо 2 берется 1,6.

Экспоненциальный рост популяции описывается уравнением:

Х = Х0 ? е μmax ? t ,(1.6)

где Х и Х0 – количество клеток (или биомасса) в конце и в начале опыта соответственно;

t – время опыта;

е – основание натурального логарифма;

μmax – максимальная удельная скорость роста.

В период логарифмической фазы большинство клеток является физиологически молодыми, биохимически активными, а также наиболее чувствительными к неблагоприятным факторам внешней среды. В этой фазе μ = max.

Фаза замедленного роста. Она объединяет две фазы – фазу линейного роста (μ = const) и фазу отрицательного ускорения. Фаза характеризуется в период линейного роста постоянной скоростью прироста биомассы (числа клеток).

Затем при переходе в фазу отрицательного ускорения численность делящихся клеток уменьшается.

Наступление фазы объясняется количественными изменениями состава питательной среды (потребление питательных веществ, накопление продуктов метаболизма).

Стационарная фаза характеризуется равновесием между погибающими и вновь образующимися клетками. Факторы, лимитирующие рост бактерий в предыдущей фазе, являются причиной возникновения стационарной фазы.

Прироста биомассы нет (μ = 0). В этой фазе наблюдается максимальная величина биомассы и максимальная суммарная численность клеток. Эти максимальные величины называются урожаем, или выходом.

Фаза отмирания (экспоненциальной гибели клеток) характеризуется уменьшением числа живых клеток, возрастанием гетерогенности популяции (появляются клетки, не воспринимающие краситель, со слабым развитием муреинового слоя и др.). Процесс отмирания превалирует над делением (μ < 0).

Фаза выживания характеризуется наличием отдельных клеток, сохранивших в течение длительного времени жизнеспособность в условиях гибели большинства клеток популяции. Выжившие клетки характеризуются низкой активностью процессов метаболизма, изменением ультраструктуры клеток (мелкозернистая цитоплазма, отсутствие полирибосом и др.). Клетки более устойчивы к неблагоприятным условиям среды.

Таким образом, при стационарном культивировании микробные клетки все время находятся в изменяющихся условиях: сначала имеются в избытке все питательные вещества, затем постепенно наступает их недостаток, затем отравление клеток продуктами метаболизма.

Влияние лимитирующих факторов на скорость роста. Для нормального роста и развития микроорганизмов среда должна содержать необходимые элементы питания, иметь соответствующую рН, температуру и т.д.

Факторы, ограничивающие рост культуры, называются лимитирующими. Характерная особенность роста популяции микроорганизмов – зависимость удельной скорости роста от концентрации субстрата.

Эта зависимость выражается уравнением Моно, представляющим собой гиперболическую функцию:

μ = μmax ? S/(S + KS), (1.7)

где μ – удельная скорость роста;

μmax – максимальная удельная скорость роста;

S – концентрация субстрата;

KS – константанасыщения, численно равная такой концентрации субстрата, которая обеспечивает скорость роста, соответствующую половине значенияμmax.

По мере потребления питательных веществ среда обогащается продуктами обмена, которые также лимитируют рост культуры. Наиболее общий случай влияния концентрации субстрата и продуктов обмена на скорость роста популяции микроорганизмов нашел отражение в модели Н.Д. Иерусалимского:

μ = μmax ? S/(S + KS) ? КР / (КР + Р) , (1.8)

где Р – концентрация продуктов обмена;

КР – константа, численно равная такой концентрации продуктов обмена, при которой скорость роста замедляется вдвое.

Анализ этого уравнения показывает, что при условии КР >> Р, когда величиной Р можно пренебречь. скорость роста ограничена только концентрацией субстрата. Если S >> KS , то скорость роста лимитирована накоплением продуктов обмена.

Непрерывное культивирование. Если в емкость, где находится бактериальная популяция, непрерывно подавать свежую питательную среду и одновременно с такой же скоростью выводить культуральную жидкость, содержащую бактериальные клетки и продукты метаболизма, то получается непрерывное культивирование.

Регулируя скорость проточной среды, можно управлять ростом бактериальной популяции, например, удлинять логарифмическую или стационарную фазу на любое необходимое время. Непрерывное культивирование осуществляется в специальных приборах – хемостатах и турбидостатах. Непрерывное культивирование микроорганизмов используется для изучения их физиологии, биохимии, генетики и др.

, а также широко используется в микробиологической промышленности.

Синхронные культуры – это культуры, в которых некоторое время все клетки делятся одновременно (синхронно) за счет одинаковой готовности к делению всех особей. Синхронизация достигается физическими и химико-биологическими методами.

К физическим методам относится температурное воздействие, дифференциальное центрифугирование или дифференциальное фильтрование, химико-биологическим – вынужденное голодание бактерий, выращивание бактерий на неполноценных средах с последующим переносом их в полноценные среды.

Синхронные культуры используются для генетических и цитологических исследований, для изучения синтеза отдельных клеточных компонентов в процессе деления бактерий.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Источник: https://studopedia.ru/4_127618_rost-i-razmnozhenie-bakteriy.html

Бактерии

Процесс размножения бактерий

Люди – редкое исключение в мире бактерий.

Бактерии (греч. bakterion – палочка) – простые одноклеточные микроскопические организмы, принадлежащие к прокариотам. В пищевых цепях они играют важнейшую роль редуцентов: разлагают органические вещества мертвых животных и растений.

Бактерии обладают исключительной устойчивостью: их можно обнаружить даже на стенках ядерного реактора. Такая способность связана с их быстрым размножением – при благоприятных условиях бактерии делятся каждые 20 минут. При изменении условий внешней среды (за счет мутаций) выживают и размножаются те формы, которые устойчивы к действию того или иного фактора (к примеру, радиации).

Строение бактерий

Бактерии имеют клеточную стенку, состоящую из муреина (пептидогликана) и выполняющую защитную функцию. У бактерий (прокариот, доядерных) отсутствуют мембранные органоиды. В их клетке можно найти только немембранные: рибосомы, жгутики, пили. Пили – поверхностные структуры, которые служат для прикрепления бактерии к субстрату.

https://www.youtube.com/watch?v=wtw_IdQULCk

Наследственный материал находится прямо в цитоплазме (не в ядре, как у эукариот) в виде нуклеоида. Нуклеоид (лат. nucleus – ядро + греч. eidos вид) – одна сложная кольцевидная молекула ДНК, не ограниченная мембранами от остальной части клетки.

Долгое время выделяли “особый органоид” бактерий – мезосомы, считали, что они могут участвовать в некоторых клеточных процессах.

Спешу сообщить, что на данный момент установлено однозначно: мезосомы это складки цитоплазматический мембраны, образующиеся только лишь при подготовке бактерий к электронной микроскопии (это артефакты, в живой бактерии их нет).

При наступлении неблагоприятных для жизни условий бактерии образуют защитную оболочку – спору. При образовании споры клетка частично теряет воду,уменьшаясь при этом в объеме. В таком состоянии бактерии могут сохраняться тысячи лет!

В состоянии споры бактерии очень устойчивы к изменениям температуры, механическим и химическим факторам. При изменении условий среды на благоприятные, бактерии покидают спору и приступают к размножению.

Энергетический обмен бактерий

Бактерии получают энергию за счет окисления веществ. Существуют аэробные бактерии, живущие в воздушной среде, и анаэробные бактерии, которые могут жить только в условиях отсутствия кислорода.

К аэробным бактериям относят многочисленных редуцентов, которые разлагают органические вещества мертвых растений и животных. Анаэробные бактерии составляют микрофлору нашего кишечника – бескислородную среду обитания.

Получают энергию бактерии путем хемо- или фотосинтеза. Среди хемосинтезирующих бактерий можно встретить нитрифицирующие бактерии, железобактерии, серобактерии.

Важно заметить, что клубеньковые бактерии (азотфиксирующие) не осуществляют хемосинтез: клубеньковые бактерии относятся к гетеротрофам.

Среди фотосинтезирующих бактерий особое место принадлежит цианобактериями (сине-зеленым водорослям). Благодаря им сотни миллионов лет назад возник кислород, а с ним и озоновый слой: появилась жизнь на поверхность земли и аэробный тип дыхания (поглощение кислорода), которым мы сейчас с вами пользуемся 🙂

Что касается бактерий гетеротрофов, то их способ питания основан на разложении останков животных и растений – сапротрофы (редуценты), либо же они питаются органами и тканями животных и растений – паразиты.

Биотехнология

Бактерии широко применяются в направлении биотехнологии – генной инженерии. Их используют для получения различных химических веществ (белков).

В ДНК бактерии вставляют нужный ген (к примеру, ген, кодирующий белковый гормон – инсулин), бактерия принимает новый участок гена за свой собственный, в результате чего начинает синтезировать белок с данного участка. На рибосомах подобных бактерий синтезируется инсулин, который человек собирает, обрабатывает и использует как лекарство.

Бактерии используются для получения антибиотиков (тетрациклина, стрептомицина, грамицидина), широко применяемых в медицине. Бактерии также применяют в пищевой промышленности, где их используют для получения молочнокислых продуктов, алкогольных напитков.

Классификация бактерий по форме

При микроскопии становятся заметны явные отличия форм бактерий.

По форме бактериальные клетки подразделяются на:

  • Стафилококки – их скопления похожи на виноградные грозди
  • Диплококки – округлой формы, расположенные попарно
  • Стрептококки – объединяются в цепочки, напоминающие нити жемчуга
  • Палочки
  • Вибрионы – изогнутые в виде запятой
  • Спириллы – спирально извитые палочки
  • Спирохеты – сильно извитые (до 10-15 витков) палочки

Размножение бактерий

Бактерии, как прокариоты (доядерные организмы), не могут делиться митозом, так как основное условие митоза – наличие ядра. Бактерии делятся бинарным делением клетки.

В ходе бинарного деления бактерия делится на две дочерние клетки, являющиеся генетическими копиями материнской. Деление в среднем происходит раз в 20 минут, популяция бактерий растет в геометрической прогрессии.

При размножении в лабораторных условиях бактерии образуют колонии. Колонии – видимые невооруженным глазом скопления клеток, образуемые в процессе роста и размножения микроорганизмов на питательном субстрате. Колонии выращиваются в чашках Петри.

Бактериальные инфекции

Многие патогенные бактерии приводят к развитию тяжелых заболеваний у человека. На настоящий момент при бактериальных инфекциях применяются антибиотики, дающие хороший эффект.

От некоторых болезней: дифтерия, коклюш и т.д. разработаны вакцины, дающие стойкий пожизненный иммунитет. После вакцинации образуются антитела к возбудителю, вследствие чего организм становится защищен от подобных инфекций: при встрече с возбудителем человек не заболевает, или переносит болезнь в легкой форме.

К бактериальным инфекциям относятся: чума, дифтерия, туберкулез, коклюш, гонорея, сифилис, тиф, столбняк, брюшной тиф, сальмонеллез, дизентерия, холера. Ниже вы можете видеть возбудителей данных заболеваний и место их локализации в организме.

Для борьбы с бактериями, вирусами и грибами в медицинских учреждениях (уже часто и в домашних условиях) используется кварцевание. Кварцевание – процесс обеззараживания помещения, суть которого в лампе, испускающей ультрафиолетовое излучение, губительное для микроорганизмов.

При проведении медицинских процедур локального кварцевания (облучения УФ отдельных участков) тела следует одевать защитные очки для избежания ожога сетчатки глаза. При кварцевании помещений следует покинуть их по той же причине.

Источник: https://studarium.ru/article/140

Каким способом размножаются бактерии: спорами или делением?

Процесс размножения бактерий

Бактериальные организмы уже давно освоили все известные среды обитания. Они находятся в воздухе, в воде, живут в других организмах. Но больше всего их в верхних слоях почвы.

Количество этих организмов зависит не только от особенностей строения. Оно многократно увеличивается благодаря большой способности к воспроизведению.

Каким способом размножаются бактерии, кратко будет изложено в статье.

Кто такие бактерии?

Эти организмы представляют собой одноклеточные, реже колониальные организмы. Устроены они достаточно примитивно. Поверхностный аппарат представлен мембраной и слизистой капсулой, а цитоплазма лишена митохондрий и пластид. Многие клетки имеют жгутик, с помощью которого бактерия может передвигаться.

Генетический материал

Бактерии являются прокариотами. Это означает, что их клетки лишены ядра. Но генетический материал в них все-таки присутствует.

Скопления молекул ДНК находятся в определенной части цитоплазмы и называются нуклеоид. Другими словами можно сказать, что прокариоты имеют ядро без оболочки.

Поэтому сложные биохимические процессы они не могут осуществлять. Однако это никак не сказывается на их способности к размножению.

Каким способом размножаются бактерии?

Бактерии размножаются делением клетки. Это основной и самый быстрый способ. Из одной материнской клетки через полчаса образуется две дочерние. А еще через такой же промежуток времени из двух дочерних снова образуются новые клетки. Это объясняет большое количество бактерий в природе.

При неблагоприятных условиях бактерии способны образовывать споры – клетки бесполого размножения. Изредка бактериальные клетки почкуются – образуют небольшие выпячивания, которые растут, превращаются во взрослых особей и отщепляются от материнской.

Каким способом размножаются бактерии, можно также рассмотреть на примере конъюгации. Это форма полового процесса. Заключается она в обмене наследственной информацией между клетками. Перед началом происходит удвоение кольцевой молекулы ДНК.

Далее между клетками образуется цитоплазматический мостик, по которому наследственная информация одной клетки передвигается в другую. Там происходит обмен участками ДНК. В результате организм приобретает новые признаки, которые чаще всего являются для него полезными.

Например, бактерии приобретают устойчивость к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды, вирусов или антибиотиков.

Клубеньковые бактерии живут и размножаются на корнях бобовых и злаковых растений. Внедряясь в корневую систему через пораженные участки или корневые волоски, они разрастаются и образуют выпячивания – клубеньки. Внутри них создается благоприятная среда для обмена веществ. Корень отдает бактериям органические вещества, а бактерии – азот, который так необходим для роста и развития растений.

Каким способом размножаются бактерии, зависит от их вида и среды обитания. Но надвое способны делиться все бактериальные организмы. Происходит этот процесс в несколько этапов и называется бинарным делением.

Перед началом деления кольцевая молекула ДНК удваивается. Другими словами, происходит репликация. Нуклеотид делится, дочерние ДНК расходятся. Врастая в цитоплазму, мембрана клетки располагается между молекулами ДНК. Именно она и делит клетку и ее содержимое пополам.

В сутки из одной клетки на свет появляется 72 бактериальных поколения. Если бы все эти бактерии оставались жизнеспособными, их биомасса составила бы около 5 т. В природе, естественно, этого не происходит и большинство бактерий погибает.

Вегетативное размножение

Строение также определяет то, каким способом размножаются бактерии.

Колониальные виды и цианобактерии (синезеленые водоросли) способны к вегетативному размножению. Таким способом чаще всего размножаются растения. Он заключается в отделении от целого организма его многоклеточной части.

Нитчатые виды цианобактерий образуют специализированные клетки, которые называются гетероцистами. Вегетативное размножение заключается в разрыве нитей, граница которых проходит в местах расположения гетероцист.

Шаровидные бактерии кокки могут соединяться в цепочки, грозди или другие образования. Отрываясь друг от друга, они также размножаются.

Спорообразование

Бактерии размножаются спорами, которые образуются при наступлении неблагоприятных условий. Спорообразование – это не только способ размножения. Внутри споры создается особая среда, уменьшается содержание воды, приостанавливаются процессы жизнедеятельности.

В таком состоянии спорам не страшны ни высокие температуры, ни ионизирующее излучение, ни воздействие химических веществ. Когда благоприятные условия наступают вновь, из спор выходят молодые бактериальные организмы. Таким образом, образование спор является дополнительной возможностью сохранить жизнеспособность клеток в непригодных для жизни условиях.

Известны случаи, когда споры бактерий оставались жизнеспособны десятки и даже сотни лет.

Инцистирование

Еще одним способом защиты от неблагоприятных условий и способом размножения служит образование цист. Они представляют собой пузырьки с толстыми оболочками. В состоянии цисты бактерии могут находиться долгое время. При этом они не погибают от температур более 200 градусов. С наступлением обычных условий бактерия выходит из оболочки и начинает обычное бинарное деление.

Каким способом размножаются бактерии, это скорее решают условия окружающей среды. Когда не хватает питательных веществ и влаги, наблюдается избыточное содержание кислорода, воздух имеет слишком высокую или низкую температуру, бактерии используют процессы инцистирования или спорообразования.

В комфортных условиях они делятся или размножаются вегетативно. Именно такое разнообразие способов размножения, к которым способны бактерии, обусловливает их количество в природе.

Если бы процесс деления одной клетки бактерии не прекращался в течение 10 дней, они могли бы покрыть всю поверхность земного шара.

Источник: https://FB.ru/article/225269/kakim-sposobom-razmnojayutsya-bakterii-sporami-ili-deleniem

Размножаются бактерии путем деления и делают это очень быстро – Мир Бактерий

Процесс размножения бактерий

16.04.2019

Приналичии благоприятных условийбактериальная клетка размножается.Основной способ размножения бактерий– простое деление клетки пополам(бинарное деление). В начале деленияклетка удлиняется, затем делитсянуклеоид. Нуклеоид представленсуперспирализованной и плотно уложенноймолекулой самореплицирующейся ДНК –репликон. Плазмиды также являются

репликонами.

Репликация ДНК осуществляетсяпри участии ферментов ДНК-полимераз.Процесс начинается в определенной точкеДНК и происходит одновременно в двухпротивоположных направлениях.Заканчивается репликация также вопределенном месте ДНК. В результатерепликации количество ДНК в клетке

удваивается.

Вновь синтезированныемолекулы ДНК, состоящие из однойматеринской и одной вновь синтезированнойцепи, постепенно расходятся в образующиесядочерние клетки. Считают, что репликацияДНК занимает почти 80% всего времени,затрачиваемого бактериальной клеткойна деление. После завершения репликации

ДНК начинается процесс деления клетки.

Вначале синтезируется двуслойнаяцитоплазматическая мембрана, затеммежду слоями мембраны синтезируетсяпептидогликан. Заканчивается процесс

формированием перегородки.

Вовремя репликации ДНК и образованияделящейся перегородки клетка микроорганизманепрерывно растет. В этот период в клеткеактивно протекают следующие процессы:синтез пептидогликана клеточной стенкии составляющих цитоплазматическоймембраны, образование новых рибосом и

других органелл.

На последней стадииделения дочерние клетки отделяютсядруг от друга, однако у некоторых видовбактерий процесс идет не до конца, врезультате образуются цепочки клеток(стрептококки, тетракокки и др.). Приделении палочковидных бактерий клетки

вначале растут в длину.

Когда бактериистановятся вдвое длиннее, палочканесколько сужается посередине, а затем

распадается на две клетки.

Длянекоторых бактерий характерен другойспособ размножения – почкование,представляющий собой разновидностьбинарного деления. Почкованиемразмножаются бактерии родов Hyphomicrobium,Pedomicrobium и другие, объединенные вгруппу почкующихся бактерий. Этиорганизмы имеют вид вытянутых палочек,иногда грушевидных, оканчивающихся

гифами.

Размножение у этих бактерийначинается с образования почки на концегифы или непосредственно на материнскойклетке. Почка разрастается в дочернююклетку, формирует жгутик и отделяетсяот материнской клетки. По достижениизрелого состояния жгутик теряется, и

процесс развития повторяется.

Иногдау бактерий наблюдается половой процесс

– конъюгация.

Врезультате роста и размножения из однойклетки микроорганизма образуетсяколония его потомков. Микроорганизмыотличаются высоким темпом размножения,

оцениваемым по времени генерации,

т.е.

времени, в течение которого происходитделение клетки: за 24 часа иногда сменяетсястолько поколений, сколько у человеказа пять тысяч лет. Скорость размножениязависит от ряда условий и для каждого

вида бактерий может быть весьма различной.

При наличии в среде необходимыхпитательных веществ, благоприятнойтемпературе, оптимальной реакции средыделение каждой клетки, например у E.coli, может повторяться через каждые 20-30мин. При такой скорости размножения изодной клетки за сутки может получиться

472•1019клеток (72 генерации).

Еслипринять, что 1 млрд. бактериальных клетоквесит 1 мг, то 472•1019клеток будутвесить 4720 т. такая масса живого веществамогла бы получиться при наличии идеальных

условий, исключающих гибель клеток.

Высокаяинтенсивность размножения обеспечиваетсохранение микроорганизмов на земнойповерхности: при наступлении неблагоприятныхусловий они погибают массами, нодостаточно сохраниться где-нибудьнескольким клеткам, как при оптимальныхусловиях они вновь дадут огромное

количество организмов.

Источник:

Лекция 14. Бактерии

Бактерии распространены повсеместно: в воде, почве, воздухе, живых организмах. Они обнаруживаются как в самых глубоких океанических впадинах, так и на высочайшей горной вершине Земли — Эвересте, как во льдах Арктики и Антарктиды, так и в горячих источниках.

В почве они проникают на глубину 4 и более км, споры бактерий в атмосфере встречаются на высоте до 20 км, гидросфера вообще не имеет границ обитания этих организмов. Бактерии способны поселяться практически на любом как органическом, так и неорганическом субстрате.

Несмотря на простоту строения, они обладают высокой степенью приспособленности к самым разнообразным условиям среды. Это возможно благодаря способности бактерий к быстрой смене поколений. При резкой смене условий существования среди бактерий быстро появляются мутантные формы, способные существовать в новых условиях среды.

Морфология бактерий

Все бактерии — исключительно одноклеточные организмы. Некоторые способны образовывать колонии.

Размер и форма

Размеры их клеток колеблются в пределах от 1 до 15 мкм. По форме клеток различают (рис. 91):

Рис. 91. Форма и взаимное расположение бактерий: 1 — палочек; 2, 3, 4 — кокков; 5 — спирилл.

Шаровидные — кокки:

  • микрококки — делятся в разных плоскостях, лежат одиночно;
  • диплококки — делятся в одной плоскости, образуют пары;
  • тетракокки — делятся в двух плоскостях, образуют тетрады;
  • стрептококки — делятся в одной плоскости, образуют цепочки;
  • стафилококки — делятся в разных плоскостях, образуют скопления, напопоминающие грозди винограда;
  • сарцины — делятся в трех плоскостях, образуют пакеты по 8 особей.

Вытянутые — палочки:

  • бациллы (палочковидные) — делятся в разных плоскостях, лежат одиночно;

Извитые:

  • вибрионы — в виде запятой;
  • спириллы — имеют от 4 до 6 витков;
  • спирохеты — длинные и тонкие извитые формы с числом витков от 6 до 15.

Помимо основных, в природе встречаются и другие, весьма разнообразные, формы бактериальных клеток.

Среди структур бактериальных клеток различают:

  • основные структуры — клеточную стенку, цитоплазматическую мембрану, цитоплазму с различными цитоплазматическими включениями и нуклеоид;
  • временные структуры (имеются лишь на определенных этапах жизненного цикла) — капсула, жгутики, фимбрии, у некоторых — эндоспоры (рис. 92).

Капсула

У многих бактерий поверх клеточной стенки располагается слизистый матрикс — капсула. Капсулы образованы полисахаридами. Иногда в состав капсулы входят полипептиды. Как правило, капсула выполняет защитную функцию, предохраняя клетку от действия неблагоприятных факторов среды. Кроме того, она может способствовать прикреплению к субстрату и участвовать в передвижении.

Клеточная стенка

Бактериальная клетка заключена в плотную, жесткую клеточную стенку, на долю которой приходится от 5 до 50% сухой массы клетки.

Клеточная стенка выполняет роль наружного барьера клетки, устанавливающего контакт микроорганизма со средой.

Основным компонентом клеточной стенки бактерий является полисахарида — муреин. По содержанию муреина все бактерии подразделяются на две группы: грамположительные и грамотрицательные1.

Известны также и формы, не имеющие клеточной стенки — микоплазмы.

Цитоплазматическая мембрана и ее производные

Цитоплазма клеток микроорганизмов отделена от клеточной стенки цитоплазматической мембраной. Она является основным полифункциональным элементом клетки.

Цитоплазматическая мембрана регулирует поступление питательных веществ в клетку и выход продуктов метаболизма наружу, принимает участие в метаболизме клеток. Имеет типичное строение: бимолекулярный слой фосфолипидов с встроенными белками.

Белки мембраны в основном представлены структурными белками, обладающими ферментативной активностью. Обычно темпы роста цитоплазматической мембраны опережают темпы роста клеточной стенки.

Рис. 92. Строение бактериальной клетки: 1 — клеточная стенка; 2 — наружная цитоплазматическая мембрана; 3 — хлоросома; 4 — нуклеоид; 5 — мезосома; 6 — вакуоли; 7 — жгутики; 8 — рибосомы.

Мезосомы различаются формой, размерами, локализацией в клетке. Наиболее просто устроенные имеют вид везикул (пузырьков), более сложные имеют пластинчатое и трубчатое строение. Предполагают, что мезосомы принимают участие в формировании поперечной перегородки при делении клетки.

Мезосомы, связанные с нуклеоидом, играют определенную роль в репликации ДНК и последующем расхождении хромосом. Возможно, мезосомы обеспечивают разделение клетки на отдельные обособленные отсеки, создавая тем самым благоприятные условия для протекания ферментативных процессов.

В клетках фотосинтезирующих бактерий имеются внутрицитоплазматические мембранные образования — хроматофоры, обеспечивающие протекание бактериального фотосинтеза.

Цитоплазма и цитоплазматические включения

Цитоплазма представляет собой внутреннее содержимое клетки. В цитоплазме различают:

  • цитозоль — густую гомогенную часть, содержащую растворимые компоненты РНК, белки, вещества субстрата и продукты метаболизма;
  • структурные элементы: рибосомы, внутрицитоплазматические включения и нуклеоид.

Рибосомы

Рибосомы свободно лежат в цитоплазме и не связаны с мембранами (как у эукариот). Для бактерий характерны 70S-рибосомы, образованные двумя субъединицами: 30S и 50S. Рибосомы бактериальных клеток собраны в полисомы, образованные десятками рибосом.

Цитоплазматические включения

Бактериальные клетки могут иметь разнообразные цитоплазматические включения — газовые вакуоли, пузырьки, содержащие бактериохлорофилл, полисахариды, отложения серы и другие.

Нуклеоид

Бактерии не имеют структурно оформленного ядра. Генетический аппарат бактерий называют нуклеоидом. Он представляет собой молекулу ДНК, сосредоточенную в ограниченном пространстве цитоплазмы.

Молекула ДНК имеет типичное строение. Она состоит из двух полинуклеотидных цепей, образующих двойную спираль. В отличие от эукариот, ДНК имеет кольцевую структуру, а не линейную. Молекулу ДНК бактерий отождествляют с одной хромосомой эукариот. Но если у эукариот в хромосомах ДНК связана с белками, то у бактерий ДНК комплексов с белками не образует.

ДНК бактерий закреплена на цитоплазматической мембране в области мезосомы.

Клетки многих бактерий имеют нехромосомные генетические элементы — плазмиды. Они представляют собой небольшие кольцевые молекулы ДНК, способные реплицироваться независимо от хромосомной ДНК. Среди них различают F-фактор — плазмиду, контролирующую половой процесс.

Жгутики

Среди бактерий имеется много подвижных форм. Основную роль в передвижении играют жгутики.

Жгутики бактерий только внешне похожи на жгутики эукариот, строение же их иное. Они имеют меньший диаметр и не окружены цитоплазматической мембраной. Нить жгутика состоит из 3-11 винтообразно скрученных фибрилл, образованных белком флагеллином.

У основания располагается крюк и парные диски, соединяющие нить с цитоплазматической мембраной и клеточной стенкой. Движутся жгутики, вращаясь в мембране. Жгутики вызывают вращательное движение клеток бактерий по часовой стрелке, и они как бы ввинчиваются в среду. Жгутик может менять направление движения.

При этом бактерия останавливается и начинает кувыркаться. Число и расположение жгутиков на поверхности клетки может быть различно.

Фимбрии

Фимбрии — это тонкие нитевидные структуры на поверхности бактериальных клеток, представляющие собой короткие прямые полые цилиндры, образованные белком пилином.

Благодаря фимбриям, бактерии могут прикрепляться к субстрату или сцепляться друг с другом. Особые фимбрии — половые фимбрии, или F-пили — обеспечивают обмен генетического материала между клетками.

Эндоспоры

Рис. 93. Почти зрелая эндоспора в бактериальной клетке.

При наступлении неблагоприятных условий, у некоторых бактерий происходит образование эндоспор (рис. 93).

При этом клетка обезвоживается, нуклеоид сосредотачивается в спорогенной зоне, цитоплазматическая мембрана образует впячивание, отделяющее спорогенную зону, а затем полностью окружает ее, отделяя от остального содержимого клетки.

Образуются защитные оболочки, предохраняющие споры бактерий от действия неблагоприятных условий (споры многих бактерий выдерживают нагревание до 130˚С, сохраняют жизнеспособность десятки лет). При наступлении благоприятных условий спора прорастает, и образуется вегетативная клетка.

Источник: https://dmnesterov.ru/osobennosti/razmnozhayutsya-bakterii-putem-deleniya-i-delayut-eto-ochen-bystro.html

Царство Бактерии: строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе

Процесс размножения бактерий

Царство Бактерии иди Дробянки объединяет солидную группу микроорганизмов. Их связывают некоторые общие черты, но есть и отличительные особенности: процессы жизнедеятельности, образ жизни и нюансы строения. Маленькие живые организмы, несмотря на простую организацию, доставляют человеку много хлопот, вызывая болезни, против которых ежегодно создаются сотни новых препаратов.  

Царство Бактерии, строение, жизнедеятельность, размножение, роль в природе

Рис. 1 Одна из разновидностей бактерии

Бактерии образуют три подцарства:

  1. Архебактерии;
  2. Настоящие бактерии (эубактерии);
  3. Цианобактерии (сине-зеленые водоросли).

Архебактериипредставляют собой одноклеточные микроорганизмы, не имеющие ядра, а также каких-либо мембранных органелл, со свойственным им биохимическим составом и физиологическими особенностями (образованы 40 видами). Многочисленная группа – это эубактерии, которые характеризуются общим строением.

Бактерии открыл Антони ванн Левенгук, который с помощью оптического микроскопа увидел и описал удивительные мелкие организмы. Это событие произошло в 17 веке. А в 19 веке Луи Пастер выяснил, что микробы подразделяются на полезные и вредные. Дальнейшее развитие микробиологии стало возможно благодаря трудам Роберта Коха.

Характерные внешние черты бактерий

Отличительные внешние черты бактериальных микроорганизмов состоят в следующем:

  1. Клеточная стенка строится из гликопептида муреина. Грамположительные бактерии отличают толстой стенкой, а у грамотрицательных бактерий она в 10 раз тоньше.
  2. Образуют на поверхности слизистую капсулу, которая создает устойчивость к фагоцитозу и клетки крови не могут их поглотить. Бактерии беспрепятственно перемещаются по кровеносному руслу, размножаются и вызывают воспалительные процессы. Слизистая капсула защищает микроорганизм от пересыхания во внешней среде.
  3. Внутри клетка наполнена цитоплазмой – полувязким веществом, в котором «плавает» незначительное количество органоидов. Цитоплазма накапливает некоторые вещества: крахмал, гликоген, жиры, полифосфаты в качестве запасов для питания. 
  4. Большинство форм без жгутиков, но некоторые бактерии снабжены ими для передвижения.
  5. ДНК образовано одной нитью – это замкнутый в кольцо нуклеотид. Деление клетки происходит за счет обмена наследственной информацией: в центре бактерии образуется перетяжка, которая разделяет ее на две дочерние клетки.

Таблица «Строение бактерий»

Органоиды

Строение и функции

Оболочка

Состоит из двух слоев: мембраны и клеточной стенки из муреина. Некоторые формируют третий слой – слизистую капсулу.

Цитоплазма

Объединяет органоиды и обеспечивает приток питательных веществ.

Ядерное вещество

Одноцепочечная кольцевая ДНК. Она не всегда присутствует в одном экземпляре. В клетку способны встраиваться плазмиды – дополнительные маленькие кольцевые молекулы ДНК.

Рибосомы

Обеспечивают синтез белковых молекул.

Клеточные включения

Дополнительный источник питания: крахмал, гликоген, жиры, гранулы волютина.

Жгутик

Сформирован как вырост одноклеточной оболочки и позволяет клетке перемещаться в пространстве. Бактерия формирует от 1 до 1000 жгутиков (в зависимости от конкретного вида). Жгутики подразделяются на одиночные, расположенные в виде пучка или равномерно распределенные по поверхности. Иногда образуются ворсинки – приспособление для прикрепления к субстрату.

  • На заметку: Бактерии относятся к прокариотам (доядерным организмам). Они устроены просто и уступают по уровню развития клеткам эукариот. Несмотря на примитивное строение, они отлично приспособлены к жизни во внешней среде и вольготно чувствуют себя в организме человека.

Форма простейших микроорганизмов

Бактерии в зависимости от вида различаются формой и размерами.  

Различие бактерий по типу питания

Живой мир приспособился получать энергию тремя способами. Их освоили простейшие микроорганизмы: это процессы дыхания, брожения и фотосинтеза. Но в эти химические превращения они включают некоторые соединения, недоступные для других видов организмов

Схема «Особенности питания бактерий»

По способу питания бактерии разделяют на две группы:

  1. Гетеротрофы — они не способны синтезировать органическое вещество, а питаются готовым.
  2. Автотрофы — способны синтезировать органические вещества из неорганических.
    • сапрофиты — бактерии, которые питаются органическими веществами отмерших организмов (молочно-кислые бактерии, бактерии гниения);
    • паразиты — бактерии, которые питаются органическими веществами живых организмов (менингококки, гонококки);
    • симбионты — тесное сожительство бактерий с живыми организмами, приносящие пользу друг другу (клубеньковые бактерии на корнях бобовых).

Гетеротрофы окисляют органику для построения тела двумя основными способами:

  • при участии кислорода в процессе дыхания;
  • в результате брожения без доступа кислорода (анаэробные условия).

Благодаря микроорганизмам происходит спиртовое, молочнокислое, масляное и другие виды брожений. Спирты и органические кислоты, метанобразующие микроорганизмы превращают в метан и углекислоту.

Эти свойства «мельчайших тружеников» люди используют в хозяйственной деятельности и в одном из направлений науки – биотехнологии. Микробы помогают бороться с вредными насекомыми, сорными травами, очищают сточные воды и зараженный грунт, «съедают» нефтяные пятна.

Значение в природе

Большинство бактерий задействовано в круговороте веществ. В цепи питания играют роль редуцентов, разлагающих продуты жизнедеятельности других организмов, поэтому в основной своей массе они содержатся в почве. На 1 г почвы приходится до 200-500 млн. бактерий гниения. Это группы азотфиксирующих, нитрифицирующих, серобактерий и других микроорганизмов.

Бактерии населяют моря и водоемы. Их обилие наблюдается в прибрежной зоне, где больше питательных веществ. В воздухе микробы поднимаются с потоками воздуха или пылью. Тела большинства живых организмов являются «домом» для маленьких обитателей планеты, которые выполняют в теле хозяина разрушительную или созидательную функцию.

Известны хищные представители этой группы микробов. Их способность пожирать «собратьев» ученые пытаются направить на истребление болезнетворных бактерий.

Бактерии Bdellovibrio bacteriovorus работают в качестве «живого антибиотика» против некоторых опасных «собратьев». Этот вид относится к быстро плавающим, который ставит своеобразные рекорды по скорости среди прокариот.

Bdellovibrio настигают другие бактерии, пожирая их изнутри, и готовясь к очередному делению. Они «работают» без побочных эффектов.

  • На заметку: Хищные бактерии, способные бороться с болезнетворными формами, помогают найти выход из сложившейся ситуации. Современные болезнетворные бактерии устойчивы к линии антибиотиков, что делает их неуязвимыми и опасными паразитами. Биохимики не успевают разрабатывать лекарства против вновь возникающих опасных штаммов.

Пути размножения

Микроорганизмы этого царства способны к делению следующими способами.

Схема «Пути размножения»

  1. Деление пополам или удвоение, которое может повторяться неоднократно и привести к образованию до 1000 и более особей за короткий промежуток времени.
  2. Почкование – это способность отделения части материнской клетки с цитоплазмой и органоидами.
  3. Споры – бактериальные клетки, покрытые плотной оболочкой. Образуются из материнской клетки в больших количествах. В таком виде существуют в окружающей среде продолжительно, так как защищены плотной оболочкой от внешних неблагоприятных условий: кипячения, УФ-лучей; радиации, ультразвукового воздействия.

Несмотря на бесполое размножение бактерии способны к изменчивости. Это связано не только с мутациями (перестройкой ДНК по определенным причинам), но и с процессом конъюгации, когда клетки обмениваются участками и даже целыми хромосомами. Иногда они поглощают ДНК, найденное во внешней среде.

  • К сведению: Размер клеток бактерий уступает клеткам других организмов. Это мелкие живые существа от 0,5 до 10 мкм (1 мкм=1/1000мм) и за счет небольших параметров отличаются высокой скоростью деления. При наличии питательного субстрата они размножаются каждые 15-20 мин. Процессы метаболизма в маленьких клетках происходят быстрее.

Бактерии – возбудители заболеваний

К вызывающим заболевания или патогенным бактериям относятся паразитические разновидности. Среди шаровидных бактерий известны болезнетворные кокки:

  1. Стафилококки, которые образуют скопления, похожие на виноградные гроздья. Среди них наиболее опасен золотистый стафилококк – источник гнойных воспалений и пищевых отравлений.
  2. Стрептококки представляют собой цепочку клеток, которая сохраняется после деления. Вызывают серьезные воспалительные инфекции: ангину, отит, эндокардит и другие.

Бактерии в форме палочек образуют бациллы, окруженные плотной оболочкой. Способны вызывать ряд опасных заболеваний: сибирскую язву, дифтерию, ботулизм, столбняк, сальмонеллез. Микробы в форме спирали в большинстве  безопасны.

Известны также условно-патогенные микробы, которые живут в организме человека и никак себя не проявляют до тех пор, пока не ослабнут иммунные, защитные силы организма. С этого момента они становятся источником реальной опасности.

Чума, туберкулез, холера, гонорея, сифилис и другие опасные патологии возникают по вине бактерий. В древности от бактериальных инфекций гибли целые города и царства. Открытие антибиотиков и вакцинация стали спасением человечества от «мелких паразитов». Но антибиотики – не панацея. Даже их наличие не гарантирует 100% избавления от инфекции.

  • К сведению:Человеческий организм представляет собой вместилище для всевозможных видов бактерий: патогенных, условно-патогенных и симбионтов, которые помогают вытеснить колонии вредных микробов, участвуют в переваривании углеводов и синтезе витаминов.

Профилактика заболеваний, вызываемых бактериями

Бактерии населяют окружающий мир и избежать контакта с ними невозможно. Но свести к минимуму их внедрение в организм реально при соблюдении ряда профилактических правил:

  1. Чаще принимать водные процедуры. На поверхности грязной кожи скапливаются бактерии. Это «виновники» неприятного запаха, исходящего от грязного тела.
  2. Промывать продукты (овощи, фрукты, зелень), которые не подвергаются термической обработке. Употреблять свежие продукты и только что приготовленные блюда (особенно это касается десертов и скоропортящихся продуктов).
  3. Избегать контакта с больными людьми, так как большая часть микробов передается контактным и воздушно-капельным путем. Если в доме находится больной, то важна периодическая дезинфекция квартиры.
  4. Стараться избегать скопления людей в период распространения бактериальных инфекций.
  5. Вовремя проводить вакцинации, исходя из графика прививочной карты.

Серьезная защита от бактерий – это крепкий иммунитет. Когда человек закален, физически крепок и ведет подвижный образ жизни, то инфекции отступают.

Попавшие в организм бактерии гибнут под воздействием защитного барьера, который организм ставит как преграду на пути инфекций.

Но бактерии становятся приспособленными к любым неблагоприятным факторам, а организм человека слабеет с каждым поколением, поэтому победить «невидимого врага» становится труднее.

Источник: https://bingoschool.ru/manual/299/

СайтЗдоровья
Добавить комментарий