Контрольная по микробиологии

     Азотобактер плохо развивается в кислой среде, он растет при рН 5,5—7,8 и более влаголюбив, чем другие микроорганизмы почвы. В лабораторных условиях азотобактер выращивают на безазотистых средах (маниитный агар). Колонии азотобактера напоминают слизь, которая вначале белая, а затем буреет и приобретает коричневый оттенок. Азотобактер широко распространен в помпах разных географических широт. В целинных почвах азотобактер встречается редко и по мере их окультуривания, создания необходимых условий численность его возрастает. Положительное действие азотобактера па растения объясняется не только его азотфиксирующей способностью, по и тем, что он выделяет в окружающую среду витамины и другие, биологически активные вещества: никотиновую и пантотеновую кислоты, гиббереллин, гетероауксип.

     Фиксация  молекулярного азота микроорганизмами в симбиозе с растениями.

 Известно, что бобовые растения способны обогащать почву азотом. Древнеримский ученый М. Т. Варрон за 37 лет до н. э. писал: «Бобовые растения надо сеять на легких почвах не столько ради их урожая, сколько той пользы, которую получают последующие сельскохозяйственные культуры». Долгое время люди не могли разгадать секрет увеличения азота в почве после бобовых. В 1838 г. французский ученый Ж - Б. Буссенго, выращивая на одной и той же почве клевер, горох и пшеницу, установил, что бобовые культуры росли не только лучше пшеницы, но и накапливали большое количество азота. Необычным было и то, что содержание азота в бобовых растениях значительно превышало его количество, которое они могли получить из почвы и воды.

     В 1886 г. русский ученый М. С. Воронин в одной из своих работ описал бактерии, обнаруженные им в клубеньках, и высказал предположение об их непосредственной связи с образованием клубеньков. Выделить бактерии из клубеньков в чистую культуру удалось в 1888г. М. Бейеринку. Он назвал их Bact. radicicola. Вскоре после этого такие же бактерии из клубеньков выделил Б. Франк и дал им название Rhizobium, которое и принято в настоящее время. Была установлена способность микробов в симбиозе с бобовыми фиксировать молекулярный азот. Это было великое открытие XIX в. К. А. Тимирязев по этому поводу писал: «Едва ли в истории найдется много таких открытий, которые были бы таким благодеянием для человечества, как включение клевера и вообще бобовых растений в севооборот, так поразительно увеличивших производительность труда земледельца» (Избр. труды. — М.: Огиз-сельхозгиз, 1948, т. II, с. 148). По расчетам некоторых исследователей (Е. Н. Мишустии с соавт., 1983), примерно около 70% азота, который растения берут из почвы, накоплено биологическим путем. Такой азот не только дешев, но и безвреден. Велика роль в этих процессах микроорганизмов, находящихся в клубеньках бобовых растений.

 Характеристика  клубеньковых бактерий (ризобий). Клубеньковые бактерии могут быть овальной, палочковидной или разветвленной (бактероиды) формы. Палочковидные формы обычно слегка изогнуты. У клевера они более толстые и короткие, у гороха и вики — длиннее. Клубеньковые бактерии люпина и фасоли более изогнутые. В молодом возрасте клетки подвижные, причем количество жгутиков и их расположение у медленно- и быстрорастущих бактерий разные. Медленнорастущие — монотрихи, быстрорастущие — перитрихи. Клубеньковые бактерии хорошо окрашиваются эритрозином и метиленовым голубым. По Граму не окрашиваются. Из всех форм наибольший интерес представляют разветвленные (бактероиды), они появляются при старении культуры, не способны размножаться, но с их появлением фиксация азота из воздуха возрастает.

     По  скорости роста на питательных средах клубеньковые бактерии делят на две группы: 1) быстрорастущие {колонии на плотных питательных средах появляются через четверо суток), к ним относятся клубеньковые бактерии гороха, клевера, люцерны, кормовых бобов, вики, чины, донника, фасоли и др.; 2) медленнорастущие, их размножение происходит в 2 раза медленнее, колонии появляются на 7—8-е сутки. Такие бактерии содержатся в клубеньках люпина, сои, арахиса, сераделлы и других растений.

     Растут  клубеньковые бактерии на маннитном агаре, образуя на поверхности среды колонии белого цвета слизистой консистенции. Колонии медленнорастущих культур мельче, чем быстрорастущих. Каждое бобовое растение имеет свои клубеньковые бактерии.

 В клубеньках бобовых могут содержаться активные и неактивные штаммы бактерий. Если клубеньки мелкие, то в них чаще встречаются неактивные штаммы, то есть такие, которые вместе с бобовыми плохо усваивают атмосферный азот. Они характеризуются высокой вирулентностью. Кроме того, образование большого количества клубеньков не только не способствует усвоению азота, но они сами используют тот азот, который растение получает из почвы, то есть ведут паразитический образ жизни. Рост растений с большим количеством мелких клубеньков угнетается. Среди бобовых имеются и такие, которые не образуют клубеньки на корнях. Они составляют примерно около 9% общего количества бобовых.

     При образовании меньшего количества крупных  розовых клубеньков растения получают больше азота, повышается урожай. Розовый цвет ткани клубенька обусловливает содержание в нем леггемоглобина — гемоглобина бобовых растений. Такой пигмент в клубеньках сои обнаружен в 1939 г. японским исследователем X. Кубо. Он образуется только в симбиотической системе клубеньковые бактерии — растение. Вне симбиоза клубеньковые бактерии и бобовые растения не синтезируют гемоглобин. В связи с этим его рассматривают как фактор, принимающий участие в симбиотической фиксации азота. По-видимому, гемоглобин превращает гидроксиламин в аммиак, выполняет роль переносчика и регулятора кислорода в симбиотической системе. Бобовые растения в симбиозе с клубеньковыми бактериями способны фиксировать в среднем до 200 кг азота на 1 га почвы, причем 2/3 его берут из воздуха и 1/3 — из минеральных соединений почвы.

 Первый  стабильный продукт биологической азотфиксации — аммиак. Он образуется в результате повышения активности инертного азота ферментом нитрогеназой и последующего соединения его с водородом. Нитрогеназа — специфический ферментативный комплекс, состоящий из двух белков: в один из них входят молибден и железо, в другой — только железо. Обязательный компонент азотфиксирующей системы — негеминовый железосодержащий белок ферредоксин, который служит донором электронов, то есть восстановителем. Для восстановления одной молекулы азота затрачивается 12 молекул АТФ. Реакция идет по схеме N2+3H₂+ 12 ATФ→2NH₃+ 12 АДФ + 12 ФН. Аммиак соединяется с кетокислотами бактерий, которые превращаются в аминокислоты, используемые затем растениями. Фиксация молекулярного азота происходит в видоизмененных клубеньковых бактериях— бактероидах.

 Формировать клубеньки и фиксировать азот воздуха в симбиозе с другими  микроорганизмами могут и небобовые растения. На корнях некоторых из них (ольха, облепиха, береза, хвойные) имеются образования, подобные клубенькам бобовых, в которых симбионтами являются не бактерии, а грибы. По эффективности фиксации

 молекулярного азота такие растения не уступают бобовым. Следовательно, микроорганизмы могут фиксировать азот из воздуха в симбиозе не только с бобовыми, но и другими растениями.

     Нитрагин. Наблюдения показали, что бобовые растения дают высокий урожай и обогащают почву азотом в том случае, если на корнях имеются крупные клубеньки. Бобовые плохо растут на почвах, где впервые культивируются и где нет соответствующих клубеньковых бактерий. Это обстоятельство привело к попытке обогатить ими почву. Наиболее простой метод обогащения почвы клубеньковыми бактериями — перенос земли с поля, на котором бобовые давали хороший урожай. Подобные опыты были проведены в 1887 г. Сальфельдом на опытной станции в Бремене (Германия). Установлено, что на почве из-под бобовых урожай был значительно выше, чем в контроле, где отсутствовали клубеньковые бактерии. В дальнейшем обогащение почвы бактериями проводили путем рассева земли из-под бобовых. Такой метод очень трудоемкий, так как требовалось переносить большие количества земли, притом он и небезопасен в смысле распространения фитопатогенных микроорганизмов и семян сорных растений. Все это требовало разработки других, более совершенных методов инокуляции. Лучшим оказался метод использования чистых культур клубеньковых бактерий.

     Впервые бактериальный препарат был изготовлен в 1896 г. Ф. Ноббе и Л. Гильтнером (Германия) и назван нитрагином. И России подобная работа (1907) была проведена Л. Т. Будиновым. Массовое производство нитрагина в пашей стране начато в 1929 г., когда была получена первая крупная партия препарата, которую вносили под сою. С этого времени начинают создаваться первые специальные производственные лаборатории для изготовления бактерналыюго удобрения, а затем и заводы.

     Микробиологическая  промышленность выпускает две формы  нитрагина: ризоторфин и ризобин - Ризоторфин представляет собой смесь клубеньковых бактерий со стерильным торфом. Культуру клубень-конь: бактерий, предназначенную для определенного вида бобового растения, вначале выращивают на агаризованной среде, в состав которой входит отвар семян бобовых и 1% сахарозы. Полученную лабораторную культуру вносят за)ем в производственный ферментер и культивируют в течение 50—70 ч при температуре 28—30°С в аэробных условиях, для чего в среду (рН 6,5—7,2) подают стерильный воздух. В процессе культивирования численность микробных клеток в 1 мл среды возрастает до 1 млн. Такую культуру смешивают со стерильным торфом.

     Наполнитель высушивают, размалывают, нейтрализуют СаСО3, помещают в полиэтиленовые пакеты, которые запаивают и стерилизуют у-лучами. В такой пакет стерильной иглой вводят инокулят. Отверстие в пакете заклеивают липкой лентой. Содержимое тщательно перемешивают и выдерживают и течение 2—4 недель при 26°С. За это время численность клубеньковых бактерии резко возрастает.

 Ризобин (сухой нитрагин) представляет собой высушенную культуру клубеньковых бактерий с наполнителем. Клетки бактерий от среды отделяют сепарированием, после чего к ним добавляют защитную среду (20% мелассы и 1% тиомочевины) и высушивают под вакуумом при температуре 30—35°С. Сухую биомассу (влажность 2—5%) размалывают, смешивают с наполнителем (бентонит) и фасуют в влагозащитные мешки. В 1 г препарата должно быть не менее 9 млрд. жизнеспособных клубеньковых бактерий.

     Открытие  азотфиксаторов привело к созданию так называемых микробных удобрений. Уже в 1895 году Наббе и Хилтнером запатентован препарат микробной культуры Nitragin. Он выпускался в 17 вариантах для различных растений. Препарат представлял собой культуры азотфиксирующих микроорганизмов, смешанных с почвой, торфом, песком, навозом и другими субстратами. Внесение нитрагина в почву или обработка семян назывались инокуляцией и позволяли фермеру повысить качество и количество продукции. В первой половине нашего столетия наблюдался неуклонный рост научно-исследовательских работ по созданию перспективных микробных препаратов для бобовых и небобовых культур.

     Однако  после второй мировой войны бурное развитие химической промышленности породило надежду на решение многих вопросов технологии выращивания сельскохозяйственных культур с использованием химических удобрений. Начался период химизации  сельскохозяйственного производства. Работы по исследованию микробиологических препаратов стали свертываться. Если к середине 40-х годов в мире продавалось 40 тыс. препаратов микробных  удобрений, то в 1964 году - всего 1-2 тыс. Возможности  большой химии, дешевизна азотных  удобрений, простота их использования  как бы отодвигали на второй план микробные  препараты. Период переосмысления методов  и стратегии использования биологических и химических источников азотного питания сельскохозяйственных растений наступил около десяти лет тому назад, когда во всех странах, в том числе и в России, возникла проблема экологизации сельскохозяйственного производства. Постоянно растущие мощности по производству синтетических азотных удобрений и их интенсивное использование кроме положительного эффекта (роста урожайности) несут в себе большую опасность W загрязнение азотсодержащими веществами почвы, подпочвенных вод, рек и озер. Минеральные удобрения вымываются из почвы, выщелачиваются и становятся вредными для человека соединениями - нитритами, нитрозаминами и т.д.

     Проблема "занитрачивания" питьевых водоемов вблизи больших площадей сельскохозяйственных угодий, на которых применяют азотные удобрения, требует своего решения как в России, так и во многих промышленно развитых странах. Все это заставляет ученых и практиков искать альтернативные пути решения сельскохозяйственных задач, уделяя серьезное внимание биологической азотфиксации. 

3.Роль  восприимчивых  организмов и  условий среды в возникновении  и развитии инфекции.Динамика инфекционного процесса.Общие меры профилактики инфекционных болезней .

     Для возникновения инфекционного процесса требуется минимально заражающая доза микроба; однако чем больше проникло в организм микробов, тем скорее развивается болезнь. Чем вирулентнее микроб, тем быстрее наступают все клинические признаки болезни. Имеют значение и ворота инфекций. Например, после введения в легкие морской свинки 1 – 2 туберкулезных микробов может возникнуть заболевание, а чтобы вызвать заболевание путем подкожной инъекции микробов, надо ввести не меньше 800 живых туберкулезных палочек.

  Одно из необходимых условий для возникновения забелевания – восприимчивость организма к данной инъекции очень восприимчивы, а к другим устойчивы. Например, крупный рогатый скот не заражается сапом лошадей, а чума свиней совершенно неопасно в смысле заражения для человека.

       Исключительно важное значение для возникновения инфекционного процесса имеет состояние организма. И.И.Мечников писал: «Болезнь, помимо внешних причин – микробов, обязана своим происхождением еще и внутренним условиям самого организма. Болезнь наступает тогда, когда эти внутренние причины оказываются бес сильными помешать развитию болезнетворных микробов; когда они, наоборот, успешно борются с микробами, то организм оказывается невосприимчивым. Проникновение патогенного микроба в чувствительный организм вовсе не обязательно вызывает соответствующее заболевание». Устойчивость организма против инфекции снижается при плохом питании. Влияет также простудный фактор, перегревание, радиация, отравление алкоголем и пр.

При развитии инфекционного процесса можно выделить несколько стадий:

1) Проникновение инфекционного агента; его адаптация к условиям внутренней среды организма и колонизация тканей, к которым тропен микроорганизм.

2) Образование продуктов жизнедеятельности (токсины, ферменты), оказывающих повреждающее действие и приводящих к нарушению гомеостаза организма.