Контрольная работа по дисциплине «Микробиология»

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ ЕСТЕСТВЕННЫХ И СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ НАУК

КАФЕДРА БОТАНИКИ И ЭКОЛОГИИ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Микробиология»

 

 

 

 

Выполнила студентка 3 курса

Скопич Светлана

Направление подготовки: 050100.62 Педагогическое образование

Профиль: Биология

Форма обучения: заочная

Проверил преподаватель: кандидат биологических наук, доцент кафедры ботаники и экологии Факторович Лилия Витальевна

Отметка:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск 2014

 

№1. Строение и размножение бактерий.

Цель: изучить особенности внешнего и внутреннего строения и размножения бактериальной клетки.

Работу выполнять по следующему плану:

1. Морфологическое строение бактерий: форма клеток, форма агрегаций (образование нитей, тетрад, пакетов), тип клетки в зависимости от расположения жгутиков.

Бактерии (греч. bakterion — палочка) - микроорганизмы с прокариотным типом строения. Преимущественно это одноклеточные организмы, однако существует немало форм, состоящих из многих клеток. Термин «прокариоты» равнозначен термину «бактерии». Средние размеры прокариот лежат в пределах 0,5—3 мкм. Наиболее стабильны кокки — их размер 0,5—2 мкм. Палочковидные формы обычно длиной 2—10 и шириной 0,5—1 мкм, мелкие палочки соответственно 0,7—1,5 и 0,2—0,4 мкм.

Кокки (греч. kokkos — зерно, лат. coccus — ягода) имеют сферическую форму в виде правильного шара, эллипса, боба, ланцета. В зависимости от взаимного расположения клеток после деления различают: микрококки, или монококки, стафилококки, диплококки, стрептококки, тетракокки и сардины.

• Микрококки (лат. micrococcus — маленький) делятся в разных плоскостях и располагаются одиночно, парами или беспорядочно. Сапрофиты обитают в почве, воде, воздухе. Например, Micrococcus luteus.
• Стафилококки (греч. staphyle — виноградная гроздь) — кокки, делящиеся в различных плоскостях и располагающиеся несимметричными гроздьями, иногда одиночно, парами, тетрадами. Сапрофиты и патогенные. Например, Staphylococ-cus aureus.
• Диплококки (греч. diploos — двойной) делятся в одной плоскости, образуя попарно соединенные кокки. Например, Azotobacter chroococcum.
• Стрептококки (греч. streptos — цепочка) — кокки, расположенные в виде цепочки, встречаются одиночные и парные клетки, иногда тетрады. Образуются при делении в одной плоскости. Сапрофиты и патогенные. Например, Streptococcus pyogenes.
• Тетракокки (греч. tetra — четыре) — кокки, которые делятся в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и располагаются по четыре.
• Сарцины   (лат. sarcio — связываю) — кокки, делящиеся в трех взаимно перпендикулярных плоскостях и образующие Правильные пакеты по 8—16 клеток и более. Сапрофиты; ветре чаются в воздухе, почве, кишечнике животных и человека. Например, Sarcina ureae.

Палочковидные бактерии. Это самая многочисленная группа прокариот. Они имеют осевую симметрию и цилиндрическую форму тела с округлыми или - заостренными концами. Палочковидные формы делят на две группы: неспоровые палочки — бактерии (Bacterium) и палочки, образующие споры, — бациллы (Bacillus).

• Палочки, у которых диаметр споры превышает ширину вегетативной клетки, принято называть клостридиями (Clostridium) —веретенообразные.
• В зависимости от взаимного расположения клеток палочковидные бактерии подразделяют на одиночные и бессистемные скопления, диплобактерии и диплобациллы (располагающиеся попарно), также стрептобактерии и стрептобациллы (формы, образующие длинные или короткие цепочки). Сапрофиты и патогенные виды. Например, Bacillus anthracis, Clostridium tetani.

К палочковидным формам также относят коринебактерии и фузобактерии.

• Коринебактерии (греч. koryne—булава) — прямые или изогнутые палочки с булавовидными утолщениями на концах. Сапрофиты, патогенны для животных и человека. Например, Corynebacterium pseudotuberculosis и др.
• Фуэобактерии — длинные, толстые, с заостренными концами палочки. Имеются патогенные виды — возбудитель некро-бактериоза (Fusobactedum necrosphorum).

Извитые бактерии. Обладают спиральной симметрией. К ним относятся вибрионы, спириллы и спирохеты.

• Вибрионы (лат. vibrio — извиваюсь). Клетки вибрионов имеют цилиндрическую изогнутую форму, образуя 1/4—1/2 завитка спирали, и напоминают запятую. Сапрофиты и патогенные. Например, Vibrio cholerae.
• Спириллы (лат. spira — изгиб) — бактерии, имеющие форму спирально извитых палочек с 4—6 витками. Обитают в пресной и морской воде. Преимущественно сапрофиты (Spirillum volutans); к патогенным видам относятся S. minus и кампилобактеры (Campylobacter fetus).
• Спирохеты (лат. Spirochaetales) — бактерий с длинными и тонкими спирально закрученными (один и более виток спирали) клетками. Хемоорганогетеротрофы. Подвижны, размножаются поперечным делением. Эндоспор не образуют. Встречаются как аэробные виды, так и анаэробные и факультативно-анаэробные. Спирохеты встречаются в почве, воде, других организмах.

 

Расположение жгутиков — характерный признак, имеющий таксономическое значение.

У некоторых бактерий жгутики расположены по всей поверхности клеточной стенки (например, у бактерий рода Proteus), такие бактерии известны как перитрихи (D) [от греч. peri-, вокруг, + trichos, волос].

Некоторые бактерии снабжены только одним толстым жгутиком (например, представители рода Vibrio), они известны как монотрихи (A).

Политрихи — бактерии, имеющие одиночный по виду жгутик, образованный пучком из 2-50 жгутиков.

• Полярные жгутики прикреплены к одному или обоим концам бактерии. Монополярно-политрихиальное расположение жгутиков имеют лофотрихи (B) [от греч. lophos, пучок, + trichos, волос], к ним, например, относят представителей рода Pseudomonas.
• Биполярно-политрихиальное жгутикование имеют амфитрихи (C) [от греч. amphi-, двусторонний, + trichos, волос] (например, бактерии рода Spirillum).

 

2. Внутреннее строение  бактериальной клетки: заполнить  таблицу 

 

№	Название структуры	Строение	Функции
1.   1.1.	Клеточные оболочки: Цитоплазматическая мембрана (ЦПМ);	состоит из двух слоев липидов и встроенных в липидную мембрану белковых молекул: белки (20-75%), липиды (25-40%), углеводы и РНК (в незначительных количествах). Белки ЦПМ  подразделяют на структурные и функциональные. Первые образуют различные структуры ЦПМ, вторые представлены ферментами, участвующими в синтетических реакциях на повер-хности мембраны и в окислительно-восстановительных процессах, а также некоторыми специализированными энзимами (например, пермеазы). Липиды, входящие в состав ЦПМ, представлены насыщенными или мононенасыщенными жирными кислотами, но не стеринами, как у эукариотических клеток.	барьерная (создает и поддерживает осмотическое давление) энергетическая (содержит многие ферментные системы - дыхательные, окислительно- восстановительные, осуществляет перенос электронов), транспортная (перенос различных веществ в клетку и из клетки).
1.2.	Клеточная стенка;	Клеточные стенки бактерий состоят из пептидогликана (муреина) и бывают двух типов: грамположительного и грамотрицательного. Клеточная стенка грамположительного типа состоит исключительно из толстого слоя пептидогликана, плотно прилегающего к клеточной мембране и пронизанного  тейхоевыми и липотейхоевыми кислотами. При грамотрицательном типе слой пептидогликана существенно тоньше, между ним и плазматической мембраной находится  периплазматическое пространство, а снаружи клетка окружена ещё одной мембраной, представленной т. н. липополисаха-ридом и являющася  пирогенным  эндотоксином  грамотрицательных бактерий.	обеспечивает механическую защиту обеспечивает постоянную форму клеток, с ее наличием в значительной степени связаны антигенные свойства бактерий.
1.3.	Слизистая капсула.	состоит из полисахаридов  (экзополисахаридов), иногда из полипептидов; например, у сибиреязвенной бациллы она состоит из полимеров D-глу-таминовой кислоты. Капсула гидрофильна, включает большое (до 98 %) количество воды.	является защитной структурой (прежде всего от высыхания), у ряда микробов является фактором патогенности, препятствует фагоцитозу, ингибирует первые этапы защитных реакций - распознавание и поглощение
2.   2.1.	Внутримембранные структуры: Мезосомы;	складчатые структуры, представляющие собой впячивания плазматической мембраны клетки. Хорошо выражены у грам+, хуже - у грам- бактерий, плохо - у риккетсий и микоплазм.	генерации энергии, аналоги митохондрий эукариот; участвуют в образовании клеточных перегородок; репликации и сегрегации ДНК нуклеоидов  ответственны за специализированные процессы обмена веществ
2.2.	Рибосомы;	важнейший немембранный  органоид живой  клетки сферической или слегка эллипсоидной формы, диаметром от 15—20 нанометров, состоящий из большой и малой субъединиц. Рибосомы представляют собой  нуклеопротеид, в составе которого отношение РНК/белок составляет 60-65:35-40.	служат для биосинтеза белка из аминокислот по заданной матрице на основе генетической информации, предоставляемой матричной РНК.
2.3.	Тилакоиды (аналоги гранул хлоропластов растений).	После впячивания цитоплазмы мембрана продолжает расти и образует стопки. В этих мембранах, часто заполняющих собой большую часть цитоплазмы бактериальной клетки, локализуются пигменты (бактериохлорофилл, каротиноиды) и ферменты (цитохромы).	фотосинтезирующий аппарат бактерий.
3.	Запасные вещества и включения.	В цитоплазме могут содержаться клеточные включения в виде гранул гиксогена, крахмала, жировых веществ. Различной формы и размеров. У ряда бактерий в цитоплазме находятся гранулы волютина, состоящих из  неорганических полифосфатов, метафосфатов и соединений близких к нуклеиновым кислотам.	служат источником энергии и углерода. Эти запасные вещества образуются, когда организм снабжается достаточным количеством питательных веществ, и, наоборот, используются, когда организм попадает в условия, менее благоприятные в отношении питания. Роль волютина до конца не ясна. Т.к. он исчезает при голодании клетки, то рассматривают валютин как запасное питательное вещество. Валютин обладает средством к основным красителям, проявляя хромофильность метохрамазию, легко вживляется в клетках в виде крупных гранул, особенно при специальных методах окраски.

3. Спорообразование: экзоспоры, эндоспоры.

Эндоспо́ры — покоящиеся, неспособные к размножению формы, образуемые некоторыми (исключительно грамположительными) бактериями типа Firmicute. Эндоспоры образуются в результате впячивания внутрь клетки части её собственной цитоплазмы. Образование эндоспор запускается при недостатке питательных веществ с целью пережить неблагоприятный период. Внутри материнской клетки (спорангия) образуется эндоспора, причём в каждой материнской клетке формируется одна спора. Процесс спорообразования продолжается 5—13 часов. Спорообразование идёт с затратой питательных веществ. В начале спорообразования в клетке падает содержание глюкозы и поли-β-оксимасляной кислоты, синтезируется дипиколиновая кислота (она отсутствует в нормальной вегетативной клетке), накапливаются ионы Ca2+,  Mg2+, Mn2+ и К+.

Процесс спорообразования протекает в несколько этапов:

1. Цитолемма инвагинируется, быстро углубляясь, так что клетка оказывается разделённой на две части: меньшую, содержащую часть генетического материала (будущая спора), и большую.
2. Отделённая часть покрывается цитолеммой материнской клетки. В итоге формируется проспора с двумя плазматическими мембранами.
3. Между плазматическими мембранами проспоры синтезируется кора (кортекс) из пептидогликана, а за счёт материнской клетки формируются споровые оболочки: полипептидная наружная оболочка и  экзоспорий, состоящий из белков и липидов.
4. Материнская клетка разрушается, спора освобождается.

Этапы образования споры до стадии проспоры обратимы, после этого этапа процесс спорообразования уже становится необратимым.

Когда условия среды улучшаются, спора прорастает, возвращаясь к состоянию вегетативной клетки. Эндоспоры могут сохраняться очень долго, возможно, до 1000 лет при нормальных условиях (были описаны случаи прорастания спор, возраст которых насчитывает несколько миллионов лет). Однако при 100°С 90% эндоспор гибнут через 11 минут; 99% спор актиномицетов гибнет при 75°С через 70 минут, при высушивании они сохраняют жизнеспособность до 15 лет.

Содержание ДНК в споре ниже, чем в исходной вегетативной клетке, поскольку в спору переходит только часть генетического материала исходной клетки.

Расположение незрелых эндоспор внутри бактериальной клетки является важным показателем для идентификации различных видов бактерий. Существует 3 основных типа расположения эндоспор:

• терминальное;
• концевое:
• центральное.

 

 

Различное расположение эндоспор в материнской клетке. 1, 4 — центральное; 2, 3, 5 — терминальное; 6 — латеральное.

 

 

Прорастание споры включает в себя 3 этапа:

• активация;
• инициация;
• собственно прорастание.

Прорастание споры активируется при прогревании. Его также активируют глюкоза и другие углеводы, многие аминокислоты (в первую очередь L-аланин), а также некоторые ионы. За активацией следует инициация прорастания, в ходе которой происходит гидратация споры, активация ферментных систем и дыхания, удаление ионов кальция и дипиколиновой кислоты. После этого следует собственно прорастание, при котором из споры вырастает ростовая трубка, которая разрывает оболочку.

Экзоспо́ры — специфические покоящиеся формы бактериальных клеток. Их образуют многие актиномицеты, некоторые метанутилизирующие бактерии рода Methylosinus  (напр.Methylosinus trichosporium), некоторые пурпурные бактерии рода Rhodomicrobium  (напр. Rhodomicrobium vannielii).

В отличие от эндоспор, образующихся внутри материнской клетки и окруженных двумя элементарными мембранами, экзоспоры формируются в результате отпочковывания от одного из полюсов материнской клетки. Образование экзоспор сопровождается уплотнением и утолщением клеточной стенки. У экзоспор отсутствует дипиколиновая кислота и характерные для эндоспор структуры (кортекс, экзоспориум).

Экзоспоры, как и эндоспоры, очень устойчивы к неблагоприятным воздействиям извне: обезвоживанию, повышенной температуре, радиации, химическому воздействию. Метаболизм в них почти полностью прекращён, они содержат очень мало влаги.

 

4. Размножение бактерий: бесполое, половое.

Основным путем размножения у бактерий является бесполое размножение. Однако у некоторых бактерий встречается и половое размножение - конъюгация.

Бесполое размножение: молодая клетка растет, достигает определенной величины и перпендикулярно ее длине образуется внутренняя перегородка. Затем перегородка расщепляется надвое и получается две дочерние клетки (фактически образуется две клетки: материнская и дочерняя). Скорость размножения зависит от условий, при благоприятных внешних факторах деление отмечается через каждые 20-30 мин, а у термофилов даже через 5 минут.

Разновидностью бесполого размножения является почкование, которое имеет место наряду с делением у микобактерий. Скорость размножения настолько велика, что теоретически микробные клетки заполнили бы все моря и океаны за несколько суток. Однако различные факторы тормозят процесс размножения бактерий: истощение питательных веществ в среде, накопление продуктов обмена, поедание их простейшими, растворение фагами, действие физических и химических факторов.