АГРОИНФормация

Агропортал - все для специалистов агропромышленного комплекса

Микроорганизмы и их отношение к окружающей среде

Условия внешней среды имеют большое значение для жизни микроорганизмов. Температура и влажность, наличие кислорода, освещенность и другие факторы среды влияют на рост микроорганизмов и распространение их в природе.

Влажность. Микроорганизмы могут жить и размножаться только в присутствии свободной воды, находящейся в среде главным образом в капельно - жидком виде. Растворенные в такой воде питательные вещества могут поступать в микробную клетку.

Большое влияние на рост микроорганизмов оказывает концентрация растворенных в воде соединений. Если их содержится мало, раствор называется гипотоническим. При оптимальной концентрации вещества создаются условия для лучшего роста микроорганизма. Увеличение концентрации вещества приводит к задержке роста организма в связи с повышением осмотического давления в окружающей среде. Раствор с высоким осмотическим давлением называется гипертоническим.

В растворах, имеющих более высокое осмотическое давление, чем внутри микробной клетки, последние не могут жить. Это объясняется тем, что вода выходит из клетки наружу, клетка обезвоживается, и протопласт сжимается. Данное явление носит название плазмолиза. В среде с очень низким осмотическим давлением вода будет поступать внутрь клетки, оболочка которой может лопнуть. При этом наблюдается плазмоптиз.

Осмотическое давление клетки у грамположительных бактерий достигает 3• 106 Па, у грамотрицательных — 4• 105 — 8-105 Па. Следовательно, в растворах с высоким осмотическим давлением — около 9-106—107 Па (15—20%-ный NaCl)—создаются условия, невозможные для роста бактерий и ряда других организмов. Высокое осмотическое давление среды не препятствует росту лишь некоторых микроорганизмов, называемых осмофильными, то есть «любящими» высокое осмотическое давление. Так, многие плесени из родов Aspergillus и Penicillium могут расти на едва увлажненных субстратах. Осмотическое давление в их клетке достигает 2-105 — 2,5-105 Па. Мед иногда разлагается дрожжами, которые растут при содержании сахара 70—80%. Некоторые из этих осмофильных дрожжей развиваются только при высокой концентрации сахара, но не выносят высокой концентрации солей.

Имеются организмы, которые могут жить лишь при очень высоких концентрациях солей (NaCl). Это галофильные, то есть «любящие» высокую концентрацию солей, организмы (лат. halo — соль).

Они представлены двумя основными типами: умеренными галофилами, которые развиваются при содержании соли 1—2%, хорошо растут в среде с 10% соли, но могут выносить даже 20% - ное ее содержание (большинство бактерий не переносят концентрации NaCl выше 5%) и экстремально галофильными бактериями родов Halobacterium и Halococcus, которые требуют около 12 — 15% солей и способны хорошо расти в насыщенном растворе NaCl — при 32%-ной концентрации соли.

Действие высоких концентраций солей на микроорганизмы может быть обусловлено как самим растворенным веществом, так и его влиянием на активность воды (aw). Любое вещество, которое содержится в растворителе, притягивает молекулы этого растворителя и, следовательно, снижает их подвижность. Активность воды определяют по уравнению:

Где Р и P0 — соответственно давление пара раствора и растворителя (чистой воды) ; п1, и п2 — соответственно число молей растворителя и растворенного вещества.

Величины aw, лимитирующие рост различных бактерий, колеблются в пределах от 0,75 до 0,96. Считают, что не всегда можно заранее сказать, будет ли растворенное вещество оказывать на бактерии специфическое действие или влиять на доступность воды.

Неспособность микроорганизмов расти на средах с высокими концентрациями солей (например, NaCl) или сахаров успешно используют в пищевой промышленности для консервирования различных продуктов.

Большое внимание уделяют установлению значения воды для микроорганизмов в засушливых условиях и роли воды в жизнедеятельности микроорганизмов в природе. Обстоятельные исследования влияния недостатка воды (водного стресса) или высушивания на живые организмы были проведены на грибах, бактериях, водорослях и др. Установлено, что большинство микроорганизмов переносят высушивание хорошо. Наиболее устойчивые к обезвоживанию компоненты почвенного микробоценоза — грибы. Способность грибов переносить водный стресс и функционировать при низком водном потенциале имеет большое значение для поддержания непрерывности круговорота питательных веществ в природе.

Устойчивость к обезвоживанию у разных бактерий весьма различна. Например, численность жизнеспособных клеток Pseudomonas, внесенных в воздушно-сухую почву, после их выдерживания в течение месяца, снижается в 100 раз. В то же время Azotobacter остается жизнеспособным в почве даже через десятки лет ее хранения в воздушно-сухом состоянии. Интересны исследования, показавшие, что водный стресс приводит к возрастанию процентного содержания актиномицетов среди всех групп микроорганизмов, обнаруживаемых в почве. Это связано с большей выживаемостью актиномицетов в почве по сравнению с грибами и бактериями. Следовательно, выживаемость микроорганизмов в сухой почве существенно возрастает, если определенный организм формирует те или иные устойчивые формы. Так, вегетативные клетки Pseudomonas обладают довольно высокой чувствительностью к водному стрессу, в то время как цисты азотобактера и споры актиномицетов значительно более устойчивы.

Снижение водного потенциала обусловливает подавление в почве таких важных процессов, как нитрификация и симбиотическая азотфиксация. Поэтому при оценке влияния засухи на сельскохозяйственные растения не следует недооценивать и воздействие водного стресса на почвенные микроорганизмы и на процессы, ими осуществляемые.

При дефиците влаги микроорганизмы не размножаются. В целом ряде высушенных пищевых продуктов (рыба, мясо, фрукты и др.) хотя и имеется много живых микроорганизмов, но развиваться они не могут. При увлажнении высушенных продуктов начинается интенсивное размножение микроорганизмов, что часто приводит к порче продуктов.

Высушивание микроорганизмов в глубоком вакууме обеспечивает сохранение их в живом состоянии в течение многих лет, так как в клетках таких высушенных организмов биологические процессы резко замедлены. В настоящее время метод быстрого высушивания в условиях вакуума (в средах специального состава) широко используют для сохранения производственных и музейных культур микроорганизмов. Существует метод получения сухих культур микроорганизмов путем высушивания из замороженного состояния (—76°С) под высоким вакуумом. Этот процесс называется лиофилизация. Споры не только бактерий, но и других микроорганизмов хорошо переносят высушивание.

Влияние воды на развитие микроорганизмов связано с ее поверхностным натяжением. Последнее служит показателем силового ноля поверхности воды. Поверхностное натяжение воды при 20°С равно 7,3-10-2 Н/м.

Существует очень мало веществ, способных повышать поверхностное натяжение, но много — обусловливающих его понижение. Это так называемые поверхностно – активные вещества. Они снижают поверхностное натяжение благодаря тому, что не образуют с водой гомогенных растворов, а находятся на ее поверхности в значительно более высокой концентрации, чем в массе воды. Снижение поверхностного натяжения зависит непосредственно от соотношения концентрации этого вещества на поверхности и в массе воды.

Мыльные растворы или другие вещества, понижающие поверхностное натяжение, например алифатические спирты с длинной цепью или желчные кислоты, токсичны для микроорганизмов.

Снижение поверхностного натяжения питательных сред приводит к изменениям физиологических процессов в клетке микроорганизмов, что проявляется в изменении клеточной проницаемости (разрушение осмотического барьера), остановке процессов размножения и роста микроорганизмов.

На средах с низким поверхностным натяжением размножение некоторых видов бактерий приостанавливается, при этом образуются очень крупные деформированные клетки, задерживается или даже полностью прекращается образование спор. Ряд бактерий вообще не растет на средах с низким поверхностным натяжением.

Многие поверхностно - активные вещества добавляют к дезинфицирующим средствам для повышения их смачивающей способности. Например, смесь мыла (поверхностно - активное вещество), фенола и крезола (обладают бактерицидными свойствами) — весьма эффективное дезинфицирующее средство.

Температура. Микроорганизмы лишены механизмов, регулирующих температуру, поэтому их существование определяется температурой окружающей среды. Как и для всех живых организмов, для них имеется свой температурный диапазон, ограниченный минимальными и максимальными температурами.

Микроорганизмы становятся недеятельными, если температура окружающей среды опускается несколько ниже 0°С, большинство их не может жить при температуре выше 40°С, в то же время некоторые размножаются при 70—75 и даже 105°С.

По отношению к температуре микроорганизмы могут быть разделены на группы, приведенные в таблице 1.

Психрофилы (от греч. психрос — холод) — «холодолюбивые» организмы. К психрофилам относятся некоторые почвенные и морские бактерии, а также болезнетворные для рыб и водных растений микроорганизмы.

Многие психрофилы хорошо размножаются при температурах, благоприятных для мезофилов. Однако они могут расти, хотя и медленно, при 0°С и ниже, их называют факультативными психрофилами.

Другие микроорганизмы из этой группы приспособились к существованию при более низких температурах (около 0°С и ниже), при 25°С и выше они погибают. Температурный оптимум для них лежит между 5 и 15°С. Подобные микроорганизмы относят к облигатным психрофилам.

Выделяют и так называемых психротрофов, которые могут расти при 5°С или ниже независимо от максимальных или оптимальных для них температур роста.

Среди психрофилов имеются бактерии и грибы. Психрофилы встречаются главным образом в холодных районах земного шара с устойчивым температурным режимом.

Мезофилы (от греч. мезос — средний, промежуточный) имеют температурный оптимум 30—45°, а минимум 10—15°С. Большинство микроорганизмов относятся к этой группе, в том числе болезнетворные. Патогенные для человека и теплокровных животных микробы имеют оптимум около 37°С.

Термофилы (от греч. термо — тепло) — теплолюбивые микроорганизмы, развиваются в зоне высоких температур. Минимум не, ниже 35—40°С, оптимум 55—75°С. Облигатные термофилы не растут уже при 37°С, но факультативные формы способны развиваться при 30—35°С и даже при более низкой температуре.

Способность некоторых неспорообразующих бактерий горячих источников существовать при температурах от 40 до 93°С и выше дало основание для выделения этих организмов в новую группу экстремально - термофильных бактерий. Возможность существования термофилов при высокой температуре обусловлена особым составом липидных компонентов клеточных мембран, высокой термостабильностью белков и ферментов, термостабильностью клеточных ультраструктур.

В природе термофильные микроорганизмы обитают в горячих источниках и принимают непосредственное участие в процессах самонагревания навоза, сена, зерна и т. д.

Термофильные формы имеются у бактерий, актиномицетов, водорослей, грибов и простейших.

Микроорганизмы по-разному относятся к предельным (низким и высоким) температурам. Если низкие температуры, такие, как —190°С (жидкий воздух) или —252°С (жидкий водород), микробные клетки переносят, после размораживания сохраняя способность к росту, то под влиянием высоких температур они довольно быстро погибают. Высокие температуры (60°С и выше) вызывают коагуляцию белков и инактивацию ферментов у психрофильных и мезофильных микроорганизмов. Обычно при 60—70°С погибают вегетативные клетки этих организмов. Споры бактерий могут выдерживать температуру кипения воды в течение нескольких часов.

Нагревание до температуры 100—120°С используют в микробиологии для полного уничтожения вегетативных форм микроорганизмов и их спор. Это наиболее удобный и надежный способ стерилизации различных предметов (лат. sterilis — бесплодный). Имеется несколько способов стерилизации с использованием высокой температуры. Наиболее широко применяется стерилизация сухим жаром (для сухих объектов) при температуре 160°С в течение 2 ч и стерилизация паром в автоклаве (для влажных объектов) при 120°С в течение 15—20 мин.

Кислотность среды. Реакция среды, в которой обитают микроорганизмы, оказывает на них большое влияние. Это один из наиболее важных факторов, от которых зависит рост и размножение микроорганизмов, так как он определяет доступность для организма различных веществ и неорганических ионов.

Напомним, что активная реакция среды является функцией ионов водорода, их активности и концентрации. Кислотность среды выражается символом pH. Значения pH лежат в интервале от О до 14 и представляют собой десятичный логарифм концентрации водородных ионов, взятый с обратным знаком. Значения pH кислых сред находятся в пределах 0—6, щелочных — 8—14, нейтральная точка соответствует pH 7,07.

Для большинства микроорганизмов оптимальное значение pH — около 7. Очень кислая или очень щелочная реакция среды обычно токсичны для бактерий. Предельные значения pH, выше и ниже которых известные в настоящее время микроорганизмы прекращают рост и размножение, приблизительно равны 1 и 11. При pH 1 могут существовать лишь немногие бактерии и грибы, при pH 11 — только некоторые водоросли, грибы и бактерии. За редкими исключениями, бактерии не способны расти при pH ниже 4. Большая часть бактерий не размножается при pH выше 9. Следовательно, диапазон pH, при котором они развиваются, колеблется в пределах 4—9.

Имеются бактерии, которые лучше растут при щелочной реакции (pH 10 и выше). Такие организмы называются Алкалофильными. Найдены также бактерии, способные развиваться в очень кислой среде, это ацидофильные микроорганизмы. Они облигатно нуждаются для роста в очень низких значениях pH (3 и менее).

Некоторые микроорганизмы (например, молочнокислые, маслянокислые и др.) производят так много кислоты в процессе обмена веществ, что это приводит к остановке роста, а иногда и к гибели их.

Известны микроорганизмы, которые растут при экстремальных значениях pH. Например, представитель облигатных экстремальных ацидофилов Thiobacillus thiooxidans может развиваться при pH 0,9—4,5 (оптимум 2,5).

Грибы и дрожжи хорошо размножаются и при низком (pH 2—3), и довольно высоком значении pH (8—10). Многие грибы предпочитают кислую среду, и имеют тенденцию расти лучше при pH 5—6.

Значительная часть бактерий, несмотря на то, что не растет при pH ниже 4,5, может выносить такие низкие pH, как 1 или даже 0,1, не подвергаясь заметному отрицательному влиянию. Это так называемые кислотоустойчивые микроорганизмы. К ним принадлежат тионовые бактерии, окисляющие сероводород и серу, а также некоторые другие микроорганизмы.

Среди бактерий обнаружено несколько организмов, устойчивых к щелочной среде с pH 10 и выше. Сюда следует отнести Bacillus pasteurii, бактерию, расщепляющую мочевину и хорошо растущую при pH, близком к 11. Выделены и другие бациллы, очень устойчивые к щелочной среде.

В процессе своей жизнедеятельности некоторые микроорганизмы могут не только подкислять среду, но и вырабатывать щелочные продукты. Например, при разложении мочевины и белков образуется аммиак, подщелачивающий среду.

Отрицательное влияние кислотности среды на большинство микроорганизмов используется в практике консервирования пищевых продуктов, при приготовлении маринадов, силоса, квашеной капусты и т. д.

Влияние кислорода. Большинству живых существ необходим кислород. Микроорганизмы, нуждающиеся для жизни в кислороде, получили название облигатных (строгих) аэробов. К ним относится большая часть бактерий и грибов.

Некоторые микроорганизмы совсем не используют кислород. Это анаэробы. Они бывают двух типов: облигатные анаэробы, для них кислород токсичен, и аэротолерантные анаэробы, которые не погибают при контакте с кислородом.

Токсичность кислорода для облигатных анаэробов определяется тем, что эти организмы не имеют окислительных ферментов — супероксиддисмутазы и каталазы, обычно содержащихся в клетках аэробов и аэротолерантных анаэробов и защищающих организм от токсичных продуктов кислородного обмена (Н2О2 и др.). К облигатным анаэробным микроорганизмам относятся, например, бактерии рода Clostridium, ряд представителей которого может фиксировать азот атмосферы, вызывать некоторые болезни (газовую гангрену и т. д.), а также анаэробные актиномицеты.

Существуют факультативные анаэробы — микроорганизмы, имеющие анаэробный тип метаболизма, но в то же время нечувствительные к кислороду. К ним относятся некоторые кишечные бактерии, представители рода Serratia и др. Факультативно анаэробные микроорганизмы в зависимости от условий среды могут иметь или окислительный, или бродильный тип обмена. Так, многие дрожжи способны при доступе воздуха окислять сахар до СО2 и Н2О, а в анаэробных условиях они вызывают спиртовое брожение. Сахар при этом превращается в этиловый спирт и углекислоту.

К факультативно-анаэробным бактериям относятся представители родов Bacillus, Vibrio, Escherichia, патогенные бактерии из родов Salmonella, Shigella, Staphylococcus и др.

В природе имеются микроорганизмы, удовлетворяющиеся небольшими количествами кислорода,— м и к р о а э р о ф и л ы. Они лучше растут при парциальном давлении кислорода, значительно более низком, чем в воздухе.

Гидростатическое давление. Обычное давление не оказывает существенного влияния на микробные клетки. Однако очень высокое гидростатическое давление может остановить рост микробов. Так, при давлении выше 5-107 Па большинство микроорганизмов не растут.

Умеренное давление (1-107—5-107 Па) обычно угнетает рост и размножение микроорганизмов. В то же время существуют микроорганизмы, обитающие в грунтах и водах океана, которые могут размножаться при высоком давлении. Многие из этих микроорганизмов совершенно не размножаются при обычном атмосферном давлении, их называют барофильными. Существуют также баротолерантные микроорганизмы, которые размножаются при нормальном атмосферном давлении, но хорошо переносят высокое давление.

В настоящее время возникло новое направление в микробиологии—баробиология микроорганизмов, которая изучает роль гидростатического давления как экологического фактора, оказывающего влияние на распространение и активность микроорганизмов в глубине морей и океанов.

Химические факторы. Химические ядовитые вещества, попадая в бактериальную клетку, взаимодействуют с теми или иными важными составными компонентами ее и нарушают функции бактерий. Это приводит к остановке роста организма (бактериостатический эффект) или его гибели (бактерицидный эффект).

Действие химических веществ на микроорганизмы зависит от природы вещества, особенностей микроорганизма и факторов внешней среды, таких как температура, состав среды, время воздействия и т. д.

По характеру действия химические соединения делят на несколько групп:

Поверхностно-активные вещества — жирные кислоты, мыла, детергенты, вызывающие повреждение клеточной стенки;

Фенол, крезол и их производные, не только повреждающие клеточную стенку, но и воздействующие на белки цитоплазмы;

Акридины (вещества типа дибензопиридина), обладающие сродством к нуклеиновым кислотам и нарушающие процессы клеточного деления;

Формальдегид (40%-ный раствор формалина), вызывающий денатурацию белков;

Соли тяжелых металлов, приводящие к коагуляции белков, а поэтому обусловливающие гибель не только микроорганизмов, но и вирусов.

Характер действия ядовитого вещества — бактерицидный или бактериостатический — зависит от его концентрации, то есть его токсичность определяется дозой. Кроме того, среди микроорганизмов имеются формы, устойчивые к действию общих клеточных и метаболических ядовитых веществ (фенол, окись углерода, сероводород и др.), а некоторые обладают способностью использовать их в качестве источников питания.

Для ряда ядовитых веществ выявлен механизм их противомикробного действия. Растворы токсических соединений применяются в качестве дезинфицирующих средств в медицине, пищевой промышленности. В сельском хозяйстве их используют для химической дезинфекции (протравливания) семян и почвы. Такого рода дезинфекция обычно направлена против определенного возбудителя заболевания и называется частичной дезинфекцией.

Радиация (излучение). Свет — необходимый фактор для роста фотосинтезирующих зеленых и пурпурных бактерий, которые имеют пигменты, обеспечивающие им возможность поглощать энергию светового луча и превращать ее в химическую. Для большинства других бактерий радиация, видимая и невидимая, является или бесполезной, или вредной.

Энергия излучения переносится порциями, называемыми квантами. Количество энергии изменяется в зависимости от длины волны: большая длина волны дает немного энергии. Так, инфракрасные лучи с большой длиной волны характеризуются низким содержанием энергии, а короткие ультрафиолетовые и рентгеновские лучи обладают высокой энергией.

Действие, производимое квантом на материю, является функцией заключенной в нем энергии и, следовательно, длины его волны. Кванты инфракрасного света, имеющего длину волны более 1200 нм, содержат такое незначительное количество энергии, что они не способны вызывать химических изменений в поглощающей материи, и их энергия превращается в тепло. Этим объясняется хорошо известный тепловой эффект инфракрасных ламп. Энергия радиаций с длиной волны от 1200 (близкая к инфракрасным лучам) до 200 нм (ультрафиолетовые лучи) достаточна для того, чтобы произвести фотохимические изменения в поглощающих молекулах или атомах. При длине волны 200 нм и менее (рентгеновские лучи, а-частицы, космические лучи) энергия квантов столь высока, что молекулы ионизируются. Этот род радиации часто относят к ионизирующей.

Живая материя содержит многие виды молекул, химическая структура которых способствует поглощению лучистой энергии. Такие молекулы могут подвергаться фотохимическим реакциям. Нуклеиновые кислоты и белки — важнейшие составные части живой материи — обладают структурами, допускающими очень сильное поглощение ультрафиолетового света, и фотохимические изменения, возникающие при этом, очень вредны для живых клеток. Следовательно, ультрафиолетовый свет — сильный бактерицидный агент. Наиболее эффективная область спектра имеет длину волны около 260 нм и поглощается нуклеиновыми кислотами. Вероятно, гибель клетки от ультрафиолетового излучения почти всецело происходит за счет фотохимического разрушения этих соединений. Когда воздействие ультрафиолетового света недостаточно сильное, чтобы убить клетку, он может вызывать мутации. В практических целях ультрафиолетовые лампы используют для стерилизации воздуха.

Видимая часть света оказывает некоторое отрицательное действие на микроорганизмы, особенно лишенные пигмента. Микробы, живущие на субстратах, которые подвергаются воздействию солнечных лучей, содержат в своих клетках каротиноидные пигменты. Эти пигменты обладают защитным свойством против ультрафиолетовых лучей и видимого излучения. Многие микрококки и сарцины, обнаруживаемые в воздухе, также содержат каротиноидные пигменты и поэтому не гибнут на солнечном свету.

Ионизирующая радиация (рентгеновские лучи, а-частицы, у-из - лучение и др.) при низких дозах оказывает мутагенный эффект, а при высоких — обладает летальным действием на микроорганизмы, что позволяет использовать ее для стерилизации различных материалов, консервирования пищевых продуктов и т. д. При этом свойства стерилизуемого материала не изменяются.

Взаимодействие факторов внешней среды. Мы рассмотрели влияние различных физических и химических факторов внешней среды на микроорганизмы. Однако в действительности влияние одного фактора весьма редкое явление. В природной обстановке, а нередко и в условиях искусственной культуры на микроорганизмы оказывают воздействие многие факторы среды одновременно. Подчас это резко влияет на эффективность действия основного фактора. Так, pH среды изменяет летальный эффект температуры. Бактерии гораздо легче могут быть уничтожены при нагревании в кислой среде, чем в нейтральной или щелочной. Летальный эффект рентгеновских лучей очень сильно повышается в присутствии молекулярного кислорода. Бактерии могут быть защищены от воздействия рентгеновских лучей, если они облучаются в среде, компоненты которой находятся в восстановленном состоянии. Потребности микроорганизмов в ростовом факторе могут увеличиваться с повышением температуры и т. д.

Таким образом, термины «оптимальная температура» или «оптимальный pH» для роста данной бактерии имеют реальное значение, если все другие факторы внешней среды известны.

Сложность взаимодействия между различными факторами внешней среды чрезвычайно затрудняет определение оптимальных условий роста микроорганизмов. Тем не менее, этот вопрос имеет не только большое теоретическое, но и практическое значение.

Взаимоотношения микроорганизмов. Микроорганизмы в природной обстановке живут в тесной взаимосвязи друг с другом и со всем населением окружающей среды. Взаимоотношения между микроорганизмами бывают либо благоприятными, то есть приносящими взаимную пользу, либо вредными, антагонистическими. Между этими типами взаимоотношений можно провести лишь условную границу, они могут меняться в результате изменения окружающей среды.

В ряде случаев наблюдаются ассоциативные взаимоотношения между микроорганизмами. Изменяя компоненты среды, микроорганизмы могут создавать обстановку для благоприятного существования других микроскопических существ. Так, аэробы, поглощая кислород, благоприятствуют развитию анаэробов.

Нередко продукты жизнедеятельности одних видов микробов, служат источником энергии или питательных веществ для других (явление метабиоза). Нитрифицирующие бактерии получают необходимую им энергию при окислении аммиака, образующегося в результате жизнедеятельности аммонифицирующих бактерий. Для других микробов аммиак служит источником азота. Продукты обмена веществ бактерий, расщепляющих клетчатку, используются фиксаторами азота и т. д.

Существуют ассоциации двух разных видов микроорганизмов (или микро - и макроорганизмов) в условиях тесного и длительного пространственного контакта, когда оба партнера взаимно адаптируются к совместному существованию. Такие взаимоотношения между организмами называют симбиозом.

Типы симбиоза между микроорганизмами, а также между микроорганизмами и растениями (животными) делят на две категории: эктосимбиоз и эндосимбиоз. При экзосимбиозе микроорганизм занимает внешнее положение по отношению к клеткам организма-хозяина (более крупного из двух симбионтов), а при эндосимбиозе микроорганизм растет и развивается внутри клеток хозяина.

Разные типы симбиоза существенно отличаются и по относительной выгоде, которую получает каждый из партнеров ассоциации. При мутуалистическом, или взаимовыгодном, симбиозе оба партнера извлекают пользу от ассоциативного существования; при паразитическом симбиозе пользу получает только один из партнеров, в то время как второй не получает ничего, а часто даже приобретает различной степени повреждения. Следует отметить, что тип симбиоза может измениться при смене условий окружающей среды и взаимоотношения, бывшие вначале взаимовыгодными, могут стать паразитическими, и наоборот.

По степени взаимозависимости партнеров выделяют факультативный и облигатный симбиоз. При факультативном симбиозе партнеров можно культивировать друг без друга. В случае если симбионтов нельзя культивировать в изолированном виде, то симбиоз называют облигатным.

Можно привести несколько примеров мутуалистического симбиоза. Так, развитие или половое размножение некоторых дрожжей и грибов идет лишь в присутствии других микроорганизмов. Взаимоотношения подобного рода обусловливаются, по всей вероятности, образованием микробами-спутниками веществ типа ауксинов, или факторов роста, которые нужны для прохождения определенных фаз развития. Многие бактерии, нуждающиеся в витамине B12, получают его от других микробов, которые обладают способностью синтезировать это соединение. Известны и такие взаимоотношения, как симбиоз гриба с растением при образовании микориз; симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями; симбиоз целлюлозоразлагающих бактерий, обитающих в рубце животных, с животным и др.

Паразитический симбиоз широко распространен в мире микроорганизмов. Так, некоторые миксобактерии способны лизировать клетки бактерий и питаться их содержимым.

В 1963 г. немецкий микробиолог Штольп открыл очень мелкую бактерию, названную им Bdellovibrio bacteriovorus (вибриопиявка), являющуюся облигатным паразитом бактерий. Сначала этот паразит прикрепляется к клеточной стенке бактерии, затем проникает внутрь ее, быстро увеличивается в размерах и размножается. Когда содержимое клетки переварено, клеточная стенка пораженной бактерии разрушается, вибрионы выходят наружу и поражают новые бактериальные клетки. Существует ряд Bdellovibrio, каждый из которых поражает определенные виды бактерий. Они паразитируют преимущественно па грамотрицательных бактериях, в частности на псевдомонадах и энтеробактериях. Bdellovibrio встречаются в почве и воде.

Некоторые бактерии и грибы образуют специальные приспособления для захвата микроорганизмов и мелких животных. Запутавшиеся в них существа погибают и лизируются, после чего служат источником питания. Ряд видов грибов живет за счет грибов других видов. Иногда мицелий грибов разрушается актиномицетами.

Примером паразитического симбиоза может служить и инфекционная болезнь, при которой хозяин постепенно ослабевает и в конце концов может погибнуть.

Бактерии служат пищей для основной массы простейших, причем набор используемых для питания бактерий у различных простейших варьирует.

Антагонизм между микроорганизмами может быть вызван следующими причинами: 1) конкуренцией за питательные вещества; 2) действием антибиотиков, вырабатываемых некоторыми микроорганизмами; 3) уничтожением одних микроорганизмов другими.

Уровень питательных веществ имеет большое значение для сохранения тех или иных видов микроорганизмов в почве. Например, опыты, проведенные в Московской сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева, показали, что в длительно парующей почве исчезают многие сапрофитные бактерии. Это результат непоступления в почву свежих растительных остатков. В подобной обстановке вымирают типичные сапрофиты и конкурентоспособными оказываются микроорганизмы, использующие перегнойные соединения почвы. По этой же причине в почве отмирают многие грибные фитопаразиты.

Определенные виды микроорганизмов могут погибать или угнетаться антибиотиками микробного происхождения. Антибиотики — химические вещества, образующиеся в процессе жизнедеятельности микроорганизмов, обладающие способностью подавлять рост микробов и даже убивать их. Известны антибиотики, вырабатываемые грибами (пенициллин, аспергиллин), актиномицетами (стрептомицин) и бактериями (грамицидин С). Антибиотики широко применяются в медицине и в сельском хозяйстве.

You are here