Контрольная работа по "Микробиологии". 2

Федеральное агентство по образованию

Пензенская  Государственная Технологическая  академия

Химико-Технологический  техникум 
 
 
 
 
 

Отделение: заочное

Специальность:260202 технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий

Контрольная работа по дисциплине:

Микробиология

вариант-11 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Адрес: г.Пенза, ул.Кл.-Цеткин 53-142                                                                                                      Выполнил студент гр. М-901з:

Тел. 57-25-87, 79-83-92                                                                                                                              Сиркина С. В.

                                                                    Проверил преподаватель:

                                                                                                                                                         Киреева Л.В. 
 
 

2010 г. 
 
 
 
 
 

План 
 

1. Микробиологический  синтез………………стр.3

2. Микрофлора  почвы, воды, воздуха………..стр.5

3. Актиномицеты. Особенности организации

    клеток актиномицетов. Промышленное

    использование и значение в  природе……...стр.8

4. Используемая  литература…………………..стр.9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Микробиологический  синтез 

Микробиологический синтез- промышленный способ получения химических соединений и продуктов (например, дрожжей кормовых), осуществляемый благодаря жизнедеятельности микробных клеток. Иногда к микробиологическому синтезу относят также промышленные процессы, основанные на использовании иммобилизованных клеток.

Некоторые продукты микробиологического синтеза, например пекарские дрожжи, давно использовались человеком, однако широкое применение микробиологический синтез началось в 40-50-х гг. 20 в. в связи с освоением  производства пенициллина. К этому же времени относится возникновение новой отрасли народного хозяйства - микробиологической промышленности. 

В микробиологическом синтезе сложные вещества образуются из более простых в результате функционирования ферментных систем микробной клетки. Этим он отличается от брожения, в результате которого, также образуются различные продукты обмена веществ микроорганизмов (спирты, органические кислоты и др.), но преимущественно в результате ферментативного распада органических веществ. 

Микробиологический  синтез использует способность некоторых  организмов размножаться с большой  скоростью (выделены бактерии и дрожжи, биомасса которых увеличивается в 500 раз быстрее, чем у самых урожайных сельскохозяйственных культур) и к "сверхсинтезу" - избыточному образованию продуктов обмена веществ (аминокислот, витаминов и др.), превышающему потребности микробной клетки. Такие микроорганизмы выделяют из природных источников или получают их мутантные штаммы (напр., мутантные штаммы плесневых грибов продуцируют пенициллин в 100-150 раз быстрее, чем природные). В качестве продуцентов находят применение культуры, полученные методами генетической инженерии, в которых функционирует чужеродный для них ген. например: в бактерии кишечной палочки (Escherichia соli)-ген гормона роста человека. 

Для микробиологического  синтеза органических соединений в  качестве сырья применяют наиболее дешевые источники азота (например, нитраты или соли аммония) и углерода (напр., углеводы. орг. кислоты, спирты. жиры. углеводороды. в т.ч. газообразные). Микробиологический синтез включает ряд последовательных стадий. Главные из них-подготовка необходимой культуры микроорганизма-продуцента, выращивание продуцента, культивирование продуцента в заданных условиях, в ходе которого и осуществляется микробиологический синтез (эту стадию часто наз. ферментацией), фильтрация и отделение биомассы, выделение и очистка требуемого продукта (если это необходимо), сушка. 

Ферментацию проводят в специальных реакторах (ферментерах), снабженных устройствами для перемешивания среды и подачи стерильного воздуха. Управление процессом может осуществляться с помощью ЭВМ. Наиболее удобно ферментацию осуществлять непрерывным способом - при постоянной подаче питательной среды и выводе продуктов микробиологического синтеза. Так производят, например, кормовые дрожжи. Однако большинство метаболитов получают периодическим способом - с выводом продукта в конце процесса. 

Для выделения  и очистки веществ, получаемых с  использованием микробиологического  синтеза, используют экстракцию из водной фазы органическими растворителями при различных значениях рН, хроматографические методы (в том числе ионообменную хроматографию), кристаллизацию, осаждение. При выделении продуктов белковой природы (ферменты, токсины) предварительно осаждают белки сульфатом аммония или орг. растворителями. Многие операции по выделению проводят на холоде вследствие нестабильности некоторых продуктов обмена веществ. 

Ниже приведены  наиболее важные продукты микробиологического синтеза 

А н т и  б и о т и к и. Большинство антибиотиков накапливаются вне клеток микроорганизма-продуцента, которыми в основном являются актиномицеты, некоторые грибы и бактерии (главным образом их мутантные формы). Антибиотики, употребляемые преимущественно в медицине, подвергаются высокой степени очистки. Антибиотики для лечения сельскохозяйственных животных имеют специфическую активность относительно наиболее распространенных для них заболеваний, например гельминтозов, кокцидиозов и др. Для добавки в корма обычно выпускают концентрат среды, после выращивания в ней продуцента, иногда вместе с биомассой, содержащей значительное количество других продуктов обмена веществ продуцента, в т.ч. витамины, аминокислоты. нуклеотиды и др. 

А м и н  о к и с л о т ы. Существенное преимущество микробиологического  синтеза аминокислот - возможность их получения в виде природных изомеров (L-форм). Продуцентами аминокислот служат главным образом мутанты, лишенные ряда ферментных систем, благодаря чему происходит сверхсинтез необходимого продукта. Обычно используют бактерии, относящиеся к роду Brevibacterium. Наибольший удельный вес среди аминокислот, вырабатываемых мировой промышленностью, занимают лизин и глутаминовая кислота. Получены мутанты микроорганизмов, способные к сверхсинтезу всех кодируемых аминокислот. 

Н у к л  е о з и д ф о с ф  а т ы. Развитие микробиологического синтеза нуклеотидов (инозиновой, гуаниловой и др. кислот) связано с перспективами получения искусственной пищи, где их используют в качестве вкусовых добавок. При введении в состав среды для культивирования микроорганизмов метаболических предшественников продуктов синтеза можно получать практически все известные нуклеозидфосфаты, в т.ч. АТФ. Накопление нуклеозидфосфатов происходит преим. вне клеток микроорганизмов. 

В и т а  м и н ы, п р о в и  т а м и н ы, к о ф  е р м е н т ы. Методом микробиологического синтеза производят в основном витамин В₁₂ и его коферментную форму. Продуцентами в этом процессе служат пропионовокислые бактерии. Для получения кормовых концентратов, содержащих витамин В₁₂, на отходах бродильной промышленности (послеспиртовые, ацетоно-бутиловые барды и др.) применяют комплекс метанообразующих бактерий. Разработаны способы получения витамина В₂, р-каротина и дрожжей, обогащенных эргостеринами. При использовании соответствующих метаболических предшественников возможен также микробиологический синтез никотинамидных коферментов. например никотинамидадениндинуклеотида. 

А л к а  л о и д ы. Грибы рода спорыньи (Claviceps)-продуценты эргоалкалоидов. в основе строения молекул которых лежит гетероцикл эрголин. Некоторые из этих алкалоидов (напр., эргометрин и эрготамин) используют как маточные средства. Описаны также многочисленные продуценты других алкалоидов. 

Г и б б  е р е л л и н ы. Их микробиологический синтез осуществляют при культивировании  грибов, относящихся к классу аскомицетов (As-comycetes), например Gibberella fujikuroi. Выделяют гиббереллины из фильтрата культуральной жидкости. По химической природе все они являются теграциклическими карбоновыми кислотами, относящимися к дитерпенам. 

Ф е р м  е н т ы. Продуцентами ферментов служат многочисленные представители микроскопических грибов, некоторые актиномицеты и др. бактерии. Технология получения ферментных препаратов упрощается, если фермент продуцируется в питательную среду. При выделении внутриклеточных ферментов необходимо предварительно разрушить клетки микроорганизмов. Для исследовательских работ, аналитических целей и т. п. обычно получают ферменты в виде гомогенных (индивидуальных) белков. При промышленной переработке сельскохозяйственного сырья в пищевой промышленности иногда применяют комплексные ферментные препараты. Так, при переработке раститительного сырья ферментный комплекс должен содержать целлюлазы, гемицеллюлазы, пектиназы, протеазы и некоторые другие ферменты. Один из важнейших ферментов, получаемый с помощью микробиологического синтеза - глюкоизомераза, катализирующая изомеризацию глюкозы во фруктозу. Образующийся глюкозо-фруктозный сироп используют в пищевой промышленности вместо сахарозы. 

Б е л к  о в о-в и т а м и н  н ы е п р е п а р  а т ы. Особое внимание как источник белка привлекает микробная биомасса.Производство такой биомассы на дешевом сырье рассматривают как одно из ср-в устранения растущего белкового дефицита в питании животных. Наиболее интенсивное развитие получили промышленные методы микробиологического синтеза кормовых дрожжей, применяемых в виде сухой биомассы как источник белка и витаминов в животноводстве. Для выращивания кормовых дрожжей используют углеводороды, гидролизаты различных отходов деревообрабатывающей промышленности, непищевых растительных материалов (подсолнечная лузга, стержни кукурузных початков и т.п.), сульфитные щелока, различные виды барды и т. д. Дрожжи, которые используют для получения белково-витаминных препаратов из углеводородов, обладают специфические ферментными системами, позволяющими осуществлять акт первичного окисления углеводородов и затем ассимилировать их, накапливая значительную биомассу. Кроме жидких углеводородов в качестве ассимилируемых компонентов среды могут быть использованы газы (напр., метан), пропускаемые в среду, содержащую минеральные компоненты, в которой происходит размножение клеток метанокисляющих микроорганизмов. Для получения кормовых микробных препаратов в качестве компонентов среды могут быть также использованы этанол, метанол, уксусная кислота. Культивирование дрожжей на углеводородах требует высокой культуры производства. В частности, необходима надежная герметизация аппаратуры, исключающая вынос микробных клеток в окружающую среду.

К числу продуктов  микробиологического синтеза относятся также некоторые средства защиты растений, например бактериальные энтомопатогенные препараты, вызывающие гибель вредных насекомых и предотвращающие их массовое размножение, и мн. бактериальные удобрения. 

Частный случай микробиологического синтеза-микробиологическая трансформация органических соединений. Она осуществляется благодаря высокой активности специфических ферментных систем микроорганизмов, которые катализируют превращения вещества без изменения его основной структуры. Наиболее изучена трансформация стероидных соединений, например их дегидрирование, деацетилирование и гидроксилирование в строго определенных положениях. Благодаря широкой возможности подбора микроорганизмов (носителей специфических ферментных систем) метод микробиологической трансформации получает все большее распространение. 
 
 
 
 
 
 

Микрофлора  почвы 

       Почва состоит из неорганических  веществ и органических соединений, образующихся в результате гибели и разложения живых организмов. Почвенные живые организмы в совокупности составляют почвенный биоценоз. Содержащиеся в почве живые организмы (в том числе микроорганизмы) составляют живую фазу почвы. В нее входят макроорганизмы и микроорганизмы, как животного, так и растительного происхождения.

       Макроорганизмы живой фазы почвы  включают:

       - макрофауну (грызуны, насекомые, клещи, брюхоногие моллюски, многоножки, пауки и кольчатые черви);

      - макрофлору (корни растений).

      Микроорганизмы живой фазы почвы включают:

       - микрофауну (нематоды, простейшие, коловратки);

      - микрофлору         (водоросли,        грибы,        бактерии).

Находящиеся в почве микроорганизмы подразделяются на два вида:

- аутохтонные  микроорганизмы (резидентные микроорганизмы, резидентная микрофлора), то есть микробы, которые присущи только конкретному типу почвы;

- аллохтонные микробы (транзиторная микрофлора), то есть те микроорганизмы, которые в обычных условиях в почве не встречаются.

Микроорганизмы  в почве развиваются в водных и коллоидных пленках, покрывающих твердые частицы, и особенно в капиллярной и гравитационной воде, заполняющей поры между минеральными частицами почвы и содержащей растворенные органические и неорганические вещества. 

 В почве  обитают:

        1. Водоросли (зеленые, сине-зеленые  и диатомовые). Они распространены повсеместно, особенно в поверхностных слоях

почвы. Наиболее важным экологическим фактором, регулирующим распространение водорослей,       является      влажность,    хотя     они способны выдерживать длительные периоды засухи. Морфологическое разнообразие       водорослей очень велико, но все они имеют микроскопические размеры, нитевидную форму и состоят из одной клетки. Наиболее многочисленные сине-зеленые и зеленые водоросли. Количество их в 1 г почвы может достигать 100 тыс.

        2. Грибы. Их можно разделить  на три группы: дрожжи и дрожжеподобные, плесени, включая нитевидные грибы, базидиомицеты. Дрожжи и дрожжеподобные грибы мало распространены в обычных почвах, и поэтому роль и значение их в жизни почвы невелики.

        Плесени и базидиомицеты более  многочисленны в почвах, особенно базидиомицеты в лесных почвах, где они вызывают образование микоризы. Грибы могут жить в условиях частичного анаэробиоза, но аэробиоз стимулирует их развитие.

         Число грибов в поверхностном  слое почвы от 8 тыс. до 1 млн. на 1 г, а биомасса - от 1000 до 1500 кг/га. Наиболее благоприятная реакция среды для грибов - кислая (рН 4,0).

        3. Бактерии (спорообразующие бактерии, спирохеты, микобактерии, псевдомонады, азотфиксирующие и нитрифицирующие бактерии, архебактерии). В окультуренных почвах бактерии превосходят

все другие группы микроорганизмов, как по численности, так и по своему разнообразию. Число бактерий в 1 г почвы колеблется от 300 тыс. до 95 млн. и даже до 4 млрд. В плодородной почве общая биомасса бактерий достигает 500 кг/га и более.

        Бактерии делятся на гетеротрофы  и автотрофы. Гетеротрофы используют энергию и углерод, заключенные в сложных органических веществах. Аутотрофы используют энергию, выделяющуюся при окислении минеральных веществ, добывая углерод из углекислого газа, а азот - из минеральных соединений. Большая часть почвенных бактерий принадлежит к гетеротрофам, то есть требующим для своего существования готовое органическое вещество.

        По отношению к кислороду почвенные  микроорганизмы разделяются на аэробные (требуют для своего существования свободный кислород) и анаэробные (не требуют для своего существования свободного кислорода).

        Наибольшее значение в почве  имеют азотфиксирующие бактерии, способные усваивать молекулярный азот (Azotobacter, Nitrobacter, Mycobacterium и другие), и спорообразующие палочки родов Bacillus и Clostridium. 

    Почвенные микроорганизмы принимают участие в процессах почвообразования, самоочищения почвы, кругооборота в природе азота, углерода и других элементов. В почве имеются все условия для развития микроорганизмов: достаточное количество органических и минеральных веществ для их питания, подходящие влажность и реакция среды, защита от

прямых солнечных  лучей, кислород.

        Количественный и видовой состав микроорганизмов в почве обусловлен содержанием в ней органических веществ, влаги, рН, температурой, климатическими условиями, способом обработки и т. д.

        С увеличением количества органических  веществ в почве, как правило, возрастает и количество микроорганизмов. Органические вещества являются питательной средой для большинства почвенных бактерий. Общий запас органических веществ почвы достигает 400 т на 1 га, из них большая часть находится в поверхностном слое (до 30 см) почвы. Главная составная часть органических веществ почвы - останки животных и растительных тканей. Живая масса микроорганизмов в 1 га почвы (удобренной) превышает 5-6 т. Наиболее богаты микроорганизмами черноземные, каштановые почвы, сероземы и специально обработанные почвы. Количество бактерий в 1 г таких почв иногда достигает нескольких десятков миллиардов. Бедны микрофлорой песчаные, горные и лишенные растительности почвы. Но даже в песках пустыни количество бактерий достигает 10-100 тыс. в 1 г.

        Наиболее многочисленны микроорганизмы в верхнем 5-15-и сантиметровом слое, меньше их на глубине 20-30 см и минимальное количество на глубине 30-40 см. Однако бактерии были найдены в почве даже на глубине 5 м. Почвы, богатые бактериями, биологически более активны. Между плодородием почвы и содержанием в ней микроорганизмов имеется определенная зависимость. Подсчеты показали, что на каждый гектар малоплодородной почвы приходится 2,5-3 т микробной массы, высокоплодородной - до 16 т. Число микроорганизмов в 1 г почвы может колебаться от 1-3·106 до 20-25·109.

        Максимальное количество микробов  в почве содержится на глубине 10-20 см. Начиная с глубины в 1-2 м, количество их резко сокращается. Это объясняется тем, что по мере углубления в почву уменьшается содержание органических веществ, а также кислорода, необходимого для жизнедеятельности аэробных бактерий.

        Численность микроорганизмов в  почве увеличивается по направлению с севера на юг, причем весной количество их значительно возрастает, достигая максимума к началу лета, осени; зимой — резко уменьшается.

        К типичным почвенным бактериям  относятся Bacillus subtilis, Bacillus mycoides, Bacillus mesentericus, Bacillus megatherium, а также термофильные бактерии и другие микроорганизмы, составляющие иногда 80-90% всей микрофлоры почвы. 

Микрофлора  воды 

       В морях, реках, озерах и  других водоемах, а также в  грунтовых водах содержится значительное число видов микроорганизмов. Совокупность всех микроорганизмов,     заселяющих      водоёмы,     обозначают     термином «микробиальный планктон».

       Микрофлора природных вод в  значительной степени зависит  от их происхождения. Различают пресные и морские воды. Пресные воды разделяют на поверхностные, включая проточные (реки, ручьи) и стоячие (озёра, пруды, водохранилища), подземные (почвенные, грунтовые, артезианские) и атмосферные (дождь, снег).

       Изучением     водных      сообществ   занимается     гидробиология. Возрастающий дефицит пресной воды на Земле заставляет обратить серьезное внимание на процессы формирования экосистемы в водоеме и переработку водными микроорганизмами поступающих в водоем загрязнений. Вода – естественная среда обитания микробов, основная масса которых поступает из почвы, воздуха с оседающей пылью, с отходами, стоками промышленных и животноводческих объектов и др. Особенно много микроорганизмов в открытых водоемах и реках, нередко встречаются они в илистых отложениях океанов, морей, болот, минеральных водах. Их находят как в поверхностных слоях, так и на глубине до 10 тыс. метров. Обитают микроорганизмы и в горячих источниках. Процесс фотосинтеза у них происходит при температуре 75ОС, а в щелочных водах бактерии выживают при температуре 100ОС.

        Качественный состав обитающих  в воде микроорганизмов зависит  в основном от свойств самой воды, поступления в нее сточных и промышленных отходов. К постоянно живущим в воде микроорганизмам относятся Azotobacter, Nitrobacter, Micrococcus, Pseudomonas, Proteus, Spirillum и др.

        Глубокие почвенные воды, ключевая, артезианская вода почти свободны от микроорганизмов. Незначительно загрязнены микрофлорой атмосферные осадки, так как снег и вода увлекают большинство микробов воздуха вместе с пылью и после выпадения осадков воздух особенно чист.

        Характер микрофлоры водоемов  определяется особенностями конкретной водной среды. Микрофлору водоемов образуют две группы: аутохтонные (собственно водные) и аллохтонные (попадающие извне при загрязнении) микроорганизмы.

        Аутохтонная микрофлора – совокупность  микроорганизмов, постоянно живущих и размножающихся в воде. Микробный состав воды напоминает микрофлору почвы, с которой вода соприкасается (придонные и прибрежные почвы).

        Аллохтонная микрофлора – совокупность  микроорганизмов, случайно попавших в воду и сохраняющихся в ней сравнительно короткое время.

        Количественные соотношения микроорганизмов  в открытых водоемах варьируют в широких пределах, что зависит от типа водоема, степени его загрязнения, смены метеорологических условий, времени года.

        Микроорганизмы воды играют значительную роль в круговороте веществ, расщепляя органические продукты животного и растительного происхождения и обеспечивая питательными веществами другие организмы, живущие в воде.

        Источником загрязнения воды  в реках чаще всего служат  бытовые и промышленные стоки. В открытые водоемы большая часть микробов попадает из почвы. Поэтому в озерах, прудах, реках наивысшее содержание микрофлоры отмечается в прибрежной зоне.

        В воде обитают все известные  группы микроорганизмов, но наиболее существенный компонент населения водоемов – бактерии. Как известно, цитоплазматическая мембрана бактерий обладает способностью активного переноса через клеточную стенку питательных веществ. Благодаря этому бактерии способны потреблять питательный субстрат, присутствующий в ничтожно малых концентрациях (1-5 мг/г).

        Микробы окисляют до минеральных  соединений органические вещества, в огромных количествах попадающие в водоемы. Степень загрязнения, в том числе болезнетворными микробами, может быть препятствием для использования воды. Поэтому любой водный источник необходимо подвергать санитарно-микробиологической оценке.

       Самоочищение водоемов обусловливается  рядом факторов:

       - быстрым течением воды, что ведет  к уменьшению концентрации органических веществ;

       - бактерицидным действием инсоляции;

       - минерализацией органических соединений  микробами;

       - наличием пищевой цепи: бактерия  – простейшие – насекомые  – рыба, животные – человек;

       - адсорбцией твердыми частицами  ила;

       - адсорбцией на поверхности растений;

       - действием фитонцидов растений.

        Вода как фактор передачи инфекционных  заболеваний человека

       Вода    является    фактором    передачи  возбудителей   многих инфекционных заболеваний. В открытых водоемах, особенно находящихся на    неблагополучных     по    инфекционным    болезням   территориях, обнаруживают возбудителей кишечных и природно-очаговых инфекций (брюшного тифа, паратифов, дизентерии, холеры, лептоспироза, энтеровирусных инфекций). В донных отложениях прудов и озер нередко обитают возбудители ботулизма. Патогенные микроорганизмы водоемов могут включаться в пищевые цепи и по ним передаваться разным группам животных, птиц и рыб.