Микробиология

Микробиология

5

МИКРОБИОЛОГИЯ

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

СОДЕРЖАНИЕ

• ВВЕДЕНИЕ 3
• 1 Масляно-кислое брожение. Химизм, условия и практическое значение 5
• 2 Микрофлора свежих овощей 14
• Болезни картофеля 14
• А) БОЛЕЗНИ КАРТОФЕЛЯ, ВЫЗЫВАЕМЫ ГРИБАМИ 14
• Б) БАКТЕРИАЛЬНЫЕ БОЛЕЗНИ 19
• В) ВИРУСНЫЕ БОЛЕЗНИ. 20
• Г) МИКОПЛАЗМЕННЫЕ БОЛЕЗНИ. 22
• Д) ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ (НЕПАРАЗИТНЫЕ) БОЛЕЗНИ. 23
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ 26
• СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 27
• ВВЕДЕНИЕ
• В контрольной работе рассмотрены вопросы масляно-кислого брожения, практическое значение этого процесса, вопрос микрофлоры овощей, в общем, и, в частности, болезни картофеля.
• Масляно-кислое брожение, характеризуется образованием масляной кислоты, причем углекислота и водород являются побочными продуктами; происходит в картофельном крахмале и др. сахарист. веществах, углеводах и молоке, под влиянием микроорганизмов: Clostridium butyricum, Vibrio butyricus, bacillus amylobacter и др.
• Высшие растения, являясь основным источником питательных веществ для преобладающего числа микробного населения почв -- гетеротрофов -- оказывают существенное влияние на микробные ценозы. И в частности на болезни картофеля. Картофель многолетнее клубненосное растение рода паслен, семейства паслёновых. Родиной картофеля считают - Южную Америку. В Россию картофель был завезён в17 - 18 веке.

Картофель возделывается как однолетняя культура с вегетативным размножением клубнями, прежде всего, имеет важное продовольственное значение. Среднее количество потребления картофеля на душу населения составляет порядка 120 - 130 кг в год. Кроме того, картофель скармливают свиньям и крупному рогатому скоту, а ботва картофеля отлично пригодна для силосования. В сельском хозяйстве, кроме того, картофель представляет интерес как хороший предшественник для многих культур, так как земля после картофеля остаётся чистой, рыхлой и обогащенной последействием органических удобрений.

Картофель в наших условиях довольно продуктивен, так, например, при соблюдении всех рекомендаций можно получать до 20 - 25 ц. клубней с одного гектара пашни, что говорит о высокой рентабельности возделывания.

Контрольная работа выполнена на 27 страницах, с использованием 4-х литературных источников.

1 Масляно-кислое брожение. Химизм, условия и практическое значение

В природе наиболее распространены моносахариды, в молекулах которых содержится пять углеродных атомов (пентозы) или шесть (гексозы). Моносахариды - гетерофункциональные соединения, в состав их молекул входит одна карбонильная группа (альдегидная или кетонная) и несколько гидроксильных. Например:

Таким образом, моносахариды - это полигидроксиальдегиды (рибоза, глюкоза) или полигидроксикетоны (фруктоза).

Однако не все свойства моносахаридов согласуются с таким строением. Так, моносахариды не участвуют в некоторых реакциях, типичных для карбонильной группы. Одна из гидроксигрупп отличается повышенной реакционной способностью и ее замещение (например, на группу -OR) приводит к исчезновению свойств альдегида (или кетона).

Следовательно, моносахаридам, кроме приведенных формул, свойственна также иная структура, возникающая в результате внутримолекулярной реакции между карбонильной группой с одним из спиртовых гидроксилов.

В разделе 3.2 приведена реакция присоединения спирта к альдегиду с образованием полуацеталя R-CH(OH)OR'. Такая реакция внутри одной молекулы сопровождается ее циклизацией, т.е. образованием циклического полуацеталя.

Известно, что наиболее устойчивыми являются 5-ти и 6-ти членные циклы (часть II, раздел 3.2). Поэтому, как правило, происходит взаимодействие карбонильной группы с гидроксилом при 4-м или 5-м углеродном атоме (нумерация начинается с карбонильного углерода или ближайшего к нему конца цепи).

Таким образом, в результате взаимодействия карбонильной группы с одной из гидроксильных моносахариды могут существовать в двух формах: линейной (оксо-форме) и циклической (полуацетальной). В растворах моносахаридов эти формы находятся в равновесии друг с другом. Например, в водном растворе глюкозы существуют следующие структуры:

Подобное динамическое равновесие структурных изомеров называется таутомерией. Данный случай относится к цикло-цепной таутомерии моносахаридов.

Циклические б- и в-формы глюкозы представляют собой пространственные изомеры, отличающиеся положением полуацетального гидроксила относительно плоскости кольца.

В б-глюкозе этот гидроксил находится в транс-положении к гидроксиметильной группе -СН2ОН, в в-глюкозе - в цис-положении.

С учетом пространственного строения шестичленного цикла (см. анимацию) формулы этих изомеров имеют вид:

Аналогичные процессы происходят и в растворе рибозы:

В твердом состоянии моносахариды имеют циклическое строение. Подробнее о изомерии моносахаридов. Химические свойства моносахаридов обусловлены наличием в молекуле функциональных групп трех видов (карбонила, спиртовых гидроксилов и полуацетального гидроксила). Например, глюкоза как многоатомный спирт образует простые и сложные эфиры, комплексное соединение с гидроксидом меди (II); как альдегид она окисляется аммиачным раствором оксида серебра, а также бромной водой, в глюконовую кислоту COOH-(CHOH)4-COOH и восстанавливается водородом в шестиатомный спирт - сорбит CH2OH-(CHOH)4-CH2OH; в полуацетальной форме глюкоза способна к нуклеофильному замещению полуацетального гидроксила на группу -OR (образование гликозидов, олиго- и полисахаридов). Аналогично ведут себя в таких реакциях и другие моносахариды.

Важнейшим свойством моносахаридов является их ферментативное брожение, т.е. распад молекул на осколки под действием различных ферментов. Брожению подвергаются в основном гексозы в присутствии ферментов, выделяемых дрожжевыми грибками, бактериями или плесневыми грибками. В зависимости от природы действующего фермента различают реакции следующих видов:

в) масляно-кислое брожение C6H12O6 C3H7COOH + 2CO2 + 2H2O

масляная кислота

В живом организме в процессе метаболизма глюкоза окисляется с выделением большого количества энергии:

C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 2920 кДж

Уже давно люди заметили, что всякий ягодный, виноградный или иной сок, выжатый из фруктов и оставленный в сосуде, хотя бы и плотно закупоренном, вскоре начинает как бы кипеть, мутиться, пениться, и, если сосуд крепко закупорен, то даже разрывает его и в результате превращается в опьяняющий напиток -- вино. Это изменение сока в вино люди и назвали брожением.

Долгое время не знали, отчего оно происходит. Лишь в 60-х годах XIX столетия французский ученый Луи Пастер изучил этот вопрос и выяснил, что брожение всякой сладкой, т. е. содержащей сахаристые вещества жидкости происходит оттого, что в ней поселяются, размножаются и живут особые низшие организмы, которые были названы дрожжами или дрожжевыми грибками.

Дрожжевые грибки представляют собой кругловатые или удлиненные тельца и настолько малы, что их можно рассмотреть лишь в микроскоп. Собранные же вместе в огромных количествах отдельных грибков дрожжи представляют по виду ту серовато-желтую массу, которая оседает на дне бутылки если в ней дать постоять фруктовому соку в течение некоторого времени.

Дрожжевые грибки обладают способностью при благоприятных условиях очень быстро размножаться, так что на заводах, приготовляющих дрожжи, из одного такого грибка в течение даже 1--2 суток получаются десятки и сотни пудов прессованных дрожжей. Если такое тельце попадет в фруктовый сок, имеющий хоть немного сахара, то оно начинает сейчас же размножаться и вызовет этим брожение сока. Благодаря же тому, что эти грибки чрезвычайно мелки и при высыхании не теряют своей жизнеспособности, а становясь очень легкими, всюду носятся в воздухе, не может быть такого случая, чтобы в сок, простоявший на воздухе открыто хотя бы несколько минут, не попало хотя бы одного такого грибка. Эти грибки могут быть убиты лишь кипячением такого сока, притом в посуде крепко закупоренной.

Попавши в сахаристый сок, дрожжевые грибки начинают очень быстро размножаться, если условия для этого благоприятствуют. Размножаются эти грибки трояко: почкованием, спорами и реже делением. При почковании сбоку дрожжевого тельца появляется бородавочка -- почка; почка эта быстро растет, достигает материнских размеров и тогда, а иногда раньше или позже, отделяется от материнского тельца и живет как самостоятельный грибок. Часто эта дочерняя почка, еще не отделившись от матери, образует свои почки, а те в свою очередь образуют свои почки, следовательно, внуков, правнуков и так далее, так что в этих случаях образуется нечто вроде сильно разветвленного деревца, состоящего из соединенных друг с другом кругловатых телец -- почек. Такая группа грибков носит название дрожжевой колонии. При малейшем сотрясении такая колония быстро распадается на отдельные тельца -- дрожжевые грибки. Это размножение почкованием происходит чрезвычайно быстро.

Размножение дрожжей спорами происходит медленнее. Когда грибок достигает полной зрелости, что обычно случается через 10--12 часов его жизни, тогда внутри тельца дрожжевого грибка образуется 1--11 кругловатых телец, называемых спорами, которые, достигнув соответствующей величины, разрывают материнское тело и таким образом освобождаются. Если при этом условия благоприятны, то споры эти начинают расти, размножаться почкованием, образовывать колонии, как и взрослые грибки. Этот способ размножения замечается обычно тогда, когда дрожжевые грибки, не имея достаточной пищи, чувствуют опасность погибнуть от голода. Споры дрожжей важны для нас потому, что в виде спор грибки эти легче переносят неблагоприятные условия жизни, сухость, голод, более или менее сильный жар и пр. Кроме того, так как они мельче дрожжевых грибков, то легче переносятся воздухом.

Размножение делением наблюдается сравнительно редко и лишь у некоторых видов дрожжевых грибков, имеющих удлиненную палочкообразную форму. В этом случае посередине тельца грибка образуется перегородка, которая и разделяет грибок на два самостоятельных грибка, быстро вырастающих и в свою очередь делящихся пополам и т. д. В результате получается колония дрожжевых грибков в виде более или менее длинной цепочки.

Главными, наиболее важными условиями, необходимыми для размножения и жизни дрожжевых грибков являются:

1) достаточное количество пищи для постройки тела дрожжевых грибков;

2) достаточное количество тепла и

3) возможность добывать, так или иначе, кислород, необходимый для работы этих грибков.

Пищей дрожжевых грибков являются, главным образом, белковые (азотистые) вещества, минеральные вещества и лишь в самом ничтожном размере сахаристые вещества.

Белковые вещества (азотистые), поглощаясь тельцами дрожжевых грибков, накапливаются внутри их, распирают их и этим вызывают рост дрожжей и образование почек. При недостатке белковых веществ дрожжи не размножаются и временно замирают.

Из минеральных веществ наиболее необходимы фосфорная кислота, калий, меньше магний и еще меньше известь. Сахар для пищи дрожжей нужен в очень слабой степени, и, в случае недостатка его, дрожжи легко обходятся и без сахара.

Для жизни дрожжевых грибков нужно достаточно тепла. Хотя эти грибки выдерживают очень низкие температуры и даже при замораживании не умирают, а лишь замирают, но наилучше они себя чувствуют при более средних температурах. Размножение дрожжей почкованием требует при 4° -- 20 часов, 13,5° -- 10 1/2 ч., 23° -- 6 1/2 ч. и при 28°C -- 5 3/4 часа. Считают, что жизнь дрожжевых грибков происходит лишь при температуре не ниже 1° и не выше 47°. При более низкой грибки замирают; а при более высокой (при нагревании до 80--100°C) даже погибают. Необходимое для жизни тепло дрожжевые грибки, как и все животные и человек, добывают посредством дыхания.

Дыхание дрожжевых грибков представляет особый интерес и особенно важно для виноделия.

Дрожжевые грибки нуждаются в теплоте для своей жизнедеятельности, и тепло это добывают тем, что сжигают углеводы (сахар и т. п. вещества), при этом и выделяется теплота. Но в отличие от более совершенных организмов -- человека и животных -- дрожжевые грибки сжигают эти углеводы не до конца, а прерывают сгорание как бы на середине, довольствуясь для своей жизни лишь этим неполным сгоранием. При этом этот углевод -- сахар дрожжевые грибки превращают в спирт и углекислый газ.

Дрожжевых грибков, бактерий и других организмов имеется очень много разных видов и между ними есть такие, которые, подхватывая недоконченную работу дрожжей спиртового брожения, ведут ее дальше. Таковы, например, бактерии и грибки уксусного брожения, которые сжигают (опять таки частично) образовавшийся спирт и превращают его в уксусную кислоту, выделяя при этом некоторое количество калорий тепла и продолжая, следовательно, процесс дыхания (сжигания сахара) дальше. Имеются организмы, которые дальше разлагают уксусную кислоту и т. д. до тех пор, пока в конце концов все не превратится в углекислый газ и воду, т. е. пока процесс сжигания сахара не будет доведен до конца.

Другие дрожжевые грибки, бактерии и прочие низшие организмы, сжигая сахар, превращают его в молочную, масляную кислоты, но и тут не происходит сжигания до конца и оно продолжается, в свою очередь, другими новыми организмами. При этом некоторые из дрожжевых грибков именно той группы, которая продолжает работу спиртовых дрожжей, не могут жить без доступа воздуха, и для них необходим кислород. Как мы увидим, это -- чрезвычайно важное обстоятельство очень полезное для винодела.

Таким образом, рассматривая брожение, т. е. жизнедеятельность грибков, бактерий и др. низших организмов, как одну из стадий (частей) одного общего процесса дыхания (сгорания углеводов), в настоящее время ученые считают, что обратно -- и дыхание человека состоит из целого ряда отдельных брожений, идущих вслед одно за другим.

Большое значение имеет сжигание сахара при работе дрожжевых грибков. Замечено, что внутри каждого тельца дрожжевого грибка содержится жидкость, которая и названа дрожжевым соком. В этом соке содержатся особые вещества, прежде называвшиеся ферментами, а теперь называемые энзимами. Эти энзимы, действуя на сахар и другие углеводы, и производят то частичное сжигание их, о котором говорилось выше, выделяют тепло, необходимое для жизни дрожжей, и те вещества, которые нам желательны.

Таких энзимов уже в настоящее время изучено много видов, ибо у каждого вида грибков, бактерий и других организмов имеется свой собственный энзим. Так, у дрожжевых грибков, вызывающих спиртовое брожение, в соке содержится энзим, названный алкоголязой, который, действуя на сахар, содержащийся в фруктовом соке, превращает его в спирт и углекислый газ. Это превращение сахара в спирт и называется спиртовым брожением.

Кроме спиртового брожения, в фруктовом соке может возникнуть и брожение иного характера. Так, если в сок попадут бактерии и грибки, превращающие сахар в уксусную кислоту, то и происходит брожение уксуснокислое. Это брожение важно при производстве уксуса.

Молочнокислое брожение, при котором образуется молочная кислота, необходимо при заквашивании кормов, капусты, для квасоварения и др. Масляно-кислое брожение, при котором образуется масляная кислота, вызывает прогорклость коровьего масла, и др.

Для виноделия самым главным является брожение спиртовое. Все же прочие виды брожении при виноделии совершенно нежелательны, ибо вызывают болезни и порчу вина.

2 Микрофлора свежих овощей

Растения имеют богатую микрофлору в зоне ризосферы (корневой системы). Надземные части растений также имеют свою эпифитную (эпи -- на, фитон -- растение) микрофлору. Нередко в 1 г зеленой массы растений обнаруживают десятки, сотни и даже миллионы микроорганизмов. Среди них имеются фиксаторы атмосферного азота, микробы, синтезирующие витамины и антибиотики, а также фитопатогенные микроорганизмы. Многие из них образуют пигменты, защищающие их от света. Среди эпифитной микрофлоры наиболее часто встречаются микрококки, сарцины, Streptococcus lac-tis, Pseudomonas herbicola, Pseudomonas fluorescens, Bacterium plantarum, В. aerogenes, В. punctatum, не образующие индол разновидности Bacterium coli, спорообразующие бактерии -- Bacillus nigricans, Вас. subtilis, Вас. mesentericus, грибы -- Aureobasidium, Alternaria, Cladosporium, Botrytis, Fusarium.

Эпифитная и фитопатогенная микрофлора распространяется в основном ветром и насекомыми из отрядов перепончатокрылых, мух, жуков и др.