Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

3.1.3: Бактерії

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    6961

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Цілі навчання
    • Опишіть деякі важливі екологічні ролі, які виконують бактерії
    • Поясніть кілька способів взаємодії бактерій з рослинами
    • Диференціювати кисневий та аноксигенний фотосинтез

    Бактерії - це прокаріоти, які поряд з декількома іншими відмінностями мають пептидоглікан у своїй клітинній стінці. Ці одноклітинні організми неймовірно різноманітні і беруть участь у всіх екологічних процесах у кожній екосистемі. Хоча більшість із них занадто малі, щоб побачити неозброєним оком і, таким чином, легко не помітити, деякі бактерії, такі як міксобактерії (у порядку Міксококкали), співпрацюють для створення багатоклітинних структур (див. Рисунок\(\PageIndex{1}\)). У цьому розділі будуть розглянуті деякі вибрані бактеріальні таксони, що стосуються ботаніки.

    Багато стеблових, помаранчевих структур з химерними помаранчевими верхівками. Вони трохи схожі на крихітні апельсинові пальми.
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Міксобактерії на гниючої деревині. Ці клональні бактерії утворюють майже макроскопічні структури (вони ще зовсім крихітні!). Фото Елісон Поллак, CC-BY-NC.

    Фототрофні бактерії

    Фототрофні бактерії - це велика і різноманітна категорія бактерій, які не являють собою таксон, а, скоріше, групу бактерій, які використовують сонячне світло як основне джерело енергії. У цій групі містяться як протеобактерії, так і непротеобактерії. Вони використовують сонячну енергію для синтезу АТФ за допомогою фотосинтезу. Коли вони виробляють кисень, вони виконують кисневий фотосинтез. Коли вони не виробляють кисень, вони виконують аноксигенний фотосинтез. За винятком деяких ціанобактерій, більшість фототрофних бактерій здійснюють аноксигенний фотосинтез.

    До однієї великої групи фототрофних бактерій належать фіолетові або зелені бактерії, які здійснюють фотосинтез за допомогою бактеріохлорофілів, які є зеленими, фіолетовими або синіми пігментами, схожими на хлорофіл у рослин. Деякі з цих бактерій мають різну кількість червоних або помаранчевих пігментів, які називаються каротиноїдами. Їх колір варіюється від оранжевого до червоного до фіолетового до зеленого (рис.\(\PageIndex{2}\)), і вони здатні поглинати світло різної довжини хвиль. Деякі зелені сірчані бактерії здатні фотосинтезувати на дні океану, використовуючи світлові довжини хвиль, що випромінюються з геотермально нагрітих порід навколо гідротермальних отворів! 1 Традиційно фотосинтетичні бактерії класифікуються на сірчані та несірчані бактерії; їх додатково диференціюють за кольором (наприклад, фіолетові сірчані бактерії).

    Товста скляна трубка, наповнена фіолетовими областями, позначені фіолетовими бактеріями, і зеленими регіонами, позначен
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Фіолетові та зелені сірчані бактерії, показані в цій колонці Виноградського, використовують бактеріохлорофіли для виконання фотосинтезу.

    Сірчані бактерії виконують аноксигенний фотосинтез, використовуючи сульфіти як донори електронів і вивільняючи вільну елементарну сірку. Несірчані бактерії використовують органічні субстрати, такі як сукцинат і малат, як донори електронів.

    Фіолетові сірчані бактерії окислюють сірководню в елементарну сірку та сірчану кислоту і отримують свій фіолетовий колір з пігментів, бактеріохлорофілів та каротиноїдів. Бактерії роду Chromatium - фіолетова сірка Gammapteobacteria. Ці мікроорганізми є строгими анаеробами і живуть у воді. Вони використовують вуглекислий газ як єдине джерело вуглецю, але їх виживання і зростання можливі тільки в присутності сульфітів, які вони використовують в якості донорів електронів. Хроматий використовувався як модель для досліджень бактеріального фотосинтезу з 1950-х років.

    Зелені сірчані бактерії використовують сульфід для окислення і виробляють велику кількість зеленого бактеріохлорофілу. Рід Chlorobium - це зелена сірчана бактерія, яка бере участь у зміні клімату, оскільки виробляє метан, парниковий газ. Ці бактерії використовують щонайменше чотири типи хлорофілу для фотосинтезу. Найбільш поширений з них, бактеріохлорофіл, зберігається в спеціальних везикулоподібних органелах, які називаються хлоросом.

    Фіолетові несірчані бактерії схожі на фіолетові сірчані бактерії, за винятком того, що вони використовують водень, а не сірководень для окислення. Серед фіолетових несірчаних бактерій відноситься рід Rhodospirillum. Ці мікроорганізми є факультативними анаероби, які насправді рожеві, а не фіолетові, і можуть метаболізувати («фіксувати») азот. Вони можуть бути цінними в галузі біотехнології через їх потенційну здатність виробляти біологічний пластик і водневе паливо.

    Зелені несірчані бактерії схожі на зелені сірчані бактерії, але для окислення вони використовують субстрати, відмінні від сульфідів. Хлорофлекс є прикладом зеленої несірчаної бактерії. Він часто має помаранчевий колір, коли росте в темряві, але стає зеленим, коли росте на сонячному світлі. Він зберігає бактеріохлорофіл у хлоросомах, схожих на хлоробій, і виконує аноксигенний фотосинтез, використовуючи органічні сульфіти (низькі концентрації) або молекулярний водень як донори електронів, тому він може вижити в темряві, якщо є кисень. Хлорофлекс не має джгутиків, але може ковзати, як і цитофага. Зростає при широкому діапазоні температур, від 35° C до 70° C, тому може бути теплолюбним.

    Іншу велику, різноманітну групу фототрофних бактерій складають філум ціанобактерії; вони отримують свій синьо-зелений колір від хлорофілу, що міститься в їх клітині (рис.\(\PageIndex{3}\)). Види цієї групи здійснюють кисневий фотосинтез, виробляючи мегатонни газоподібного кисню. Вчені висувають гіпотезу, що ціанобактерії відіграли вирішальну роль у зміні аноксичної атмосфери нашої планети 1—2 мільярди років тому на багате киснем середовище, яке ми маємо сьогодні. Ця група розглядається далі в 3.1.3.1.

    а) Мікрофотографія зелених сферичних клітин. Б) Зелене озеро
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): (а) Microcystis aeruginosa - це тип ціанобактерій, які зазвичай зустрічаються в прісноводних середовищах. (b) При теплих температурах M. aeruginosa та інші ціанобактерії можуть швидко розмножуватися і виробляти нейротоксини, що призводить до цвітіння, шкідливого для риб та інших водних тварин. (кредит a: модифікація роботи доктора Баррі Розен/Геологічна служба США; кредит b: модифікація роботи NOAA)

    Таблиця\(\PageIndex{2}\) узагальнює характеристики деяких важливих груп фототрофних бактерій.

    Таблиця\(\PageIndex{2}\): Характеристика фототрофних бактерій.
    Філум Клас Приклад роду або види Загальна назва Кисневі або аноксигенні Відкладення сірки
    Ціанобактерії Ціанофіцеї Мікроцистозна паличка Синьо-зелені бактерії Кисневий Жоден
    Хлоробі Хлоробія Хлоробій Зелені сірчані бактерії Аноксигенний Поза осередку
    Хлорофлекс (поділ) хлорофлекс хлорофлекс Зелені несірчані бактерії Аноксигенний Жоден
    Протеобактерії Альфа-протеобактерії Родоспіріллум Фіолетові бактерії без сірки Аноксигенний Жоден
    Бетапротеобактерії Родоцикл Фіолетові бактерії без сірки Аноксигенний Жоден
    гамма-протеобактерії хроматий фіолетові сірчані бактерії Аноксигенний Усередині клітини

    Бактерії та рослини

    Деякі важливі захворювання рослин викликаються хвороботворними бактеріями. Наприклад, представники роду Agrobacterium заражають різноманітні рослини. Подібно до вірусів, ці бактерії вставляють частину власного геному у свого господаря, змушуючи заражену рослину виробляти велику жовч (рис.\(\PageIndex{4}\)). Цей рід особливо відомий своїм використанням в генній інженерії рослин. Вчені можуть вставити ген в геном Agrobacterium, який потім буде вставлений в рослину після зараження. Інші патогенні бактерії можуть викликати гниль, фітофтороз і навіть загибель деяких видів господарів. Такі види, як Pseudomonas syringae і Erwinia herbicola, здатні індукувати утворення льоду (зародження льоду), травмуючи тканини рослин.

    Стовбур дерева, що виробляє великий, деформований гал
    Малюнок\(\PageIndex{4}\): Жовч на білій папері берези, спричинений інфекцією Agrobacterium radiobacter. Фото Еріка Барра, CC-BY-NC.

    Окрім захворювань, багато бактерій живуть у тканині рослин, вільно або всередині ендофітних грибів, які живуть між рослинними клітинами. Ці ендофітні та/або ендогіфальні бактерії можуть відігравати важливу роль у фізіології рослин, захисті та інших аспектах біології рослин шляхом виробництва широкого спектру хімічних сполук. Деякі бактерії здатні до азотофіксації, перетворюючи атмосферний азот в рослинні доступні форми. Рослини сімейства бобових і вільхи мають взаємний зв'язок з азотфіксуючими бактеріями і утворюють структури, звані кореневими бульбочками (див. 3.1.3.2).

    Резюме

    • Фототрофні бактерії - це не таксон, а, скоріше, група, класифікована за здатністю використовувати енергію сонячного світла. До них відносяться протеобактерії і непротеобактерії, а також сірчані і несірчані бактерії, пофарбовані в фіолетовий або зелений колір.
    • Сірчані бактерії виконують аноксигенний фотосинтез, використовуючи сполуки сірки як донори електронів, тоді як несірчані бактерії використовують органічні сполуки (сукцинат, малат) як донори електронів.
    • Деякі фототрофні бактерії здатні фіксувати азот, забезпечуючи придатні для використання форми азоту іншим організмам.
    • Ціанобактерії - це бактерії, що продукують кисень, які, як вважають, зіграли вирішальну роль у формуванні земної атмосфери.
    • Рослини мають складні симбіотичні відносини з бактеріями, включаючи паразитів, коменсалістів та мутуалістів.

    Атрибуція

    Контент, авторський і кураторський Марія Морроу, CC-BY-NC, використовуючи наступне джерело: