9.5: Інші умови навколишнього середовища, які впливають на зростання

Last updated
Save as PDF

Page ID: 4072

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

Цілі навчання

Визначте та опишіть різні категорії мікробів із специфічними вимогами до росту, крім кисню, рН та температури, таких як змінений барометричний тиск, осмотичний тиск, вологість та світло
Наведіть хоча б один приклад мікроорганізму для кожної категорії потреб у зростанні

Мікроорганізми взаємодіють зі своїм середовищем за більшими розмірами, ніж рівень рН, температури та вільного кисню, хоча ці фактори вимагають значних адаптацій. Ми також знаходимо мікроорганізми, пристосовані до різного рівня солоності, барометричного тиску, вологості та світла.

Осмотичний і барометричний тиск

Більшість природних середовищ, як правило, мають нижчі концентрації розчинених речовин, ніж цитоплазма більшості мікроорганізмів. Жорсткі клітинні стінки захищають клітини від лопання в розбавленому середовищі. Невеликий захист доступний від високого осмотичного тиску. При цьому вода, слідуючи своєму градієнту концентрації, витікає з клітини. Це призводить до плазмолізу (скорочення протоплазми від інтактної клітинної стінки) і загибелі клітин. Цей факт пояснює, чому розсоли і відводки м'яса і риби в солі - перевірені часом методи консервування їжі. Мікроорганізми, які називаються галофілами («люблячими сіль»), насправді вимагають високих концентрацій солі для росту. Ці організми зустрічаються в морських середовищах, де концентрація солі коливається на рівні 3,5%. Екстремальні галофільні мікроорганізми, такі як червона водорость Dunaliella salina та архейний вид Halobacterium на малюнку\(\PageIndex{1}\), ростуть в гіперсольових озерах, таких як Велике Солоне озеро, яке в 3,5-8 разів солоніше океану, і Мертве море, яке в 10 разів солоніше океан.

Фото озера з фіолетовими і зеленими регіонами. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Фотографія, зроблена з космосу Великого Солоного озера в штаті Юта. Фіолетовий колір обумовлений високою щільністю водоростей *Dunaliella* і архейської *Halobacterium* spp. (кредит: NASA)

Dunaliella spp. протистоїть величезному осмотичному тиску навколишнього середовища з високою цитоплазматичною концентрацією гліцерину і шляхом активного відкачування іонів солі. Halobacterium spp. накопичує в своїй цитоплазмі великі концентрації К ⁺ та інших іонів. Його білки розраховані на високі концентрації солей і втрачають активність при концентраціях солей нижче 1—2 М. Хоча більшість галотолерантних організмів, наприклад Halomonas spp. в солончаках, не потребують високих концентрацій солі для росту, вони виживуть і розділяться в присутності високої солі . Не дивно, що стафілококи, мікрококи та коринебактерії, які заселяють нашу шкіру, переносять сіль у своєму середовищі. Галотолерантні збудники є важливою причиною харчових захворювань, оскільки вони виживають і розмножуються в солоній їжі. Наприклад, галотолерантні бактерії S. aureus, Bacillus cereus і V. cholerae виробляють небезпечні ентеротоксини і є основними причинами харчового отруєння.

Мікроорганізми залежать від наявної води для зростання. Наявна вологість вимірюється як активність води (a _w), яка є відношенням тиску пари цікавить середовища до тиску пари чистої дистильованої води; отже, a _w води дорівнює 1,0. Бактерії вимагають високого a _w (0,97—0,99), тоді як гриби можуть переносити більш сухе середовище; наприклад, діапазон _w для росту Aspergillus spp. становить 0,8-0,75. Зниження вмісту води в продуктах шляхом сушіння, як при в'яленому вигляді, або за допомогою сублімаційної сушки або за рахунок підвищення осмотичного тиску, як в розсолі і джемах, є поширеними методами запобігання псування.

Мікроорганізми, які вимагають високого атмосферного тиску для росту, називаються барофілами. Бактерії, які живуть на дні океану, повинні витримувати великий тиск. Оскільки важко витягти неушкоджені зразки та відтворити такі умови росту в лабораторії, характеристики цих мікроорганізмів значною мірою невідомі.

Світло

Фотоавтотрофи, такі як ціанобактерії або зелені сірчані бактерії, і фотогетеротрофи, такі як фіолетові несірчані бактерії, залежать від достатньої інтенсивності світла на довжині хвиль, поглинаються їх пігментами для зростання і розмноження. Енергія світла захоплюється пігментами і перетворюється в хімічну енергію, яка рухає фіксацію вуглецю та інші обмінні процеси. Частина електромагнітного спектра, яка поглинається цими організмами, визначається як фотосинтетично активне випромінювання (PAR). Він лежить у спектрі видимого світла в діапазоні від 400 до 700 нанометрів (нм) і поширюється в ближньому інфрачервоному діапазоні для деяких фотосинтетичних бактерій. Ряд додаткових пігментів, таких як фукоксантин у бурих водоростях та фікобіліни в ціанобактеріях, розширюють корисний діапазон довжин хвиль для фотосинтезу та компенсують низький рівень освітленості, доступний на більшій глибині води. Інші мікроорганізми, такі як архея класу Halobacteria, використовують світлову енергію для приводу своїх протонних і натрієвих насосів. Світло поглинається комплексом пігментного білка під назвою бактеріородопсин, який схожий на очний пігмент родопсин. Фотосинтезуючі бактерії присутні не тільки у водних середовищах, але і в грунті і в симбіозі з грибами у лишайників. Своєрідний кавуновий сніг викликається мікроводоростями Chlamydomonas nivalis, зеленими водоростями, багатими вторинним червоним каротиноїдним пігментом (астаксантином), який надає рожевий відтінок снігу, де росте водорості.

Вправа\(\PageIndex{1}\)

Які фотосинтезуючі пігменти були описані в цьому розділі?
Який основний стрес гіперсольового середовища для клітини?

Ключові поняття та резюме

Галофіли вимагають високої концентрації солі в середовищі, тоді як галотолерантні організми можуть рости і розмножуватися в присутності високої солі, але не вимагають її для росту.
Галотолерантні патогени є важливим джерелом харчових хвороб, оскільки вони забруднюють продукти, збережені в солі.
Фотосинтезуючі бактерії залежать від видимого світла для енергії.
Більшість бактерій, за невеликим винятком, вимагають високої вологості для росту.