Hrana pentru cianobacteriile. bacterii. Caracteristicile structurii celulei

Grupul de bacterii cu sulf include cele mai diverse tipuri de procariote. Procariotele sunt organisme unicelulare care nu au un nucleu clar definit, nu au învelișul său. Pentru activitatea lor vitală, bacteriile cu sulf oxidează compușii de hidrogen sulfurat în sulf elementar, precum și sulfuri, tiosulfați și sulf molecular.

Aceste microorganisme aparțin unor autotrofe (producători) care sintetizează substanțe organice din substanțe anorganice:

bacterii violet (violet),
Chlorobiaceae (bacteriile verzi cu sulf),
alge albastre-verzi (cianobacteriile),
bacterii incolore cu sulf.

Există simbioze de microbi cu moluște, viermi tuburi, arici de mare trăind în zona de aer a nămolului (amestec de minerale și organice la fundul rezervoarelor).

Dar nu toți autotrofii sunt producători. Unii dintre ei își fac propriile lor materie organicăși le consumă singuri. Astfel de organisme sunt considerate descompozitoare (ele transformă rămășițele moarte de pe fundul rezervoarelor în substante anorganice) și producători în același timp. Autotrofele sunt împărțite în chimiosinteză fotosintetică și producătoare de energie.

Microorganisme care se hrănesc cu fotosinteză

Bacteriile cu sulf sunt organisme fotosintetice care folosesc lumina soarelui ca sursă de energie. Acest proces se numește fotosinteză. Fotosintetice sunt unele alge multicelulare, arheile, care trăiesc în corpurile de apă.

Bacteriile cu sulf violet sunt de tip fotosintetic. Există mai mult de 50 de tipuri de ele. Sunt gram-pozitive, există tipuri capabile de mișcare cu ajutorul flagelilor și imobile. Se reproduc prin diviziune. Ei trăiesc într-un mediu fără oxigen lângă suprafața apei proaspete și sărate. Sulful molecular este folosit ca sursă de carbon, care tinde să se acumuleze în spațiul periplasmatic (o cavitate constând dintr-o membrană suplimentară în peretele celular al unui microorganism).

Alge albastre-verzi, sau cianobacterii, de asemenea fotosintetice, gram-negative, capabile să elibereze oxigen. Ei sunt descendenții celor mai vechi microbi de pe pământ. Originea stomatoliților - produsele activității lor vitale găsite astăzi - datează de acum 2,5-3,5 miliarde de ani.

Bacteriile verzi cu sulf nu se colorează cu Gram, au celule în formă de baston sau în formă de ou, pot acumula glicogen (rezerve de carbohidrați), sunt în mare parte imobile. Bacteriile verzi cu sulf au o cavitate plină cu gaz, permițându-le să se scufunde la diferite adâncimi (vacuole de gaz).

Sursa de carbon este dioxidul de carbon. Bacteriile verzi cu sulf practic nu formează colonii; ele cresc sub colonii violete. Au fost găsite în gurile hidrotermale la adâncimi de peste 2.000 de metri în Mexic. Există două grupe: bacteriile verzi cu sulf care pot exista la adâncimi mari fără lumină și necesită iluminare.

Chemosinteza

Microorganisme care obțin energie în urma prelucrării compuși anorganici(chimiosinteză) se numesc chimiotrofe. Acest tip include nitrificatori cu oxidare a amoniacului (Nitrobacteraceae), bacterii de fier cu sulf și fier care procesează hidrogen sulfurat (Geobacter).

Chemosinteza a fost descoperită pentru prima dată de S.N. Vinogradsky în procesul de studiu al bacteriilor filamentoase cu sulf. Oamenii de știință au descoperit și bacterii de fier, care diferă de bacteriile cu sulf prin faptul că folosesc metoda de oxidare a fierului feros în feric. Ca urmare, s-au format minereuri de mangan și fier pe fundul râurilor, mărilor, mlaștinilor.

1. Obligatoriu fotoautotrof. Ele pot crește doar la lumină pe o sursă de carbon anorganic.

2. Opțional chimioheterotrofic. Capabil de creștere heterotrofică în întuneric, folosind materie organică și creștere fototrofică în lumină.

3. Fotoheterotrof. Folosit în lume compusi organici ca sursă de carbon.

4. mixotrofice. Compușii organici sunt utilizați ca sursă suplimentară de carbon. Ele sunt, de asemenea, capabile de fixare autotrofă a dioxidului de carbon.

Produsul de fotosinteză al cianobacteriilor este amidon de cianoficină. Se depune în mici granule situate între tilacoizi. Cianobacteriile sunt capabile să asimileze și să acumuleze rapid azotul sub formă de granule de cianoficină, care sunt de obicei situate în apropierea septurilor transversale ale celulelor. Fosfații din algele albastre-verzi sunt stocați în granule de polifosfat, iar lipidele sunt stocate sub formă de picături în citoplasmă de-a lungul periferiei celulei.

Cu capacitatea de a crește în condiții extremeși fixează azotul molecular, cianobacteriile dobândite mare importanțăîn natură. Aceste organisme sunt primele care locuiesc în locurile sărace nutrienți. Cianobacteriile nu se tem de condiții extreme. De exemplu, cianobacteriile unicelulare - Synechococcus lividus atât de rezistente la acizi și termofile încât sunt capabile să crească în izvoarele termale acide (pH 4,0; t = 70 grade).

Diversitatea morfologică a bacteriilor este prezentată în Figura 6.

Orez. Fig. 6. Diversitatea morfologică a algelor albastre-verzi: A - oscilatoare; B - nostoc; IN - anabena; G - lingbia; D - rivularia; E - gleokapsa; ȘI - croococ: 1 – forma generala, 2 – vedere la mărire mică, 4 – heterochist

În lacuri, apar adesea focare de reproducere în masă a cianobacteriilor. Acest proces se numește « apă înflorită. În același timp, corpurile de apă sunt suprasaturate cu deșeurile cianobacteriilor și sunt lipsite de rezerve de oxigen, ceea ce afectează negativ viața altor locuitori.

Cianobacteriile au fost folosite cu succes de oameni. De exemplu, cianobacteriile din gen Anabaena. Aceste organisme locuiesc în cavitățile frunzelor ferigii de apă tropicale ( Azolla) și îmbogățesc solul cu compuși de azot. În plus, în multe țări, cianobacteriile sunt cultivate pentru a obține un supliment proteic pentru hrana umană și animală.

5.5.2. Subregnul anoxifotobacteriilor - Anoxifotobacteriilor

Spre deosebire de cianobacteriile, anoxifotobacteriile nu sunt capabile să elibereze oxigen în timpul fotosintezei. Pigmentii, bacterioclorofilele și carotenoizii, sunt localizați în membrane care sunt concave în interiorul celulei. Acest sub-regn include bacterii violet și clorobiobacterii. Ei trăiesc în condiții anaerobe ale corpurilor de apă dulce și sărată.

5.5.3. Subregnul scotobacteriilor - Scotobacteria

Reunește grupuri diverse chimioterapie- Și autotrof procariote gram-negative. În raport cu oxigenul, microorganismele aerobe, anaerobe și anaerobe facultative. Ele sunt esențiale în fertilitatea solului, deoarece participă la descompunerea reziduurilor vegetale (mineralizare), la ciclul elementelor din natură și la îmbogățirea solului cu compuși biologic activi.

Astfel, bacteriile din familia Pseudomonadiaceae din genul Pseudomonas pot reduce nitrații; familii Azotobacteriaceae drăguț Azotobacter fixează azotul molecular; familii Rhizobiaceae drăguț Rhizobium formează noduli pe rădăcinile plantelor leguminoase, intrând în simbioză cu acestea și fixând azotul molecular; familie Nitrobacteriaceae include bacterii care efectuează procesele de nitrificare (oxidarea amoniacului și a nitriților) și sulfificare (oxidarea sulfului și a compușilor săi reduceți); bacterii din familie Cytophagaceae drăguț Cytophaga efectuează descompunerea aerobă a celulozei etc.

Acest sub-regn include și microorganisme care trăiesc în intestinele oamenilor și animalelor, multe dintre ele fiind patogene.

Sub-regnul spirochetelor Spirochaetae

Celulele acestor organisme sunt un cilindru răsucit în spirală, în jurul căruia este răsucit un flagel periplasmatic, un axostil, între membrană și peretele celular, datorită căruia spirochetele se mișcă într-un mediu lichid.

5.5.4. Subregn bacteriile radiante - Actinobacteria

Departamentul de Actinomycetes - Actinomycetales

Bacteriile radiante tind să formeze colonii miceliale. Acestea includ trei departamente: micobacterii, corinebacterii, actinomicetobacterii (ciuperci radiante, actinomicete).

După structura celulei şi compoziție chimică componentele sale actinomicete sunt unul dintre grupurile deosebite de bacterii. Actinomicetele formează celule ramificate, care în mulți reprezentanți se dezvoltă în miceliu. Pe miceliu se pot forma structuri speciale de reproducere. Motilitatea celulară este asigurată de flageli.

Actinomicetele sunt chemoorganoheterotrofe, majoritatea sunt aerobe. Actinomicetele sunt rezistente la uscare. Mai rezistent decât alte bacterii la multe fumigante și insecticide. Unele sunt rezistente la antibioticele antibacteriene. O caracteristică distinctivă a actinomicetelor este capacitatea lor de a forma o varietate de substanțe active fiziologic - antibiotice, pigmenți, substanțe care provoacă mirosuri în sol și apă. Miceliul actinomicetelor este împărțit în primar (substrat) și secundar (aer). Actinomicetele cu un stadiu micelial pozitiv formează de obicei structuri de reproducere speciale asexuat - spori care se pot forma pe substrat și miceliul aerian sau pe unul dintre ele. Sporii sunt localizați pe hife sau sporofori individual, în perechi, în lanțuri sau închiși în sporangi.

Actinomicetele se reproduc prin divizarea hifelor, prin spori și uneori prin înmugurire. Actinomicetele se găsesc în aer, în corpurile de apă și în sol. Unii dintre ei sunt agenți patogeni ai plantelor și animalelor. În sol, actinomicetele sintetizează și descompun substanțele humice, produc antibiotice și participă la echilibrul de azot.

5.5.5. Sub-regn adevărat bacterii gram-pozitive - Eufirmicutobacteria

Familie bacilaceae include aerobic și obligatoriu bacterii anaerobe, de regulă, în formă de tijă, cu formarea de endospori modificând forma corpului. Bacteriile sunt larg distribuite în sol, apă și tractul digestiv al animalelor. Saprotrofele, participă la descompunerea materiei organice, pot provoca boli la oameni, animale și plante (gen ClostridiumȘi bacil). Gen Desulfotomaculum reprezentată de bacterii anaerobe reducătoare de sulf. Unele bacterii fixează azotul molecular, altele sunt capabile să producă antibiotice.

Familie Lactobacilaceae include bacterii care nu formează spori care fermentează carbohidrații pentru a forma acid lactic (genul Lactobacillus). Bacteriile sunt frecvente în sol, pe plante, în tractul gastrointestinal al animalelor și al oamenilor, precum și în produsele lactate.

Familie Streptococcaceae include bacterii care joacă un rol important în producția de produse lactate fermentate, siloz, fermentarea legumelor (genul Streptococcus, Leuconostoc și altele). Nu formează spori, celulele sunt de formă sferică sau ovală, legate în perechi sau lanțuri de diferite lungimi.

Familie Micrococcaceae include bacterii aerobe sau anaerobe facultative, sferice, care nu formează spori și sunt frecvente în soluri și ape dulci. Gen Stafilococ Este reprezentat de specii patogene care se găsesc pe pielea și mucoasele organismelor cu sânge cald.

Printre organismele care există acum, există acelea despre a căror apartenență la oricare există dispute constante. La fel este și cu creaturile numite cianobacterii. Deși nici măcar nu au un nume propriu. Prea multe sinonime

Algă verde-albăstruie;
cianobionti;
pelete de ficocrom;
cianura;
alge slime și altele.

Deci, se dovedește că cianobacteriile este un organism complet mic, dar în același timp atât de complex și controversat, care necesită un studiu atent și o luare în considerare a structurii sale pentru a determina exact apartenența taxonomică.

Istoria existenței și a descoperirii

Judecând după rămășițele fosile, istoria existenței algelor albastre-verde merge înapoi în trecut, cu câteva milioane de ani în urmă. Astfel de concluzii au făcut posibilă realizarea unor studii de către paleontologii care au analizat rocile (secțiunile lor) din acele vremuri îndepărtate.

Pe suprafața probelor au fost găsite cianobacterii, a căror structură nu era diferită de cea a forme moderne. Acest lucru demonstrează grad înalt adaptabilitatea acestor creaturi la diverse condiții de habitat, la rezistența și supraviețuirea lor extremă. Este evident că de-a lungul a milioane de ani au avut loc multe schimbări în temperatura și compoziția gazelor planetei. Cu toate acestea, nimic nu a afectat viabilitatea cianului.

În timpurile moderne, cianobacteriile sunt organism unicelular, care a fost descoperit simultan cu alte forme de celule bacteriene. Adică Antonio Van Leeuwenhoek, Louis Pasteur și alți cercetători din secolele XVIII-XIX.

Au fost supuși unui studiu mai amănunțit mai târziu, odată cu dezvoltarea microscopiei electronice și metode și metode de cercetare modernizate. Au fost identificate caracteristicile pe care le posedă cianobacteriile. Structura celulei include o serie de structuri noi care nu se găsesc la alte creaturi.

Clasificare

Problema stabilirii afilierii lor taxonomice rămâne deschisă. Până acum, se știe un singur lucru: cianobacteriile sunt procariote. Acest lucru este confirmat de caracteristici precum:

absența unui nucleu, mitocondrii, cloroplaste;
prezența mureinei în peretele celular;
Moleculele S-ribozomului din celulă.

Cu toate acestea, cianobacteriile sunt procariote, numărând aproximativ 1500 de mii de soiuri. Toate au fost clasificate și combinate în 5 mari grupe morfologice.

croococic. Un grup destul de mare, unind forme unice sau coloniale. Concentrații mari organismele sunt ținute împreună de un mucus comun secretat de peretele celular al fiecărui individ. În formă, acest grup include structuri în formă de tijă și sferice.
Pleurocapsal. Foarte asemănătoare cu formele anterioare, însă, apare o caracteristică sub forma formării beocitelor (mai multe despre acest fenomen mai târziu). Cianobacteriile incluse aici aparțin a trei clase principale: Pleurocaps, Dermocaps, Mixosarcins.
Oxilatorii. Caracteristica principală a acestui grup este că toate celulele sunt combinate într-o structură de mucus comună numită tricomi. Împărțirea are loc fără a trece dincolo de acest fir, în interior. Oscilatorii includ exclusiv celule vegetative care se divid asexuat în jumătate.
Nostoc. Interesant pentru criofilitatea lor. Capabil să trăiască în deșerturi înghețate deschise, formând raiduri colorate asupra lor. Așa-numitul fenomen al „deșerților de gheață înflorite”. Formele acestor organisme sunt și filamentoase sub formă de tricomi, totuși, reproducerea sexuală, cu ajutorul celulelor specializate - heterochisturi. Următorii reprezentanți pot fi atribuiți aici: Anabens, Nostocs, Calotrixes.
Stigonemic. Foarte asemănător cu grupul precedent. Principala diferență în metoda de reproducere este că se pot împărți în mod multiplu în cadrul aceleiași celule. Cel mai popular reprezentant al acestei asociații este Fisherells.

Astfel, cianura este clasificată în funcție de criteriul morfologic, deoarece pentru restul apar multe întrebări și rezultă confuzii. Botanisti si microbiologi numitor comunîn taxonomia cianobacteriilor nu pot veni încă.

habitate

Datorită prezenței unor adaptări speciale (heterochisturi, beocite, tilacoizi neobișnuiți, vacuole gazoase, capacitatea de a fixa azotul molecular și altele), aceste organisme s-au stabilit peste tot. Ei sunt capabili să supraviețuiască chiar și în cele mai extreme condiții în care niciun organism viu nu poate exista deloc. De exemplu, izvoarele termofile calde, condiții anaerobe cu o atmosferă de hidrogen sulfurat, cu un pH mai mic de 4.

Cianobacteriile sunt un organism care supraviețuiește în liniște pe nisipul mării și pe margini stâncoase, blocuri de gheață și deșerturi fierbinți. Puteți recunoaște și determina prezența cianurilor după placa colorată caracteristică pe care o formează coloniile lor. Culoarea poate varia de la albastru-negru la roz și violet.

Ele sunt numite albastru-verde pentru că deseori formează o peliculă lipicioasă albastru-verde pe suprafața apei obișnuite proaspete sau sărate. Acest fenomen se numește „înflorirea apei”. Poate fi văzut pe aproape orice lac care începe să crească și să se mlaștinească.

Caracteristicile structurii celulei

Cianobacteriile au o structură comună organismelor procariote, dar există și unele caracteristici.

Planul general al structurii celulei este următorul:

peretele celular de polizaharide și mureină;
structura bilipidiană;
citoplasmă cu material genetic distribuit liber sub forma unei molecule de ADN;
tilakoide care îndeplinesc funcția de fotosinteză și conțin pigmenți (clorofile, xantofile, carotenoide).

Tipuri de structuri specializate

În primul rând, aceștia sunt heterochiști. Aceste structuri nu sunt părți, ci celulele în sine ca parte a unui tricom (un fir colonial comun unit de mucus). Ele diferă atunci când sunt privite la microscop în compoziția lor, deoarece funcția lor principală este producerea unei enzime care le permite să fixeze azotul molecular din aer. Prin urmare, practic nu există pigmenți în heterochiști, dar există mult azot.

În al doilea rând, acestea sunt hormogonii - zone rupte din tricomi. Ele servesc drept zone de reproducere.

Beocitele sunt un fel de celule fiice, dotate în masă dintr-una maternă. Uneori, numărul lor ajunge la o mie într-o perioadă de diviziune. Dermocaps și alte Pleurocapsodiaceae sunt capabile de o astfel de caracteristică.

Achinetele sunt celule speciale care sunt în repaus și sunt incluse în tricomi. Diferă într-un perete celular mai masiv, bogat în polizaharide. Rolul lor este similar cu heterochisturile.

Vacuole de gaz - toate cianobacteriile le au. Structura celulei implică inițial prezența acestora. Rolul lor este de a lua parte la procesele de înflorire a apei. Un alt nume pentru astfel de structuri este carboxizomi.

Cu siguranță există în plante, animale și celule bacteriene. Cu toate acestea, în algele albastre-verzi, aceste incluziuni sunt oarecum diferite. Acestea includ:

glicogen;
granule de polifosfat;
cianoficina este o substanță specială constând din aspartat, arginină. Servește pentru acumularea de azot, deoarece aceste incluziuni se găsesc în heterochisturi.

Aceasta este ceea ce au cianobacteriile. Părțile principale și celulele și organitele specializate sunt cele care permit cianurilor să efectueze fotosinteza, dar în același timp să trateze bacteriile.

reproducere

Acest proces nu este deosebit de dificil, deoarece este același cu cel al bacteriilor obișnuite. Cianobacteriile se pot împărți vegetativ, în părți ale tricomilor, o celulă normală în două sau pentru a efectua un proces sexual.

La aceste procese participă adesea celule specializate ale heterochiștilor, akinetelor, beocitelor.

Modalitati de transport

Celula de cianobacterie este acoperită la exterior și uneori și cu un strat de polizaharidă specială care poate forma o capsulă de mucus în jurul ei. Datorită acestei caracteristici, se realizează mișcarea cyanului.

Nu există flageli sau excrescențe speciale. Mișcarea poate fi efectuată doar pe o suprafață tare cu ajutorul mucusului, în contracții scurte. Unele oscilatorii au un mod foarte neobișnuit de mișcare - se rotesc în jurul axei lor și, în același timp, provoacă rotirea întregului tricom. Așa se mișcă suprafața.

Capacitatea de a fixa azotul

Aproape fiecare cianobacterie are această caracteristică. Acest lucru este posibil datorită prezenței enzimei nitrogenaze, care este capabilă să fixeze azotul molecular și să-l transforme într-o formă digerabilă de compuși. Acest lucru se întâmplă în structurile heterochisturilor. Prin urmare, acele specii care nu le au nu sunt capabile din aer.

În general, acest proces face ca cianobacteriile să fie creaturi foarte importante pentru viața plantelor. Așezându-se în sol, cianura ajută reprezentanții florei să asimileze azotul legat și să ducă o viață normală.

specii anaerobe

Unele forme de alge albastre-verzi (de exemplu, Oscillatoria) sunt capabile să trăiască în condiții complet anaerobe și într-o atmosferă de hidrogen sulfurat. În acest caz, compusul este procesat în interiorul corpului și, ca urmare, se formează sulf molecular, care este eliberat în mediu.

Teste

666-01. Cum este un spor bacterian diferit de o bacterie liberă?
A) Sporul are o înveliș mai densă decât o bacterie liberă.
B) Un spor este o formațiune multicelulară, iar o bacterie liberă este unicelulară.
C) Sporul este mai puțin durabil decât bacteria liberă.
D) Sporul se hrănește autotrof, în timp ce bacteria liberă se hrănește heterotrof.

Răspuns

666-03. Precizați un caz de simbioză a unei bacterii cu un alt organism.
A) holera și vibrionul uman
B) salmonella și pui
B) bacilul antraxului și oaie
D) E. coli și om

Răspuns

666-04. Bacteriile nodulare furnizează plantele de molii
A) materie organică din plante moarte
B) săruri de azot
B) acizi nucleici
d) carbohidrați

Răspuns

666-05. Condiții nefavorabile pentru viața bacteriilor se creează atunci când
A) varză murată
B) conserve de ciuperci
B) prepararea chefirului
D) așezarea silozurilor

Răspuns

666-07. Se pot găsi bacterii antrax perioadă lungă de timpîn gropile de animale
A) disputa
B) chist
B) celule vii
D) zoospori

Răspuns

666-09. Care este caracteristica bacteriilor saprotrofe?
A) există prin hrănirea cu țesuturile organismelor vii

C) folosiți substanțe organice din secrețiile organismelor vii

Răspuns

666-10. Bacteriile există pe Pământ de milioane de ani împreună cu organisme extrem de organizate, de atunci
A) se hrănesc cu substanțe organice gata preparate
B) la debut Condiții nefavorabile formează spori
B) participă la ciclul substanțelor din natură
D) au o structură simplă și dimensiuni microscopice

Răspuns

666-11. Care dintre următoarele afirmații este corectă?
A) bacteriile se reproduc prin meioză
B) toate bacteriile sunt heterotrofe
B) bacteriile se adaptează bine la condițiile de mediu
D) unele bacterii sunt organisme eucariote

Răspuns

666-12. Asemănarea activității vitale a cianobacteriilor și a plantelor cu flori se manifestă în capacitatea de a
A) alimentaţia heterotrofă
B) alimentatia autotrofa
B) formarea semințelor
D) dubla fertilizare

Răspuns

666-13. Bacteriile de degradare care trăiesc în sol
A) formează compuși organici din compuși anorganici
B) se hrănesc cu materie organică a organismelor vii
C) contribuie la neutralizarea otrăvurilor din sol
D) descompune rămășițele moarte ale plantelor și animalelor în humus

Răspuns

666-14. Care sunt caracteristicile bacteriilor putrefactive?
A) folosiți substanțe organice gata preparate ale organismelor vii
B) sintetiza substante organice din anorganice, folosind energia soarelui
B) folosiți materia organică a organismelor moarte
D) sintetizează substanţe organice din substanţe anorganice, folosind energia reacţiilor chimice

Răspuns

666-15. Ce bacterii sunt considerate „ordinele” planetei?
a) acid acetic
B) nodul
B) dezintegrare
D) acid lactic

Răspuns

666-16. Ameba dizenteriei, pantoful ciliat, euglena verde aparțin aceluiași subregn deoarece au
A) planul general al clădirii
B) tip similar de alimente
C) aceleași metode de reproducere
D) habitat general

Răspuns

666-17. Ce proces fiziologic la animalele unicelulare este asociat cu absorbția gazelor de către celulă?
Mancare
B) selecția
B) reproducere
d) respiratie