Предмет микробиологии и его значение для с/х производства

1. Предмет микробиологии  и его значение для с/х производства

1. Предмет микробиологии и его значение для с/х производства

Микробиология (от микро... и биология), наука, изучающая микроорганизмы — бактерии, микоплазмы, актиномицеты, дрожжи, микроскопические грибы и водоросли — их систематику, морфологию, физиологию, биохимию, наследственность и изменчивость, распространение и роль в круговороте веществ в природе, практическое значение.

Развитие  микробиологии и потребности  практики привели к обособлению  ряда разделов микробиологии в самостоятельные  научные дисциплины. Общая микробиологии изучает фундаментальные закономерности биологии микроорганизмов. Знание основ общей микробиологии необходимо при работе в любом из специальных разделов микробиологии.

Сельскохозяйственная  микробиология выясняет состав почвенной микрофлоры, её роль в круговороте веществ в почве, а также её значение для структуры и плодородия почвы, влияние обработки на микробиологические процессы в ней, действие бактериальных препаратов на урожайность растений. В задачу с.-х. микробиологии входят изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания растений, и борьба с ними, разработка микробиологических способов борьбы с насекомыми — вредителями с.-х. растений и лесных пород, а также методов консервирования кормов, мочки льна, предохранения урожая от порчи, вызываемой микроорганизмами.

В задачу технической, или промышленной, микробиологии входит изучение и осуществление микробиологических процессов, применяемых для получения дрожжей, кормового белка, липидов, бактериальных удобрений, а также получение путём микробиологического синтеза антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот, нуклеотидов, органических кислот и т.п. Геологическая микробиология изучает роль микроорганизмов в круговороте веществ в природе, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых, предлагает методы получения (выщелачивания) из руд металлов (медь, германий, уран, олово) и др. ископаемых с помощью бактерий. Водная микробиология изучает количественный и качественный состав микрофлоры солёных и пресных вод и её роль в биохимических процессах, протекающих в водоёмах, осуществляет контроль за качеством питьевой воды, совершенствует микробиологические методы очистки сточных вод. В задачу медицинской микробиологии входит изучение микроорганизмов, вызывающих заболевания человека, и разработка эффективных методов борьбы с ними. Эти же вопросы в отношении сельскохозяйственных и др. животных решает ветеринарная микробиологии.

Практическое  значение микробиологии. Активно участвуя в круговороте веществ в природе, микроорганизмы играют важнейшую роль в плодородии почв, в продуктивности водоёмов, в образовании и разрушении залежей полезных ископаемых. Особенно важна способность микроорганизмов минерализовать органические остатки животных и растений. Всё возрастающее применение микроорганизмов в практике привело к возникновению микробиологической промышленности и к значительному расширению микробиологических исследований в различных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Резко возросло применение микроорганизмов в сельском хозяйстве. Увеличилось производство бактериальных удобрений, в частности нитрагина, приготовляемого из культур клубеньковых бактерий, фиксирующих азот в условиях симбиоза с бобовыми растениями, и применяемого для заражения семян бобовых культур. Новое направление с.-х. микробиологии связано с микробиологическими методами борьбы с насекомыми и их личинками — вредителями с.-х. растений и лесов. Найдены бактерии и грибы, убивающие своими токсинами этих вредителей, освоено производство соответствующих препаратов. Высушенные клетки молочнокислых бактерий используют для лечения кишечных заболеваний человека и с.-х. животных. 

2. Краткая история  развития микробиологии

Возникновение и развитие микробиологии. За несколько тыс. лет до возникновения микробиологии как науки человек, не зная о существовании микроорганизмов, широко применял их для приготовления кумыса и др. кисломолочных продуктов, получения вина, пива, уксуса, при силосовании кормов, мочке льна. Впервые бактерии и дрожжи увидел А. Левенгук, рассматривавший с помощью изготовленных им микроскопов зубной налёт, растительные настои, пиво и т.д. Творцом микробиологии как науки был Л. Пастер, выяснивший роль микроорганизмов в брожениях (виноделие, пивоварение) и в возникновении болезней животных и человека. Исключительное значение для борьбы с заразными болезнями имел предложенный Пастером метод предохранительных прививок, основанный на введении в организм животного или человека ослабленных культур болезнетворных микроорганизмов. Задолго до открытия вирусов Пастер предложил прививки против вирусной болезни — бешенства. Он же доказал, что в современных земных условиях невозможно самопроизвольное зарождение жизни. Эти работы послужили научной основой стерилизации хирургических инструментов и перевязочных материалов, приготовления консервов, пастеризации пищевых продуктов и т.д. Идеи Пастера о роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе были развиты основоположником общей М. в России С. Н. Виноградским, открывшим хемоавтотрофные микроорганизмы (усваивают углекислый газ атмосферы за счёт энергии окисления неорганических веществ; Хемосинтез), азотфиксирующие микроорганизмы и бактерий, разлагающих целлюлозу в аэробных условиях. Его ученик В. Л. Омелянский открыл анаэробных бактерий, сбраживающих, т. е. разлагающих в анаэробных условиях целлюлозу, и бактерий, образующих метан. Значительный вклад в развитие микробиологии был сделан голландской школой микробиологов, изучавших экологию, физиологию и биохимию разных групп микроорганизмов (М. Бейеринк, А. Клюйвер, К. ван Нил). В развитии медициской микробиологии важная роль принадлежит Р. Коху, предложившему плотные питательныесреды для выращивания микроорганизмов и открывшему возбудителей туберкулёза и холеры. Развитию медицинской микробиологии и иммунологии способствовали Э. Беринг (Германия), Э. Ру (Франция), С. Китазато (Япония), а в России — И. И. Мечников, Л. А. Тарасевич, Д. К. Заболотный, Н. Ф. Гамалея.

3. Значение работ  Пастера в развитии  микробиологии

Впервые бактерии и дрожжи увидел А. Левенгук, рассматривавший с помощью изготовленных им микроскопов зубной налёт, растительные настои, пиво и т.д. Творцом микробиологии как науки был Л. Пастер, выяснивший роль микроорганизмов в брожениях (виноделие, пивоварение) и в возникновении болезней животных и человека. Исключительное значение для борьбы с заразными болезнями имел предложенный Пастером метод предохранительных прививок, основанный на введении в организм животного или человека ослабленных культур болезнетворных микроорганизмов. Задолго до открытия вирусов Пастер предложил прививки против вирусной болезни — бешенства. Он же доказал, что в современных земных условиях невозможно самопроизвольное зарождение жизни. Эти работы послужили научной основой стерилизации хирургических инструментов и перевязочных материалов, приготовления консервов, пастеризации пищевых продуктов и т.д. Идеи Пастера о роли микроорганизмов в круговороте веществ в природе были развиты основоположником общей М. в России С. Н. Виноградским.

Пастер (Pasteur) Луи (1822—1895), французский микробиолог и химик, основоположник современной микробиологии и иммунологии. Первый директор научно-исследовательского микробиологического института (Пастеровского института), созданного в 1888 г. на средства, собранные по международной подписке. В этом институте наряду с другими иностранными учёными плодотворно работали и русские — И. И. Мечников, С. Н. Виноградский, Н. Ф. Гамалея, В. М. Хавкин, А. М. Безредка и др. Для исследований Пастера характерна органическая связь теории и практики. С 1857 изучал процессы брожения (молочнокислого, спиртового, уксусного, открытого им маслянокислого). Вопреки господствовавшей "химической" теории немецкого химика Ю. Либиха доказал, что брожение вызывается деятельностью различных видов микроорганизмов. Открыл при этом явление анаэробиоза (способность к жизни в отсутствии свободного O₂) и существование облигатно (строго) анаэробных бактерий. Показал, что брожение служит источником энергии для вызывающих его микроорганизмов. Заложил научные основы виноделия, пивоварения и др. отраслей пищевой промышленности. Предложил метод предохранения вина от порчи (пастеризацию), примененный затем в производстве др. продуктов питания (пива, молока, фруктово-ягодных соков). Окончательно опроверг (путём эксперимента) представления о возможности самозарождения живых существ в современных условиях.  

Изучив природу  заболевания шелковичного червя (1870), Пастер установил заразность болезни, время её максимального проявления и рекомендовал меры борьбы с нею. Исследовал ряд др. заразных болезней животных и человека (сибирская язва, родильная горячка, бешенство, куриная холера, краснуха свиней и пр.), окончательно установив, что они вызываются специфическими возбудителями. На основе развитого им представления об искусственном иммунитете предложил метод предохранительных прививок, в частности вакцинацию против сибирской язвы (1881). В 1880 Пастер совместно с Э. Ру начал исследования бешенства. Первая предохранительная прививка от этой болезни была им сделана в 1885 г. 

4. Творческий вклад  русских ученых  в развитие микробиологии  (Виноградский, Ивановский, Омелянский, Воронин, Худяков, Кононов, Мишустин и др.)

Идеи Пастера  о роли микроорганизмов в круговороте  веществ в природе были развиты  основоположником общей микробиологии в России С. Н. Виноградским, открывшим хемоавтотрофные микроорганизмы (усваивают углекислый газ атмосферы за счёт энергии окисления неорганических веществ; Хемосинтез), азотфиксирующие микроорганизмы и бактерий, разлагающих целлюлозу в аэробных условиях. Виноградский Сергей Николаевич [.1856 —1953], русский микробиолог, член-корреспондент Петербургской АН. В 1891—1912 заведующий отделом общей микробиологии института экспериментальной медицины в Петербурге. Активно участвовал в организации Русского микробиологического общества (1903) и первые 2 года был его председателем. В 1922 уехал во Францию и до конца жизни руководил Агробактериологическим отделом Пастеровского института под Парижем. Виноградский впервые доказал, что существуют особые микроорганизмы (аноргоксиданты), получающие энергию в результате окисления неорганических веществ. Образующаяся при этом энергия используется на ассимиляцию углекислого газа или карбонатов; основанный на этом процесс усвоения углекислого газа получил название хемосинтеза. Открытие Виноградским хемосинтеза дало возможность русской микробиологии занять ведущее положение и оказало большое влияние на её развитие в других странах. Виноградский впервые (1893) выделил из почвы анаэробную спороносную бактерию Clostridium Pasteurianum, усваивающую молекулярный азот. Его ученик В. Л. Омелянский открыл анаэробные бактерии, сбраживающие, т. е. разлагающиев анаэробных условиях целлюлозу, и бактерии, образующие метан. Омелянский Василий Леонидович [1867— 1928], русский микробиолог, академик АН СССР (1923; член-корреспондент 1916). Ученик С. Н. Виноградского. Окончил Петербургский университет (1890). В 1893—1928 работал в Отделе общей микробиологии института экспериментальной медицины, с 1912 заведующий отделом. Основные работы по выяснению роли микроорганизмов в круговороте азота и углерода в природе. Предложил методы выделения и культивирования нитрифицирующих бактерий, изучал их морфологию и физиологию. Впервые выделил культуры анаэробных и спороносных бактерий, сбраживающих клетчатку с образованием органических кислот и водорода. Изучал аэробную азотфиксирующую бактерию (из рода азотобактер) и доказал существование бактерий, образующих метан из этилового спирта. Установил, что количество усвояемого азотфиксирующими микроорганизмами азота пропорционально усвоению органического вещества. Первый указал на возможность применения микроорганизмов как химических индикаторов. Редактор журнала "Архив биологических наук" (1906—28). Его книги "Основы микробиологии" (1909) и "Практическое руководство по микробиологии" (1922) способствовали формированию нескольких поколений советских микробиологов. Дмитрий Иосифович Ивановский (1864 — 1920) — русский физиолог растений и микробиолог, основоположник вирусологии. Окончил Петербургский университет в 1888 году и был оставлен при кафедре ботаники. Под руководством А. Н. Бекетова, А. С. Фаминцына и X. Я. Гоби изучал физиологию растений и микробиологию.

Обнаружил в клетках больных  растений кристаллические  включения («кристаллы Ивановского»), открыв, таким образом, особый мир возбудителей заболеваний небактериальной и непротозойной природы, названных впоследствии вирусами. Ивановский рассматривал их как мельчайшие живые организмы. Кроме того, Ивановский опубликовал работы об особенностях физиологических процессов в больных растениях, влиянии кислорода на спиртовое брожение у дрожжей, состоянии хлорофилла в растениях, его устойчивости к свету, значении каротина и ксантофилла, по почвенной микробиологии.

Воронин Михаил Степанович - ботаник (1838 - 1903). Многочисленные ученые работы Воронина касаются преимущественно класса грибов (микология) и тех низших организмов, что стоят на грани между животными и растениями. Он открыл, подробно изучил и описал множество в высокой степени важных не только в ботаническом, но и в общебиологическом смысле низших организмов. Грибная болезнь подсолнечника открыта и изучена им же; то же должно сказать о болезни капустных растений и пр. Все работы Воронина отличаются большой точностью. Его рисунки, без которых новейшая морфология не может обойтись, образцовы.

Худяков Николай Николаевич (1866—1927) — русский микробиолог. Труды посвящены вопросам анаэробиоза и почвенной микробиологии. В работе "К учению об анаэробиозе" (1896) установил возможность культивирования анаэробов в присутствии кислорода и высказал положение, что анаэробиоз у бактерий является приспособлением к условиям существования. В области почвенной микробиологии открыл явление адсорбции бактерий частицами почвы, что имеет большое значение для их активности в почвенных процессах. Автор первого на рус. языке курса "Сельскохозяйственная микробиология" (1926), имевшего большое значение для развития микробиология в СССР.

2. Морфология и систематика бактерий

5. Внешняя форма  и размеры бактерий

Выделяют три  основные формы бактерий – шаровидные, палочковидные и извитые. 

Шаровидные  бактерии, или кокки

Форма шаровидная или овальная.

По характеру  расположения клеток в мазках выделяют: 

Микрококки – отдельно расположенные клетки.

Диплококки  – располагаются парами.

Стрептококки – клетки округлой или вытянутой формы, составляющие цепочку.