Строение и жизнедеятельность бактерий

На этом уроке мы поговорим о бактериях: их строении и жизнедеятельности, а также узнаем историю их изучения и причину рассмотрения этой темы в курсе ботаники.

Тема: Бактерии и грибы

Урок: Строение и жизнедеятельность бактерий

1. Вступление

Бактерии – относительно просто устроенные микроскопические организмы. Они одноклеточные. Ядра, отделенного от цитоплазмы оболочкой, у бактерий нет. Такие организмы называются прокариотами. Весь наследственный материал у них распределён в цитоплазме. Клетки бактерий имеют намного меньшие размеры, чем клетки растений или животных. В среднем это 0,5–5 мкм. Кишечная палочка, например, имеет длину клетки от 1 до 6 мкм (Рис. 1.). Самые крупные из бактерий достигают размера в 750 мкм, т. е. 0,75 мм. Самые мелкие из них имеют размеры от 0,1 до 0,25 мкм. По теоретическим подсчётам, клетка меньших размеров не может быть жизнеспособной, поскольку в ней не могут поместиться все необходимые молекулы.

Рис. 1.

Впервые бактерии увидел в оптический микроскоп и описал в XVII веке Антони ван Левенгук (Рис. 2). В середине XIX в. Луи Пастер открыл болезнетворные свойства бактерий, а также связал их со многими хозяйственно важными процессами (например, порчей продуктов питания). Медицинская микробиология получила развитие в трудах Роберта Коха. Он сформулировал общие принципы определения возбудителя болезни. В 1905 году он был удостоен Нобелевской премии за исследования туберкулёза. Изучением бактерий занимается наука бактериология.

Рис. 2.

2. Классификация бактерий

Клетки бактерий имеют чрезвычайно малые размеры. Поэтому изучение их строения началось только с изобретением электронного микроскопа. Традиционно существует разделение бактерий по форме клетки (Рис. 3).

Рис. 3.

Различают шарообразные кокки (например, стрептококки, стафилококки), палочковидные бациллы (например, кишечная палочка), изогнутые в виде запятой вибрионы (например, холерный вибрион), спиралевидные спириллы. Очень часто бактерии образуют скопления в виде длинных изогнутых цепочек, групп и пленок.

Некоторые бактерии имеют жгутики – до 1000. Среди бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Подвижные передвигаются при помощи жгутиков или скольжением. Многие водные бактерии могут погружаться или всплывать, изменяя свою плотность за счет выделения пузырьков газа.

Бактерии активно передвигаются в направлении, определяемом теми или иными раздражителями. Это явление получило название таксиса. Большинство бактерий бесцветно. Некоторые окрашены в пурпурный или зеленый цвет.

Бактерии были одними из первых живых организмов на Земле. Они появились более 3 млрд лет назад. Поскольку понятие вида к бактериям применимо с трудом, сколько их видов существует, точно не известно. Условно указывают около 10000 видов.

3. Строение бактерий

Бактериальные клетки окружены плотной оболочкой, благодаря которой сохраняют постоянную форму. По составу и строению клеточные оболочки бактерий существенно отличаются от таковых растений и животных.

Снаружи оболочка может быть покрыта ещё и слизистой капсулой. Оформленного ядра у бактерий нет, а наследственный материал распределен в цитоплазме.

4. Распространение бактерий

Практически нет места на Земле, где бы не встречались бактерии. Они живут даже во льдах Антарктиды и в горячих источниках. Особенно много их в почве. В 1 г почвы могут содержаться сотни миллионов бактерий. Большинство бактерий гибнет при температуре +65–100°С, но споры некоторых из них переносят нагревание до +140°С и охлаждение до -253°С.

Число бактерий различно в воздухе проветренных и непроветренных помещений. Так, в классе после проветривания перед началом урока бактерий в 13 раз меньше, чем в той же комнате после урока. Условия жизни бактерий разнообразны. Одним из них необходим кислород (аэробные бактерии), другие в нем не нуждаются и способны жить в бескислородной среде (анаэробные бактерии).

5. Питание бактерий

Большинство бактерий питается готовыми органическими веществами – они гетеротрофы. Некоторые бактерии, например сине-зеленые водоросли, способны создавать органические вещества из неорганических (Рис. 4). Такие организмы называются автотрофами. Автотрофные бактерии сыграли важную роль в накоплении кислорода в атмосфере Земли.

Рис. 4.

Гетеротрофные бактерии делятся на сапротрофных, получающих органические вещества из отмерших организмов или выделений живых организмов, и паразитов, питающихся органическими веществами живых организмов. Паразитизм у бактерий распространен очень широко. Существуют бактерии, паразитирующие в теле бактерий других видов. Среди бактерий-паразитов много болезнетворных, поражающих растения и животных.

Встречаются так называемые хищные бактерии. Это колониальные бактерии. Их клетки соединены мостиками и образуют подобие ловчей сети. Передвигаясь, такая колония захватывает и переваривает мелкие живые организмы.

Некоторые бактерии способны улавливать азот воздуха, что чрезвычайно важно для них и многих растений.

6. Размножение бактерий

Размножаются бактерии делением одной клетки на две. При благоприятных условиях деление клеток у многих бактерий может происходить через каждые 20–30 мин. При таком быстром размножении потомство одной бактерии за 5 суток способно образовать массу, которой можно было бы заполнить все моря и океаны.

Однако в природе этого не происходит, так как большинство бактерий быстро поедается другими организмами. Половое размножение у бактерий отсутствует. Для обеспечения необходимой изменчивости у них существуют другие механизмы. Так, некоторые бактерии могут обмениваться наследственным материалом между собой и с другими организмами.

7. Образование спор

В неблагоприятных условиях (при недостатке пищи, влаги, резких изменениях температуры) цитоплазма бактериальной клетки, сжимаясь, отходит от материнской оболочки, округляется и образует внутри неё на своей поверхности новую, более плотную оболочку. Такую бактериальную клетку называют спорой (Рис. 5). Споры некоторых бактерий сохраняются очень долго в самых неблагоприятных условиях.

       

Рис. 5.

Они выдерживают высушивание, жару и мороз, не погибают даже в кипящей воде. По некоторым данным, споры сохраняются в почвах и горных породах в жизнеспособном состоянии миллионы лет. Споры легко разносятся ветром, водой и т. д. Их много в воздухе и почве. В благоприятных условиях спора прорастает и становится активной бактерией.

Волосатики

Вымойте клубень картофеля, не очищая его от кожуры, нарежьте ломтиками. Натрите ломтики мелом и поместите в чашку Петри. Чашку поставьте в тёплое место с температурой 25–30°С. Через 2–3 суток на поверхности ломтиков образуется плотная морщинистая пленка. Маленький кусочек пленки разотрите в капле воды и рассмотрите под микроскопом бактерии картофельной палочки. Они подвижны, обладают жгутиками и могут образовывать споры.

Для получения культуры сенной палочки положите в колбу с водой немного сена, горлышко колбы закройте ватой и кипятите содержимое в течение 15 мин, чтобы уничтожить другие бактерии, которые могут оказаться в колбе. Сенная палочка при кипячении не погибает.

Полученный настой сена отфильтруйте и на несколько дней поставьте в помещение с температурой 20–25°С. Сенная палочка будет размножаться, и вскоре поверхность настоя покроется пленкой из бактерий.

Стеклянной палочкой перенесите частичку пленки на предметное стекло, накройте покровным стеклом и рассмотрите под микроскопом. Добавьте под покровное стекло каплю метиленовой синьки. На голубом фоне бактерии видны гораздо лучше. Некоторые из них подвижны, а у неподвижных внутри видны блестящие овальные образования. Это споры.

Почему бактерии рассматриваются в этом курсе?

До середины 20 века бактерии считались низшими растениями. Это происходило потому, что некоторые бактерии способны синтезировать кислород, не способны поглощать целые кусочки пищи, а получают питательные вещества в виде растворов. Таким образом, бактерии имеют сходные с растениями признаки.

Оболочка клетки

Оболочка бактериальной клетки отличается от растительной либо животной. Таким образом, некоторыми веществами можно нарушить синтез бактериальной оболочки (патогенных бактерий), не нанося вреда организму-хозяину. Вследствие этого клетка не сможет продолжать нормальную жизнедеятельность. Так работают антибиотики (пенициллин).

Появление цианобактерий

Одними из древнейших бактерий являются цианобактерии, или сине-зелёные водоросли (Рис. 6). В породах, образованных 3,5 млрд лет назад, обнаружены продукты их жизнедеятельности – строматолиты. Благодаря цианобактериям в атмосфере начал накапливаться кислород, который 2 млрд лет назад достиг концентраций, достаточных для начала аэробного дыхания.

Рис. 6.

Появление кислорода в атмосфере (кислородная катастрофа) нанесло серьёзный удар по анаэробным организмам. Они либо вымирают, либо уходят в локально сохранившиеся бескислородные зоны. Общее видовое разнообразие бактерий в это время сокращается.

Список литературы

1. Биология. Бактерии, грибы, растения. 6 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений / В. В. Пасечник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2011. – 304 с.: ил.

2. Тихонова Е. Т., Романова Н. И. Биология 6. – М.: Русское слово.

3. Исаева Т. А., Романова Н. И. Биология 6. – М.: Русское слово.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Научно-Образовательный портал «Вся Биология» .

2. Энциклопедия Кругосвет .

3. Медицинская энциклопедия .

Рекомендованное домашнее задание

1. Биология. Бактерии, грибы, растения. 6 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений / В. В. Пасечник. – 14-е изд., стереотип. – М.: Дрофа, 2011. – 304 с.: ил. – с. 32, задания и вопрос 1, 3, 4.

2. Какие выделяют группы бактерий по отношению к наличию кислорода в атмосфере?

3. Что такое споры?

4. Подготовьте сообщение об истории развития бактериологии.