Бактерии растений
БАКТЕРИИ РАСТЕНИЙ
Общая характеристика бактерий. Бактерии представляют собой тип низших одноклеточных, конечно безхлорофиловых растений. Реже они соединены в простые нитчатые колонии. Бактерии отличаются исключительно малыми размерами. Величина их клеток исчисляется несколькими микронами и десятыми долями микрона. Как все низшие растения, бактерии лучше развиваются в условиях повышенной влажности.
Строение бактерий. Микроскопически малые клетки бактерий имеют тонкую оболочку и содержимое, состоит из однородной протоплазмы и вакуолей.
Хорошо выраженное ядро есть только у обособленной группы бактерий (миксобактерии), в других оно находится в диффузном состоянии.
Большинство бактерий бесцветные, но некоторые имеют пигменты, придающие бактериям различной окраски - красного, синего, желтого, пурпурного и др.. Пурпурные и зеленые бактерии имеют хлорофилл. Форма клеток бактерий бывает разная, но чаще всего они имеют форму палочек.
Некоторые бактерии способны передвигаться с помощью жгутиков. Разные бактерии имеют один, два и несколько жгутиков.
Размножения бактерий. Бактерии размножаются очень быстро, делением клеток пополам. Дочерние клетки, образовавшиеся в результате деления, сразу же расходятся, достигают размеров материнской клетки, и обычно через ЗО минут эти клетки вновь делятся пополам. Некоторые бактерии при делении клеток не расходятся, а остаются соединенными, образуя цепочки и другие объединения.
Существуют бактерии, в которых процесс деления клеток длится всего 12-15 минут (кишечная палочка), а в других этот процесс происходит очень медленно (бактерия, вызывающая туберкулез).
При размножении, как и все живые существа, бактерии попадают на бесконечное количество препятствий, задерживающих их деление.
Некоторые виды бактерий способны при неблагоприятных для жизни условиях образовывать споры. Споры отмечаются стойкостью против неблагоприятных температурных условий (выдерживают температуру +150 °С и -180 °С) и действия многих ядовитых веществ.
Споры образуются внутри клетки бактерии. Содержание такой клетки теряет воду, сжимается и покрывается очень плотной оболочкой. Споры могут сохранять жизнеспособность в течение многих лет. Попадая в благоприятные условия, спора прорастает и дает начало новой клетке, далее размножается простым делением, как обычная бактерия.
Питания бактерий. Большинство бактерий относится к группе гетеротрофных организмов. Они питаются готовыми органическими веществами, но существуют и автотрофные бактерии. Гетеротрофные бактерии бывают сапрофиты и паразиты (патогенные). К сапрофитным бактериям относятся те, которые живут и питаются за счет органического материала, мертвых организмов, а бактерии паразиты, или патогенные (болезнетворные), живут на поверхности или внутри живого организма (животного или растительного происхождения), за счет которого и питаются. Они являются возбудителями большинства заразных болезней как у человека, так и у животных (тиф, сибирская язва, холера, туберкулез).
Патогенные бактерии вызывают заболевания и у растений, так называемые бактериозы (увядание, пятнистость, гниения стеблей и т. д.). Бактериозами часто бывают поражены помидоры, огурцы, плодовые деревья, капуста, картофель.
Некоторые бактерии являются автотрофными организмами, они способны ассимилировать углекислоту воздуха. Этот процесс у бактерий называется хемосинтезом. При хемосинтезе органические вещества образуются из неорганических за счет химической энергии, которая возникает при окислении некоторых неорганических веществ. На хемосинтесинтезирование способны нитрифицирующие бактерии, железобактериями, серобактерии и др.. Но среди бактерий есть и фотосинтезирующие, которые используют энергию солнечного света, - зеленые и пурпурные бактерии.
В практике земледелия огромное значение имеют автотрофные - нитрифицирующие бактерии, которые были открыты отечественным ученым проф. С. М. Виноградским. Нитрифицирующие бактерии развиваются в почве и имеют большое влияние на повышение ее плодородия. В процессе гниения навоза, трупов и т.д. выделяется большое количество аммиака. Превращения аммиака в легкоусвояемые для растений азотные соединения и осуществляют нитрифицирующие бактерии.
Происхождение бактерий. Существует мнение, что бактерии не представляют по происхождению единой группы или типа растений. Одни из них по по-прохождением стоят очень близко к сине-зеленым водорослям и имеют пигменты, похожие на хлорофилл, но отличаются от них наличием жгутиков, которых нет у сине-зеленых водорослей. Другие - миксобактерии, по происхождению стоят ближе к лучистым грибам. Некоторые бактерии (спирохеты) по строению похожи на простейшие одноклеточные животные (протозоа).
Отпечатки бактерий были обнаружены при раскопках древних слоев археозойськои эры.
Классификация бактерий. Общепризнанной, завершенной классификации бактерий пока нет. Это объясняется трудностью их изучения. В основе существующей классификации бактерий лежат форма клеток, их внутреннее строение, спорообразование. По форме клеток различают следующие роды бактерий: 1) бациллы - палочковидные, 2) коки - шаровидные, 3) диплококки - шаровидные, соединены попарно, 4) стрептококки - шаровидные, собраны в цепочки, 5) вибрионы - бактерии в виде запятой, 6) спириллы - завитые в виде штопора.
Существует большое количество переходных форм.
На питательной среде бактерии собираются в колонии. Форма, величина и окраска этих колоний у разных видов бактерий неодинаковы.
Приспособления бактерий к факторам среды и распространения. Бактерии легко приспосабливаются к разным условиям внешней среды. Одни виды их способны жить при очень высокой температуре (55-70 °С), в кучах прелого навоза, в воде горячих источников. Но существуют и такие бактерии, которые нормально развиваются в арктических и антарктических условиях только при низких температурах (до -7 °С).
Многие бактерии живут в среде с высокой концентрацией солей. Они хорошо развиваются и в почвах, значительно отличающихся по физико-химическим строением. Очень распространены они и в воде.
Одни виды бактерий развиваются только при наличии кислорода, другие, наоборот, нормально развиваются без него. Зависимости от требования к кислороду бактерии делятся на две большие группы: аэробные, развивающиеся только при наличии свободного доступа воздуха (гнилостные бактерии), и анаэробные, живущие без воздуха «молочнокислые бактерии). Жизни живых существ без доступа воздуха - явление в природе довольно редкое.
Можно сказать, что бактерии встречаются везде и всюду в самых разнообразных экологических условиях. Однако условия, благоприятные для одних бактерий, могут быть непригодными для других.
Разные виды бактерий ставят не одинаковые требования к температурным условиям. Чаще всего при низких температурах развитие бактерий прекращается. На этом принципе основано хранения продуктов в холодильниках. Прекращается развитие бактерий и при очень высоких температурах (120 °С). На этом принципе осуществляется хранение продуктов в герметически закупоренных банках (консервы), подверженных действию высоких температур.
Бактерии прекращают рост и размножение и при недостатке влаги. На этом принципе построено хранения продуктов (овощей, фруктов, лекарственных растений) засушенными.
Значение бактерий в природе и жизни человека. В природе происходит непрерывный круговорот веществ, существенную роль в котором играют бактерии.
Большинство бактерий относится к гетеротрофным растениям. Питаясь готовыми органическими веществами, бактерии сапрофиты раскладывают сложные органические вещества (трупы животных и растений) на простые вещества. Под влиянием деятельности различных бактерий органические вещества разрушаются до минеральных соединений, которые вновь используются зелеными растениями для питания.
Расписание органических веществ бактериями осуществляется в результате процессов брожения и гниения.
Брожение - это сложный процесс распада углеродистых (безазотистых) органических веществ под воздействием бактерий. Как и всякий биологический процесс, брожение происходит при сочетании определенных условий - температуры, влажности, воздуха и др..
По характеру промежуточных продуктов распада углеродистых веществ различают несколько типов брожения: молочнокислое, маслянокислое, уксуснокислое и др.. Каждый тип брожения осуществляется определенными видами бактерий.
Молочнокислое брожение вызывается молочнокислыми бактериями - Lactobacillus Delbruckii и др.. При этом типе брожения молекулы глюкозы разлагаются бактериями на две молекулы молочной кислоты и выделяется определенное количество энергии. Молочнокислое брожение вызывает скисания свежего молока, которое далее свертывается. Молочнокислое брожение широко используется человеком для изготовления простокваши, кефира, кумыса, кислой капусты, соленых огурцов, при мочении яблок и т. д. Пользуясь молочнокислым брожением, готовят и силосующие кормы (силос). При этом способе брожения выделяющая молочная кислота является консервирующим началом, она губительно действует на гнилостные бактерии и тем самым способствует сохранению продуктов в течение длительного времени. Силос без доступа воздуха "может сохраняться в течение нескольких лет. Молочнокислое брожение происходит быстрее и лучше при анаэробных условиях, поэтому при засолке капусты, а также при силосовании силосующие массу сильно утрамбовывают.
Маслянокислое брожение вызывается маслянокислые бактерии - Clostridium butyrium и др.. При этом брожении из сахара образуется масляная кислота и выделяется углекислота и водород. Обычно этот тип брожения нежелателен, например под воздействием такого брожения портится масло, горкнет. Маслянокислое брожение происходит только при анаэробных условиях - без свободного доступа воздуха.
В круговороте веществ не меньшее значение, чем брожения, имеют процессы, гниения, вызываемые гнилостными бактериями.
Гниение - это разрушение бактериями белковых, - азотистых органических веществ. При отсутствии процесса гниения поверхность суши покрылась бы огромным количеством трупов животных и растений.
Гнилостные бактерии наносят большой вред, вызывая порчу различных продуктов и кормов - мясных и рыбных продуктов, сена, корнеплодов и т. д.
Бактерии воздействуют и на почвообразовательные процессы. Поселяясь вместе с грибами и лишайниками на горных породах, они в результате жизнедеятельности образуют различные кислоты, которые разъедают горные породы.
В природе и практике земледелия большое значение имеют так называемые азотфиксирующие бактерии, которые способны усваивать азот из воздуха, не могут осуществлять высшие цветковые растения.
Кроме клубеньковых бактерий, в почве свободно живут другие азотособиральные бактерии - азотобактер.
Почвенные бактерии вместе с другими микроорганизмами в процессе своей жизнедеятельности создают наиболее благоприятные условия для роста и получения высоких урожаев сельскохозяйственных растений. Почвенные бактерии производят продукты для питания высших растений. Количество бактерий далеко не одинакова в разных почвах. В своих последних исследованиях проф. Е. Н. Мишустин установил, что количество бактерий в почве изменяется в зависимости от географического положения и окультурености грунта:
В 1 г органического вещества почвы содержится примерно (по Е. Н. Мишустин) такое количество бактерий - бацилл (в тыс.):
В целинных почвах тундры - до 100
»» Тайги - 400
В окультуренных почвах тайги -1000
В почвах лугово-лесной зоны:
целинных лесных - » 3000
Луговых -» 4000
окультуренных - 6000
В почвах лугово-степной зоны:
целинных - 10 000
окультуренных. - 15 000
грунтах сухих степей:
целинных - 30 000
окультуренных - 60 000
В почвах пустынь:
целинных и - 40 000
окультуренных - 80 000
Такая огромная разница в содержании бактерий в почвах определяется значительной мере их кислотностью. Тундра, тайга и лесная зона имеют кислые почвы, является плохой средой для бактерий, на этих почвах бактерии размножаются и развиваются хуже.
Часто заразные заболевания растений (человека и животных) вызываются наличием столь малых возбудителей - вирусов и бактериофагов, что они недоступны исследованию обычными микроскопами, и только электронные микроскопы, созданы последнее время, что дают увеличение в 100 тыс. раз, позволяют подойти к детальному изучению.
По строению вирусы занимают промежуточное положение между неживой и живой природой, они сочетают в себе свойства существа и вещества. Вирусы вызывают у растений так называемые вирусные болезни: мозаику, скручивание, увядание, карликовость и др..
Вирусы вызывают заболевания животных и человека (оспа, корь, грипп, чума рогатого. Скота и др..).
Впервые вирус - возбудитель чумы рогатого скота - открыл в 1886 г. русский ученый проф. Н. Ф. Гамалея. Вирус - возбудитель вирусных болезней у растений (табак) - был открыт в 1892 г. "другим русским ученым проф. Д. И. Ивановским.
Бактериофаги. Настолько малы, что способны жить внутри бактерий. До сих пор в науке еще не решен вопрос, что такое бактериофаг.
Одни ученые считают, что бактериофаг - это живой ультрамикроскопический вирус, другие - относят бактериофаг к неживому веществу, которое выделяется самими бактериями. Бактериофаг встречается везде, где живут бактерии.
Бактериофаг имеет исключительное значение в лечении инфекционных (заразных) болезней. Открыл бактериофаг и обнаружил его роль в борьбе с заразными болезнями русский ученый проф. Н. Ф. Гамалея в 1898 г.