ВЛИЯНИЕ ВНЕШНИХ ФАКТОРОВ НА МИКРООРГАНИЗМЫ

На жизнедеятельность микроорганизмов большое воздействие оказывают внешние факторы: механические, физические, химические и биологические.

Механические факторы — передвижение, трение, растирание— действуют губительно на микроорганизмы. Горные быстро текущие реки почти не содержат микроорганизмов. Обычные реки также самоочищаются вследствие движения воды. Микробы разрушаются и при растирании их со стеклом, кварцевым песком, в агатовой ступке или шаровой мельнице.

Физические факторы. К ним относятся температура, высушивание, лучи света, радиоактивные излучения, ультразвук.

Температура оказывает решающее влияние на жизнедеятельность микроорганизмов. Различают три основные температурные точки: оптимальную, минимальную и максимальную. Оптимальная температура такая, при которой изучаемый микроорганизм проявляет свою деятельность наиболее активно; минимальная — предельно низкая, ниже которой деятельность микроба приостанавливается. Максимальной называется температура, выше которой жизнедеятельность микроба также прекращается. Температурный оптимум, максимум и минимум у различных видов микроорганизмов сильно колеблется и зависит от условий обитания. Встречаются микроорганизмы термофильные (теплолюбивые), они быстро размножаются при 55—60 °С и могут развиваться при 70—80 °С. Это микроорганизмы горячих источников. Встречаются также микроорганизмы пси-хрофилы (холодолюбивые), размножающиеся при О °С и даже — 5°С. Это микроорганизмы зимовников для пчел, а также холодильников, вызывающие порчу сотов, перги, меда, пищевых продуктов. Большинство микроорганизмов мезофилы (мезос — средний). Они живут и развиваются при 20—40 °С.

Температурный оптимум энтомопатогенных (патогенных для насекомых) микроорганизмов колеблется в широких пределах (табл. 1).

Высокие температуры оказывают губительное действие на микробов. Большинство неспорообразующих микроорганизмов погибает в жидкой среде при температуре 60—70 °С в течение 10—30 мин. Споровые бактерии в жидкой среде погибают при 120 °С в течение 30 мин. Сухой жар убивает споровые и неспоровые бактерии при 170 °С в течение 1—1¹/₂ ч.

Полное обеспложивание сред, посуды и различных материалов носит название стерилизации (стерилис—бесплодный). Уничтожение вегетативных клеток бактерий (при сохранении спор) называется пастеризацией, уничтожение патогенных бактерий — дезинфекцией.

Нижние температуры и зимние морозы микроорганизмы переносят хорошо, многие из них могут длительно сохраняться. Однако многократные замораживания и оттаивания губительно действуют на микроорганизмы.

Высушивание споровых форм микроорганизмов оказывает на них слабое влияние. В сухом состоянии споры сохраняются десятки лет. Высушивание неспоровых микроорганизмов в вакууме из замороженного состояния позволяет тоже сохранять их десятки лет. Длительное время сохраняются и неспоровые микроорганизмы, высушенные в белковых субстратах - сыворотке, гемолимфе, тканях насекомого. Ультрафиолетовые лучи (длиной волны 260—300 нм) оказывают на споровые и вегетативные формы бактерий губительное действие. Микробы также чувствительны к проникающей радиации (рентгеновы и гамма-лучи). Поэтому данные лучи широко применяются для стерилизации воздуха (в боксе для пересевов чистых культур микроорганизмов), жидкостей (вода, молоко), плотных субстратов (соты, червоводни). Вегетативные формы бактерий погибают при дозе облучения 800 тыс. рентген, а их споры — 2,5 млн. рентген. Электрический ток ультравысокой частоты (УВЧ) и ультразвук вызывают гибель микробов.

Химические факторы оказывают исключительно сильное влияние на микроорганизмы. Одни и те же химические вещества (сахар, поваренная соль, ртуть и др.) в малых дозах стимулируют развитие микроорганизмов, в повышенных тормозят, а в высоких убивают микробов. Некоторые химические вещества обладают особо губительными свойствами. Их называют антисептическими, или дезинфицирующими, веществами.

Механизм губительного действия дезинфицирующих веществ на микроорганизмы разнообразен. Одни из них (эфир, спирт, слабые растворы щелочей) растворяют у микробов жизненно важные липоидные (жироподобные) вещества, другие (формалин, кислоты, соли ртути, серебра, меди, свинца) свертывают белки цитоплазмы, третьи (перекись водорода, марганцовокислый калий, хлорная известь) окисляют оболочки микробных клеток, четвертые (глицерин, мед, концентрированные растворы поваренной соли, сахара) изменяют осмотическое давление.

Концентрация водородных ионов (рН) среды оказывает значительное влияние на микроорганизмы. Изменение рН среды делает иным электрический заряд микробной оболочки, что влияет на ее проницаемость. Разные виды микроорганизмов могут расти только в определенных пределах концентрации водородных ионов (табл. 2.)

Биологические факторы. Микроорганизмы, находясь в. естественных условиях существования, вступают в определенные взаимоотношения с другими видами микроорганизмов. Эти взаимоотношения могут проявляться в виде симбиоза и антагонизма.

Симбиоз — это такое сожительство, когда один вид не мешает развитию другого, метабиоз — сожительство, при котором один вид создает благоприятные условия для другого, и антагонизм — сожительство, при котором один вид микроорганизма подавляет развитие другого. В последние десятилетия установлено, что многие микробы-антагонисты выделяют в питательную среду особые вещества — антибиотики (анти — против, биос — жизнь). Разные виды микроорганизмов выделяют различные антибиотики. Так, зеленые плесени Penicillium chrysogenum и Penicillium notatum выделяют антибиотик пенициллин; актиномицет Actinomyces aureofaciens — два антибиотика: биомицин (хлортетра-циклин) и тетрациклин; актиномицет Act. rimosus — террамицин (окситетрациклин); гриб Aspergillus fumigatus — фумагиллин (фумидил В). В настоящее время на специальных заводах разводят в больших количествах эти микроорганизмы и получают из них антибиотики. Каждый антибиотик обладает свойством подавлять развитие определенных микроорганизмов, в том числе и энтомопатогенных. Антибиотики, которые подавляют развитие возбудителей болезней пчел и шелковичных червей, нашли широкое применение в практике.

Антибиотические вещества, выделяемые высшими растениями, получили название фитонцидов. Мед, пыльца, прополис, собираемые с цветущих растений, также содержат разнообразные фитонциды, подавляющие развитие многих микроорганизмов.

Фаги, или бактериофаги (фаг — пожиратель), — мельчайшие живые существа, паразитирующие на бактериях и лизирующие (растворяющие) их. Бактериофаги очищают сточные воды и используются, в частности, против возбудителей болезней пчел.

Изменчивость микроорганизмов. Не все микроорганизмы погибают под влиянием внешних воздействий. Некоторые из них, приспособляясь, приобретают новые свойства, изменяются.

Различают следующие виды изменчивости микроорганизмов. Диссоциация — измельчение гладких форм колоний (S-форма) в шероховатые (R-форма). Такой переход от S- к R-форме совершается под влиянием бактериофага и других внешних условий. С изменением формы микроорганизма меняются его некоторые морфологические и физиологические свойства.

Адаптация — приспособление к новым условиям существования, это временные изменения.

Трансформация — передача определенных свойств одного микроорганизма другому посредством дезоксирибонуклеиновой (ДНК) или рибонуклеиновой кислот (РНК).

Мутация — вновь возникающее изменение свойств микроорганизма, передающееся по наследству.

Распространение микроорганизмов в природе.Микрофлора биосферы. Микроорганизмы распространены в биосфере повсюду. Они находятся в воздухе, воде, в корнях и зеленых частях растений, почве, на покровах и в кишечнике позвоночных и беспозвоночных животных, в том числе насекомых.

Микрофлора воздуха. Воздух представляет неблагоприятную среду для микроорганизмов. В нем нет питательных веществ и достаточной влаги. Развитие микроорганизмов в воздухе задерживает высушивание и солнечный свет. Но в воздухе всегда имеются разнообразные микроорганизмы: бактерии, вирусы, грибы, дрожжи, простейшие, в том числе и патогенные. Энто-мопатогенные микроорганизмы попадают в воздух при гниении трупов насекомых, погибших от инфекционных или инвазионных болезней. Микрофлору воздуха количественно определяют в 1 м³.

Бактерии и трибы обнаружены на высоте 20, 48 и 85 км, при том чем выше, тем их меньше. Высоко в горах, в Арктике, в океане, вдали от населенных пунктов в 1 м³ содержится микроорганизмов в среднем от 0 до 5 единиц, в лесах — 5—100, в сельских населенных пунктах — 100—1000, в жилых помещениях — 500—10000, в скотных дворах и зимовниках для пчел — 10000—2000000. За 5 мин в открытую чашку Петри диаметром 15 см с плотной питательной средой выпадает из воздуха в виде микробного дождя примерно столько микроорганизмов, сколько их содержится в 1 л воздуха. Летом воздух содержит больше микробов, чем зимой. Осадки в виде дождя и снега уменьшают микробную загрязненность воздуха.

Микрофлора воды. Вода — хорошая среда для размножения микроорганизмов. В ней содержатся минеральные соли и часто различные соединения. В воде определяют количество микроорганизмов в 1 мл. Установлено, что микроорганизмов в 1 мл содержится в ключевой воде рек 1000—1000000, в поилках для пчел — 1000—1000000. В океанах они обнаружены во впадинах на глубине 10—11 км.

В воде обитают и наиболее часто встречаются следующие роды микроорганизмов: Micrococcus, Sarcina, Pseudomonas, Bacillus, Bacterium. Из энтомопатогенных микроорганизмов в воде наиболее часто обнаруживаются Escherichia coli, Proteus, Pseudomonas, Fluorescens.

В воду могут быть занесены и патогенные для пчел микробы.

Микрофлора почвы. Почва содержит влагу и разнообразные питательные вещества. Поэтому она изобилует разнообразной микрофлорой. В почве учитывают количество микроорганизмов в 1 г. В верхнем слое почвы микроорганизмов мало, так как они гибнут от лучей солнца и высыхания. На глубине 5—20 см почва содержит от нескольких миллионов до нескольких миллиардов микроорганизмов. В подпочвенных слоях микроорганизмов нет или они встречаются в небольшом числе.

В почве обитают сложные ассоциации микроорганизмов. В верхних слоях, соприкасающихся с воздухом, обитают аэробы, поглощающие атмосферный кислород, в нижних слоях — анаэробы. В почве обитают микроорганизмы, разрушающие белки и синтезирующие азотистые соединения. В ней обитают или сохраняются энтомопатогенные микроорганизмы, возбудители бактериальных и грибковых болезней пчел.

Микрофлора растений. Растения имеют богатую микрофлору в зоне ризосферы (от греч. ризо — корень). Надземные части растений также имеют свою эпифитную (эпи — на, фитон — растение) микрофлору. Нередко в 1 г зеленой массы растений обнаруживают десятки, сотни и даже миллионы микроорганизмов. Среди них имеются фиксаторы атмосферного азота, микробы, синтезирующие витамины и антибиотики, а также фитопатогенные микроорганизмы. Многие из них образуют пигменты, защищающие их от света. Среди эпифитной микрофлоры наиболее часто встречаются микрококки, сардины, Streptococcus lactis, Pseudomonas herbicola, P. fluorescens, Bacterium plantarum, B. aero-genes, B. punctatum, не образующие индол разновидности Bacterium coli, спорообразующие бактерии — Bacillus nigricans, Вас. subtilis, Вас. mesentericus, грибы — Aureobasidium, Alternaria, Cladosporium, Botrytis, Fusa-rium.

Эпифитная и фитопатогенная микрофлора распространяется в основном ветром и насекомыми из отрядов перепончатокрылых, мух, жуков и др.

Микрофлора позвоночных животных. Здоровый организм животного имеет микрофлору, которая находится на коже, слизистых оболочках рта и носоглотки, в пищеварительном тракте. В 1 мл содержимого тонкого кишечника имеется микроорганизмов от '1000 до 10000 и более, в толстом отделе — сотни миллиардов. Наиболее распространенными обитателями кишечника позвоночных животных являются кишечная палочка, энтерококк и др.

Микрофлора насекомых. Микрофлора здоровых насекомых делится на внутриклеточную и внеклеточную. К внутриклеточной относится та, которая медленно размножается и сохраняется в цитоплазме или ядре клеток тканей насекомых. В присутствии этой микрофлоры насекомые живут и совершают обычный цикл развития. Эти микроорганизмы представляют собой симбионтов насекомого. Клетки насекомого, в которых живут симбионты, называются мицетомами. Они располагаются обычно в брюшке насекомого. Мицетомы имеются только у некоторых насекомых: долгоносиков, цикад, тлей, клопов. Внутриклеточные микроорганизмы, как правило, не культивируются на питательных средах. Удаление внутриклеточных микроорганизмов с помощью антибиотиков или при содержании насекомых при неблагоприятной для микроба температуре (например, 36 °С) показало, что эти микроорганизмы приносят пользу насекомым; они синтезируют для них необходимые витамины.

Внеклеточная микрофлора здоровых насекомых значительно богаче и разнообразнее, чем внутриклеточная. Она развивается в основном на покровах и в кишечнике насекомых. Насекомые обогащаются микрофлорой в местах обитания, которые очень разнообразны. Соответственно разнообразна количественно и качественно микрофлора. Зеленые части растений относительно бедны микрофлорой. Поэтому кишечник насекомых, питающихся нектаром, пыльцой или листьями растений, например, личинок медоносной пчелы, гусениц тутового шелкопряда, относительно слабо заселен микрофлорой. Часто средняя кишка пчелы и тутового шелкопряда бывает свободной от микрофлоры. Наоборот, насекомые, живущие в почве, нередко имеют на покровах и в кишечнике обильную микрофлору.

В пищеварительном аппарате здоровых насекомых из отряда чешуекрылых (сибирский шелкопряд, сосновая пяденица), перепончатокрылых (медоносная пчела, сосновый звездчатый пилильщик-ткач) и жесткокрылых (майский восточный жук) было выделено 1414 культур и установлено, что они относятся к родам (в%): Bacillus — 19,8, Clostridium — 0,4, Pseudomonas — 24,1, Bacterium — 25,3, Chromobacterium — 1,7, Pseudobacterium — 30,0, Lactobacterium — 4,0, Mycobacterium — 1,6, Actinomycetes — 0,6, Proactinomycetes — 0,1, Streptococcus — 2,5, Micrococcus — 15,3.

Как видно из приведенных данных, 80% выделенных от насекомых микроорганизмов неспоровые. Из них 50,7% составляют грамотрицательные. Эти микроорганизмы были выделены из различных фаз развития насекомых, в том числе из яиц 2,2%, личинок и гусениц 37, куколок 22 и взрослых форм 38,9%. Наиболее часто выделяется микрофлора из личинок и взрослых насекомых, т. е. тех форм, которые находятся в движении и потребляют пищу.

Пчелы, посещая цветущие растения, вносят в свои гнезда эпифитные и фитопатогенные микроорганизмы. В свою очередь, они обогащают своей микрофлорой микрофлору растений. Микрофлора пчелиной семьи меняется в зависимости от микрофлоры растений, водопоя, наличия в окрестностях пасеки патогенной микрофлоры, погодных условий, смены гнезд, проведения дезинфекции.

Круговорот веществ в природе. Микроорганизмы играют неоценимую роль в природе: они разрушают различные мертвые органические остатки растений, животных, в том числе пчел и шелкопрядов, и их продуктов— хитина, воска, шелка, коконов. Они возвращают связанные мертвые органические соединения и восстанавливают общий баланс веществ в круговороте природы. Особо важную роль в круговороте веществ играет круговорот азота и углерода. Свободный азот воздуха могут усваивать с помощью фотосинтеза зеленые растения и с помощью хемосинтеза — азотфиксирующие клубеньковые бактерии. Животные используют готовые органические соединения азота. Они получают его из растений и микроорганизмов в виде аминокислот и других азотистых соединений. Микроорганизмы разрушают т|рупы животных. Процесс разложения белков и других азотистых соединений носит название гниения. Белковая молекула под действием протеолитических ферментов гнилостных микроорганизмов распадается до альбумоз и пептонов, другие бактерии, усваивающие альбумозы и пептоны, расщепляют их до аминокислот и далее новые микробы — до аммиака, сероводорода, углекислого газа, воды и водорода.

Круговорот углерода также совершается с участием микроорганизмов. Синтезированные растениями из углекислоты сложные органические соединения (углеводы) расщепляются до простых соединений под действием микроорганизмов. Глубокий процесс расщепления углеводов в анаэробных условиях носит название брожения.

Различают брожения спиртовое, уксуснокислое, молочнокислое, маслянокислое, в зависимости от того, какие образуются конечные продукты. В каждом виде брожения принимают участие определенные микроорганизмы. По окончании одного вида брожения создаются благоприятные условия для развития другого вида брожения. В конечном счете при аэробном и анаэробном процессе микроорганизмы превращают углеводы в воду и углекислоту.