Цианобактерии. Отличия от бактерий. Цианобактерии совмещают в одной клетке фотосинтез и фиксацию атмосферного азота

Общие сведения. Цианобактерии (цианеи) - фототрофные прокариоты, традиционно называемые синезелеными водорослями (Cyanophyta). Название «цианобактерии» широко употребляется в микробиологической литературе, в то время как в ботанической чаще сохраняется название «синезеленые водоросли». Благодаря большой изменчивости признаков в зависимости от условий среды число видов, указываемых разными авторами для этого отдела, резко отличается (200…2000).

Цианобактерии - водные в основном пресноводные), реже почвенные организмы. Организация клеток, наличие муреина в клеточной стенке, близость генетических свойств, способность фиксировать азот - все это сближает их с бактериями. Однако между ними существуют различия: более высокий уровень дифференциации тела; пигментная система (аналогичная таковой у эукариотических красных водорослей и существенно отличающаяся от системы фототрофных бактерий); фотосинтез с выделением кислорода. Эти признаки, а также водный образ жизни сближают цианобактерии с эукариотическими водорослями.

Цианобактерии - древнейшие из известных нам организмов, появившиеся около 3 млрд. лет тому назад. Остатки их находят в строматолитах протерозоя. С появлением цианобактерий в атмосфере начал накапливаться молекулярный кислород, создавая условия, необходимые для эволюции организмов, получающих энергию за счет аэробного дыхания.

Строение. К цианобактериям относят одноклеточные, колониальные и нитчатые фототрофные организмы (рис.1). Для них характерно полное отсутствие подвижных жгутиковых стадий и полового процесса. Хлоропластов нет; фотосинтетические пигменты находятся в мембранах, расположенных в цитоплазме.

Рис. 1. Цианобактерия носток: а - слизистые сливовидные колонии; б - нитчатые талломы цианобактерии (1) в общей слизи (3), видны гетероцисты (2)

Клетки имеют довольно толстые многослойные клеточные стенки, основной компонент которых - муреин. В клеточных стенках есть поры, через которые соединяются протопласты соседних клеток. Клеточные стенки обычно одеты слизистым чехлом, предохраняющим их от высыхания и облегчающим скользящее движение клеток и нитей.

Цитоплазма лишена вакуолей с клеточным соком, окрашена в периферических частях (хроматоплазма) и бесцветна в центре (центроплазма). В хроматоплазме расположены фотосинтезирующие одиночные тилакоиды. Их мембраны содержат хлорофилл a и каротиноиды. На поверхности тилакоидов локализованы в виде гранул - фикобилисом - дополнительные пигменты фикобилины: синие - фикоцианин и аллофикоцианин и красный - фикоэритрин. В отличие от растений тилакоиды не отграничены от цитоплазмы мембранами, отсутствует и хлорофилл b. Преобладание тех или иных пигментов и определяет окраску цианобактерий - от сине-зеленой до фиолетовой и красноватой или почти черной. Фотосинтез аэробный с выделением кислорода. В центральной части клеток находится нуклеоид обычного для прокариота строения. В цитоплазме имеются включения запасных веществ: гликогена, волютина. Белка цианофицина. Вакуолей с клеточным соком нет. Имеются газовые вакуоли, или псевдовакуоли. У ряда нитчатых форм наблюдаются образование гетероцист - крупных клеток, в которых происходит фиксация азота (рис.1). При этом тилакоиды разрушаются, формируются новые плотно упакованные мембранные концентрические и сетчатые структуры; исчезают фикобилины, принимающие участие в реакциях выделения кислорода при фотосинтезе. Создаются анаэробные условия. Необходимые для фиксации азота ферментом нитрогеназой. Образование гетероцист, как и азотфиксация, подавляется присутствием связанного азота, особенно аммиаком и нитратами. Функционирующие гетероцисты подавляют процесс перехода соседних вегетативных клеток в гетероцисты, таким образом, регулируется распределение гетероцист вдоль нити.

Цианобактерии способны образовывать споры - акинеты - крупные клетки с толстыми оболочками и запасом питательных веществ. Они могут выдержать высыхание и затем прорастают, каждая в новую особь.

Размножение. Вегетативное размножение у одноклеточных и колониальных происходит в результате деления клеток пополам после удвоения и расхождения хромосомы; у нитчатых - распадением нити.

Распространение и значение. Распространены цианобактерии повсеместно, среди них преобладают водные, главным образом пресноводные, но есть морские и почвенные организмы. Благодаря миксотрофности (способности сочетать одновременно различные типы питания - авто - и гетеротрофность) и возможности азотфиксации диапазон условий, в которых они способны обитать, чрезвычайно широк. Цианобактерии первыми заселяют обнаженные после вулканических извержений или ядерных взрывов скалы, создавая органическое вещество, формируя почвы; вступают в симбиоз с грибами (образуя самые выносливые лишайники), мхами, папоротниками. Цианобактерии развиваются в воде горячих источников и на ледниках. Пустынные почвы - такыры - обязаны им своим образованием.

Значение цианобактерий велико как в природе, так и в жизни людей. Их массовое развитие в планктоне медленно текущих рек, озер, прудов вызывает «цветение» воды. Особенно резко увеличивается их численность в загрязненных водоемах, куда поступают органические вещества, и удобрения с полей, в почти стоячей, хорошо прогреваемой воде мелко водных водохранилищ. При отмирании и гниении клеток цианей выделяются токсичные вещества, вода приобретает неприятный запах и становится непригодной для питья, происходит массовая гибель рыбы - так называемый замор - настоящее бедствие в прудовом рыбном хозяйстве. Отмирающие цианобактерии благодаря газовым вакуолям всплывают на поверхность и образуют маслянистую грязно-зеленую пленку, не пропускающую воздух.

Массовое развитие красного от избытка фикоэритрина Trichdesmium erythraeum дало название Красному морю. Морские виды цианей фиксируют около 1/4 всего поглощаемого морем азота.

Цианобактерии используются в качестве зеленого удобрения Анабена (Anabena oryza, A.cylindrica и другие виды) в симбиозе с папоротником азолла обладает способностью фиксировать азот атмосферы. Внесенные в почву перед посевом, они повышают урожайность риса на 50%. Действие продолжается в течение двух лет и эквивалентно использованию 60 кг/га азотного удобрения.

Некоторые виды спирулины (Spirulina maxima и др.), нити которой скручены в правильную спираль, содержат 60…80 % протеинов от сухой массы, а также физиологически активные вещества, йодсодержащие гормоны и простагландины.

Более 2000 лет используют спирулину в пищу африканцы в районе оз. Чад. Современная медицина рекомендует спирулину и препараты из нее в качестве биодобавок. Цианобактерии имеют в жизни человека как положительное (азотфиксация, съедобность), так и отрицательное значение (порча воды, гибель рыбы, засорение фильтров водозаборных сооружений).

Вирусы, бактерии, цианобактерии

Вирусы в современной биологии рассматривают как одно из пяти царств живой природы. Открыты они были в 1892 г. русским ученым Д.И. Ивановским. Термин предложил М. Бейеринк в 1899 г. Вирусы являются неклеточной формой жизни, занимающей промежуточное положение между живой и неживой материей. Они состоят из ДНК (или РНК) и белка и не способны к самостоятельному синтезу белка. Свойства живых организмов они проявляют, только находясь в клетках про- или эукариот и используя их обмен веществ для собственной репродукции.

Размеры вирусов - от 15 до 2 000 нм. В сердцевине находится генетический материал (ДНК или РНК). По строению и размерам вирусы делят на простые (аденовирусы) и сложные (оспа, герпес, грипп). Встречаются собственно вирусы и бактериофаги - вирусы бактерий (описаны в 1917 г. Ф. Д"Эреллем). По влиянию на клетки хозяина встречаются литические и латентные вирусы. Снаружи вирус покрыт белковой оболочкой - капсидом, выполняющим защитную, ферментативную и антигенную функции. Вирусы более сложного строения могут дополнительно включать углеводные и липидные фрагменты.

Геном вируса попадает в бактерию в результате специфической (или неспецифической) абсорбции бактериофага на клетке хозяина. Вирусная нуклеиновая кислота «впрыскивается» в клетку, а белок остается на клеточной оболочке.

ДНК-содержащие вирусы (оспа, герпес) используют обмен веществ клетки-хозяина для синтеза своих иРНК и белков. РНК-содержащие вирусы (СПИД, грипп) инициируют либо синтез РНК вируса и его белка, либо благодаря ферментам - обратной транскриптазе или ревертазе, синтезируют сначала ДНК, а затем уже РНК и белок вируса. Таким образом, геном вируса, встраиваясь в наследственный аппарат клеткихозяина, изменяет его и направляет синтез вирусных компонентов. Вновь синтезированные вирусные частицы выходят из клетки-хозяина и внедряются в другие (соседние) клетки.

Защищаясь от вирусов, клетки вырабатывают защитный белок - интерферон, который подавляет синтез новых вирусных частиц. Интерферон используют для лечения и профилактики некоторых вирусных заболеваний. Организм человека сопротивляется действию вирусов, вырабатывая антитела. Однако к некоторым вирусам, таким как онкогенные или вирус СПИДа, специфических антител нет. Этим обстоятельством осложняется создание вакцин.

Бактерии - самые древние прокариотические клеточные организмы, наиболее широко распространенные в природе. Они играют важнейшую роль редуцентов органического вещества, фиксаторов азота, являются возбудителями заболеваний животных и человека. В медицине бактерии используют для получения антибиотиков (стрептомицин, тетрациклин, грамицидин), в пищевой промышленности - для получения молочнокислых продуктов, спиртов. Бактерии также являются объектами генной инженерии.

Клетка бактерий покрыта муреиновой оболочкой. Некоторые виды бактерий образуют слизистую капсулу, препятствующую высыханию клетки. Клеточная стенка может образовывать выросты - пили, способствующие объединению бактерий в группы, а также их конъюгации. Мембрана бактерий складчатая. На складках локализуются ферменты или фотосинтезирующие пигменты (у фотоавтотрофных бактерий). Роль мембранных органелл выполняют мезосомы - крупные впячивания мембран. В цитоплазме находятся рибосомы и включения (крахмал, гликоген, жиры). Ряд бактерий имеют жгутики. Наследственный материал бактерий содержится в нуклеоиде в виде кольцевой молекулы ДНК.

По форме бактериальной клетки выделяют:

Кокки (сферические): диплококки, стрептококки, стафилококки;

Бациллы (палочковидные): одиночные, объединенные в цепи, бациллы с эндоспорами;

Спириллы;

Вибрионы;

Спирохеты.

По способу использования кислорода бактерии бывают аэробными и анаэробными.

Размножаются бактерии делением клетки без образования веретена. Половой процесс у некоторых из них связан с обменом генетическим материалом при конъюгации. Распространяются бактерии спорами.

Болезнетворные бактерии: холерный вибрион, дифтерийная палочка, дизентерийная палочка и др.

Цианобактерии (именуемые не совсем правильно синезелеными водорослями) возникли свыше 3 млрд лет тому назад. Они представляют собой клетки с многослойными стенками, состоящими из нерастворимых полисахаридов. Встречаются их одноклеточные и колониальные формы. По строению цианобактерии сходны с бактериями. Они - фотоавтотрофы. Хлорофилл находится на свободнолежащих в цитоплазме мембранах. Цианобактерии размножаются путем деления или распада колоний; имеют способность к спорообразованию; широко распространены в биосфере; способны очищать воду, разлагая продукты гниения; вступают в симбиоз с грибами, образуя некоторые виды лишайников; являются первопоселенцами на вулканических островах и скалах.

1

Отличия от бактерий

Неспособны усваивать органические
экзогенные соединения
Наличие двух фотосистем расположенных на
мембранах специализированных структур –
тилакоидов.
Возможность протекания двух
взаимоисключающих процессов – оксигенного
фотосинтеза и анаэробной азотфиксации
Отсутствие жгутиков или жгутиковых стадий.
2

В морфологичеком отношении представлены следующими формами:

Одноклеточными. Отдельные
клетки функционируют как
самостоятельные организмы.
Колониальными. Отдельные клетки
объединяются в колонии в которых
связующим материалом является
слизь.
Одноклеточные и
колониальные
формы имеют
коккоидный тип
организации для
которого
характерны
неподвижные,
одетые
оболочками
клетки.
3

Одиночные клетки
Synechocystis
(Chroococcales)
Колонии Microcystis
(Chroococcales)
4

Многоклеточными.
Имеют нитчатый тип организации.
Морфологической единицей у этих цианей
является трихом – нитевидное образование,
состоящие из нескольких рядов симпластно
(посредством плазмодесм –
микроскопических плазматических мостиков)
связанных клеток. Трихом может быть
разветвленным и неразветвленным.
5

Трихом у многоклеточных форм

Разветвленный, например,
Fischielopsis (Stigonematales)
Неразветвленный, например,
Anaebena (Nostocales)
6

Виды трихомов по дифферециации клеток

Гомоцитные – все
клетки одинаковы по
форме и функциям
Гетероцитные – клетки
разные по форме и
функциям
7

Клетки гетероцитных трихомов

Вегетативные (такие же как в гомоцитных
трихомах)
Акинеты (покоящиеся споры) – необходимы
для размножения
Гетероцисты – отвечают за фиксацию
атмосферного азота.
Верхушечные клетки. Только у морфологически
прогрессивных форм. За их счет идет рост
наиболее сложнодифференцированных
талломов.
8

Клеточная стенка

От 35 до 50 нм. Наиболее толстая у акинет и
гетероцист. Сходна по строению с таковой у
граммотрицательных бактерий.
Муреин – специфический пептидогликан. У
отдельных видов есть кальциевые отложения. У
многих – слизистые оболочки и чехлы.
9

10. Муреин

10

11. Запасные вещества

Гликогеноподобный полисахарид
Цианофицин – азотсодержащий полипетид.
Найден только у синезеленых водорослей
11

12. У цианобактерий нет:

Полноценных хлоропластов
Митохондрий
Ядра
12

13. Пигменты

Хлорофилл а (у прохлорофилловых водорослей
встречается хлорофилл b).
Каротиноиды (бета-каротин и зеаксантин,
специфические каротиноиды –
миксоксантофилл, осциллаксантин,
какнтаксантин и эхиненон).
Фикобилины (нет у прохлорофилловых
водорослей): фикоцианин, аллофикоцианин и
фикоэритрин. Работают только в связке с
белками.
Сцитомин (не у всех) – поглощает в
ультрафиолетовой части спектра (212 – 300 нм).
13

14. Размножение

Делением клеток.
С помощью гонидий (эндоспоры – если внутри
материнской клетки, экзоспоры (баеоциты) – если
снаружи).
Нитчатые – с помощью гормогониев. Обычно распад идет
по гетероцистам (сами гетероцисты не способны к
размножению!)
Акинетами – спорами.
Типичного полового разножения нет. Есть
парасексуальные процессы при которых идет обмен
геномами у разных клеток.
14

15. Порядок Хроококковые (Chroococcales)

15

16.

16

17.

17

18. Порядок плеурокапсовые (Pleurocapsales)

18

19. Порядок Осцилаториевые (Oscillaroriales)

19

20. Порядок ностоковые (Nostocales)

20

21. Nostoc paludosum

21

22. Nodularia spumigena

22

23.

23

24. Порядок Стигонемовые (Stigonematales)

24

25. Значение синезеленых водорослей в природе и в жизни человека:

Появление кислорода и озонового слоя.
Сыграли роль в создании горных пород и
почвообразовании.
Являются компонентами слоевища лишайников.
Первичные продуценты.
«Цветение воды».
Выращиваются в качестве источника получения

Применяются как тест-объекты.
Применение для удобрений сельхозугодий как
25
источника азота.

26. Местообитания синезеленых водорослей

Пресные воды
Моря
Почва, скалы
Симбионты некоторых жгутиковых,
корненожек и др.
26

27.

Цветение микроцистиса
Цианобактериальный мат (синехоцистис)
Цианобактериальный мат в разрезе
27

28. ЭВГЛЕНОВЫЕ ВОДОРОСЛИ – EUGLENOPHYTA

Пигменты:
Хлорофиллы «а» и «b»
каротиноиды
Запасное вещество:
парамилон
У многих эвгленовых хлоропластов
нет
Около 1000 видов.
Большинство монадные, есть и коккоидные и
амебоидные.

29.

Тело покрыто пелликулой – эластичный белковый
слой протопласта под плазмолеммой – это позволяет
совершать ползающие движения

30. строение клетки эвгленовых

31. Euglena

32. Phacus

33. Trachelomonas

34. ЗНАЧЕНИЕ ЭВГЛЕНОВЫХ ВОДОРОСЛЕЙ

Участвуют в процессе самоочищения воды
Индикаторы степени загрязнения воды
Объекты для изучения фотосинтеза, строения
хроматофоров, фототаксиса, движения жгутиков
На них исследуют действие антибиотиков, гербицидов,
ростовых веществ
Их используют для количественного определения
витамина B12

35. Зеленые водоросли (Chlorophyta)

35

36. Типы организации таллома зеленых водорослей

Монадный
Пальмеллоидный
Кокоидный
Нитчатый
Разнонитчатый (гетеротрихальный)
Паренхиматозный
Псевнопаренхиматозный
Сифоновый. В основном у зеленых, есть у некоторых желто-зеленых
Харофитный.
Сифонокладальный. Только у зеленых
Сарциноидный.
!!! Ризопоидальной организации таллома у зеленых водорослей не
обнаружено!!!
36

37. Особенности строения

Клеточная оболочка жесткая, чаще всего целлюлозная. Бывает и
пептидогликановая; спроропеллиновая (продукт деградации
каротиноидов, у высших растений – входит в состав оболочки
пыльцы).
Запасной продукт – крахмал, откладывается внутри хлоропласта (вокруг
пиреноида и в строме). Но не у всех. У дазикладовых – инулин. У
некоторых (например, представители рода дуналиелла - липиды).
Хлоропласт, как правило, один. Расположен в центре клетки. Но есть
исключения как по количеству, так и по расположению хлоропластов в
клетке. Хлоропласты зеленого цвета.
Стигма (светочувствительный глазок) находится внутри хлоропласта и не
связан со жгутиковым аппаратом.
У большинства видов имеется крупная внутриклеточная вакуоль с
клеточным соком.
Подвижные виды имеют жгутики, число их разнится.
37

38. Фотосинтетические пигменты

Хлорофилл а
Хлорофилл b
Каротиноиды (альфа- и бета-каротин,
лютеин, неоксантин, зеаксантин и другие)
38

39. Размножение

Бесполое (деление клетки надвое,
неподвижными апланоспорами,
подвижными зооспорами).
Вегетативное (разрыв нитей).
Половое (изогамия, гетерогамия, оогамия –
чаще всего, коньюгация).
Жизненные циклы: зиготическая редукция,
спорическая редукция (с гетероморфной
сменой поколений).
39

40. Чем отличаются подотделы Chlorophyta?

Особенностями жгутикового аппарата.
Особенностями митоза.
Особенностями цитокинеза.
Особенностями метаболизма.
40

41.

41

42. Подотдел Chlorophytina

Класс празинофиты (Prasinophyceae)
Класс собственно зеленые водоросли
(Chlorophyceae)
Класс требуксиевые (Trebouxiphyceae)
Класс ульвовые (Ulvophyceae)
42

43. Класс празинофиты (Prasinophyceae)

Свободноживущие обитатели морей и
пресноводных водоемов
Tetraselmis sp.
В класс входят формы: монадные,
реже пальмеллодные и коккоидные
формы
43

44. Класс собственно зеленые водоросли (Chlorophyceae)

Типы организации талломов: монадные,
пальмеллоидные, коккоидные, нитчаные,
гетеротрихиальные.
При митозе телофазное тело не сохраняется, нити
веретена в анафазе всегда укорачиваются.
Деление клетки всегда происходит с бороздой
или образованием пластинки с участием
фикопласта (пластинки из микротрубочек). Из-за
наличия такой структуры предполагается, что
данный класс – тупиковая ветвь эволюции.
Жизненные циклы гаплоидные с зиготической
44
редукцией.

45. Порядок вольвоксовые (Volvocales)

Одноклеточные, колониальные и ценобиальные монадные формы.
При неблагоприятных условия – пальмеллоидное состояние.
45
Размножение: вегетативное, бесполое, половое – изогамия (реже гетеро- и оогам

46.

Dunaliella salina
46

47.

Haematococcus pluvialis
Chlamydomonas reinhardtii
47

48. Порядок хлорококковые (Chlorococcales)

Коккоидные формы как одноклеточные,
так и колониальные.
Chloroccocum acidum
Бесполое размножение – безжгутиковыми
зооспорами и автоспорами. Половой процесс
изогамный, оогамный и гетерогамный.
Hydrodictyon sp.
48

49.

Scenedesmus quadricauda
Pediastrum
49

50. Порядок эдогониевые (Oedogoniales)

Нитчатый тип организации таллома.
Нити чаще ветвящиеся.
Бесполое размножение –
зооспорами. Половой процесс оогамный.
50

51. Порядок хетофоровые (Chaetophorales)

Разнонитчатые талломы
Fritschiella tuberosa
Изо-, гетеро- и оогамия
51

52.

52

53. Класс требуксиевые (Trebouxiphyceae)

Eremosphaera viridis
Коккоидные, нитчатые и пластинчатые.
Бесполое размножение – автоспорами, деление клетки
. Половой процесс оогамный.
Prasiola stiputata
53

54. Класс ульвовые (Ulvophyceae) Порядок улотриксовые (Ulothricales)

.
Класс ульвовые (Ulvophyceae)
Порядок улотриксовые
(Ulothricales)
Талломы коккоидные, нитчатые, пластинчатые.
Бесполое размножение –автоспорами, половой процесс изогамный.
54

55. Порядок ульвовые (Ulvales)

Таллом пластинчатый или трубчатый
Бесполое размножение – зооспорами, вегетативное - участками таллома.
Половой процесс изогамный,и гетерогамный.
55

56. Порядок бриопсидовые (Bryopsidales)

Caulerpa
Bryopsis
Таллом сифоновый.
Без радиальной симметрии.
Бесполое размножение – почти нет.
Половой процесс гетерогамный, реже изогамный.
Codium
56

57. Порядок дазикладовые (Dasicladales)

Половой процесс изогамный.
Таллом сифоновый.
С радиальной симметрией.
57

58. Порядок сифонокладовые (Siphonocladales)

Таллом сифонокладальный
Cladophora
Бесполое размножение – зооспорами
Половой процесс гетерогамный.
58

59. Подотдел Charophytina

Класс трентеполиевые (Trentepohliophyceae)
Класс клебсормидиевые (Klebsormidiophyceae)
Класс коньюгаты или сцеплянки
(Zygnematophyceae, Conjugatophyceae)
Класс харовые (Charophyceae)
59

60. Класс трентеполиевые (Trentepohliophyceae)

Таллом гетеротрихальный, но редуцированный
Бесполое размножение – зооспорами.
Вегетативное – основное.
60

61. Класс клебсормидиевые (Klebsormidiophyceae) Порядок клебсормидиевые

Кокоидные, сарциноидные и нитчатые талломы.
Бесполое размножение – зооспоры.
Вегетативное.
61

62. Порядок колеохетовые (Coleochaetales)

Нитчатый таллом.
Бесполое размножение – зооспоры
Половой процесс оогамный.
62

63. Класс коньюгаты или сцеплянки (Zygnematophyceae, Conjugatophyceae) Порядок Zygnematales

Одноклеточные и нитчатые формы.
Вегетативное.
Половой процесс коньюгация.
63

64. Порядок десмидиевые (Desmidiales)

Вегетативное.
Одноклеточные и нитчатые формы.
Cosmarium
Половой процесс коньюгация.
Straurastum
64

65. Класс харовые (Charophyceae)

Таллом гетеротрихиальный, усложненный.
Вегетативное с помощью клубеньков, половой процесс усложненный.
65

66. Значение зеленых водорослей в природе и жизни человека

Первичные продуценты. Основа пищевых
цепей.
Продуценты кислорода.
Тест-объекты.
Выращиваются для получения
биологически-активных веществ.
Служат пищей для человека и
сельскохозяйственных животных.
66

67. Местообитания

Моря
Пресные воды
На деревьях, зданиях.
Почва

Бактерии - первые организмы, населившие нашу планету. Это мельчайшие прокариотические организмы, имеющие клеточное строение. Размеры бактерий колеблются от нескольких десятых микрона до 10-13 мкм. Они содержатся в воздухе (на высоте до 40 000 м), почве, воде, снегах полярных областей и горячих источниках с температурой около 90 °С. Особенно много их в почве - от 200-500 млн до 2 млрд и более особей в 1 г, в зависимости от типа почв.

По форме и особенностям объединения клеток различают несколько морфологических групп бактерий: шаровидные, называемые кокками, прямые палочковидные - бациллы, изогнутые - вибрионы, спирально изогнутые - спириллы. Кокки, сцепленные попарно, получили название - диплококки , соединенные в виде цепочки - стрептококки , в виде гроздей - стафилококки и др. Реже встречаются нитчатые формы.

Некоторые бактерии имеют органоиды движения - жгутики (от 1 до 50), которые состоят из особого белка - флагеллина. У ряда бактерий они расположены на одном конце клетки, у других - на двух или по всей поверхности. Способ расположения жгутиков является одним из признаков при классификации подвижных бактерий.

Тонкая и эластичная клеточная оболочка, в состав которой входит муреин, придает бактериальной клетке определенную форму, защищает ее содержимое от воздействия неблагоприятных факторов внешней среды и выполняет ряд других функций. Многие виды бактерий окружены слизистой капсулой.

Плазматическая мембрана способна образовывать выпячивания внутрь цитоплазмы, называемые мезосомами . На мембранах мезосом располагаются окислительно-восстановительные ферменты, а у фотосинтезирующих бактерий - и соответствующие пигменты, благодаря чему мезосомы способны выполнять функции митохондрий, хлоропластов и других органелл.

B центральной части клетки находится одна кольцевая молекула ДНК - геном, состоящий примерно из 5 млн пар нуклеотидов. Многие бактерии имеют мелкие кольцевые молекулы ДНК, называемые плазмидами. Митохондрии, хлоропласты, эндоплазматический ретикулум, аппарат Гольджи и другие мембранные структуры, характерные для всех эукариотических клеток у бактерий отсутствуют. Однако в цитоплазме имеется до 20 тыс. мелких рибосом.

У некоторых лишенных жгутиков водных и почвенных бактерий в цитоплазме имеются газовые вакуоли . Регулируя количество газов в вакуолях, водные бактерии могут погружаться в толщу воды или подниматься на ее поверхность, а почвенные - передвигаться в капиллярах почвы. Запасные вещества бактериальной клетки - полисахариды (крахмал, гликоген), жиры, полифосфаты, сера.

Бактерии бесцветны (в их цитоплазме нет пигментов ), за исключением зеленых и пурпурных серных.

Размножение бактерий происходит путем простого бинарного деления клетки. Этому предшествует самоудвоение (репликация) молекулы ДНК. Почкование встречается как исключение.

У некоторых бактерий обнаружены упрощенные формы полового процесса (например, у кишечной палочки). Половой процесс напоминает конъюгацию, при которой происходит передача генетического материала из одной клетки в другую при их непосредственном контакте. После этого клетки разъединяются. Количество особей в результате полового процесса остается прежним, но происходит обмен наследственным материалом, т. е. осуществляется генетическая рекомбинация.

Спорообразование свойственно только небольшой группе бактерий бациллам, клостридиуму. В виде спор бактерии переносят неблагоприятные условия. Они выдерживают длительное высыхание, нагревание свыше 100 °C и охлаждение почти до абсолютного нуля. В обычном же состоянии бактерии неустойчивы при высушивании, воздействии прямых солнечных лучей, повышении температуры до 65-80 °C и т. д. В благоприятных условиях споры набухают и прорастают.

К сапротрофам относится бактерия гниения и брожения. Первые расщепляют азотсодержащие, вторые - углеродсодержащие соединения. В обоих случаях выделяется энергия, необходимая для их жизнедеятельности.

Роль бактерий в биосфере достаточно велика. Благодаря их жизнедеятельности происходит разложение и минерализация органических веществ, отмерших растений и животных. Образовавшиеся при этом простые неорганические соединения (аммиак, сероводород, диоксид углерода и др.) вовлекаются в общий круговорот веществ. Бактерии, вместе с грибами и лишайниками, участвуют в начальных стадиях почвообразовательных процессов.

Особую роль в природе играют азотфиксирующие бактерии. Населяя почву, такие бактерии обогащают ее азотом, к ним относятся свободноживущий азотобактер и клубеньковые бактерии, поселяющиеся на корнях бобовых и мимозовых растений.

Бактерии играют положительную роль в хозяйственной деятельности человека. Молочнокислые бактерии используются в приготовлении разнообразных пищевых продуктов из молока: сметаны, простокваши, кефира, масла, сыра.

Патогенные бактерии - возбудители опасных болезней у человека и животных: чумы, туляремии, сибирской язвы, пневмонии, дизентерии, туберкулеза и др.

Поражают бактерий я растения, вызывая у них так называемые бактериозы (пятнистость, увядание, ожоги, мокрые гнили, опухоли и др.).

Сапротрофные бактерии играют не только положительную роль, обеспечивая круговорот веществ в природе, но и отрицательную, вызывая гниение продуктов питания.

Широко распространенными методами борьбы с гнилостными бактериями являются: высушивание плодов, грибов, мяса, рыбы, зерна; их охлаждение и замораживание в холодильниках и ледниках; маринование продуктов в уксусной кислоте; высокая концентрация сахара, например, при изготовлении варенья, что вызывает плазмолиз в клетках бактерий и нарушает их жизнедеятельность; засолка.

Для уничтожения вегетативных форм бактерий и сохранения молока, вина, фруктовых соков и других продуктов применяется метод пастеризации - нагревание до 65 °С в течение 10-20 мин., а для освобождения среды от спорообразующих бактерий наибольший эффект дает метод стерилизации - кипячение при повышенном давлении в автоклавах. В медицине, пищевой промышленности, сельском хозяйстве используют метод дезинфекции (обработка йодом, перекисью водорода, борной кислотой и т. д.).

Цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Они представляют собой древнейшую, уникальную группу организмов. Многие свойства цианобактерий (фиксация азота, прижизненные выделения органических веществ и др.) определяют их чрезвычайно важную роль в биосфере. Отдел включает одноклеточные, колониальные и многоклеточные (нитчатые) организмы различной морфологической структуры: от микроскопических до видимых простым глазом. В цитоплазме расположены фотосинтезирующие ламмедлярные структуры и пигменты: хлорофилл α, каротинонды, фикобилины, пигменты, отсутствующие у других фотосинтетиков. Благодаря разнообразию пигментов цианобактерии способны к поглощению света различных длин волн.

Размножаются цианобактерии бесполым путем (одноклеточные -делением клеток, колониальные и нитчатые - распадением на отдельные участки, способные прорастать в новые организмы). Половой процесс и подвижные жгутиковые формы и стадии не выявлены.

Цианобактерии распространены в пресных и соленых водах, на поверхности почвы, на скалах, в горячих источниках, входят в состав лишайников. Они обогащают почву органикой и азотом, являются кормом для зоопланктона и рыб, могут использоваться для получения ряда ценных веществ, продуцируемых ими в процессе жизнедеятельности (аминокислоты, витамин B 12 , пигменты и др.). Некоторые - носток, спирулина - могут применяться в пищу. В период массового размножения цианобактерий в водоемах (так называемого «цветения воды») происходит процесс их гниения: вода приобретает неприятный запах и становится непригодной для питья; наблюдается массовая гибель рыбы; на поверхности водоема образуется маслянистая грязно-зеленая пленка, состоящая из отмерших цианобактерий.

Читать далее

← Современная система органического мира

Вирусы →

Отдел Gracilicutes

Класс Oxyphotobacteria

Порядок Cyanobacteriales

Одноклеточные, колониальные, нитчатые организмы, обитают в воде и на суше в сырых местах (рис.16). Содержат голубовато-зеленый пигмент Фикоцианин и в связи со средой обитания раньше их называли Сине-зелеными водорослями. Однако, цитологически цианобактерии - типичные прокариоты. Покрыты слизью, способны к скользящему движению. Иногда группа клеток объединяется общей слизистой капсулой и называется Зооглея. Клеточная стенка слоистая, содержит некоторое количество пептидогликана муреина, грамотрицательная. Имеется нуклеоид, Хроматофоры (система мезосом пластинчатого типа), несущие фотопигменты: Хлорофилл, фикоцианин, аллофикоцианин , обусловливающие сине-зеленый цвет. Питаются фотоавтотрофно с помощью фотосинтеза. Цианобактерии размножаются бинарным делением, фрагментацией нитей, гормогониями – короткими подвижными цепочками из клеток. При прохождении жизненного цикла образуют специализированные клетки или нити: Гормогонии (служат для размножения), гетероцисты – Толстостенные клетки, способные усваивать азот из воздуха и акинеты (стадии покоя для переживания неблагоприятных условий). Осциллятория не образует гетероцист и способна к усвоению атмосферного азота только в анаэробных условиях. При наличии кислорода в среде азотофиксация прекращается. У Анабены имеются гетероцисты, которые защищают систему фиксации азота от окисления, поэтому она на свету усваивает из воздуха азот и углекислый газ одновременно. Цианобактерии весьма устойчивы к действию антибиотиков и ультрафиолетовых лучей.

Значение цианобактерий:

1).Являются первичными продуцентами органического вещества в воде и почве.

2).Насыщают воду и атмосферу кислородом.

3).Участвуют в почвообразовании, в фиксации атмосферного азота.

4).Используются в качестве экологически чистого удобрения на рисовых полях (анабена).

5).Образуют много белка и биологически активных веществ (витаминов), поэтому используются для изготовления лекарственных препаратов (спирулина).

6).Вызывают цветение водоемов, продуцируют сильные нейротоксические яды, в результате чего вода становится непригодной для питья.

Рис. 16 . Морфология цианобактерий: 1) Gloeocapsa ; 2) Nostoc ; 3) Anabaena ; 4) Oscillatoria , 5) Lyngbya ; Специализированные Клетки: А) гормогонии; б) гетероцисты