- •О. Ю. Сартакова
- •Учебное пособие
- •Содержание
- •1 Основы микробиологии ................................................... 7
- •2 Основы биотехнологии ................................................... 42
- •3 Типовая схема и основные стадии
- •4 Основные понятия биокатализа и53
- •5 Ферментация....................................................................... 65
- •6 Области применения биотехнологии........................... 69
- •Введение
- •1 Основы микробиологии
- •1.1 Общие сведения о микроорганизмах
- •1.2 Распространение микроорганизмов в природе
- •1.3 Морфологическая характеристика отдельных групп микроорганизмов
- •1.3.1 Структура эукариотической клетки
- •Ской мембраны
- •1.3.2 Структура прокариотической клетки
- •1.3.3 Ультрамикробы
- •1.3.4 Бактерии
- •1.3.4.1 Спорообразование у бактерий
- •1.3.4.2 Движение бактерий
- •1.3.4.3 Размножение бактерий
- •1.3.4.4 Питание бактерий
- •1.3.4.5 Типы питания
- •1.3.4.6 Систематика бактерий
- •1.3.5 Актиномицеты
- •1.3.6 Грибы
- •1.3.7 Водоросли
- •1.3.8 Простейшие
- •1.3.9 Коловратки
- •2 Основы биотехнологии
- •2.1 Объекты биотехнологии
- •2.2 Прошлое и настоящее биотехнологии
- •2.3 Перспективы развития биотехнологии
- •2.4 Основные виды биотехнологической деятельности микроорганизмов
- •2.5 Преимущества биотехнологических процессов
- •3 Типовая схема и основные стадии биотехнологических производств
- •4 Основные понятия биокатализа и биотрансформации
- •4.1 Основные группы биотрансформаций
- •4.2 Основные виды реакций биокатализа
- •4.3 Классификация ферментов
- •4.4 Преимущества и недостатки биокаталитических процессов
- •4.5 Основные понятия иммобилизации ферментов
- •4.6 Методы иммобилизации ферментов
- •Го связывания с носителем
- •«Сшивки»
- •4.7 Оценка качества иммобилизованных ферментов и метода иммобилизации
- •4.8 Примеры использования ферментов
- •5 Ферментация
- •5.1 Классификация процессов ферментации
- •Ферментация бывает:
- •5.2 Основные параметры периодической ферментации
- •5.3 Понятие скорости роста
- •5.4 Фазы периодической ферментации
- •5.5 Преимущества и недостатки периодической ферментации
- •6 Области применения биотехнологии
- •6.1 Биотехнологические процессы в решении экологических задач
- •6.2 Примеры блок-схем микробиологической очистки стоков
- •6.3 Биохимические методы очистки воды
- •6.3.1 Микробная ассоциация и технологические условия ме-
- •6.3.2 Очистка воды в аэротенках
- •6.3.3 Очистка воды в биофильтрах
- •6.3.4 Комбинированные сооружения аэробной биохимической очистки воды
- •6.3.5 Процессы нитрификации и денитрификации
- •6.3.6 Методы обработки осадка
- •6.3.7 Аэробная стабилизация осадка
- •6.3.8 Метановое брожение (биометаногенез)
- •6.3.8.1 Этапы метанового брожения
- •Биогаз (сн4, co2 )
- •6.3.8.2 Химизм процесса метанового брожения
- •6.3.8.3 Микробная ассоциация биометаногенеза
- •6.3.8.4 Сырье биометаногенеза
- •6.3.8.5 Технологические режимы и аппаратурное оформление процесса метанового брожения
- •6.4 Биоценозы как индикаторы сапробности водоемов
- •6.5 Применение биотехнологии в медицине
- •6.5.1Антибиотики
- •6.5.2. Гормоны
- •6.5.3 Вакцины, иммунные сыворотки и иммуноглобулины
- •6.5.4 Ферменты
- •6.5.5 Биодатчики в медицине
- •6.6 Применение биотехнологии в энергетике
- •6.6.1 Законы биоэнергетики
- •6.6.2 Биологические мембраны, как преобразователи энергии
- •6.6.3 Характеристика растительного сырья как источника энергии
- •6.6.4 Альтернативные источники энергии и их получение
- •6.7 Производство пищевых продуктов и напитков
- •6.7.1 Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве
- •6.7.2 Биотехнология приготовления пива
- •6.7.3 Производство вина и спиртсодержащих продуктов
- •6.7.4 Биотехнология приготовления кисломолочных продуктов и сметаны
- •6.7.5 Биотехнологические процессы в сыроделии
- •6.7.6 Биотехнология приготовления маргарина
- •6.8 Химическая промышленность и биотехнология
- •6.9 Сельское хозяйство и биотехнология
- •6.10 Биогеотехнология
- •6.10.1Биогидрометаллургия
- •6.10.2 Выщелачивание куч и отвалов
- •6.10.3 Бактериальное выщелачивание in situ
- •6.10.4 Выщелачивание минеральных концентратов
- •6.10.5 Микробиологический способ извлечения золота
- •6.10.6 Биосорбция металлов из растворов
- •6.10.7 Обогащение руд
- •6.10.8 Извлечение нефти
- •6.11 Безопасность биотехнологических процессов
- •Глава 1
- •Главы 2, 3
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Глава 6
1.3.4 Бактерии
Большинство из них являются одноклеточными формами. Размер клеток бактерий обычно изменяется от 0,4 до 10 мкм. По форме клеток бактерии делятся на группы (рис. 9): шаровидные, палочковидные и извитые.
Среди бактерий шаровидной формы, кокков, имеются разновид- ности, отличающиеся порядком расположения клеток. Если после де- ления клетки отходят друг от друга, то образуются одиночные клетки – микрококки. При делении, происходящем в одном направлении, кокки могут оставаться соединёнными попарно, образуя диплококки, объе- диняться по четыре – тетракокки, по восемь и более клеток. Кокки, соединённые в цепочку, называются стрептококками. При делении клеток в трёх взаимно перпендикулярных направлениях происходит образование групп клеток, отличающихся плотной упаковкой – сар- цин. Если же деление клеток идёт беспорядочно, то образуются груп- пы бактерий, напоминающих по внешнему виду виноградную гроздь – стафилококки. Из кокковых форм бактерий в процессе минерализа- ции органических веществ активно участвуют представители родов Micrococcus, Sarcina, Streptococcus, и др.
Палочковидные формы бактерий также могут быть одиночными, располагаться попарно или в виде цепочки. Средняя длина палочко- видных бактерий составляет 2 – 7 мкм при диаметре 0,5 – 1 мкм. Среди палочковидных бактерий есть подвижные и неподвижные формы. Ор- ган движения – жгутик. Палочковидные формы могут иметь утолще- ние в различных частях клеток - споры. У некоторых видов диаметр споры превышает ширину клетки, что придает ей форму веретена или барабанной палочки в зависимости от места расположения споры. Ве- ретенообразные спороносные бактерии называются клостридиями (от англ. closter – веретено). Другие спороносные бактерии называются
21
бациллами. Все палочковидные формы, не образующие спор, называ-
ются бактериями.
1 — кокк; 2 — диплококк; 3 — сарцина; 4 —стрептококк;
5 — колония сферической формы: 6 — палочковидные бактерии
(одиночная клетка и цепочка клеток); 7 — спириллы; 8 — вибрион;
9 —бактерии, имеющие форму замкнутого или незамкнутого кольца;10 — бактерии, образующие выросты (простеки);
11 — бактерия червеобразной формы; 12 — бактериальная клетка
в форме шестиугольной звезды; 13 — представитель ктиномицетов; 14 — плодовое тело миксобактерии;15 — нитчатая
бактерия рода Caryophanon с латерально расположенными жгутиками: 16 — нитчатая цианобактерия, образующая споры
(акинеты) и гетероцисты; 8, 15, 17, 18 — бактерии с разными типами жгутикования; 19 — бактерии, образующая капсулу;
20 — нитчатые бактерии группы Sphaeroillus, заключенные в чехол, инкрустированный гидратом окиси железа; 21 — бактерия,
образующая шипы; 22 — Galionella
Рисунок 9 - Разнообразие бактерий
22
Извитые формы отличаются количеством витков. Бактерии, имеющие небольшой изгиб - до ¼ витка, называются вибрионами; с одним или несколькими витками – спириллами; длинные, тонкие клетки с большим количеством витков – спирохетами. Длина клетки вибрионов не превышает 1 – 3 мкм. Длина тела спирилл колеблется от
5 до 30 мкм при толщине 0,25 – 1 мкм. Характерной особенностью спирохет является крайне малый диаметр клетки (от 0,1 до 0,6 мкм) при относительно большой (от 5 до 500 мкм) длине тела. Все извитые
бактерии двигаются с помощью жгутиков. В отличие от спирилл кле-
точная оболочка спирохет эластична, благодаря чему они способны двигаться, винтообразно изгибая тело. Размножаются спирохеты деле- нием клетки.
Несколько особняком стоят нитчатые бактерии, представляю- щие собой длинные нити из соединенных вместе палочковидных кле- ток, покрытых общим чехлом. Наиболее крупные их виды различимы невооружённым глазом, диаметр нити составляет 1-5 мкм. Эти орга- низмы отличаются от обычных бактерий только своими размерами. В отличие от описанных выше форм бактерий, нитчатые бактерии явля- ются многоклеточными организмами. В пределах нити, как и у осталь- ных бактерий, клетки размножаются простым делением. Нитчатые бактерии – типичные водные организмы, бывают свободно плавающи- ми и прикреплёнными. Нитчатые бактерии размножаются при помощи гонидий и конидий – особых спороподобных овальных телец, возни- кающих из концевых клеток нити. Гонидии – подвижные тельца, имеющие жгутики. Конидии – неподвижные клетки. Гонидии и кони- дии созревают в материнской нити и отслаиваются от основной обо- лочки через образовавшееся к этому времени в конечной клетке отвер- стие. Те и другие могут и давать начало новой нити. Гонидии некото- рых бактерий образуют новую нить простым делением, прикрепляясь к подводным предметам. Они могут иногда прорастать, не выходя из ма- теринской нити, тогда происходит как бы ветвление нитей.
Оба эти спороподобных образования устойчивы к высыханию,
действию солнечного света и некоторых слабых дезинфицирующих веществ, но чувствительны к нагреванию.
К нитчатым формам бактерий относятся серобактерии и железо-
бактерии. У некоторых нитчатых железобактерий нити покрыты слизи- стой оболочкой, которая представляет собой футляр или чехол, напол- няющийся гидроксидом железа. Нитчатые бактерии приносят вред во- доснабжению тем, что колонии железобактерий и продукты их жизне- деятельности заиливают трубы, затрудняя протекание по ним жидко-
23
сти. Серобактерии в процессе своей жизнедеятельности выделяют сер- ную кислоту, которая вызывает сульфатную агрессивность воды, при- водящую к разрушению железобетонных и деревянных конструкций.
В особую группу выделяются миксобактерии, которые близки к истинным бактериям, имеют палочковидную форму. На раннем этапе развития они представляют собой овальные, заострённые к концам клетки с обособленным ядром. После размножения клетки образуют слизистые колонии.