Морфология — учение о закономерностях строения и процессах формообразования организмов

Из всех микроорганизмов наиболее важными в товароведении пищевых продуктов являются бактерии, плесневые грибы и дрожжи. Представители этих групп относятся к низшим (бесхлорофильным) растениям и в большинстве являются одноклеточными организмами.

   БАКТЕРИИ   

Бактерии представляют собой наиболее изученную группу микроорганизмов. Величина их 0,4–10 мкм.

По форме бактерии подразделяют на несколько групп, основными из которых являются следующие: кокки — шаровидной формы, палочки (бактерии и бациллы), вибрионы — в виде запятых, спириллы — винтообразной, слегка изогнутой формы и спирохеты — длинные, тонкие, сильно извитые (рис. 1). Кокки не всегда имеют строго шаровидную форму, иногда они односторонне вогнуты или немного вытянуты.

Размеры и форма тела бактерий могут значительно изменяться под влиянием различных факторов внешней среды. Нетипичные или даже уродливые формы могут возникать под влиянием кислот, щелочей, температуры, накопления в среде продуктов жизнедеятельности и др.

СТРОЕНИЕ БАКТЕРИЙ

Между строением бактерий и строением высших форм живых организмов имеется существенная, разница. Высшие организмы построены весьма сложно — в них различают органы, состоящие из различных тканей которые в свою очередь сложены, из отдельных клеток. Схематично это выглядит так: клетка → ткани → органы → организм.

Рис. 1. Формы бактерий:
1 — микрококки; 2 — стрептококки; 3 — сарцины;
4 — палочки без спор; 5 — палочки со спорами (бациллы);
6 — вибрионы; 7 — спирохеты; 8 — спириллы

Бактерии же представлены лишь одной клеткой, которая является самостоятельным организмом (рис. 2).

Клетка бактерий покрыта оболочкой, которая выполняет защитные функции, придает клетке постоянную, характерную, для нее форму» (кокка, палочки, спириллы и др.). Она обладает свойством иолу–проницаемости: через нее питательные вещества проникают в клетку, а продукты жизнедеятельности клетки (продукты обмена) выходят в окружающую среду. Это относится к веществам, находящимся в сильно диспергированном виде в водных растворах (в состоянии истинных растворов). Крупные же молекулы, с большим молекулярным весом, через оболочку не проходят. Эта функция регулятора обмена веществ присуща всей оболочке, но в большей мере зависит от цитоплазматической мембраны.

Рис. 2. Схема строения клетки бактерий:
1 — нити дезоксирибонуклеиновой кислоты (диффузное ядро);
2 — рибосомы; 3 — жгутик; 4 — мезосомы;
5 — клеточная оболочка; 6 — цитоплазматическая мембрана;
7 — гликоген; 8 — волютин; 9 — вакуоль; 10 — запасной жир

Наружный, сравнительно рыхлый слой оболочки у некоторых бактерий может ослизняться, образуя капсулу. Толщина капсул может во много раз превосходить диаметр клеток. Капсулы не являются обязательной частью клеток — они образуются под влиянием условий внешней среды. Капсулы служат защитным покровом, участвуют в регуляции водного обмена, защищая клетки от высыхания. Состоят капсулы в основном из полисахаридов, гликопротеидов. Слизеобразующие бактерии, быстро размножаясь на поверхности субстратов, вызывают их порчу, а жидкие среды могут превращать в сплошную слизистую массу. Это явление иногда наблюдается в молоке, пиве, сахаристых экстрактах из свеклы и др. Слизеобразование активнее происходит при пониженных температурах — от 10 до –2° С.

Цитоплазма — полужидкая, прозрачная масса белкового характера, которая является основной частью клетки. Наружная, более плотная часть цитоплазмы — цитоплазматическая мембрана наряду с оболочкой участвует в регуляции обмена веществ с внешней средой. Во внутренней, жидкой, бесструктурной части цитоплазмы находятся важные клеточные структуры — рибосомы, мезосомы, ядро, запасные питательные вещества и др.

Рибосомы — зернистые образования, расположенные во всей цитоплазме. В них осуществляется синтез клеточных белков из поступающих веществ.

Мезосомы — тельца различной формы, находящиеся в цитоплазме и в пограничном с оболочкой слое. В них протекают энергетические процессы — освобождение энергии в результате окисления органических веществ пищи.

Ядро бактерий в отличие от других одноклеточных организмов некомпактно. Ядерное вещество равномерно распределено по всей цитоплазме. О наличии ядерного вещества судят по присутствию в составе бактериальной клетки дезоксирибонуклеиновых кислот (ДНК). ДНК является носителем наследственных свойств клетки. Именно ядро ответственно за передачу всех признаков родительских организмов потомству (форма, типичные размеры, физиологические свойства и др.). При размножении каждая вновь образуемая клетка бактерий получает полный набор нуклеиновых кислот, имеющихся у родительского организма. Свойства организма зашифрованы в структурных особенностях ДНК.

Дифференцированное, т. е. отграниченное от цитоплазмы, ядро характерно лишь для некоторых бактерий— нитчатых, миксобактерий.

Запасные питательные вещества в виде гранул или капелек часто находятся в цитоплазме. Однако их наличие не является постоянным признаком для микроорганизмов. Эти вещества накапливаются при благоприятных условиях и расходуются на дыхание, а также для построения различных структур тела клеток. Гранулы могут быть представлены крахмалом, гликогеном и белком волютином; запасной жир образует мелкие шарообразные капли.

Жгутики представляют собой нитевидные образования, выступающие из–под цитоплазматической мембраны над поверхностью клетки. Жгутики являются органами движения. Расположение их может быть одиночным, в виде пучка на одном или обоих концах клетки и по всей поверхности. Сокращения и изгибания жгутиков позволяют клетке передвигаться на свежие участки субстрата, приводят к «вентилированию» и освежению среды, которая окружает клетку. Жгутики очень тонки и легко теряются клетками при механических воздействиях, а также с возрастом.

Наличие жгутиков характерно не для всех бактерий, а лишь для некоторых палочковидных и шаровидных. Бактерии извитой формы передвигаются чаще путем волнообразного изгибания тела.

СПОРООБРАЗОВАНИЕ

 Некоторые бактерии обладают способностью образовывать споры. Это относится прежде всего к палочковидным формам. У кокков спорообразование происходит редко, а для вибрионов и спирилл оно совсем неизвестно.

Процесс спорообразования заключается в том, что в определенном месте бактериальной клетки цитоплазма сгущается, затем этот участок покрывается плотной оболочкой. В течение нескольких часов бактериальная клетка превращается в спору.

Спора может располагаться в центре или на конце бактериальной клетки. Споры различных видов имеют неодинаковую форму. Они могут быть шаровидными, овальными. Иногда их диаметр превышает толщину клетки, и это приводит к ее деформации — вздутию. Эти особенности спорообразования у различных бактерий являются довольно постоянными признаками и часто используются в систематике бактерий.

Спорообразование усиливается при наступлении неблагоприятных для развития условий, обеднении питательной среды.

Жизненные процессы обменного характера, например дыхание, происходят в спорах крайне медленно.

Споры более устойчивы, чем вегетативные формы этих же бактерий, к действию проникающей радиации, ультразвука, высушивания, замораживания, разрежения, гидростатического давления, ядовитых веществ и др. Споры некоторых бактерий остаются жизнеспособными в течение 20 мин даже в кипящей концентрированной кислоте. Устойчивость спор повышается при их предварительном обезвоживании.

Плотная, многослойная оболочка хорошо защищает споры от проникновения вредных веществ.

Благодаря способности к образованию спор, обладающих исключительно высокой устойчивостью к внешним воздействиям, спорообразующие бактерии остаются жизнеспособными при крайне неблагоприятных условиях. Споры являются особой, устойчивой формой существования бактерий, способствующей сохранению данного вида.

Подавление жизнеспособности и уничтожение спорообразующих бактерий является одной из основных задач консервной промышленности, переработки и хранения сельскохозяйственных продуктов.

Спорообразование у бактерий не связано с размножением, так как бактериальная клетка способна образовывать лишь одну спору. Если споры попадают в благоприятные условия, то каждая из них в течение нескольких часов прорастает в обычную (вегетативную) бактериальную клетку. Вначале лопается оболочка споры, а затем в этом месте появляется проросток клетки, постепенно превращающийся в нормальную клетку.

В практике нередко приходится наблюдать так называемые дремлющие споры. Это те, которые отстают от общей массы в скорости прорастания и, сохраняя жизнеспособность в течение долгого времени, могут прорастать постепенно через продолжительные сроки — от нескольких суток до многих лет.

РАЗМНОЖЕНИЕ БАКТЕРИЙ

Существуют несколько способов размножения различных групп бактерий. Но подавляющее число их размножается путем деления клеток на две части.

В средней части клетки, физиологически подготовленной к размножению, образуется поперечная перегородка. Расщепляясь, она разделяет клетку. Образовавшиеся две новые клетки могут быть неодинаковыми по размеру, так как перегородка не всегда проходит посредине материнской клетки.

Некоторые бактерии обладают большой интенсивностью размножения. Скорость размножения зависит от условий питания, температуры, доступа воздуха и других факторов.

При благоприятных условиях клетка может делиться через каждые 20–30 мин, т. е. за сутки может происходить 48–72 цикла удвоения. Если бы размножение постоянно происходило с такой скоростью, то за сутки из одной клетки могло образоваться громадное количество бактерий — 4 714 169 ž 10¹⁵  клеток, а за 5 дней объем ее потом ион оказался бы равным объему всех морей и океанов. Однако практически беспрерывного деления бактерий не происходит. Их размножению препятствуют истощение питательной среды, накопление продуктов собственного обмена и другие физические, химические и биологические внешние факторы. Так, при снижении температуры на 10° С скорость размножения снижается в 2–3 раза.

Попадая в новые условия, на свежий субстрат, микробы не сразу начинают размножаться. В течение некоторого времени они приспосабливаются к среде обитания, затем начинается бурное размножение, замедляющееся по мере исчерпания питательных ресурсов и накопления продуктов жизнедеятельности.

Быстрое развитие микробиологической порчи продуктов (окисления, гниения и др.) обусловлено исключительно высокой скоростью развития и размножения бактерий.

Кокки в процессе размножения делятся в одной, двух или трех взаимно перпендикулярных плоскостях. После деления они остаются слабо скрепленными друг с другом, в результате чего возникают сочетания кокков, отличающиеся по взаимному расположению (см. рис. 1):

диплококки — парные кокки;

стрептококки — цепочки кокков;

тетракокки— по четыре кокка;

сарикны — в форме правильных тючков по 8, 16 штук;

стафиллококки — скопления, напоминающие грозди винограда.

При очень слабой связи между возникающими при делении клетками образуются микрококки, во взаимном расположении которых нет никаких закономерностей. Они расположены поодиночке или в виде случайных скоплений по несколько экземпляров.

Палочки (бактерии бациллы), подобно коккам, могут располагаться парами по длине — диплобактерии и цепочками — стрептобактерии. Большинство же палочек располагается одиночно, беспорядочно. По внешним очертаниям отдельные представители палочковидных заметно отличаются друг от друга. Известны палочки строго цилиндрической формы, бочковидные, с резко обрубленными, вогнутыми или заостренными концами и др.

ПРИНЦИП СИСТЕМАТИКИ БАКТЕРИЙ

 Систематизация, т. е. упорядочение представлений о любых объектах и группах живых существ, в том числе микроорганизмов, необходима для облегчения распознавания этих объектов, установления степени родства или хотя бы сходства между отдельными особями или группами особей. Систематизация микроорганизмов существенно облегчает практическую работу с ними.

В настоящее время в микробиологической практике все бактерии в зависимости от типичной формы клеток принято делить на семейства палочковидных, шаровидных и извитых.

Поскольку в каждое семейство объединяется множество весьма разнообразных организмов, семейства подразделяют на роды. Так, семейство шаровидных бактерий в зависимости от характера объединения клеток в группы делят на роды микрококков, стрептококков, сарцин. В отдельных разделах микробиологии, например медицинской, выделяют еще роды диплококков и тетракокков.

В семействе палочковидных бактерий различают два рода: род собственно бактерий, к которому относят все неспособные к образованию спор, и род бацилл, объединяющий те палочковидные бактерии, которые способны образовывать споры.

Семейство извитых бактерий принято делить в зависимости от степени извитости на роды вибрионов (бактерии, изогнутые в виде запятой), спирилл и спирохет.

Деления на роды недостаточно для ориентировки в свойствах бактерий, поскольку оно основано только на внешних признаках. В каждый род объединяются бактерии, сходные по внешним признакам, но часто имеющие совершенно различные физиологические особенности и свойства. Так, в роде бактерий оказываются возбудитель гнилостных процессов — сенная палочка, возбудители сквашивания молока — болгарская палочка и возбудители пищевых инфекций — палочки брюшного тифа, дизентерии.

В связи с этим роды делят на виды. Вид — это систематическая категория, объединяющая организмы не только по внешним, но и по физиологическим признакам, а также по признакам, родственного происхождения.

Для определения вида бактерий, кроме морфологических признаков (подвижность, отношение к диагностическим окраскам и т.д.), используются физиологические (потребность в кислороде, способность сбраживать различные сахара и т.д.), культуральные (характер образуемых колоний, особенности роста на некоторых питательных средах и т.д.) и др. Наименование вида бактерий, как правило, состоит из двух слов, первое из которых обозначает принадлежность к роду, а второе непосредственно указывает вид. Например, название «бактериум флуоресценс» означает, что микроорганизм относится к палочковидным бесспоровым бактериям (род бактерий), образующим пигмент флюоресцеин (вид — флуоресценс); «стрептококкус лактис» — относится к шаровидным бактериям, образующим цепочки из нескольких кокков (род стрептококков), способным вызывать скисание молока (вид — лактис).