Особенности размножения бактерий: общие сведения о размножении, репликация бактериальной хромосомной ДНК, размножение в различных средах
Особенности размножения бактерий
Общие сведения о размножении бактерий
Как размножаются бактерии? Вот некоторые общие положения.
Размножение — процесс, заключающийся в воспроизведении себе подобных организмов, и сопровождающийся увеличением бактериальных клеток в популяции.
Выделяют следующие способы размножения бактерий:
Репликация бактериальной хромосомной ДНК
Репликация хромосомы в бактериальной клетке осуществляется согласно полуконсервативному типу. В результате удваивается ДНК нуклеоида — бактериального ядра. Такой тип репликации подразумевает раскрытие двухспиральной молекулы ДНК, а также достраивание каждой отдельной нити ДНК комплементарной нитью.
Репликация ДНК осуществляется от начальной точки ori и катализируется ДНК-полимеразами. Хромосома бактериальной клетки связана с цитоплазматической мембраной именно в области ori.
Первоначально речь идет о деспирализации или раскручивании двойной цепи ДНК. В результате формируется репликативная вилка — это две разветвленные цепи. Одна из этих цепей достраивается и связывает нуклеотиды от 5 к 3 концу. Вторая цепь достраивается посегментно.
Репликация ДНК состоит из нескольких этапов:
Репликация как процесс дает две хромосомы. Они закрепляются за цитоплазматическую мембрану или ее производные, и с увеличением клетки отдаляются друг от друга. Как только образуется перегородка или перетяжка деления, хромосомы окончательно разъединяются. Перегородки разрушаются под воздействием аутолитических ферментов.
Размножение бактерий в жидкой среде
Бактерии, заселенные в определенную питательную среду, постепенно ее истощают, поскольку непрерывно размножаются и потребляют питательные вещества. Истощение питательной среды же ведет к остановке роста микроорганизмов.
Культивирование микроорганизмов в такой системе получило название периодическое культивирование, а культура бактерий — непрерывная культура.
Рост культуры в жидкой питательной среде бывает:
Есть несколько фаз роста и размножения бактерий (периодической культуры). Проще всего их продемонстрировать в виде отрезков кривой размножения.
Фазы размножения бактерий:
Размножение бактерий на плотной питательной среде
Бактерии, которые растут на плотной питательной среде, формируют изолированные колонии. Эти колонии отличаются ровными или неровными краями округлой формы, разным цветом и консистенцией. Пигмент бактерии определяет цвет питательной среды.
У микроорганизмов самые распространенные пигменты — каротины, ксантофилы, меланины.
У многих пигментом наблюдаются антибиотикоподобное, антимикробное действие.
При помощи формы, цвета, вида колоний на плотной питательной среде бактерии идентифицируются, а также отбираются колонии для создания чистых культур.
Особенности строения и размножения бактерий
Понятие
Бактерии — старейшие микроорганизмы, появившиеся на Земле около 4 млн лет назад. Название происходит от древнегреческого βακτηρία (βάκτρον) «палка, посох», так как по форме бактерии часто бывают продолговатой формы. Хотя это и не единственная форма их клеток: они могут иметь форму шара или спирали, но первыми были описаны именно палочковидные.
Бактерии могут обитать практически в любой среде, годной для питания: воздух, вода, почва, другие организмы, в том числе и человек. Считается, что больше всего бактерий обитает в верхних слоях почвы.
Строение
Бактерии состоят из одной клетки. Они имеют простейшее строение: мембрана, наполненная цитоплазмой. Особенность их строения — отсутствие ядра, митохондрий и пластид. Генетическая информация содержится в молекулах ДНК, составляющих около 1 мм в развернутом виде. У отдельных видов есть специальные гранулы для запаса питательных веществ и поддержания жизнедеятельности, газовые вакуоли, улучшающие способность передвигаться в жидкой среде.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Как правило, у бактерии есть внешние отростки — усики, с помощью которых они могут двигаться. Некоторые бактерии могут объединяться в пары, цепочки или скопления.
Если на одну чашу весов поставить вес, равный массе всех бактерий на Земле, а на другую — вес, равный массе всех животных и растений, бактерии перевесят.
Размножение
Основной способ размножения бактерий — деление клеток. Но для его осуществления необходимо, чтобы соблюдались определенные условия. Для разных видов бактерий они различаются. Одни погибают при кипячении, другие могут размножаться даже в кислотной среде. В идеальных условиях бактерии способны увеличить свою популяцию до 34 трлн особей.
Существует несколько факторов, влияющих на размножение бактерий:
При наличии благоприятных факторов, бактерии начинают активно размножаться. При их отсутствии — впадают в спячку или погибают.
Способы размножения
Бинарное деление
Когда бактерия достигает определенного размера, она начинает делиться. Вначале происходит репликация (деление) ДНК, затем разделение цитоплазмы. На последнем этапе происходит образование новой клеточной стенки. Процесс деления бактерий в благоприятных условиях очень интенсивный — каждые 20-30 мин. у одной клетки. Это обусловлено тем, что большое число клеток очень быстро погибает под воздействием различных факторов.
Почкование (вегетативное размножение)
На одной из стенок бактерии появляется отросток и растет, пока не достигнет размеров «матери». Далее происходит отделение почки. Одна бактерия способна произвести до четырех почек. Такой способ размножения свойственен цианобактериям.
Множественное деление
Представляет собой бинарное деление клеток внутри материнского организма. Число таких клеток варьируется от 4 до 1000. Все они проходят последовательное деление, затем оболочка разрывается, и новые клетки выходят.
Размножение спорами
Если бактерия попадает в негативные условия, она может перейти в особое состояние, в котором может находиться очень долго (более ста лет). Спора созревает внутри клетки и занимает в ней особое положение. Затем материнская клетка отмирает, а спора покрывается особой оболочкой, более устойчивой к температурным воздействиям, влиянию различных ферментов и другим условиям, гибельным для обычной клетки.
Когда наступает благоприятный момент, из споры прорастает полноценная особь. Начинается обратный процесс: разрушение устойчивой оболочки, наполнение клетки водой, появляется способность делиться.
Устойчивость спор патогенных бактерий объясняет долгое сохранение инфекционных заболеваний, опасных для человека.
Фрагментация клеток
Во время фрагментации происходит деление материнской клетки, а затем регенерация отдельных частей до полноценной бактерии.
Половой метод
Некоторые виды бактерий могут размножаться путем конъюгации — обмена генетической информации между двумя клетками. Предметом передачи являются плазмиды, содержащие гены устойчивости в неблагоприятных условиях.
Половым методом размножаются многие виды бактерий, опасных для человека. Таким способом, например, бактерии способны формировать устойчивость к антибиотикам.
Трансформация
По сравнению с другими способами размножения трансформация встречается реже. Во время нее отдельный фрагмент ДНК встраивается в стороннюю клетку и обменивается с ней информацией. Примечательно, что это явление происходит без участия вирусов.
Трансдукция
Способ размножения, близкий трансформации, но с участием «посредника» — бактериофага, который переносит генетическую информацию от одной клетки к другой.
Среда для размножения
Бактерии размножаются как в жидкой, так и в плотной питательных средах. Размножение бактерий неизменно ведет к истощению питательной среды и отмиранию значительной части микроорганизмов.
Размножение в жидкой среде может быть нескольких видов:
Размножение в плотной питательной среде характеризуется ростом колоний различных форм и оттенков. Окрашивание питательной среды в определенный цвет зависит от пигментации бактерий.
Периодичность размножения
Жизненный цикл бактерий разделяется на несколько фаз:
Размножение бактерий
Условия для развития
Для их роста нужны:
У медиков интерес вызывает температурные условия. Для того, чтобы клетки делились требуется определенная температура. Некоторые классы при очень низкой впадают в состояние анабиоза или спячки, другие же только при высокой не могут продолжить свой рост и разрушаются.
В этой среде плодятся бактериальные простейшие. В идеальных условия прокариоты способны производить 34 триллиона потомков за сутки. Состояние взросления происходит где-то за 20 минут. К счастью живут они не долго, несколько минут или часов.
Спорообразование
Бактерии не размножаются спорами, они таким образом обеспечивают собственную безопасность. Когда цитоплазма клетки сжимается и отходит от оболочки, то постепенно на ее поверхности формируется новое образование с более плотной оболочкой.
Как только повышается или понижается температура, возрастает или уменьшается влажность, заканчивается питание, бактерии начинают таким образом защищаться. Оболочка спор надежно защищает генетический материал микроорганизмов.
Они могут находиться в этом состоянии долгое время. Жара, мороз, кипяток – для спор некоторых простейших такие экстремальные испытания не страшны. Их переносит ветер, они хорошо сохраняются в воде, воздухе и почве, такой способ защиты предусматривает безопасное существование клетки почти при любом форс-мажоре. А когда условия становятся оптимальными – спора прорастает, и бактерия становится жизнеспособной.
Те прокариоты, которые могут сохранять себя путем спорообразования, называются бациллы. Какие бы болезни они ни вызывали, каждая из них представляет серьезную опасность для организма человека.
Услышав о том, что микробы способны формировать особые структуры – споры, многие думают, что это еще один вариант того, как размножаются бактерии. Однако это не так.
Спора – это лишь временное состояние покоя клетки, в котором она способна переживать неблагоприятные условия среды. Иногда даже десятки лет. С процессами воспроизведения потомства это никоим образом не связано.
Факторы роста
Для роста бактерий необходимы определенные вещества (факторы роста), часть из которых синтезируется самой клеткой, часть поступает из окружающей среды. Потребность в факторах роста у всех бактерий разная.
Факторы роста бактерий (бактериальные витамины) — химические элементы, большинством из которых являются водорастворимые витамины группы В. В эту группу входят так же гемин, холин, пуриновые и пиримидиновые основания и другие аминокислоты. При отсутствии факторов роста наступает бактериостаз.
Бактерии используют факторы роста в минимальных количествах и в неизменном виде. Ряд химических веществ этой группы входят в состав клеточных ферментов.
Рис. 23. На фото момент деления палочковидной бактерии.
Важнейшие бактериальные факторы роста
Потребность в факторах роста некоторых бактерий
Бактерии сапрофиты питаются органическими веществами погибших организмов. Они потребляют минимум питательных веществ. Бактерии паразиты нуждаются в повышенном количестве аминокислот и других факторов роста.
Ауксотрофы для обеспечения жизнедеятельности нуждаются в поступлении химических веществ из вне. Например, клостридии не способны синтезировать лецитин и тирозин. Стафилококки нуждаются в поступлении лецитина и аргинина. Стрептококки нуждаются в поступлении жирных кислот — компонентов фосфолипидов. Коринебактерии и шигеллы нуждаются в поступлении никотиновой кислоты. Золотистые стафилококки, пневмококки и бруцеллы нуждаются в поступлении витамина В1. Стрептококки и бациллы столбняка — в пантотеновой кислоте.
Прототрофы самостоятельно синтезируют необходимые вещества.
Рис. 24. Разные условия окружающей среды по-разному влияют на рост колоний бактерий. Слева — стабильный рост в виде медленно расширяющегося круга. Справа — быстрый рост в виде «побегов».
Подробно о бактерияx читай в статьях:
Размножение бактерий является механизмом повышения числа микробной популяции. Деление бактерий — основной способ размножения. После деления бактерии должны достигнуть размеров взрослых особей. Рост бактерий происходит путем быстрого поглощения питательных веществ их окружающей среды. Для роста необходимы определенные вещества (факторы роста), часть из которых синтезирует сама бактериальная клетка, часть поступает из окружающей среды.
Изучая рост и размножение бактерий, ученые постоянно открывают полезные свойства микроорганизмов, использование которых в повседневной жизни и на производстве ограничивается только их свойствами.
Бактериальные организмы уже давно освоили все известные среды обитания. Они находятся в воздухе, в воде, живут в других организмах. Но больше всего их в верхних слоях почвы. Количество этих организмов зависит не только от особенностей строения. Оно многократно увеличивается благодаря большой способности к воспроизведению. Каким способом размножаются бактерии, кратко будет изложено в статье.
Спорообразование
Бактерии размножаются спорами, которые образуются при наступлении неблагоприятных условий. Спорообразование – это не только способ размножения. Внутри споры создается особая среда, уменьшается содержание воды, приостанавливаются процессы жизнедеятельности. В таком состоянии спорам не страшны ни высокие температуры, ни ионизирующее излучение, ни воздействие химических веществ. Когда благоприятные условия наступают вновь, из спор выходят молодые бактериальные организмы. Таким образом, образование спор является дополнительной возможностью сохранить жизнеспособность клеток в непригодных для жизни условиях. Известны случаи, когда споры бактерий оставались жизнеспособны десятки и даже сотни лет.
Рост и размножение бактерий
Рост бактериальной клетки — это увеличение объема одной особи между двумя делениями. Молодая клетка увеличивается, удлиняется. Когда она достигает определенной длины, то образуется перегородка перпендикулярно ее длине. Перегородка расщепляется надвое, и получаются две дочерние клетки*, чаще одинакового размера. При благоприятных условиях деление клеток совершается очень быстро, через каждые 20-30 минут, у термофилов даже через 5 минут, у кислотоупорных гораздо медленнее, например у туберкулезной палочки через 19 часов. Микобактерии размножаются не только делением, но и почкованием.
Теоретически рассуждая бактерии могут размножаться беспредельно. Так, подсчитано, что при делении одной клетки через каждые 20 минут за 24 часа получилось бы 72 генерации и образовалось бы 472·1019 клеток. Если считать, что один миллиард клеток весит 1 мг, то 472·1019 клеток будут весить 4720 т. Через несколько дней микробные клетки заполнили бы все моря и океаны на Земле. Но этого не происходит, так как в природе нет соответствующих условий. Беспредельному размножению микробов препятствуют различные факторы: истощение питательных веществ в среде, накопление продуктов собственного обмена, угнетающее действие микробов-антагонистов, поедание их простейшими, растворение фагами и др.
Большая скорость размножения бактерий содействует сохранению их на Земле, так как у многих из них отсутствуют особые защитные приспособления, что могло бы привести их к быстрому вымиранию. При неблагоприятных условиях они отмирают массами, но достаточно сохраниться нескольким клеткам, как при подходящих условиях из них опять получается огромная масса новых клеток. Следует отметить у семейства Bacillaceae наличие спор, которые являются хорошими защитными приспособлениями.
Рис. 22. Цикл развития сенной палочки: 1 — молодая сенная палочка; 2 — сенная палочка, сбросившая жгутики; 3 — деление цепочки клеток; 4 — образование жгутиков у цепочек; 5 — образование спор
В развитии некоторых бактерий наблюдается ряд изменений, которые можно назвать циклом развития. Так, сенная палочка (Вас. snbtilis) в молодом возрасте имеет много жгутиков, затем она их сбрасывает и начинает усиленно делиться, образуя длинные цепочки палочек. Далее цепочки распадаются на отдельные клетки, каждая из которых вновь размножается. После многократного повторения такого размножения внутри клеток начинается спорообразование. Оболочка клетки исчезает, и спора становится свободной. При благоприятных условиях она вновь прорастает в подвижную палочку. Сложный цикл развития имеет место у микобактерий, он продолжается 7-10 дней, а у некоторых — 3-5 недель.
Обычно под ростом подразумевают не только рост отдельной клетки, но и рост культуры, общее увеличение клеток, т. е. нарастание биомассы в культуре. Рост микробных культур в жидких питательных средах имеет определенные закономерности. Если систематически подсчитывать количество клеток в культуре, то можно видеть, что размножение происходит в виде последовательных фаз. В первой, исходной фазе вначале происходит приспособление клеток к новым условиям существования, и только в конце фазы начинается деление клеток. Во второй фазе происходит интенсивное деление клеток, число их вырастает в геометрической прогрессии. В следующей фазе количество клеток постоянно, размножение клеток и отмирание их находятся в равновесии. В последней фазе отмирание клеток все время преобладает над размножением. Одновременно происходит изменение морфологических и физиологических свойств. Клетки изменяют свою форму, приобретают вид теней, лизируются и отмирают.
В проточных культурах, в которых питательная среда непрерывно обновляется, а продукты обмена удаляются, культура все время остается молодой, размножается делением неограниченно долгое время, образуя многие тысячи поколений, у спороносных бактерий образование спор не происходит. Такое развитие прекращается при переводе на обычные непроточные среды.
Репликация бактериальной хромосомной ДНК
Репликация хромосомы в бактериальной клетке происходит по полуконсервативному типу, что приводит к удвоению ДНК нуклеоида – бактериального ядра. При этом типе репликации двухспиральная молекула ДНК раскрывается, а каждая отдельная нить ДНК достраивается комплементарной нитью.
Репликация ДНК включает следующие этапы:
В результате репликации образуются две хромосомы, которые прикрепляются к цитоплазматической мембране или ее производным, и удаляются друг от друга мере увеличения клетки. После образования перегородки ил перетяжки деления происходит окончательное разъединение хромосом. Перегородки деления разрушают аутолитические ферменты.
Задай вопрос специалистам и получи ответ уже через 15 минут!
Общие положения
Размножение – процесс воспроизведения себе подобных организмов, ведущий к увеличению бактериальных клеток в популяции.
Для бактерий характерны следующие виды размножения:
Попробуй обратиться за помощью к преподавателям
Факторы роста
Для роста бактерий необходимы определенные вещества (факторы роста), часть из которых синтезируется самой клеткой, часть поступает из окружающей среды. Потребность в факторах роста у всех бактерий разная.
Факторы роста бактерий (бактериальные витамины) — химические элементы, большинством из которых являются водорастворимые витамины группы В. В эту группу входят так же гемин, холин, пуриновые и пиримидиновые основания и другие аминокислоты. При отсутствии факторов роста наступает бактериостаз.
Бактерии используют факторы роста в минимальных количествах и в неизменном виде. Ряд химических веществ этой группы входят в состав клеточных ферментов.
Рис. 23. На фото момент деления палочковидной бактерии.
Важнейшие бактериальные факторы роста
Потребность в факторах роста некоторых бактерий
Бактерии сапрофиты питаются органическими веществами погибших организмов. Они потребляют минимум питательных веществ. Бактерии паразиты нуждаются в повышенном количестве аминокислот и других факторов роста.
Ауксотрофы для обеспечения жизнедеятельности нуждаются в поступлении химических веществ из вне. Например, клостридии не способны синтезировать лецитин и тирозин. Стафилококки нуждаются в поступлении лецитина и аргинина. Стрептококки нуждаются в поступлении жирных кислот — компонентов фосфолипидов. Коринебактерии и шигеллы нуждаются в поступлении никотиновой кислоты. Золотистые стафилококки, пневмококки и бруцеллы нуждаются в поступлении витамина В1. Стрептококки и бациллы столбняка — в пантотеновой кислоте.
Прототрофы самостоятельно синтезируют необходимые вещества.
Рис. 24. Разные условия окружающей среды по-разному влияют на рост колоний бактерий. Слева — стабильный рост в виде медленно расширяющегося круга. Справа — быстрый рост в виде «побегов».
Подробно о бактерияx читай в статьях:
Размножение бактерий является механизмом повышения числа микробной популяции. Деление бактерий — основной способ размножения. После деления бактерии должны достигнуть размеров взрослых особей. Рост бактерий происходит путем быстрого поглощения питательных веществ их окружающей среды. Для роста необходимы определенные вещества (факторы роста), часть из которых синтезирует сама бактериальная клетка, часть поступает из окружающей среды.
Изучая рост и размножение бактерий, ученые постоянно открывают полезные свойства микроорганизмов, использование которых в повседневной жизни и на производстве ограничивается только их свойствами.
Размножение бактерий на плотной питательной среде
При росте на плотных питательных средах бактерии формируют изолированные колонии с ровными или неровными краями округлой формы, разного цвета и консистенции. Цвет питательной среды зависит от пигмента бактерии. Среди микроорганизмов наиболее распространенными пигментами являются каротины, меланины, ксантофиллы. Многие пигменты обладают антибиотикоподобным, антимикробным действием.
Форма, цвет, вид колоний на плотных питательных средах учитываются при идентификации микроорганизмов, отборе колоний для создания чистых культур.
Так и не нашли ответ на свой вопрос?
Просто напиши с чем тебе нужна помощь
Многоклеточная стадия
Одноклеточная фаза способна делать все функции организма, на это не влияют соседствующие рядом микроорганизмы. Одноклеточные образовывают клеточные агрегаты, они скрепляются слизью.
Часто появляется скопление бацилл в одну ветвь. Так микобактерии развивают цисты, получается своеобразный обмен. Явление служит пред посылом к многоклеточному формированию. К ним относятся цианобактерии, актиномицеты.
Каким требованиям должны отвечать особи:
У нитчатых особей структура описана в клеточной стенке, создает взаимосвязь между индивидуумами. Обмен у бактерий происходит веществами и энергией. Некоторые нитчатые помимо вегетативных особей содержат дифференциальные гетероцисты или акинеты.
Описание процесса
То, как размножаются бактерии вегетативно, можно коротко описать в нескольких пунктах.
Очевидно, что рост и размножение бактерий по такому типу – очень простой и быстро происходящий процесс, не требующий подготовки и каких-то специфических особенностей.
Однако у некоторых видов (например, у сенной палочковидной бактерии) на этом процесс не заканчивается. Две дочерние клетки образуют между собой мостик, по которому ДНК свободно переходит из одной в другую.