Таким образом, растворитель (вода) движется в сторону более высокой концентрации раствора, а растворенные веще­ства - в сторону их меньшей концентрации.

В живой микробной клетке концентрация веществ всегда не­сколько выше, чем в окружающей среде. Поэтому происходит слабый избыточный приток воды из внешней среды внутрь клетки, вследствие чего ее эластичная оболочка напрягается. Такое состояние клетки называется туpгopом, а давление, растягивающее оболочку, тургорным.

Нормальное состояние микробной клетки всегда характеризуется определенным тургорным давлением.

Если микробная клетка попадает в концентрированный рас­твор, осмотическое давление которого выше, чем в самой клетке, то протоплазма ее начинает терять воду, отдавая ее внешней среде. В результате протоплазма сжимается и отстает от оболочки. Такое явление называется плазмолизом клетки.

На явлении плазмолиза основано консервирование продук­тов поваренной солью и сахаром. Концентрированные растворы этих веществ обезвоживают протоплазму микробных клеток и вызывают их гибель.

Наоборот, при чрезмерном притоке воды в микробную клетку протоплазма переполняется водой, разбухает и растягивает клеточную оболочку вплоть до ее разрыва. Это явление, обрат­ное плазмолизу, называется плазмоптисом.

3. Активный перенос, идет против градиента концентрации (от меньшей к большей) и требует значительных затрат энергии. Потребность в питании связана с наличием тех или иных пермеаз, например, Escherichia coli имеет 8000 пермеаз только переносящих лактозу.

Механизм переноса в клетках разных микроорганизмов однотипен. Большинство питательных веществ поступает в клетку путем активного переноса. Фосфор и серу клетка получает из органических соединений, калий, натрий и другие элементы – в виде солей, кислород и водород клетка получает из воздуха и воды.

Основной признак деления по типам питания – источник углерода. Животные усваивают углерод в органической форме – гетеротрофы; растения, усваивающие углерод в неорганической форме (СО₂), являются автотрофами. Микробный же мир представлен как автотрофами, так и гетеротрофами, т.е. у них существуют оба типа питания.

Многие микробы в качестве источников питания могут ис­пользовать только готовые органические соединения. Эти микро­организмы называются гетеротрофными.

Бактерии, грибы и дрожжи в большинстве гетеротрофы. Лучшим субстратом для них являются углеводы, но могут усваиваться и белки, полисахариды, липиды, спирты. Разные виды микроорганизмов способны усваивать почти все источники углерода, даже такие труднодоступные, как продукты переработки нефти, мазут, гудрон и прочее (на этом основаны методы очистки от нефтяных и т. д. пятен в мировом океане). Наиболее усвояемы вещества с группами СН₂ОН, СНОН, СОН, но почти не усваиваются соединения с группой СООН, т.е. органические кислоты.

Гетеротрофы подразделяются на сапрофитов и паразитов. Сапрофиты питаются за счет «мертвых» субстратов, в том числе пищевых продуктов – органических материалов. Они осуществляют круговорот органических веществ в природе.

К ним относятся микроорганизмы, разлагающие различные органические веще­ства в почве и воде, и микроорганизмы, вызывающие порчу пищевых продуктов. Сапрофитами являются многие бактерии, плесневые грибки и дрожжи.

Часть гетеротрофных микроорганизмов способна разви­ваться только в живом организме, питаясь его органическими веществами. Такие гетеротрофы называются паразитами. К их числу относятся микроорганизмы - возбудители различ­ных заболеваний человека, животных и растений. Паразиты особенно требовательны к источникам азота, они могут суще­ствовать лишь за счет белков того организма, в котором пара­зитируют. В большинстве случаев паразиты являются условными, так как могут развиваться как в живой клетке, так и на искусственных средах, могут менять свойства в зависимости от условий (например, кишечная палочка). Безусловные паразиты только вирусы.

Источниками питания микроорганизмов могут служить са­мые разнообразные вещества. Автотрофы питаются неорга­ническими соединениями, получая нужные углерод и азот из неорганических веществ, и затем строят из них органиче­ские соединения. Среди автотрофных микробов встречаются такие, которые усваивают углекислый газ, подобно зеленым растениям, с ис­пользованием солнечной энергии (фотосинтез). К ним относятся, например, некоторые пигментные бактерии, зеленые и пурпур­ные серобактерии. В их клетках находятся пигменты, выпол­няющие роль хлорофилла зеленых растений.

Некоторые автотрофные микроорганизмы для синтеза нуж­ных органических соединений вместо солнечной энергии исполь­зуют энергию химических реакций окисления минеральных ве­ществ (хемосинтез). К числу таких микробов принадлежат водородные бактерии, окисляющие водород с образованием воды, нитрифицирующие бактерии, окисляющие аммиак в азот­ную кислоту, и др. Микроорганизмы-автотрофы играют большую положительную роль в природе, так как они обогащают почву, водоемы необходимыми органическими веществами.

Однако деление микроорганизмов на автотрофы и гетеротрофы можно считать условным, так как между ними существуют переходные формы.

Некоторые автотрофы способны усваивать простые органические вещества, некоторым гетеротрофам свойственна способность фиксировать СО₂, что является весьма перспективным и выгодным с точки зрения практики.

Азотофиксаторы восстанавливают азот атмосферы в аммиак, который используется в биосинтетических процессах.

Типы питания микроорганизмов по источнику питания представлены в таблице 3.1.

Свободноживущие (аэробные - azotobacter, анаэробные – clostridium pasteunanum). Те и другие в качестве источника азота могут усваивать соли аммония, нитраты, нитриты и аминокислоты, но при отсутствии (или недостатке) связанных форм азота переходят на процесс азотофиксации.

К активным азотофиксаторам относятся цианобактерии (сине-зеленые водоросли). Кроме свободноживущих азотофиксаторов существуют симбиотические, которые усваивают азот в симбиозе с бобовыми растениями (клубеньковые бактерии). Все азотофиксаторы играют исключительно важную роль в природе, т.к. обеспечивают почву и водоемы соединениями азота.

Аминоавтотрофы – получают азот из неорганических соединений (аммиак, соли аммония, нитриты, нитраты).

Аминогетеротрофы – получают азот из органических соединений (белки, пептоны, пептиды, аминокислоты).

Все микроорганизмы нуждаются в источниках минераль­ных веществ, а также витаминов.

Таблица 3.1 - Типы питания микроорганизмов по источнику питания

Потребность микроорганизмов в минеральных веществах незначительна; достаточно сказать, что 10 млрд. бактериальных клеток содержат всего 1 мг минеральных веществ. Однако без них рост микроорганизмов невозможен.

Многие микроорганизмы получают минеральные элементы (фосфор, серу, калий, магний, железо) из минеральных солей, другие лучше усваивают эти элементы из органических ве­ществ.

Источником микроэлементов (меди, цинка, никеля, марганца и других) для микробов является обычно тот же субстрат, из которого они получают все другие элементы питания.

Вода и прочие питательные вещества служат источником кислорода и водорода.

Для нормального роста микроорганизмы нуждаются в ви­таминах группы В (B₁, В₂, В₃ и т.д.), С, РР и др. При отсут­ствии какого-либо витамина в питательной среде у микроорга­низмов резко нарушается обмен веществ и рост микробных клеток становится невозможным. Некоторые же микробы могут нормально развиваться на питательной среде, не содержащей витаминов. Они способны сами вырабатывать витамины и на­капливать их в своем теле, иногда в очень значительных коли­чествах. Отдельные из таких микробов используются для про­мышленного получения витаминов (В₂, В₁₂).

Изучение и практическое использование микроорганизмов связано с необходимостью их выращивания в искусственных условиях. Для этого в лабораториях или предприятиях приго­тавливают так называемые питательные среды.

С помощью таких специально приготовленных питательных сред удается получать чистые культуры микроорганизмов, т. е. микроорганизмы только определенного вида, без примесей дру­гих микроорганизмов.

Чистую культуру получают путем высаживания на пита­тельную среду одной или нескольких клеток данного микроба.

Универсальной питательной среды нет, так как создать уни­версальный питательный субстрат, пригодный для всех микро­организмов, невозможно в силу специфичности требований раз­личных микроорганизмов.

Многие микроорганизмы хорошо развиваются на мясных бульонах, молоке, овощных и фруктовых отварах, вареном кар­тофеле, хлебе и т. д.

Для выращивания микроорганизмов пользуются и искус­ственно составленными питательными средами. Искусственные среды могут быть жидкие и твердые.

К числу жидких питатель­ных сред относится, например, мясопептонный бульон, в состав которого входят мясной бульон, пептон и соль. Твердые пита­тельные среды получают добавлением в жидкую среду агар-агара или желатина, которые в водных растворах образуют студни.