Гетеротрофные микроорганизмы

Микроорганизмы являются наиболее чувствительным компонентом водоемов и потому очень удобны для определения гомеостатичности водной экосистемы и изменения ее состояния в зависимости от степени и характера антропогенных нагрузок.

Для оценки современного уровня антропогенного воздействия на экосистему и его прогнозирования на ближайшую и отдалённую перспективу экологическое изучение Кольского залива и впадающих в него крупных рек Кола и Тулома весьма актуально. При оценке экологического и санитарного состояния водных экосистем целесообразно использовать в качестве индикаторов физиологические группы гетеротрофных микроорганизмов. Сообщества бактериобентоса - важнейший компонент прибрежных экосистем, остающийся до сих пор наименее изученным экологическим комплексом (Макаревич, 2004).

Микроорганизмам необходимо разное количество питательного субстрата в среде обитания для их роста и развития. Так, олиготрофные микроорганизмы растут только при низких концентрациях питательных веществ (от долей до 100 мг/л), а обычные концентрации (1 – 100 г/л) лимитируют их рост. При этих концентрациях растут микроорганизмы – евтрофы. Истинно олиготрофными считаются организмы, эволюционно приспособленные к эксплуатации экониш с постоянно низкими потоками вещества и энергии (Нетрусов, 2006).

Гетеротрофные микроорганизмы играют важную роль в процессах трансформации органических веществ и переноса энергии в морских экосистемах. Они обеспечивают циркуляцию биогенных элементов в водной среде и занимают главенствующее место в процессах естественного очищения вод. Вследствие своих физиологических особенностей, микроорганизмы гораздо быстрее, по сравнению с другими компонентами водных биоценозов, реагируют на изменения физико-химических условий в среде своего обитания. Эта реакция проявляется и в изменениях численности микроорганизмов определённых физиологических групп (Перетрухина, 2004).

На гетеротрофные бактерии большое воздействие оказывают биотические факторы: концентрации в воде метаболитов, стимулирующих или ингибирующих развитие бактерий, рН водной среды, концентрация в ней кислорода. Из абиотических факторов сильное влияние на численность гетеротрофных микроорганизмов в морских водах оказывают концентрации биогенных элементов – азота и фосфора, температура, соленость, мутность, гидростатическое давление, ультрафиолетовая радиация и т.д. (Перетрухина, 2006).

Трофические группы бактерий

Большинству бактерий свойственен гетеротрофный тип питания. Эти организмы нуждаются в готовых органических соединениях. Так, в качестве источника углерода многие микробы используют различные углеводороды, органические кислоты, спирты, углеводы, белки и др. соединения. Готовые органические соединения необходимы гетеротрофам для покрытия энергетических нужд и синтеза новых углеродосодержащих соединений, составляющих тело растущего организма. Некоторые организмы способны развиваться только за счет специфического органического вещества, например, целлюлозы. Для них клетчатка является единственным источником углерода. Такие организмы называются “субстрат-специфичными” бактериями. При очистке сточных вод гетеротрофным бактериям принадлежит основная роль в разрушении органических веществ, содержащихся в воде. Группу гетеротрофных патогенных микробов называют сапрофитами. (Чуб, 2014)

Сапрофиты – организмы, нуждающиеся в готовых органических веществах различных субстратов животного и растительного происхождения. Сапрофиты используют продукты жизнедеятельности других организмов или разлагающиеся растительные и животные ткани. К сапрофитам относится большая часть бактерий. Они подразделяются на два вида: олиготрофные бактерии, обладающие способностью к росту при очень низком содержании субстрата в среде, и евтрофные (копиотрофные) микроорганизмы, нуждающиеся в относительно высоких концентрациях органического вещества. (Методические указания, 2005). Если у евтрофных микроорганизмов оптимальные условия для роста создаются при содержании в среде питательных веществ в количестве примерно 10 г/л, то для олиготрофных организмов - в пределах 1 - 15 мг углерода/л. В средах с более высоким содержанием органических веществ такие бактерии, как правило, расти не могут и погибают. Различия между гетеротрофными прокариотами с высокими потребностями в готовых органических соединениях и теми, потребности которых минимальны и сводятся, как правило, к одному какому-нибудь органическому источнику углерода, заключаются, таким образом, в степени развития их биосинтетических способностей. Крайняя степень развития биосинтетических способностей - возможность строить все клеточные компоненты из углекислоты присуща группе автотрофных прокариот. (Прунтова, 2006) Олиготрофы весьма широко распространены в природе и во многих случаях численно доминируют над евтрофными бактериями.

Олиготрофы – микроорганизмы, развивающиеся на средах с низкой концентрацией питательных веществ. О. чаще всего обитают в водоемах с невысоким уровнем первичной продуктивности. Они обладают системами транспорта веществ, которые способны функционировать в условиях низких концентраций питательных веществ в окружающей клетку среде. Отличительной чертой олиготрофов является то, что интенсивность биосинтетических процессов зависит от скорости поглощения субстратов системами транспорта, но не от концентрации конечных метаболитов. Для олиготрофов характерны:

1) аэробность,

2) высокое соотношение поверхности к объему, образование различных выростов,

3) малые размеры,

4) отсутствие покоящихся стадий,

5) высокое сродство к субстрату,

6) транспортные системы с широкой субстратной специфичностью, одновременное поглощение всех доступных субстратов,

7) способность к накоплению резервных веществ,

8) высокая гибкость катаболизма,

9) низкие скорости роста в оптимальных условиях,

10) регуляция анаболизма скоростью поглощения веществ,

11) низкие скорости эндогенного метаболизма Высокие концентрации питательных веществ ингибируют рост истинных олиготрофов.((Нетрусов, 2006).

Организмы, не только способные расти на богатых питательных средах, но и предпочитающие изобилие пищевых веществ, относят к евтрофам. В условиях голодания или при отсутствии достаточного количества пищи такие бактерии в течение некоторого времени сохраняют жизнеспособность.

Для учета евтрофных бактерий обычно используют среды, содержащие 2 и более граммов органического углерода в литре. При этом евтрофные микроорганизмы, как правило, не проявляют активности, но и не погибают даже при низких концентрациях органических субстратов в среде (Ильинский, 2000).