Автор работы: Пользователь скрыл имя, 03 Марта 2011 в 19:11, курсовая работа
Микробиология — наука о живых организмах, не видимых невооруженным человеческим глазом, размерами менее 1 мм. Объектами микробиологии являются прокариотические организмы — бактерии и археи, а также эукариоты — простейшие, микроскопические водоросли, низшие грибы.
Государственное образовательное учреждение
Высшего
профессионального образования
«Московский Государственный Университет
Прикладной Биотехнологии»
Кафедра
“ Компьютерные технологии и системы”
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ
ДИНАМИКИ
ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОПУЛЯЦИИ МИКРООРГАНИЗМОВ
Проверил: д.т.н., профессор
Москва
2009
Микробиология как наука
Микробиология
— наука о живых организмах,
не видимых невооруженным
организмы — бактерии и археи, а также эукариоты — простейшие, микроскопические водоросли, низшие грибы.
Место микробиологии в системе биологических наук определяется спецификой ее объектов: во-первых, микробиология—это наука об определенном классе объектов и в этом смысле она аналогична таким дисциплинам, как ботаника и зоология; во-вторых, микробиология изучает на своих объектах общие фундаментальные законы развития всего живого и таким образом относится к физиолога – биохимической ветви биологических дисциплин.
Роль микробиологии определяется значением микроорганизмов в природных процессах и в человеческой деятельности:
Современную
микробиологию можно разделить
на несколько самостоятельных
Общая микробиология изучает фундаментальные
основы биологии микроорганизмов по средам
их обитания она разделяется на почвенную,
водную, геологическую микробиологию.
Техническая
(промышленная) микробиология, или биотехнология,
занимается исследованием микробиологических
процессов, применяемых для получения
продуктов питания, кормов, липидов и др.,
а также микробиологическим синтезом
антибиотиков, витаминов, ферментов, аминокислот
и др.
Сельскохозяйственная
микробиология изучает состав почвенной
микрофлоры, значение для структуры и
плодородия почвы, действие бактериальных
препаратов на урожайность растений, а
также микроорганизмы, вызывающие болезни
растений.
Санитарная микробиология изучает
микрофлору окружающей среды человека
с точки зрения ее влияния на его здоровье
и разрабатывает микробиологические показатели
гигиенического нормирования.
Промышленная
микробиология(часть
общей науки биотехнологии) исследует
микроорганизмы и процессы, приводящие
к образованию полезных
веществ или продуктов.
Медицинская
микробиология изучает патогенные
и условно-патогенные для человека микроорганизмы,
механизмы их болезнетворного действия,
общие закономерности развития инфекционных
процессов, разрабатывает методы специфической
профилактики и лечения инфекционных
болезней.
Существует радиационная микробиология,
изучающую влияние ионизирующих излучений
на микроорганизмы, и космическую микробиологию,
исследующую особенности микрофлоры человека
и окружающей среды в космических кораблях
и станциях, а также условия выживания
и распространения микроорганизмов в
космосе.
Микроорганизмы
Микроорганизмы
— мельчайшие организмы, имеющие
различное строение и разнообразные
биологические свойства. Микроорганизмы
могут как иметь клеточную организацию,
- к ним относятся грибы, простейшие, бактерии,
- так и представлять собой неклеточные
формы жизни — вирусы, вироиды и прионы.
Микроорганизмы находятся буквально везде:
в почве, воде, воздухе, в организме и на
поверхности тела человека и животных,
на растениях, различных предметах, в пищевых
продуктах. Причем, не только находятся,
но и играют важную роль в круговороте
веществ в природе.
Например, благодаря их жизнедеятельности
происходят разложение и минерализация
животных и растительных остатков. С помощью
микроорганизмов почвы осуществляются
биологический круговорот углерода, азота,
фосфора, фиксация молекулярного азота
воздуха, попадающих в почву, процесс ее
самоочищения.
Микроорганизмы, обитающие в воде, участвуют
в круговороте серы, железа и других элементов,
осуществляют разложение органических
веществ животного и растительного происхождения,
обеспечивают самоочищение воды в водоемах.
Впрочем, не все микроорганизмы приносят
человеку пользу. Часть микроорганизмов
является условно-патогенной или патогенной
для человека и животных. Некоторые микроорганизмы
вызывают поражение сельскохозяйственной
продукции, приводят к обеднению почвы
азотом, вызывают загрязнение водоемов,
накопление ядовитых веществ (например,
микробных токсинов).
Микроорганизмы отличаются хорошей приспособляемостью
к действию факторов внешней среды. Различные
микроорганизмы могут расти при температуре
от -6° до +50—75°. Рекорд выживаемости при
повышенной температуре поставили архебактерии,
которые живут при температуре около 300°.
Эта температура создается под давлением
в горячих источниках на дне океана. Есть
микроорганизмы, существующие при повышенном
уровне ионизирующего излучения, любом
значении рН, при 25% концентрации хлорида
натрия, в условиях различного содержания
кислорода вплоть до полного его отсутствия.
Взаимоотношения микроорганизмов
друг с другом.
Типы взаимодействий между организмами
Теоретически взаимодействие популяций двух видов можно выразить в виде следующих комбинаций символов: 00, --, ++, +0, -0 , +-. Выделяют 9 типов наиболее важных взаимодействий между видами (по Ю. Одуму, 1986):
Мутуализм
(+ +) —взаимовыгодные отношения между
организмами. Более общим понятием является симбиоз,
который представляет собой сосуществование
различных биологических видов. Но в отличие
от мутуализма, симбиоз может быть и не
выгоден одному из партнеров, например,
в случае паразитизма.
Мутуализм может быть «жёстким» или «мягким». В первом случае сотрудничество жизненно необходимо для обоих партнеров (они связаны отношениями коадаптации), во втором отношения более или менее факультативны (это называется протокооперацией).
В симбиотические отношения могут вступать растения с растениями, растения с животными, животные с животными, растения и животные с микроорганизмами, микроорганизмы с микроорганизмами
Пример факультативного симбиоза — клубеньковые бактерии, которые могут прекрасно существовать и без растения.
Назначение мутуалистического симбиоза — защита от внешних воздействий, получение тех или иных питательных компонентов, преимущества в узнавании половых партнеров и в размножении.
Таким образом, в этом случае взаимоотношения основаны на взаимном улучшении обстановки друг для друга. Например в кефирных зернах дрожжи помимо сбраживания сахаров синтезируют еще и комплекс витаминов, необходимый для развития молочнокислых бактерий, сбраживающих лактозу в лактат.
Рост и развитие микроорганизмов
У одноклеточных форм понятия «рост» и «развитие» почти равнозначны. Различают сбалансированный рост, когда увеличение всех веществ и структур происходит пропорционально. Если в среде есть нехватка или избыток чего-нибудь, то рост становится несбалансированным, т.е. какие-то продукты метаболизма могут преобладать. Этим приемом пользуются для направленного синтеза необходимых соединений.
Количественная оценка роста микроорганизмов. Из – за малых размеров микроорганизмов оценка роста происходит не для индивидуального организма, а для популяции. Графическое отражение процесса называется кривой роста.
Чтобы
правильно оценить рост
Количественная оценка роста
микроорганизмов требует
Культивирование Микроорганизмов
Культивирование – выращивание микроорганизмов в искусственных условиях.
Накопительные и чистые
культуры микроорганизмов.
Из-за малых размеров микроорганизмов
работа в лаборатории проводится не с
одной особью, а с популяцией организмов,
или культурой. Культура микроорганизмов,
состоящая из клеток одного вида, носит
название чистой культуры. Если число
видов два или больше, то говорят о смешанной
культуре. При выделении чистой культуры
из природных местообитаний, где микроорганизмы
в большинстве случаев растут в виде смешанных
популяций, на первом этапе обычно пользуются
предложенным С.Н. Виноградским методом
получения накопительных культур, в которой
преобладают микроорганизмы определенной
группы. Накопление желаемых микроорганизмов
происходит за счет создания элективных
условий культивирования, благоприятных
для данной группы. Другие организмы, также
присутствующие в пробе, в этих условиях
либо не размножаются, либо характеризуются
незначительным ростом.
Периодическое культивирование. Обычно при росте в жидких средах в закрытых сосудах определенного объема микроорганизмы находятся в закрытой системе. Такое культивирование называют периодическим, при этом популяция проходит разные фазы своей жизни (рис.1.) Каждая фаза характеризуется определенными физиологическими параметрами.
Лаг - фаза — фаза «привыкания» клеток к среде, при этом происходит индукция соответствующих ферментов, увеличение количества ДНК и РНК. Луг – фаза удлиняется если использовать старый посевной материал и переносить клетки в совершенно новую по составу среду того же состава и той же температуры. На средах содержащей смесь субстратов наблюдается диауксия.
В экспоненциальной (логарифмической) фазе клетки растут и делятся с max скоростью, их рост не ограничен.
По мере
исчерпания субстратов и
Информация о работе Имитационное моделирование динамики взаимодействия микроорганизмов