ОГЛАВЛЕНИЕ

РУКОВОДСТВО

ББК 28.4 Р 85

УДК 576.8 (075.8)

К ПРАКТИЧЕСКИМ

ЗАНЯТИЯМ

ПО МИКРОБИОЛОГИИ

3-е издание, переработанное и дополненное Под редакцией Н. С. Егорова

Авторы:

М. Н. Пименова, Н. Н. Гречушкина, Л. Г. Азова, А. И. Нетрусов, Е. В. Семенова, Н. Н. Колотилова, Л. М. Захарчук, В. В. Зинченко, С. И. Мыльникова, М. В. Нефедова, И. В. Ботвинко

Рекомендовано Госкомитетом Российской Федерации по высшему образованию в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Биология» и специальностям «Биология» и «Микробиология»

Федеральная программа книгоиздания России

Руководство к практическим занятиям по микробиологии: Р 85 Учеб. пособие / Под ред. Н. С. Егорова. — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГУ, 1995. — 224 с: ил. ISBN 5-211-03358—2

В «Руководстве к практическим занятиям по микробиологии» сохранена общая структура предыдущего издания (1-е изд. вышло в 1971 г., второе — в 1983). Существенно переработаны главы об общей характеристике микроорганизмов, их морфологии; включены новые главы о генетике, химическом составе клеток, систематике и идентификации микроорганизмов; с учетом последних достижений в области микробиологии пересмотрены и другие разделы учебного пособия. В книге приведены обобщенные данные отличительных признаков эукариотических и дрокариотических организмов, типы энергетического и конструктивного метаболизма.

ИЗДАТЕЛЬСТВО

МОСКОВСКОГО УНИВЕРСИТЕТА ИЗ ПРЕДИСЛОВИЯ К ПЕРВОМУ ИЗДАНИЮ

Идея создания руководства к практическим занятиям по микробиологии принадлежит академику В. Н. Шапошникову, возглавлявшему в течение 29 лет кафедру микробиологии Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова, и доценту А. Я. Мантейфель, которая длительное время работала на той же кафедре и была автором первых программ малого практикума для студентов. Однако при их жизни этот замысел не был осуществлен. Авторы настоящего пособия — ученики В. Н. Шапошникова и А. Я. Мантейфель — сочли своим долгом создать такое руководство, отразив в нем присущий школе академика В. Н. Шапошникова физиологический подход к изучению микроорганизмов.

В процессе подготовки книги был использован многолетний педагогический опыт кафедры микробиологии МГУ, где слушают теоретический курс и выполняют практические занятия по микробиологии все студенты-биологи 3-го года обучения. Различие в объеме и содержании лекционных курсов для студентов разных специальностей потребовало создания отдельных программ практических занятий. Для студентов-микробиологов малый практикум по микробиологии — это лишь первый этап знакомства с миром микроорганизмов, после чего они на 4-м курсе выполняют задачи большого практикума. Студентам других специальностей практические занятия по микробиологии послужат основой для получения навыков работы с микроорганизмами.

При составлении руководства авторы исходили также из принятого на кафедре микробиологии МГУ метода проведения практических занятий, в основе которого лежит принцип самостоятельной работы студентов.

Авторы выражают надежду, что предлагаемое руководство может быть полезным не только студентам университетов, но и студентам других учебных заведений, изучающим микробиологию, а также специалистам смежных областей, которым приходится работать с микроорганизмами.

ПРЕДИСЛОВИЕ К ТРЕТЬЕМУ ИЗДАНИЮ

Современное развитие биологии и биотехнологии, в которых существенную роль играет микробиология, ставит задачу познания микроорганизмов и методов работы с ними перед специалистами, занимающимися не только микробиологией, но и генетикой, молекулярной биологией, биохимией, а также занятыми в других областях науки. За двенадцать лет после выхода в свет второго издания книги «Руководство к практическим занятиям по микробиологии» (Изд-во МГУ, 1983) появились новые данные о микроорганизмах и методах работы с ними, что и отражено в 1-й главе книги. Включена глава по генетике микроорганизмов, изменения и дополнения внесены в другие главы.

Из коллектива авторов 1-го и 2-го изданий ушла из жизни Л. Г. Азова, не работают на кафедре микробиологии МГУ М. Н. Пи-менова и Н. Н. Гречушкина, однако их вклад в написание книги и их основные идеи сохранены в новом издании. Над подготовкой 3-го издания руководства работали сотрудники кафедры микробиологии МГУ: И. В. Ботвинко, Л. М. Захарчук, В. В. Зинченко, Н. Н. Коло-тилова, С. И. Мыльникова, А. И. Нетрусов, М. В. Нефелова, Е. - В. Семенова. Большую помощь в разработке отдельных задач практикума оказали И. Б. Наумова, В. В. Асеев, М, В. Гусев, М. Б. Куплетская, Е. Н. Красильникова, за что авторы им очень признательны.

Коллектив авторов, работавших над 3-м изданием руководства, выражает глубокую благодарность заведующему кафедрой микро-биологии МГУ академику РАН профессору Е н Кондратьевой

за поддержку инициативы в переиздании этого учебного пособия и денные советы и замечания при его подготовке.

Н. С. Егоров.

ГЛАВА 1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРООРГАНИЗМОВ

Микроорганизмы — это мельчайшие живые существа, величина которых в большинстве случаев не превышает 0,1—0,2 мм, что делает их невидимыми для человеческого глаза без увеличения. Мир микробов, населяющих нашу планету, велик и разнообразен. Они различаются между собой морфологически, а также физиологическими и биохимическими свойствами. По принципу клеточной организации все микроорганизмы могут быть разделены на два типа — прокариоты и эукариоты. У прокариот ядерный аппарат, называемый часто нуклеоидом, представлен кольцевой молекулой ДНК, соответствующей одной хромосоме. У эукариот ядро содержит набор хромосом и отделено от цитоплазмы мембраной. Различия в организации ядерного аппарата коррелируют с рядом других особенностей эу- и прокариот (табл. 1). Первоначально к микроорганизмам относили и вирусы, однако в настоящее время их чаще рассматривают как особые формы жизни, не имеющие клеточного строения и содержащие, в отличие от про- и эукариот, лишь один тип нуклеиновых кислот (ДНК или РНК).

Среди прокариот различают бактерии (или эубактерии) и археи (или архебактерии). Основанием для выделения этих групп, рассматриваемых некоторыми исследователями как отдельные царства, послужили результаты сравнения олигонуклеотидных последовательностей 16S рибосомных РНК, а также выявления различий в составах клеточных стенок, липидов и ряда других особенностей. Большинство известных прокариот составляют различные группы бактерий (эубактерии). Известные архебактерии включают метаногенов, отдельных сульфатредукторов, экстремальных галофилов, термоплазм, лишенных клеточной стенки, а также экстремально термофильных бактерий, окисляющих и восстанавливающих молекулярную серу. За последние годы обнаружено значительное число новых представителей архей.

1.1.1. Размеры и форма клеток

Большинство прокариот — одноклеточные формы. Величина клеток многих прокариот находится в пределах 0,2—10,0 мкм. Однако среди них есть «карлики» (примерно 0,1 мкм — трепонемы, микоплазмы) и «гиганты» (длиной до 100 мкм — Achromatism, Macromonas). Формы ,клеток бактерий не отличаются большим разнообразием. Это чаще всего палочки разной длины, сферические клетки (кокки), а также извитые формы — вибрионы, спириллы и спирохеты. Обнаружены виды с треугольными, квадратными и плоскими (тарелкообразными) клетками, некоторые имеют отроет-, ки-простеки (рис. 1—7).

Тип группирования клеток иногда "помогает определить систематическую принадлежность бактерий. Они могут быть одиночными, объединяться в пары, короткие и длинные цепочки правильной (стрептококки) и неправильной (стафилококки) формы, образовывать пакеты из 4, 8 и более клеток (сардины), формировать розетки и сети. Значительное число бактерий из актиномицетной группы образуют мицелий. Известны также многоклеточные прокариоты, образующие трихомы, прямые и ветвящиеся (рис. 8— 13).

1.1.2. Строение клеток

Большинство прокариот имеет ригидную клеточную стенку, под которой расположена цитоплазматическая мембрана. Состав и строение клеточной стенки — важный систематический признак, по которому прокариоты подразделяют на следующие группы: грам-положительные, грамотрицательные и не имеющие клеточной стенки. Своеобразным строением и составом клеточной стенки характеризуются археи. Грамположительные бактерии отличаются от храмотрицательных большим (до 40 раз) содержанием муреина (пептидогликана) в клеточной стенке и отсутствием внешней мембраны. Археи муреина не синтезируют, но некоторые образуют псевдомуреин.

У многих бактерий на поверхности находят ворсинки (фимбрии, пили), а подвижные формы часто идоеют жгутики. На поверхности клеточных стенок многих прокариот можно обнаружить слизистые капсулы различной толщины. Они чаще всего полисахаридной, но бывают и гликопротеидной или полипептидной природы.

Прокариоты характеризуются сравнительно простой внутриклеточной организацией и не содержат автономных органелл, хотя многие бактерии имеют включения. Среди них в первую очередь следует отметить различного рода внутриклеточные мембранные пузырьки, образованные в результате инвагинации цитоплазмати-ческой мембраны. Развитая сеть внутрицитоплазматических мембран характерна для фототрофных прокариот (хроматофоры, тила-коиды)„ нитрифицирующих и метанокисляющих бактерий. Некоторые клетки образуют газовые вакуоли (аэросомы), окруженные

г

Рис. 4. Клубеньковые

бактерии: i — палочки и кокки в молодой культуре; 2 — бактероиды

Рнс. 5. Миксобактерии:

1 ~— вегетативные клетки;

2 — формы, переходные к микроцистам; 3 — микроцисты; 4 г- делящиеся клетки

(A

Рис. 6. Извитые клетки: вибрионы; 2 — спириллы; 3 — спирохеты

Рис. 7. Бактерии, образующие

выросты: I — Caulobacter; 2 — Hypho— microbium; 3 — Ancalomicro— bium; 4 — (Jallionella

Рнс. 9. Мицелий актиномицета (1) и гриба (2) при одинаковом

увеличении

Рис. И. Микобактерии: / — суточная культура; 2 •— 2-суточная; 3 — 3—4-суточная; 4 —

10-суточная

1 *

Рис. 12. Arthrobacter (1) и Corynebacterium (2)

белковой мембраной, выполняющие у