Skip to main content
Global

9.5: الظروف البيئية الأخرى التي تؤثر على النمو

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    195350

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    أهداف التعلم

    • تحديد ووصف فئات مختلفة من الميكروبات ذات متطلبات النمو المحددة بخلاف الأكسجين ودرجة الحموضة ودرجة الحرارة، مثل الضغط البارومتري المتغير والضغط الاسموزي والرطوبة والضوء
    • أعط مثالاً واحدًا على الأقل للكائنات الحية الدقيقة لكل فئة من متطلبات النمو

    تتفاعل الكائنات الحية الدقيقة مع بيئتها بأبعاد أكثر من درجة الحموضة ودرجة الحرارة ومستويات الأكسجين الحرة، على الرغم من أن هذه العوامل تتطلب تكيفات كبيرة. نجد أيضًا الكائنات الحية الدقيقة التي تتكيف مع مستويات مختلفة من الملوحة والضغط الجوي والرطوبة والضوء.

    الضغط الاسموزي والبارومتري

    تميل معظم البيئات الطبيعية إلى الحصول على تركيزات مذابة أقل من السيتوبلازم لمعظم الكائنات الحية الدقيقة. تحمي جدران الخلايا الصلبة الخلايا من الانفجار في بيئة مخففة. لا تتوفر الكثير من الحماية ضد الضغط الاسموزي العالي. في هذه الحالة، يتدفق الماء، بعد تدرج تركيزه، خارج الخلية. يؤدي هذا إلى تحلل البلازما (تقلص البروتوبلازم بعيدًا عن جدار الخلية السليم) وموت الخلية. تفسر هذه الحقيقة لماذا تعتبر المحاليل الملحية وطبقات اللحوم والأسماك في الملح طرقًا عريقة لحفظ الطعام. تتطلب الكائنات الحية الدقيقة التي تسمى الهالوفيل («محبة الملح») في الواقع تركيزات عالية من الملح للنمو. توجد هذه الكائنات الحية في البيئات البحرية حيث تحوم تركيزات الملح عند 3.5٪. تنمو الكائنات الحية الدقيقة شديدة الحساسية، مثل الطحالب الحمراء Dunaliella salina والأنواع الأثرية Halobacterium في الشكل\(\PageIndex{1}\)، في البحيرات شديدة الملوحة مثل بحيرة سولت ليك الكبرى، التي تزيد ملوحة 3.5 إلى 8 مرات من المحيط، والبحر الميت، الذي تزيد ملوحة عنه بعشر مرات المحيط.

    صورة لبحيرة ذات مناطق أرجوانية وخضراء.
    الشكل\(\PageIndex{1}\): صورة مأخوذة من مساحة بحيرة سولت ليك الكبرى في ولاية يوتا. يعود سبب اللون الأرجواني إلى الكثافة العالية للطحالب دونالييلا وهالوباكتيريوم الأركيان spp. (مصدر: وكالة ناسا)

    يقاوم Dunaliella spp. الضغط الاسموزي الهائل للبيئة بتركيز السيتوبلازمي العالي من الجلسرين وبضخ أيونات الملح بنشاط. يتراكم Halobacterium spp. تركيزات كبيرة من K + والأيونات الأخرى في السيتوبلازم. تم تصميم بروتيناته للحصول على تركيزات عالية من الملح وتفقد نشاطها عند تركيزات الملح التي تقل عن 1-2 متر، وعلى الرغم من أن معظم الكائنات الحية التي تتحمل الهالوموناس، على سبيل المثال Halomonas spp. في المستنقعات المالحة، لا تحتاج إلى تركيزات عالية من الملح للنمو، إلا أنها ستبقى على قيد الحياة وتنقسم في ظل وجود نسبة عالية من الملح. . ليس من المستغرب أن تتحمل المكورات العنقودية والمكورات الدقيقة والبكتيريا القرنية التي تستعمر بشرتنا الملح في بيئتها. تعتبر مسببات الأمراض التي تتحمل الدهون سببًا مهمًا للأمراض التي تنقلها الأغذية لأنها تعيش وتتكاثر في الأطعمة المالحة. على سبيل المثال، تنتج بكتيريا S. aureus و Bacillus cereus و V. cholerae التي تتحمل الدهون السموم المعوية الخطيرة وهي من الأسباب الرئيسية للتسمم الغذائي.

    تعتمد الكائنات الحية الدقيقة على المياه المتاحة لتنمو. يتم قياس الرطوبة المتاحة كنشاط مائي (a w)، وهو نسبة ضغط بخار الوسيط المعني إلى ضغط بخار الماء المقطر النقي؛ وبالتالي، فإن a w من الماء تساوي 1.0. تحتاج البكتيريا إلى ارتفاع w (0.97—0.99)، بينما يمكن للفطريات أن تتحمل البيئات الأكثر جفافاً؛ على سبيل المثال، نطاق w لنمو الرشاشيات هو 0.8-0.75. يعد تقليل المحتوى المائي للأطعمة عن طريق التجفيف، كما هو الحال في متشنج، أو من خلال التجفيف بالتجميد أو عن طريق زيادة الضغط الأسموزي، كما هو الحال في المحلول الملحي والمربى، طرقًا شائعة لمنع التلف.

    تسمى الكائنات الحية الدقيقة التي تتطلب ضغطًا جويًا مرتفعًا للنمو بالباروفيلات. يجب أن تكون البكتيريا التي تعيش في قاع المحيط قادرة على تحمل ضغوط كبيرة. نظرًا لصعوبة استرداد العينات السليمة وإعادة إنتاج ظروف النمو هذه في المختبر، فإن خصائص هذه الكائنات الحية الدقيقة غير معروفة إلى حد كبير.

    ضوء

    تعتمد الفوتوتروفات الضوئية، مثل البكتيريا الزرقاء أو بكتيريا الكبريت الخضراء، والتغاير الضوئي، مثل البكتيريا غير الكبريتية الأرجوانية، على كثافة الضوء الكافية عند الأطوال الموجية التي تمتصها أصباغها للنمو والتكاثر. يتم التقاط الطاقة من الضوء بواسطة الأصباغ وتحويلها إلى طاقة كيميائية تدفع تثبيت الكربون وعمليات التمثيل الغذائي الأخرى. يُعرَّف جزء الطيف الكهرومغناطيسي الذي تمتصه هذه الكائنات بأنه إشعاع نشط من الناحية الضوئية (PAR). يقع ضمن طيف الضوء المرئي الذي يتراوح من 400 إلى 700 نانومتر (نانومتر) ويمتد في الأشعة تحت الحمراء القريبة لبعض بكتيريا التمثيل الضوئي. يعمل عدد من الأصباغ الإضافية، مثل الفوكوكسانثين في الطحالب البنية والفيكوبيلين في البكتيريا الزرقاء، على توسيع النطاق المفيد للأطوال الموجية لعملية التمثيل الضوئي والتعويض عن مستويات الإضاءة المنخفضة المتاحة في أعماق المياه الأكبر. تستخدم الكائنات الحية الدقيقة الأخرى، مثل بقايا فئة Halobacteria، الطاقة الضوئية لتشغيل مضخات البروتون والصوديوم. يتم امتصاص الضوء بواسطة مركب بروتين صبغي يسمى bacteriorhodopsin، والذي يشبه صبغة العين رودوبسين. توجد بكتيريا التمثيل الضوئي ليس فقط في البيئات المائية ولكن أيضًا في التربة وفي التعايش مع الفطريات في الأشنات. ينتج ثلج البطيخ الغريب عن الطحالب الدقيقة Chlamydomonas nivalis، وهي طحالب خضراء غنية بصبغة الكاروتينويد الحمراء الثانوية (أستازانتين) التي تعطي اللون الوردي للثلج حيث تنمو الطحالب.

    التمارين\(\PageIndex{1}\)

    1. ما أصباغ التمثيل الضوئي التي تم وصفها في هذا القسم؟
    2. ما هو الضغط الأساسي لبيئة فرط الملوحة للخلية؟

    المفاهيم الأساسية والملخص

    • تتطلب الهالوفيل تركيزًا عاليًا من الملح في الوسط، في حين أن الكائنات الحية التي تتحمل الهالوفيل يمكن أن تنمو وتتكاثر في وجود نسبة عالية من الملح ولكنها لا تحتاج إلى ذلك للنمو.
    • تعتبر مسببات الأمراض التي تتحمل الهالوجين مصدرًا مهمًا للأمراض المنقولة بالغذاء لأنها تلوث الأطعمة المحفوظة في الملح.
    • تعتمد بكتيريا التمثيل الضوئي على الضوء المرئي للحصول على الطاقة.
    • تتطلب معظم البكتيريا، مع استثناءات قليلة، رطوبة عالية لتنمو.