При росте на жидкой питательной среде бактерии чаще всего вызывают ее равномерное помутнение (диффузный рост), иногда выпадение осадка (придонный рост) крошковатого (стрептококки), хлопьевидного (стрептобациллы), при этом бульон остается прозрачным. Некоторые бактерии образуют пленку на поверхности жидкой среды (поверхностный рост): сухую чешуйчато-бородавчатую (туберкулезная палочка), тонкую нежную (холерный вибрион), рыхлую с отходящими вниз отростками «сталактитами» (возбудитель чумы).

Еще более разнообразен рост на плотных питательных средах. Размер, форма, консистенция, прозрачность, цвет и другие особенности колоний на плотной питательной среде учитываются при идентификации бактерий, а также отборе колоний для получения чистых культур. Колонии бывают очень мелкими (0,1 0,5 мм), мелкими (0,5 3,0 мм), средними (3-5 мм) и крупными более 5 мм в диаметре. Они могут быть круглыми (дисковидными), плоскими, иметь форму, напоминающую львиную гриву (голову медузы), ризоидными и т.п.; края колонии могут быть гладкими, зазубренными, фестончатыми, изрезанными. Поверхность колонии бывает гладкая или шероховатая, влажная или сухая, ровная или складчатая, плоская или выпуклая, а ее консистенция плотная, рыхлая, слизистая. Колонии могут быть прозрачными, полупрозрачными, непрозрачными и различаться по другим признакам, например, у некоторых бактерий центр темный, а периферическая зона полупрозрачная.

Фаза логарифмического (экспоненциального) роста является периодом интенсивного деления бактерий. Продолжительность ее около 5 -6 ч. При оптимальных условиях роста бактерии могут делиться каждые 20 -40 мин. Во время этой фазы бактерии наиболее ранимы, что объясняется высокой чувствительностью компонентов метаболизма интенсивно расту щей клетки к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых кислот и др.

Затем, в силу постепенного истощения источника энергии и других жизненно важных метаболитов, скорость размножения бактерий уменьшается, наступает фаза стационарного роста, при которой количество жизнеспособных клеток остается без изменений, составляя максимальный уровень (М-концентрация). Ее продолжительность выражается в часах и колеблется в зависимости от вида бактерий, их особенностей и культивирования. В стационарной фазе наступает период некоторого равновесия количество вновь образующихся клеток становится сопоставимым с числом погибающих клеток.

Вслед за этим наступает стадия, характеризующаяся постепенным уменьшением количества жизнеспособных бактерий. Это является следствием ряда причин: истощения источников энергии и других жизненно важных метаболитов, невозможности эффективно регулировать рН среды и др., накопления продуктов метаболизма, тормозящих рост, и, возможно, каких-то других факторов.

Для количественной характеристики ростовых процессов в микробной популяции пользуются двумя показателями: абсолютная (валовая) скорость и относительная (удельная) скорость роста. Среднюю валовую скорость роста (vср) за отрезок времени (t1 -t0) можно определить по абсолютному приросту биомассы по формуле:

где m 0 и mt величины биомассы в начале и конце исследуемого отрезка времени.

Под удельной скоростью роста понимают часовой прирост, пересчитанный на единицу растущей массы:



Скорость размножения бактерий (число удвоений за единицу времени) описывают уравнением где n — число поколений.

Питательные среды. Для выращивания микроорганизмов (например бактерий) в условиях лаборатории или производства используют жидкие, плотные и полужидкие питательные среды, которые должны обязательно отвечать трем основным требованиям:

1) содержать в достаточном количестве все необходимые питательные вещества (источники энергии, углерода, азота), соли и ростовые факторы;

2) иметь оптимальное значение рН для роста данного вида бактерий;

3) иметь достаточную влажность (при их усыхании повышается концентрация питательных веществ, особенно солей, тормозящих рост бактерий).

Среды для определения культуральных свойств бактерий должны быть по возможности прозрачными, стерильными, не содержать посторонней микрофлоры. По своему назначению их подразделяют на следующие основные категории.

Универсальные среды, на которых хорошо растут многие виды бактерий (МПБ, МП А).

Дифференциально-диагностические позволяющие отличать одни виды бактерий от других по их ферментативной активности или культуральным проявлениям (среды Эндо, Плоскирева, Гисса).

Анионные компоненты (сульфаты, нитраты и др.) сохраняют в почвенной среде высокую мобильность и мигрируют с нисходящим током влаги, при этом анионы соединяются с основаниями ППК и вызывают их эквивалентное выщелачивание из почвы. Подобное явление получило название «анионного выноса» катионов. Сравнение «анионного выноса» нитратов и сульфатов показывает более высокую мобилизующую способность первых, в особенности по отношению к алюминию, который является фитотоксикантом широкого спектра действия. В присутствии хлор-иона интенсивнее происходит поглощение металлов.

Изменение целых комплексов, сообществ микроорганизмов и почвенных животных под влиянием загрязнения (например, тяжѐлыми металлами): изменяется структура комплексов почвенных организмов – снижается богатство выделяемых видов, а в сильно загрязнѐнных почвах может сохраниться лишь несколько доминантных форм. Явными становятся опасность уничтожения первичных и возможность формирования нетипичных для естественных почвенно-экологических условий сообществ почвенных организмов под воздействием высоких уровней загрязнения тяжѐлыми металлами.

Компоненты живой клетки и внеклеточные метаболиты, как правило, обогащены лѐгкими изотопами. Способность разделять изотопы лѐгких элементов, возможно, присуща всем организмам. Так, при фотосинтезе растения отдают предпочтения лѐгкому изотопу 12С, поэтому в организмах и их производных (углях, нефти) содержание тяжѐлого изотопа 13С понижено, а в СО2 морских карбонатов – повышено. Отношение 34S:32S также колеблется: микроорганизмы, восстанавливающие сульфаты, накапливают лѐгкий изотоп 32S, и в осадочных сульфидах его больше. Сера морской воды, солончаков и соляных озѐр, напротив, тяжѐлая.

Эффект, наблюдаемый при техногенной миграции поллютантов на начальных этапах выщелачивания в системе «отходы (атмосферные выпадения) – почва», когда концентрация химических элементов (например, тяжѐлых металлов) в фильтрационном потоке резко возрастает, достигая максимума за относительно короткий промежуток времени. Затем концентрация поллютантов в потоке постепенно убывает, если только нет последующего большого привноса этих элементов. Эффект ударного загрязнения, по-видимому, широко распространѐнное явление, которое необходимо учитывать при техногенном загрязнении почв промышленными отходами. Так, например, он наблюдается при миграции тяжелых металлов из гальваношламов в почвы. Ведущим фактором, управляющим выщелачиванием ТМ из гальваношлама, является реакция среды: в кислой, и даже слабокислой, среде гальваношламы способны создавать импактные, ударные техногенные нагрузки на почву полиметалльного характера, причѐм большей степени вымываемости и миграционной способности подвержены наиболее токсичные компоненты (Л.А. Ширкин, Т.А. Трифонова, Н.В. Селиванова).

Перенос веществ в атмосфере и их последующее осаждение в ландшафтах (вид механической миграции). Выделяют три вида переноса веществ в атмосфере: 1) стратосферный (на высотах 15 – 60 км частицы могут многократно огибать земной шар); 2) тропосферный (на высотах до
8 – 12 км частицы могут мигрировать на сотни и тысячи километров); 3) локальный (миграция на десятки и сотни километров). Песок, пыль, соли поступают в атмосферу преимущественно за счѐт развития слабозакреплѐнных песков, глинистых и лѐссовых пород, солончаков. Особенно большое значение эоловые процессы имеют в аридных ландшафтах, где атмосфера содержит много соляных частиц (Н.Ф. Глазовский). В условиях непромывного режима соли, поступившие из атмосферы, постепенно накапливаются в почвах и грунтах. Так как одновременно происходит и частичное вымывание солей, то в покровных отложениях и элювиальных почвах возникает солевая эпигенетическая зональность, отвечающая растворимости солей: кальцит, гипс, легкорастворимые соли. Эоловые процессы протекали во все геологические периоды, их роль была особенно велика в ледниковые эпохи с их сухим и холодным климатом, сильными ветрами, а также в дочетвертичные эпохи с аридным климатом. Геохимическое значение эоловых процессов в техногенных ландшафтах требует детального изучения (А.П. Лисицын).

Растения-концентраторы, которые нуждаются в большом количестве определѐнных микроэлементов и поэтому приурочены к участкам, сильно обогащѐнным этими элементами. Так, продукты выветривания ультраосновных пород сильно обогащены кобальтом, никелем, медью, хромом. На таких породах развивается специфическая серпентинитовая флора, в состав которой входят некоторые виды сосны, рододендрона, травянистые растения. Все они отличаются высоким содержанием указанных элементов. Наряду с металлофильной флорой, концентрирующей сразу несколько металлов, имеются растения с узкой биогеохимической специализацией (галмейная флора, оловянная, кобальтовая, медная флора и др.).

Элементарный ландшафт, приуроченный к плоским водоразделам с глубоким залеганием грунтовых вод, не оказывающих заметного влияния на биологический круговорот. Различают (М.А. Глазовская): трансэлювиальные (ландшафты верхних частей склонов), элювиально- аккумулятивные (нижние части склонов и сухих ложбин), аккумулятивно- элювиальные (местные замкнутые понижения с глубоким уровнем грунтовых вод) (Б.Б. Полынов).

Самый мелкий природно-территориальный комплекс, в пределах которого выдерживается относительная однородность: одинаковые рельеф и горная порода, один и тот же микроклимат, однотипные почвы и растительность; участок, являющийся хорологической (пространственной) единицей биосферы суши.