Prof. univ. dr. Eugen ULEA

�ef lucr. dr. Florin-Daniel LIP�A

MICROBIOLOGIE

IA�I 2012

CUPRINS

CAPITOLUL 1 - OBIECTUL DE STUDIU AL MICROBIOLOGIEI ......... 9 1.1. Date selective privind istoricul Microbiologiei ........................... 11 1.2. �coala româneasc� de Microbiologie .......................................... 19 Test de autoevaluare ........................................................................... 21

CAPITOLUL 2 - CARACTERELE GENERALE �I POZI�IA MICROORGANISMELOR ÎN LUMEA VIE ............................................. 22

2.1. Pozi�ia microorganismelor în lumea vie ...................................... 24 2.2. Prionii .......................................................................................... 26 2.3. Virusurile ..................................................................................... 28

2.3.1. Morfologia virusurilor ......................................................... 28 2.3.2. Structura virusurilor ............................................................. 29 2.3.3. Virusurile plantelor .............................................................. 30 2.3.4. Bacteriofagii ......................................................................... 32 2.3.5. Fagii filamento�i .................................................................. 38 2.3.6. Cianofagii ............................................................................. 39 2.3.7. Micovirusurile ...................................................................... 39 2.3.8. Sistematica, nomenclatura �i identificarea virusurilor ......... 39

2.4. Bacteriile ...................................................................................... 41 2.4.1. Morfologia bacteriilor .......................................................... 42 2.4.2. Structura celulei bacteriene .................................................. 48 2.4.3. Compozi�ia chimic� a bacteriilor ......................................... 58 2.4.4. Cre�terea �i multiplicarea bacteriilor ................................... 60 2.4.5. Nutri�ia bacteriilor ................................................................ 63 2.4.6. Respira�ia microorganismelor .............................................. 63 2.4.7. Grupe particulare de bacterii ................................................ 64 2.4.8. Sistematica, nomenclatura �i identificarea bacteriilor ......... 68 2.4.9. Rolul bacteriilor în natur� .................................................... 70 Test de autoevaluare ...................................................................... 71

2.5. Cyanobacteriile (algele albastre-verzi) ........................................ 71 2.5.1. Morfologia cyanobacteriilor ................................................ 72 2.5.2. Structura cyanobacteriilor .................................................... 72 2.5.3. Sistematica cyanobacteriilor ................................................ 73 2.5.4. Rolul cyanobacteriilor în natur� .......................................... 74

2.6. Protozoarele ................................................................................. 74 2.6.1. Morfologia �i fiziologia protozoarelor ................................. 74 2.6.2. Structura protozoarelor ........................................................ 75 2.6.3. Reproducerea protozoarelor ................................................. 76 2.6.4. Nutri�ia protozoarelor .......................................................... 76 2.6.5. Sistematica protozoarelor .................................................... 77 2.6.6. Rolul protozoarelor în natur� ............................................... 78

2.7. Diatomeele ................................................................................... 79 2.7.1. Morfologia diatomeelor ....................................................... 79 2.7.2. Structura diatomeelor ........................................................... 79 2.7.3. Reproducerea diatomeelor ................................................... 81 2.7.4. Sistematica diatomeelor ....................................................... 83 2.7.5. Rolul diatomeelor în natur� ................................................. 86

2.8. Ciupercile..................................................................................... 86 2.8.1. Morfologia ciupercilor ......................................................... 86 2.8.2. Structura celular� a ciupercilor ............................................ 88 2.8.3. Organele de fixare �i de absorb�ie ale ciupercilor ................ 89 2.8.4. Formele de rezisten�� ale ciupercilor ................................... 93 2.8.5. Înmul�irea ciupercilor .......................................................... 94 2.8.6. Alternan�a de faze la ciuperci ............................................ 101 2.8.7. Nutri�ia ciupercilor ............................................................. 102 2.8.8. Originea �i evolu�ia parazitismului la ciuperci .................. 104 2.8.9. Cerin�e fa�� de mediu ......................................................... 105 2.8.10. Sistematica ciupercilor ..................................................... 105 Test de autoevaluare .................................................................... 107

CAPITOLUL 3 - INFLUEN�A FACTORILOR ECOLOGICI ASUPRA MICROORGANISMELOR ....................................................................... 108

3.1. Influen�a pH-ului ....................................................................... 108 3.2. Influen�a temperaturii ................................................................ 109 3.3. Influen�a apei ............................................................................. 110 3.4. Influen�a energiei radiante ......................................................... 112 3.5. Activitatea microbian� a diferitelor soluri ................................. 113 3.6. Profilul microbian al solului ...................................................... 114

CAPITOLUL 4 - INTERRELA�IILE ECOLOGICE ÎNTRE ORGANISME

............................................................................................................... 115 4.1. Interrela�iile dintre popula�iile de microorganisme ................... 115 4.2. Interrela�iile dintre plantele superioare �i microorganismele

din sol ........................................................................................ 119 4.2.1. Influen�a sistemului radicular al plantelor asupra

microflorei solului .............................................................. 119 4.2.2. Natura secre�iilor radicelare �i influen�a lor

asupra structuriilor taxonomice a microflorei solului ........ 121 4.2.3. Vârsta plantelor �i efectul de rizosfer� .............................. 122 4.2.4. Micorizele .......................................................................... 122 4.2.5. Interrela�iile între ciuperci �i plante în cazul micorizelor .. 124

CAPITOLUL 5 - SOLUL CA MEDIU DE EXISTEN�� PENTRU MICROORGANISME ............................................................................... 126

5.1. Alc�tuirea general� a solului ..................................................... 126 5.2. Reac�ia solului ........................................................................... 129 5.3. Formarea solului ........................................................................ 129

5.3.1. Compozi�ia chimic� a solului ............................................ 130 5.3.2. Rolul microorganismelor în formarea �i evolu�ia

materiei organice ................................................................ 131 5.3.3. Teoria microbiologic� a form�rii humusului ..................... 132

5.4. Popula�ia solului ........................................................................ 134 Test de autoevaluare ......................................................................... 136

CAPITOLUL 6 - ROLUL MICROORGANISMELOR ÎN CIRCUITUL MATERIEI ÎN NATUR� .......................................................................... 138

6.1. Circuitul azotului ....................................................................... 138 6.1.1. Fixarea azotului molecular ................................................. 141 6.1.2. Amonificarea ..................................................................... 151 6.1.3. Nitrificarea ......................................................................... 153 6.1.4. Denitrificarea ..................................................................... 155

6.2. Circuitul carbonului ................................................................... 156 6.2.1. Metabolismul carbonului mineral ...................................... 158 6.2.2. Metabolismul carbonului organic ...................................... 158

6.3. Circuitul sulfului ........................................................................ 168 6.4. Circuitul fierului ........................................................................ 171

6.5. Circuitul fosforului .................................................................... 173 6.6. Circuitul potasiului .................................................................... 175 6.7. Transform�rile microbiene ale calciului .................................... 175 6.8. Transform�rile microbiene ale magneziului .............................. 175 6.9. Transform�rile microbiene ale microelementelor ..................... 176

6.9.1. Manganul ........................................................................... 176 6.9.2. Seleniul .............................................................................. 176 6.9.3. Zincul ................................................................................. 177 6.9.4. Cuprul ................................................................................ 177

CAPITOLUL 7 - MICROBIOLOGIA FERMENTA�IILOR ................... 178 7.1. Fermenta�ia alcoolic� ................................................................. 179

7.1.1. Utilizarea microorganismelor în vinifica�ie ....................... 181 7.1.2. Utilizarea microorganismelor în industria berii ................. 196

7.2. Fermenta�ia lactic� ..................................................................... 196 7.2.1. Rolul microrganismelor în ob�inerea produselor

lactate .................................................................................. 198 7.2.2. Rolul microorganismelor lactice în conservarea

alimentelor murate ............................................................. 199 7.2.3. Rolul microorganismelor în producerea furajelor

însilozate ............................................................................. 200 7.3. Fermenta�ia acetic� .................................................................... 201 Test de autoevaluare ......................................................................... 205

BIBLIOGRAFIE ........................................................................................ 207

��

�

Capitolul 1

OBIECTUL DE STUDIU AL MICROBIOLOGIEI

Microbiologia este �tiin�a care se ocup� cu studiul microorganismelor.

Microorganismele constituie un grup foarte mare de organisme, diferite ca

natur�, form� �i activitate biologic�, cu o organizare unicelular� �i o

structur� intern� relativ simpl�, având îns� caractere comune dimensiunile

microscopice, care le fac invizibile cu ochiul liber.

Din grupul microorganismelor fac parte bacteriile, ciupercile

microscopice (mucegaiurile �i levurile), algele unicelulare �i protozoarele.

Lumii microorganismelor i-au fost al�turate �i virusurile, care sunt entit��i infec�ioase, alc�tuite din componentele chimice esen�iale ale organismelor

vii, proteine �i acizi nucleici cu o organizare acelular�, care le fac inapte de

a se multiplica în afara unei celule vii, fapt ce le oblig� la un parazitism

intracelular absolut.

De�i Microbiologia este o �tiin�� relativ tân�r�, datorit� domeniului de

studiu foarte vast, în cadrul ei s-au diferen�iat o serie de discipline

microbiologice independente. Acestea pot fi grupate dup� mai multe criterii:

A. Dup� grupul taxonomic studiat:

• Virologia (virusologia) este �tiin�a ce se ocup� cu studiul virusurilor

�i ac�iunea lor asupra organismelor vii. • Bacteriologia se ocup� cu studierea, identificarea �i cultivarea

bacteriilor, precum �i cu aplica�iile lor în medicin�, agricultur�, industrie �i biotehnologie. Micologia (gr. mykes - ciuperc�) studiaz� morfologia, genetica, taxonomia, propriet��ile biochimice �i ecologia

ciupercilor.

• Algologia (ficologia) este �tiin�a ce se ocup� cu studiul algelor.

• Protozoologia este ramura microbiologiei care studiaz� morfologia,

genetica �i taxonomia protozoarelor.

���

�

B. Dup� activitatea microorganismelor în raport cu mediul în care

tr�iesc:

• Microbiologia acvatic� se ocup� cu studiul microorganismelor care

tr�iesc în mediu acvatic �i care particip� la transformarea

substan�elor organice �i anorganice din m�ri �i oceane.

• Microbiologia solului studiaz� activitatea microbiotei solului �i rolul

ei în nutri�ia mineral� a plantelor, fertilitatea solului, geneza �i formarea structurii solului.

C. Dup� natura problemelor studiate:

• Fiziologia microorganismelor studiaz� procesele vitale ale

microorganismelor (respira�ie, nutri�ie etc).

• Ecologia microorganismelor studiaz� legit��ile generale de evolu�ie

�i interac�iunea microorganismelor în natur�, interac�iunile �i interrela�iile dintre micro �i macroorganisme.

• Genetica microorganismelor se ocup� cu studiul eredit��ii �i variabilit��ii microorganismelor precum �i cu mecanismele de

transfer al materialului genetic.

D. Dup� aplica�iile practice:

• Microbiologia medical� uman� �i veterinar� studiaz� microorganismele patogene �i rela�iile ecologice care se stabilesc cu

organismele infectate.

• Imunologia studiaz� starea de rezisten�� sau de imunitate fa�� de

agen�ii infec�io�i precum �i diferite func�ii �i propriet��i ale celulelor �i �esuturilor organismelor animale �i vegetale care determin� prezen�a �i apari�ia sau modificarea acestei st�ri.

• Microbiologia industrial� (microbiologia tehnic� sau a

fermenta�iilor) studiaz� rolul microorganismelor în ob�inerea pe cale

fermentativ� a unor substan�e chimice utile ca: alcoolul etilic, alcoolul

butiric, acetona, acidul acetic, glicerina, antibioticele. În industria

alimentar�, microorganismele au rol în panifica�ie, la conservarea

alimentelor �i furajelor, precum �i în procese industriale ca topitul inului �i cânepei pe cale biologic�, t�b�cirea pieilor etc.

���

�

• Microbiologia solului (agricol�) se ocup� de microflora natural� din

sol �i de rolul acesteia în circuitul elementelor în natur�, în asigurarea

fertilit��ii solului, în geneza �i formarea structurii solului, precum �i de

rela�iile microorganismelor cu plantele. Cunoa�terea microflorei solului �i a

activit��ii ei biologice permite dirijarea unor procese naturale din sol �i folosirea lor în scopul sporirii produc�iei agricole.

• Microbiologia insectelor studiaz� microflora normal� a insectelor �i, în general, a artropodelor, rela�iile sale cu organismele gazd�, mecanismele

de transmitere a unor agen�i patogeni la om, animale �i plante, precum �i microorganismele ce sunt patogene insectelor d�un�toare agriculturii �i omului.

• Microbiologia geologic� se ocup� cu studiul rolului unor organisme

în formarea unor depozite geologice (fier, mangan, sulf) în geneza rocilor

calcaroase, a hidrocarburilor, a z�c�mintelor de petrol, c�rbuni, gaze

naturale �i coroziunea rocilor; ea studiaz�, de asemenea, folosirea bacteriilor

în detectarea depozitelor de petrol etc.

• Microbiologia marin� (pelagic�) studiaz� rolul microorganismelor

în transformarea substan�elor organice �i anorganice din m�ri, influen�a lor

asupra productivit��ii biologice a m�rilor �i în formarea diferitelor roci

biogene �i a minereurilor organogene în m�ri. • Microbiologia cosmic� este ramura cea mai nou� a microbiologiei

aplicate ce studiaz� probleme legate de influen�a spa�iului cosmic asupra

viabilit��ii �i variabilit��ii microorganismelor, precum �i de posibilitatea

exportului �i importului de microorganisme.

• Patologia vegetal� (Fitopatologia) se ocup� cu studiul

microorganismelor ce produc boli la plante, stabilind simptomatologia, c�ile

de transmitere, rela�iile imunologice ale gazdelor, precum �i profilaxia �i tratamentul infec�iilor produse plantelor cultivate �i celor din flora spontan��

1.1. Date selective privind istoricul Microbiologiei

Microbiologia este o �tiin�a relativ tân�r�, datorit� faptului c�, din

lipsa mijloacelor de investiga�ie, oamenii de �tiin�� s-au ocupat, în primul

rând, de vie�uitoarele vizibile. Existen�a microorganismelor ca agen�i etiologici ai unor boli era îns� b�nuit� înc� din antichitate.

���

�

Hipocrat (460-370 î.H.), întemeietorul medicinei, considera doi

factori responsabili de aceste boli: unul intrinsec, reprezentat de contribu�ia

bolnavului, �i altul extrinsec, constând dintr-o alterare necunoscut� a

aerului, care devine nociv.

Aceast� prim� ipotez� asupra etiologiei bolilor infec�ioase a persistat

mult� vreme sub forma teoriei miasmelor (gr. miasma = emana�ie putred�, murd�rie).

Varon (100 î.H.) considera c� alterarea

aerului (gr. malaria = aer r�u) este determinat� de animale foarte mici, invizibile, care p�trund

în organism prin gur� �i prin n�ri. Fracastor (1488-1553) intuie�te foarte

corect una dintre caracteristicile esen�iale ale

bolilor produse de microorganisme �i anume

contagiozitatea lor. El arat� c� "infec�ia este

aceea�i pentru cel care a primit-o �i pentru cel

care a dat-o" �i c� ea este produs� de "particule mici �i imperceptibile", care

trec de la un organism bolnav la altul s�n�tos ("De Contagione", 1546).

Antony van Leeuwenhoek (1632-1723)

reu�e�te descoperirea microorganismelor,

folosind ca microscop un sistem de lentile

biconvexe de construc�ie proprie, cu o putere de

m�rire de 40-275x. El observ� protozoare, alge,

nematozi, levuri �i bacterii, pe care le descrie �i le deseneaz� în lucrarea sa "Arcana naturae ope microscopiorum detecta" (Tainele naturii

descoperite cu ajutorul microscoapelor, 1675).

De�i, descoperirile lui Leeuwenhoek au stârnit

admira�ia �i interesul oamenilor de �tiin��, studiul microorganismelor a

r�mas în continuare empiric, constituind doar o preocupare a amatorilor de

curiozit��i ale naturii. În felul acesta se acumuleaz� numai date disparate cu

privire la forma, structura, m�rimea �i distribu�ia în natur� a acestor

microorganisme.

Fig. 1 – Hipocrat

Fig. 2 – Fracastoro

���

�

Karl Linnaeus, celebru botanist, în opera sa "Systema naturae"

(1735) încearc� o sistematizare a vie�uitoarelor cunoscute, reunind toate

microorganismele într-un grup, denumit semnificativ "Chaos".

Terehovski, folosind pentru prima dat� metode experimentale,

public�, în anul 1775, lucrarea "De Chao infusorii Linnaei", în care

demonstreaz� c� fiin�ele foarte mici, observate în diferite infuzii bogate în

substan�e organice, cresc, se divid �i se mi�c� datorit� unor for�e interne

proprii, ajungând la concluzia c� aceste organisme sunt adev�rate animale în

miniatur�. Louis Pasteur (1822-1895), savant francez, prin lucr�rile sale

stabile�te principiile care stau �i azi la baza acestei �tiin�e.

Fig. 3 – Antony van Leeuwenhoek. (a) Microscop cu lentil� (1), dispozitiv de fixare (2)

�i �uruburi de reglaj (3, 4). (b) Tipuri morfologice de bacterii desenate de

Leeuwenhoeck.

Fig. 4 – Karl Linnaeus (1707 - 1778) �i lucrarea "Systema naturae".

���

�

Primele cercet�ri ale lui Pasteur au fost legate de fenomenul asimetriei

moleculare. La acidul tartric racemic, compus inactiv pentru lumina

polarizat�, demonstreaz� c� este un

amestec echimolecular de acid dextrogir

�i acid levogir, ale c�rui cristale sunt de

forme asimetrice �i enantiomorfe. De

asemenea, a observat c�, dac� în

amestecul racemic, inactiv din punct de

vedere optic, se dezvolt� un mucegai

(Penicillium glaucum), solu�ia devine

optic activ�, deviind, de ast� dat�, spre

stânga planul luminii polarizate.

Mucegaiul degradeaz� izomerul

dextrogir, l�sându-l intact pe cel levogir,

care, astfel, poate fi izolat în stare pur�. Aceast� descoperire, pe lâng� faptul c� furniza un procedeu simplu de separare a izomerilor optici, a demonstrat �i interven�ia unei caracteristici fizice, ca disimetria molecular� în fenomenele

chimice ale vie�ii, dar, mai ales a atras aten�ia lui Pasteur asupra unui

fenomen spre care se va îndrepta în continuare curiozitatea sa de cercet�tor:

microorganismele produc transform�ri ale substan�elor organice printr-o activitate selectiv� foarte specific�.

Cercet�rile lui Pasteur asupra fermenta�iei vinului �i berii l-au condus

la urm�toarele concluzii fundamentale:

• fermenta�iile sunt procese biologice, determinate de ac�iunea unor

microorganisme anaerobe, deci fermenta�ia este via�� f�r� aer;

• fiecare fermenta�ie este produs� de un anumit tip de microorganism,

care este specific, în sensul c� determin� o anumit� transformare a mediului

pe care cre�te;

• dezvoltarea unui microorganism str�in în mediul unde ac�ioneaz� un

microorganism cu ac�iune fermentativ� specific� deviaz� cursul normal al

fermenta�iei în dauna calit��ii (prin apari�ia compu�ilor nedori�i) �i a

randamentului ei în produs util, determinând o a�a-numit� "boal�" a

fermenta�iei;

Fig. 5 – Louis Pasteur

��

�

• microorganismele str�ine care produc bolile vinului �i ale berii sunt

consecin�a contamin�rilor din aer, de pe vasele sau din ingredientele folosite

în produc�ie, iar multiplicarea lor poate fi prevenit� prin înc�lzire, procedeu

utilizat sub denumirea de pasteurizare.

Pân� la Pasteur, ideea particip�rii microorganismelor la determinarea

unor boli era respins�, ca nefiind probat� pe cale experimental�. Pasteur

extinde no�iunea de specificitate din domeniul fermenta�iilor în acela al

patologiei omului �i animalelor, în sensul c� orice boal� infec�ioas� este

rezultatul activit��ii vitale a unui anumit microorganism specific, care se

dezvolt� ca parazit în organismul animal respectiv. Ulterior, cercet�rile

acestuia au demonstrat principiul vaccin�rii �i stabilirea bazelor �tiin�ifice

ale prepar�rii vaccinului, contribuind, în acela�i timp, la descoperirea

fenomenului de imunitate.

Studiind boala "holera g�inilor", Pasteur observ� c� agentul ei patogen

î�i pierde complet, prin învechirea culturii, capacitatea sa specific� de a

produce aceast� boal�, adic� devine avirulent. Inoculat� la p�s�ri s�n�toase,

cultura avirulent� le confer� îns� rezisten�a fa�� de holer�, în sensul c� ele nu

se mai îmboln�vesc nici dac� sunt infectate cu o cultur� proasp�t�, virulent�, p�s�rile "vaccinate" devenind "imune".

Pe acela�i principiu, Pasteur a mai preparat �i utilizat cu succes

vaccinul antic�rbunos (1881), apoi vaccinul antirabic (1885).

L. Pasteur rezolv� �i problema genera�iei spontane (Fig. 5). Ignorarea

unor principii esen�iale care, mai târziu, au stat la baza microbiologiei

experimentale, în ceea ce prive�te sterilizarea �i asepsia, a f�cut posibil� concluzia fals� c� microorganismele pot lua na�tere prin organizarea

spontan� a substan�elor organice din produsele supuse fermenta�iei sau

putrefac�iei. Folosind baloane speciale cu "gât de leb�d�", Pasteur

demonstreaz� c� un mediu de cultur� sterilizat, în spe�� bulionul de carne,

poate r�mâne steril timp îndelungat, dac� se evit� contaminarea sa cu

germeni din aer. Dac� prin înclinarea unui asemenea balon, mediul "spal�"

por�iunile incurbate ale gâtului r�mas descoperit, por�iunile în care s-au

depus bacteriile din aer, bulionul se infecteaz�. Faptul c� în baloanele cu

mediu steril, închise ermetic, nu apar niciodat� microorganisme, în timp ce

acela�i mediu se infecteaz�, dac� este l�sat în contact cu aerul, dovede�te c� microorganismele nu iau na�tere spontan din materia organic� inanimat�, ci

��

�

numai se înmul�esc în ea, pornind de la organisme similare, provenite din

mediul înconjur�tor.

L. Pasteur a adoptat pentru denumirea organismelor microscopice

termenul de "microb" (trad. via�� scurt�), creat de medicul francez Sedillot,

iar noua �tiin��, care studiaz� microbii, a r�mas cu numele de microbiologie.

Robert Koch (1843-1910) a adus în dezvoltarea microbiologiei ca

�tiin��, contribu�ii de ordin tehnic �i teoretic deosebit de valoroase, între care

conceptul de "cultur� pur�",

respectiv de organism cultivat într-

un mediu lipsit de alte organisme.

Realizarea culturilor pure este

facilitat� prin introducerea în

tehnica microbiologiei de c�tre

Koch, a mediilor de cultur� solidificate (cu gelatin� sau agar).

Pe lâng� faptul c� a

descoperit mai multe specii de

bacterii patogene, între care bacilul

tuberculozei (Mycobacterium tuberculosis) �i vibrionul holerei,

Koch demonstreaz�, f�r� echivoc,

c� bacteria carbonoas� (Bacillus anthracis) este agentul patogen al

bolii denumit� antrax sau c�rbune,

Fig. 5 – Experimentul lui Pasteur prin care combate teoria genera�iei spontane. A:

mediul nutritiv este introdus într-un balon; B. curbarea gâtului balonului (gât de

leb�d�"); C. sterilizarea mediului nutritiv; D. mediul nutritiv r�mâne steril fiind protejat

de p�trunderea microorganismelor din atmosfer� prin forma gâtului.

Fig. 6 – Robert Koch (1843-1910)

���

�

pe care îl cultiv� "in vitro" în ser sanguin, studiind formarea de spori

termorezisten�i, alternan�a de sporulare �i germinare, precum �i faptul c� infec�ia natural� a animalelor provine din sol prin iarba contaminat�.

Pe baza acestor cercet�ri, R. Koch stabile�te criteriile indispensabile

pentru ca un microorganism izolat dintr-un organism afectat de o anumit� boal� s� poat� fi considerat în mod justificat ca agentul cauzal al bolii

respective. Aceste criterii, cunoscute sub numele de postulatele lui Koch,

sunt urm�toarele:

• microorganismul incriminat s� poat� fi pus întotdeauna în eviden�� în

toate cazurile bolii respective, iar distribu�ia lui s� corespund� leziunilor

caracteristice bolii;

• s� poat� fi utilizat în cultur� pur�, pe medii artificiale;

• dup� ce este cultivat "in vitro", mai multe genera�ii s� reproduc� boala �i leziunile specifice la animalele sensibile, de la care s� poat� fi reizolat.

Postulatele lui Koch au reprezentat �i reprezint� înc� un principiu

eficace de lucru, a c�rui respectare previne interpret�rile eronate, în materie

de diagnostic bacteriologic sau de identificare a unor agen�i infec�io�i. Ilia Metchnikoff (1845-1916), biolog rus, studiind digestia

intracelular� la echinoderme, demonstreaz� capacitatea anumitor celule de a

capta �i îngloba diferite particule cu care vin în contact �i emite ipoteza c� celulele cu func�ii asem�n�toare,

denumite de el "fagocite", ar putea

exista �i în organismul altor animale.

Ulterior (1884), studiind

infec�ia crustaceului Daphnia magna

cu ciuperca Monospora

(Metschnikowia) bicuspidata,

observ� c� sporii aciculari ai levurii

p�trund odat� cu hrana în tubul

digestiv al dafniei, de unde,

str�pungând peretele acestuia, trec în

cavitatea general�, unde sunt ataca�i de celule mobile. Când infec�ia este

moderat�, amoebocitele înglobeaz� �i diger� to�i sporii ciupercii �i, astfel, crustaceul supravie�uie�te. Când îns�

Fig. 7 – Ilia Metchnikoff

���

�

infec�ia este masiv�, sporii r�ma�i nefagocita�i germineaz� �i dau na�tere

formei vegetative a ciupercii, care, prin multiplicare, invadeaz� tot

organismul dafniei, determinându-i moartea.

Metchnikoff extinde rezultatele acestor observa�ii la animalele

superioare �i la om, demonstrând prezen�a �i importan�a celulelor cu

propriet��i fagocitare în reac�iile de ap�rare ale organismului fa�� de

bacteriile patogene, stabilind, astfel, bazele imunit��ii celulare.

Dimitri� Ivanovski (1864-1920)

demonstreaz� c� mozaicul tutunului este produs

de un agent patogen invizibil la microscop, care

traverseaz� filtrele bacteriene �i poate fi transmis

de la o plant� bolnav� la una s�n�toas� prin

intermediul filtratului acelular al trituratului de

frunze, cu leziuni.

Martinus Beijerinck (1851-1931)

confirm� în 1898 filtrabilitatea agentului patogen

�i intuie�te natura deosebit� a agentului patogen,

pe care îl considera ca agent contagios viu

(contagium vivum fluidum). Aceast� intui�ie a f�cut din Beijerinck

adev�ratul intemeietor al virologiei ca �tiin��. Frederick Twort (1877-1950) �i Felix

d'Herelle (1873-1949) descoper�, în perioada

1915-1917, bacteriofagii (trad. mânc�tor de bacterii) �i fenomenul bacteriofagic.

Sergei Winogradsky (1856-1953),

lucrând la Institutul Pasteur din Paris, a descris

procesul de asimilare la organismele

chimiosintetizante �i fenomenul de fixare a

azotului atmosferic de c�tre microorganisme. În

acela�i timp el a elaborat metode speciale

pentru cercetarea activit��ii microorganismelor

din sol, fiind considerat intemeietorul

Microbiologiei solului.

Fig. 8 – Dimitri Ivanovski

Fig. 9 – Martinus Beijerinck

���

�

Alexander Fleming (1881-1955), observ� în anul 1929 c� unele

culturi de Penicillium, elaboreaz� o substan�� cu propriet��i microbiene

specifice – penicilina.

Acest prim antibiotic a

fost mai târziu purificat

de Florey �i Chain

(1940). Prin lucr�rile

sale, Fleming deschide

era antibioticelor, de o

importan�� excep�ional� în medicin� �i biologie.

Stanley Prusiner (1942- ), neurolog �i biochimist american, laureat al Premiului Nobel

în 1997. A descoperit c� encefalopatia

spongiform� la bovine �i boala Creutzfeldt-Jakob

la om sunt produse de particule infec�ioase de

natur� proteic�, pe care le-a numit prioni.

1.2. �coala româneasc� de Microbiologie

Victor Babe� (1854-1926), fondatorul

�colii române�ti de microbiologie, a

desf��urat o prodigioas� activitate de

cercet�tor, studiind numeroase boli ale

omului, printre care lepra, tuberculoza, holera,

febra tifoid� �i, mai ales, turbarea.

În colaborare cu Cornil, este autorul

primei lucr�ri de sintez� în bacteriologie �i

Fig. 10 – Alexander Fleming

Fig. 11 – Stanley Prusiner

Fig. 12 – Victor Babe�

���

�

anatomie patologic� din lume, ap�rut� în 1885: “Bacteriile �i rolul lor în etiologia, anatomia �i histologia patologic� a bolilor infec�ioase”.

A studiat, de asemenea, asocia�iile microbiene, fiind primul cercet�tor

care, dup� Pasteur, �i-a dat seama de importan�a terapeutic� a

antagonismului microbian.

Ioan Cantacuzino (1863-1934)

este creatorul Institutului de

Microbiologie, care îi poart� numele, �i al

�colii contemporane de microbiologie din

�ara noastr�. Cele mai importante lucr�ri sunt referitoare la aparatele �i func�iile

fagocitare în regnul animal �i problema

imunit��ii la nevertebrate. Cantacuzino a

studiat, de asemenea, diferite boli ca

holera, febra tifoid�, scarlatina,

tuberculoza, creând �i organizând

condi�iile produc�iei de seruri �i vaccinuri

în �ara noastr�. Constantin Ionescu-Mih�ie�ti (1883-1962) a adus contribu�ii

�tiin�ifice valoroase în domeniul virologiei, imunologiei �i microbiologiei

generale.

Dumitru Combiescu (1887-1961) a desf��urat o ampl� activitate în

domeniul rickettsiozelor �i zoonozelor.

Mihai Ciuc� (1883-1969) este autorul unor lucr�ri deosebit de

importante în domeniul bacteriofagilor, paludismului, salmonelozelor,

difteriei.

�tefan Nicolau (1896-1967) este creatorul �colii române�ti de

virologie �i fondatorul institutului respectiv. A publicat numeroase lucr�ri originale în domeniul herpesului, turb�rii, febrei aftoase, febrei galbene,

hepatitelor virale.

Traian S�vulescu (1889-1963) este creatorul �i îndrum�torul �colii

române�ti de fitopatologie. Este autorul unor lucr�ri de sintez� ca

Monografia uredinalelor, Monografia ustilaginalelor �i al unor lucr�ri originale în fitopatologie �i în domeniul imunit��ii plantelor fa�� de bolile

bacteriene.

Fig. 13 – Ioan Cantacuzino

���

�

��

1. Virusurile sunt:

a) organisme acelulare

b) organisme procariote

c) organisme eucariote

2. Genomul viral este format din:

a) ADN �i ARN

b) ADN sau ARN

c) ADN

d) ARN

3. P�trunderea (Infec�ia) virusului în celula bacterian� are loc:

a) prin for�e proprii

b) printr-un vector activ

c) prin "înglobare", de c�tre celul�

4. Pentru sinteza capsidei virale se utilizeaz�:

a) proteine existente în citoplasm�

b) proteine sintetizate de ARN gazd�

c) proteine sintetizate de AN viral

Rezultatele corecte:

1 - a; 2 - b; 3 - a; 4 - b

�

�

�������������������

���

�

Capitolul 2

CARACTERELE GENERALE �I POZI�IA MICROORGANISMELOR ÎN LUMEA VIE

Microorganismele, cu excep�ia celor cu structur� acelular�

(virusurile), au ca unitate elementar� de baz� celula. Celula la

microorganisme, asem�n�toare, în general, cu celula vegetal� �i animal�, prezint� unele particularit��i în func�ie de grupul de microorganisme

considerat.

Aceste particularit��i structurale �i func�ionale au determinat

împ�r�irea microorganismelor în dou� grupe (Chatton, 1932 �i Stanier,

1970). Între microorganismele procariote �i eucariote exist� diferen�e

esen�iale, structurale, func�ionale �i de compozi�ie.

Diferen�ele dintre celula procariot� �i celula ecucariot�

Caracterul

Procariote Eucariote

Bacterii Cyanobacterii

Alge, Fungi, Protozoare, Plante, Animale

Nucleul F�r� membran� proprie Cu membran� proprie

Dispunerea ADN

O singur� molecul� de

ADN dublu catenar,

nelegat de histone

Unul sau mai mul�i cromozomi. ADN dublu

catenar, legat de histone

Compozi�ia chimic� a

membranei citoplasmatice

Lipsit� de steroli

(cu excep�ia

micoplasmelor)

Con�ine steroli

Sistemul respirator

Face parte din membrana

citoplasmatic� sau

mezozomi

Mitocondrii

Aparatul fotosintetizant Absent sau asociat

membranei citoplasmatice Cloroplaste

Ribozomii Tip 70 S Tip 80 S

Curen�ii citoplasmatici Absen�i Prezen�i

Peretele celular Con�ine peptidoglicani

(murein�) Când este prezent con�ine

celuloz�, chitin�, silice

Reticulul endoplasmatic Absent Prezent

Tipul de diviziune Direct� (sciziparitatea) Mitoz�

���

�

Ribozom

Capsul�Perete celular

Membran� citoplasmatic�

Incluziune

Citoplasm� Material nuclear

(ADN)

Fimbrii

Plasmid

Flageli

Fig. 15 – Structura celulei procariote

Membran� nuclear�

Ribozomi(ata�a�i)

Riboszomi(liberi)

Reticul endoplasmatic neted

Nucleu

Reticul endoplasmatic rugos

Nucleol

Aparat Golgi

Mitocondrie

Perete

celular

Membran�celular�

Cloroplast

Vacuol�

Fig. 16 – Structura celulei eucariote

���

�

2.1. Pozi�ia microorganismelor în lumea vie

Dup� acumularea a numeroase cuno�tin�e asupra microorganismelor a

fost necesar� introducerea acestora într-un grup taxonomic. Ini�ial

microorganismele au fost incluse în regnul Plantae, iar ulterior au fost

incluse în diferite sisteme de clasificare.

A. Sistemul tradi�ional:

1. Regnul Plantae;

2. Regnul Animalia.

B. Sistemul lui Hogg �i Haeckel (1866):

1. Regnul Monera;

2. Regnul Plantae;

3. Regnul Animalia.

C. Sistemul lui Copeland (1938):

1. Regnul Procaryotae (Monera);

2. Regnul Protista;

3. Regnul Plantae;

4. Regnul Animalia.

D. Sistemul lui Whittaker (1969):

1. Regnul Procaryotae (Monera)

(bacterii, cianobacterii = alge albastre-verzi);

2. Regnul Protista (protozoare, diatomee);

3. Regnul Fungi (ciuperci);

4. Regnul Plantae (alge verzi, brune, ro�ii, brofite, traheofite);

5. Regnul Animalia (animale multicelulare).

Ast�zi, majoritatea speciali�tilor din domeniul microbiologiei au

acceptat sistemul de clasificare elaborat de Whittaeker (Fig. 17) în anul

1969, care corespunde necesit��ilor actuale.

��

�

Din punct de vedere taxonomic, subdiviziunile regnului sunt:

încreng�tura, subîncreng�tura, clasa, ordinul, familia, genul, specia.

Unitatea de lucru efectiv� este specia, la care denumirea este în

sistemul binominal, numele organismului fiind derivat din latin� sau greac�. În sistemele de clasificare prezentate anterior sunt cuprinse numai

organismele care au ca unitate de baz�, celula, eucariot� sau procariot�, nefiind introduse entit��ile infec�ioase, cum sunt virusurile sau prionii, �i care au fost "al�turate" acestor sisteme de clasificare.

LUMEA VIE

Organisme

procariote

Organisme

eucariote

Fig. 17 – Împ�r�irea lumii vii în cinci regnuri (dup� Whittaker, 1969)

��

�

2.2. Prionii

Prionii sunt agen�i infec�io�i neconven�ionali de natur� proteic�, lipsi�i de orice tip de acid nucleic, care produc un grup de boli neurodegenerative,

transmisibile la animale �i om, numite boli prionice. Procesul care

declan�eaz� boala este reprezentat de conversia unei proteine normale,

sintetizat� în mod natural în creierul tuturor mamiferelor (PrPc), într-una

mutant�, patogen� (PrPSc

).

Prima semnalare a unei boli de natur� prionic� a fost f�cut� în Anglia,

în anul 1732, la ovine.

Ast�zi, sunt cunoscute ca boli certe, produse de prioni, urm�toarele:

- la animale:

1. encefalopatia spongiform� la ovine, denumit� popular scrapie

(engl.); tramblanta (fr.). În România mai este utilizat, impropriu, termenul

de "c�piala" oilor, dar aceasta este o boal� bine cunoscut� �i este produs� de

un parazit animal. Medicii veterinari aviza�i folosesc termenul francez de

tramblanta oilor.

2. encefalopatia spongiform� bovin� (BSE sau "boala vacii nebune");

3. encefalopatia spongiform� la feline;

4. encefalopatia spongiform� la nurci;

5. encefalopatia spongiform� la hamsteri.

- la om: 1. Boala "Kuru". Aceasta este prima semnalat� �i cel mai bine

studiat�. A fost depistat� la un trib local în Papua - Noua Guinee. Dup� interzicerea consumului de carne în stare proasp�t�, aceast� boal� a fost

eradicat�. 2. Boala Creutzfeldt-Jacob (CJD);

3. Sindromul Alpers (la copii);��

4. Sindromul Gerstmann-Straussler-Scheinker (GSS);

5. Insomnia fatal� familial� (FFI).

Agentul infec�ios În prezent, se consider� c� agentul infec�ios este o molecul� proteic�,

cu greutatea molecular� de 28 kilodaltoni, alc�tuit� dintr-un lan� de 208-220

���

�

de aminoacizi, în func�ie de specie, �i care prezint� o configura�ie spa�ial�, asem�n�toare unui metru de tâmpl�rie, par�ial destins. Prezint� un cap�t NH2-terminal, o regiune central� �i un cap�t COOH-terminal.

Aceast� protein� a fost izolat� din creierul tuturor cazurilor bolnave

studiate. Surpriza a sosit în momentul studierii în paralel (la oi) a creierului

la animale s�n�toase �i care prezint� o protein� celular� similar�. Lan�ul de

aminoacizi este identic cu

excep�ia unui singur aminoacid

(schimbat).

Proteina celular� normal� (PrP

c) prezint� o configura�ie

spa�ial� asem�n�toare unui

resort. Speciali�tii din

biochimie consider� c�, prin

schimbarea unui singur

aminoacid din lan�, nu se poate

modifica configura�ia spa�ial�. În acela�i timp, proteina

infec�ioas� (PrPSc

) rezist� la

atacul proteazelor celulare.

Se consider� c� procesul infec�ios se desf��oar� astfel: celula prepar� proteina celular� normal� care se acumuleaz� în lizozomi, ace�tia o

transport� la exteriorul celulei �i în momentul în care aceast� protein� p�trunde din nou în celul� este degradat� de proteaze.

În cazul proteinei infec�ioase, aceasta se acumuleaz� în lizozomi în

mod continuu, pân� când ace�tia "crap�". Enzimele din interiorul lor

degradeaz� componentele celulare �i, în final, întreaga celul� nervoas�. În

locul acesteia r�mâne un orificiu. Din acest motiv, dup� un timp, creierul

atacat arat� ca un burete (cu numeroase orificii). În stadiul final al bolii,

creierul degenereaz� complet, având dimensiunea unei nuci.

Studiile cele mai ample sunt efectuate la animale, la om ele fiind

extrem de pu�ine, deoarece boala poate fi studiat� numai dup� moartea

individului.

Prionii pot rezista la ac�iunea multor factori fizico-chimici, dintre care

amintim: formol 10% (timp de 28 de luni), caldur� (rezist� la fierbere timp

Fig. 18 – Proteina prionic� (huPrP)

responsabil� pentru o serie de boli prionice la

om (www.itqb.unl.pt).

���

�

de 3 ore), factori inhibitori ai acizilor nucleici, precum �i la ac�iunea

radia�iilor UV.

2.3. Virusurile

Virusurile (lat. virus – otrav�, infec�ie, lichid otr�vitor) reprezint� o

categorie specific� de agen�i infec�io�i, structural �i fiziologic fundamental

diferi�i de oricare dintre microorganismele cunoscute (Zarnea, 1983).

2.3.1. Morfologia virusurilor

Din punct de vedere morfologic (Fig. 19), virusurile pot apar�ine

urm�toarelor tipuri principale: form� cilindric�-alungit� sau de bastona� (virusul mozaicului tutunului - Tobamovirus); form� sferic� (izometric�), sferoidal� (virusul gripal - Myxovirus), form� paralelipipedic� (virusul

variolei - Parapoxvirus), form� de cartu� sau obuz (virusul piticirii galbene

la cartof - Nucleorhabdovirus), form� de mormoloc, spermatozoid sau

cirea�� cu coad� (unii bacteriofagi).

Dimensiunile virusurilor: 17 - 2500 nanometri (1 nm = 10-9

m).

���

�

2.3.2. Structura virusurilor

De�i diferitele virusuri se deosebesc mult ca form� �i dimensiuni, ele

sunt constituite dup� principii comune. Particula viral� matur� (virionul)

este alc�tuit� din dou� componente esen�iale (Fig. 20): genomul viral �i capsida, precum �i un constituent accesoriu, înveli�ul extern (peplos).

Fig. 19 – Tipuri morfologice de virusuri: (a) form� cilindric� (Tobamovirus); (b)

form� izometric� (Myxovirus); (c) form� paralelipipedic� (Parapoxvirus); (d) form� de

cartu� (Nucleorhabdovirus); (e) form� de cirea�� cu coad� (bacteriofagul T4).

���

�

Genomul viral este reprezentat, în mod obi�nuit, printr-o molecul� de

acid nucleic (ADN sau ARN, niciodat� ambele). Virusurile cu genom ADN

sunt numite dezoxiribovirusuri, iar cele cu genom ARN – ribovirusuri. Genomul viral poart� informa�ia genetic� necesar� replic�rii în sensul

sintezei constituen�ilor virali �i a precursorilor acestora.

Capsida viral� (gr. kapsa – cutie) acoper� genomul, fiind alc�tuit� din

subunit��i proteice, denumite capsomere. Capsomerele sunt constituite din

molecule proteice, a�ezate în mod regulat, formând, în ansamblu, structura

specific� a virusului. Capsida protejeaz� materialul genetic.

Capsida �i genomul viral formeaz� nucleocapsida.

La unele virusuri, nucleocapsida este acoperit� de o structur� trilamelar�, numit� înveli� extern sau peplos (gr. peplos – manta), ce poate

prezenta la exterior ni�te proeminen�e de suprafa��, denumite spicule.

2.3.3. Virusurile plantelor

Virusurile plantelor au o mare importan�� ca agen�i patogeni, datorit�

marii lor r�spândiri �i faptului c� acela�i virus poate infecta plante, care

apar�in de diferite familii botanice.

Bolile produse de virusuri la plante sunt denumite viroze. Pân� în

prezent sunt cunoscute câteva sute de boli virale, produse de virusuri, care

apar�in la 25 genuri distincte. Majoritatea virusurilor plantelor au genom

ARN monocatenar.

Capsid�

Înveli� extern

(peplos)

Spicule

Acid nucleic

(ADN sau ARN)

Fig. 20 – Structura unor virusuri �i denumirea constituen�ilor virali

���

�

Din punct de vedere morfologic, virusurile plantelor apar�in la dou� grupuri: grupul virusurilor izometrice (izodiametrice) sau sferice �i grupul

virusurilor alungite.

În general, virusurile plantelor au o structur� chimic� mai simpl� decât

virusurile animale �i bacteriofagii.

Mecanismul de transmitere

Virusurile se pot transmite de la planta bolnav� la planta s�n�toas� pe

mai multe c�i: A - transmitere mecanic�: prin contact între frunze; anastomoze

radiculare; unelte de lucru; altoire.

B - transmiterea prin vectori se realizeaz� prin intermediul insectelor

(cca..400 specii): afide �i cicade. Rela�ia dintre virus - insect� vectoare este

variabil� �i corespunde urm�toarelor trei situa�ii: • Virusuri nepersistente pot fi transmise pân� la circa 4 ore de la achizi�ie.

• Virusuri semipersistente au capacitatea de infectare variabil� de la 10-100

ore de la achizi�ie.

• Virusuri persistente cu o capacitate de infectare de peste 100 ore (uneori

chiar toat� durata de via�� a vectorului).

În func�ie de r�spândirea �i comportarea virusurilor în corpul

vectorului, acestea se împart în trei categorii:

• Virusuri localizate pe stilet (virusuri nepersistente).

• Virusuri circulante (virusuri persistente) pot fi transmise timp îndelungat

ajungând în hemolimfa insectei.

• Virusuri propagative (virusuri persistente) se multiplic� în corpul

vectorului fiind transmise toat� via�a insectei.

C - transmiterea prin intermediul ciupercilor fitopatogene din sol, (ex.

Polymyxa betae transmite virusul rizomaniei la sfecla pentru zah�r). D - transmiterea prin intermediul nematozilor.

E - transmiterea prin semin�e (cca.. 1/3 din virusuri).

Circula�ia virusurilor în interiorul plantelor se realizeaz� prin

parenchim (plasmodesme), prin floem �i prin xilem.

���

�

2.3.4. Bacteriofagii Bacteriofagii (gr. bakterion – bastona�; gr. phago ein – a mânca) sunt

virusuri adaptate la via�a parazitar� în celulele bacteriene �i, care, prin

multiplicare, produc liza acestora.

În anul 1915, Twort descoper� fenomenul de liz� transmisibil�, dar nu

poate explica cu exactitate cauza acesteia. D'Herelle (1917) demonstreaz� natura particular� a fagului �i îl consider� ca virus, determinându-l

bacteriofag (mânc�tor de bacterii). În anul 1940, ia fiin�� un grup de

cercet�tori, denumit "grupul fag", condus de Delbrück, sistemul bacterie-

bacteriofag fiind folosit ca model experimental pentru cele mai importante

studii de genetic� molecular�. Structura fagilor difer� de la un grup la altul, în majoritate ace�tia

încadrându-se în dou� tipuri de baz� �i anume:

• tipul icosaedric (poliedric);

• tipul filamentos.

Datele cele mai numeroase, cunoscute în prezent, sunt cele referitoare

la fagii din seria T, îndeosebi la fagi T-par (T2, T4, T6).

Anatomia fagilor T-par

Particula viral� matur� a fagilor T-par cu g.m. 2,2x1010

este alc�tuit� din ADN �i protein� �i, din punct de vedere anatomic, prezint� urm�toarele

componente: cap, guler, coad�, plac� bazal� �i fibrele cozii (Fig. 21).

Capul fagului, la microscop, prezint� o form� poliedric�, iar în

sec�iune are o form� hexagonal�, cu o lungime de 100 nm �i o l��ime de 65

nm. Acesta este constituit din capsomere cu diametrul de 4 nm, dar nu este

cunoscut, înc�, num�rul �i modul de a�ezare al acestora.

În interiorul capului, se g�se�te genomul, alc�tuit dintr-o molecul� de

ADN d.c., liniar�, cu lungimea de 50 µm, ce cuprinde 200 gene, fiind

împachetat� foarte strâns.

În partea bazal� a capului, la locul de prindere al cozii, se afl� un dop proteic, cu rol de articulare mecanic�.

Între acest dop �i placa bazal� se g�se�te un tub lung de 120 nm,

reprezentat de cilindrul axial al cozii. El are un diametru de 7,5 nm �i un

���

�

canal central cu diametrul de 2 nm, prin care trece ADN-ul în momentul

introducerii în celula bacterian�. La exteriorul cilindrului axial se g�se�te teaca contractil� a cozii, care

în stare extins� are o lungime de 80 nm, iar când se contract�, teaca se

scurteaz� la ½, respectiv 35 nm. Teaca este constituit� din 24 de inele

suprapuse �i, datorit� aranjamentului capsomerelor, formeaz� o helice.

Gulerul fagului este situat între dopul proteic �i coada fagului �i are

forma unui disc hexagonal de 1,5 nm grosime cu Ø de 3,6 nm.

Placa bazal� este un disc hexagonal cu Ø de 40 nm �i este prev�zut la

partea inferioar� cu �ase cârlige (cro�etele cozii sau spicule), care sunt

unit��i integrale de fixare a fagului pe bacterie.

În momentul contrac�iei, placa bazal� ia forma de stea cu diametrul

m�rit la 60 nm �i este lipsit� de dopul central.

Fibrele cozii sunt structuri filamentoase, proteice, de 130 nm lungime,

fixate cu unul dintre capete pe placa bazal�, iar cu cel�lalt cap�t pe gulerul

fagului, cea de-a doua leg�tur� fiind mai slab�. Aceste fibrile formeaz� o re�ea, care îmbrac� teaca contractil� a cozii

�i, care, în perioada premerg�toare fix�rii fagului, se desprind de pe guler �i

CAPUL

FAGULUI

Capsida

Acid nucleic (ADN)

GULER

Cilindrul axial al cozii

Teaca contractil�

PLACA

BAZAL�

FIBRELE COZII

Cro�etele cozii

COADA

FAGULUI

Fig. 21 – Structura bacteriofagilor T4

���

�

r�mân legate numai pe placa bazal�, înotând libere în mediu, având aspectul

unor picioare de p�ianjen.

Structura genomului

Bacteriofagii prezint�, în majoritate, un genom format dintr-o singur� molecul� de acid nucleic (ADN m.c., ADN d.c. , ARN m.c.), cu o singur� excep�ie, fagul Ø 6 de la Pseudomonas phaseolicola, care are un genom

ARN segmentat, format din trei segmente.

Genomul bacteriofagilor se deosebe�te de genomul virusurilor

animale �i vegetale prin prezen�a unor baze nucleice neobi�nuite, cum ar fi

la bacteriofagii T-par, în loc de citozin� prezint� 5-hidroximetilcitozin�, iar

la fagii de la Bacillus subtilis, 5-hidroximetilluracil �i 5-4,5

hidroximetiluracil.

Legat de acest aspect s-a emis ipoteza c� aceste baze nucleice ar avea

rol de protec�ie a acidului nucleic fagic împotriva ac�iunii unor enzime

virale (nucleaze) care atac� numai acidul nucleic str�in �i, în felul acesta,

poate degrada selectiv cromozomul bacterian în cursul sintezei de virus.

Infec�ia celulei bacteriene. Replicarea

Între fagi �i bacteriile infectate se pot stabili dou� tipuri de rela�ii, func�ie de ciclul de via�� al bacteriofagilor.

Dac� bacteriofagii sunt virulen�i, infectarea bacteriei duce la formarea

de noi virioni, care, în urma fenomenului de liz� bacterian�, sunt elibera�i în

mediu. Acest tip de rela�ie poart� numele de ciclu litic �i faciliteaz� formarea �i eliberarea a 100-200 de virioni, în aproximativ 20 de minute.

În cazul în care bacteriofagii sunt tempera�i, genomul acestora se

integreaz� în cromozomul bacterian, se replic� concomitent cu acesta �i se

distribuie la celulele fiice, f�r� a-�i manifesta func�iile virale. Aceast� manifestare poart� numele de ciclu lizogenic, iar genomul fagic integrat în

genomul celulei bacteriene a fost numit profag (provirus). Dup� mai multe

genera�ii, profagul se desprinde de cromozomul bacterian �i devine fag litic

care lizeaz� celula bacterian� �i elibereaz� în mediul înconjur�tor virioni

lizogeni.

Ciclul de replicare vegetativ� (ciclul litic) a fagului are urm�toarele

etape:

��

�

I. Adsorb�ia reprezint� procesul de fixare a particulelor virale pe

suprafa�a bacteriilor. Dup� o serie de ciocniri întâmpl�toare, fagul se fixeaz� pe peretele celular prin intermediul fibrelor cozii, realizând faza de fixare

ini�ial�, care poate fi reversibil�. Urmeaz� faza de fixare ireversibil�, realizat� prin intermediul cro�etelor, care este condi�ionat� de prezen�a

receptorilor de fag (Fig. 22). Ace�tia sunt reprezenta�i de orice structur� existent� la suprafa�a celulei bacteriene sau pe pilii �i flagelii acesteia, iar

sinteza lor este controlat� de gene bacteriene.

II. Injectarea genomului viral în celula bacterian�. Dup� fixarea

ireversibil� pe peretele celular are loc o contrac�ie a cozii fagului, axul

central al acesteia p�trunzând în adâncimea peretelui celular 12 nm, iar

genomul este injectat prin intermediul cilindrului axial tubular (Fig. 23). Nu

se cunosc înc� for�ele care proiecteaz� genomul viral în interiorul celulei,

injectarea f�cându-se rapid (15 secunde la T4).

Fig. 23 – Injectarea genomului viral în celula bacterian�

Material nuclear bacterian

Fig. 22 – Adsorb�ia particulelor virale pe suprafa�a bacteriilor

��

�

III. Replicarea bacteriofagilor. Dup� p�trunderea genomului fagic în

interiorul celulei bacteriene au loc procese coordonate de cele 200 de gene,

care î�i încep activitatea e�alonat în mai multe faze (Fig. 23-25): 1 - formarea proteinelor timpurii cu rol în:

a - "astuparea" g�urilor produse la intrare în peretele celular;

b - blocheaz� transcrierea informa�iei de c�tre ARNm al celulei gazd�, rolul fiind preluat de ARNm viral;

c - degradarea ADN gazd�, de c�tre unele proteine , fiind f�r�mi�at

pân� la nucleotide în segmente de ADN d.h. mici de 1/100 din cromozomul

originar, care sunt degradate în continuare la nucleotide, formându-se un

stoc, din care cel pu�in 1/3 sunt utilizate la formarea fagilor progeni.

2. replicarea genomului viral, care este semiconservativ�, �i nu prin

efectuarea de copii identice, repetate ale genomului originar;

3. formarea proteinelor tardive. Sinteza acestora devine predominant�

când ADN viral a ajuns la rata maxim� de replicare. Proteinele tardive sunt

grupate în trei categorii:

a - proteine structurale ale virusului;

b - proteine active în procesul de morfogenez�; c - enzime necesare lizei celulei bacteriene.

Fig. 24 – Replicarea genomului viral

Proteine virale

Fig. 23 – Sinteza proteinelor virale

���

�

4. asamblarea �i morfogeneza virusului este dirijat� de 50 de gene din

cele 200. Fagul este constituit din trei por�iuni distincte, care se formeaz� separat pe trei linii principale, care duc independent la formarea capului, a

cozii �i a fibrelor cozii.

În treptele urm�toare, compu�ii fini�i se combin� pentru a forma

particula viral�. Încorporarea genomului are loc înaintea unirii celor trei componente.,

Încorporarea este activat� de unele proteine care asigur� "aspirarea" ADN în

precap, formarea capului fagic nefiind definitiv�. ADN se ruleaz� ca o bobin�, al c�rui ax este perpendicular fa�� de cel

al cozii. Bobinarea are loc de la exterior la interior, ultima spir� fiind prima

care iese în momentul infec�iei virale.

Concomitent cu împachetarea ADN, capul fagului cre�te în volum �i devine matur. Urmeaz� unirea celor trei componente, cap, coad�, fibrele

cozii, des�vâr�indu-se fagul matur.

IV. Liza bacterian� �i eliberarea fagului. Liza bacterian� se

datoreaz�ac�iunii unei enzime (endolizina), a c�rei sintez� este indus� de

prezen�a fagului în celula bacterian�. La un moment dat, când con�inutul în

endolizin� este maxim, metabolismul celular înceteaz� brusc �i are loc o

Fig. 25 – Asamblarea �i morfogeneza virusului (dup� Tortora �i colab., 1992)

���

�

distrugere masiv� a peretelui celular, cu un caracter exploziv, fagii fiind

expulza�i în exterior (Fig. 26).

2.3.5. Fagii filamento�i

Fagii filamento�i (Fig. 27), care infecteaz� E. coli, au forma unor

bastona�e flexibile cu diametrul de 6 nm �i o lungime de 1000-2000 nm.

Structura este aceea a unui

cilindru proteic gol, deschis la

capete (capsid�), în interior

aflându-se genomul fagic, format

din ADN m.c., o molecul� circular�.

Fagii filamento�i infecteaz� numai bacteriile cu caracter

mascul, ca �i fagii cu ARN,

adsorb�ia f�cându-se pe receptori

speciali situa�i la extremitatea

liber� a pililor de sex.

Fagii maturi sunt elimina�i, f�r� ca bacteria s� fie lizat�, prin

intermediul unor pori, care se formeaz� în membrana citoplasmatic�. Bacteria continu� s� se divid� pentru o perioad� de timp, iar ulterior

con�inutul celular al acesteia trece la exterior prin porii deschi�i de virioni.

Fig. 26 – Liza bacterian�

Fig. 27 – Structura bacteriofagului M13

���

�

2.3.6. Cianofagii

Cianofagii (sin. ficovirusuri, algofagi) sunt agen�i virali, capabili s� produc� infec�ii la numeroase specii de cianobacterii (alge albastre-verzi),

influen�ând, astfel, dinamica acestor popula�ii, în sensul men�inerii unui

echilibru în bazinele acvatice naturale.

Sunt similari ca structur� �i evolu�ie cu bacteriofagii T-impar,

genomul fiind reprezentat de ADN dublu catenar de 13,2 µm.

2.3.7. Micovirusurile

Sunt virusuri care atac� fungii, fiind cunoscute �i sub denumirea de

micofagi. Din cele peste 50 de genuri atacate men�ion�m: Penicillium, Aspergillus, Mucor, Fusarium, Saccharomyces, Candida etc.

Structura micovirusurilor. Cel mai bine studiat este virusul care

infecteaz� specia Penicillium chrysogenum, care se prezint� sub forma unor

mici particule poliedrice, cu Ø de 33-41 nm. Genomul este reprezentat de o

molecul� de ARN d.c.

La fungi, virusurile sunt, în general, latente, celulele se dezvolt� mai

lent, dar nu lizeaz� constant. Micovirusurile au fost eviden�iate �i în sporii

fungilor.

Transmiterea micovirusurilor, în general, se face în urma

plasmogamiei (heterocarioza).

2.3.8. Sistematica, nomenclatura �i identificarea virusurilor

Prima clasificare a virusurilor poart� numele de sistemul LHT �i a fost

realizat� în anul 1962 de c�tre cercet�torii Lowoff, Horn �i Tournier.

Sistemul ofer� o prim� clasificare �tiin�ific� a virusurilor, bazat� pe

urm�toarele criterii:

1) natura materialului genetic;

2) tipul de simetrie a capsidei;

3) prezen�a sau absen�a înveli�ului extern;

4) dimensiunea virionului �i a capsidei.

���

�

În prezent, exist� dou� sisteme principale utilizate pentru clasificarea

virusurilor:

1. Sistemul de clasificare ICTV . Centrul Interna�ional de Taxonomie a

Virusurilor (ICTV = International Comitee on Taxonomy of Viruses) a

elaborat, la începutul anilor 1990, un sistem de clasificare �i nomenclatur� a

virusurilor. ICTV are sarcina de a actualiza �i de a men�ine un sistem

taxonomic universal.

Conform acestui sistem, la clasificarea virusurilor se �ine cont de

urm�toarele aspecte :

• propriet��i morfologice (m�rimea �i forma virionului, structura �i simetria

capsidei, etc.);

• propriet��i fizico-chimice �i fizice (greutatea molecular�, coeficientul de

sedimentare);

• genomul (tipul acidului nucleic, monocatenar sau bicatenar);

• organizarea �i replicarea genomului;

• propriet��ile antigenice;

• propriet��i biologice (spectrul de gazde, modul de transmitere în natur�, rela�iile cu vectorii).

Unit��ile taxonomice pentru virusuri încep la nivel de ordin �i fiecare

taxon prezint� sufixul, scris cursiv între paranteze.

• Ordin (-virales)

• Familie (-viridae)

• Subfamilie (-virinae)

• Gen (-virus)

• Specie

Conform datelor publicate în 2010 de Centrul Interna�ional de

Taxonomie a Virusurilor,�în schema taxonomic� sunt cuprinse: Sase ordine,

87 familii, 19 subfamilii, 348 genuri �i 2285 specii de virusuri. Cele �ase

ordine stabilite de ICTV sunt: Caudovirales, Herpesvirales, Mononegavirales, Nidovirales, Picornavirales �i Tymovirales.

2. Sistemul de clasificare Baltimore. Clasificarea Baltimore, ini�iat� de

biologul american David Baltimore (1971), separ� virusurile în �apte grupe.

Are la baz� împ�r�irea în func�ie de tipul genomului viral, sens, precum �i

���

�

metoda de replicare. Aceasta clasificare este deseori preferat� datorit� u�urin�ei de identificare a diferitelor familii de virusuri:

• Tipul I: Virusuri cu genom ADN, dublucatenar: Fam. Herpesviridae,

Fam. Poxviridae, Fam. Adenoviridae �i Fam. Papovaviridae

• Tipul II: Virusuri cu genom ADN monocatenar. Familiile: Circoviridae �i Parvoviridae

• Tipul III: Virusuri cu genom ARN dublucatenar. Familiile: Reoviridae �i Birnaviridae

• Tipul IV: Virusuri cu genom ARN(+), monocatenar. Familiile:

Astroviridae, Caliciiridae, Coronaviridae, Flaviviridae, Picornaviridae,

Arteriviridae �i Togaviridae

• Tipul V: Virusuri cu genom ARN monocatenar (-). Familiile:

Orthomyxoviridae, Arenaviridae, Paramyxoviridae, Bunyaviridae �i Rhabdoviridae.

• Tipul VI: Virusuri diploide cu genom ARN monocatenar: Fam.

Retroviridae.

• Tipul VII: Virusuri cu genom ADN dublucatenar cu molecula de ARN

monocatenar ca intermediar: Fam. Hepadnaviridae.

Pentru identificarea virusurilor se utilizeaz� metode moderne, bazate

pe studiul componentelor genomului viral, pe clon�ri �i hibrid�ri nucleare �i enzimatice de tip ELISA sau PCR.

�

2.4. Bacteriile

Sunt organisme unicelulare, cu o structur� complex�, care au un

metobolism propriu, datorit� unui aparat enzimatic complex, ce le asigur� desf��urarea proceselor vitale. În linii generale, bacteriile au o serie de

caractere generale, ce pot fi sistematizate astfel:

• Nucleul celulei bacteriene este de tip procariot, adic� lipsit de membran�, iar afinit��ile tinctoriale nu sunt deosebite fa�� de citoplasm�.

• Bacteriile au un polimorfism accentuat, putând îmbr�ca mai multe aspecte

morfologice, ca forme sferice, cilindrice, spiralate sau helicoidale,

filamentoase �i p�trate.

���

�

• Mi�carea la speciile mobile este asigurat� de organite speciale, numite cili

sau flageli.

• Bacteriile sunt lipsite de clorofil�, dar unele grupe au pigmen�i sintetizan�i �i, ca atare, pot folosi energia luminoas�.

• Altele î�i procur� energia necesar� sintezelor celulare �i altor manifest�ri vitale dezintegrând diverse substan�e chimice prin intermediul proceselor

fermentative, fiind, din acest punct de vedere, organisme

chimiosintetizante (Chemotrofe).

• Se înmul�esc prin sciziparitate, dar se cunosc la unele grupe �i forme de

conjugare de tip parasexuat, cu formare de celule sexuate de sens diferit;

forma de sciziparitate r�mâne îns� forma esen�ial� de reproducere.

• Bacteriile pot forma spori, ce constituie un mijloc de conservare a speciei,

la unele grupe.

2.4.1. Morfologia bacteriilor

Forma exterioar� a bacteriilor (Fig. 28) este un caracter controlat

genetic, iar din acest punct de vedere se disting cinci tipuri de baz�, dup� cum urmeaz�: • bacterii sferice, denumite coci, cu genul principal Coccus;

• bacterii cilindrice, denumite bacili, sub form� de bastona� drept sau u�or

curbat, din care face parte genul Bacillus;

• bacterii spiralate sau elicoidale, în care se cuprind trei categorii de

germeni �i anume: vibrion, spiril �i spirocheta;

• bacterii filamentoase, cu celule alungite, reprezentate de actinomicete;

• bacterii p�trate, întâlnite în apele hipersaline.

���

�

Dup� forma celulelor �i modul de grupare în urma procesului de

diviziune, bacteriile se împart în urm�toarele tipuri �i subtipuri morfologice:

1. Bacteriile sferice sau cocii (gr. kokkos - bob) au form� sferic�, ovoidal�, elipsoidal� sau reniform�, cu cele dou� diametre aproximativ

egale. În func�ie de pozi�ia celulelor fiice dup� diviziune, cocii prezint� urm�toarele moduri de grupare (Fig. 29-34):

• Cocul simplu, izolat, la care celulele r�mân independente dup� diviziune

(ex. Micrococcus ureae).

• Diplococul, la care diviziunea se face dup� planuri succesive paralele,

celulele rezultate r�mânând grupate câte dou� (ex. Diplococcus pneumoniae).

Fig. 29 – Cocul simplu (Micrococcus ureae)

Fig. 28 – Tipuri morfologice de bacterii: (a) sferice (coci); (b) cilindrice

(bacili); (c) spiralate (elicoidale); (d) filamentoase; (e) p�trate.

���

�

• Streptococul, la care diviziunea se face dup� planuri succesive paralele,

iar celulele rezultate formeaz� lan�uri de lungimi variabile (ex.

Streptococcus lactis).

• Tetracocul sau tetrada, la care planurile de diviziune sunt perpendiculare

unele fa�� de altele, iar celulele rezultate sunt dispuse câte patru la un loc

(ex. genul Gafkia).

• Sarcina, la care planurile de diviziune sunt orientate dup� cele trei direc�ii ale spa�iului �i reciproc perpendiculare unul pe altul, rezultând o grupare de

celule sub form� de cub (ex. Sporosarcina ureae).

Fig. 32 – Tetracocul (Gafkia tetragena)

Fig. 31 – Streptococul (Streptococcus lactis)

Fig. 30 – Diplococul (Diplococcus pneumoniae)

��

�

• Stafilococul, la care planurile succesive de diviziune sunt dispuse în mai

multe direc�ii, iar celulele rezultate se grupeaz� ca un ciorchine (ex.

Staphyllococcus aureus).

2. Bacteriile cilindrice, cunoscute sub denumirea de bacili (lat.

bacillus - bastona�), au form� de bastona�e, cu raportul între cele dou� axe

foarte diferit, de la forme cu aspect filamentos, pân� la unele cu aspect

aproape sferic (cocobacili, ex. Pasturella pestis). Bacilii sunt drep�i sau u�or

curba�i la mijloc sau la una din extremit��i, iar capetele lor pot fi t�iate drept

(Bacillus anthracis) sau rotunjite (Escherichia coli). Marginile laterale ale

celulei sunt, de obicei, paralele, dar pot fi �i apropiate la extremit��i, în

form� de suveic� (Fusiformis fusiformis), sau îndep�rtate �i rotunjite la una

sau ambele extremit��i, în form� de m�ciuc� sau de pi�cot

(Corynebacterium sp.). Unele dintre bacteriile cilindrice au proprietatea de a

forma spori.

Bacilii pot fi (Fig. 35):

• izola�i • grupa�i câte doi (diplobacili), în form� de V, X, Y (Mycobacterium sp.);

• în lan�uri, cu lungimi variate (streptobacili);

Fig. 34 – Stafilococul (Staphyllococcus aureus)

Fig. 33 – Sarcina (Sarcina lutea)

��

�

• în palisd�, ca scândurile unui gard, celulele ramânând apropiate �i paralele

în sensul axului lung, a�ezarea fiind rezultatul unei mi�c�ri de basculare a

celulei-fiice, având ca punct de sprijin peretele transvers recent separat;

• grupa�i în form� de rozet� sau de stea (Agrobacterium stellulatum, Ag. radiobacter, Phyllobacterium stappi).

3. Bacteriile spiralate (elicoidale) cuprind trei subtipuri morfologice

(Fig. 36):

• Vibrionul, în form� de virgul�, cu un singur tur de spir� (ex. Vibrio cholerae);

• Spirilul, în form� de spiral� cu mai multe ture de spir�, rigide ca un baston

(ex. Spirillum voluntas);

• Spirocheta, în form� de spiral� cu mai multe ture flexibile, care se poate

strânge �i relaxa ( ex. Borrelia sp., Treponema sp. �i Leptospira sp.).

Fig. 35 – Bacterii cilindrice: (a) cocobacil; (b) bacil izolat; (c) diplobacil;

(d) streptobacil; (e) bacili grupa�i în palisad�.

���

�

4. Bacteriile filamentoase� pot fi neramificate (Ord. Caryophanales),

cu ramifica�ii false (Ord. Chlamydobacteriales) sau cu ramifica�ii adev�rate

(Ord. Actinomycetales).

Sunt microorganisme cu asem�n�ri morfologice cu fungii, ce au

particularitatea de a forma hife, cu

tendin�� de ramificare, de unde �i aspectul lor de miceliu.

În unele cazuri, spre exemplu la

Sphaerotilus nutans (Fig. 37), aspectul

filamentos este determinat de a�ezarea

celulelor individuale în lan�uri de celule,

reunite printr-o teac� delicat� cu perete

neted.

5. Bacteriile p�trate, eviden�iate în apele hipersaline� din peninsula

Sinai, au forma unor p�trate cu latura de 1,5-11 µm �i o grosime inegal� (0,1

µm sau chiar mai mic� în regiunea central� �i 0,2-0,5 µm la periferie).

Multiplicarea se face prin diviziune

direct� (ex. Quadra sp.). În unele cazuri,

fiecare bacterie p�trat� cre�te pân� ia

form� unui dreptunghi, care se divide în

dou� p�trate egale. Alteori, diviziunea se

face în dou� planuri, ce alternez� în unghi

drept, iar celulele rezultate din diviziune

formeaz� placarde de 8-16 celule (Fig. 38).�

Fig. 36 – Bacterii spiralate: (a) vibrion; (b) spiril; (c) spirochet�.

Fig. 37 – Sphaerotilus nutans

Fig. 38 – Bacterii p�trate

���

�

În afara acestor cinci tipuri morfologice de baz� exist� bacterii cu

forme particulare:

• Bacterii stelate - bacterii sub form� de stea; se înmul�esc prin sciziparitate

(Stella sp.);

• Bacterii care formeaz� trichoame - grupare de celule care în urma

diviziunii se prezint� sub forma unui filament multicelular, în care celulele

adiacente au o suprafa�� relativ mare de contact �i sunt men�inute într-un

înveli� parietal comun (Beggiatoa sp., Caryophanon sp., Sphaerotilus sp.);

• Bacteriile prostecate (gr. prosteka – adaos) prezint� o complica�ie

morfologic� sub forma unui apendice semirigid, situat în continuarea celulei

procariote (Caulobacter sp). Diametrul acestui apendice este mai mic decât

al celulei bacteriene mature;

• Bacteriile cu apendice acelulare prezint� un aspect filamentos, datorit� apendicelor acelulare (substan�e secretate sau excretate), nedelimitate de

peretele celular (Gallionella sp.).

Dimensiunile bacteriilor se exprim� în micrometri (1 µm = 10-6

m) �i, în medie, au 0,5-1 x 3-6 µm. Cele mai mici bacterii apar�in genului

Mycoplasma (diametrul = 125-250 nm), iar cele mai mari pot ajunge la 10-150

µm lungime (Beggiatoa sp.). În cazul formelor filamentoase, dimensiunile

bacteriilor ajung în mod excep�ional la 500 µm lungime (Saprospira grandis). Sub raportul dimensiunilor, cele mai mici bacterii se suprapun virusurilor

mari (Poxvirus), vizibile la microscopul fotonic, iar cele mai mari dep��esc

mãrimea celor mai mici protiste eucariote.

2.4.2. Structura celulei bacteriene

Celula bacterian� este o entitate morfologic� �i func�ional� echivalent� cu celulele organismelor superioare, cu o structur� complex�, format� din

urm�toarele componente, de la exterior c�tre interior, luând ca reper peretele

celular:

• Structura extraparietal�, format� din: capsul�; cilii sau flagelii; aparatul

fimbrial �i pilii de sex;

• Peretele celular;

���

�

• Structura intraparietal�, compus� din: membrana citoplasmatic�, mezozomii, citoplasm�, aparatul nuclear, incluziunile, ribozomii, vacuolele,

sporul bacterian.

I. Structura extraparietal�: 1. Capsula (Fig. 39) este o secre�ie, care apare la exteriorul unor

celule bacteriene, �i constituie un înveli� în jurul acestora. În func�ie de

raportul fa�� de celula bacterian�, capsula este de mai multe feluri:

• microcapsula este un strat mucoid

foarte fin, cu grosimea de pân� la 0,2

µm �i care poate fi pus în eviden�� prin

metode imunologice;

• capsula propriu-zis� are grosimea

cuprins� între 0,2-2 µm;

• stratul mucos este caracterizat prin

prezen�a unei mase amorfe,

neorganizate în jurul celulei;

• zooglea se prezint� ca un strat

mucos, neorganizat, care înglobeaz� mai multe celule microbiene.

Compozi�ia chimic� a capsulei difer� în func�ie de specia bacterian� la

care apare �i de condi�iile de mediu, fiind format� din 98 % ap� �i al�i constituen�i ca polizaharidele �i polipeptide.

Func�iile biologice ale capsulei sunt urm�toarele:

- func�ia de protec�ie împotriva fagocitelor la bacteriile patogene;

- func�ia de virulen��; - func�ia de protec�ie împotriva desica�iei.

2. Cilii sau flagelii sunt forma�iuni filamentoase, cilindrice, lungi,

sub�iri, situate la suprafa�a celulei bacteriene �i reprezint� organite de

mi�care ale acesteia. Prezen�a cililor este caracteristic� numai speciilor de

bacterii mobile, iar num�rul acestora este variabil func�ie de specie, de la

unu pân� la o sut�. Dup� modalitatea de inser�ie pe corpul bacteriei, cilii pot avea

urm�toarele pozi�ii (Fig. 40):

• monotrih�, un cil la un singur pol (ex. Pseudomonas aeruginosa);

Fig. 39 – Capsula bacterian�

��

�

• amfitrich�, cu câte un cil la ambii poli ai celulei (ex. Spirillum volutans);

• lofotrich�, cu cili dispu�i la un pol sub form� de m�nunchi (ex.

Escherichia coli);

• peritrich�, cu cili dispu�i în jurul bacteriei (ex. Proteus vulgaris).

Cilii sunt organite lungi de 16-18 µm, cu diametrul de 0,01-0,02 µm

pe toat� lungimea, de obicei ondula�i. Implantarea lor se face în citoplasm� printr-un corp bazal, situat între peretele celular �i membrana

citoplasmatic�. La bacteriile Gram pozitive, corpusculul bazal este format

din dou� discuri (inele), angrenate împreun� sub forma butonilor de

man�et�. Lungimea cililor dep��e�te pe cea a celulei, în mod excep�ional pân�

la de 10 ori. Cu ajutorul cililor, bacteriile se pot deplasa linear sau se pot

rostogoli. Viteza de înaintare este mare, parcurgând într-o secund� o distan�� de la 10 pân� la 40 ori mai mare decat diametrul longitudinal al bacteriei.

3. Aparatul fimbrial Fimbriile (lat. fimbra – franjure) sunt forma�iuni filamentoase scurte

(1-20 µm), prezente în num�r mare (100-400) pe suprafa�a bacteriilor

imobile sau mobile. Ele au o pozi�ie radial� �i nu servesc la mi�care, ci au

rol de fixare pe diferite substraturi solide sau pe hematii, pe care le

Fig. 40 – Tipuri de cilia�ie bacterian�: (a) monotrich� (Pseudomonas aeruginosa); (b)

amfitrich� (Spirillum volutans); (c) lofotrich� (E. coli); (d) peritrich� (Proteus vulgaris).�

��

�

aglutineaz�. Fimbriile (Fig. 41) sunt de natur� intracelular�, deoarece, dup� îndep�rtarea peretelui celular, r�mân fixate pe protopla�ti.

4. Pilii (Fig. 42) sunt apendici filamento�i, tubulari, flexibili, care au

un canal prin care se face transferul cromozomului bacterian de la celula

mascul� (F+) la celula femel� (F

-). Mai sunt denumi�i �i "pili de sex", iar

procesul de transfer se nume�te conjugare bacterian�.

5. Spinii sunt forma�iuni extraparietale tubulare �i rigide, prezente la

suprafa�a unor bacterii Gram negative. Num�rul lor variaz� între 1 �i 15 �i au o distribu�ie întâmpl�toare, perpendicular pe suprafa�a celular�. Prezint� rol taxonomic.

II. Peretele celular este invizibil sau foarte greu vizibil la microscopul

fotonic �i reprezint� aproximativ 20% din greutatea uscat� a celulei �i 25%

din volumul ei.

Peretele celular are rol:

• de sus�inere mecanic�; • asigur� individualitatea morfologic�;

Fig. 42 – Pili de sex la E. coli�

Fig. 41 – Aparat fimbrial

��

�

• ofer� protec�ie fa�� de �ocul osmotic;

• particip� la procesul de diviziune celular�; • con�ine receptori de virus;

• mediaz� schimbul de substan�e cu mediu.

Peretele celular este absent la genul Mycoplasma.

Peretele celular (Fig. 43) reprezint� o structur� macromolecular�, format� dintr-un mucopeptid numit peptidoglican (murein�) �i substan�e

care formeaz� un matrix, în care este înglobat� structura parietal� bazal� �i prezint� o compozi�ie chimic� particular�, în raport cu grupa de bacterii

analizat�. Colora�ia Gram are o importan�� deosebit� în taxonomia bacterian� �i

a fost decoperit� în 1844 de Hans Christian Gram. Aceast� metod� porne�te

de la observa�ia c� unele bacterii, colorate cu deriva�i bazici din grupul

trifenil metanului (violetul de gen�iana, violetul de metil, cristal violet) �i mordansate cu iod, rezist� la decolorarea cu anumi�i solven�i organici

(alcool sau aceton�), în timp ce altele nu rezist�. De aici, necesitatea

recolor�rii frotiului cu o culoare de contrast (fucsin�, safranin�), care s� recoloreze bacteriile, care nu au re�inut primul colorant.

Colora�ia Gram permite clasificarea bacteriilor în func�ie de structura

�i compozi�ia chimic� a peretelelui celular în dou� mari categorii: Gram

pozitive (G+, violet) �i Gram negative (G

-, ro�u). Între cele dou� categorii

exist� diferen�e mari de compozi�ie chimic� �i anume:

• Peptidoglicanul (mureina) este prezent la majoritatea bacteriilor, fiind de

mai multe tipuri moleculare. Reprezint� 60-90% din greutatea uscat� a

peretelui celular la bacteriile Gram pozitive, în timp ce la bacteriile Gram

negative reprezint� 10-20% �i se afl� în zona median� a peretelui.

• Acizii teichoici (gr. teichos - perete) sunt foarte abunden�i la bacteriile

Gram pozitive �i lipsesc la bacterille Gram negative. Ace�ti acizi sunt lega�i de straturile de peptidoglican sau de membrana citoplasmatic�. • Acizii lipoteichoici sunt întâlni�i la bacteriile Gram pozitive, asocia�i la

membrana citoplasmatic�, dar se g�sesc �i în peretele celular.

• Acizii teichuronici sunt caracteristici bacteriilor Gram pozitive.

• Lipopolizaharidele caracterizeaz� bacteriile Gram negative �i sunt

responsabile de primul control al permeabilit��ii celulare. Bacteriile Gram

��

�

negative sunt, în general, mai rezistente la inhibitori (peniciline, coloran�i) decât cele Gram pozitive.

• Lipoproteinele sunt întâlnite la bacteriile Gram negative sub forma unui

strat lax, format din grup�ri lipidice �i proteice. Sunt situate pe suprafa�a

superioar� a peptidoglicanului.

• Fosfolipidele sunt tipice pentru bacteriile Gram negative.

• Acizii gra�i se g�sesc sub forma unor lan�uri lungi la nivelul peretelui

celular la actinomicete �i la bacteriile coryneforme.

III. Structura intraparietal�: 1. Membrana citoplasmatic�, acoper� citoplasma bacteriilor �i o

separ� de fa�a intern� a peretelui celular (Fig. 44). Are o grosime de 8-10

nm, este constituit� din dou� straturi fosfolipidice �i reprezint� 10-20% din

greutatea uscat� a celulei.

Analiza chimic� a membranei eviden�iaz� trei tipuri de molecule:

lipide (fosfolipide), proteine �i glucide (polizaharide legate cu proteine –

glicoproteine sau lipide - glicolipide). Membrana citoplasmatic� este o

barier� osmotic� de permeabilitate, care regleaz� p�trunderea în celul� �i eliminarea selectiv� a diferitelor substan�e.

Ea men�ine în celul� o concentra�ie ridicat� de macromolecule,

molecule mici �i chiar ioni, împedicându-le difuzarea în mediu, de�i concentra�ia extracelular� este mai mic�. Con�ine permeazele care asigur�

Membran� plasmatic�

Peptidoglican

Acid teichoic

Acid lipoteichoic

Bacterie Gram pozitiv�

Protein�

Fosfolipide

Protein�

Lipoproteine

Protein�

Porine

Membran� extern�

Lipopolizaharide

Bacterie Gram negativ�

Peptidoglican

Spa�iu periplasmicMembran� plasmatic�

Protein�

(a) (b)

Fig. 43 – Structura peretelui celular la bacterii: (a) Gram pozitive; (b) Gram negative.�

��

�

transportul activ în interiorul

celulei a unor substan�e organice

polare din mediu.

Membrana citoplasmatic� are rol în cre�terea �i diviziunea

celular�; la nivelul s�u ia na�tere

semnalul care declan�eaz� ini�ierea

replic�rii cromozomului bacterian.

În sfâr�it, membrana

citoplasmatic� este suportul

enzimelor care particip� la sinteza

ATP (la eucariote aceste enzime se

afl� în mitocondrii).

2. Mezozomii sunt forma�iuni care deriv� din membrana

citoplasmatic� sub forma unor invagin�ri, legate de ADN celular. Aceste

organite celulare joac� un rol important în diviziunea nucleului �i în

formarea septului, care separ� cele dou� celule fiice.

La bacteriile purpurii, mezozomii con�in pigmen�i clorofilieni. La

bacteriile fixatoare de azot, nitrogenaza, care este inhibat� de O2, este

protejat� de mezozomi. Bacteriile nitrificatoare prezint� numeroase

invagin�ri ale membranei citoplasmatice care m�resc suprafa�a de schimb

enzimatic.

3. Citoplasma este un sistem coloidal, constituit din s�ruri minerale,

compu�i solubili de natur� lipoproteic�, nucleoproteine, lipide �i ap�. Are un

pH cuprins între 7 �i 7,2.

Citoplasma poate fi caracterizat� ca un complex de st�ri fizice într-o

continu� transformare, în func�ie de starea fiziologic� �i vârsta celulei.

4. Ribozomii sunt forma�iuni citoplasmatice, sferice. O celul� bacterian� con�ine, în medie,

18.000 ribozomi de tip 70 S,

cu un diametru de 10-30 nm.

Fiecare ribozom se disociaz� în dou� subunit��i, 30 S �i 50

S (Fig. 45). Fiecare

subunitate 50 S este legat� de

Strat fosfolipidic

Canalicul

Glicolipde

Protein�

Glicoproteine

Fig. 44 – Sec�iune prin membran�

+50S 30S 70S

Fig. 45 – Structura ribozomilor bacterieni�

�

�

o subunitate 30 S prin intermediul leg�turilor ARN - protein� �i protein�-protein�. Ribozomii 70 S joac� un rol precis în cursul traducerii lan�urilor de

ARN în proteine.

Con�in 50% ap�, iar substan�a lor uscat� se compune din circa 60%

ARN (ARN ribozomal) �i circa 30% proteine. O parte din ribozomi sunt

liberi în citoplasm�, iar ceilal�i sunt fixa�i de suprafa�a intern� a membranei

citoplasmatice.

5. Materialul nuclear ("nucleul") este constituit dintr-un cromozom

format dintr-o bucl� de ADN, aflat suspendat în citoplasm�. Lungimea

acestuia este mare, ajungând la Escherichia coli la 1 mm, ceea ce implic� o

r�sucire foarte accentuat�. Din punct de vedere chimic, materialul nuclear

con�ine 60% ADN, 30% ARN �i 10% proteine.

6. Plasmidele sunt considerate material genetic extracromozomial,

fiind independente de nucleu.

Plasmidele nu sunt indispensabile pentru via�a celular�, dar pot aduce

un avantaj selectiv. Ele poart� informa�ia pentru degradarea unor substraturi

�i pentru rezisten�a la antibiotice.

Replicarea plasmidelor se produce în dou� momente diferite: atunci

când celula se divide �i atunci când se produce procesul de conjugare.

Bacteriile pot con�ine mai multe plasmide. Escherichia coli, de

exemplu, posed� pe cromozom unul sau dou� plasmide conjugate �i 10-15

plasmide neconjugate.

7. Vacuolele sunt forma�iuni sferice, înconjurate la periferie de o

membran� lipoproteic�, numit� tonoplast, �i care apar în citoplasm� în faza

de cre�tere activ� a celulelor bacteriene. Num�rul lor variaz� între 6 �i 20,

iar în interiorul lor se g�se�te ap� sau gaz (cianobacterii, bacterii

fotosintetizante ro�ii �i verzi etc.). Cele cu ap� au rol în men�inerea presiunii

osmotice în raport cu mediul extern �i în depozitarea substan�elor de

rezerv�, în timp ce vacuolele cu gaz au rol de flota�ie sau rol protector (fa�� de intensitatea luminoas�).

8. Incluziunile sunt forma�iuni inerte, care apar în citoplasm� la

sfâr�itul periodei exponen�iale de cre�tere a celulei. Ele pot fi formate din

glicogen, amidon, carbonat de calciu �i fosfat anorganic.

9. Sporul bacterian este o forma�iune care deriv� din celula vegetativ� a bacteriilor, în anumite condi�ii de via��. Sporul este o form� de conservare

�

�

a speciei la condi�iile nefavorabile de mediu �i concentreaz�, într-un volum

redus, toate componentele esen�iale ale celulei din care provine. Bacteriile

sporogene, cu excep�ia genului Desulfotomaculum (Gram variabil), sunt

Gram pozitive, iar forma sporului poate fi sferic� sau oval�. Sporul apare ca o structur� constant� la bacteriile anaerobe, apar�inând

genului Clostridium, în mod facultativ la bacteriile aerobe din genul

Bacillus �i foarte rar la coci (Sporosarcina ureae).

Dispunerea sporului în celula vegetativ� poate fi central� (Bacillus anthracis), subterminal� (Bacillus cereus), terminal� (Clostridium tetani) sau lateral� (Fig. 46).

Dimensiunile sporilor variaz� între 0,2 �i 2 µm, iar diametrul acestora

poate fi mai mic (spor nedeformant sau bacteridie) sau mai mare (spor deformant sau clostridie) decât diametrul transversal al celulei în care se

formeaz�. Dup� modul de formare, structur� �i rezisten�� la factorii de mediu,

sporul bacterian poate fi de mai multe tipuri:

• Endosporul (sporul propriu-zis) apare în interiorul unei celule vegetative,

numit� "sporangiu", �i prezint� o mare rezisten�� la condi�iile nefavorabile

de mediu, în special la varia�iile temperaturii. O celul� vegetativ� poate

forma un singur endospor. Bacteriile susceptibile de a produce endospori

apar�in genurilor: Bacillus, Clostridium, Desulfatomaculum, Sporosarcina, Sporolactobacillus, Thermoactinomyces.

• Artrosporii se formeaz� prin fragmentarea unor celule vegetative. Au o

form� neregulat� �i o rezisten�� intermediar� între cea a endosporului �i celula vegetativ�. Artrosporii sunt caracteristici bacteriilor actinomicete.

• Chi�tii sunt stadii de repaus sau supravie�uire, formate ca r�spuns la

modific�rile de mediu �i provin din transformarea unei celule vegetative,

prin îngro�area pere�ilor �i acumularea de material de rezerv�. Au o

(a) (b) (c) (d)

Fig. 46 – Localizarea sporului bacterian: (a) central;

(b) subterminal; (c) terminal; (d) lateral.�

��

�

rezisten�� mai mic� decât endosporul �i nu sunt termorezisten�i. (ex.

Azotobacter sp.)

• Gonidia apare endocelular prin condensarea �i fragmentarea protoplasmei

unei celule vegetative, numit� gonidangiu. În interiorul unei celule apar, de

regul�, mai multe gonidii, care sunt eliberate în mediu prin ruperea peretelui

gonidangiului. Principala lor func�ie prive�te capacitatea de reproducere,

neavând rezisten�a caracteristic� sporului (ex. Leptothrix ochracea).

Compozi�ia chimic� a sporului. Între forma vegetativ� �i forma

sporulat� a unei specii bacteriene exist� deosebiri de ordin calitativ �i cantitativ. Astfel, din punct de vedere cantitativ, sporii sunt boga�i în Ca

2+,

Cu2+

�i Mg2+

�i s�raci în P �i în substan�e proteice. De asemenea, sporii au

un con�inut mai sc�zut în H2O �i ARN, comparativ cu formele vegetative. În

plus, sporii mai con�in, în cortexul sporului, acidul dipicolinic sub form� de

dipicolinat de Ca. Compozi�ia chimic� a sporului duce, implicit, la unele deosebiri în

leg�tur� cu rezisten�a sa fa�� de agen�ii fizici �i chimici.

Semnifica�ia biologic� a sporului Sporul bacterian, prin rezisten�a sporit� fa�� de factorii de mediu, are

rolul de conservare a speciei. El concentreaz� într-un volum redus toate

componentele esen�iale ale celulei, sporogeneza f�când parte dintr-un ciclu

vital obligatoriu.

Însu�irile de rezisten�� ale sporului pot fi sintetizate astfel: rezisten�a

la temperatur�, rezisten�a la usc�ciune, rezisten�a fa�� de factorii chimici.

Metabolismul sporului este mult mai redus ca al celulei vegetative �i nu

permite multiplicarea.

Citologia form�rii sporului În interiorul celulei bacteriene, formarea sporului presupune crearea

unei noi celule diferite de cea vegetativ�, care se produce în mai multe faze

(Fig. 47):

• Stadiul preparator – viitorul nucleu al sporului ia na�tere prin deta�area

unui segment din cromozomul bacterian, iar în jurul acestuia, ulterior, are

loc condensarea citoplasmei;

• Stadiul depresor – în care nucleul sporului, format �i înconjurat cu un strat

de citoplasm� condensat�, se separ� de restul citoplasmei prin septul sporal;

• Stadiul apari�iei înveli�urilor sporale, tunica �i cortexul sporului;

��

�

• Stadiul de maturare const� în migrarea sporului la locul definitiv în celula

bacterian�. În aceast� etap� are loc reducerea dimensiunilor sporale, dar �i maturizarea sporului.

Infrastructura sporului (Fig. 48) prezint� urm�toarele componente:

1. Înveli�ul sporal extern (tunica)

înconjoar� cortexul �i prezint� o structur� multistratificat�, alc�tuit� din trei straturi:

extern (exina), mijlociu �i interior (intina).

2. Cortexul sporului

3. Celula sporal� propriu-zis� (protoplast

sporal) este constituit� din sporoplasm� (citoplasm� granular�) �i nucleoplasm� (material nuclear).

Unele specii bacteriene (Bacillus cereus, Bacillus anthracis) prezint�, la

exteriorul înveli�ului sporal, un

exosporium cu structur� simpl� sau

complex�, care acoper� sporul.

2.4.3. Compozi�ia chimic� a bacteriilor Compozi�ia chimic� a celulei bacteriene nu difer� prea mult de cea a

celorlalte organisme vii. Ea con�ine cca.. 600 molecule diferite, organice �i anorganice.

ADN Perete celular Membran� citoplasmatic�

Celul� vegetativ� Membran� citoplasmatic�

Membran� citoplasmatic�

ADN

Spor liber

Cortex Înveli� sporal

Înveli� sporal Înveli� sporal în formareCortex

Fig. 47 – Procesul de sporogenez� la bacterii

Membrana

sporoplasmei

Exosporium

Cortex

Înveli� sporal

Fig. 48 – Structura sporului

bacterian�

��

�

Apa este mediul biogen esen�ial �i reprezint� 78 % din greutatea

medie a celulei bacteriene. Se g�se�te sub form� de ap� liber� sau legat� de

diferite componente celulare. Apa îndepline�te numeroase func�ii: • este solvent al compu�ilor hidrosolubili;

• este mediu de dispersie pentru constituen�ii chimici insolubili în ap�; • condi�ioneaz� activitatea enzimelor;

• asigur� transportul elementelor de metabolism.

S�rurile minerale reprezint� 2-20 % din greutatea uscat� a bacteriilor

�i sunt reprezentate de principalele elemente. Cel mai bine este reprezentat

fosforul (∼ 45 %). Substan�ele minerale au rol în:

• reglarea presiunii osmotice;

• activeaz� unele sisteme enzimatice;

• regleaz� pH-ul;

• influen�eaz� permeabilitatea peretelui celular;

• intr� în compozi�ia unor constituen�i celulari.

Acizii nucleici. ADN se g�se�te sub forma unei singure molecule

circulare, dublu helicale. Reprezint� 1/5 din con�inutul celular. ARN

reprezint� cca. 17% din greutatea uscat� a celulei bacteriene �i se g�se�te

localizat în citoplasm� sub trei forme: ARN mitocondrial (ARNm), ARN

transfer (ARNt) �i ARN ribozomal (ARNr).

Proteinele reprezint� cca.. 60% din greutatea uscat� a bacteriilor �i se

g�sesc sub form� de holoproteine �i heteroproteine. Proteinele au rol

structural, iar unele îndeplinesc func�ia de enzime.

Glucidele reprezint� 4-25% din greutatea uscat� a celulei bacteriene �i se g�sesc sub form� de glucide simple (mono �i dizaharide) �i polizaharide.

Glucidele simple particip� la metabolismul bacterian, iar

polizaharidele au rol structural, energetic sau de material de rezerv�. Lipidele se g�sesc în propor�ie de 1-20% din greutatea uscat� a

bacteriilor, iar aceast� varia�ie este specific�, depinzând de vârsta celulei �i compozi�ia mediului de cultur�. Lipidele se g�sesc în membrana

citoplasmatic� �i sub form� de granule intracitoplasmatice.

Pigmen�ii sunt substan�e colorate care se g�sesc în citoplasma

bacteriilor cromogene. Dup� localizarea pigmen�ilor fa�� de celul�, bacteriile se împart în dou� categorii:

��

�

• bacterii cromopare, la care pigmentul este eliminat în mediul pe care îl

coloreaz� (ex. Pseudomonas fluorescens);

• bacterii cromofore, la care pigmentul r�mâne localizat în celula bacterian� (ex. Staphylococcus aureus).

Pigmen�ii pot fi de mai multe tipuri, dup� compozi�ia chimic�: bacterioclorofite, pigmen�i carotenoizi (ro�ii, galbeni, portocalii),

antocianici, pigmen�i melanici (brun sau negru).

Pigmen�ii pot avea rol în fotosintez�, rol antibiotic, de protec�ie

împotriva radia�iilor luminoase �i ultraviolete, rol de vitamine.

Enzimele bacteriene constituie o grup� de proteine cu importan�� biologic� deosebit�, de catalizatori ai celulei vii, fiind solubile în ap�, termolabile, criolabile �i sensibile la ac�iunea radia�iei ultraviolete.

Dup� substratul asupra c�ruia ac�ioneaz�, enzimele se clasific� în:

• exoenzime, care sunt eliberate în mediul înconjur�tor, ac�ionând asupra

unui substrat din afara celulei; acestea sunt angrenate în procesele de

catabolism;

• Endoenzime, care sunt secretate intracelular �i particip� la reac�iile de

sintez� (anabolism).

Dup� viteza de ac�iune, enzimele pot fi de dou� categorii:

• enzime constitutive, care sunt preexistente �i care ac�ioneaz� rapid asupra

unui substrat. Sunt sintetizate în tot cursul vie�ii bacteriei;

• enzime adaptive, care ac�ioneaz� lent, deoarece celula trebuie s� se

adapteze la substrat, apari�ia enzimelor fiind legat� de mediu.

2.4.4. Cre�terea �i multiplicarea bacteriilor

Ciclul de dezvoltare al bacteriilor se compune din dou� faze: cre�terea

�i multiplicarea.

Prin cre�tere se în�elege procesul de neoformare, în condi�ii favorabile, în protoplasma bacteriei, a substan�ei de constitu�ie. Aceast� cre�tere se continu� pân� la atingerea unei limite, când survine diviziunea

celular�. Prin multiplicare se în�elege sporirea num�rului de indivizi, care se

face prin diviziune celular�. Diviziunea celular� poate fi:

��

�

• izomorf�, când celulele fiice rezultate sunt egale;

• heteromorf�, când celulele fiice rezultate nu sunt egale;

În afara diviziunii celulare, multiplicare se mai poate realiza prin:

• fragmentarea con�inutului celular în mai multe elemente;

• prin înmugurire.

Evolu�ia unei culturi bacteriene. Studiile privind multiplicarea bacteriilor pe medii artificiale, au ar�tat

c� acest proces se realizeaz� în mai multe faze succesive (Fig. 49): 1. Faza de lag sau cre�tere zero este cuprins� între momentul

îns�mân��rii bacteriilor �i momentul începerii multiplic�rii, când num�rul

bacteriilor din inocul nu cre�te, iar cultura nu este vizibil� macroscopic.

Aceast� faz� dureaz� aproximativ 2 ore �i este o etap� de adaptare la noile

condi�ii de cultur�. 2. Faza de accelerare a ritmului de cre�tere corespunde începerii

multiplic�rii, a c�rei vitez� cre�te progresiv �i în care celulele sunt tinere.

3. Faza exponen�ial� sau de multiplicare logaritmic� este cea în care

procesul se accentueaz� în progresie geometric�, iar durata unei genera�ii este minim�.

Cre�terea exponen�ial� a unui organism unicelular ce realizeaz� o

genera�ie la 20 minute (dup� Stanier, 1966)

Timpul

(minute)

Num�r de

diviziuni

Num�r de microorganisme exprimat în:

nr. aritmetic log2 log10

0 0 1 0 0,000

20 1 2 1 0,301

40 2 4 2 0,602

60 3 8 3 0,903

80 4 16 4 1,204

100 5 32 5 1,505

120 6 64 6 1,806

140 7 128 7 2,107

160 8 256 8 2,408

180 9 512 9 2,708

200 10 1024 10 3,010

��

�

4. Faza încetinirii ritmului de cre�tere, când rata multiplic�rii începe s� scad� progresiv.

5. Faza sta�ionar�, cu ritm de cre�tere zero, care se caracterizeaz� prin

faptul c� num�rul celulelor r�mâne constant din cauza echilibrului ce se

stabile�te între num�rul celulelor ce mor �i al celor ce apar în urma unei

diviziuni foarte lente. Aceast� faz� corespunde celulelor mature.

6. Faza ini�ial� de declin, în care num�rul celulelor viabile scade

progresiv, prin moartea unora dintre ele. Aceast� faz� corespunde celulelor

b�trâne, cu forme de involu�ie, când apar numero�i spori.

7. Faza intermediar� de declin, în care num�rul celulelor continu� s� scad�, cu un ritm de dispari�ie constant.

8. Faza final� de declin încheie evolu�ia unei culturi prin moartea în

ritm lent a celulelor pân� la sterilizarea complet� a culturii.

Oprirea multiplic�rii bacteriilor �i, în cele din urm�, moartea acestora

se datoreaz� unei serii de factori ca:

• lipsa substan�elor nutritive esen�iale din mediul nutritiv;

• competi�ia pentru oxigen sau activitatea slab� a substan�elor folosite

pentru procesele respiratorii;

• modific�rile fizico-chimice ale mediului de cultur� (acumulare de acizi,

alcooli etc.);

• acumularea produ�ilor de catabolism �i a toxinelor în concentra�ii incompatibile cu via�a celulelor.

1. 2. 3. 5.4. 7. 8.6.

Timp

Nu

m�r

mic

ro

orga

nis

me (

log)

Fig. 49 – Evolu�ia unei culturi bacteriene

��

�

2.4.5. Nutri�ia bacteriilor

Bacteriile pot folosi pentru manifest�rile lor vitale fie energia radiant� luminoas�, în cazul celor capabile de fotosintez�, fie energia eliberat� prin

reac�ii chimice oxidative, la întuneric, în cazul celor chimiotrofe.

Dup� sursa de energie, bacteriile pot fi clasificate astfel:

• fototrofe (fotosintetizante), a c�ror surs� primar� de energie este lumina;

• chemotrofe (chimiosintetizante), a c�ror surs� de energie este ob�inut� la

întuneric, în urma reac�iei de oxido-reducere a unor substan�e organice sau

anorganice.

• paratrofe, la care cre�terea este dependent� de energia furnizat� de celula

parazitat�. În func�ie de capacitatea de sintez� a metaboli�ilor esen�iali, bacteriile

prezint� urm�toarele tipuri de nutri�ie:

• Autotrofia corespunde capacit��ii de sintez� a tuturor constituen�ilor

celulari prin mijloace proprii, pornind de la surse simple anorganice de

carbon �i azot ca: CO2, NH3, NO2-, NO3

-.

• Heterotrofia implic� incapacitatea de sintez� a unor metaboli�i esen�iali �i, de aceea, este nevoie de prezen�a substan�elor organice ca surs� de carbon

sau azot. Bacteriile care folosesc o surs� organic� de carbon sunt denumite

bacterii de fermenta�ie, iar cele care utilizeaz� o surs� organic� de azot mai

sunt denumite bacterii de putrefac�ie.

În concluzie, autotrofele, prin sintezele lor genereaz� substan�a

organic�, plecând de la compu�i minerali simpli, pe când heterotrofele nu-�i pot realiza sintezele proprii, decât dac� dispun de substan�e organice, pe

care le descompun pân� la produ�i mai simpli �i pe care îi utilizeaz� în

metabolismul lor.

2.4.6. Respira�ia microorganismelor

Dup� exigen�ele fa�� de oxigenul molecular, microorganismele se

grupeaz� în patru tipuri respiratorii:

1. Microorganisme strict (obligatoriu) aerobe, care folosesc oxigenul

ca acceptor final de hidrogen, având nevoie de prezen�a continu� a

oxigenului atmosferic.

��

�

2. Microorganisme strict (obligatoriu) anaerobe, care nu se pot

dezvolta în prezen�a oxigenului molecular, putând fi cultivate numai pe

medii s�r�cite în oxigen. Ele nu dispun de enzimele respiratorii din categoria

citocromilor.

Anaerobioza lor strict� const� în faptul c� în prezen�a oxigenului, care

se comport� ca acceptor final de hidrogen, se formeaz� peroxidul de

hidrogen (compus toxic) �i nu ap�. 3. Microorganisme facultativ anaerobe, care sunt capabile s�-�i

orienteze metabolismul spre respira�ie sau spre fermenta�ie, în func�ie de

disponibilit��ile de oxigen �i care au, în mod obi�nuit, un metabolism

anaerob, f�r� a fi îns� sensibile la prezen�a oxigenului.

Unele microorganisme cu acest tip respirator (levurile) pot trece de la

un metabolism aerob la unul anaerob, în func�ie de condi�iile de mediu.

4. Microorganismele microaerofile au nevoie de o concentra�ie de

oxigen mai mic� decât cea din aerul atmosferic. Aceast� particularitate se

datoreaz� sensibilit��ii unora dintre enzimele lor la condi�iile de oxidare

puternic�.

2.4.7. Grupe particulare de bacterii

1. Bacterii glasogene Apa pur� din punct de vedere chimic �i biologic, poate r�mâne în

stare lichid� pân� la -40oC. Supus� la temperaturi inferioare pragului de 0

oC,

nu înghea�� decât în prezen�a nucleelor glasogene. Aceste nuclee pot fi

reprezentate de particulele minerale, care provoac� congelarea, începând de

la -10oC. La temperaturi cuprinse între -10 �i

0oC, ghea�a nu se formeaz� la plante decât în

prezen�a bacteriilor specifice, ce posed� în

membrana lor nuclee glasogene. Su�ele bacteriene în cauz� apar�in

speciilor Pseudomonas syringae (Fig. 50) �i Erwinia herbicola; ele pot fi saprofite

(epifite) sau parazite pe organele plantelor în

cauz� (frunze, flori, fructe). Propor�ia de

nuclee glasogene este ridicat la Ps. syringae

Fig. 50 – Pseudomonas syringae�

�

�

(60 %) �i mai mic la E. herbicola (1-5 %). Puterea glasogen� a bacteriilor se

exprim� "in vitro" sau în "in vivo" pe organele plantelor. Pe de alt� parte,

su�ele inductoare de ghea�� se multiplic� abundent pe organele necrozate

prin înghe�, ceea ce le ofer� un avantaj selectiv considerabil.

Când o suspensie de bacterii glasogene este pulverizat� pe frunze apar

simptomele înghe�ului cu ofilirea ireversibil�, dac� sunt plasate (�inute) o

or� la -5oC, pe când plantele martor netratate cu bacterii r�mân imune la

toate alter�rile vizibile.

La vi�a de vie s-a observat o corela�ie ridicat� între num�rul de bacterii

glasogene prezente pe muguri �i pierderile cauzate de frig, la temperaturi

apropiate de 0oC. Bacteriile glasogene, care provoac� înghe�area, au fost

observate la plante foarte diverse (pin, cire�, piersic, prun, cais, forsi�ia,

fasole, porumb, tomate, c�p�un).

Su�ele bacteriene active, datorit� capacit��ii de a induce formarea

ghe�ii, prezint� o gen� specific�, care codeaz� o protein� foarte particular� în membrana lor. Proteina este format� din 1200 de aminocizi, cu o structur� repetitiv� foarte accentuat�. Compus din 1200 de aminoacizi, acest

polipeptid comport� repeti�ii în mai mult de 100 exemplare. Reducerea

num�rului de repeti�ii în lan�ul polipeptidic reduce activitatea glasogen�. Alte proteine cu structur� repetitiv� sunt prezente în sângele unor

specii de animale din regiunile polare, unde au un efect antigel.

Bacteriile glasogene joac� un rol important în practic�, deoarece

provoac� înghe�area în prim�var� a numeroase plante, în special pomii

fructiferi �i vi�a de vie. Stoparea ac�iunii negative a acestor bacterii se

încearc� pe diferite c�i: tratamente chimice cu antibiotice, pulveriz�ri cu

ap�, fumiga�ii, folosirea bacteriofagilor, a microorganismelor antagoniste,

aplicarea de polimeri care limiteaz� schimburile termice cu exteriorul etc.

În ultimii ani s-au ob�inut prin inginerie genetic� su�e neglasogene de

Ps. syringae, care, aplicate pe plante, inhib� dezvoltarea speciilor glasogene.

În sens pozitiv, specia Ps. syringae glasogen� este utilizat� pentru

ob�inerea z�pezii artificiale (Snow max).

2. Micoplasmele reprezint� un grup particular de bacterii lipsite de

perete celular, celula fiind delimitat� de o membran� lipoproteic� cu o

compozi�ie chimic� asem�n�toare celulei animale.

�

�

Sunt considerate cele mai mici organisme capabile de cre�tere

autonom� pe medii acelulare.

Micoplasmele sunt grupate în clasa Mollicutes (moli - moale, pliabil �i cute - piele) cu dou� genuri:

• Mycoplasma – cre�terea speciilor din acest gen este dependent� de

prezen�a sterolilor în mediu.

• Acholeplasma cuprinde specii care se dezvolt� independent de steroli.

Morfologie. Datorit� lipsei peretelui celular, micoplasmele au o

plasticitate natural� foarte mare, fiind descrise mai multe tipuri morfologice

ca: sferice-cocoidale, diplococi, filamentoase.

Cu toate acestea, cultivate în condi�ii de mediu bine definite, fiecare

specie are o morfologie caracteristic�, astfel încât pleomorfismul acestora nu

trebuie confundat cu polimorfismul, care implic�, obligatoriu, existen�a a

mai mult de o form� celular� distinct� în cursul vie�ii unui organism.

Micoplasmele sunt Gram-negative, iar dimensiunile lor variaz� de la

125-250 nm la formele sferice, pân� la 1-2 µm la cele filamentoase.

Lipsa peretelui celular este r�spunz�toare de instabilitatea morfologic� �i de alte propriet��i, cum ar fi:

• sensibilitatea osmotic�; • rezisten�a la antibioticele care ac�ioneaz� asupra sintezei peretelui celular

(penicilina);

• tendin�a de p�trundere �i cre�tere în profunzimea mediilor;

• capacitatea de a traversa filtrele bacteriene.

Multiplicarea micoplasmelor se poate realiza la aceea�i specie prin

diviziune, înmugurire �i fragmentarea filamentelor.

În condi�ii naturale, micoplasmele sunt parazite, instalarea lor în

diferite organisme fiind u�urat� de natura chimic� a membranei, similar� membranelor gazdei. Micoplasmele produc peste 40 de boli la plante, dar �i la animale �i om.

3. Actinomicetele constituie un grup mare de bacterii filamentoase,

imobile, Gram pozitive, caracterizate printr-o mare varietate morfologic�. Mult� vreme, actinomicetele au fost considerate ca f�când parte din

categoria ciupercilor, deoarece au particularitatea de a forma hife

(filamente) ramificate �i spori de diseminare.

��

�

Din punct de vedere taxonomic, actinomicetele sunt incluse în divizia

Firmicutes, clasa Thallobacteria. În sol, se g�sesc mai ales actinomicete ce

apar�in familiior Frankiaceae, Nocardiaceae, Streptomycetaceae (cca..70%

din total) �i Micromonosporaceae.

Morfologie. Majoritatea actinomicetelor au o form� alungit� filamentoas�, cu tendin�� de ramificare, de unde �i aspectul lor de miceliu.

Filamentele miceliene au un diametru

cuprins între 0,5 �i 2 µm �i prezint� o

structur� de tip procariot, corespunzând

unor celule foarte lungi, multinucleate,

f�r� pere�i transversali.

Pe medii de cultur� solide formeaz� colonii dense cu aspect cartilaginos sau

cretos, aderente la substrat. Pe aceste

colonii se formeaz� sporofori cu spori.

Sporoforii sunt diferi�i ca form�: spirala�i, drep�i sau curba�i. Sporii sunt, de asemenea, varia�i ca form�, fiind sferici ovali, alungi�i

sau cilindrici. Suprafa�a sporilor este neted� sau prezint� diverse

ornamenta�ii. Actinomicetele produc pigmen�i, care dau miceliului aerian culori

diferite (galben, portocaliu, ro�u, violet pân� la albastru sau cenu�iu). La

unele specii, pigmen�ii difuzeaz� în mediu.

Metabolism. O particularitate a fiziologiei actinomicetelor este modul

lor de nutri�ie omnivor, care le permite s� se dezvolte pe substraturi organice

dintre cele mai diferite.

În condi�ii naturale, pe resturi vegetale, actinomicetele încep s� se

dezvolte numai dup� ce bacteriile �i ciupercile au încetat s� se mai

multiplice, atunci când toate substan�ele u�or asimilabile din resturile

vegetale au fost descompuse de predecesorii lor.

Capacitatea lor de a degrada substan�ele organice dintre cele mai

complexe le confer� un rol important în natur�, în special în descompunerea

substan�elor organice din n�moluri �i sol. În sol, acestea particip� la

degradarea biologic� �i mineralizarea substan�elor organice.

Fig. 51 – Streptomyces sp�

��

�

Importan�a lor practic� este legat�, în mod deosebit, prin intermediul

speciilor genului Streptomyces (Fig. 51), de producerea de substan�e

antibiotice (sunt cunoscute peste 500 de antibiotice distincte).

Aproximativ 50 % din tulpinile izolate în natur� produc antibiotice.

Unele actinomicete produc boli la plante, animale �i om.

2.4.8. Sistematica, nomenclatura �i identificarea bacteriilor

La baza clasific�rii bacteriilor stau o serie de caractere, care constitue

criterii de încadrare a acestora în mai multe categorii taxonomice, având la

baz� specia. În succesiunea lor, aceste categorii sunt: specia, genul, familia,

ordinul, clasa �i diviziunea (încreng�tura).

Rangurile taxonomice sunt indicate de câte un sufix:

• Ordin (-ales)

• Subordin (-ineae)

• Familie (-aceae)

• Subfamilie (-oidiae)

Unitatea de lucru efectiv� este tulpina (su�a) bacterian�, care este o

cultur� pur�, constituit� dintr-o singur� specie, având la origine o colonie, ce

provine dintr-o singur� bacterie, care s-a multiplicat. Tulpina sau su�a se

noteaz� cu un simbol sau un num�r �i se p�streaz� în colec�ii �tiin�ifice.

Cercet�rile ce stau la baza identific�rii �i clasific�rii bacteriilor sunt

numeroase �i �in cont de urm�toarele aspecte:

• caractere morfologice: form�, dimensiune, cilii, capsula �i comportarea

tinctorial� fat� de colora�ia Gram;

• caractere culturale: cre�terea pe medii de cultur� lichide sau solide, forma

�i tipul coloniei, pigmenta�ia etc;

• caracterele biochimice se refer� la capacitatea de utilizare a surselor de

carbon �i azot, tipul de respira�ie etc;

• caractere antigenice (serologice);

• caractere de patogenitate, privind virulen�a �i toxicitatea speciilor

patogene;

• sensibilitatea fa�� de bacteriofagii specifici;

��

�

• posibilitatea de transfer genetic prin bacteriofag sau prin fenomene

parasexuale;

• raportul guanin� (G) + citozin� (C) sau raportul G/C % fa�� de masa

genomului. Speciile înrudite au un con�inut de G/C % aproape identic.

• caractere ecologice: habitatul natural al microorganismului �i rela�iile lui

cu mediul natural.

Dintre încerc�rile de sistematizare a bacteriilor se amintesc cele

realizate de Ehrenberg (1839), Lehman �i Neuman (1927), Pribram (1933),

Kluyver �i Van Niel (1936), Prevot (1957, 1961), Krasilnicov (1959),

Skerman (1967) �i Murray (1974).

Societatea bacteriologilor americani, pe baza lucr�rilor lui Buchanan

(1916-1918) �i Winslow (1920), a stabilit un sistem de clasificare, prezentat

în 1923 de David-Hendricks Bergey în prima edi�ie a „Bergey’s Manual of Determinative Bacteriology”. Acest determinator, adoptat de majoritatea

microbiologilor, se afl� la a noua edi�ie (1994) �i clasific� bacteriile în baza

caracterelor fenotipice comune (caractere morfologice, de cultur�, fiziologice, biochimice etc.) în patru divizii �i 35 de sec�iuni:

Cel mai nou sistem de clasificare bacterian� a ap�rut în perioada 2001-

2011 �i este prezentat în cinci volume ale celei de-a doua edi�ii din

„Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology”. Acest sistem clasific� bacteriile dup� particularit��ile genotipice (gradul de omologie al

secven�elor nucleotidice ale ARN ribozomal, gradul de omologie al

secven�elor nucleotidice ale ADN, con�inutul relativ de guanin�+citozin� (GC%) al ADN purificat etc.).

Divizia Clasa

I. Gracilicutes –

bacterii Gram negative

1. Scotobacteria - bacterii non-fotosintetice

2. Anoxyphotobacteria - bacterii fotosintetice anaerobe

3. Oxyphotobacteria - bacterii fotosintetice aerobe

(cyanobacterii)

II. Firmicutes –

bacterii Gram pozitive

1. Firmibacteria - coci �i bacili

2. Thallobacteria - bacterii filamentoase (actinomicete)

III. Tenericutes 1. Mollicutes - bacterii lipsite de perete celular

(micoplasme)

IV. Mendosicutes 1. Archaebacteria – bacterii cu perete celular, lipsit de

stratul peptidoglican

���

�

2.4.9. Rolul bacteriilor în natur�

Bacteriile care tr�iesc în natur� joac� un rol important în mineralizarea

compu�ilor organici, contribuind, astfel, la realizarea circuitului elementelor

în natur� (azotul, fosforul, potasiul, calciul, magneziul �i microelementele).

Bacteriile contribuie �i la formarea substan�elor humice, îmbog��ind

solul în materie organic�. Prin unele substan�e bacteriene de natur� mucilaginoas�, cum sunt

polizaharidele capsulare, acestea contribuie la agregarea particulelor de sol,

deci la îmbun�t��irea structurii solului.

Unele specii bacteriene au capacitatea de a produce antibiotice, care

pot limita dezvoltarea unor grupe de microorganisme din sol, deci men�in

sau schimb� echilibrul biologic din sol.

Unele grupe de bacterii tr�iesc în simbioz� cu plantele superioare,

producând nodozit��i �i realizeaz� fixarea azotului atmosferic; altele

activeaz� în zona r�d�cinii plantelor, contribuind la dezvoltarea acestora �i la sporirea activit��ii rizosferice.

În medii specifice, unele grupe de bacterii produc procese

fermentative utile, ca fermenta�ia amidonului, a pectinelor, fermenta�ia

lactic�, butiric�, propionic� etc., în timp ce altele au capacitatea de a secreta

enzime extracelulare, cu care lizeaz� unele bacterii sau ciuperci.

�

�

�

�

�

�

�

�

���

�

�

1. Bacteriile sunt organisme:

a) pluricelulare

b) acelulare

c) unicelulare

2. Bacteriile prezint�:

a) nucleu complet

b) nucleu f�r� membran�

c) nu prezint� nucleu

3. Celula bacterian� este protejat� de:

a) membran� celular�

b) membran� citoplasmatic�

c) perete celular

d) nu este protejat�

4. Bacteriile au dimensiuni care se m�soar� în:

a) mm

b) cm

c) nm

d) µm

Rezultate corecte:

1 - c; 2 - b; 3 - c; 4 - µm.

�

�������������������

���

�

2.5. Cyanobacteriile (algele albastre-verzi)

Cyanobacteriile (gr. kyanós – albastru) sunt microorganisme

procariote, cunoscute, ini�ial, sub denumirea de alge verzi-albastre, care

folosesc apa ca donator de electroni �i în prezen�a luminii produc oxigen.

Mecanismul lor fotosintetic este identic cu cel al algelor eucariote, pigmen�ii fotosintetizan�i fiind reprezenta�i numai de clorofila "a" �i deficobiliproteine

(alloficocyanina, ficocyanina �i, uneori, ficoeritrina).

Cyanobacteriile sunt strict fotoautotrofe �i nu se pot dezvolta numai în

prezen�a substan�elor organice, nu au nevoie de vitamine ca factori de

cre�tere, iar ca surs� de azot folosesc azota�ii, s�rurile de amoniu, iar unele

specii folosesc azotul molecular, fiind fixatoare de azot (genurile Nostoc �i Anabaena).

Sunt mult r�spândite în sol, în apele dulci �i in apele s�rate din m�ri �i oceane. Sunt mai tolerante fa�� de condi�iile extreme nefavorabile decât

algele eucariote.

2.5.1. Morfologia cyanobacteriilor

Unele cyanobacterii sunt unicelulare, iar altele filamentoase, formând

lan�uri de dimensiuni variabile. Forma celulei este specific� sau bacilar�, cu

dimensiuni cuprinse între 1 �i 60 µm.

2.5.2. Structura cyanobacteriilor

Celulele prezint� un perete rigid, multistratificat, asem�n�tor cu cel de

la bacteriile Gram-negative. Peretele celular poate fi acoperit la exterior cu o

teac� gelatinoas� sau fibroas�. Cele mai multe cyanobacterii sunt mobile

într-un anumit stadiu de dezvoltare, având o mobilitate de tip glisant,

asem�nându-se cu bacteriile filamentoase glisante de tip Beggiatoa.

În citoplasm� se observ� 2-5 saci tilacoizi, între care se afl� ficobilisomii, implica�i în procesul de fotosintez�; genomul, alc�tuit dintr-o

molecul� de ADN dublu catenar�; granule de cianoficin�, care con�in acid

aspartic �i arginin�; glicogen; polifosfat �i vacuole cu gaz, ce au rol de

���

�

flota�ie. Ficobilisomii con�in pigmen�i asimilatori, reprezenta�i, în principal,

de ficocyanin�, alloficocyanin� �i, uneori, de ficoeritrin� �i ficoeritrocianin�. Heterochi�tii, întâlni�i la speciile din ordinele Nostocales �i

Stigonematales, sunt celule vegetative, care au suferit un proces de

diferen�iere structural� �i func�ional�. Astfel, ei au pierdut capacitatea de a

realiza fotosinteza oxigenic�, dar con�in enzime specifice procesului de

fixare a azotului molecular (nitrogenaza, hidrogenaza). Prezint� un perete

celular îngro�at �i o leg�tur� cu celulele vegetative adiacente. În schimbul

azotului organic furnizat de c�tre heterochi�ti, celulele vegetative furnizeaz� metaboli�i organici.

Akine�ii reprezint� structuri de rezisten��, care se formeaz� prin

cre�terea în dimensiune �i deformarea unor celule vegetative, simultan cu

depunerea unor straturi fibrilare dense la exterior. Conserv� capacitatea

vital� a speciei pentru o perioad� lung� de timp �i ofer� protec�ie la ac�iunea

unor factori fizici (temperatur�).

2.5.3. Sistematica cyanobacteriilor

Cyanobacteriile (Fig. 52) sunt încadrate în Regnul Procaryotae,

Divizia Gracilicutes, Cl. Oxyphotobacteria �i, pe baza caracterelor

morfologice, au fost clasificate în cinci ordine:

• Chroococca.les cuprinde reprezentan�i unicelulari, grupa�i în asocia�ii coloniale. Ex: genurile Chroococcus, Cyanobacterium �i Gloeocapsa.

• Pleurocapsales cuprinde specii unicelulare, capabile s� formeze spori

interni. Ex: genurile Chroococcidiopsis, Pleurocapsa �i Stanieria.

• Oscillatoriales cuprinde genuri, în care celulele sunt grupate în asocia�ii filamentoase, f�r� a prezenta, îns�, �i celule diferen�iate, numite akine�i �i heteroci�ti. Ex: genurile Oscillatoria, Plectonema �i Spirulina.

• Nostocales cuprinde specii filamentoase cu celule diferen�iate, numite

akine�i �i heteroci�ti. Ex: genurile Anabaena, Nostoc �i Cyanospira.

• Stigonematales cuprinde specii filamentoase cu celule diferen�iate, numite

akine�i �i heteroci�ti. Acest ordin, spre deosebire de Ord. Nostocales,

include �i cyanobacteriile, care formeaz� trichoame adev�rate. Ex: genurile

Capsosira, Mastigocladus �i Stigonema.��

���

�

2.5.4. Rolul cyanobacteriilor în natur�

Acestea constituie primele organisme ce populeaz� rocile dezagregate,

participând la procesul de solificare, �i favorizeaz� dezvoltarea în masa lor

mucilaginoas� a unor bacterii fixatoare de azot, între care Azotobacter sp. �i Clostridium sp.

Dintre cyanobacterii, mai r�spândite în natur� sunt genurile

Gloeocapsa �i Chroococcus, care sunt organisme unicelulare. Alte grupe

sunt filamentoase ca: Oscillatoria �i Lyngbia. Genurile Nostoc �i Anabaena, ce au capacitate de a fixa azotul molecular, tr�iesc în solurile umede din

orez�rii, unde asigur� N2 necesar plantelor.

2.6. Protozoarele

Protozoarele (gr. protos – primul, zoon – animal) sunt organisme

unicelulare de tip eucariot, variate ca form� �i dimensiune, la care se

cunoa�te un anumit ciclu evolutiv �i care reprezint� vie�uitoare complete �i independente.

Sunt caracterizate de prezen�a unor organite, numite cili, care particip� la locomo�ie �i la ob�inerea hranei. Hr�nirea este exclusiv heterotrof�; tr�iesc libere în mediul acvatic (majoritatea tr�iesc în ape dulci, dar pot fi

întâlnite �i specii de ap� s�rat�), precum �i în soluri umede.

(a) (b) (c)

Fig. 52 – Cyanobacterii: (a) Chroococcus sp.; (b) Oscillatoria sp.; (c) Anabena sp.

��

�

2.6.1. Morfologia �i fiziologia protozoarelor

Protozoarele sunt variate ca form�, iar dimensiunile variaz�, în func�ie

de specie, între 1 �i 2000 µm.

Valorile de temperatur� optime pentru cre�tere �i dezvoltare sunt

cuprinse între 18oC �i 25

oC, iar

chi�tii speciilor din Cl.

Rhizopoda (Sarcodina) rezist� pâna la 70

oC. Protozoarele

prefer� un pH neutru, dar se pot

dezvolta într-un interval mai

larg, cuprins între 3,5 �i 9. În

raport cu oxigenul, majoritatea

protozoarele din sol sunt strict

aerobe.

2.6.2. Structura protozoarelor

Celula unui protozor se

compune din membran�, protoplasm� �i unul sau mai

mul�i nuclee, cu forme �i structuri diferite (Fig. 54).

Pe membrana plasmatic� se g�sesc fibrile chitinoase, calcaroase sau

silicoase, ce asigur� coeziunea celulei. Unele specii din clasa Rhizopoda

(Sarcodina) prezint� o capsul� prev�zut� cu una sau mai multe deschideri,

cu rol protector.

Protoplasma este un sistem coloidal cu permeabilitate volutina

selectiv�, format din ecto- �i endoplasm�. În ea se g�sesc organite cu func�ie

vital� specific�, cum sunt incluziunile granulare, condriozomii, vacuolele,

nucleul sau nucleii (Cl. Ciliata), precum �i diferite substan�e de rezerv�. Ca

Vacuol� pulsatil�

Orificiul bucal (citostom)

Orificiul anal (citoproct)

Vacuol� digestiv�

Citofaringe

Micronucleu

Membran�

Cili

Macronucleu

Ectoplasma

Endoplasma

Trochocist

Fig. 54 – Structura unui protozoar ciliat

��

�

substan�e de rezerv� în celulele de protozoare s-au descoperit: amidonul,

glicogenul, leucozina, gr�simi �i substan�e proteice de rezerv�. Speciile binucleate din Cl. Ciliata con�in un micronucleu diploid,

responsabil cu reproducerea sexuat�, precum �i un macronucleu poliploid,

responsabil cu reglarea activit��ilor celulare.

Unele protozoare prezint� în ectoplasm� organite aciculare sau sub

form� de bastona�e (trichite �i trichoci�ti), ce sunt proiectate în exterior în

momentul atacului sau al ap�r�rii. Organitele care servesc la deplasarea protozoarelor sunt pseudopodele,

cilii �i flagelii. Pseudopodele iau na�tere din corpul plasmatic prin

modific�ri ale tensiunii superficiale, iar cilii �i flagelii sunt organite

permanente cu aspect specific. Cu ajutorul pseudopodelor, protozoarele se

deplaseaz� pe substrat solid, iar cu ajutorul cililor �i flagelilor, în mediul

lichid.

Resturile nedigerate sunt eliminate la cele cu pseudopode prin orice

parte a membranei plasmatice, iar la celelate protozoare prin anusul celular

(citoproct).

2.6.3. Reproducerea protozoarelor

Înmul�irea protozoarelor se face pe cale asexuat� prin fisiune,

sciziparitate sau înmugurire. Reproducerea prin sciziparitate (diviziune

direct�) presupune împ�r�irea celulei în dou� p�r�i aproape egale, în urma

acestui proces rezultând dou� celule fiice.

Înmul�irea sexuat� are loc dup� mai multe diviziuni simple, prin

copulare între game�i sau, în cazul speciilor din Cl. Ciliata, prin conjugare.

Copularea const� în unirea a doi game�i identici (isogamie) sau diferi�i (heterogamie) din punct de vedere morfologic, cu formarea unui zigot. În

urma contopirii game�ilor iau na�tere zigo�ii, care, în condi�ii neprielnice, se

transform� în zigochi�ti sau chi�ti de repaus, care au o mare rezisten�� la

temperaturi nefavorabile, concentra�ii mari de s�ruri solubile, usc�ciune sau

acumulare în mediul ambiant al unor factori nocivi. La revenirea condi�iilor

favorabile, din zigochi�ti apar indivizi obi�nui�i.

���

�

Conjugarea apare la ciliate �i const� în unirea temporar� printr-o punte

plasmatic� a doi indivizi, realizîndu-se, astfel, un schimb reciproc de nuclee

urmat de o contopire a nucleului introdus cu cel preexistent în celul�.

2.6.4. Nutri�ia protozoarelor

Nutri�ia este autotrof�, la speciile care con�in clorofil� (Cl.

Flagellata), �i heterotrof� (osmotrof� sau fagotrof�), în cazul celorlalte

protozoare. Speciile heterotrofe pot fi:

• saprozoice, utilizeaz� substan�ele organice moarte;

• holozoice, se hr�nesc cu microorganisme (bacterii, alge �i protozoare).

Majoritatea protozoarelor sunt holozoice �i, prin aceasta, pot limita

popula�ia bacterian� a solului. Amoebele înglobeaz� hrana cu ajutorul

extensiunilor plasmatice iar ciliatele î�i procur� hrana prin invagin�ri de

diferite forme (citostom, citofaringe). Digestia hranei solide se face în

vacuole digestive iar hrana lichid� este absorbit� osmotic.

2.6.5. Sistematica protozoarelor

În actualul sistem de clasificare, protozoarele sunt încadrate în Regnul

Protista, Încreng�tura Protozoa cu clasele:

• Flagellata (Mastigophora) sunt protozoare prev�zute cu flageli ca

organite de mi�care (gr. mastigos – flagel). În condi�ii nefavorabile, unele

specii î�i pot pierde flagelii �i se pot deplasa pe stratul solid printr-o mi�care

de curgere (târâre), caracteristic� rizopodelor. Flagelatele includ grupe de

organisme cu apartenen�� fie la regnul vegetal (fitoflagelate), fie la regnul

animal (zooflagelate). Ca reprezentan�i sunt genurile Bodo �i Euglena.

• Rhizopoda (Sarcodina) sunt protozoare care au corpul celular nud, cu

form� instabil�, care formeaz� chi�ti. Ele emit pseudopode temporare, care

le servesc atât pentru deplasare, cât �i pentru înglobarea hranei. Unele specii

pot fi protejate de o cochilie cu una sau mai multe deschideri. Cele mai

r�spândite genuri sunt Negleria �i Amoeba.

• Ciliata (Infusoria) cuprinde protozoare care se mi�c� cu ajutorul a

numero�i cili, care sunt excrescen�e protoplasmatice. Ciliatele prezint� cel

���

�

pu�in dou� nuclee diferite, atât morfologic, cât �i func�ional. Din acest grup,

ca reprezentan�i, cit�m: Paramoecium, Balantiophorus �i Colpoda.

• Sporozoa include organisme unicelulare parazite, caracterizate prin

apari�ia în timpul ciclului de dezvoltare al stadiului de spor. Ca reprezentan�i sunt genurile Lankesterella �i Schellackia.

• Cnidosporidia (Amoebosporidia) cuprinde specii unicelulare parazite.

2.6.6. Rolul protozoarelor în natur�

Rolul protozoarelor în sol este secundar fa�� de cel al bacteriilor �i ciupercilor. Ele sunt, în majoritate, pr�d�tori, ce se hr�nesc cu bacterii �i se

g�sesc în sol, pân� la 15 cm adâncime, într-o densitate care variaz� între

câteva sute �i pân� la 10.000 de exemplare la 1 gram de sol. Ca

micropr�d�tori, protozoarele contribuie la diminuarea num�rului de bacterii

în sol.

În acela�i timp, s-a constatat c�, prin moartea lor, protozoarele pun la

dispozi�ia microorganismelor surse nutritive, care stimuleaz� cre�terea

num�rului acestora în sol.

În unele experien�e cu Azotobacter, în culturile la care s-au ad�ugat

protozoare (Colpidium colpoda), s-a fixat mai mult azot decât la culturile

martor. De aici, se trage concluzia c� protozoarele, fagocitând bacteriile,

for�eaz� colonia s� produc� mai multe celule tinere, care sunt mai active în

fixarea azotului molecular. Pe de alt� parte, se presupune c� protozoarele ar

elimina în mediu de cultur� unele substan�e stimulatoare pentru dezvoltarea

bacteriilor.

Dup� al�i autori, în afar� de ac�iunea indirect� asupra biologiei solului,

protozoarele ar contribui �i la formarea humusului.

(a) (b) (c)

Fig. 53 – Protozoare: (a) Euglena sp.; (b) Amoeba sp.; (c) Paramoecium sp.

���

�

2.7. Diatomeele

Diatomee (gr. dia – de-a curezi�ul; temnein – a t�ia) – clas� de alge

fotosintetizante, unicelulare, brune-g�lbui, care particip� la formarea

fitoplanctonului. Prezint� o nutri�ie de tip autotrof, iar nucleul este de tip

eucariot.

2.7.1. Morfologia diatomeelor

Diatomeele sunt microorganisme solitare sau unite în colonii sub

form� de filament sau fund� (Fragillaria spp.), evantai (Meridion spp.), zig-

zag (Tabellaria spp.) sau stea (Asterionella spp.). Multe diatomee secret� o

substan�� mucilaginoas�, care acoper� peretele silicios �i care serve�te ca

mijloc de ata�are a celulelor în colonii. Substan�a mucilaginoas� poate fi

utilizat� �i pentru ata�area diatomeelor de substrat. Celulele mai pot fi unite

în colonii prin diferite excrescen�e ale frustulei.

Dimensiunea diatomeelor variaz� de la un �m la mai mult de 2000

�m, dar cele mai multe se încadreaz� în intervalul 10 - 100 �m.

2.7.2. Structura diatomeelor

O tr�s�tur� caracteristic� a algelor diatomee este c� acestea sunt

închise într-un perete celular pectocelulozic, format din dou� teci silicioase

(epiteca �i hipoteca), numit frustula (schelet extern). Fiecare teac� este

format� dintr-o valv� �i un inel conectival. Epiteca este mai mare

comparativ cu hipoteca, astfel c� cele dou� teci se suprapun asemenea unei

pl�ci Petri, îmbinarea realizându-se prin marginile libere ale inelelor

conectivale (Fig. 58).

Frustula poate prezenta o serie de elemente structurale: puncte, striuri,

coaste, cut�ri sau loje alungite, deschise în cavitatea celular�. Suprafa�a

valvei poate fi reticulat�, cu o serie de cavit��i, numite areole. Peretele

areolei poate prezenta pori, prin care citoplasma comunic� cu exteriorul. La

unele specii din Ord. Pennales se observ� prezen�a unor fisuri, care permit

���

�

comunicarea citoplasmei cu mediul extern �i care poart� numele de raf�. La

celelalte specii ale ordinului se g�se�te o pseudoraf�. Frustulele de diatomee sunt, de obicei, foarte complicate �i variate, iar

modelele de ornamenta�ie reprezint� un criteriu taxonomic important de

clasificare.

Membrana citoplasmatic� separ� citoplasma de peretele celular (fa�a

intern� a frustulei). Citoplasma diatomeelor prezint� curen�i citoplasmatici,

iar în interiorul ei se g�sesc organitele citoplasmatice. Nucleul este bine

dezvoltat, are o form� sferic� sau lenticular� �i prezint� 1-2 nucleoli.

Citoplasma con�ine cromoplastide (cromatofori) în care, al�turi de clorofil� (a �i c), se g�se�te �-caroten, fucoxantin�, lutenin� �i diatomin�, pigmen�i ce

dau o culoare galben-brun�. Din punct de vedere filogenetic, se crede c� diatomeele fac trecerea spre algele brune, datorit� existen�ei pigmentului

diatomin� (feofil), care mascheaz� prezen�a clorofilei.

Diatomeele sunt organisme autotrofe, capabile de sinteza tuturor

constituen�ilor celulari prin mijloace proprii, pornind de la surse simple

anorganice de carbon �i azot.

Fig. 59 – Structura la Melosira spp. (dup� Margulis �i colab., 1999)

���

�

Deplasarea diatomeelor

cu raf� se poate realiza prin

glisare cu ajutorul citoplasmei,

care exud� la nivelul acesteia.

Speciile care nu prezint� rafa,

nu se pot deplasa �i sunt

dispersate pasiv de curen�i în

straturile de suprafa�� ale

oceanelor. Adapt�rile care

favorizeaz� plutirea includ:

forma frustulelor �i procesele

care m�resc raportul

arie/volum, formarea coloniilor

�i înmagazinarea de gr�simi sau

uleiuri în celul� (reduc

greutatea specific� total�). Celula diatomeelor nu prezint� flageli, cu

excep�ia game�ilor flagela�i din timpul perioadei de reproducere sexuat�. Din punct de vedere chimic, algele diatomee con�in 80-90% SiO2.

2.7.3. Reproducerea diatomeelor

Diatomeele se înmul�esc asexuat prin diviziune binar� �i sexuat prin

oogamie, isogamie sau anisogamie (heterogamie).

Reproducerea prin diviziune binar� (Fig. 60) presupune scindarea

celor dou� teci dup� un plan paralel, astfel încât fiecare dintre cele dou� celule fiice rezultate va avea câte o teac� de la celula mam�. Cealalt� teac� va fi rapid secretat� de protoplast.

Deoarece hipoteca celulei mam� devine epiteca pentru celul� fiic�, cre�terea numeric� a popula�iei de diatomee determin� o reducere a

dimensiunii medii. Ca urmare a acestui fapt, jum�tate din celulele nou

formate vor suferi o reducere continu� a dimensiunilor, iar celelalte celule

vor avea acelea�i dimensiuni, comparativ cu celula parental�. Reproducerea

asexuat� se poate repeta de pân� la opt ori pe zi, factorii limitativi fiind

cantitatea de silice existent� în mediu �i dimensiunea celulei mam�.

Fig. 58 – Frustul� de diatomee

(CRPGL, Luxembourg)

���

�

Dup� o serie de diviziuni succesive, algele diatomee vor ajunge la o

dimensiune minim� (<1/3 din celula ini�ial�), caz în care mitoza nu mai

poate avea loc. Acest lucru induce reproducerea sexuat�, care va restabili

dimensiunea maxim� a celulei de diatomee.

Reproducerea sexuat� (Fig. 61) este diferit� la diatomeele centrice

(Ord. Centrales) �i penate (Ord. Pennales) �i se realizeaz� prin oogamie,

isogamie sau anisogamie (heterogamie). Ciclul de via�� al diatomeelor este

preponderent diploid (2n), stadiul haploid (n) fiind de scurt� durat� (în

timpul înmul�irii sexuate).

Oogamia este un tip de proces sexuat caracteristic pentru diatomeele

centrice, care const� în contopirea gametului femel imobil cu gametul

mascul mobil (prezint� un flagel).

În cazul diatomeelor penate, reproducerea sexuat� se realizeaz� prin

isogamie sau, mai rar, prin anisogamie. Isogamia este o form� de înmul�ire

sexuat�, în care cei doi game�i care particip� la fecundare sunt identici din

punct de vedere morfologic, în timp de anisogamia (heterogamie) se

realizeaz� prin copula�ia a doi game�i diferi� i ca m�rime �i form�. În cazul

Ord. Pennales, cu excep�ia genului Rhabdonema, reproducerea sexuat� se

realizeaz� prin intermediul unor game�i imobili, nediferen�ia�i din punct de

vedere morfologic.

Reproducerea sexuat� este declan�at� de reducerea în dimensiune a

frustulei. Când celulele vegetative (2n) ajung la dimensiunea minim�, se

ini�iaz� fenomenul de meioz�, în urma c�ruia sunt produ�i game�i masculi �i femeli. Dup� fuziunea celor dou� nuclee, diferite din punct de vedere

Mitoz�

Fig. 60 – Reproducerea asexuat� la diatomee (dup� MacDonald, 1869 �i Pfitzer, 1869)

���

�

sexual, rezult� zigotul, care începe s� creasc� în volum pân� ajunge la

dimensiunea celulei caracteristice pentru specia respectiv�. Stadiul final

poart� numele de auxospor (gr. auxein – a cre�te, sporos – germen) �i este

caracterizat prin absen�a frustulei silicioase �i prin capacitatea de a forma o

nou� celul� vegetativ� prin germinare.

2.7.4. Sistematica diatomeelor Whittaker (1969) �i Bayard (1978) plaseaz� diatomeele în Cl.

Bacillariophyceae, al�turi de algele din Cl. Chrysophyceae (alge maro-aurii)

�i Cl. Xanthiophyceae (alge galben-verzi). Cele trei clase sunt încadrate

taxonomic în Încr. Chrysophyta, Regnul Protista �i se caracterizeaz� prin

formarea de chi�ti endoplasmatici asem�n�tori, secre�ia de silice,

acumularea de gr�simi �i existen�a unui perete celular bipartit în anumite

stadii de dezvoltare. Al�i cercet�tori (Woese �i colab., 1990; Margulis �i Schwartz, 2000) subliniaz� diferen�ele existente între clasele enumerate

anterior (în special structura frustulei de diatomee) �i au ridicat diatomeele

la rang de încreng�tura separat�, Bacillariophyta (sin. Diatomeae).

A B

Fig. 61 – Reproducerea sexuat� la diatomee: A – reproducerea sexuat� la Ord. Centrales;

B - reproducerea sexuat� la Ord. Pennales (dup� Hasle and Syvertsen, 1997).

���

�

O mare parte din sistematica diatomeelor este bazat� pe tipurile �i modelele ornamenta�iilor, care apar pe scheletul extern opalin sau frustula.

Aceasta frustul� are form� de cutie cu teci (valve) suprapuse, cea mai mare

fiind numit� epiteca, iar cea mai mic�, hipoteca. Structurile cele mai

importante sunt reprezentate de pori (areole), arii hialine (clare), spini

marginali �i submarginali.

Sunt cunoscute peste 250 genuri de diatomee (70 genuri fosile);

acestea cuprind aproximativ 100.000 specii, dintre care peste 10.000

existente. Dintre genurile mai comune men�ion�m: Amphipleura,

Asterionella, Biddulphia, Coscinodiscus, Cymbella, Diatoma, Diploneis,

Fragilaria, Melosira, Meridion, Navicula, Nitzschia, Pinnularia, Surirella �i Thalassiosira.

Diatomeele sunt divizate în dou� ordine (dup� Whittaker, 1969 �i Bayard, 1978):

• Ord. Centrales prezint� simetrie radiar� (centrul structural este

reprezentat de un punct).

Ex: Fam. Coscinodiscaceae cuprinde� pecii cu frustule discoidale,

lenticulare sau globuloase, unite în colonii filamentoase. Celulele se prezint� sub form� de disc sau de tob�, libere sau fixate, solitare sau unite în colonii

laxe cu ajutorul unui mucilagiu. Valvele sunt circulare sau eliptice cu

relieful ondulat tangen�ial sau concentric. Specii marine, salmastre sau

dulcicole. Unele se fixeaz� pe diferite suporturi umede sau pe soluri (Fig.

55).

Fig. 55 – Cyclotella meneghiniana

(www.pae.ugent.be)

��

�

• Ord. Pennales prezint� simetrie bilateral� (centrul structural este

reprezentat de o linie). Acest ordin cuprinde:

1. diatomee f�r� raf� Exemplu : Fam. Fragilariaceae cuprinde diatomee penate de ape

dulci �i marine, ale c�ror celule sunt izolate sau reunite în colonii. Celulele

pot fi alungite, drepte sau curbate, cu valve ornamentate cu striuri sau coaste

transversale. Frustula este lipsit� de zone intercalare �i de septuri (Fig. 56).

2. diatomee cu raf� Exemplu: Fam. Naviculaceae cuprinde diatomee penate, care la

ambele valve prezint� câte o raf� bine dezvoltat�, sub forma unor fisuri.

Rafa este situat� pe o caren�. Cuprinde 29 de genuri de ap� dulce, salmastr� sau marin�. Unele specii se fixeaz� pe soluri umede, pe ziduri sau pe diferite

suporturi umede (Fig. 57).

�

Fig. 57 – Navicula hamiltonii (http://craticula.ncl.ac.uk)

Fig. 56 – Fragilaria capucina var. amphicephala

(http://craticula.ncl.ac.uk)

��

�

2.7.5. Rolul diatomeelor în natur�

Se g�sesc în toate mediile marine, salmastre �i de ap� dulce, dar �i în

sol (adâncimi < 0,25 - 1 m), ghea�� sau ata�ate de roci �i alte substraturi din

zonele de spargere a valurilor de lâng� ape. În oceanele actuale (adâncimi

<100 m), diatomeele sunt printre cei mai importan�i produc�tori primari, iar

o abunden�� ridicat� a diatomeelor este tipic� pentru cele mai fertile arii ale

oceanelor. Diatomeele pot fi folosite pentru monitorizarea condi�iilor

mediului �i în studiul calit��ii apei.

�

2.8. Ciupercile

Ciupercile sunt organisme eucariote, heterotrofe, ubiquiste, extrem de

bogate în specii ce prezint� structuri �i caractere biologice foarte diverse,

adaptate modurilor de via�� saprofite, parazite sau simbiotice, fiind lipsite de

pigmen�i asimilatori.

2.8.1. Morfologia ciupercilor

Aparatul vegetativ al diferitelor grupe taxonomice de ciuperci este

divers constituit (Fig. 62). Astfel, la cele mai primitive ciuperci din clasa

Chytridiomycetes, corpul vegetativ este unicelular, sub forma unei celule

nude, format numai din citoplasm� �i nucleu �i poart� numele de

gimnoplast.

La un alt grup de ciuperci inferioare din cl. Plasmodiophoromycetes,

corpul vegetativ este constituit dintr-o mas� citoplasmatic� mai dezvoltat�, în care se g�sesc numeroase nuclee neindividualizate în celule, ce poart� numele de plasmodiu.

Un alt tip de aparat vegetativ mai evoluat, denumit sifonoplast, se

întâlne�te la ciupercile din clasele Zigomycetes �i Oomycetes, la care acesta

se prezint� sub form� de tuburi simple sau ramificate continuie, f�r� pere�i transversali, care con�in o mas� de citoplasm� �i numeroase nuclee,

nediferen�iate în celule, denumit �i sifonoplast cenocitic.

���

�

La ciupercile superioare din subîncreng�turile Ascomycotina,

Basidiomycotina �i Deuteromycotina, aparatul vegetativ poate fi unicelular

ca la Fam. Saccharomycetaceae �i poart� numele de dermatoplast, iar la

marea majoritate se prezint� sub form� de filamente simple sau ramificate,

cu pere�i transversali sau septe, care separ� celulele între ele. Filamentele

acestea se numesc taluri filamentoase, carora li se mai d� denumirea de

micelii, iar ramifica�iilor, aceea de hife miceliene. Septele sau pere�ii transversali, ce despart celulele talului filamentos, sunt prev�zute cu un por

central, prin care se face comunicarea între celulele vecine, prin masa de

citoplasm�. Cel mai evoluat tip de aparat vegetativ este alc�tuit dintr-o împletire

de taluri filamentoase, poart� numele de tal masiv �i este caracteristic

ciupercilor din subîncreng�tura Basidiomycotina �i unor ciuperci din

subîncreng�tura Ascomycotina. Prin împletirea filamentelor apar �esuturi

false, numite plectenchime, ce pot îndeplini diferite func�ii (de protec�ie, de

absorb�ie, de rezerv� etc.).

(a) (b)

(e) (f)

(c) (d)

Fig. 62 – Tipuri de aparate vegetative la ciuperci: (a) gimnoplast; (b) plasmodiu;

(c) dermatoplast; (d) sifonoplast; (e) tal filamentos; (f) tal masiv (dup� Laz�r �i colab., 1977).

���

�

2.8.2. Structura celular� a ciupercilor

Celula fungic� este format� din dou� feluri de componente �i anume

din elemente neprotoplasmatice, cum sunt, membrana, vacuomul �i substan�ele de rezerv�, �i din componente protoplasmatice, ca citoplasma,

nucleul etc.

1. Peretele celular, examinat la microscopul optic, apare ca o structur� omogen�, îns� la o examinare cu microscopul electronic prezint� o structura

stratificat�. Dup� Hunsley �i Burnett, spre exemplu, miceliul matur la Neurospora

crassa este constituit din mai multe straturi, dup� cum urmeaz�: stratul

exterior, compus din glucan amorf este urmat de un alt strat reticular din

glucan în amestec cu protein�; al treilea strat este constituit, în principal, din

protein�, iar cel de-al patrulea este format din protein�, în care sunt cuprinse

�i microfibrile de chitin�. 2. Membrana citoplasmatic� acoper� citoplasma celulelor fungice �i o

separ� de fa�a interioar� a peretelui celular. Apare la microscopul electronic

tristratificat�, are o grosime variabil� �i func�ioneaz� ca o membran� osmotic� selectiv�.

3. Vacuolele, puse în eviden�� prin colorarea cu ro�u neutru, sunt mai

numeroase în celulele tinere, dar, cu vârsta, conflueaz� într-o vacuol� mare,

ce ocup� centrul celulei. Sunt separate de citoplasm� printr-o membran� simpl�, denumit� tonoplast, iar în interiorul lor se acumuleaz� substan�e de

rezerv� sau care rezult� în urma procesului metabolic.

4. Citoplasma celulelor de ciuperci se prezint� sub form� lichid�, hialin�, omogen�, refringent� �i, uneori, la maturitate, cu aspect granular. În

compozi�ia ei intr�: lipide, glicogen, acid ribo nucleic, enzime, acizi

organici, fosfa�i de fitosterine, zaharuri etc. În citoplasm�, al c�rei con�inut

în ap� este însemnat, se desf��oar� majoritatea proceselor de metabolism;

tot aici se g�sesc vacuolele, ribozomii, reticolul endoplasmatic,

mitocondriile �i anumite vezicule subglobuloase, mici, cu substan�e de

rezerv�.

���

�

5. Nucleul, la ciuperci, este înconjurat de o membran� nuclear� dubl�, ce prezint�, din loc în loc, orificii. În interior se afl� nucleoplasma �i unul

sau mai mul�i nucleoli. Substan�a caracteristic� nucleului este acidul

dezoxiribonucleic (ADN) iar num�rul de cromozomi este mic �i difer� în

func�ie de specie. Având nuclee bine conturate, ciupercile sunt organisme

eucariote. Nucleele la ciuperci sunt, de obicei, de form� sferic� sau ovoid� �i au dimensiuni relativ mici, între 0,75 µm la Venturia inaequalis, 1-2 µm la

Mucoraceae �i pot ajunge pân� la 20 µm.

La ciupercile inferioare, cu aparatul vegetativ un plasmodiu, în

citoplasma acestuia se g�sesc mai multe nuclee ca �i în sifonoplastul care nu

prezint� septe transversale.

La ciupercile superioare din subîncreng�turile Ascomycotina �i Basidiomycotina se pot g�si în celule un singur nucleu în faza haploidal� �i dou� nuclee în cea dicariotic�.

6. Reticulul endoplasmatic este alc�tuit din dou� membrane, separate

printr-un lumen; el poate fi sub form� tubular� sau sub form� lamelar�, mai

evident în celulele tinere �i în leg�tur� cu membrana nuclear�. 7. Ribozomii, denumi�i �i granulele lui Palade, sunt forma�iuni

citoplasmatice, asociate reticului endoplasmatic. Ei sunt forma�i din ARN în

propor�ie de pân� la 65 %, numit �i ARN ribozomal (ARNr), �i din 35 %

protein�. 8. Aparatul Golgi este prezent în celulele ciupercilor, fiind format din

unit��i structurale morfologice, numite dichtiozomi, ce se g�sesc în

citoplasm�. Are rol în procesul de sintez� a polizaharidelor, particip� la

procesul de formare �i cre�tere a membranei celulare �i a vacuolelor, fiind

întâlnit, mai ales, la ciupercile Oomycetes.

2.8.3. Organele de fixare �i de absorb�ie ale ciupercilor

Ciupercile saprofite se fixeaz� pe substrat cu ajutorul unor filamente

ramificate, numite rizoizi, cu ajutorul c�rora î�i extrag �i substan�ele

nutritive.

Ciupercile parazite p�trund în �esuturile gazdei, dar miceliul r�mâne în

spa�iile intercelulare trimi�ând în celule haustorii care au rolul de a extrage

din celule substan�ele hr�nitoare (Fig. 63).

���

�

Haustorii sunt constitui�i dintr-un gât sub�ire, format în momentul

p�trunderii în celula parazitat�, dup� care urmeaz� o parte mai dilatat�-terminal�, ce poate avea forme sferice, ca la Cystopus sp., ramificate sau

digitate, ca la genurile Peronospora, Erysiphe sau Puccinia.

Unele ciuperci parazite, care se dezvolt� la suprafa�a organelor atacate

ale plantei gazd�, se numesc ectoparazite, iar miceliul lor este epifit. A�a

este cazul ciupercilor din Fam. Erysiphaceae, la care miceliul se fixeaz� de

substrat cu ajutorul unor forma�iuni ca ni�te ventuze, numite apresorii, din

care se dezvolt� mai departe micelii fine, ce str�bat membrana celular� a

gazdei �i formeaz� apoi haustoriile în interiorul celulei parazitate.

În ceea ce prive�te r�spândirea miceliului parazit în �esuturile gazdelor

la ciupercile endoparazite, acesta are o dispersie limitat�, provocând infec�ii localizate, ca în cazul petelor produse de Polystigma rubrum. La alte grupe

de agen�i patogeni, infec�ia este generalizat�, afectând planta în totalitate sau

mari p�r�i din aceasta, ca în cazul atacului de Puccinia recondita sau

Erysiphe graminis.

În alte cazuri, spre exemplu la Verticillium dahliae, se produce o

infec�ie a vaselor conduc�toare în zona coletului, provocând o

tracheomicoz�, iar efectul parazitar este de “ve�tejire”, ce afecteaz� toat� planta.

Rizoizi

Haustori

Fig. 63 – Organe de fixare �i absorb�ie la ciuperci

���

�

Un alt aspect ce trebuie men�ionat este durata de via�� a aparatului

vegetativ al agentului patogen în gazd�. Din acest punct de vedere, exist� ciuperci cu dezvoltare anual�, cum este Erysiphe graminis, care, într-o

singur� perioad� de vegeta�ie, î�i des�vâr�e�te întreg ciclul biologic.

O a doua categorie o constituie ciupercile bianuale, care se dezvolt� pe

plante multianuale sau pe dou� gazde diferite, cum este Puccinia graminis.

Exist� �i ciuperci plurianuale, care au ca gazde plante perene, ca pomii

fructiferi sau arborii de p�dure, pe a c�ror organe atacate corpii de

fructificare dureaz� un num�r mai mare de ani. A�a sunt ciupercile

macromicete ce atac� scoar�a �i lemnul ca Stereum purpureum.

La un mare num�r de ciuperci din subîncreng�turile Ascomycotina �i Basidiomycotina corpii de fructificare sau unele organe de rezisten�� sunt

alc�tui�i din filamente miceliene mai strâns sau mai lax între�esute, ce

alc�tuiesc false �esuturi, denumite plectenchime.

Plectenchimele, care constituie taluri masive ale unor ciuperci

macromicete, îndeplinesc func�ii diferite �i alc�tuiesc false �esuturi, de

cre�tere, de protec�ie, mecanice, de conducere, de rezerv�, de excre�ie, de

mi�care etc.

Falsele �esuturi de cre�tere sau formatoare sunt constituite din celule

cu caracter embrionar, cu membrana sub�ire, foarte bogate în citoplasm�, care se divid activ �i îndeplinesc func�ia de cre�tere a talului.

Falsele �esuturi de protec�ie se g�sesc la suprafa�a talului masiv,

venind în contact cu mediul extern. Elementele care alc�tuiesc aceste

�esuturi au membrana îngro�at�, prezentând, uneori, �i anumite excrescen�e,

ornamenta�ii sau peri.

La ciuperci, se pot deosebi mai multe feluri de �esuturi de protec�ie �i anume:

• Derm este o �es�tur� format� din celule dispuse perpendicular pe suprafa�a

organelor ciupercii.

• Cutis este �es�tura de protec�ie, ale c�rei elemente constitutive sunt

dispuse paralel cu suprafa�a organelor ciupercii.

• Cortex este o �es�tur� de protec�ie compact�, dispus�, de regul�, la

suprafa�a unor fructifica�ii, apotecii, basidiofructe sau a sclero�ilor.

Falsele �esuturi mecanice au rol în sus�inerea talului, cum ar fi piciorul

ciupercilor macromicetelor, �i sunt constituite din elemente mecanice bine

���

�

diferen�iate, formate din celule cu membrana puternic îngro�at�, lipsite de

con�inut, ce sunt comparabile sclereidelor.

Falsele �esuturi conduc�toare se aseam�n� �i au acela�i rol cu

�esuturile de la plantele vasculare. Elementele ce alc�tuiesc aceste

forma�iuni sunt celule vii mult alungite, cu pere�i transversali sub�iri, prev�zu�i cu pori �i care prezint� dilat�ri în dreptul septului.

Falsele �esuturi de rezerv� au rolul de a înmagazina apa, hidra�ii de

carbon, substan�ele proteice, gr�simile etc..

Celulele în care se depune apa se numesc cistide, dar aceasta, în unele

cazuri, se poate g�si �i în spa�iile intercelulare.

Glicogenul �i gr�simile se depun în celule sub form� de pic�turi, iar în

membrane se depune hemiceluloza. La ciuperci, se cunoa�te c� amidonul nu

se g�se�te ca substan�� de rezerv�. Pe lâng� aceste false �esuturi de rezerv�, ca organe speciale, mai au rol în acest proces �i sclero�ii, bulbilii �i rizomorfele, care sunt �i organe de rezisten��.

Falsele �esuturi de excre�ie sunt acelea prin care se face eliminarea

unor produse de metabolism sub form� de secre�ii sau excre�ii. Din categoria produselor de secre�ie amintim enzimele �i hormonii, ce

se elimin� din corpul ciupercilor în procesul de parazitism.

Substan�ele de excre�ie, ca oxalatul de calciu, carbonatul de calciu,

unele substan�e gomoase, formate în procesul de asimila�ie �i de

dezasimila�ie, se elimin� permanent din corpul ciupercilor pe m�sura

form�rii lor.

Falsele �esuturi de mi�care pot fi influen�ate de un excitant extern �i pot provoca mi�c�ri, denumite tropisme �i tactisme. Pe lâng� acestea se

mai cunosc la ciuperci �i mi�c�ri autonome, numite nastii.

Între tropisme se pot deosebi:

• Geotropismul, care poate fi pozitiv, în cazul organelor de fixare �i de

absorb�ie, cum sunt rizoizii, sau negativ, în cazul carpoforilor de la

Hymenomycetales.

• Fototropismul este influen�a produs� de lumin� asupra unor organe de

ciuperci; el poate fi pozitiv �i se manifest� asupra ascelor de la unele

Discomycetes, care au tendin�a de a se orienta c�tre lumin�, sau a

sporangioforilor de Pilobolus cristalinus, care, de asemenea, manifest� aceea�i tendin��.

���

�

• Chemotropismul reprezint� tendin�a de atragere sau de respingere a unor

organisme de ciuperci fa�� de unele substan�e chimice. Chemotropism

pozitiv manifest� numeroase ciuperci fa�� de glucide �i zaharuri.

• Hidrotropismul este influen�a umidit��ii asupra ciupercilor. Se �tie c�, în

diferite faze biologice, acestea au nevoie de o atmosfer� aproape saturat� în

vapori de ap� sau chiar de pic�turi pentru mi�carea �i germinarea sporilor �i ini�ierea procesului de infec�iune.

• Haptotropismul reprezint� mi�c�rile specifice pe care le exercit� unele

ciuperci ce au tendin�a de a apuca sau înl�n�ui alte filamente, ca în cazul de

la Peziza sp. Tactismele sunt mi�c�ri libere ale sporilor mobili (zoosporilor) ale

unor ciuperci sub influen�a unui excintant extern. În func�ie de factorul

excitant, putem avea: chemotactism, fototactism �i hidrotactism.

Nastiile sunt, de asemenea, mi�c�ri autonome, dar care nu sunt

provocate de un excitant extern.

De exemplu, se consider� ca nastii mi�c�rile de deschidere a

fructifica�iilor la unele Gasteromycete, a ecidiilor de la Uredinales, precum

�i mi�c�rile de eliminare a ascosporilor din asce sau de proiectare a

bazidiosporilor de pe bazidii.

2.8.4. Formele de rezisten�� ale ciupercilor

În situa�ia când condi�iile de via�� înceteaz� s� mai fie favorabile,

ciupercile au posibilitatea de a supravie�ui, trecând în forme de rezisten��, la

care miceliul prezint� membrana celular� îngro�at�, con�inutul citoplasmei

mai bogat în substan�e de rezerv� iar cel al apei este mai redus.

În acest fel, ritmul metabolismului devine mai lent �i permite

supravie�uirea pân� la revenirea condi�iilor favorabile. Uneori, apar �i unele

forme de rezisten�� cu o anumit� structur�, cum sunt: gemele, stromele,

sclero�ii, rizomorfele sau clamidosporii.

1. Gemele sunt forme de rezisten�� ce apar, mai ales, la ciupercile din

cl. Oomycetes, la care por�iuni de sifonoplast se înconjoar� cu o membran� îngro�at�, con�inutul în ap� se reduce �i, în acela�i timp, cel al substan�elor

de rezerv� spore�te. Privite la microscop, gemele apar mai str�lucitoare, mai

refringente decât miceliul vegetativ.

���

�

2. Clamidosporii sunt asem�n�tori cu gemele, dar se formeaz� la

ciupercile superioare, ca de exemplu la genul Fusarium. 3. Stromele reprezint� forma�iuni uneori de dimensiuni mai mari,

rezultate din împletirea miceliilor vegetative, luînd aspectul de crust�, ce se

formeaz� pe organele atacate ale plantelor. Stromele ad�postesc adesea

forme conidiene sau sexuate de înmul�ire �i sunt viu colorate sau în brun

întunecat.

4. Sclero�ii (Fig. 64) sunt organe de rezisten��, ce reprezint� o

împletire de filamente miceliene diferen�iat�, în stratul extern mai dens,

paraplectenchimul, �i mai lax� în interior, ce reprezint� prozoplectenchimul.

Sclero�ii se formeaz� fie în locul ovarelor florilor, fie la exteriorul �i în

interiorul altor organe ale plantelor atacate.

Din germinarea sclero�ilor pot rezulta micelii vegetative, forme

conidiene sau, la unele specii, apotecii cu asce �i ascospori.

5. Rizomorfele sunt forma�iuni ce rezult� din înm�nuncherea a mai

multe filamente miceliene strâns asociate, ce se formeaz� pe p�r�ile

subterane ale plantelor atacate.

2.8.5. Înmul�irea ciupercilor

La ciupercile inferioare nu exist� o diferen�� tran�ant� între aparatul

vegetativ �i organele de îmnul�ire. Astfel, la ciupercile din clasele

Chytridiomycetes �i Plasmodiophoromycetes, gimnopla�tii �i, respectiv,

plasmodiile cap�t� rol de

înmul�ire, transformându-se, pe

cale holocarpic�, în sporangi,

ce con�in spori asexua�i. La ciupercile superioare,

pe organele vegetative se

formeaz�, în mod diferen�iat,

organe de reproducere, pe cale

eucarpic�. Ciclurile biologice ale

diferitelor grupe taxanomice

sunt foarte diversificate �i se

Fig. 64 – Sclero�i de Sclerotinia sclerotiorum

��

�

succed în timp în cadrul alternan�ei de faze.

Formele de reproducere sunt denumite cu un termen generic spori, iar

procesul de înmul�ire se poate realiza pe cale vegetativ� asexuat� �i sexuat�. I. Înmul�irea vegetativ� este o form� nespecializat�, ce se realizeaz�

prin fragmente de miceliu, ce se disemineaz� fie pe cale natural�, fie în mod

artificial de c�tre om.

Spre exemplu, odat� cu lucr�rile solului, unele fragmente de miceliu

sunt desprinse �i purtate cu piesele active ale agregatelor la distan�e uneori

importante. Factorii naturali meteorologici au ca efect acela�i rezultat.

Alteori, unele specii de ciuperci, prin separarea celulelor miceliului,

a�a cum s-ar produce de�irarea unui �irag de m�rgele, formeaz� spori, cum

sunt artrosporii, aleurisporii sau clamidosporii, care contribuie, de

asemenea, la diseminare.

Artrosporii sunt por�iuni delimitate de miceliu, ce se înconjoar� cu o

membran� groas� �i servesc ca organe de propagare. Un asemenea caz se

întâlne�te la Neurospora sitophila sau la Oidium lactis.

Aleurisporii se formeaz� terminal pe filamentele miceliene �i se

întâlnesc la genurile Aleurisma, Sepedonium etc.

Clamidosporii se formeaz� intercalar prin fragmentarea hifelor

ciupercii, sunt prev�zu�i cu perete gros �i rezistent, adeseori cu ornamenta�ii specifice.

Dermatopla�tii ciupercilor din Fam. Saccharomycetaceae înmuguresc,

iar aceste forma�iuni poart� numele de blastospori (Fig. 65).

Blastospor

Fig. 65– Înmul�irea vegetativ� la drojdia de bere (Saccharomyces cerevisiae)

��

�

II. Înmul�irea asexuat� Acest mod de înmul�ire se realizeaz� prin organe diferen�iate, ce se

formeaz� în strâns� dependen�� de condi�iile de nutri�ie �i de clim�, într-un

moment determinant din dezvoltarea ciclului biologic al ciupercii. Organele

de înmul�ire asexuat� sunt denumite în termeni generici spori.

Ace�tia au rol de înmul�ire �i de propagare �i reproduc faza asexuat�, putând, uneori, s� ia �i rolul de game�i �i s� contribuie la înmul�irea sexuat�.

Dup� posibilit��ile de mi�care, sporii ciupercilor pot fi de dou� feluri;

• Sporii imobili sau aplanospori sunt lipsi�i de flageli sau cili �i sunt

dispersa�i în natur� în mod pasiv;

• Sporii mobili sau planospori sunt prev�zu�i cu 1-2 flageli, care asigur� dispersarea în mediul acvatic.

Din punct de vedere al modului cum se formeaz�, sporii pot fi de dou� feluri:

• Spori endogeni sau endospori, care se g�sesc în interiorul unor organe

speciale. Astfel, ciupercile din clasa Zygomycetes formeaz� spori imobili în

interiorul unor sporangi.

La ciupercile din clasa Oomycetes, sporii sunt mobili �i se formeaz� în

zoosporangi caduci, denumi�i, în mod curent, �i false conidii.

Exist� �i unele cazuri la ciupercile din subîncreng�tura Ascomycotina când o categorie de spori imobili se formeaz� în organe speciale - ascele;

formarea acestor spori este în leg�tur� cu procesul sexual �i ei se numesc

ascospori.

• Sporii exogeni sau exosporii se formeaz� la exteriorul unor organe

speciale, diferen�iate în func�ie de faza în care se g�sesc ciupercile

respective. A�a, unii spori haploidali se formeaz� la cap�tul unor filamente

cu conforma�ie deosebit�, ce se numesc conidiofori, iar sporii poart� numele

de conidii (Fig. 66).

Sporii exogeni, denumi�i basidiospori, se întâlnesc la subîncreng�tura

Basidiomycotina; ei se formeaz� la exteriorul basidiilor, dup� procesul de

sexualitate (meioza), �i ca �i ascosporii sunt spori haploidali.

���

�

III. Înmul�irea sexuat� Asupra problemei sexualit��ii la ciuperci s-au elaborat înc� din secolul

al XIX-lea �i în cursul celui de al XX-lea lucr�ri, studii importante �i sinteze, cum sunt cele ale unor autori ca: Clausen (1906), Guillermond

(1913), Killian (1921), Kniep (1928), Gäumann (1940), Moreau (1952),

Ainsworth �i Sussman (1973) etc.

Ca �i la organismele mai evoluate �i în ciclul de via�� al ciupercilor

exist� dou� faze �i anume, o faz� haploidal� sau haplofaza, reprezentat� prin

celule cu n cromozomi �i faza diploid� sau diplofaza cu celule cu 2n

cromozomi. Trecerea de la faza haploidal� la cea diploid� se face prin

procesul de fecunda�ie (F) iar prin meioz� - diviziunea reduc�toare (R) - se

face trecerea de la diplofaz� din nou la haplofaz�. În procesul de fecunda�ie se întâlnesc dou� etape �i anume:

plasmogamia (P) care const� în contopirea citoplasmelor game�ilor �i kariogamia (K) care const� în fuzionarea celor dou� nuclee. Celulele în care

are loc des�vâr�irea procesului sexuat prin kariogamie se numesc zeugite,

iar acelea în care se produce diviziunea reduc�toare - meioza (R) se numesc

gonotoconte. Aceste dou� procese se produc în mod diferit �i anume la

ciupercile inferioare din cl. Chytridiomycetes �i Plasmodiophoromycetes kariogamia urmeaz� imediat dup� plasmogamie, rezultând un nucleu diploid

al zigotului.

La aceste ciuperci, diplofaza este variabil� ca durat�, dup� care, prin

diviziunea reduc�toare, se revine la faza haploidal�.

Spori (conidii)

Spori (conidii)

(a) (b)

Fig. 66 – Înmul�ire asexuat� prin spori la genurile Aspergillus (a) �i Penicillium (b)

���

�

La ciupercile mai evoluate din subîncreng�turile Ascomycotina �i Basidiomycotina, plasmogamia este separat� de kariogamie în timp �i spa�iu, între ele intercalându-se o faz� intermediar�, denumit� dikariofaza,

ce este reprezentat� prin miceliu secundar cu celule cu câte dou� nuclee.

Aceast� faz� intermediar� - dikariofaza este foarte scurt� la ciupercile

din clasele Zygomycetales �i Oomycetales, este de mai lung� durat� la

Ascomycotina, fiind reprezentat� prin hifele ascogene, �i este de lung� durat� la Basidiomycotina unde constituie miceliul secundar �i miceliul

ter�iar al carpoforilor.

Sexualitatea ciupercilor este caracterizat� printr-o particularitate �i anume existen�a multipolarit��ii. Din acest punct de vedere, ciupercile pot fi

homotalice �i heterotalice, fenomen descoperit de Blakeslee la Mucoraceae.

Autorul a demonstrat c� ciuperca Sporodinia grandis este homotalic�, pentru c� poate forma zigo�i în culturi monosporale, ceea ce denot� c� organele sexuale + �i - se g�sesc pe acela�i tal.

Alte ciuperci, ca Mucor mucedo, Mucor racemosus, Rhizopus nigricans, nu pot forma zigo�i. Pentru a se produce fructifica�ii sexuate

trebuie puse în contact dou� culturi provenite din spori de sexe diferite �i atunci zigo�ii se formeaz� la zona de confluen�� a miceliilor de sexe diferite.

Altfel, ciupercile heterotalice formeaz� numai sporangi ce reprezint� faza

asexuat� de dezvoltare.

Heterotalismul este un fenomen care nu se întâlne�te numai la

ciupercile din subîncreng�tura Zygomycotina, ci �i la cele din

subîncreng�turile Ascomycotyna �i Basidiomycotina. Acest fenomen se

datoreaz� segreg�rii caracterelor sexuale ce are loc atunci când se produce

diviziunea reduc�toare (meioza) în timpul germin�rii zigotului, în asc� �i în

basidie.

Pe lâng� bipolaritatea sexual� a numeroase ciuperci se mai cunoa�te �i sexualitatea tetrapolar�, a�a cum se întâlne�te la Schizophyllum commune.

Acest fenomen nu trebuie confundat cu dimorfismul sexual al ciupercilor

inferioare, singurele la care se mai manifest� deosebiri morfologice între

sexe.

Dup� Hartmann �i Gäumann, formele sexualit��ii la ciuperci sunt de

patru tipuri fundamentale, între care se deosebesc amfimixis, automixis,

pseudomixis �i apomixis, fiecare dintre acestea cuprinzând mai multe forme:

���

�

1. Amfimixis este procesul ce se produce prin copularea a dou� celule

sexuale neînrudite între ele; aici sunt cuprinse formele de procese sexuale:

• Merogamia sau gametogamia ce se realizeaz� prin copularea între doi

game�i, ca la ciupercile Synchytrium sau Olpidium.

• Gametangiogamia sau gametangia, la care copularea se face între

gametangii, ca la ciupercile din clasele Zygomycetes �i Oomycetes sau la

ciupercile superioare din subîncreng�tura Ascomycotina.

• Hologamia la care întreg corpul vegetativ se transform� în organ de

înmul�ire, a�a cum se întâmpl� la ciupercile inferioare.

2. Automixis este procesul ce se produce între dou� celule sexuale

înrudite sau dou� nuclee sexuale. Aici exist� dou� posibilit��i �i anume:

• Partenogamia la care copularea are loc între dou� celule ale filamentului

ascogenal, ca la Ascobolus citrinus.

• Autogamia la care are loc copularea celor dou� nuclee, ca la Humaria

granulata.

3. Pseudomixis la care copularea se face între dou� celule vegetative;

aceasta poate fi de mai multe feluri:

• Pseudogamie sau somatogamie, la care are loc copularea a dou� celule

vegetative ale miceliului ca la Corticium serum.

• Pedogamia la care copularea are loc între o celul� matur� �i una tân�r�, ca

la Saccharomycetaceae.

• Adelfogamie la care copularea se produce între celula mam� �i o celul� fiic�, a�a cum se întâmpl� la Zygosaccharomyces chevalieri.

4. Apomixis la care se produce dispari�ia copul�rii �i celulele sexuale

se dezvolt� mai departe pe cale vegetativ�; aici sunt dou� situa�ii: • Partenogeneza la care se produce dezvoltarea celulelor sexuale haploide.

• Apogamia la care se realizeaz� dezvoltarea celulelor sexuale diploide.

Pentru a ilustra cele mai obi�nuite moduri de înmul�ire la ciuperci,

vom lua câteva cazuri, începând cu cele mai pu�in evoluate pân� la cele

superioare.

Astfel, la clasa Chytrydiomycetes, procesul sexual este o merogamie

sau gametogamie �i are loc între doi game�i mobili, identici ca form�, deci

izogame�i. La genul Allomyces sunt anisogame�i, deci diferen�ia�i morfologic.

����

�

Aceste ciuperci inferioare sunt adaptate la via�a acvatic� sau tr�iesc în

medii interne ale gazdelor, unde umiditatea este asigurat�. La ciupercile mai evoluate care s-au desprins de mediul acvatic �i s-au

adaptat la mediul terestru, se întâlne�te procesul sexual sub form� de

gametangiogamie care reprezint� un proces de fecunda�ie superior.

Astfel, la subîncreng�tura Zygomycotina gametangiile identice

(izogamentangii) con�in fiecare mai multe nuclee. Mai întâi are loc

copularea între gametangii, iar ulterior nucleele fuzioneaz� câte dou�; în

urma fecunda�iei rezult� un zigot cenocitic cu nuclee diploide (Fig. 67).

La ciupercile din clasa Oomycetes din Familia Peronosporaceae, gametangii sunt diferen�ia�i din punct de vedere morfologic-

heterogametangii. Gametangiul femel - oogonul con�ine o mas� de

ooplasm� multinucleat�, iar gametangiul mascul - anteridia, de asemenea,

con�ine mai multe nuclee. Gametangiile intr� în contact printr-un canal de

conjugare prin care anteridia î�i vars� con�inutul în oogon. În urma

fecunda�iei rezult� un oospor ce poate fi cenocitic, ca la Cystopus bliti, sau

con�ine un singur nucleu diploid, ca la Pythium de Baryanum.

La ciupercile mai evoluate din subîncreng�tura Ascomycotina, procesul sexual se produce tot între gametangii, în care gametangiul femel,

numit ascogon, con�ine o mas� de citoplasm� �i numeroase nuclee, iar

gametangiul mascul, denumit anteridie, este, de asemenea, multinucleat.

Procesul de copulare între gametangii are loc prin intermediul trichoginului

în dou� etape în care prima este

plasmogamia (P), în urma c�reia

apare faza intermediar� -

dikariofaza, reprezentat� prin

miceliu secundar al hifelor

ascogene. Kariogamia se produce

mai târziu în asca tân�r�, prin

unirea a dou� nuclee, când apare

diplofaza.

Exemplul tipic al acestui

mod de înmul�ire îl constituie

ciuperca Pyronema confluens la

Zigot

Fig. 67 – Înmul�ire sexuat� la Rhizopus sp.

cu formarea zigotului

����

�

care procesul a fost studiat de c�tre Harper (1900).

Treptat, la Ascomycetele superioare se observ� o reducere progresiv�, în special a anteridiei, rolul acesteia fiind luat de celulele vegetative, ca în

cazul de la Taphrina (Fig. 68).

La ciupercile din subîncreng�tura Basidiomycotina, ordinele

Ustilaginales, Uredinales �i Hymenomycetales, nu se mai diferen�iaz� gametangii pe miceliul vegetativ haploid �i copularea are loc între celule

vegetative sub form� de somatogamie sau pseudogamie.

În concluzie, pe m�sur� ce ciupercile sunt mai evoluate procesul

sexual se simplific�, organele sexuale se reduc �i sunt înlocuite prin celule

vegetative care preiau func�ia sexual�, a�a cum se întâmpl� la ascomicetele

superioare �i, mai ales, la Basidiomycotina.

Simplificarea procesului sexual la ciuperci reprezint� o adaptare la

via�� în mediul terestru precum �i la cel saprofitic sau parasitic din natur�. În func�ie de evolu�ie, rezultatul procesului de fecunda�ie la ciuperci

cap�t� aspecte morfologice diferen�iate �i denumiri corespunz�toare. Astfel,

la cl. Chytridiomycetes �i Plasmodiophoromycetes, produsul de fecunda�ie

se nume�te zigozoospor, la subîncreng�tura Zygomycotina poart� denumirea

de zigot, la clasa Oomycetes este denumit oospor, la subîncreng�tura

Ascomycotina se nume�te asc�, la subîncreng�tura Basidiomycotina este

basidia.

2.8.6. Alternan�a de faze la ciuperci

Fig. 68 – Înmul�irea sexuat� la Taphrina deformans cu formarea ascelor libere.

����

�

Haplofaza, dikariofaza �i diplofaza se succed în cursul ciclului de

dezvoltare într-o alternan�� de faze care este specific� anumitor grupe de

ciuperci. Schema general� a acestei alternan�e, reprezentat� dup� Gäuman,

se prezint� dup� cum urmeaz�. Astfel, ciupercile din subîncreng�turile

Mastigomycotina �i Zygomycotina tr�iesc în haplofaz�, sunt deci

haplobionte; dikariofaza este aici absent�. Ciupercile din subîncreng�tura Ascomycotina tr�iesc, în cea mai mare

parte, în haplofaz� dar prezint� �i dikariofaz� ce este reprezentat� prin

filamente ascogene; la acest grup, diplofaza este de scurt� durat�. La ciupercile din subîncreng�tura Basidiomycotina, durata

dikariofazei este preponderent� asupra haplofazei; acestea se numesc

ciuperci haplo-dikariobionte. Tot în aceast� grup� se mai încadreaz� ciupercile din ordinul Taphrinales.

O categorie aparte o constituie grupa ciupercilor haplodiplobionte, la

care dikariofaza este foarte scurt�, iar diplofaza este preponderent� asupra

haplofazei. Acest tip de alternan�� de faze se întâlne�te la unele

Saccharomycetaceae.

Ciupercile din subîncreng�tura Deuteromycotina, neavând ciclul

biologic complet, sunt lipsite de faza de înmul�ire sexuat�. Unele, fiind mai

atent studiate, sunt trecute în unit��i sistematice superioare, dup� ce li se

descoper� ciclul complet.

2.8.7 Nutri�ia ciupercilor

Ciupercile sunt organisme vegetale lipsite de pigment trofic, deci nu

sunt capabile de a face sinteza substan�elor nutritive �i, din aceast� cauz�, se

dezvolt� pe substrat organic viu sau neviu, fiind heterotrofe.

Corpul ciupercilor este constituit din macroelemente, între care sunt:

carbonul, oxigenul, hidrogenul, azotul, fosforul, sulful, siliciul, potasiul,

sodiul, calciul, magneziul, fierul, manganul etc. De asemenea, în compozi�ia

corpului lor se mai g�sesc �i microelemente ca: borul, florul, aluminiul,

titanul, cobaltul, nikelul, zincul ce au rol de catalizatori ai proceselor de

metabolism.

Unele elemente, ca mercurul, cuprul, plumbul, argintul etc. sunt

nocive pentru ciuperci servind ca baze toxice la prepararea fungicidelor.

����

�

Principala surs� de carbon o constituie glucidele �i zaharurile, dintre

care, în special, sunt utilizate hexozele �i pentozele. Unele specii de

Fusarium pot folosi �i alcoolii ca: alcoolul etilic, metilic, propilic sau

butilic.

Alte ciuperci pot descompune unele polizaharide ca: amidonul,

celuloza sau hemiceluloza sau pot folosi �i carbonul din unele lipide.

Ca surs� de azot, ciupercile pot utiliza azotul atmosferic, azotul

amoniacal, azotul nitros �i nitric sub form� de nitri�i �i nitra�i ca �i azotul

organic sub form� de amide, amine, aminoacizi, peptone �i proteine.

Între ciupercile ce pot utiliza azotul atmosferic sunt: Aspergillus niger,

Penicillium glaucum, Alternaria tennuis, Rhizopus nigricans, Cladosporium

herbarum etc.

Azotul amoniacal sub form� de s�ruri de amoniu este folosit de unele

Saccharomycetaceae, Mucoraceae, precum �i de Botrytis cinerea sau de

Aspergillus niger dar unele Mucoraceae pot folosi �i azotul nitric sub form� de nitra�i.

În ceea ce prive�te azotul organic, pot fi utilizate de c�tre ciuperci fie

ureea, acidul uric sau guanidina, dintre compu�ii simpli sau aminoacizii,

peptonele �i albuminele sub form� de compu�i mai complec�i. Ca surse de fosfor, sunt utiliza�i fosfa�ii din sol sau surse organice ca

lecitina �i fitina.

Sulful este folosit ca produs mineral sub form� de sulfa�i de fier, zinc,

amoniu, sodiu etc. sau ca sulf organic din produse ca cistein�, cistin�, glutation, peptone etc.

Elementele necesare ciupercilor trebuie utilizate în concentra�ii optime, dozele prea mari fiind nocive iar cele prea mici nefiind suficiente

pentru desf��urarea normal� a metabolismului.

Ciupercile mai au nevoie pentru edificarea organismului lor �i de

unele substan�e stimulatoare de cre�tere ce intr� în compozi�ia mediilor

nutritive în cantit��i foarte mici, între care sunt vitaminele, hormonii,

auxinele, numite �i factori auximoni.

Unele ciuperci sunt capabile s� sintetizeze unele vitamine, ca B, B1,

B2, B6, C, K, D etc., ele dezvoltându-se bine pe medii artificiale. Alte

ciuperci, care nu-�i pot sintetiza aceste vitamine, nu se dezvolt� decât dac� în mediile nutritive se adaug� vitaminele respective.

����

�

Dup� modul lor de nutri�ie, ciupercile se împart în patru categorii �i anume:

• Ciupercile parazite obligate duc o via�� strict parazitar�, neputându-se

dezvolta pe substrate nevii �i nu pot fi, deci, cultivate pe medii artificiale.

Din aceast� categorie fac parte Peronosporaceele, Erysiphaceele �i Uredinalele.

• Ciupercile saprofite facultative duc, de obicei, o via�� parazitar�, dar, în

anumite condi�ii, pot tr�i �i pe substraturi nevii, ca în cazul speciilor:

Phytophthora infestans, Pythium de baryanum, Endostigme inaequalis.

• Ciupercile parazite facultative se comport�, în mod obi�nuit, ca saprofite

�i devin parazite în anumite condi�ii, cum sunt diferite specii ale genurilor:

Fusarium, Verticillium, Cladosporium, Alternaria etc.

• Ciupercile saprofite obligate se dezvolt� exclusiv pe substraturi nevii, cum

sunt numeroase specii de Mucoraceae, Aspergillaceae, unele specii din

subîncreng�tura Ascomycotina �i din Basidiomycotina.

2.8.8. Originea �i evolu�ia parazitismului la ciuperci

Prin fenomenul de parazitism se în�elege convie�uirea nearmonioas� între dou� organisme ce sunt unul fa�� de altul în stare de dezechilibru

biologic, organismul parazit fiind acela ce ia de la gazda sa substan�ele

nutritive de care are nevoie.

Cu cât rela�iile de parazitism sunt mai evoluate, cu atât raporturile

dintre cei doi parteneri sunt mai strânse.

O prezentare sintetic� a problemei parazitismului a fost f�cut� de

Kuprevici, în lucrarea sa : “Fiziologia plantei bolnave în leg�tur� cu

problemele generale de parazitism”.

Nutri�ia saprofit� se consider� a fi cea ini�ial�, iar formele parazite

deriv� din cele saprofite.

Apari�ia parazitismului s-a produs prin modificarea �i adaptarea la

modul de hr�nire pe substraturi diferite, pe baza variabilit��ii sistemului de

fermen�i, secreta�i de ciuperci.

La ciupercile saprofite, sistemul de fermen�i este mai bogat, în timp ce

la cele parazite sistemul enzimatic este mai restrâns �i mai specializat.

���

�

În prezent, se consider� c�, la ciuperci, treptele de trecere de la

saprofitism la parazitism sunt urm�toarele: saprofite obligate - parazite

facultative - saprofite facultative - parazite obligate.

În acest cadru, se consider� c�, în scara parazitismului, ciupercile cu o

specializare larg� �i cu stadii saprofite în ontogenez� sunt forme inferioare,

în timp ce parazi�ii obliga�i, cu o specializare îngust�, sunt cele superioare.

Cre�terea filamentelor miceliene este strict apical�, comparativ cu

cre�terea intercalar�, cunoscut� la alte organisme filamentoase. Apexul

hifelor este bogat în vezicule ce con�in hidrolaze �i sintezaze, necesare

cre�terii în lungime. Acumularea apical� a veziculelor implic� o circula�ie

acropetal� a con�inutului citoplasmatic, afluxul de elemente nutritive

realizându-se din regiunile mature în zonele de cre�tere.

Dac� veziculele purt�toare de enzime de cre�tere sunt prea numeroase,

apar ramifica�ii laterale la câ�iva µm distan�� de apex. La un moment dat,

apare o concuren�� trofic� între axul principal �i ramifica�iile principale,

secundare sau ter�iare, dat�, în principal, de con�inutul mai sc�zut al

mediului în elemente nutritive.

2.8.9. Cerin�e fa�� de mediu

Temperatura. Majoritatea ciupercilor sunt mezofile, cu un optim de

cre�tere situat între 25 - 35oC. Unele specii sunt termotolerante (20 - 50

oC).

Temperatura maxim� limit� de dezvoltare este de 60 - 62oC.

Ciupercile termofile joac� un rol important în procesele de degradare a

compostului.

PH-ul. Majoritatea ciupercilor pot s� se dezvolte într-o zon� de pH

cuprins între 4,5 �i 8. Optimul fiind situat între 5,5 �i 7,5.

Exist� specii de ciuperci acidofile cu cre�tere la un pH inferior lui 4,5

sau acido-tolerante.

Aera�ia.Unele specii de ciuperci sunt microaerofile, altele sunt strict

anaerobe, dar majoritatea sunt aerobe.

2.8.10. Sistematica ciupercilor

���

�

Ciupercile cunoscute �i descrise pân� acum pe plan mondial

dep��esc cifra de 100.000 de specii �i mereu apar contribu�ii micologice noi,

care sporesc acest num�r. Unit��ile sistematice c�rora apar�in ciupercile încep de la regnul

Fungi, Încr. Eumycota �i continu� cu subîncreng�tura, clasa, ordinul,

familia, genul �i specia. În afar� de acestea, la ciupercile parazite mai sunt

formele specializate, rasele fiziologice sau biotipurile, acestea din urm� deosebindu-se numai prin unele caractere biologice în leg�tur� strâns� cu

specia, cultivarul sau liniile plantelor gazde, ob�inute în procesul de

ameliorare.

În decursul timpului au fost elaborate mai multe sisteme de

clasificare ale unor autori, dintre care men�ion�m: Greis (1943), Moreau

(1953), Gäumann (1964), Goidanich (1963-1964), Alexopoulos (1966),

Robert �i Bouthroyd (1972).

În prezenta lucrare se folose�te sistemul de clasificare elaborat de

Ainsworth, Sparow �i Sussman (1973), dup� care ciupercile se încadreaz� în

Încr. Eumycota �i subîncr. Mastigomycotina, Zigomycotina, Ascomycotina,

Basidiomycotina �i Deuteromycotina.

����

�

�

�

�

1. Cyanobacteriile sunt:

a) procariote

b) eucariote

c) entit��i infec�ioase

2. Protozoarele sunt:

a) animale unicelulare

b) plante

c) organisme unicelulare independente

3. Ciupercile au o nutri�ie:

a) autotrof�

b) heterotrof�

c) paratrof�

Rezultate corecte:

1 - a; 2 - c; 3 - b.

Test de autoevaluare

�

����

�

Capitolul 3

INFLUEN�A FACTORILOR ECOLOGICI ASUPRA MICROORGANISMELOR

3.1. Influen�a pH-ului

Majoritatea microorganismelor care alc�tuiesc micropopula�ia solului

prefer� valori de pH cât mai aproape de neutru. A�a se explic� faptul c� în

solurile cu reac�ie neutr� se întâlne�te cea mai bogat�, mai variat� �i, în

acela�i timp, mai valoroas� microflor�. Din punct de vedere al preferin�ei fa�� de anumite valori de pH,

microorganismele se împart în mai multe grupe:

• Microorganismele indiferente. În aceast� categorie intr� unele bacterii �i majoritatea ciupercilor care, în culturi pure, se dezvolt� în limite largi de

pH. Ex. : Penicilium aculeatum prefer� valori de pH cuprinse între 2 �i 6, iar

Trichoderma viride între 2 �i 8.

• Microorganismele neutrofile prefer� valori de pH cât mai aproape de

neutru sau u�or bazice. În aceast� grup� intr� cel mai mare num�r de

microorganisme �i cele mai importante specii �i grupe pentru fertilitatea

solului. Ex: genurile Azotobacter, Nitrosomonas, Nitrosococcus,

Nitrobacter, Nitrococcus, Cytophaga, Bacillus, Streptomyces etc.

• Microorganismele acidofile. Acestea au dezvoltarea maxim� la valori de

pH 2-3 �i cuprind specii bacteriene care oxideaz� sulful (ex. Thiobacillus thiooxidans) �i fierul (ex. Thiobacillus ferrooxidans).

• Microorganismele bazofile au cea mai bun� dezvoltare la valori de pH

peste 8; în aceast� categorie intr� bacteriile ce descompun ureea ( ex.

Bacillus ureolitici). Ca o aplica�ie practic�, corectarea reac�iei solurilor acide prin

calcarizare stimuleaz� activitatea microorganismelor valoroase �i acest efect

este cu atât mai puternic cu cât solul neamendat a avut valori mai sc�zute de

pH.

Ciupercile microscopice sunt microorganisme care suport� u�or (chiar

prefer�) reac�ia acid� a solului, concurând, astfel, toate celelalte

����

�

microorganisme din solurile acide. În aceast� situa�ie, pH-ul solului este un

factor de reglaj al competi�iei pentru hran�. De asemenea, s-a observat c� între con�inutul de substan�e nutritive �i

reac�ia solului exist� o corela�ie dovedit� prin schimbul de ioni. Acest raport

de schimb între ionii de hidrogen produ�i de r�d�cinile plantelor este

echivalent cu bazele absorbite prin schimb cu mineralele argiloase �i coloizii

organici. În cadrul descompunerii substan�elor organice, procesul de

dezalcalinizare �i formare a acizilor duce la acidifierea solului, care este

contracarat� prin fenomene de mineralizare, degradare �i unele m�suri de

fertilizare. Acidifierea solurilor produce o restructurare a grupelor de

microorganisme, favorizând ciupercile �i bacteriile anaerobe.

3.2. Influen�a temperaturii

Studiul influen�ei temperaturii asupra microorganismelor prezint�

dou� aspecte importante

- cunoa�terea temperaturile cardinale, adic� minima (Tm), optima (To) �i maxima (TM), care permit cre�terea �i dezvoltarea microorganismelor;

- cunoa�terea temperaturile letale, care impiedic� dezvoltarea sau produce

moartea microorganismelor.

Temperatura este un factor foarte important pentru cantitatea de

humus format� în solurile din regiunile umede cu clim� temperat�. Referindu-ne la dinamica sintezei �i descompunerii humusului, s-a constatat

c� odat� cu sc�derea temperaturii scade �i activitatea microbiotei solului.

Limitele optime ale temperaturii pentru microorganismele din sol

variaz� între 20 �i 30ºC, iar din punct de vedere al oscila�iilor de

temperatur� bacteriile au un grad foarte ridicat de adaptabilitate.

Se �tie c� fiecare specie microbian� are o anumit� temperatur� optim� de cre�tere �i anumite limite între care se desf��oar� în condi�ii normale

via�a acesteia. În func�ie de adaptarea la factorul termic, microorganismele

pot fi:

• Microorganisme psihrofile, cu o temperatura optim� de cre�tere inferioar� valorii de 20ºC, au drept caracteristice urmatoarele valori de temperatur�: Tm= –10 .... +5ºC; To = 10 – 15ºC �i TM = 20 – 25ºC.

����

�

Din aceast� grup� fac parte majoritatea bacteriilor din genurile

Pseudomonas, Flavobaterium, Alcaligenes, Acromobacter, Staphilococcus

�i Salmonella; drojdiile din genurile Candida �i Rhodothorula �i fungii

filamento�i din genurile Alternaria, Cladosporium �i Botrytis.

Bacteriile adaptate la temperaturi sc�zute prezint� anumite

particularit��i: con�inut ridicat în lipide care intr� în structura peretelui

celular �i a membranei citoplasmatice; con�inut ridicat în acizi gra�i nesatura�i; mobilitate ridicat�; prezint� capacitatea de a produce enzime care

sunt mai active la temperaturi sc�zute.

• Microorganisme mezofile. Temperatura optim� (To) este cuprins� între 25

�i 40ºC �i nu se dezvolt� în afara limitelor de 15 - 45ºC. În acest� grup� sunt

cuprinse marea majoritate a bacteriilor, actinomicetelor �i a drojdiilor

fermentative. Ciupercile filamentoase au temperatura de cre�tere în jurul

valorii de 26ºC, iar cea de sporulare de 30ºC.

• Microorganisme termofile sunt reprezentate de specii al c�ror metabolism

este intens la temperaturi relativ ridicate. Au drept caracteristice urmatoarele

valori de temperatur�: Tm = 20 - 30ºC; To = 40 – 60ºC �i TM = 70 – 90ºC.

Între bacteriile din aceast� grup� întâlnim bacteriile amonificatoare, celulolitice (Clostridium termocellulolyticum Clostridium termosaccharoliticum, Bacillus cellulosae hydrogenicus �i Methylomonas methanica), amilolitice, sulfato-reductoare �i altele. Dintre fungi, amintim

Aspergillus fumigatus �i Penicillium duponti. Trebuie subliniat c� aceast� clasificare este relativ� deoarece multe

microorganisme se dezvolt� bine în limite largi de temperatur�. Rezisten�a microorganismelor la temperaturi letale sau termorezisten�a

acestora se refer� la posibilitatea celulelor microbiene de a rezista pentru o

perioad� mai scurt� sau lung� de timp la temperaturi de 90 - 100ºC sau peste

100ºC.

3.3. Influen�a apei

Activitatea biologic� a unui sol tinde s� se diminueze odat� cu

sc�derea con�inutului în ap�, dar contrar celor observate la plante, punctul

de ofilire (pF = 4,2) nu constituie un prag indicator al încet�rii activit��ii microbiene. Se apreciaz� c� limita superioar� oric�rei activit��i biologice

����

�

corespunde la pF= 5,5-5,6. Uscarea solului peste aceste valori antreneaz� moartea tuturor microorganismelor.

Aceast� particularitate a microorganismelor fa�� de plantele superioare

se explic�, în primul rând, prin presiunea osmotic� mai ridicat� din celulele

microbiene; în al doilea rând, bacteriile din sol nu pierd ap� prin transpira�ie

ca plantele superioare, iar în al treilea rând, suprafa�a de absorb�ie la

microorganisme fa�� de masa protoplasmatic� egal� este mai mare ca la

plante.

Moartea microorganismelor la umiditate sc�zut� este determinat� de

mai mul�i factori, ca durata �i nivelul usc�rii, tipul microorganismului, tipul

de sol �i structura solului.

În func�ie de nevoile de ap�, microorganismele se împart în mai multe

grupe:

• Microorganismele hiperxerofile sunt germeni al c�ror prag este superior

valorii pF = 4,9. Aici, majoritatea microorganismelor sunt cele

amonificatoare, amilolitice �i cele care degradeaz� substan�ele vegetale

complexe.

• Microorganismele xerofile sunt cele al c�ror prag este cuprins între pF =

4,9 �i 4,2. Aici se includ germenii care degradeaz� celuloza, cei care

oxideaz� sulful, o parte dintre microorganismele amilolitice, amonificatorii

ureei �i cei care produc nitrificarea sulfatului de amoniu.

• Microorganismele hidrofile includ germeni care au pragul pF = 2. Aici se

g�sesc agen�i care descompun carboximetilceluloza ce fixeaz� azotul

atmosferic precum �i o parte dintre nitrificatorii sulfatului de amoniu.

Existen�a pragurilor diferite ridic� probleme de ordin practic, deosebit

de importante pentru agricultur�. Astfel, una dintre consecin�e este

predominarea selectiv� a unor procese microbiene asupra altora. Aceasta se

întâmpl� în cazul umidit��ii situate în vecin�tatea punctului de ofilire, când

predominarea proceselor de celuloliz� asupra amonific�rii are drept urmare

imobilizarea total� sau par�ial� a azotului mineral.

De asemenea, în cazul umidit��ii sc�zute predomin� procesele de

amonificare, fapt ce antreneaz� o acumulare de azot amoniacal, remarcat� în

solurile în curs de uscare.

����

�

Diferitele grupe de microorganisme au un grad variat de rezisten�� fa�� de usc�ciune. Astfel, ciupercile �i bacteriile sunt mai sensibile, comparativ

cu actinomicetele.

3.4. Influen�a energiei radiante

Radia�iile electromagnetice au un spectru larg, includ radia�iile

herziene, infraro�ii, vizibile, ultraviolete X �i Y ce sunt caracterizate fiecare

printr-o anumit� lungime de und�. Ele au dublu caracter, de fenomen

ondulatoriu �i de fascicol discontinuu de mici cuante de energie.

Iradierea reprezint� un bombardament cu fascicole de cuante de

energie iar efectele ei asupra materialului iradiat sunt determinate de

absorb�ia de c�tre acestea a energiei radia�iilor �i depind de energia cuantei

�i de natura materialului absorbant.

Radia�iile herziene �i infraro�ii cu lungimea de und� mare ( >12.000

Å) au un con�inut de energie slab, astfel încât sunt incapabile s� modifice

chimic substan�ele pe care le absorb �i, ca atare, energia lor este

transformat� în c�ldur�. Radia�iile cuprinse între 12.000 Å (infraro�u apropiat) �i 2.000 Å

(ultraviolet îndep�rtat) au un con�inut energetic suficient de ridicat, pentru a

produce modific�ri fotochimice ale moleculelor care sunt absorbite.

Radia�iile cu lungime de und� sub 2.000 Å (X, Y �i cosmice) au un

con�inut energetic atât de ridicat, încât provoac� ionizarea moleculelor pe

care le întâlnesc, de unde �i denumirea de radia�ii ionizante.

Efectul biologic al radia�iilor depinde de lungimea lor de und� �i de

doza de iradiere. În func�ie de ace�ti doi factori, iradierea poate avea dou� efecte distincte �i anume efectul letal asupra microorganismelor �i efectul

mutagen, ce const� în modificarea unor caractere genotipice.

Radia�iile luminoase ac�ioneaz� asupra celulelor prin intermediul unor

reac�ii fotochimice cu constituen�ii celulari. Dintre acestea sunt bine

cunoscute cele implicate în procesul de fotosintez� �i în fenomenele de

fototoxie, ce se întâlnesc la microorganismele fototrofe. Lumina solar� direct� este bactericid�, datorit� nu atât radia�iilor ultraviolet, cât înc�lzirii

prin radia�iile infraro�ii �i deshidrat�rii celulelor expuse. Radia�iile

����

�

ultraviolete provenite de la soare sunt re�inute, în majoritate, de stratul de

ozon din partea superioar� a atmosferei.

Radia�iile ultraviolete au o ac�iune antimicrobian� net�, ale c�rui efect

depinde de intensitatea �i durata iradierii.

În cazul unei iradieri slabe �i de scurt� durat�, se produc fie alter�ri limitate la nivelul materialului genetic, care se traduc prin apari�ia de

muta�ii, materializate prin pierderea unui caracter de lizogenie al celulei

bacteriene sau o inactivare reversibil� a unor procese metabolice. Acestea au

ca efect blocarea temporar� a multiplic�rii celulare, deoarece, în urma unei

iradieri intense, în celul� survin modific�ri profunde, ireversibile, cu efect

letal.

Radia�iile ultraviolete cuprinse între 2300 �i 2800 Å sunt cele mai

active din punct de vedere biologic. Spectrul de ac�iune antimicrobian� al

acestora seam�n� foarte mult cu spectrul de absorb�ie al UV de c�tre ADN,

ceea ce a sugerat ipoteza cunoscut� sub numele de „teoria �intei”. Conform

acesteia, efectul iradierii se exercit�, în cea mai mare m�sur�, prin

intermediul ADN-ului. Radia�iile lovesc direct acest constituent celular �i determin� reac�ii fotochimice selective cu bazele din structura lui.

Radia�iile corpusculare, ca razele gamma, dar �i radia�iile

electromagnetice Y �i X produc efecte legate de bombardarea general� a

celulei. Când întâlnesc un microorganism, particulele active ”lovesc”

succesiv o serie de atomi din structura sa, desprinzând electroni de pe

particulele respective. Se creeaz�, în felul acesta, coloane de ionizare

intens�, ce determin� alterarea sau distrugerea unor substan�e esen�iale

pentru celul� �i blocarea a diferite sinteze sau inhibarea procesului de

diviziune.

3.5. Activitatea microbian� a diferitelor soluri

Varia�ia microflorei în func�ie de factorii mai sus aminti�i duce la o

diferen�iere a activit��ii biologice a diferitelor tipuri de sol.

În �ara noastr�, cercet�ri de peste 20 de ani f�cute de Papacostea au

scos în eviden�� existen�a în solurile române�ti a unor ”microorganisme

indicatoare”, care sunt caracteristice diferitelor tipuri de sol �i care au

permis din acest punct de vedere clasificarea solurilor în trei grupe.

����

�

1. Soluri cu Mucor rammanianus - de la cele foarte acide (de sub paji�tile

alpine) pân� la cele acide, brune (de sub p�durea de molid).

2. Soluri cu Pseudomonas acidophilus �i Pseudomonas aureofaciens, cum

sunt solurile podzolite pseudogleizate.

3. Solurile cu Pseudomonas lemonieri �i Pseudomonas aureofaciens, care

sunt formate în climat mai uscat, în zone cu precipita�ii între 400 �i 600 mm

pe an.

3.6. Profilul microbian al solului

Având în vedere influen�a pe care aera�ia o exercit� asupra activit��ii biologice din sol, se constat� c� num�rul genurilor de specii aerobe scade

odat� cu adâncimea, având loc, în paralel, o cre�tere a num�rului de specii

anaerobe �i/sau facultativ anaerobe. Nu putem îns� atribui sc�derea

num�rului de germeni numai aera�iei; aceast� distribu�ie reflect�, în mare

m�sur� condi�iile de nutri�ie pe care microorganismele le g�sesc în sol �i care sunt mai bine satisf�cute în orizonturile de suprafa��, datorit� cantit��ii mai mari de humus �i aprovizion�rii mai frecvente cu resturi organice.

���

�

Capitolul 4

INTERRELA�IILE ECOLOGICE ÎNTRE ORGANISME

4.1. Interrela�iile dintre popula�iile de microorganisme

R�spândirea foarte larg� a microorganismelor în natur� face ca,

frecvent, s� se g�seasc�, în acela�i habitat, mai multe specii între care se

stabilesc interrela�ii de complexitate variat�. Aceste interrela�ii între dou� popula�ii microbiene pot fi:

• indiferente sau neutrale;

• pozitive sau sinergice;

• negative sau antagonice. I. Neutralismul poate fi definit ca rela�ie de indiferen�� între dou� sau

mai multe specii, datorit� distan�ei mari între popula�iile respective sau

deosebirilor mari în ceea ce prive�te exigen�elor nutritive, fapt ce le face s� nu intre în competi�ie pentru acela�i substrat.

II. Interrela�iile sinergice sunt rela�ii benefice care cuprind o mare

varietate de forme de la comensalism (sau metabioz�) �i mutualism (sau

simbioz� nutri�ional�) pân� la simbioza propriu-zis�. 1. Comensalismul microbian sau metabioza este caracterizat prin

cre�terea împreun� a dou� specii de microorganisme într-un tip de rela�ie, în

care una profit� de asociere, pe cât� vreme cealalt�, în aparen��, nu profit�, dar nici nu este influen�at� negativ. Interrela�iile comensalice sunt, la rândul

lor, de mai multe feluri, dup� modul de ac�iune a unuia dintre parteneri:

• Un microorganism produce un metabolit sau un factor de cre�tere esen�ial pentru un alt microorganism.

Astfel, bacteriile care oxideaz� nitri�ii la nitra�i (genurile Nitrobacter, Nitrospira, Nitrococcus) nu se pot dezvolta în sol decât în prezen�a

bacteriilor care oxideaz� amoniacul la nitri�i (genurile Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira �i Nitrosolobus) �i care le furnizeaz� substan�a

necesar� nutri�iei.

• Un anumit microorganism poate degrada sau neutraliza un factor microbian activ asupra unei alte specii de microorganism.

���

�

Biodegradarea bacterian� �i fungic� a fenolilor, a acidului benzoic sau

a antibioticelor face posibil� dezvoltarea microorganismelor sensibile la

ac�iunea toxic� a acestor substan�e. Unele microorganisme pot s� sintetizeze

�i s� elimine în mediu enzime (panicilinaza) care degradeaz� anumite

antibiotice, protejând, în felul acesta, microorganismele penicilino-sensibile.

• Un anumit microorganism modifica propriet��ile fizice �i chimice ale habitatului �i creeaz� condi�ii de cre�tere pentru microorganismul asociat.

Spre exemplu, bacteriile aerobe consum� din mediu oxigenul, creând,

în acest fel, condi�ii favorabile microorganismelor anaerobe. O parte dintre

microorganisme altereaz� mediul din punct de vedere fizic, creând condi�ii de cre�tere pentru alte specii.

Drojdiile osmofile, ce cresc în solu�ii concentrate de zah�r, modific� aceste solu�ii prin fermenta�ii sau oxid�ri, permi�ând, astfel, dezvoltarea

microorganismelor neosmofile sau mai pu�in osmotolerante.

• Un anumit microorganism poate modifica substratul nutritiv, f�cându-l accesibil altui microorganism.

Spre exemplu, rela�iile comensale între bacteriile celulozitice �i speciile genului Azotobacter. Primele hidrolizeaz� celuloza pân� la compu�i intermediari (monozaharide, acizi organici, alcooli), asimilabili de c�tre

Azotobacter sp.

2. Mutualismul sau simbioza nutri�ional� const� în exercitarea de

influen�e favorabile bilaterale între specii diferite, ce se dezvolt� simultan pe

acela�i substrat. Acest tip de interrela�ie se deosebe�te de simbioza propriu-

zis� prin fapul c� nu este obligatorie, permanent�. El prezint� un tip de interrela�ie nutri�ional� între dou� specii de

microorganisme, care au nevoie una de alta pentru realizarea unor metaboli�i esen�iali, pe care niciuna dintre specii nu-i poate sintetiza.

Astfel, Mucor ramanianum �i Rhodotorula rubra nu se pot dezvolta

separat pe medii lipsite de tiamin� (vitamina B1). Dac� sunt îns� cultivate

împreun�, nu necesit� ad�ugarea vitaminei B1 în mediu, deoarece Mucor sp.

sintetizeaz� o parte din vitamina B1 �i anume nucleul tiazolic, iar

Rhodotorula sp. cealalt� parte – nucleul pirimidinic.

Un alt exemplu este cel referitor la interrela�iile dintre

Lactobacillus arabinosus �i Streptococcus faecalis pe un mediu lipsit de

fenilamina (indinspensabil� pentru Lactobacillus) �i acid folic

����

�

(indinspensabil pentru Streptococcus), când fiecare bacterie sintetizeaz� factorul de cre�tere necesar celeilalte.

3. Simbioza microbian� Dou� sau mai multe tipuri de microorganisme, ce se g�sesc împreun�

în acela�i mediu, pot avea activit��i combinate sinergic, diferite cantitativ

sau calitativ de activit��ile acelora�i organisme, crescute separat pe mediul

respectiv.

În urma acestui tip de asociere pot fi sintetiza�i unii compu�i organici

cu structur� complex� sau pot fi degradate unele substan�e complexe.

Fenomene de simbioz� pot fi observate în asocia�ii de microorganisme de

tipul lichenilor, la care se formeaz� anumi�i acizi organici, pigmen�i �i corpi

reproduc�tori complec�i, care nu pot fi elabora�i de niciunul dintre cei doi

parteneri considera�i separat.

III. Rela�ii de tip antagonic. În cadrul acestor rela�ii, cunoscute sub

numele de antagonism microbian sau de rela�ii antagonice, una dintre specii

se comport� ca agresor �i profit� de pe urma asocia�iei cu cealalt� care este

prejudiciat�. Un microorganism sau o popula�ie de microorganisme poate

avea o ac�iune negativ�, de inhibare sau de distrugere a altui microorganism

ori micropopula�ii, prin diferite mecanisme:

• modificarea condi�iilor de mediu; De exemplu, din activitatea microflorei solului pot rezulta cantit��i

mari de CO2, care inhib� dezvoltarea altor microorganisme sensibile

(Rhizobium sp.) �i modific� pH-ul mediului (devine acid). Astfel, sunt

eliminate speciile sensibile la pH acid, cum ar fi cele din genurile

Azotobacter, Nitrosomonas, Nitrobacter �i unele actinomicete. Pe de alt� parte, sc�derea poten�ialului oxido-reduc�tor elimin� din mediu numeroase

specii aerobe.

Ca alt exemplu amintim apari�ia alcoolului etilic sau a acidului lactic

sau butiric în timpul unor procese fermentative, compu�i care provoac� dispari�ia celorlalte micoorganisme din mediu fermentat.

• competi�ie; În natur�, substan�ele nutritive se g�sesc în cantit��i limitate, iar

microorganismele, adesea, intr� în competi�ie pentru procurarea acestora.

Acest tip de interrela�ie poart� numele de competitivitate nutritiv�. Când

����

�

mediul este bogat în substan�e nutritive dar este limitat ca spa�iu, poate s� apar� �i o competi�ie pentru spa�iu.

Capacitatea competitiv� a microorganismelor este determinat�, în

special, de viteza lor de cre�tere. Astfel, microorganismele cu o cre�tere

rapid� epuizeaz� disponibilit��ile nutritive ale mediului �i împiedic� dezvoltarea speciei cu cre�tere lent�. Spre exemplu, unele bacterii

nesporulate împiedic� dezvoltarea actinomicetelor.

• elaborarea unor substan�e toxice sau inhibatoare; Cele mai multe rela�ii antagonice se manifest� prin producerea �i

eliberarea în mediu de c�tre o specie microbian� (specie antagonist�) a unor

substan�e inhibatoare sau toxice pentru o singur� specie sau un grup de

specii, situate în imediata lor apropiere. Efectele acestor substan�e pot fi

bacteriostatic sau fungistatic �i bactericid sau fungicid bacteriolitic.

În mediile naturale, antagonismul prin antibiotice este foarte frecvent.

Microflora solului con�ine numeroase microorganisme produc�toare de

antibiotice: actinomicete (Streptomyces, Nocardia, Micromonospora),

bacterii (Bacillus �i Pseudomonas) �i fungi (Penicillium, Aspergillus, Trichoderma, Fusarium, Sclerotinia).

• parazitism; Parazitismul este acel tip de rela�ie în care un microorganism este

distrus, lizat, de un alt microorganism, care se dezvolt� în interiorul �i pe

seama sa. În aceast� rela�ie, parazitul este întotdeauna mai mic decât gazda

�i r�mâne viu cel pu�in o scurt� perioad� de timp, multiplicându-se în celula

microorganismului gazd�. Exemplu clasic de parazitism este infec�ia unei bacterii cu un

bacteriofag virulent, care are ca efect final liza celulei bacteriene. De

asemenea, se cunosc bacterii micolitice, care au capacitatea de a elibera

chitinaza, o enzim� ce distruge peretele celular al unor ciuperci

microscopice, producând moartea acestora. Multiplicarea

microorganismului agresor are loc pe seama constituen�ilor celulari ai

gazdei sale.

• pr�d�torism. Pr�d�torismul este o manifestare de agresiune, în care unele

microorganisme mobile, lipsite de perete celular rigid, capteaz�, ingereaz� �i

����

�

diger� microorganisme de dimensiuni mai mici. Ca exemplu tipic avem

protozoarele, care se hr�nesc cu bacterii vii.

În lumea microorganismelor, pr�d�torismul este limitat numai la

speciile capabile de fagocitoz�. Bacteriile, fungii �i algele sunt excluse din

cauza peretelui celular rigid, care împiedic� înglobarea altor

microorganisme sau macromolecule.

4.2. Interrela�iile dintre plantele superioare �i microorganismele

din sol

Plantele, dezvoltându-se în mediul lor natural (solul) intr� în

concuren�� pentru hran� cu microorganismele.

Înc� din 1895, Caron a emis ideea c� prezen�a bacteriilor în sol ar

putea s� aib� un efect favorabil asupra plantelor de cultur� �i invers, c� plantele, la rândul lor, ar avea o ac�iune favorabil� asupra florei bacteriene

din sol.

4.2.1. Influen�a sistemului radicular al plantelor asupra microflorei solului

Pentru a putea prezenta rela�iile care se stabilesc între sistemul

radicular al plantelor �i microbiota din sol este necesar s� definim câteva

no�iuni: spermatosfer� �i rizosfer�. Spermatosfera este zona de sol care înconjoar� semin�ele în curs de

germinare. Num�rul microorganismelor din aceast� zon� (în special

bacterii) este mult mai mare, comparativ cu zona cu semin�e aflate în repaus

germinativ, deoarece, microorganismele utilizeaz� substan�ele eliminate de

semin�e în timpul germin�rii lor �i produc, la rândul lor, fitohormoni, care

stimuleaz� germinarea �i apoi cre�terea plantei. Ulterior, spermatosfera se

transform� în rizosfer�. Rizosfera este zona de sol care înconjoar� r�d�cinile �i este influen�at�

de acestea din punct de vedere fizic, chimic �i biologic, datorit� ac�iunilor

specifice dintre microorganismele solului �i plantele superioare.

Analiza probelor de sol recoltate de la diferite distan�e fa�� de r�d�cin� �i chiar de la suprafa�a r�d�cinii a demonstrat influen�a favorabil� pe care o

����

�

are sistemul radicular asupra bacteriilor. Existen�a zonalit��ii în r�spândirea

microorganismelor din sol, în jurul r�d�cinilor plantelor, a determinat pe

cercet�tori s� împart� rizosfera în mai multe zone.

Astfel, Berezova (1950) distinge în cadrul rizosferei trei zone care se

deosebesc între ele prin densitatea microbian� dar �i prin structura speciilor

de microorganisme:

• Prima zon�, numit� rizoplan, rizosfera intern� (rizosfera propriu-zis�), zon� radicular� sau zon� radicelar�, are o raz� de 0-0,5 cm �i cuprinde

microorganisme de la suprafa�a r�d�cinilor;

• A doua zon�, numit� zona periradicular�, cuprinde microorganismele ce

se g�sesc la o distan�� de 0,5 cm fa�� de r�d�cin�; • A treia zon�, numit� rizosfera extern�, zona rizosferic� sau edafosfer�, cuprinde microorganisme ce se g�sesc la o distan�� mai mare de 0,5 cm fa�� de r�d�cin�.

Aceast� împ�r�ire înf��i�eaz� aspectul cantitativ al efectului de

rizosfer� dar influen�a r�d�cinilor asupra microflorei din sol se manifest� �i prin modificarea raportului între grupele de microorganisme, ceea ce duce la

modificarea echilibrului microbian din sol. Prezen�a mai multor

microorganisme (în special bacterii) în rizosfer� decât în solul nerizosferic

(f�r� r�d�cini) se nume�te efect rizosferic. Intensitatea efectului rizosferic la

bacterii se exprim� prin raportul R/S (rizosfer�/sol nerizosferic). La

actinomicete, ciuperci, alge �i protozoare R/S este între 2 �i 3.

Concentra�ia speciilor bacteriene din rizosfer� poate fi influen�at� de

mai mul�i factori, dintre care amintim:

• specia plantei;

• con�inutul solului în substan�e nutritive;

• faza de vegeta�ie;

• distan�a dintre suprafa�a r�d�cinii �i particulele de sol;

• zonele r�d�cinii. Cre�terea plantelor provoac� schimb�ri în echilibrul dintre grupe de

nutri�ie. Sunt stimulate microorganisme cu cerin�e nutritive simple �i cele

care folosesc aminoacizi; sunt inhibate cele ce depind de substan�e mai

complexe, con�inute de extractul de sol. Cook �i Lockhead (1959) constat�, de asemenea, c� num�rul de bacterii care necesit� substan�e biologice active

����

�

este din ce în ce mai mic pe m�sur� ce se afl� mai aproape de r�d�cin� iar

bacteriile capabile s� le sintetizeze au fost mai numeroase.

Rovira (1956), în scopul de a demonstra c� efectul de rizosfer� se

datoreaz� secre�iilor radiculare, în special, a ad�ugat solului solu�ia nutritiv� care con�inea substan�ele eliberate în ea a r�d�cinilor de maz�re, în timp ce,

în paralel, alte probe s-au tratat numai cu solu�ia nutritiv� simpl�. El

constatat c� stimularera bacteriilor G– sporogene este unul din cele mai

stabile criterii de apreciere a efectului de rizosfer�. În rizosfera plantelor predomin� bacteriile nesporogene, G

-, din

genurile Pseudomonas, Flavobacterium, Achromobacter �i Agrobacterium (în rizosfera plantelor leguminoase se reg�sesc �i Rhizobium sp.,

Azotobacter sp., Azospirillum sp.).

4.2.2. Natura secre�iilor radicelare �i influen�a lor asupra structuriilor taxonomice a microflorei solului

Înc� de la primele observa�ii privind existen�a densit��ii diferite a

microorganismelor în jurul r�d�cinilor, Hiltner trage concluzia c� secre�iile

eliberate de plantele leguminoase determin� proliferarea altor grupe de

microorganisme, comparativ cu cele de la plantele de mu�tar.

Landergadh �i Stenlind, lucrând cu r�d�cini extirpate, au g�sit c� grâul

a secretat o serie de substan�e, ca glucoza, flavonoli �i nucleotide, în timp ce

maz�rea a secretat numai glucoz� �i nucleotide.

Rovira, analizând compozi�ia materialului secretat de r�d�cinile de

maz�re �i ov�z, stabile�te c� maz�rea elimin� prin r�d�cini cantit��i mai

mari de aminoacizi decât ov�zul; totodat�, seria aminoacizilor este mai

variat� la maz�re, cuprinzând un num�r mai mare de compu�i aminici.

Substan�ele biologic active sunt, de asemenea, eliminate de r�d�cini,

contribuind la stimularea înmul�irii în rizosfer� a microorganismelor. Au

fost puse în eviden�� tiamina (B1), biotina, riboflavina (B2), acidul

pantotenic, acidul folic �i acidul nicotinic.

O analiz� critic� a rezultatelor �i concluziilor la care au ajuns

cercet�torii care s-au ocupat cu studiul microbiologic �i chimic al rizosferei

plantelor scoate în eviden�� urm�toarele aspecte:

����

�

• în jurul r�d�cinilor plantelor care vegeteaz� normal exist� un num�r de

microorganisme, care este mai mare de 10 ori, comparativ cu num�rul celor

existente în sol f�r� r�d�cini;

• mecanismul stimul�rii microflorei se bazeaz� pe capacitatea plantelor de a

elimina prin r�d�cini substan�e cu rol energetic, plastic �i de stimulare a

cre�terii;

• în rizosfer� predomin� bacteriile G–, nesporogene din genul

Pseudomanas;

• selec�ia în cadrul microflorei rizosferice apare ca un efect al interac�iunii

microbiene. Microorganismele cu un poten�ial ridicat de sintez� a

substan�elor biologic active, dotate cu capacitate mare de înmul�ire �i capabile s� se hr�neasc� cu produsele eliminate de r�d�cini, precum �i cele

care în cursul metabolismului lor produc substan�e care inhib� înmul�irea

altora, ajungând dominante în structura microbiologic� a rizosferei.

• secre�iile radiculare ale plantelor sunt influen�ate de condi�iile de nutri�ie,

de condi�iile climatice (umiditatea solului, reac�ia mediului, lumin�, temperatur�, aera�ie etc.).

4.2.3. Vârsta plantelor �i efectul de rizosfer�

În stadiile timpurii, plantele nu influen�eaz� puternic microflora

rizosferic�, acest lucru realizându-se dup� ce plantele au atins stadiul de

dezvoltare maxim�. Krasilnikov (1958) �i al�i autori au g�sit c� num�rul

microorganismelor atinge apogeul când plantele sunt în stadiul de cre�tere

activ�, mai ales în faza de înflorit.

Diferen�ele de rezultate se datoreaz� metodologiei folosite �i modului

de interpretare dar, în principiu, efectul de rizosfer� cre�te odat� cu

dezvoltarea plantelor �i prezint� fluctua�ii în func�ie de condi�iile de mediu.

4.2.4. Micorizele

Sub denumirea de micoriz� (gr. mikes – ciuperc�, rhiza – r�d�cin�) se

în�elege o asocia�ie de tip benefic între ciupercile filamentoase �i r�d�cinile

sau rizoizii dicotiledonatelor superioare (plante lemnoase �i ierboase), între

����

�

ciupercile filamentoase �i r�d�cinile unor monocotiledonate (orhidee),

precum �i cu mu�chii (Bryophyte) �i ferigile (Pteridophyta).

Ciupercile de micoriz� se dezvolt� numai în solul din jurul r�d�cinii,

ajungând cel mult la suprafa�a �i în interiorul celulelor corticale radiculare.

Prezen�a micorizelor se exteriorizeaz� prin apari�ia pe r�d�cinile laterale ale

plantei gazd� a unor excrescen�e scurte �i ramificate care înlocuiesc peri�orii

absorban�i �i formeaz� o pâsl� de miceliu fungic care alc�tuie�te, cu timpul,

un adev�rat man�on periradicular, colorat variabil, începând de la alb pân� la brun sau negru. R�d�cinle invadate de ciuperci sunt mai scurte decât cele

normale �i prezint� o hipertrofie a celulelor corticale.

Plantele furnizeaz� ciupercilor de micoriz� substan�e nutritive

organice (glucide, vitamine �.a.) �i acestea favorizeaz�, în schimb, absorb�ia

apei �i a substan�elor nutritive minerale (P, N, K �.a.).

Micorizele sunt asocia�ii temporare, deoarece ciupercile mor la

sfâr�itul perioadei de cre�tere vegetativ� a plantei. Dezvoltarea micorizei

este determinat� de însu�irile fiziologice ale partenerilor simbiozei �i de

condi�iile de mediu, precum �i de însu�irile fizice �i chimice ale solului.

Ciupercile care constituie micorize au o pozi�ie sistematic� diversificat�, putând fi încadrate în urm�toarele subîncreng�turi: Mastigomycotina, Ascomycotina, Basidiomycotina sau Deuteromycotina.

Dup� raporturile ce se stabilesc între ciuperc� �i plant�, micorizele

sunt de trei feluri:

• Micorize ectotrofe. Ciuperca emite hife spre exterior (sol) �i spre interior

(r�d�cin�), formând, în acest mod, un man�on micelian în jurul r�d�cinilor.

Hifele emise spre interior p�trund în stratul cortical al r�d�cinilor la nivelul

spa�iilor intercelulare, formând o re�ea, numit� "împletitura lui Harting”

(exemple: Boletus, Psalliota, Lactarius, Rusula, Marasmius). Sunt frecvente

la arborii din familiile Pinaceae, Betulaceae �i Fagaceae deoarece

r�d�cinile lor nu prezint� peri�ori radiculari.

• Micorize endotrofe. În acest caz, miceliul ciupercii se dezvolt� aproape

exclusiv în interiorul celulelor corticale (scoar�� �i epiderm�) ale gazdei, dar

pot fi întâlnite �i în spa�iul intercelular. Ele sunt mai frecvente decât cele

ectotrofe �i sunt întâlnite la plantele ierboase �i lemnoase ale c�ror r�d�cini

prezint� peri�ori radiculari (Rhizoctonia repens la orhidee �i Phoma sp. la

Calluna vulgaris – iarba neagr�).

����

�

Prezen�a ciupercii se manifest� prin tuberizarea r�d�cinii, ca la

orhidee. De obicei, ciuperca poate fi distins� la examenul microscopic al

r�d�cinii, în care formeaz� structuri caracteristice sub form� de „arbusculi”

�i umfl�turi terminale – „vezicule”. În aceste structuri se depun gr�simi de

rezerv� la nivelul celulelor corticale ale r�d�cinii.

Pe m�sur� ce ciuperca se dezvolt�, cre�terea în lungime a r�d�cinilor

infectate este inhibat�, iar peri�orii absorban�i dispar. În cele din urm�, ramifica�iile sub form� de arbusculi, situate în grosimea parenchimului

cortical, sunt, la rândul lor, digerate de celulele radiculare infectate. Aceasta

sugereaz� c�, în timp ce micorizele ectotrofe prezint� particularit��ile unei

simbioze adev�rate, cele endotrofe apar mai curând ca o form� de parazitism

controlat (dup� Pochon).

• Micorizele ectoendotrofe sau peritrofe reprezint� o form� de tranzi�ie,

caracterizat� prin faptul c�, pe lâng� aspectul ectotrof, reprezentat de

dezvoltarea abundent� a ciupercii în rizosfer� �i la suprafa�a r�d�cinii, se

observ� �i p�trunderea hifelor în celulele radiculare.

4.2.5. Interrela�iile între ciuperci �i plante în cazul micorizelor

Prezen�a micorizelor are un efect favorabil asupra dezvolt�rii plantelor, fapt semnalat înc� din 1886 de Kmenski. Aceast� ac�iune se

exercit� printr-un mecanism complex, constând din mai multe aspecte:

• favorizarea absorb�iei apei �i a elementelor minerale de c�tre plant�, deoarece ciupercile de micoriz� m�resc suprafa�a absorbant� a r�d�cinilor,

stimulând, astfel, cre�terea ramifica�iilor �i împiedicând suberificarea lor;

• intensificarea activit��ii metabolice generale a plantei, c�reia ciuperca îi

furnizeaz� azotul sub form� de acid glutamic; spre exemplu, în prezen�a

azotului amoniacal, speciile genului Pinus cu micorize au un con�inut dublu

de azot fa�� de speciile care nu prezint� micorize; aceasta se datoreaz� faptului c� s�rurile de amoniu p�trund în cantitate mare în ciuperc�, de unde

trec, apoi, în r�d�cinile plantei;

• crearea posibilit��ii de folosire de c�tre plant� a unor substan�e greu

solubile care con�in azot �i fosfor, prin solubilizarea lor de c�tre ciuperci;

• absorb�ia substan�elor nutritive necesare plantei din sol, prin intermediul

hifelor �i transportul lor de c�tre ciuperc� în �esutul cortical al r�d�cinii;

���

�

datorit� acestui proces, plantele cu micoriz� se dezvolt� mai bine decât cele

lipsite de ea.

• rela�iile în cazul micorizelor sunt benefice �i pentru ciuperc�, deoarece

aceasta preia din organismul plantei gazde diferite substan�e nutritive

(hidra�i de carbon, vitamine, factori de cre�tere).

���

�

Capitolul 5

SOLUL CA MEDIU DE EXISTEN�� PENTRU MICROORGANISME

Solul reprezint� stratul superficial afânat al litosferei care, îndelung �i

continuu transformat prin ac�iunea forma�iilor vegetale succesive, a

agen�ilor atmosferici �i a altor factori naturali, în condi�ii caracteristice

mediului geografic din care face parte, a acumulat, treptat, elementele

însu�irii specifice, numite fertilitate, devenind, astfel, capabil s� între�in� via�a plantelor superioare.

5.1. Alc�tuirea general� a solului

În alc�tuirea solului intr� trei p�r�i �i anume:

• partea solid� (mineral� �i organic�); • partea lichid� sau solu�ia solului;

• partea gazoas� sau aerul din sol.

I. Partea solid� a solului

Partea mineral� a solului de�ine ponderea cea mai mare (90-95%), ea

provenind din rocile pe care s-a format, prin transformarea acestora sub

influen�a proceselor de dezagregare �i alterare.

Dezagregarea este fenomenul fizic de simpl� m�run�ire a rocilor sub

influen�a varia�iilor termice, a apei, vântului �i organismelor. În urma

procesului de dezagregare rezult� roci afânate, alc�tuite din fragmente �i particule de diferite dimensiuni. Acest complex de dezagregare nu

reprezint� înc� solul, ci numai o faz� premerg�toare în formarea acestuia.

Totu�i, rocile m�run�ite posed� o însu�ire nou� fa�� de roca ini�ial�, dur� masiv� �i anume sunt afânate, ceea ce le face permeabile pentru aer �i ap�.

Alterarea este procesul complex de modificare a mineralelor �i rocilor,

care se manifest� printr-o serie de procese simple de hidratare, dizolvare,

hidroliz�, carbonare �i oxido-reducere. Rezultatul alter�rii const� în faptul

c� o parte din elementele minerale de nutri�ie a plantelor trec în forme

����

�

asimilabile simple, îndeosebi în s�ruri minerale. În acela�i timp, îns�, iau

na�tere �i compu�i minerali complec�i, de natura celor care intr� în

alc�tuirea argilelor (minerale argiloase).

Partea mineral� a solului rezult� în urma proceselor de dezagregare �i în timpul solidific�rii propriu-zise, fiind reprezentat�, în principal, prin

s�ruri (cloruri, sulfa�i, carbona�i, azota�i, fosfa�i etc.), oxizi �i hidroxizi (fier,

mangan, aluminiu, siliciu, etc.), minerale argiloase, care formeaz� argila din

sol – principalul coloid mineral al solului, praf sub form� de particule cu

diametrul cuprins între 0,2 �i 0,002 mm �i nisip cu particule cu diametrul

între 2 �i 0,2 mm. La unele soluri se pot ad�uga �i fragmente cu diametrul de

peste 2 mm sub form� de pietri�, pietre, bolovani.

Partea organic� a solului de�ine un procent mai mic decât cea

mineral�, circa 5-10% în greutate, dar are o importan�� esen�ial� în

formarea, evolu�ia �i propriet��ile solului. Aceasta este reprezentat� de

resturile vegetale �i animale, netransformate sau transformate sub ac�iunea

microorganismelor. Principalul constituent al p�r�ii organice din sol îl

reprezint� humusul, materie organic� coloid-dispers�, de culoare brun� sau

brun-negricioas�. Humusul este alc�tuit din compu�i de resintetizare biochimic� a

produselor finale de descompunere a materiei organice, acizii humici, la

care se pot ad�uga produse intermediare de descompunere a materiei

organice. Humusul, component specific al solului, format sub ac�iunea

microorganismelor asupra resturilor organice, constituie principala rezerv� de substan�� nutritiv� pentru plante; el determin� cele mai importante

propriet��i ale solului. Ca o consecin�� a procesului de alterare a p�r�ii minerale a solului �i de descompunere a materiei organice, se pun în

libertate o serie de elemente ca: N, P, S, Mg, K, Ca, Fe, Al, Mn, Na etc.

Dintre acestea, o parte ajung în solu�ia solului, unde sunt asimilate de c�tre

plante, iar o alt� parte se fixeaz� în sol prin fenomene de re�inere,

constituind un rezervor de elemente nutritive.

II. Partea lichid� a solului

Partea lichid� sau solu�ia solului este reprezentat� de apa din sol, în

care se g�sesc dizolvate substan�e minerale �i organice în stare de dispersie

ionic�, molecular� sau coloidal�.

����

�

Importan�a fazei lichide a solului const� în aceea c� ea con�ine

elemente nutritive în form� accesibil� plantelor �i microorganismelor, adic� sub form� de s�ruri solubile, care disociaz� în anioni �i cationi.

În urma proceselor de re�inere, pe suprafa�a particulelor coloidale ale

fazei solide se creeaz� o rezerv� de elemente nutritive absorbite, care se

elibereaz� în solu�ie, pe m�sura consum�rii lor de c�tre organismele vii.

Cantitatea global� de s�ruri nutritive din solu�ia solului este, în general,

suficient� pentru satisfacerea cerin�elor trofice ale plantelor superioare �i ale

microorganismelor (1,1 – 2,5 g/l).

Din punct de vedere calitativ, în solu�ia solului se reg�sesc �i numeroase microelemente necesare pentru desf��urarea în bune condi�ii a

proceselor vitale din sol: Br, Li, I, Co, Ni, Cr, Pb, V, Zn, Cu, Ag, Au.

Compozi�ia solu�iei solului este variabil� �i depinde de condi�iile

climatice, de activitatea microorganismelor etc. În ceea ce prive�te solu�ia

solului, pentru dezvoltarea microorganismelor, o importan�� deosebit� o

prezint� activitatea osmotic� a fazei lichide. În general, presiunea osmotic� de 3-6 atmosfere, pe care o posed� celulele majorit��ii microorganismelor,

este suficient� pentru dezvoltarea normal� a acestora în soluri, func�ie de

gradul de aprovizionare a acestora.

III. Partea gazoas� a solului este reprezentat� de aerul care ocup� spa�iile libere, l�sate de c�tre ap�. Compozi�ia aerului din sol se deosebe�te

de cea a aerului atmosferic prin raportul cantitativ între gazele ob�inute.

Astfel, oxigenul se g�se�te în concentra�ie mai mic�, comparativ cu cel din

atmosfer�, deoarece este consumat în activitatea microorganismelor �i în

procesul de respira�ie al r�d�cinilor plantelor superioare. Din aceast� cauz�, propor�ia de oxigen în aerul solului scade, fa�� de circa 21% în atmosfer�, la

numai 10-18%.

Procentul de CO2 în aerul din sol este de cel pu�in 10 ori mai mare

decât în aerul atmosferic, datorit� eliber�rii sale sub ac�iunea de

descompunere, exercitat� de microorganisme asupra substan�elor organice

(0,15-0,65% în sol, fa�� de 0,03% în atmosfer�). Cantitatea de azot din aerul solului variaz� pu�in, de la 76 la 79%, fa��

de aerul atmosferic, unde este de 79%.

����

�

Consumul de azot molecular din aerul solului este foarte redus, el

fiind folosit numai de c�tre unele microorganisme azotofixatoare. În unele

soluri, în special în cele ml��tinoase, în aerul solului se pot g�si �i produsele

gazoase ale metabolismului bacterian ca: NH3, CH4, H2S �i H.

Compozi�ia aerului din sol nu difer� totu�i prea mult fa�� de cea a

aerului atmosferic, datorit� schimbului permanent, care este în func�ie de

permeabilitatea solului, aceasta din urm� fiind determinat� de porozitatea

necapilar� a acestuia.

5.2. Reac�ia solului

Dezvoltarea normal� a microorganismului depinde nu numai de

elementele chimice necesare desf��ur�rii normale a metabolismul acestora,

ci �i de unele condi�ii fizico-chimice, dintre care cea mai important� este

reac�ia solului.

Majoritatea microorganismelor se dezvolt� optim la un pH apropiat de

neutru (pH = 7), dar reac�ia solului variaz� în func�ie de tipul de sol, de la

pH = 4 în podzoluri-soluri acide pân� la pH = 9 în solone�uri, care sunt

soluri s�r�turoase. Fiecare tip de sol are o reac�ie caracteristic�, pe care �i-o

men�ine datorit� capacit��ii de tamponare, determinat�, în principal, de

complexul coloidal al solului. În func�ie de reac�ia �i tipul de sol,

microorganismele se g�sesc r�spândite diferen�iat, în func�ie de capacitatea

lor de a rezista la reac�ii extreme, foarte acide sau alcaline.

5.3. Formarea solului

Procesul de formare a solului începe imediat ce roca ia contact cu

mediul extern, cu agen�ii fizici �i chimici, precum �i cu ac�iunea

microorganismelor vii.

Caracteristica principal� a solidific�rii const� în acumularea materiei

organice �i a humusului, care determin� capacitatea de re�inere a

substan�elor nutritive. Elementele chimice eliberate în urma alter�rii au

tendin�a de a fi sp�late (levigate) spre structurile mai adânci ale rocii

dezagregate �i alterate. Pe de alt� parte, organismele vii - plantele superioare

�i microorganismele - se opun acestui proces, ducând la re�inerea �i chiar la

����

�

acumularea substan�elor minerale în partea superioar� a solului sub form� de

materie organic� �i de humus.

În cursul solidific�rii, se întâlnesc o serie de procese în urma c�rora ia

na�tere solul ca sistem complex �i biologic, în care se desf��oar� permanent

fenomene contradictorii, de al c�ror echilibru depind propriet��ile solului.

Astfel, în toate solurile se desf��oar� procesul de alterare a unor minerale

primare �i secundare, concomitent cu formarea altor minerale secundare

caracteristice; descompunerea resturilor vegetale �i animale paralel cu

sinteza acizilor humici; levigarea substan�elor în paralel cu bioacumularea;

procesul de acumulare a apei în sol �i pierderea ei prin evaporare �i prin

transpira�ia plantelor; absorb�ia energiei solare ce duce la înc�lzirea solului,

paralel cu iradierea �i deci pierderea acestei energii.

În felul acesta, interven�ia organismelor vii asupra rocii dezagregate

marcheaz� începutul procesului de solidificare �i aduce modific�ri importante în marele circuit geologic, ce se desf��oar� în natur�. Interven�ia

organismelor face ca peste marele circuit geologic s� se suprapun� micul

circuit biologic, care este de sens contrar cu primul. Ca rezultat al acestui

proces, descompunerile substan�elor organice �i minerale sunt înso�ite de

intense procese de sintez� organic�, efectuate de organismele vii. Astfel, se

acumuleaz� diferitele elemente necesare nutri�iei plantelor �i, în special,

azotul, element important, care lipse�te din rocile ini�iale.

5.3.1. Compozi�ia chimic� a solului

Raporturile între microorganisme �i sol sunt determinate de

compozi�ia chimic� a acestuia, în compara�ie cu aceea a litosferei, a rocilor

de origine.

Comparând datele din coloanele tabelului prezentat mai jos, constat�m

acumularea în soluri a unor elemente biogene esen�iale, cum sunt, în primul

rând, carbonul (în litosfer� 0,22%, iar în soluri pân� la 45%), �i azotul (în

litosfer� inexistent, în soluri pân� la 1,5%). De asemenea, în solurile

destinate agriculturii se acumuleaz� cantit��i importante de magneziu, fosfor

�i alte elemente chimice, indispensabile vie�ii, �i care, în litosfer�, exist� în

cantit��i insuficiente.

����

�

Elementele chimice existente în sol se distribuie între cele trei p�r�i ale

solului, solid�, lichid� �i gazoas�, care, împreun� constituie un sistem

microeterogen, organomineral, polidispers, structurat �i poros.

Compozi�ia chimic� a litosferei în % pân� la adâncimea de 10 m în

unele soluri

Denumirea

elementelor

Litosfer� Podzol Cernoziom

Cantitatea în %

Oxigen 46,29 - -

Siliciu 27,61 69,7 76,1

Aluminiu 7,81 13,4 15,2

Fier 5,40 4,3 5,6

Calciu 3,77 0,7 2,6

Mangan 2,68 1,1 2,2

Sodiu 2,36 1,2 1,3

Potasiu 2,40 3,0 3,3

Hidrogen 0,21 - -

Carbon 0,22 2,2 4,6

Fosfor 0,10 0,39 1,10

Magneziu 0,08 1,1 2,2

Sulf 0,03 - -

Clor 0,01 - -

5.3.2. Rolul microorganismelor în formarea �i evolu�ia materiei organice

Materia organic� este reprezentat� din resturile vegetale, care sunt

mineralizate de c�tre microorganisme, dar, mai ales, prin humus, care este

un complex de substan�e amorfe în stare coloidal�, rezultat din transform�ri biochimice - descompuneri �i sinteze - ale resturilor organice, vegetale �i animale sub ac�iunea microflorei solului.

Substan�ele organice vegetale �i animale, ajunse în sol dup� moartea

organismelor, nu sunt în întregime supuse degrad�rii complete pân� la

compu�ii finali (CO2, H2O, NH3). O parte din ele sunt transformate în

produ�i noi, mai mult sau mai pu�in rezisten�i la descompunerea de c�tre

microorganisme – substan�ele humice. Acestea se acumuleaz� în cantit��i

����

�

mari ca rezerve, condi�ionând proprietatea cea mai important� a solului –

fertilitatea. În felul acesta, pe lâng� ac�iunea lor de distrugere a substan�elor

organice vegetale �i animale, microorganismele contribuie la formarea unor

tipuri noi de substan�e organice. Datorit� acestui fenomen, paralel cu

dezagregarea enzimatic� a substan�elor organice, microorganismele din sol

efectueaz� sinteza unor compu�i noi, care se acumuleaz� temporar în sol,

formând adev�rate rezerve de C,N, P, S, K etc., absolut necesare vie�ii din

sol.

Dar, microorganismele solului particip� nu numai la formarea

substan�elor humice de rezerv�, ci contribuie �i la descompunerea lor lent�, prin care se asigur� plantelor elementele indispensabile pentru noile sinteze

organice.

5.3.3. Teoria microbiologic� a form�rii humusului

Procesele de dezagregare �i sintez�, care au drept rezultat formarea

complexelor humice, se datoreaz� ac�iunii bacteriilor aerobe �i anaerobe, a

actinomicetelor �i a ciupercilor microscopice.

Bacteriile anaerobe ac�ioneaz� asupra substan�elor organice aflate sub

form� de mase dense în profunzimea solului. Procesul este inhibat în

momentul când cantitatea de acid ulmic acumulat este atât de mare, încât

opre�te dezvoltarea microorganismelor respective �i este reluat dup� degradarea acestuia. În condi�ii naturale, denaturarea acidului ulmic se

produce dup� ac�iunea frigului, iarna. Datorit� acestui fapt, sinteza anaerob� a compu�ilor humici are un caracter periodic, fiind mai activ� prim�vara �i vara �i sc�zând în intensitate spre toamn� �i iarn�.

Acest proces reprezint� forma cea mai important� de acumulare a

substan�elor humice în natur�. Sinteza aerob� a substan�elor humice se realizeaz� în straturile mai

superficiale ale solului �i cu condi�ia ca acumularea substan�elor organice

vegetale s� se fi f�cut în masa afânat�. Ea este efectuat� de bacterii, în cazul

resturilor de plante ierboase, �i de ciupercile microscopice, atunci când

substan�a organic� provine din plante lemnoase. În urma acestui proces

rezult� acizi humici, care nu omoar� microorganismele, deoarece sunt

neutraliza�i de NH3, format în paralel.

����

�

Compozi�ia chimic� a humusului este variabil� �i heterogen�, neputând fi definit� prin nicio formul� chimic�; ea const� din acizi ulmici �i fulvici (70-80%) �i din reziduu insolubil (20-30%).

Con�inutul bogat în N al humusului, în jur de 5% cu raportul C : N =

10:1, denot� caracterul s�u de produs de sintez�. El con�ine, în special, acid

ulmic (acid humic brun), rezultat din ac�iunea bacteriilor anaerobe, �i acid

humic (acid humic negru), produs de ciuperci.

Una dintre particularit��ile cele mai importante ale substan�elor

humice este aceea de a fi mai stabile, în condi�ii termodinamice date, decât

substan�ele naturale din care s-au format. În acela�i timp, ele sunt într-o

permanent� evolu�ie; pe de o parte, pornind de la diferite substan�e organice

animale �i vegetale se formeaz� substan�e noi sub ac�iunea

microorganismelor, iar pe de alt� parte, complexele humice sintetizate sunt

mineralizate de microflora solului.

Datorit� acestui proces continuu, formarea humusului se poate afla în

diferite stadii de evolu�ie, sub form� de:

• substan�e prohumice, capabile s� agrege particulele de sol;

• humus activ, cel mai important pentru fertilitate, care, prin descompunere,

formeaz� u�or substan�e nutritive pentru plante �i reprezint� aproximativ 1%

din greutatea solului;

• humus stabil care cimenteaz� agregatele de sol dar se descompune greu �i nu particip� activ la nutri�ia plantelor;

• humus inactiv, cu capacitate redus� de mineralizare �i f�r� rol în nutri�ia

plantelor sau în formarea structurii stabile a agregatelor de sol.

Humusul îndepline�te numeroase func�ii de importan�� excep�ional�, din care se poate deduce rolul microorganismelor care particip� la sinteza �i descompunerea sa. Astfel, humusul formeaz� în sol rezerve imense de N, C,

P, S, K, Fe, care pot fi folosite dup� mineralizarea prealabil�. Dup� Waksman, cantitatea de substan�e organice sub form� de humus dep��e�te

cu mult pe cea prezent� în toate formele vii.

Humusul favorizeaz� nutri�ia plantelor superioare, furnizându-le

substan�e nutritive, rezultate din descompunerea sa treptat� �i lent� de c�tre

microorganisme.

Humusul influen�eaz� caracteristicile fizice ale solului, c�ruia îi

confer� structura granular� �i culoarea întunecat�, care favorizeaz� absorb�ia

����

�

razelor solare �i determina cre�terea temperaturii. De asemenea, reduce

vâscozitatea argilelor �i u�ureaz� formarea de agregare care amelioreaz� aerarea �i drenajul solului, m�rind, în acela�i timp, capacitatea de re�inere a

apei din sol.

Humusul influen�eaz� propriet��ile chimice ale solului, prin faptul c� men�ine echilibrul general între ionii adsorbi�i �i cei dizolva�i �i d� solului

putere tampon.

Prin participarea sa la sinteza �i transform�rile substan�elor humice,

microflora solului îndepline�te un rol de o importan�� vital�, deoarece,

datorit� propriet��ilor amintite, humusul confer� solului proprietatea sa de

baz� – fertilitatea care-l deosebe�te de roca steril�. Dup� defini�ia dat� de Thaer „Humusul este produsul materiei vii �i

izvorul acesteia” sau dup� cum afirm� Waksman, „Humusul este o rezerv� �i un stabilizator al vie�ii organice pe p�mânt”.

5.4. Popula�ia solului

Totalitatea vie�uitoarelor din sol, indiferent de dimensiuni, organizare

celular�, forme, apartenen�� sistematic� �i activitate biologic�, reprezint� popula�ia solului. Cele vizibile cu ochiul liber, datorit� dimensiunii lor, sunt

studiate înc� din cele mai vechi timpuri �i formeaz� macropopula�ia solului. Celelalte organisme formeaz� micropopula�ia solului �i au putut fi observate

�i analizate dup� perfec�ionarea mijloacelor de m�rire a imaginii.

Macropopula�ia solului este împ�r�it� în dou� componente majore:

1. Macroflora solului este format� din p�r�ile subterane ale plantelor

superioare (r�d�cini, tulpini �i frunze ajunse în sol), care furnizeaz� solului

cea mai important� surs� de materie organic�. R�d�cinile plantelor, prin

eliminarea a numeroase substan�e (în special enzime) în cadrul procesului de

adsorb�ie, au un rol important în modificarea concentra�iei solu�iei solului,

intervenind, pe aceast� cale, în mod direct în activitatea microorganismelor.

Datorit� acestor condi�ii specifice, num�rul de microorganisme aflate în

jurul r�d�cinilor (rizosfer�) dep��e�te cu mult pe cel aflat în restul solului.

2. Macrofauna solului cuprinde o diversitate mare de organisme,

dintre care amintim: râme (90-500 kg/ha), furnici, coleoptere, nematozi

(circa 10 mii/mp), viermi inela�i �i diverse vertebrate. Acestea, prin

���

�

activitatea lor, îmbog��esc solul în materie organic�, ce va fi utilizat� ulterior de c�tre popula�iile de microorganisme.

Micropopula�ia solului este reprezentat� de microflor� �i microfaun�. 1. Microflora solului constituie popula�ia cea mai important� pentru

via�a solului. Ea este format� din bacterii, cyanobacterii, ciuperci

microscopice �i alge.

Activitatea microorganismelor din sol poate fi determinat� prin

raportarea num�rului lor la unitatea de volum, de greutate sau de suprafa��. Valoarea absolut� a unor microorganisme, raportat� la un gram de sol,

variaz� între 1 milion-1 miliard de bacterii, între 5000 �i 50000 la ciuperci,

între 3000 �i 30000 la actinomicete �i 500 �i 5000 la alge (la adâncimea de

2-5 cm).

2. Microfauna solului este constituit� din protozoare monocelulare

(între 100-1000 indivizi/g sol), dintre care majoritatea apar�in clasei

Flagellata (Mastigophora). De�i ac�iunea lor este cunoscut�, rolul

protozoarelor în sol nu este pe deplin clarificat.

Num�rul microorganismelor din sol �i componen�a lor sistematic� constituie un important criteriu practic în aprecierea activit��ii biologice a

acestora dar pentru o edificarea cât mai exact� a acestei activit��i este

necesar� �i cunoa�terea activit��ii biochimice a microorganismelor care

alc�tuiesc popula�ia solului.

���

�

Test de autoevaluare

�

1. Fixarea N2 este realizat� de:

a) virusuri

b) bacterii

c) cyanobacterii

d) alge

e) protozoare

f) ciuperci

2. Azotul este utilizat de plantele superioare sub form� de:

a) azot molecular (atmosferic)

b) nitri�i c) nitra�i d) amoniac

e) monoxid de azot

3. Fixarea aerob� a azotului molecular este realizat� de:

a) Azotobacter chroococcum

b) Clostridium pasteurianum

c) Rhizobium leguminosarum

d) Frankia alni

4. Nodozit��ile "eficiente" de pe r�d�cinile de leguminoase con�in un

pigment:

a) galben

b) albastru

c) ro�u

d) alb

5. Metabioza este o rela�ie de:

a) parazitism

b) pr�d�torism

c) simbioz� d) neutralism

����

�

6. În cazul rizosferei se stabile�te o rela�ie de:

a) neutralism

b) simbioz� c) antagonism

7. Micorizele reprezint� simbioza dintre plante �i: a) ciuperci

b) bacterii

c) alge

d) protozoare

Rezultate corecte:

1 - b,c; 2 - c; 3 - a; 4 - c; 5 - a; 6 - b; 7 - a.

� ��

����

�

Capitolul 6

ROLUL MICROORGANISMELOR ÎN CIRCUITUL MATERIEI ÎN NATUR�

6.1. Circuitul azotului

Azotul este un element esen�ial pentru existen�a vie�ii în biosfer�, deoarece este inclus în structura tuturor proteinelor �i a acizilor nucleici.

De�i este prezent în natur� în cantit��i foarte mari, se g�se�te aproape

invariabil în forme inaccesibile direct, plantelor �i animalelor.

Circuitul azotului în natur� (Fig. 69) se desf��oar� pe parcursul a mai

multor etape, care implic� desf��urarea unor multiple activit��i biochimice;

unele au loc în anaerobioz�, iar altele în prezen�a oxigenului.

Aceste etape sunt:

I. Fixarea azotului molecular se poate realiza pe cale abiotic� �i biotic�. Pe cale abiotic�, fixarea se realizeaz� prin iradieri, desc�rc�ri electrice

�i prin intermediul precipita�iilor.

Pe cale biotic�, fixarea azotului molecular este un proces lent �i continuu, prin care, sub ac�iunea a peste 100 genuri de bacterii diferite,

azotul gazos atmosferic este convertit la forme fixe (NH4-, NO3

-, NO2

-), care

sunt folosite de plante �i introduse în forme organice, utilizând energia

ob�inut� prin fotosintez�. Bacteriile care particip� la aceast� fixare au fost grupate astfel:

• bacterii fixatoare de azot molecular (N2) libere aerobe;

• bacterii fixatoare de azot molecular (N2) libere anaerobe;

• bacterii fixatoare de azot molecular (N2), care tr�iesc în asocia�ie cu

plantele.

În cazul celui de-al treilea grup, în func�ie de rela�ia care se stabile�te

între cei doi parteneri, întâlnim patru tipuri de simbioz�: • simbioza Rhizobium – leguminoase;

• simbioza Actinomicetae – neleguminoase;

• simbioza asociativ�; • simbioza foliar�.

����

�

II. Amonificarea const� în mineralizarea azotului proteic pân� la amoniac

(NH3).

III. Nitrificarea prezint� dou� trepte: nitritarea �i nitratarea, în care are loc

oxidarea amoniacului (NH3) pân� la nitri�i (NO2-) respectiv nitra�i (NO3

-).

IV. Denitrificarea este procesul prin care are loc reducerea azotului nitric

pân� la azot molecular, încheindu-se, în acest mod, circuitul azotului.

Toate procesele desf��urate pe parcursul celor patru etape sunt

mediate numai de bacterii, cu excep�ia unei etape premerg�toare

amonific�rii, proteoliza, în care pot ac�iona �i microfungii.

În timp ce în ecosistemele naturale, circuitul azotului este un proces

echilibrat, în sensul c� pierderile de azot din sol sunt compensate de

Fig. 69 – Reprezentarea schematic� a principalelor etape ale circuitului azotului în natur� (dup� Delviche, 1977).

����

�

procesele de fixare, în sistemele supuse procesului de agricultur�, pierderile

dep��esc ritmul de înlocuire.

Dac� rezervele de azot din sol sunt limitate, fapt ce duce la apari�ia

unor frecvente dezechilibre între nevoia de azot �i posibilitatea de a o

satisface, din contr�, rezerva de azot atmosferic, este practic inepuizabil�, calculele ar�tând c� aceasta ar putea asigura necesarul pentru cel pu�in

800.000 ani. Din p�cate, aceast� imens� cantitate este inaccesibil� în mod

direct organismelor vii �i mai cu seam� plantelor superioare.

În cursul ultimilor decenii, datorit� nevoilor crescânde de hran� pentru

o popula�ie în permanent� dezvoltare, cantit��ile de îngr���minte chimice cu

azot aplicate au crescut continuu. De�i, o perioad� de timp, îngr���mintele

chimice cu azot au îndrept��it speran�ele rezolv�rii �i pe viitor a satisfacerii

nevoilor nutritive pentru popula�ie, criza energetic� a ultimilor ani �i apari�ia

unor efecte secundare nedorite au impus reconsiderarea acestei posibilit��i. Azotul atmosferic este convertit industrial în amoniac (NH3), prin

procedeul Haber. Reac�ia are loc la temperaturi ridicate de cca.. 500oC �i la

o presiune de 300-600 atmosfere, ceea ce presupune un consum ridicat de

energie de cca.. 22000 kcal/kg.

În acela�i timp, excesul de îngr���minte chimice cu azot are efecte

negative asupra mediului �i, uneori, asupra omului, prin produsele vegetale

pe care acesta le consum�. Cre�terea con�inutului în protein� la plante sub influen�a

îngr���mintelor cu azot are loc în limita poten�ialului genetic al speciei sau

soiului. De aceea, excesul de azot duce la o serie de deranjamente �i la

acumularea de azot nitric în plante. Aceste acumul�ri în plantele furajere sau

alimentare provoac� intoxica�ii grave, ce pot duce chiar la moartea

individului.

La copii, nitra�ii sunt redu�i la nitri�i, care, fiind absorbi�i de sânge,

reduc capacitatea acestuia de a transporta oxigenul prin formarea

metahemoglobinei.

La adul�i, nitra�ii sunt converti�i la nitrosamin�, care, de asemenea,

este otr�vitoare.

Folosirea în doze excesive a azotului duce la sp�larea acestuia în

straturile profunde ale solului �i la îmbog��irea în nitra�i a pânzei de ap� freatic� care poate fi utilizat� ca ap� potabil� sau la ad�patul animalelor. De

����

�

asemenea, utilizarea intensiv� a îngr���mintelor chimice duce la cre�terea

con�inutului solului în unele elemente (Zn, Pb, Ni, Cr etc.) care anterior se

g�seau în forme solubile doar ca urme. Cre�terea concentra�iei acestora

peste o anumit� limit� are efecte toxice asupra plantelor �i microorganismelor (Davidescu, 1974).

Datorit� crizei energetice �i efectelor secundare ale îngr���mintelor

chimice cu azot, o aten�ie tot mai mare se acord� în ultimul timp

mecanismelor naturale de fixare a azotului în sol �i, în special, a fix�rii biologice.

Prin procesele de fixare biologic� sunt introduse în sol cantit��i foarte

mari de azot. Microorganismele fixatoare de azot posed� un complex

enzimatic, denumit nitrogenaz�, capabil s� activeze tripla leg�tur� a

moleculei de azot, care poate fi astfel redus� la amoniac.

Procesul se desf��oar� la o temperatur� relativ sc�zut�, de 15-40oC,

frecvent întâlnit� în sol �i la presiune atmosferic� normal�. În func�ie de

numero�i factori, dar mai ales de planta de cultur�, cantitatea de azot

atmosferic fixat� biologic variaz� între limite foarte largi.

Legat de acest aspect, în anul 1971, Hank a sintetizat rezultatele din

literatura de specialitate pentru diferite ecosisteme, astfel:

- culturi de câmp 7-28 kg N/ha;

- angiosperme �i alte plante neleguminoase 7-114 kg N/ha;

- leguminoase 73-865 kg N/ha;

- p�dure 58-594 kg N/ha;

- p��uni 13-99 kg N/ha;

- ape 70-250 kg N/ha.

Fenomenul de fixare a azotului de c�tre microorgansime a fost pus în

eviden�� în anul 1888 de c�tre Berthelot. Acesta a urm�rit, în paralel,

varia�ia azotului în vase cu sol nesteril �i în vase cu sol steril, constatând c�, în solul nesteril, con�inutul în azot cre�te iar în vasele cu sol sterilizat nu.

6.1.1. Fixarea azotului molecular

1. Fixarea azotului molecular (N2) de c�tre microorganisme libere aerobe

În anul 1901, Beijerinck reu�e�te izolarea din sol a dou� specii de

bacterii care au capacitatea de fixare aerob� a azotului molecular. Ulterior,

����

�

cercet�rile au eviden�iat existen�a �i a altor specii capabile s� realizeze acest

proces.

Dintre cele mai cunoscute specii putem enumera:

- Azotobacter chroococcum;

- Azotobacter vinelandii; - Azotobacter agile;

- Azotobacter insigne;

- Azotobacter macrocytogenes;

- Azotobacter mobile;

- Azotobacter fluminensis;

- Beijerinckia indica;

- Derxia gummosa;

- Rhodospirillum sp.;

- Rhodopseudomonas sp.

Dintre acestea, cele mai r�spândite �i mai cunoscute sunt cele din

genul Azotobacter.

Bacteriile din genul Azotobacter sunt r�spândite în natur� mai ales în

solurile cultivate, bogate în humus, cu reac�ie neutr� �i se g�sesc rar în

solurile acide, podzolice, turboase �i ml��tinoase. Morfologia lor este foarte

variabil�, în func�ie de condi�iile de mediu, fapt ce explic� descrierea la un

moment dat a numerose specii separate, care, ulterior, au fost considerate ca

sinonime. Dintre speciile genului Azotobacter, cea mai r�spândit� �i mai

eficace este Azotobacter chroococcum.

Azotobacter chroococcum prezint� o serie de aspecte morfologice

considerate ca f�când parte dintr-un ciclu de evolu�ie corelat cu vârsta.

În func�ie de vârsta coloniei, celulele apar diferen�iat:

1. Celulele tinere au aspect de bastona�e groase de 2 x 4 µm, cu

capetele rotunjite, izolate sau în perechi.

2. Celulele adulte sunt sferice sau ovale ca ni�te coci mari de 2 x 1,2

µm, con�inând numeroase granula�ii, constituite din lipide, volutin�, glicogen etc.

3. Celulele b�trâne, care apar în a 5-a zi de dezvoltare a culturii, sunt

aproape sferice �i au dimensiuni mai mici de 1,5 x 1,3 µm. În condi�ii nefavorabile de mediu apar chi�tii.

����

�

4. Chi�tii sunt prev�zu�i cu un perete gros, format din dou� straturi, �i apar prin modificarea celulelor adulte sau a celulelor b�trâne. Ace�tia mai

poart� numele de macrochi�ti. Citoplasma lor este constituit� din protein� concentrat�. Chistul este o form� latent�, de rezisten�� a germenului, care,

sub aceast� form�, se men�ine viabil mai multe luni sau chiar ani. Prin

germinare, din chi�ti iau na�tere celule tinere care reiau ciclul descris.

În condi�ii de cultur�, pe medii lichide, Azotobacter formeaz� un v�l gros la suprafa��, albicios, care cade treptat la fund, formeaz� un depozit

dens albicios �i, care, mai târziu, devine brun-negru.

Pe mediile solide (Fig. 70) formeaz� colonii lucitoare, la început

incolore, vâscoase, cu tendin�a de scurgere prin glisare pe suprafa�a

mediului. Cu timpul, acestea se coloreaz� în brun-negru, datorit� pigmentului melanic.

Bacteria se dezvolt� la temperatura cuprins� între 9 �i 35

oC �i la un pH

între 5,8 �i 8,5, fiind foarte sensibil� la aciditate sub pH=5,8.

Este strict aerob�, Gram negativ� �i oxideaz� complet hidra�ii de

carbon pân� la CO2, f�r� a produce în mediu metaboli�i intermediari. În condi�ii optime fixeaz� aproximativ 20 mg N2 pentru fiecare gram de glucoz� oxidat�.

Randamentul fix�rii este variabil de la o tulpin� la alta, dup� natura

sursei de carbon. Deosebirile dintre diferitele tulpini constau în viteza

Fig. 70 – Azotobacter chroococcum

����

�

ac�iunii lor, unele fiind în stare s� fixeze în 3 zile 100 % din concentra�ia

final�, în timp ce altele realizeaz� fixarea întregii cantit��i doar dup� 12 zile.

2. Fixarea azotului molecular (N2) de c�tre microorganisme libere anerobe Fixarea anaerob� a N2 a fost eviden�iat� înc� din 1893 de

Winogradski, care a reu�it izolarea �i cultivarea pe un mediu nutritiv lipsit

de azot a speciei Clostridium pasteurianum, specie mult r�spândit� în sol.

Ulterior, au fost descrise �i alte specii anaerobe, care apar�in genurilor

Desulfovibrio, Desulfatomaculum �i Methanobacillus.

Clostridium pasteurianum (Fig. 71) face parte din grupul bacteriilor

butirice. Se prezint�, în cazul formelor tinere vegetative, sub form� de

bastona� Gram pozitiv, cu capetele rotunjite, cu dimensiuni variabile,

cuprinse între 1,5 �i 8 x 0,8

�i 1,3 µm. Este o specie

mobil�, cu cili dispu�i peritrichi, adesea fuziform.

La celulele b�trâne apar

forme de involu�ie,

filamentoase sau cocoide,

iar con�inutul celulelor este

granulos �i se coloreaz� în

violet cu solu�ie iodurat� Lugol, con�inând substan�e

iodofile.

Bacteria prezint� un

spor central, cu diametrul

de 1-1,3 µm; este un microorganism anaerob obligat, care se dezvolt� în

condi�ii optime la 20 - 30oC �i la un pH = 7,3 - 8,9.

Cultivat pe un mediu ce con�ine substan�e hidrocarbonate, dar lipsit de

azot, ob�ine energie din fermentarea acestora �i fixeaz� N2 atmosferic.

Cantitatea de azot fixat este propor�ional� cu cantitatea de glucoz� fermentat� �i este de aproximativ 3 mg pe gramul de glucoz� consumat�.

Randamentul fix�rii azotului de c�tre Clostridium pasteurianum este

maxim când este asociat� cu bacteriile celulolitice anaerobe, care pun la

Fig. 71 – Clostridium pasteurianum

���

�

dispozi�ie hidra�i de carbon solubili, ca glicerina sau manita, care se g�sesc

în sol în concentra�ii mici.

Fixare anaerob� a N2 are un rol esen�ial în solurile pu�in aerate sau

invadate de ap� (mla�tini, orez�rii), unde Clostridium pasteurianum este

principalul fixator de azot.

În ceea ce prive�te propor�ia dintre cele dou� specii descrise, Fedorov

arat� c�, în soluri Azotobacter chroococcum a fost g�sit numai în 30 % din

cazuri, în timp ce Clostridium pasteurianum în 70 %, având deci o

preponderen�� mai mare.

3. Bacterii fixatoare de azot molecular (N2), care tr�iesc în asocia�ie cu plantele

• Simbioza Rhizobium – leguminoase În solurile cultivate cu leguminoase, în afar� de fixarea azotului

atmosferic (N2) de c�tre bacteriile libere aerobe sau anaerobe, se mai

produce �i fixarea de c�tre microorganismele simbiotice care tr�iesc în

nodozit��ile de pe r�d�cinile acestor plante.

De�i formarea de nodozit��i pe r�d�cinile plantelor leguminoase se

cunoa�te din antichitate, fenomenul era considerat ca un proces patologic,

tumoral sau datorat unor în�ep�turi de insecte. Abia în 1865, Voronin a

descris nodozit��ile �i corpusculii ce-i con�in, iar în 1887, Beijerinck a

izolat �i descris bacteriile pe care le produc.

Biologia bacteriilor de nodozit��i Bacteriile care produc nodozit��i la leguminoasele cu care tr�iesc în

simbioz� apar�in genului Rhizobium care cuprinde mai multe specii

distincte, cu capacitatea de a infecta numai anumite plante gazde (Fig. 72),

dup� cum urmeaz�: - Rhizobium leguminosarum – maz�re, bob, linte;

- Rhizobium trifolii – trifoiul;

- Bradyrhizobium japonica (sin. Rhizobium japonicum) – soia;

- Rhizobium phaseoli – fasolea;

- Rhizobium lupini – lupinul;

- Rhizobium meliloti – lucerna.

���

�

Activitatea diferitelor specii de Rhizobium este variabil� de la o specie

la alta, în func�ie de dou� propriet��i biologice importante: infec�iozitatea,

care reprezint� capacitatea de a produce nodozit��i, �i eficien�a, care se

refer� la capacitatea de a fixa azotul molecular (N2).

Bacteriile ajung în zona rizosferic� la nivelul peri�orilor absorban�i, fiind stimulate de secre�iile radiculare, care au rol chimiotactic pozitiv, dup� care are loc un proces de recunoa�tere a celor doi parteneri. Recunoa�terea

se realizeaz� prin intermediul unor substan�e specifice, denumite generic

lectine. Dup� legarea ireversibil� are loc deformarea peri�orului radicular,

care ia form� de cârlig, sub ac�iunea unor substan�e eliminate de bacterii.

Ulterior, peretele peri�orului absorbant este dizolvat sub ac�iunea unor

enzime secretate de bacterii �i acestea p�trund în interior, formând un

cordon de infec�ie care ajunge în celulele parenchimului cortical. Cordonul

este format la început dintr-o matrice mucoas� în care se g�sesc bacterii �i care, treptat, se acoper� cu o teac� celulozic�. Acest man�on este constituit

din secre�ii ale ambilor parteneri.

Pe m�sur� ce cordonul infec�ios înainteaz�, bacteriile se multiplic� continuu �i sunt eliberate fie prin unele fisuri ale acestuia, fie prin

extremitatea sa distal� �i se a�az� la periferia celulelor unde se multiplic� activ. În acela�i timp, celulele cortexului radicular infectat se multiplic� rapid, transmi�ând infec�ia bacterian� celulelor fiice.

Rezultatul acestei prolifer�ri este nodozitatea, care la început este

inclus� în cortexul radicular, apoi îl deformeaz� pe m�sur� ce cre�te �i în

Fig. 72 – Nodozit��i formate de Rhizobium sp. la plantele leguminoase

����

�

cele din urm� îl rupe. Ea apare ca rezultat al invad�rii �i multiplic�rii bacteriilor în celulele gazde �i al ac�iunii unor substan�e stimulente de tipul

auxinei (acid indolilacetic) secretate de bacterii (Fig. 73).

La leguminoasele erbacee anuale nodulul este o structur� efemer�, în

timp ce la cele perene dureaz� 5-6 ani, dup� care sufer� modific�ri degenerative care duc la necrozarea �i deta�area sa de r�d�cin�.

S-a constatat c� în procesul fix�rii N2 nu toate nodozit��ile sunt la fel

de active, ele împ�r�indu-se în dou� categorii:

• Nodozit��ile "eficiente" sunt relativ pu�in numeroase �i se formeaz�, mai ales, pe r�d�cinile principale; sunt mai voluminoase �i au o suprafa�� neted� sau rugoas�. Aceste nodozit��i con�in un pigment ro�u, de natur� proteic�, numit leghemoglobin� (hemoglobina leguminoaselor).

Nodozit��ile eficiente au o structur� caracteristic�, fiind constituite din

mai multe regiuni:

Peri�or absorbant

Bacterii din Rhizobium sp.

Cordon infec�ios

Bacteriile se transform� în

bacteroizi, iar celulele î�i m�resc dimensiunile.

Legarea ireversibil� a

bacteriilor de peri�orii

absorban�i; deformarea

peri�orului radicular �i p�trunderea bacteriilor

în celule.

Plant� leguminoas�

Nodozitate

Bacteroizi

Apari�ia

nodozit��ilor

Fig. 73 – Fixarea simbiotic� a azotului molecular în nodozit��ile leguminoaselor

(dup� Tortora �i colab., 1992).

����

�

- regiunea periferic� este reprezentat� de cortexul nodozit��ilor,

format din mai multe straturi de celule, compacte, cu rol de protec�ie;

- regiunea meristematic� este situat� în regiunea distal� a nodozit��ii, fiind format� din celule diploide neinfectate �i asigur� cre�terea

nodozit��ilor prin diviziune;

- regiunea central� este alc�tuit� din celule poliploide, înc�rcate cu

bacteroizi �i prezint� trei zone distincte:

a. zona de invazie, situat� sub meristem, format� din celule neinfectate

�i celule m�rite, infectate;

b. zona simbiotic� ocup� por�iunea cea mai mare din nodozit��i �i prezint� dou� subzone:

- subzona simbiotic� timpurie, cu celule ce con�in bacterii care

înc� mai prolifereaz�; - subzona simbiotic� tardiv�, con�ine celule m�rite pline cu

bacterii care nu mai prolifereaz� numite bacteroizi. Este zona de fixare activ� a azotului molecular (N2).

c. zona de senescen��, corespunde celulelor vegetale �i bacteroizilor în

curs de degenerare sau moarte.

• Nodozit��ile "neeficiente" sunt mai numeroase, mai mici, cu suprafa�a

neted� �i sunt r�spândite pe tot sistemul radicular. Infec�ia lor este foarte

limitat�, con�inând foarte pu�ine bacterii. Activitatea lor dureaz� numai

câteva zile, iar fa�� de celelalte sunt nepigmentate.

Mecanismul simbiozei plant�-bacterie Bacteriile simbiotice iau energia necesar� asimil�rii azotului

molecular prin procedee de degradare a substan�elor hidrocarbonate,

furnizate de planta gazd�. La rândul lor, bacteriile asimileaz� N2 atmosferic

pân� la stadiul de acid aspartic, care este preluat de plant�. Aceasta, prin

transaminare enzimatic� în prezen�a acidului piruvic, sintetizeaz� alanina. În

continuare, planta gazd� sintetizeaz� ceilal�i aminoacizi, prin transaminare,

pornind de la alanin� �i diferi�i acizi cetonici.

Leghemoglobina este singurul reprezentant al hemoglobinelor din

regnul vegetal; aceasta apare în stadiul activ al fix�rii, numai în nodulii

eficien�i, afla�i la maturitate, ca rezultat al simbiozei între bacterii �i leguminoase. În acest sens, bacteriile aduc nucleul "hem", iar planta

����

�

"proteina". Pigmentul nu poate fi sintetizat separat nici de bacterii, nici de

planta gazd� �i fixarea N2 este propor�ional� cu concentra�ia pigmentului din

nodozit��i.

• Simbioza Frankia sp. - neleguminoase (Actinorizele) Actinorizele reprezint� asocia�ii simbiotice fixatoare de azot molecular

(N2) la aproximativ 200 specii de angiosperme, care sunt plante

leguminoase caracteristice zonelor cu deficit de azot.

Bacteriile care tr�iesc în simbioz� cu aceste plante apar�in genului

Frankia, fam. Frankiaceae, ord. Actynomycetales. Cele mai cunoscute

genuri de plante în România sunt : Hippophae (Fig. 74) �i Elaeagnus.

Formarea nodozit��ilor Modul de recunoa�tere între cei doi parteneri �i infec�ia sunt

asem�n�toare ca la simbioza dintre bacteriile genului Rhizobium �i plantele

leguminoase.

Evolu�ia procesului infec�ios determin� apari�ia unor nodozit��i laterale pe suprafa�a r�d�cinilor. Forma�iunile simple originale au o

asem�nare extern� evident� cu nodozit��ile de leguminoase. Dup� 10-15

zile, pe suprafa�a nodulului simplu originar apar lobi noi, situa�i în partea

apical�. Repetarea acestui proces de ramificare �i producerea anual� de noi

noduli pe r�d�cini duce la apari�ia unei grup�ri compacte cu aspect coraloid,

fiecare lob reprezentând o nodozitate individual�.

Importan�a deosebit� a actinorizelor decurge în primul rând din faptul

c� cele mai multe plante gazd� sunt specii pionier. Ele populeaz� terenurile

Fig. 74 – Simbioza Frankia sp. cu r�d�cinile de Hippophae rhamnoides.

���

�

cu deficit mare de azot, terenurile ml��tinoase, solurile s�race, dunele de

nisip, pietri�, regiuni subalpine, zone de de�ert.

În al doilea rând sunt importante prin larga r�spândire a plantelor

gazd�, prezente în regiunile arctice, temperate, subtropicale, tropicale �i de

la regiunile de �es pân� la cele subalpine.

• Simbioza asociativ� Prima semnalare a fix�rii azotului de c�tre microorganisme asociative

a fost f�cut� în anul 1974 (Fig. 75). În România, prima semnalare a fost

realizat� în anul 1980, de c�tre Hera.

Cercet�rile efectuate au pus în eviden�� existen�a mai multor specii de

bacterii ale genurilor Azospirillum, Bacillus �i Klebsiella, care tr�iesc în

asocia�ie cu r�d�cinile unor graminee. Astfel, au fost identificate

urm�toarele simbioze asociative:

- Azospirillum lipoferum - porumb;

- Azospirillum brasilense - grâu, orez;

- Bacillus macerans - porumb;

- Klebsiella pneumoniae - Poa pratensis.

Fixarea asociativ� este mai r�spândit� de aproximativ 5 ori în zonele

tropicale fa�� de zona temperat�.

• Simbioza foliar� Simbiozele foliare au fost descrise pentru prima dat� în anul 1902, de

c�tre Zimmermann, la reprezentan�ii a trei familii de plante superioare,

r�spândite în zonele tropicale �i subtropicale: Rubiaceae, Myrsinaceae (�i Dioscoreaceae. Astfel, frunzele mai multor specii poart� „nodozit��i”

superficiale, cuprinzând bacterii. Cei mai mari noduli ating dimensiunile

unei g�m�lii de ac (500 - 2000 µm în diametru), pot fi cilindrici sau sferici

�i sunt localiza�i în func�ie de gen �i specie, pe lamin�, nervura median� sau

pe pe�iol.

Bacteriile p�trund prin ostiolele stomatelor �i se multiplic� apoi în

mezofil. Ace�ti germeni care ini�ial au form� de bastona�e �i devin apoi

claviformi sau ramifica�i, au fost denumi�i din 1912, de c�tre Faber,

Mycobacterium rubiacearum, iar de c�tre al�i autori, drept specii de

Flavobacterium sp. sau de Klebsiella sp.

���

�

6.1.2. Amonificarea

Substan�ele organice azotate, reprezentând 99 % din rezervele totale

de N2 din sol, constau din rezerve humice �i din al�i compu�i acumula�i în

mod natural în sol prin procesul de fixare biologic� a N2 �i prin cel de

degradare a resturilor organice vegetale �i animale, a îngr���mintelor verzi

�i a b�legarului.

Celulele bacteriene reprezint� ele însele o mas� de substan�� organic�, predominant proteic�, de aproximativ 6 t/ha, la care se adaug� circa 20 de

tone, reprezentate de restul microflorei �i microfaunei. Dac� acest N2

organic ar r�mâne ca atare, rezervele de N2 accesibile plantelor s-ar mic�ora

în fiecare an �i nu ar mai permite cre�terea plantelor.

În mod normal, îns�, aceste substan�e sufer� un proces de

mineralizare, la sfâr�itul c�ruia sunt aduse în stare de amoniac (NH3).

Procesul de amonificare propriu-zis este precedat de descompunerea

moleculelor proteice prin hidroliz�, cu ajutorul proteazelor extracelulare,

Fig. 75 – Simbioz� asociativ�

���

�

eliberate de numeroasele specii de microorganisme aerobe �i anaerobe, dup� formula general�:

Aminoacizii rezulta�i din aceast� degradare p�trund în interiorul

celulelor bacteriene, unde sufer� un proces de dezaminare, din care rezult� amoniac (NH3) �i acidul organic corespunz�tor. Se întâlnesc mai multe

tipuri de dezaminare �i anume:

1. Dezaminarea hidrolitic� 2. Dezaminarea hidrolitic� �i decarboxilare

3. Dezaminarea reduc�toare

4. Dezaminarea reduc�toare cu decarboxilare (anaerob�) 5. Dezaminarea oxidativ� cu decarboxilare

6. Dezaminarea cu desaturare.

Din asemenea reac�ii, în afar� de amoniac (NH3), pot rezulta acizii:

acetic, formic, propionic, butiric, valerianic. În func�ie de condi�iile de

mediu �i natura microflorei, ace�ti acizi pot fi oxida�i complet la CO2 �i H2O

(în mediul aerob), acumula�i ca atare, transforma�i în alcooli.

Amonificarea în sens strict poate fi definit�, deci, ca un proces

biologic în care se elibereaz� în sol amoniac (NH3), ca rezultat al ac�iunii

microflorei solului asupra aminoacizilor, rezulta�i din descompunerea

substan�elor proteice. În acest sens, nu este inclus� în amonificare eliberarea

de NH3 sub ac�iunea micoflorei temporare de putrefac�ie.

În acest proces, NH3 poate fi refolosit ca atare de o serie întreag� de

microorganisme. Cea mai mare parte din el sufer� în continuare o

transformare absolut necesar� pentru via�a din sol, în forme accesibile

plantelor, iar restul poate fi fixat în sol, mai ales în soluri acide sau se

evapor� în atmosfer�. Microflora capabil� s� produc� amonificarea substan�elor proteice este

numeroas�, diferit� �i ac�ioneaz� în timp, dup� cum urmeaz�: � La începutul procesului intervin bacterii obligat aerobe, cum sunt:

Bacillus cereus var. micoides, B. subtilis, B. thermoproteolyticus, specii

nesporulate, ca Serratia marcescens, Arthrobacter sp. etc. �i specii

protein� peptone peptide aminoacizi

proteinaze peptidaze

H2O H2O H2O

���

�

facultativ anaerobe, cum sunt: Proteus vulgaris, Pseudomonas fluorescens,

Escherichia coli, Sarcina lutea etc.

� Dup� 2-3 zile, intr� în ac�iune specii obligat anaerobe, cum sunt:

Clostridium putrefaciens, Clostridium perfringens �i unele actinomicete, ca

Streptomyces violaceus �i Micromonospora chaleea, care încep s� predomine �i fac ca degajarea de NH3 s� fie maxim�. � Începând cu ziua a 4-a, mediul este invadat de mucegaiuri �i degajarea

de amoniac (NH3) descre�te, datorit� faptului c� acestea folosesc amoniacul

pentru sinteza proteinelor proprii �i produc mult acid, care neutralizeaz� amoniacul.

Hidroliza ureei este realizat� de un grup numeros de microorganisme,

capabile s� produc� enzima ureaza. În acest grup întâlnim specii din

genurile: Achromobacter, Bacillus, Clostridium, Corynebacterium, Pseudomonas, actinomicete �i microfungi filamento�i. La acestea se adaug� grupul urobacteriilor, caracterizate prin rezisten�a la concentra�ii mari de

uree �i pH alcalin dar �i prin capacitatea de a elibera cantit��i mari de NH3.

Din grupa urobacteriilor fac parte: Bacillus (Urobacillus) pasteuri, Micrococcus ureae, Planosarcina ureae etc.

Activitatea amonificatoare a urobacteriilor este foarte important�, deoarece ureea con�ine 47 % azot, care ar fi altfel neutilizat de plante.

Cantitatea de uree eliminat� în natur� este mare, atingând câteva zeci de

milioane de tone pe an. Se estimeaz� c� popula�ia uman� ar elimina în 24

ore circa 15.000 t azot ureic, iar animalele circa 1.500.000 tone. La aceste

cantit��i se mai adaug� îngr���mintele cu uree, aplicate prin tehnologiile

actuale sub form� de cianamid� de calciu. Acest compus, fabricat din N2 din

aer �i carbur� de calciu, nu este asimilabil de c�tre plante. Compusul sufer� în sol unele transform�ri abiotice �i biotice enzimatice pân� la amoniac.

6.1.3. Nitrificarea

Nitrificarea este un proces de oxidare a amoniacului (NH3) �i a altor

forme reduse ale azotului anorganic eliberate în sol în cursul procesului de

amonificare în nitra�i, care reprezint� forma asimilabil� pentru majoritatea

plantelor verzi.

���

�

În acela�i timp îns�, nitra�ii reprezint� �i forma sub care azotul din sol

este pierdut deoarece, fiind solubili, sunt sp�la�i de ploaie sau redu�i la NH3,

nitri�i sau chiar la azot molecular (N2) prin denitrificare.

Natura biologic� a acestui proces a fost demonstrat� prin suprimarea

sa în urma steriliz�rii solului prin înc�lzire la 110oC sau prin tratarea cu

vapori de cloroform. În laborator s-a demonstrat c� procesul se desf��oar� în

dou� faze:

a. Nitritarea – reprezint� procesul de oxidare a amoniacului pân� la nitri�i (NO2

-).

b. Nitratarea – reprezint� procesul de transformare al nitri�ilor (NO2

-) pân�

la nitra�i (NO3-).

Microorganismele nitrificatoare sunt autotrofe chimiosintetizante, care

î�i procur�, prin reac�ii chimice oxidative, energia necesar� pentru

producerea substan�elor celulare proprii.

Ele sunt aerobe stricte, r�spândite, practic, în toate tipurile de sol �i folosesc ca surs� de carbon carbonul mineral din CO2 �i carbona�i, iar ca

surs� de azot, amoniacul sau nitri�ii. Între bacteriile nitroase sau nitrit bacterii putem cita: Nitrozomonas

europaea, Nitrosococcus oceanus, Nitrosospira briensis �i Nitrosolobus multiformis, care transform� s�rurile amoniacale în nitri�i.

Bacteriile nitrice (nitrat bacteriile) frecvent întâlnite sunt: Nitrobacter Winogradskii, Nitrospira gracilis �i Nitrococcus mobilis, care realizeaz� nitratarea ce const� în oxidarea nitri�ilor pân� la nitra�i.

Nitrificarea, care reprezint� a III-a faz� a circuitului azotului în natur�, este un proces de importan�� excep�ional�, deoarece aduce substan�ele

azotate în forma cea mai u�or accesibil� plantelor. De altfel, s-a observat c�, în general, num�rul microorganismelor nitrificatoare este propor�ional cu

fertilitatea solului, putând ajunge în solurile fertile pân� la un milion de

bacterii pe gramul de sol. Num�rul mare de nitrificatori din solurile fertile,

comparativ cu solurile în�elenite, se datoreaz� �i faptului c� primele sunt

lucrate �i, deci, bine aerate.

NO2- + H2O NO3

- + 2H+ + 2e-

NH3 + O2 NO2- + 3H+ + 2e-

��

�

6.1.4. Denitrificarea Nitra�ii (NO3

-) acumula�i în sol, ca rezultat al procesului de nitrificare,

sunt, în parte, consuma�i de plantele superioare, iar o cantitate variabil� este

sp�lat� de apele de infiltrare �i �iroire. Nitra�ii pot fi folosi�i �i de

microorganisme, fie c� sunt asimila�i în cursul proceselor de sintez� a

protoplasmei acestora (asimilarea nitri�ilor), fie c� sunt redu�i pentru

oxidarea unei substan�e organice sau minerale.

Denitrificarea reprezint� un proces care închide circuitul prin

întoarcerea azotului molecular (N2) în natur�. Reducerea nitra�ilor în procesul de denitrificare se face fie pân� la N2

sau amoniac (NH3), fie pân� la stadii intermediare ca nitri�i (NO2-), acidul

hiponitros (HNO3-) etc. Condi�iile optime de producere ale acestui proces

sunt realizate în solurile saturate cu ap� �i în structurile profunde în care pot

ac�iona mai multe grupuri de microorganisme. Astfel, bacteriile

denitrificatoare propriu zise, ce reduc nitra�ii (NO3-) la azotul atmosferic

(N2), sunt: Pseudomonas stutzeri �i Pseudomonas denitrificans.

Dintre microorganismele din flora general� a solului, capabile s� reduc� nitra�ii (NO3

-)

la nitri�i (NO2

-), sunt Bacillus megaterium,

Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa etc., precum �i unele bacterii

sulfuroase ca: Thiobacillus denitrificans.

Semnifica�ia procesului de denitrificare este înc� controversat�, acesta

fiind considerat de unii autori ca un fenomen patologic, inconstant �i relativ

rar în condi�ii naturale ale solurilor de cultur�. Este sigur c� reducerea

nitra�ilor pân� la N2 gazos reprezint�, pentru solul respectiv, o pierdere real� care poate ajunge pân� la 120 kg N2/ha/an, cu toate c� o parte din N2 degajat

poate fi preluat de fixatorii de N2 anaerobi, cum sunt: Clostridium pasteurianum.

În acela�i timp, reducerea incomplet�, pân� la stadiile intermediare, de

nitri�i �i NH3, este mai pu�in d�un�toare pentru fertilitatea solului respectiv

deoarece NH3 poate fi folosit de unele microorganisme heterotrofe, în timp

ce nitri�ii sunt prelua�i de nitratbacterii �i reoxid�ri în nitra�i.

��

�

6.2. Circuitul carbonului

Dac� a fost relativ u�or s� se realizeze o descriere destul de

schematic� a ciclului azotului în sol, pentru circuitul carbonului nu este la

fel de simplu, deoarece, acesta din urm� nu are verigile bine individualizate

ca ale primului.

Mai întâi, trebuie s� ar�t�m c� sursele de carbon introduse în sol sunt

numeroase: carbonul mineral al CO2 atmosferic �i carbona�ii telurici,

urmeaz� apoi carbonul organic al vegetalelor �i animalelor sub forme

multiple, de la glucide simple pân� la substan�e polimerizate ca celuloze,

sau cu structuri complexe, ca lignina.

Metabolismul acestor forme diverse este mult diferit în sol din mai

multe cauze �i anume:

• datorit� structurii substan�elor carbonate;

• datorit� florei multiple zimogene, care ac�ioneaz� asupra acestor

substan�e.

Aceste diferen�e se traduc prin viteza de atac diferit� �i prin produ�ii de metabolism intermediari ob�inu�i. Dac� produ�ii finali ai oxid�rii �i mineraliz�rii carbonului organic sunt în mod constant CO2 �i H2O (�i metanul, CH4, în condi�ii de anaerobioz�), produsele intermediare sunt

foarte variate, prezentându-se sub form� de acizi organici �i zaharuri mai

mult sau mai pu�in complexe.

De fapt, mineralizarea carbonului organic este, în mod excep�ional,

realizat� într-o singur� etap� �i, ca regul� general�, numeroase grupuri de

bacterii �i ciuperci intervin în mod succesiv pentru a ajunge la produse

simple terminale.

���

�

Acest ciclu al carbonului (Fig. 76) este complicat înc� prin faptul c�

substan�ele hidrocarbonate sunt totdeauna asociate în propor�ie variabil� cu

substan�e azotate (proteice), lipide, precum �i cu lignina, cerurile, r��inile,

taninurile etc. Propor�ia relativ� a acestor diverse substan�e modific� în mod

profund metabolismul produ�ilor hidrocarbona�i. Metabolismul mai variaz� �i în func�ie de structura fizic� �i chimic� a

solului, de clim� (temperatur�, umiditate), de sistemul de cultur� etc.

Ultimul factor ce complic� situa�ia este acela c�, în acela�i timp, când

substan�ele hidrocarbonate sunt degradate, microorganismele realizeaz� �i sinteza pentru propriul lor corp a unor produ�i (ex. hemiceluloza).

Este ca atare dificil de �tiut care sunt produ�ii intermediari de

degradare �i care sunt cei de sintez�. În orice caz, atât unii, cât �i al�ii se pot

combina pe cale chimic� sau fizic� între ei, precum �i cu al�i compu�i din

sol pentru a forma substan�ele de rezerv� humic�. Pentru o mai clar� prezentare a problemei, se va lua în considerare mai

întâi metabolismul carbonului mineral �i apoi al celui organic.

Fig. 76 – Circuitul carbonului în natur� (www.wikipedia.com)

���

�

6.2.1. Metabolismul carbonului mineral

Se �tie c� majoritatea bacteriilor au nevoie pentru metabolismul

propriu de gazul carbonic (CO2), dar acesta intr� în ciclul biologic în

cantit��i relativ mici. Exist� grup�ri fiziologice de bacterii care nu pot

metaboliza decât carbonul mineral, cum sunt autotrofele sau litotrofele, care

joac� un anumit rol în sol.

Între acestea, în primul rând, sunt bacteriile ce posed� pigment

asem�n�tor cu clorofila (bacterioclorofil�) �i algele care posed� clorofil� �i care sunt organisme fototrofe. Metabolismul acestora este asem�n�tor cu cel

al plantelor superioare, energia fiind furnizat� de c�tre radia�iile luminoase.

Sunt apoi bacteriile lipsite de pigment, de tip clorofilian, care î�i iau

energia din oxid�ri ale substan�elor minerale reduse (în mod esen�ial NH3 �i SH2); aceast� energie le permite s� reduc� CO2 �i s� metabolizeze carbonul,

fiind organisme chimiolitotrofe. Printre ele se afl� bacteriile nitrificatoare �i unele care intervin în circuitul sulfului �i al fierului. Cu ajutorul carbonului

mineral metabolizat cu apa �i cu substan�ele minerale luate din sol, aceste

autotrofe realizeaz� sinteza protoplasmatic�, tr�iesc, respir� �i, ca urmare,

elimin� CO2; în felul acesta, ciclul mineral al carbonului se încheie.

Dac� importan�a teoretic� a metaboliz�rii carbonului mineral este

foarte mare, din punct de vedere cantitativ nu are decât un rol restrâns,

comparativ cu cel al circuitului organic, ce provine de la vegetale �i animale.

6.2.2. Metabolismul carbonului organic

Carbonul organic are, în principal, origine vegetal�, fiind introdus în

sol prin procese multiple �i sub forme variate. Prin procese naturale este

introdus sub form� de �esuturi vegetale moarte, r�d�cini, frunze, care ajung

în sol odat� cu moartea plantelor. Prin procese artificiale este introdus în sol

prin încorporarea unor vegetale par�ial metabolizate, sub form� de gunoi

natural �i artificial.

Carbonul organic de origine animal� este din punct de vedere

cantitativ mai pu�in important, fiind format din vie�uitoarele faunei telurice

dup� moartea acestora, sub form� de cadavre. În acest caz, descompunerea

���

�

se realizeaz� prin fenomene de putrefac�ie, unde rolul carbonului este foarte

slab, datorit� raportului C/N foarte sc�zut.

Ca atare, se va lua în considerare în mod esen�ial compozi�ia

�esuturilor vegetale care reprezint� o mas� foarte însemnat� de materie

organic� în natur�. Plecând de la carbonul mineral atmosferic, de la ap� �i s�rurile din sol, vegetalele au f�cut sinteza constituen�ilor celulari. În ceea

ce prive�te substan�ele carbonate, �esuturile vegetale sunt constituite din:

• glucide ca monoze (hexoze-pentoze); dioze trioze, polioze, amidon,

inulin�, dextrin�, hemiceluloz�; • glucozizi ca acizi organici fic�i �i volatili; gr�simi, ceruri �i r��ini; lignin�. Principalii constituen�i din diferitele produse vegetale sunt prezenta�i în

tabelul urm�tor.

Constituen�ii �esuturilor vegetale

Substan�a Celuloza

%

Pentozani

(hemiceluloze)

Lignina

%

Gr�simi �i cear�

Proteine

%

Fân 28,50 13,52 28,25 2,00 9,31

Paie de ov�z 25,43 21,33 20,40 2,02 4,30

Paie de grâu 37,27 21,67 21,21 0,67 3,00

Porumb cioc�l�i 37,67 31,50 14,70 1,37 2,11

Porumb boabe 30,56 23,54 15,13 0,77 3,50

Mai important� din punct de vedere agrobiologic decât clasificarea

chimic� a produ�ilor hidrocarbona�i este aceea care �ine seama de

solubilitatea acestora, de care este legat� viteza de descompunere din sol.

Avem, din acest punct de vedere, clasificarea urm�toare:

• substan�e foarte solubile, între care sunt cuprinse glucidele simple �i acizii

organici;

• substan�e pu�in solubile, cum este hemiceluloza;

• substan�e insolubile, cum sunt: amidonul, celuloza, lipidele, cerurile �i r��inile; dintre acestea lignina formeaz� o substan�� aparte, datorit� gradului

s�u de rezisten�� la agen�ii biologici �i care are tendin�e de a se acumula în

sol.

Constituen�ii hidrocarbona�ii mai importan�i din punct de vedere

cantitativ ai �esuturilor vegetale, reda�i în % de substan�� uscat�, sunt

���

�

prezenta�i în tabelul urm�tor, din care reiese c� aceast� compozi�ie este

variabil� în func�ie de dezvoltarea plantei, adic� de vârst�.

Compozi�ia �esuturilor la secar� în func�ie de vârst�

Stadiul de

cre�tere

Celuloz� %

Pentoze

%

Lignin� %

Gr�simi �i ceruri

N total

%

30 mm 18,06 16 9,9 2,4 2,5

Înspicare 26,9 21,18 11,8 2,6 1,76

Înflorire 30,59 22,71 18 1,7 1,01

Maturitate 36,26 22,90 17,1 1,26 0,24

În decursul cre�terii cerealelor, se produce o sporire a propor�iei de

celuloz�, hemiceluloz� �i lignin�, corelat� cu sc�derea proteinelor �i, mai

ales, a frac�iunilor solubile. Ca urmare, �esuturile plantelor mature vor fi mai

dificil �i mai lent descompuse în sol comparativ cu cele provenite de la

plantele tinere.

Concentrarea în substan�e superioare polimerizate este înc� �i mai

accentuat� la plantele lemnoase, unde propor�ia medie a acestei componente

este urm�toarea:

- Celuloz� = 45 - 55%;

- Gr�simi, ceruri �i r��ini = 3 - 5%;

- Hemiceluloze = 20 - 30%;

- Lignin� = 25 - 30%;

- Proteine = 0,5 - 1%.

Lemnul este dificil fermentescibil în sol �i rolul ligninei este, din acest

punct de vedere, important prin îmbog��irea acestuia cu materie organic�. Leg�turile acestor produse cu celuloza �i grup�rile uronice ale

hemicelulozelor fac aceste glucide foarte rezistente la ac�iunea microbilor

din sol. În continuare, vor fi prezentate, succesiv, procesele de degradare

biologic� în sol ale diver�ilor constituen�i hidrocarbona�i �i ale �esuturilor

vegetale în func�ie de solubilitate, de la glucidele simple, substan�ele

solubile în ap�, hemiceluloza, amidonul, peptina, celuloza, lignina etc.

I. Degradarea glucidelor simple �i a substan�elor solubile în ap� Dup� ce resturile de �esuturi vegetale sunt încorporate în sol, glucidele

�i substan�ele solubile sunt primele atacate de microorganisme �i dispar în

���

�

câteva zile, ajungându-se la produ�ii finali CO2 �i H2O. Etapele intermediare

sunt îns� diferite, în func�ie de umiditatea, aera�ia �i temperatura solului care

condi�ioneaz� interven�ia fie a bacteriilor aerobe, fie a celor anaerobe sau a

ciupercilor.

În cazul atacului bacterian aerob se formeaz�, pe parcurs, acizii

piruvic, lactic, acetic, acetaldehida, iar ca produ�i finali CO2 �i H2O. În

cazul interven�iei ciupercilor aerobe se produc, pe parcurs, acizii gluconic,

citric, oxalic, fumaric, succinic etc.

Atacul bacteriilor anaerobe are ca rezultat intermediar formarea de

acizi volatili ca acidul lactic, hidrogenul, metanul �i CO2. În urma ac�iunii

fungilor anaerobi se produc acid fumaric �i alcool.

Aceste procese au fost urm�rite în condi�ii de laborator dar în natur� situa�ia este mult mai complex�. Astfel, produ�ii intermediari forma�i sunt

fie metaboliza�i imediat de c�tre alte grupe de microorganisme, cum este

cazul la Azotobacter sp., care utilizeaz� alcoolii �i acizii organici pentru

sinteza proprie a compu�ilor celulari, fie mineraliza�i complet, pân� la CO2

�i H2O.

În ceea ce prive�te produ�ii solubili în ap�, a fost studiat� problema

zaharozei care este descompus� de flora zimogen�. Mai întâi, intervine

Bacillus megaterium, care formeaz� acid oxi-butiric, �i apoi prolifereaz� genul Pseudomonas, care utilizeaz� acest acid eliberat de primul,

producându-se �i aici o reac�ie în lan�. Reac�iile de degradare sunt, în mod cert, cuplate cu cele de sintez�,

c�ci produsele mai simple rezultate sunt folosite de anumi�i germeni pentru

constituirea capsulei gomoase, format� din substan�e poliozide cu greutate

molecular� ridicat�, de tipul hemicelulozelor.

II. Degradarea hemicelulozelor

Cantitatea hemicelulozelor în resturile vegetale variaz� între 6 �i 30%

din greutatea uscat�, în func�ie de specie �i vârsta plantei. Hemicelulozele

sunt polizaharide ce înso�esc celuloza în �esuturile vegetale �i care sunt

grupate în pentoze �i hexoze. Din pentoze fac parte xilanul, format din

resturi de xiloz�, �i arabanul, din resturi de arabinoz�. Din hexoze fac parte

mananele, constituite din resturi de manoz�, glucomananele, alc�tuite din

���

�

resturi de glucoz� �i manoz�, precum �i galactamanele, formate din resturi

de galactoz� �i manoz�. Dintre hemiceluloze galactanele sunt mai rezistente la atacul

microbian, în timp ce xilanele �i mananele sunt mai repede metabolizate,

fiind descompuse de o flor� nespecific�. Viteza de descompunere a acestor substan�e depinde de cantitatea de

azot accesibil �i se produce în mod e�alonat �i în ritm diferit. Astfel, în

primele 4 zile, din paiele de ov�z, care con�in circa 23% hemiceluloz�, se

descompun 10% , în urm�toarele 4 zile alte 8,5% �i numai 4,50% în

ultimele 8 zile.

Microorganismele care descompun hemiceluloza se succed într-o

anumit� ordine, începând cu bacilii nesporula�i, bacilii sporula�i �i cocobacilii.

Aproape constant apare �i Azotobacter sp. care nu prezint� specii

capabile s� atace direct hemicelulozele, dar folosesc produ�ii intermediari de

metabolism, forma�i de celelalte grupe de bacterii. Dintre ciuperci s-au

identificat în acest proces Zygorhynchus sp., Cuninghamella sp., Rhizopus

sp., Trichoderma sp., Humicola sp., Aspergillus niger �i Aspergillus

fumigatus. Actinomicetele au fost identificate, de asemenea, ca fiind active

în descompunerea hemicelulozelor.

Unele bacterii polifage sunt capabile s� atace �i hemicelulozele.

Printre acestea se num�r�: Alcaligenes sp., Pseudomonas sp., Bacillus

circulans �i Sporocytofaga myxococcoides, care este o bacterie celulolitic� autentic�. Activitatea microflorei hemicelulolitice este foarte variat�, în

func�ie de tipul de sol �i con�inutul în substan�� organic� al �esuturilor

vegetale. Num�rul bacteriilor hemicelulolitice este cel mai mare în solurile

neutre �i apoi în cele acide.

III. Degradarea amidonului

Concentra�ia de amidon din �esuturile vegetale este, în principal,

sc�zut�, cu excep�ia semin�elor (max. 70% din greutatea uscat�) �i a

tuberculilor de cartof.

În func�ie de natura solului, greu sau u�or, de umiditate �i de

temperatur�, procesul de amiloliz� se desf��oar� în mod diferit. Astfel, în

terenurile de cultur� mijlocii, bine aerate �i semisaturate în umiditate, la

���

�

temperatura de 18ºC, intervin în degradarea amidonului unele bacterii �i ciuperci, apar�inând genurilor Aspergillus, Fusarium �i Rhizopus.

În solurile saturate în ap� �i cu celelalte condi�ii asem�n�toare, se

g�sesc bacterii aerobe �i facultativ anaerobe din genul Bacillus, mai ales B. macerans, B. subtilis �i B. cereus.

În aceste condi�ii, fenomenul este mai rapid. În acelea�i condi�ii, dar la

o temperatur� mai ridicat�, pân� la 33ºC, intervin bacteriile strict anaerobe,

de tip Clostridium, �i amiloliza este, în aceste din urm� condi�ii, foarte

rapid�. Se întâlnesc bacteriile Clostridium butyricus, Clostridium perfringens, dar �i Clostridium pasteurianum, care, pe lâng� degradarea

amidonului, fixeaz� �i azotul atmosferic.

În lumina acestor condi�ii, se pare c� amiloliza în sol este rezultatul

activit��ii unei flore zimogene destul de polifage, cu o dubl� constitu�ie. O

microflor� abundent�, pu�in specializat�, bacterian� �i fungic�, care

degradeaz� amidonul pân� la stadiul de dextrin�, apoi dextrina este

metabolizat� de alte microorganisme. O microflor� mai restrâns� �i mai

specializat� hidrolizeaz� amidonul pân� la acizi, alcooli �i gaze. În

ansamblu, aceast� activitate merge în paralel cu fertilitatea aparent� a

solului �i cu bog��ia microflorei totale.

IV. Degradarea pectinei

Con�inutul în pectin� al �esuturilor vegetale este cuprins între 10 �i 30%, în func�ie de specie, de organe �i de vârsta plantelor. Pectinele sunt

substan�e cu greutate molecular� ridicat�, care apar�in grupului

poliuronidelor.

Ele formeaz�, în condi�ii favorabile, geluri în contact cu apa �i se

împart în mai multe grup�ri: • protopectine – deriva�ii ale acidului poligalacturonic, legate prin anumi�i constituen�i cu membrana celular�; • acidul pectic sau pectina propriu-zis�, care este acid poligalacturonic

esterificat de alcoolul metilic;

• acidul pectic sub form� de acid poligalacturonic neesterificat.

Acestor trei compu�i le corespund enzime specifice ca:

protopectinaza, pectinesteraza �i, respectiv, poligalacturonidaza. La

���

�

descompunerea substan�elor pectice particip� unele bacterii, actinomicete �i ciuperci, bacteriile anaerobe fiind agen�ii principali de descompunere.

Bacteriile pectinolitice anaerobe sunt reprezentate prin speciile de

Clostridium, cum sunt:

• Clostridium aurantibutyricum ce atac� atât pectina purificat�, cât �i pectina din resturile vegetale.

• Clostridium felsineum care atac� numai pectina din resturile vegetale.

Între speciile aerobe de bacterii se încadreaz� Bacillus polymyxa, B. macerans �i reprezentan�i ai genurilor Pseudomonas, Arthrobacter �i Corynebacterium.

Între actinomicetele pectinolitice se situeaz� genurile Streptomyces �i Micromonospora.

Dintre ciupercile pectinolitice fac parte mai multe genuri ca:

Aspergillus, Fusarium, Alternaria, Botrytis, Monilia etc. O alt� specie,

ciuperca Pullularia pululans, descompune, toamna, pectina din frunzele

c�zute, u�urând mineralizarea acestora.

V. Descompunerea celulozei

Celuloza reprezint� 45-80% din greutatea uscat� a resturilor vegetale

�i, ca atare, constituie cea mai important� parte a substan�elor organice care

se întorc în sol.

Fedorov apreciaz� cantitatea de carbon g�sit în sol sub form� de

celuloz� la 350 milioane tone în compozi�ia organelor vii �i la 700 miliarde

tone în sol �i turb�. Celuloza este un polizaharid (C6H10O5), format dintr-un lan� de 1:4 �

D – glucopiranoz� (celobioz�), care constituie scheletul peretelui celular la

plante. Celuloza este foarte rezistent� la degradare, exceptând

descompunerea produs� sub ac�iunea microorganismelor, datorit� c�reia

plantele ar primi la hectar aproximativ 15 tone CO2 pentru nutri�ia lor

carbonat�. În acest fel, degradarea �i mineralizarea microbian� a celulozei

reprezint� �i din punct de vedere cantitativ unul dintre procesele cele mai

importante ce se petrec pe suprafa�a globului.

��

�

Degradarea biologic� a celulozei a fost eviden�iat� prima dat� de

Omelianschi care a studiat fenomenele descompunerii aerobe iar apoi

Vinogradscki a stabilit �i rolul deosebit al degrad�rii anaerobe.

Din hidroliza celulozei rezult� glucoz� �i celobioz� iar celobioza, la

rândul ei, în final, este descompus� în glucoz�. Ace�ti compu�i apar numai

excep�ional în sol, deoarece procesele biologice merg pân� la stadiile de

combustie incomplet�, cu eliberare de acizi �i alcooli sau complet�, pân� la

CO2 �i H2O a glucozei.

Microorganismele se dezvolt� direct pe fibrele de celuloz� de care se

fixeaz� �i produc hidroliza enzimatic� a celulozei, în cursul c�reia fibrele î�i pierd consisten�a, se gonfleaz� �i se transform� într-o mas� cu o consisten�� p�stoas� �i gelatinoas�.

A. Degradarea aerob� a celulozei poate fi realizat� de bacterii �i ciuperci.

Bacteriile celulolitice pot fi puse în eviden�� îns�mân�ând particule de sol pe

gel de siliciu impregnat cu o substan�� azotoas�. Dup� câteva zile de

incubare la 30ºC apar colonii colorate diferit, în galben, c�r�miziu, brun-

deschis, roz- portocaliu, verde �i foarte rar brun-deschis �i negru. Culoarea

coloniilor variaz� în func�ie de vârsta culturii �i de specie.

Microorganismele celulolitice pot fi criofile, adic� rezistente la

temperaturi sc�zute, mezofile sau termofile. Cele mai multe dintre acestea

sunt mezofile sau termofile �i se împart, la rândul lor, în microorganisme

aerobe �i anaerobe. Între microorganismele celulolitice mezofile aerobe sunt

cuprinse o serie de bacterii, actinomicete �i ciuperci.

Bacteriile celulolitice sunt reprezentate prin mai multe genuri ce

apar�in ord. Cytophagales, genul Cytophaga ce se prezint� sub form� de

bastona�e scurte sau elongate, flexibile sau ca filamente cu dimensiuni de

0,3-0,7 x 5-50 µm, cu capetele bastona�elor rotunjite sau ascu�ite. Celulele

�i coloniile sunt colorate în nuan�e de galben, oranj sau ro�u. Cea mai

r�spândit� specie este Cytophaga hutchinsonii. Genul Sporocytophaga se

prezint� sub form� de celule asem�n�toare cu Cytophaga dar formeaz� microchisturi rezistente la usc�ciune, specia cea mai comun� fiind

Sporocytophaga myxococcoides.

Din ord. Myxobacteriales produc descompunerea celulozei speciile

Sorangium compositum �i Polyanginum celullosarum.

��

�

Din fam. Pseudomondaceae face parte �i specia Cellvibrio ochracea –

bacterie celulolitic� foarte activ�. Se mai cunosc ca bacterii celulolitice �i specii din genurile

Cellulomonas, precum �i Bacillus ca B. vagans �i B. soli. Dintre actinomicetele celulolitice cit�m speciile: Streptomyces

cellulosae, Streptomyces violaceus, Micromonospora chalcea �i Nocardia

cellulans.

Ciupercile celulolitice sunt agen�i activi ai descompunerii celulozei �i, mai ales, a celulozei din materialul lemnos. Dintre cele mai r�spândite

genuri amintim: Chaetomium, Aspergillus, Penicillium, Myrothecium �i Trichoderma.

În cursul descompunerii aerobe a resturilor vegetale se disting dou� etape succesive:

• În prima faz� se produce descompunerea p�r�ilor vegetale mai u�or

atacabile, cu participarea predominant� a speciilor de Cellvibrio �i Myxococcus.

• În a doua faz� urmeaz� descompunerea p�r�ilor mai rezistente la

degradare, cu predominan�a speciilor Cytophaga �i a ciupercilor

microscopice.

Din punct de vedere chimic, celuloliza are loc tot în dou� etape. La

început se produce hidroliza celulozei pân� la celobioz� (C12H22O11) �i al�i produ�i mai complec�i, dup� care, prin oxidarea acestor produ�i, se

formeaz�, ulterior, acizi uronici.

Dac� hidroliza celulozei este mai puternic�, mergând pân� la formarea

glucozei, aceasta este mai departe oxidat� pân� la CO2 �i H2O, trecând prin

stadiul de oxiacizi:

Formarea de hidra�i de carbon solubili �i de oxiacizi ca produ�i

intermediari de degradare a celulozei are mare importan�� în sol, deoarece

stimuleaz� dezvoltarea fixatorilor de N2, care îi folosesc în hran�. Degradarea aerob� a celulozei se realizeaz� în condi�ii optime în

solurile bine lucrate, aerate, bogate în azot �i cu climat temperat. În aceste

condi�ii, bacteriile �i ciupercile celulolitice sunt active pân� la adâncimea de

(C6H10O5)n + nH2O + O2 R-CHOH-COOH CO2 + H2O + x cal.

���

�

30 cm, ceea ce corespunde, practic, zonei pentru dezvoltarea culturilor

agricole.

B. Degradarea anaerob� a celulozei Acest proces se realizeaz�, în special, în zonele umede, mai profunde

ale solului, când resturile vegetale sunt în mase compacte, dense , neaerate.

Din punct de vedere chimic, ea reprezint� o hidroliz� a celulozei sub

ac�iunea celulazelor �i a celobiazei microbiene, cu formare de glucoz�, din

descompunerea c�reia rezult� acizi volatili, ca formic, butirici, acetic, acizi

nevolatili, ca succinic �i lactic, precum �i alcool etilic �i gaze (CO2, H2 �i metan).

Bacteriile celulolitice anaerobe din sol sunt reprezentate prin Bacillus cellulosae hydrogenicus �i Methylomonas methanica, care elibereaz� metan.

Fermentarea celulozei cu degajare de H2 este înso�it� de formarea

acidului butiric �i a CO2, dup� reac�ia:

În fermenta�ia metanic� a celulozei, cantitatea de gaze eliberat�

reprezint� aproximativ 1/2 din greutatea celulozei descompuse.

Schema general� a reac�iei ar fi urm�toarea:

Unele specii de bacterii celulolitice anaerobe sunt adaptate s� tr�iasc�

în intestinul uman �i al animalelor unde determin� descompunerea celulozei

din alimente. Bacteriile celulolitice se dezvolt� la temperatura optim� de 55-

70ºC �i sunt prezente în medii bogate în celuloz� �i azot organic �i mineral,

cum sunt b�legarul �i n�molurile or��ene�ti. Unele bacterii termofile, cum sunt Clostridium termocellus �i

Clostridium termocellulolyticum, degradeaz� celuloza cu formare de acizi

volatili �i fic�i, alcooli �i gaze, în special metan.

Microorganismele celulolitice mai pot contribui la distrugerea hârtiei

în bibliotecile �i depozitele r�u aerisite �i umede, provocând pagube

însemnate.

(C6H10O5)n + nH2O CH3CH2COOH + CH3COOH + CO2 + CH4

(C6H10O5)n + nH2O CH3CH2COOH + CH3COOH + H2 + CO2 + x cal.

���

�

VI. Descompunerea ligninei

Descompunerea ligninelor are importan�� deosebit� pentru circula�ia

carbonului întrucât aceasta reprezint� cea de-a doua surs� a acestui element

în natur�: 25-30% din corpul plantelor lemnoase �i 15-20% din corpul

plantelor ierboase.

Ligninele reprezint�, totodat�, complexul vegetal mai rezistent �i, din

aceast� cauz�, se acumuleaz� continuu în sol, luând parte la formarea

humusului. Ligninele sunt substan�e macromoleculare, provenite prin

condensarea unor alcooli aromatici cu o structur� complex� reticular� care

necesit� o mare cantitate de energie pentru a fi scindat�. Agen�ii principali ai descompunerii ligninei sunt ciupercile din ord.

Agaricales, mai ales acelea ce produc „putregaiul alb al lemnului” care pot

ataca �i celuloza.

Un alt grup de ciuperci cauzeaz� „putregaiul brun al lemnului” dar

acesta nu atac� lignina.

Ciupercile ligninoclastice pot fi grupate în trei tipuri �i anume:

• tipul Polyporus versicolor atac� la început lignina �i apoi celuloza;

• tipul Armillaria vera atac� la început celuloza apoi lignina;

• tipul Ganoderma applanatum atac� simultan, atât lignina, cât �i celuloza.

Lignina se descompune mai repede în condi�ii aerobe, în care

ac�ioneaz� ciupercile, �i mai lent în anaerobioz� când ac�ioneaz� mai mult,

bacteriile.

VII. Metabolismul taninurilor, lipidelor �i cutinei

Taninurile sunt descompuse, în special, de c�tre ciupercile din

genurile Aspergillus �i Penicillium. În cazul când ating o anumit� concentra�ie în sol, ele au o ac�iune antimicrobian�.

Lipidele sunt hidrolizate cu u�urin�� de c�tre microorganisme.

Cutina este descompus� de bacterii din genul Pseudomonas în ritm

lent.

6.3. Circuitul sulfului

Circuitul sulfului (Fig. 77) este, al�turi de cele ale azotului �i carbonului, unul dintre cele mai importante circuite din punct de vedere

���

�

biologic. Sulful intr� în componen�a aminoacizilor metionin� �i cistein�, a

unor vitamine, glicozide, plizaharide, alcaloizi etc.

Transformarea microbiologic� a sulfului în sol se face în trei faze

principale:

1. Mineralizarea sulfului organic, ce se petrece paralel cu

mineralizarea azotului �i fosforului organic sub ac�iunea unor

microorganisme, ca Proteus vulgaris, Serratia marcesens, Pseudomonas

aeruginosa, Bacillus subtilis �i Clostridium sporogenes din categoria

bacteriilor anaerobe �i de c�tre unele ciuperci ca Scopulariopsis brevicaulis

�i Aspergillus niger.

În cursul mineraliz�rii, sulful se elibereaz� sub form� de hidrogen

sulfurat (H2S), metilmercaptan (CH3-SH) sau de sulfat (SO42-

).

2. Sulfoficarea este procesul de oxidare a H2S, S, S2O32-

(tiosulfa�ilor),

S4O62-

(tetrationa�ilor), SO32-

(sulfi�ilor) pân� la acid sulfuric, respectiv

sulfa�i. Aceast� faz� este produs� de sulfobacterii chimiolitoautotrofe

nefilamentoase, ca Thiobacillus sp. �i Sulfolobus sp. �i filamentoase ca

Beggiatoa sp.

Fig. 77 – Circuitul sulfului în natur� (www.scritube.com).

����

�

Mai este produs� de bacteriile purpurii Chromatium sp. �i bacteriile

verzi Chlorobium sp.

Spre exemplu, Thiobacillus thioxidans oxideaz� sulful elementar la

acid sulfuric:

S + 3/2

O2 + H2O � H2SO4

Bacteria Beggiatoa sp. oxideaz� H2S la S:

H2S + 1/2

O2 � S + H2O

Sulful se acumuleaz� în celulele microbiene sub form� de incluziuni.

În lips� de H2S, bacteria oxideaz� sulful din aceste incluziuni pân� la

H2SO4.

Folosirea sulfului elementar poate avea aplica�ii practice pentru

îmbun�t��irea solurilor alcaline. Astfel, sulful este oxidat de

microorganismele sulfoficatoare pân� la acid sulfuric, care mic�oreaz� pH-

ul mediului. Dar sulfoficarea poate avea �i efecte negative din punct de

vedere agricol. În solurile inundate se formeaz� cantit��i mari de sulfuri,

datorit� desulfofic�rii. În urma dren�rii �i desec�rii acestor soluri, sulfurile

se oxideaz� rapid la sulf pe cale chimic�, iar acesta la H2SO4, datorit� microorganismelor sulfoficatoare. Ca rezultat, pH-ul acestor soluri ajunge la

valori de 3,2 - 2,2, care pericliteaz� via�a plantelor. Pentru a preveni acest

efect negativ este necesar� aplicarea amendamentelor calcaroase.

3. Desulfoficarea este procesul de reducere dezasimilatorie a sulfa�ilor

pân� la H2S. Acest proces are loc în condi�ii anaerobe �i se datoreaz�, în

primul rând, speciilor din genul Desulfovibrio, precum D. desulfuricans.

Bacteria reduce sulfa�ii la H2S cu ajutorul hidrogenului din substan�ele

organice, ca lactatul �i piruvatul, care servesc atât ca surse de energie dar �i ca surs� de carbon.

Putem trage concluzia c� sulfoficarea duce la acidifiere, în timp ce

desulfoficarea produce alcalinizarea solului.

În procesul de ob�inere a H2S rezultat din desulfoficare, nu se ating

concentra�ii toxice pentru plante, deoarece Fe2+

din sol îndep�rteaz� H2S sub

form� de FeS care precipit�. În solurile s�race în Fe2+

�i irigate cu ape

bogate în sulfa�i, H2S produs în cantit��i mari produce efecte toxice la orez

�i la alte plante.

����

�

6.4. Circuitul fierului

Fierul intr� în compozi�ia hemienzimelor, a hemoglobinei,

leghemoglobinei, F-S-proteinelor, iar circuitul s�u cuprinde patru etape

microbiene ce se succed astfel:

1. Mineralizarea fierului organic se petrece în paralel cu celelalte

procese de mineralizare a substan�elor organice. Microorganismele

mineralizatoare atac� partea organic� a compu�ilor cu fier iar acest element

se elibereaz� sub form� mineral�, bi- sau trivalent�. Microorganismele

respective pot fi bacterii din genurile Pseudomonas, Bacillus,

Corynebacterium, Mycobacterium etc.; mai pot fi actinomicete din genurile

Nocardia sau Streptomyces, precum �i ciuperci, toate ca organisme

chimioorganoheterotrofe.

Compu�ii organici cu Fe din humus pot fi ataca�i de bacterii ce apar�in

genurilor Metallogenium, Pedomicrobium �i Seliberia. Pe suprafa�a

celulelor respective se depune, sub form� de precipitat, hidroxidul feric

Fe(OH)3.

2. Formarea compu�ilor organici de fier este un proces opus

mineraliz�rii fierului organic. Aici, microorganismele sintetizeaz� compu�i organici solubili, de�in�tori de fier, bi- sau trivalent.

Fierul poate fi sintetizat de unii compu�i organici ca acidul acetic sau

complec�i, ca acizii citrici, acidul 2-ceto-D- gluconic, acizii humici etc.

Microorganismele capabile de formarea compu�ilor organici cu fier

sunt unele bacterii �i mucegaiuri (ciuperci) precum �i unii licheni.

Mineralizarea �i formarea microbian� a compu�ilor organici cu Fe joac� un

anumit rol în procesul de podzolire a solului. Sub ac�iunea

microorganismelor, în orizontul A se formeaz� Fe organic solubil care

migreaz� spre orizontul B, unde, sub ac�iunea microorganismelor

mineralizatoare, se elibereaz� sub form� anorganic� fierul trivalent.

3. Oxidarea fierului bivalent. La aceste procese particip� ferobacteriile

(bacteriile feroginoase �i siderobacteriile). Acestea sunt organisme acvatice

dar unele se pot dezvolta �i în soluri, unde se prezint� sub form� filamentoas� sau nefilamentoas�.

����

�

La ferobacteriile filamentoase, ca Leptothrix ochracea, celulele

individuale sunt incluse într-o teac� organic� comun� în care se acumuleaz� Fe(OH)3.

Ferobacteriile nefilamentoase cuprind unele bacterii pedunculate, ca

Gallionella ferruginea, capsulate, ca Siderocapsa treubii, �i nependulate �i necapsulate, ca Ferrobacillus thiooxidans, la care Fe(OH)3 se depoziteaz� pe penduncul, în capsul� �i, respectiv, pe suprafa�a celulelor.

Aceste bacterii sunt considerate în prezent

chimiolitoorganoheterotrofe, cu excep�ia lui Thiobacillus ferrooxidans.

Acest tiobacil oxideaz� nu numai sulful elementar, sulfurile �i tiosulfa�ii dar

�i Fe2+

�i asimileaz� CO2, dezvoltându-se în medii acide cu un pH = 2 – 6,5.

Oxidând pirita (FeS2) sau calcopirita (CuFeS2), Thiobacillus ferrooxidans

produce sulfat feric.

Într-o prim� etap�, pirita este oxidat� la sulfat feros:

2FeS2 + 7O2 + 2H2O � 2FeSO4 + 2H2SO4 + energie

În continuare, sulfatul feros este oxidat la sulfat feric:

2FeSO4 + 1/2 O2 + H2SO4 � Fe2(SO4)3 + H2O + energie

La rândul s�u, sulfatul feric poate oxida pirita cu forme de sulfat feros

�i acid sulfuric:

7Fe2(SO4)3 + FeS2 + S H2O � 15 FeSO4 + S H2SO4

Dezvoltarea lui Thiobacillus ferrooxidans duce la acidifierea mediilor,

datorit� acidului sulfuric produs. La rândul s�u, acidul sulfuric poate

solubiliza cuprul �i alte metale grele din mineralele ce le con�in. Din aceast� cauz�, dezvoltarea speciei Thiobacillus ferrooxidans duce la acumularea de

concentra�ii fitotoxice pentru plantele de cultur�, a acidului sulfuric �i a

metalelor grele în haldele de steril luate în cultur�. 4. Reducerea fierului trivalent. Acest produs se datoreaz� unor bacterii

facultativ sau obligat anaerobe, ca Bacillus circulans, Bacillus polymyxa,

Enterobacter aerogenas, Clostridium butyricum etc. Acestea, în prezen�a

substan�elor organice, ca glucoza, reduc fierul trivalent (Fe3+

) la fierul

bivalent (Fe2+

), fierul trivalent servind ca acceptor de electroni.

����

�

Mai sunt capabile de reducerea fierului trivalent �i unele ciuperci din

sol. Toate aceste microorganisme fier-reduc�toare sunt

chimioorganoheterotrofe.

Trebuie s� men�ion�m c� oxidarea bivalent �i reducerea fierului

trivalent în sol se pot produce �i f�r� participarea direct� a

microorganismelor.

6.5. Circuitul fosforului

Fosforul este un element absolut necesar vie�uitoarelor �i intr� în

compozi�ia acizilor nucleici, a unor proteine, a unor compu�i macroergici

(ATP), a fosfolipidelor, a fosfozaharidelor, a fitinei etc.

Circuitul fosforului (Fig. 78) se desf��oar� în mai multe faze, dup� cum urmeaz�:

1. Mineralizarea fosforului organic se desf��oar� în paralel cu

mineralizarea compu�ilor organici cu azot (amonificarea), sub ac�iunea

acelora�i grupe de microorganisme. Unul dintre microorganismele foarte

active în mineralizarea fosforului organic este Bacillus megaterium var.

phosphaticus. În urma mineraliz�rii, fosforul se elibereaz� sub form� de

ortofosfat solubil, asimilabil de c�tre plante �i microorganisme; în acela�i timp, îns�, ortofosfatul solubil poate trece în ortofosfa�i de Ca, Fe, Al, Mg,

Cu �i Ni, care sunt insolubili.

Compu�ii organici cu fosfor reprezint� 15-85% din cantitatea total� de

fosfor din diferite soluri.

Între compu�ii organici cu fosfor ai solului predomin� fitina �i acizii

nucleici. Fitina este de origine vegetal�, iar acizii organici provin de la

microorganisme, plante �i animale. Fitina constituie între 10 �i 80% din

cantitatea total� de fosfor organic din soluri. Ea este sarea de Mg �i Ca a

acidului fitic, iar descompunerea ei hidrolitic� este catalizat� de fitoz�.

����

�

2. Mobilizarea ortofosfa�ilor insolubili este procesul de solubilizare a

fosfatului tricalcic, a ortofosfa�ilor de Fe, Al, Mg, Mn, Cu, Ni, ce are loc sub

ac�iunea acizilor produ�i de microorganisme �i de cei excreta�i de r�d�cinile

plantelor. Aici intr� acizii azotos �i azotic, produ�i de microorganismele

nitrificatoare, acidul sulfuric, produs de microorganismele sulfoficatoare,

acidul carbonic �i acizii organici, produ�i de microorganisme, precum �i de

r�d�cinile plantelor.

Dintre acizii organici acidul 2-ceto-D-gluconic joac� un rol deosebit

în solubilizarea ortofosfa�ilor insolubili. Mai contribuie la solubilizare �i acizii citric, succinic, malic, oxalic, tartric, lactic, precum �i acizii humici.

3. Transformarea meta-, piro- �i polifosfa�ilor este realizat� sub

ac�iunea unor bacterii ca Pseudomonas fluorescens, Sporocytophaga

cauliformis �i a unor ciuperci ca Aspergillus sp. �i Penicillium sp. Aceste

reac�ii sunt catalizate de enzime, dar ele pot avea loc �i sub ac�iunea

acidit��ii, iar transformarea meta- �i pirofosfa�ilor poate fi catalizat� �i de

MnO2.

4. Oxidarea fosfa�ilor �i hipofosfa�ilor are loc sub ac�iunea unor

microorganisme aerobe �i este, de asemenea, catalizat� de enzime.

Fig. 78 – Circuitul fosforului în natur� (www.scritube.com).

���

�

5. Reducerea ortofosfa�ilor este produs� de microorganisme aerobe,

reac�ia respectiv� fiind de natur� enzimatic�. În prezen�a nitra�ilor �i sulfa�ilor, reducerea ortofosfa�ilor este inhibat�, deoarece nitra�ii �i sulfa�ii sunt utiliza�i mai u�or ca acceptori de electroni.

6.6. Circuitul potasiului

Microorganismele elibereaz� ionii de K+ prin descompunerea s�rurilor

de potasiu a acizilor organici (ex. acidul acetic sau acidul butiric). Ionii de

K+ reac�ioneaz� cu anionii de HO3

-, PO4

2-, SO4

2-, CO3

2- �i formeaz� s�ruri

accesibile plantelor �i microorganismelor sau sunt fixa�i de c�tre coloizii

solului.

Microorganismele mai pot elibera potasiul �i prin solubilizarea

silica�ilor. Bacteriile care sunt capabile de aceast� ac�iune au fost denumite

silicatbacterii. Printre acestea este �i Bacillus mucilaginosus var. siliceus,

care, dup� unii autori, ar fi o tulpin� de Bacillus circulans. Unele ciuperci,

ca Aspergillus niger �i Penicillium nigrescens, pot, de asemenea, elibera K+

din silica�i. Eliberarea K

+ din silica�i sub ac�iunea silicatbacteriilor se datoreaz�

acizilor (H2CO3 �i acizii organici), pe care aceste microorganisme îi produc.

Sistemul radicular al plantelor produce, de asemenea, acizi care joac� acela�i rol.

6.7. Transform�rile microbiene ale calciului

Descompunerea microbian� a compu�ilor organici cu calciu duce la

eliberarea Ca2+

, care, ca �i K+, poate reac�iona cu anionii minerali, formând

s�ruri solubile �i insolubile sau sunt fixa�i de c�tre coloizii solului. i aici,

acizii minerali �i organici, produ�i fie de microorganisme sau de r�d�cini,

solubilizeaz� s�rurile de Ca insolubile.

6.8. Transform�rile microbiene ale magneziului

Acestea sunt asem�n�toare cu cele ale calciului, magneziul activând

unele procese microbiene din sol, îndeosebi nitrificarea �i fixarea azotului

atmosferic.

���

�

6.9. Transform�rile microbiene ale microelementelor

6.9.1. Manganul

Se g�se�te în sol în form� bivalent� ionic� (Mn2+

) la pH mai mic de

5,5 �i sub form� de Mn trivalent �i, mai ales, tetravalent la pH mai mare de

8, datorit� autooxid�rii Mn2+

.

Transform�rile microbiene ale manganului se produc în zona valorilor

de pH de 5,5-8. În condi�ii aerobe ac�ioneaz� unele bacterii heterotrofe din

genurile Bacillus, Corynebacterium, Metallogenium, actinomicetele din

genul Streptomyces, precum �i ciupercile din genurile Curvularia,

Cladosporium etc. Aceste microorganisme oxideaz� Mn2+

, precipitându-l

sub form� de MnO(OH)2 (hidroxid de mangan trivalent).

Procesul de oxidare a Mn2+

poate duce la apari�ia în sol a caren�ei de

mangan asimilabil �i are ca efect apari�ia unor boli de nutri�ie la plante.

În condi�ii anaerobe, în prezen�a substan�elor organice u�or

asimilabile, unele bacterii reduc mangan tetravalent la mangan bivalent;

MnO2 serve�te ca acceptor de electroni, înlocuind O2. Totodat�, acizii

produ�i de microorganisme, atât în condi�ii aerobe, cât �i anaerobe, deviaz� echilibrul chimic dintre manganul bivalent �i cel tetravalent în direc�ia

form�rii Mn2+

.

6.9.2. Seleniul

În plante, seleniul este prezent sub form� de selenio-aminoacizi, în

care seleniul înlocuie�te sulful în structura metioninei �i Se-metilcistein�. Ambii Se-aminoacizi din resturile vegetale se mineralizeaz� sub ac�iunea

microorganismelor din sol. Seleniul apare sub form� de seleni�i (SeO32-

) �i selena�i (SeO4

2-).

Microorganismele din sol sunt capabile �i de oxidarea seleniului

metalic �i al seleniurilor (Se2-

) la selena�i. O alt� transformare microbian� a seleniului în sol este reducerea

seleni�ilor �i selena�ilor la seleniul metalic. Aceast� capacitate a fost

demonstrat� la unele bacterii, cum sunt Clostridium, Corynebacterium �i ciuperci ca Rhizobium, precum �i la unele levuri �i mucegaiuri.

����

�

Compu�ii cu Se (seleni�i, selena�i, Se-aminoacizi) pot fi metila�i sub

form� de produs gazos, numit dimetilselein� (CH3-Se-CH3). Acest proces

poate fi realizat de unele ciuperci, ca Aspergillus, Cephalosporium,

Fusarium, Penicillium, ca �i de unele bacterii.

6.9.3. Zincul

Microorganismele, în urma descompunerii resturilor vegetale,

elibereaz� zincul sub form� solubil� (Zn2+

). Microflora solului realizeaz� aceast� solubilizare prin acizii minerali �i organici produ�i. În sens invers,

prin diminuarea acidit��ii, microorganismele mic�oreaz� solubilitatea

zincului. Tiobacilii oxideaz� sulful din ZnS la acid sulfuric �i elibereaz� zincul sub form� de Zn

2+ care r�mâne în solu�ie, datorit� acidului sulfuric.

H2S, produs de microorganisme, îndep�rteaz� zincul prin formarea de ZnS,

care precipit�. Insolubilizarea microbian� a zincului provoac�, la pomii fructiferi, o

caren�� manifestat� prin mic�orarea limbului frunzelor, boal� ce poate fi

prevenit� prin tratarea solului cu sulfat de zinc (ZnSO4).

6.9.4. Cuprul

Descompunerea microbian� a resturilor vegetale poate duce la

mic�orarea concentra�iei cuprului solubil, datorit� unei reac�ii chimice în

care sunt implica�i produ�ii microbieni, forma�i în cursul descompunerii.

Tiobacilii pot solubiliza cuprul din minereuri sulfuroase, cum este

calcopirita (CuFeS2), iar Thiobacillus ferrooxidans poate oxida atât sulful,

cât �i cuprul monovalent din Cu2S. Hidrogenul sulfurat (H2S), format pe

cale microbian�, poate precipita Cu2+

sub form� de CuS.

Microorganismele din sol au capacitatea de transformare �i a altor

microelemente ca: Mo, V, Co, Ni, Pb, Cd, Si.

����

�

Capitolul 7

MICROBIOLOGIA FERMENTA�IILOR

Microbiologia fermenta�iilor studiaz� caracteristicile biologice �i biochimice, precum �i condi�iile optime de activitate ale microorganismelor

care produc transform�ri chimice în diferite substraturi, cu formarea unor

cantit��i relativ mari de substan�e cu valoare util� sau economic�. De

asemenea, ea studiaz� rolul microorganismelor în apari�ia unor modific�ri utile a diferitelor produse alimentare, modalit��ile de a dirija aceast� activitate microbian�, ca �i posibilit��ile de combatere a microorganismelor

d�un�toare pentru evolu�ia normal� a proceselor fermentative sau pentru

buna conservare a produselor alimentare.

Fermenta�iile sunt procese biochimice, determinate de enzimele unor

microorganisme, cum sunt bacteriile, levurile, mucegaiurile care au

proprietatea de a degrada în condi�ii de anaerobioz� diferi�i compu�i organici ai carbonului cu formarea de substan�e cu o condi�ie chimic� mai

simpl�. Din descompunerea anaerob� a hidra�ilor de carbon rezult� o serie

întreag� de produ�i finali cu 1, 2, 3 sau 4 atomi de carbon, care apar,

obi�nuit, prin degradarea glucozei pân� la acid piruvic.

De cele mai multe ori, unul dintre produ�ii rezulta�i predomin� cantitativ �i, ca atare, caracterizeaz� procesul de fermenta�ie alcoolic�, lactic�, butiric�, propionic� etc.

Termenul generic al fermenta�iei (lat. fervere = a fierbe) a fost ales

pentru a indica aspectul de lichid care fierbe, caracteristic pentru faza de

intensitate maxim� a procesului fermentativ, aceea în care, datorit� eliber�rii CO2 sub form� de bule de gaz, se produce o efervescen�� a mediului lichid,

în special în vasele foarte mari (de exemplu, la mustul de struguri care

fermenteaz�). Ini�ial, fermenta�iile se produceau sub ac�iunea micoflorei "spontane",

s�lbatice, care se g�se�te pe suprafa�a sau în interiorul produsului supus

fermenta�iei. Aceste microorganisme sunt slab sau inegal active sau pot fi în

amestec cu specii d�un�toare, a c�ror activitate diminueaz� calitatea

produsului final. În prezent, pentru a se preveni aceste inconvenien�e, se

recurge la microorganisme selec�ionate, cu ajutorul c�rora se ob�in produse

����

�

de calitate superioar�, se îmbun�t��e�te randamentul �i se scurteaz� durata

procesului tehnologic.

Microorganismele utilizate în procesele fermentative de tip industrial

au urm�toarele calit��i, ce pot fi astfel sintetizate:

• cresc rapid �i pot fi u�or cultivate în cantit��i mari, pe medii ce con�in

substan�ele organice corespunz�toare;

• au capacitatea de a-�i men�ine constant propriet��ile fiziologice, în

anumite condi�ii de cultur�, producând u�or �i în cantit��i mari enzimele

necesare pentru transformarea substratului în sensul dorit;

• realizeaz� aceste modific�ri, cu formarea unor produ�i folositori, în

condi�ii relativ simple �i pu�in costisitoare.

Microorganismele de utilitate industrial� sunt ast�zi folosite pentru

procese ca:

• biosinteza a diferite substan�e chimice (alcooli, acid acetic, acid lactic,

acid citric, aceton�, antibiotice);

• producerea pe cale fermentativ� a unor alimente (produse lactate,

brânzeturi), a unor b�uturi alcoolice (vin, bere) �i a furajelor însilozate;

• ob�inerea de produse folosite în industria textilelor (fibre de in, cânep� prin topire).

Microbiologia industrial� mai studiaz� �i aplic� metodele de

combatere a alter�rilor microbiene a alimentelor cu ajutorul conserv�rii prin

refrigerare, sterilizare, fermenta�ii �i alte procese tehnice.

7.1. Fermenta�ia alcoolic�

Este un proces anaerob, prin care glucidele fermentescibile sunt

metabolizate prin reac�ii de oxido-reducere sub ac�iunea echipamentului

enzimatic al drojdiei în produ�i principali (alcool etilic �i CO2), produ�i secundari (alcooli superiori, acizi, aldehide etc) �i energie.

Alcoolul etilic sau etanolul (CH3-CH2-OH) se ob�ine prin fermentarea

complet�, în special de c�tre unele drojdii, a diferite zaharuri, urmat� de

separarea prin distilare �i purificare a alcoolului ob�inut.

Fermenta�ia alcoolic� este una dintre cele mai importante fermenta�ii industriale, deoarece alcoolul este întrebuin�at curent în industria alimentar�, chimic�, farmaceutic�, a parfumurilor �i cauciucului.

����

�

Materiile prime folosite la fabricarea alcoolului sunt ieftine, abundente

în natur� �i sunt grupate astfel:

• materii prime amidonoase, rezultate din cartof, porumb, orz, secar�, care

se pot utiliza dup� transformarea hidrolitic� a amidonului din compozi�ia lor

în zaharuri mai simple, fermentabile de c�tre levuri;

• materii prime zaharoase, provenite din sfecla pentru zah�r sau trestia de

zah�r, sucurile de fructe, melasa, rezultat� ca de�eu de la fabricarea

zah�rului �i a le�iilor sulfitice, ce rezult� ca de�eu de la fabricarea celulozei,

cu con�inut sc�zut de 1-5 % zah�r; • materii prime celulolitice, rezultate din industria hârtiei, ca lemnul �i stuful, care, prin fierbere cu acizi sub presiune, se hidrolizeaz� cu formarea

de hidra�i de carbon mai simpli, fermentabili.

Înainte de folosirea lor în fermenta�iile industriale, amidonul, celuloza

�i hemiceluloza trebuie hidrolizate sau convertite în zaharuri cu molecule

relativ simple �i fermentabile. În acest scop, se folosesc fie preparate

enzimatice, ca mal�ul de cereale sau enzime de natur� microbian�, provenite

de la bacterii �i mucegaiuri, fie anumite substan�e chimice, ca acizii dilua�i sau ac�iunea asociat� a unora dintre ace�ti agen�i.

Microorganismele care produc fermenta�ia alcoolic� a zaharurilor sunt

reprezentate de:

• ciuperci, în principal din genul Saccharomyces;

• unele bacterii ca: Zymomonas mobilis, Thermobacterium mobile, Bacillus macerans, Sarcina ventriculi, Bacillus acetosetilycus etc.

Fermenta�ia alcoolic� poate fi spontan�, produs� de drojdiile s�lbatice,

prezente în natur�, sau dirijat�, prin introducerea în materialul de fermentat

a unor su�e de drojdii selec�ionate ce au capacitate superioar� de

fermenta�ie.

Temperatura optim� de activitate este de 28-32oC. Tulpinile

selec�ionate au capacitatea de a suporta concentra�ii mari de alcool �i de a

consuma cantit��i mari de hidrocarbonate pentru sintezele lor proprii.

Aceste drojdii au un echipament enzimatic foarte bogat, gra�ie c�ruia

ob�in în mediu anaerob energia necesar� manifest�rilor vitale, prin procesul

de fermenta�ie alcoolic� a hidra�ilor de carbon, dup� rela�ia global�:

C6H12O6 � 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + 2 ATP (118 kJ/mol)

����

�

7.1.1. Utilizarea microorganismelor în vinifica�ie

Vinul este o b�utur� alcoolic� nedistilat�, cunoscut� din cele mai

vechi timpuri care se ob�ine prin fermenta�ia alcoolic� a mustului de

struguri. Fermenta�ia mustului, ob�inut prin zdrobirea strugurilor recolta�i la

maturitate, se face în vase speciale deschise, sub ac�iunea drojdiilor din flora

natural� sau a unor tulpini selec�ionate.

Pe struguri, în must �i, respectiv, în vin, exist� un num�r însemnat de

microorganisme, bacterii �i ciuperci, care iau parte la procesul de

fermenta�ie, având fie un rol pozitiv, în cazul fermenta�iilor normale, fie un

rol negativ, de "îmboln�vire" a vinului, când declan�eaz� unele procese

fermentative, care duc la efecte nedorite.

A. Levurile (drojdii)

Levurile sunt ciuperci microscopice, care au capacitatea de a produce

fermenta�ia caracteristic� a mediilor ce con�in zaharuri (levere = a ridica).

Ele sunt grupate din punct de vedere sistematic în subîncr. Ascomycotina,

fam. Saccharomycetaceae �i în subîncr. Deuteromycotina (Fungi imperfecti), fam. Cryptococca.ceae.

R�spândirea levurilor Levurile sunt larg r�spândite în natur�, întâlnindu-se în sol, ape, pe

plante, flori, fructe etc. Solul este considerat rezervorul principal al levurilor, unde num�rul

lor este în medie de ≈ 250.000 celule pe gramul de sol.

În general, se întâlnesc în stratul superficial cuprins între 2 �i 10 cm,

iar în solurile podgoriilor pân� la 30-40 cm, atât ca forme vegetative, cât �i ca forme de rezisten��.

Levurile apar pe boabe în timpul matur�rii acestora �i sunt r�spândite

de insecte (în special Drosophylla sp.), prin intermediul particulelor de praf

�i, nu în ultimul rând, odat� cu stropii provoca�i de ploi.

Levurile ce se g�sesc pe struguri ce apar�in mai multor specii,

propor�ia dintre ele fiind diferit� în func�ie de mai mul�i factori: condi�iile

climatice, starea de s�n�tate a recoltei, con�inutul în zah�r al mustului etc.

����

�

Sistematica levurilor Sistemul taxonomic al levurilor utilizat ast�zi este rezultatul

dezvolt�rii �i integr�rii a trei moduri distincte de abordare. Primul dintre

acestea a fost stabilit de Myen Ress în 1870, care a încercat s� clasifice

levurile, atunci cunoscute, pe baza formei celulelor �i a modului de

reproducere. Astfel, Myen Ress a pus bazele utiliz�rii caracterelor

morfologice în taxonomia levurilor.

A doua contribu�ie fundamental� pentru taxonomie a fost adus� de

Emil Christian Hansen în 1883, care a eviden�iat faptul c� tulpinile de levuri

difer� în ceea ce prive�te capacitatea lor de a fermenta hidra�ii de carbon.

Practica modern� a utiliz�rii caracterelor fiziologice, pentru diferen�ierea

speciilor de levuri, a fost facilitat� prin aceast� descoperire. Avantajele mult

mai importante ale caracterelor fiziologice au fost subliniate de c�tre

savan�ii olandezi de la �coala lui Kluyver din Delft: L.M. Stelling-Dekker

(1931) �i J. Lödder (1934, 1952).

Al treilea mod a fost ini�iat târziu, în secolul al XX-lea, de c�tre A.

Guilliermond, când a început studii asupra reproducerii sexuate �i filogeniei

levurilor ascogene.

Aceste moduri distincte de abordare au constituit, de fapt, suportul

studiilor clasice asupra geneticii �i al conceptului modern al sexualit��ii �i filogeniei levurilor.

De la apara�ia edi�iei a doua a monografiei “The Yeasts, a taxonomic study” (J. Lödder, 1970) au fost înregistrate progrese pe mai multe direc�ii, acordându-se un rol primordial în sistematizarea levurilor, caracterelor

fiziologice, fie de fermentare, fie de asimilare, rezervând un rol secundar

caracterelor morfologice �i extrem de reduse celor ecologice.

O clasificare de referin�� a levurilor, acceptat� �i în prezent, este cea a

lui N.J.W. Kregger van Rij (1984) care prezint� unele modific�ri fa�� de cea

propus� de J. Lödder (1970). Astfel, în clasificarea propus� de J. Lödder

sunt cuprinse 39 de genuri �i 349 de specii, în timp ce în clasificarea actual� sunt incluse 60 de genuri �i 500 de specii.

Un studiu complet al evolu�iei principiilor de taxonomie a levurilor a

fost f�cut de P. Ribereau-Gayon �.a. �i Kurtman în 1998. Pe baza acestor

clasific�ri �i a unor rezultate proprii, M.K. Grossmann (1999) prezint� un

����

�

studiu referitor la metodele de identificare a levurilor, în general, �i a celor

din genul Saccharomyces, în special.

Multe specii de levuri imperfecte sunt foarte asem�n�toare speciilor

perfecte �i difer� între ele numai prin capacitatea de a forma spori sexua�i. Speciile care sporuleaz� sunt indicate ca stare perfect� (telemorf�) a

speciilor nesporulate �i acestea din urm� ca stare imperfect� (anamorf�) a

celor sporulate. Diferen�ierea generic� a levurilor imperfecte se bazeaz� pe

caracteristici fiziologice, cum ar fi producerea de acid �i asimilarea

inositolului.

În prezent, taxonomi�tii recunosc dou� grupe de levuri:

• levuri perfecte sau telemorfice care au stadii sexuate distincte, exprimate

fie ca asc�, fie ca bazidie;

• levuri imperfecte sau anamorfice sunt cele la care lipsesc stadiile sexuate

�i se reproduc numai prin înmugurire sau diviziune.

Majoritatea levurilor apar�in acestui ultim grup. S-a demonstrat, totu�i, c� anumite levuri imperfecte pot fi înrudite fie cu levurile ascomicete, fie cu

cele bazidiomicete, pe baza unor caracteristici, cum ar fi ultrastructura

peretului celular, formarea conidiilor �i compozi�ia peretului celular.

În prezent, metodele de identificarea a levurilor presupun o abordare

complex� ce vizeaz� tehnici moderne de genetic� microbian�, biochimie,

biologie molecular� �i imunologie.

Tehnicile de biologie molecular� au f�cut posibil� compararea

informa�iei inclus� în ADN, ar�tând c� pentru fiecare organism, compozi�ia

în baze purinice este constant� �i caracteristic�. Tehnica hibrid�rii ADN este

foarte important� pentru a explora omologia genetic� a multor grupuri de

levuri. Aceasta este util� doar pentru organisme strâns înrudite, apar�inând

aceluia�i gen sau preferabil aceleia�i specii.

Structura primar� a proteinelor enzimatice izofunc�ionale poate fi

diferit�. Datorit� acestui fapt pot coexista dou� levuri cu manifest�ri metabolice func�ionale identice, asigurate de enzime cu structuri

tridimensionale similare, dar difer� în detalii ale secven�ei aminoacizilor.

S-a constatat, de asemenea, existen�a unor diferen�e semnificative atât

cantitativ, cât �i calitativ, între genurile de levuri, pornind de la componen�a

peretului celular. Implicarea peretului celular în taxonomia levurilor se

explic� prin participarea unei mari por�iuni a genomului celular la sinteza

����

�

acestuia, în compara�ie cu rela�iile simple de fermenta�ie �i asimila�ie, care

sunt sub inciden�a unui num�r limitat de gene.

Deoarece, semnifica�ia imunologic� a antigenilor microbieni depinde

de structura stereomolecular� a peretului celular, este evident� corela�ia

dintre rezultatele analizelor chimice ale peretului celular �i cele ale

analizelor serologice pentru diferen�ierea levurilor.

S-a demonstrat utilitatea criteriilor serologice pentru specii dificil de

diferen�iat �i imunitatea din punct de vedere biologic a diviziunii, la

numeroase specii a unor su�e similare biologic. Deoarece s-au constatat

asem�n�ri în structura antigenic� a unor levuri f�r� nici o corela�ie cu alte

tr�s�turi ale acestora, taxonomia realizat� exclusiv pe baz� serologic� nu

este acceptat� deocamdat�. Prin aprofundarea studiilor serologice, acestea

vor putea fi luate în considerare pentru elucidarea rela�iilor taxonomice �i filogenetice între levuri.

Prin îmbinarea cuno�tin�elor de genetic�, biochimie �i biologie

celular� au fost stabilite noi tehnici de identificare a levurilor: ECP-ul

(Electroforése à Champ Pulsé), ce se bazeaz� pe separarea celor 16

cromozomi ai levurii, PCR-ul (Polymerase Chain Reaction), tehnic� bazat� pe amplificarea fragmentelor de ADN – specifice, urmat� de separarea lor

prin electroforez�, RFLP (Restriction Fragment Lenght Polymorphism), ce

face, în mod egal, apel la tehnica PCR, dar secven�ele amplificate sunt

degradate prin enzime de restric�ie, înainte de separarea fragmentelor prin

electroforez� �i tehnica AFLP (Amplified Fragment Lenght Polymorphism).

Metoda AFLP de identificare a levurilor presupune ca fragmentele ADN ale

levurii degradate prin enzime de restric�ie, s� fie amplificate prin PCR �i în

final separate prin electroforez� (A. Popa �i colab., 2004).

Caracterele morfologice generale Celulele drojdiilor m�soar�, în medie, 4-14 µm, iar forma poate fi

sferic�, oval� sau cilindric�. În schimb, speciile pot fi monomorfe, dimorfe

sau polimorfe. Forma �i dimensiunea sunt caractere de gen �i specie �i depind de vârsta acestora, starea fiziologic� �i condi�iile de cultivare.

Formele caracteristice ale unor genuri cu importan�� deosebit�: • form� oval� - Saccharomyces sp.;

• form� sferic� - Torulopsis sp.;

���

�

• form� apiculat� – Kloeckera sp..; Hanseniospora sp.;

• form� cilidric� - Candida sp.;

• form� de sticl� – Saccharomycoides sp.

Cultivate în medii lichide, drojdiile produc tulbureala mediului,

formarea de spum�, apoi depunerea de sedimente �i limpezirea

supernatantului.

Pe medii solide, se formeaz� colonii cu caractere morfologice

specifice, având diametrul cuprins între 0,2 �i 2 cm, cu aspect cremos,

lucioase sau mate, în general de culoare alb-crem. Unele formeaz� colonii

ro�u-portocaliu, datorit� pigmen�ilor carotenoizi (Rhodotorula sp.).

Structura celulei la levuri Drojdiile prezint� o celul� de tip eucariot, care se diferen�iaz� pu�in

fa�� de celula animal� (Fig. 79). Comparativ cu celula vegetal�, nu prezint� cloroplaste �i înveli� celulozic.

Cunoa�terea organiz�rii celulare la drojdii este necesar� pentru a

în�elege poten�ialul func�ional al diferitelor componente.

1. Peretele celular are o grosime de cca.. 25 nm �i reprezint� 5-15 %

din masa uscat� a celulelor. Are un aspect lamelar �i este alc�tuit din dou� straturi:

- stratul extern, are o suprafa�� rugoas� �i prezint� în anumite zone

cicatrici mugurale; în compozi�ia stratului extern predomin� mananul cuplat

cu proteine; înc�rc�tura electric� este, în mare parte, negativ�, cu rol

important în stabilirea dispersiilor de drojdii �i în comportarea celulelor în

timpul fermenta�iei.

- stratul intern are o suprafa�� ornamentat� cu riduri proeminente,

constituite din glucan, care formeaz� complexe cu proteine �i asigur� rigiditatea sau elasticitatea peretelui celular.

Func�iile peretelui celular sunt:

• sediul unor enzime, cum ar fi invertaza, fosfataza �i permeaza, implicate

în biosinteza peretelui celular �i în procesul de transfer al substan�elor;

• asigur� forma celulei;

• asigur� protec�ia fa�� de factorii de mediu;

• particip� la cre�terea �i reproducerea celular�.

���

�

2. Membrana citoplasmatic� (plasmalema) reprezint� un strat lamelar

cu o grosime de 8-9 nm, care delimiteaz� protoplastul de fa�a intern� a

peretelui celular. Este construit� din dou� straturi lipidice, în care

moleculele de lipide sunt orientate cu partea hidrofob� spre exterior �i cu

partea hidrofil� spre interior.

Func�iile plasmalemei sunt de:

• barier� osmotic� cu permeabilitate selectiv�; • sediu al enzimelor ce regleaz� procesul de cre�tere �i înmul�ire.

3. Citoplasma este un sistem coloidal cu un con�inut de 75-85 % ap�, în care substan�ele componente se afl� sub form� de sol sau gel.

Principalele substan�e organice sunt:

• proteinele cu rol structural sau catalitic;

• lipidele cu rol plasmatic;

• glucidele cu rol energetic;

• ARN (mesager, de transfer, ribozomal), dar �i ARNK (killer), implicat în

sinteza unor proteine cu ac�iune toxic� pentru celelalte sensibile;

• ADN extracromozomial din plasmide.

4. Incluziunile reprezint� forma sub care se acumuleaz� substan�e de

rezerv�, în principal sub form� de:

• glicogen granule care este metabolizat când celula este în stare de

înfometare;

• sferozomii care sunt incluziuni lipidice, ce con�in fosfolipide �i acizi gra�i nesatura�i �i care sunt metaboliza�i dup� liza enzimatic� a membranei

celulare în condi�ii de malnutri�ie.

5. Nucleul reprezint� spa�iul în care are loc stocarea, replicarea �i transmiterea informa�iei celulare. Are form� sferic� sau oval� �i este protejat

de o membran� nuclear� cu pori. În interior se afl� nucleoplasma, iar la

exterior se continu� cu reticulul endoplasmatic.

6. Mitocondriile sunt organite care ocup� cca.. 25 % din volumul

citoplasmei, fiind în num�r de 10-15/celul�. Au rol în ciclul Krebbs �i în

sinteza ATP.

7. Vacuolele sunt forma�iuni sferice, care apar în faza sta�ionar� de

cre�tere a celulei, �i con�in ap�, în care se solubilizeaz� aminoacizi, proteine,

enzime. Are rol de reglare a presiunii osmotice, de men�inere a stabilit��ii chimice a citoplasmei, dar �i în hidroliza unor proteine �i lipide.

����

�

8. Reticulul endoplasmatic este sediul unor enzime cu rol în biogeneza

sferozomilor, vacuolelor, aparatului Golgi.

9. Aparatul Golgi este un sistem alc�tuit din unit��i denumite

dictiozomi, care fac leg�tura între reticulul endoplasmatic �i membrana

citoplasmatic�. Este considerat un aparat de sortare �i dirijare a proteinelor

�i componentelor membranei spre locul de destina�ie.

10. Ribozomii sunt particule nucleoproteice, implicate în sinteza

proteinelor celulare.

11. Lizozomii sunt structuri veziculare bogate în enzime: fosfataze,

proteaze, lipaze �.a., active la pH=5, cu rol în digestia unor compu�i ai

celulei vii, care nu mai func�ioneaz� eficient. Enzimele nu devin active în

citoplasm�, deoarece pH-ul acesteia este de 7,3 �i numai în momentul

sc�derii acestuia din diferite motive, devin active.

12. Peroxizomii sunt organite sferice cu o membran� simpl� în care

sunt localizate oxidaze cu rol în adaptarea celulei de drojdie la condi�ii aerobe.

Perete celular

Fig. 79 – Celula levurian� (dup� Gaillardin �i Heslot, 1987).

����

�

Principalele levuri întâlnite în vin

I. Levuri sporogene

1. Saccharomyces ellipsoideus (sin. Sacch. cerevisiae) prezint�

importan�a cea mai mare pentru fermenta�ia mustului. Levurile acestei specii

au form� elipsoidal� sau globuloas� (Fig. 80).

La fermentarea mustului prezint� un randament ridicat, realizând, în

medie, 1 ml alcool pur din 1,7 g glucoz� consumat�, �i rezist� pân� la

concentra�ii de 16 % vol. alcool, uneori chiar mai mult.

Temperatura optim� este de 20-25oC �i suport� concentra�ii de pân� la

250-300 mg/l SO2 total.

Dup� declan�area fermenta�iei, ele pun st�pânire rapid pe mediu,

pentru ca la sfâr�itul procesului, num�rul lor s� scad� foarte mult.

2. Saccharomyces oviformis se prezint� sub form� oval�, uneori

rotund�. Aceast� levur� este specific� regiunilor calde, unde strugurii

realizeaz� concentra�ii ridicate în zah�r. Prezint� acela�i randament în

alcool, dar are o putere alcooligen� mai mare decât Sacch. Ellipsoideus, dep��ind, uneori 18 % vol. alcool.

Specia devine dominant� spre sfâr�itul fermenta�iei �i suport� concentra�ii de pân� la 300 mg/l SO2 total �i 100 mg/l SO2 liber.

Fig. 80 – Saccharomyces ellipsoideus (Sacch. cerevisiae)

����

�

Este considerat� o bun� levur� de finisaj la prepararea vinurilor seci,

ob�inute din musturi bogate în zah�r. În schimb, trebuie inactivat� sau

înl�turat� din vinurile demiseci, demidulci �i dulci, întrucât majoritatea

accidentelor de refermentare se datoreaz� acestei specii.

3. Zygosaccharomyces bailii. Specie rezistent� la concentra�ii mari de

SO2, putându-se dezvolta pân� la concentra�ii de 12 % vol. alcool. Provoac� îmboln�virea vinurilor demiseci �i dulci sulfitate.

Contaminarea este facilitat� de proprietatea ei de a fermenta cu

u�urin�� fructoza, l�sând neatins� glucoza.

Cum majoritatea levurilor fermenteaz� mai întâi glucoza, în vinurile

dulci-licoroase zah�rul restant este constituit în principal din fructoz�. 4. Saccharomyces chevalieri se aseam�n� sub raporul activit��ii

fermentative cu Saccharomyces ellipsoideus dar sunt pu�in întâlnite în

vinuri.

5. Saccharomyces bayanus este prezent� în toate regiunile viticole, dar

se întâlne�te în propor�ii foarte mici la fermentarea mustului, când formeaz� propor�ii m�rite de acizi volatili �i glicoli.

6. Saccharomyces italicus, Sacch. uvarum �i Sacch. florentinus sunt

levuri specifice, în general, regiunilor viticole meridionale, au propriet��i asem�n�toare speciei Sacch. ellipsoideus dar cu o fermentare mai lent� decât aceasta.

7. Saccharomyces rosei este o levur� prezent� constant pe struguri �i în musturi care fermenteaz�. Are proprietatea de a fermenta lent dar regulat,

cantit��i importante de zah�r, f�r� formarea de acizi volatili. Este folosit� pentru ob�inerea vinurilor cu un con�inut de pân� la 12 % vol. alcool, pentru

vinuri cu rest de zah�r, precum �i pentru recolte atacate de man� �i putregai

cenu�iu, la care ob�inerea de vinuri cu aciditate volatil� sc�zut� este o

problem� dificil�. 8. Pichia membranefaciens, P. fermentans �i Hansenula anomala sunt

levuri cu putere alcooligen� slab�, încadrate în categoria levurilor patogene,

care, în condi�ii oxidative, provoac� vinurilor boala denumit� "floare". De

asemenea, afecteaz� calitatea vinurilor prin propor�ii ridicate de esteri,

acetat de etil, acetat de amil, pe care îi formeaz� �i care imprim� mirosuri

nepl�cute.

����

�

9. Saccharomycoides ludwigii este o levur� de dimensiuni mari, de

form� apiculat�, rar întâlnit� pe struguri �i în musturi normale. Excep�ional

de rezistent� la SO2 (700-1000 mg/l), este specific� musturilor p�strate cu

doze mari din acest antiseptic. Este o levur� patogen� pentru vinurile

demiseci sau dulci, aflate în butoaie sau sticle, c�rora le provoac� referment�ri.

10. Hanseniospora valbyensis, H. uvarum, H. osmophila. Levur� apiculat�, specific� zonelor calde, provoac� declan�area fermenta�iei, a�a

cum în regiunile r�coroase acest proces este declan�at de Kloeckera apiculata. Are capacitate mare de a asimila azota�i.

II. Levuri nesporogene

1. Torulopsis stellata este o levur� prezent� pe strugurii stafidi�i, în

urma apari�iei mucegaiului nobil. Prezint� o rezisten�� mai mare decât

levurile apiculate la concentra�ii de SO2 �i alcool, dar mai sc�zut� decât

Sacch. ellipsoideus.

2. Brettanomyces intermedius. Numele genului se datoreaz� ac�iunii

unor specii de a imprima berii britanice gust �i arom� caracteristice, în urma

unor procese secundare de fermenta�ie.

Speciile acestui gen sunt întâlnite în propor�ii mici în musturi �i vin.

Mai frecvent se întâlnesc în vinurile bolnave de floare, o�etite. Prezen�a lor

favorizeaz� formarea de acetat de etil �i al�i compu�i ce dau mirosuri

intense, cu iz de �oarece.

3. Candida vini (sin. Candida micoderma, Mycoderma vini). Speciile

acestui gen sunt cunoscute sub denumirea de "levuri de floare", producând

boala denumit� floarea vinului, caracterizat� prin formarea unei pelicule la

suprafa�a vinurilor slab alcoolice, p�strate în vase incomplet pline.

4. Kloeckera apiculata, cunoscut� �i sub denumirea de levur� s�lbatic�, este extrem de r�spândit� pe toate fructele în regiunea cu climat

temperat-r�coros. Prezint� celule sub form� de l�mâie, având unul sau

ambele capete ascu�ite (Fig. 81).

În practic�, sunt cunoscute sub denumirea de levuri apiculate. Acestea

apar pe bace la faza de pârg�, iar la maturitatea deplin� a strugurilor

reprezint� 99 % din totalul levurilor existente în acest moment.

����

�

Ele declan�eaz� fermenta�ia mustului, având o capacitate foarte mare

de înmul�ire, randamentul în alcool este mai sc�zut decât al levurilor

eliptice. Ele consum� pentru 1 ml alcool pur 2,1 g glucoz�. Puterea alcooligen� este redus�, realizând 4-5 % vol. alcool,

concentra�ie maxim� pân� la care aceast� specie poate rezista. Prezint� o

sensibilitate mai mare decât levurile eliptice la SO2.

5. Rhodotorula mucilaginosa, Rh. glutinis �i Rh. rubra sunt levuri

denumite �i mucilaginoase, deoarece produc mucilagii în musturile �i vinurile tinere, s�race în aciditate, �i formeaz� pigmen�i carotenoizi galbeni

pân� la ro�ii. Se întâlnesc în pivni�ele de vinuri, în care formeaz�, împreun� cu

unele bacterii �i alte ciuperci, depuneri mucilaginoase pe pere�ii umezi. De�i sensibile la alcool, prezint� o rezisten�� mare la temperaturi ridicate (50-

60oC) �i la ac�iunea substan�elor alcaline (fosfat trisodic 1 %). Rezist� la

ac�iunea acidului boric pân� la concentra�ia de 3 %.

B. Mucegaiurile

Ciupercile care formeaz� colonii pufoase, vizibile cu ochiul liber, sunt

denumite în practic� mucegaiuri. Mucegaiurile, obi�nuit aerobe, sunt foarte r�spândite în natur�,

întâlnindu-se aproape în toate mediile, datorit� capacit��ii mari de înmul�ire

Fig. 81 – Kloeckera apiculata

����

�

�i de r�spândire, precum �i a rezisten�ei mari la condi�iile mai pu�in prielnice

de mediu.

Sunt frecvent întâlnite în planta�iile viticole, pe frunze, boabe, în sol,

pe utilajele �i pere�ii pivni�elor, precum �i la suprafa�a mustului, în primele

etape de vinifica�ie.

Mucor racemosus produce în planta�ii, pe vreme ploioas�, infec�ia

strugurilor. În cazul în care se afl� complet scufundat� în must, ciuperca se

prezint� sub form� de fragmente de sifonoplast; are capacitatea de a produce

fermentarea mustului pân� la 5-7 % vol. alcool. Mucor circinelloides este o

alt� specie, care este folosit� la fabricarea berii. Mucor piriformis oxideaz� par�ial glucidele, cu formarea acizilor citric, oxalic, gluconic etc.

Rhizopus nigricans este frecvent� pe strugurii v�t�ma�i, în pivni�e sau

pe utilajele folosite în vinifica�ie, formând pe suprafa�a substratului degradat

un mucegai de culoare negricioas�. Prezint� capacitate mic� de fermenta�ie.

Aspergillus niger se dezvolt� în crame �i pivni�e, pe vase vinicole,

dopuri, formând un mucegai negru. Aspergillus glaucus se întâlne�te, mai

frecvent, pe suporturi lemnoase din pivni�e.

Penicillium glaucum produce putrezirea boabelor incomplet maturate

sau a strugurilor v�t�ma�i de insecte sau grindin�. În cazul în care

contaminarea se extinde devreme, se pot produce pierderi de recolt� importante, boabele atacate fiind complet distruse. Când atac� strugurii

cop�i, mustul ob�inut are gust amar. În crame �i pivni�e se dezvolt� pe

dopuri, vase vinicole etc., p�trunzând în lemnul doagelor. În timpul

fructific�rii secret� esteri cu gust �i miros caracteristic de mucegai, ce se

transmit vinului.

Genul Merulius cuprinde specii extrem de p�gubitoare, care se

dezvolt� în pivni�e, pe butoaie, c�zi, pe rafturi, stelaje �i orice obiect din

lemn, pe care se formeaz� un miceliu alb, cu aspect buretos. Speciile

genului Merulius formeaz� substan�e cu miros specific nepl�cut, unele atac� numai celuloza, altele numai lignina, transformând lemnul într-o mas� moale, de culoare brun� sau alb�.

Merulius lachrymans, denumit� popular ciuperca igrasiei sau buretele

de cas�, formeaz� un mucegai alb-cenu�iu �i filamente izolate sau cordoane

compacte.

����

�

Cladosporium cellare se dezvolt� pe toate substraturile lemnoase, dar

�i pe pere�ii pivni�elor �i chiar pe ramele de fier, grilaje, sârme etc., datorit� capacit��ii acesteia de a provoca microcondensarea pe suprafa�a hifelor sale,

a moleculelor compu�ilor organici �i anorganici în stare de vapori, existen�i în aerul din pivni��.

În unele pivni�e, acest mucegai se dezvolt� pe pere�i într-un strat gros

cu aspect de catifea �i, datorit� capacit��ilor sale de a purifica aerul �i de a

regla umiditatea atmosferic�, realizeaz� condi�ii deosebite pentru maturarea

�i învechirea vinurilor.

Botryotinia fuckeliana prezint� ca form� conidian� Botrytis cinerea �i produce "putregaiul cenu�iu al strugurilor".

Aceast� boal� apare la intrarea în pârg� �i este favorizat� de cr�parea

sau r�rirea pieli�ei boabelor, produc�ia în unii ani putând fi diminuat� cu 60-

90 %. Vinurile ob�inute din strugurii ataca�i de aceast� ciuperc� sunt slab

alcoolice, nepl�cute la gust, cu miros specific de mucegai �i care se

îmboln�vesc u�or.

În unele toamne secetoase, cu dimine�i nelipsite de rou�, apare a�a-

numitul "putregai nobil", care conduce la ob�inerea unui must de înalt� calitate. În acest caz, scade mult con�inutul boabelor în ap� �i cre�te

concentra�ia în zah�r (de la 200-220 pân� la 400-500 g/l). Produc�ia scade

mult, uneori cu peste 40 %, dar se ob�in vinuri cu o arom� buchet deosebit� �i foarte pl�cut�.

C. Bacteriile vinului

Bacteriile prezint� o mare importan�� pentru calitatea vinurilor. Unele

dintre ele, în anumite condi�ii, pot contribui prin activitatea lor la

Fig. 82 – Botryotinia fuckeliana

����

�

îmbun�t��irea acesteia; cele mai multe pot provoca vinurilor transform�ri nedorite �i chiar îmboln�viri grave.

În perioada recolt�rii strugurilor, pe pieli�a boabelor, pe lâng� levuri �i mucegaiuri, se g�sesc �i bacterii, dar pot fi întâlnite, de asemenea, în crame

�i pivni�e, îndeosebi pe suprafa�a intern� a butoaielor �i cisternelor în care se

fermenteaz� mustul sau se p�streaz� vinul �i care nu au fost corect cur��ate

�i între�inute.

Dup� procesele pe care le declan�eaz�, bacteriile au fost grupate în:

I. Bacterii acetice, microorganisme aerobe, care se întâlnesc atât pe strugurii

s�n�to�i, cât �i pe cei v�t�ma�i, precum �i în musturi sau vinuri, mai ales

când sunt p�strate în vase incomplet pline.

Bacteriile acetice care se dezvolt� în vin formeaz�, la suprafa�a

acestuia, un v�l sau o pelicul�, care, uneori, poate fi alburie, sub�ire, aproape

transparent�, cu reflexe irizante �i care poate urca rapid pe pere�ii vasului.

Alteori, acest v�l este mai gros, uleios, hidrofob �i se coloreaz�, pe

m�sura îmb�trânirii, în brun.

Într-un al treilea caz, v�lul format atinge mai mul�i milimetri grosime,

este vâscos, greu de desf�cut �i, care, cu timpul, cade la fundul vasului,

cunoscut �i sub numele de cuib de o�et.

Genul Acetobacter. Acest gen grupeaz� specii cu celule sub form� de

bastona�e, dispuse izolat, în perechi sau lan�uri, ce sunt imobile sau

prev�zute cu cili dispu�i peritriche. Speciile genului Acetobacter produc oxidarea etanolului pân� la acid

acetic, la un pH de aproximativ 4, precum �i a acidului acetic a lacta�iilor �i aminoacizilor. Ciclul Krebs este prezent �i activ. Se dezvolt� la temperaturi

cuprinse între 5 �i 42oC, cu un optim de 30

oC.

Speciile cele mai importante sunt: Acetobacter aceti; Acetobacter pasteurianus �i Acetobacter peroxydans.

Genul Gluconobacter cuprinde bacterii asem�n�toare din punct de

vedere morfologic cu speciile genului Acetobacter. Singurul criteriu de

diferen�iere îl reprezint� flagela�ia, când aceasta exist�. Astfel, speciile

���

�

genului Gluconobacter sunt lofotriche (3-8 cili la fiecare pol), fa�� de cilia�ia

peritriche la Acetobacter. Produc oxidarea moderat� a etanolului pân� la acidul acetic la un

pH=4,5. Temperatura optim� de dezvoltare este 25-30oC, dar varia�ia

acesteia poate fi cuprins� între 7 �i 41oC. Fiziologic, se deosebe�te de genul

Acetobacter prin urm�toarele propriet��i: • ciclul Krebs nu este complet;

• nu oxideaz� acidul acetic �i lacta�ii pân� la CO2.

II. Bacterii lactice

Reprezentan�ii acestui grup sunt facultativ-anaerobi �i particip� la o

serie de transform�ri în vin �i anume:

• transformarea glucidelor în acid lactic �i al�i produ�i secundari (glicerol,

alcool etilic, acid acetic etc);

• fermenta�ia malolactic�; • degradarea acidului tartric, citric;

• degradarea glicerolului �i a altor componen�i. Genul Pediococcus cuprinde bacterii Gram (+) cu aspect sferic,

grupate sub form� de diplococi sau tetracoci. Sunt nesporulate, imobile,

homofermentative. Fermenteaz� glucidele, iar acidul malic numai la pH

ridicat. Nu degradeaz� acidul citric �i tartric, din acest motiv nu sunt

considerate d�un�toare. Prezint� dou� specii importante:

- Pediococcus cerevisiae; - Pediococcus pentosacens. Genul Leuconostoc cuprinde bacterii Gram (+) cu celule de form�

sferic�, ovoid� sau alungit�, dispuse sub forma unor �iraguri de m�rgele, ca

�i streptococii. Produc fermenta�ia malolactic� numai în vinuri foarte acide,

nesulfitate sau cu un con�inut redus de SO2. Principalele specii:

- Leuconostoc gracile este specia cea mai frecvent� în vinuri.

Descompune energic acidul malic �i, în m�sur� mai mic�, acidul citric.

- Leuconostoc oinos

���

�

Genul Lactobacillus grupeaz� bacterii Gram (+) �i cuprinde : - specii homofermentative: Lactobacillus acidophillus, Lactobacillus

helveticus.

- specii heterofermentative: Lactobacillus plantarum, Lactobacillus casei, Lactobacillus brevis.

7.1.2. Utilizarea microorganismelor în industria berii

În procesul de fermenta�ie a mustului de mal�, ob�inut din cariopsele

de orz sau orzoaic�, se utilizeaz� dou� tipuri diferite de levuri:

• levuri de fermenta�ie inferioar� - au proprietatea de a fermenta în condi�ii submerse, iar la final levurile se depun la baza recipientului. Ex:

Saccharomyces carlsbergensis �i Saccharomyces uvarum.

• levuri de fermenta�ie superioar� - au proprietatea de a fermenta la

suprafa�a mustului. Ex: Saccharomyces cerevisiae.

7.2. Fermenta�ia lactic�

Fermenta�ia lactic� este un fenomen cunoscut înc� din antichitate, ce a

fost explicat de L. Pasteur odat� cu descoperirea bacteriilor lactice. Acidul

lactic rezultat din aceast� fermenta�ie este un produs foarte util în medicin�, industria alimentar�, la t�b�cirea pieilor, ca mordant în industria textil� etc.

Dup� natura produ�ilor finali din fermenta�ie, bacteriile lactice (Fig. 83) pot

fi împ�r�ite în dou� grupuri:

I. Bacterii lactice homofermentative – transform� substan�ele

glucidice �i formeaz� numai acid lactic cu un randament de 90-100%. Dintre

acestea, cele mai importante sunt: Lactobacillus delbrueckii ssp.

delbrueckii, Lactobacillus delbrueckii ssp. lactis, Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactobacillus helveticus, Lactobacillus acidophilus,

Pediococcus cerevisiae, Pediococcus acidi lactici, Streptococcus lactis,

Streptococcus salivarius ssp. thermophilus etc.

II. Bacterii lactice heterofermentative – formeaz� cantit��i mici de acid

lactic �i cantit��i însemnate de acizi volatili �i CO2. Cele mai obi�nuite sunt:

����

�

Lactobacillus buchneri, Lactobacillus casei, Lactobacillus brevis Lactobacillus sake, Lactobacillus plantarum, Lactobacillus fermenti, Lactobacillus bifidum, Leuconostoc mesenterioides ssp. cremoris, Leuconostoc paracitrovorum �.a.

Pentru prepararea acidului lactic pe cale fermentativ� se folosesc, ca

materie de baz�, amidonurile, melasele, cerealele, zerul etc. Amidonul este,

în prealabil, zaharificat cu ajutorul mal�ului din s�mân�a de orz germinat� artificial. Pl�mada dulce, care con�ine maltoz� zaharificat� de mal�, se

înc�lze�te la 80 �C pentru omorârea microflorei, dup� care este îns�mân�at� cu o cultur� de bacterii termofile Lactobacillus delbrueckii ssp. delbrueckii.

Fermenta�ia dureaz� 8-10 zile, timp în care microorganismele

transform� în acid lactic pân� la 98% din zah�rul fermentat. Aceast� fermenta�ie se produce printr-un mecanism similar cu cel al fermenta�iei

alcoolice, adic� tot prin formarea ini�ial� a unei aldehide (metilglioxal),

urmat� de transformarea acesteia în acid, realizat� pe cale enzimatic� în mai

multe trepte succesive:

1. C6H6O6 � 2 CH3-CO-CHO + 2H2O

glucoz� metilglioxal

2. CH3-CO-CHO + 2H2O � 2 CH3-CHOH-COOH

metilglioxal acid lactic

Fig. 83 – Lactobacillus sp. (www.wikipedia.com)

����

�

Pentru a asigura multiplicarea mai departe a microorganismelor,

acidul lactic este neutralizat cu hidroxid de calciu pe m�sur� ce se formeaz�, dup� reac�ia :

acid lactic lactat de calciu

Produsul final este lactatul de calciu.

Dac� acidul lactic nu ar fi neutralizat, fermenta�ia s-ar opri, întrucât

bacterile lactice nu suport� aciditatea. Din lactat, acidul lactic este separat

prin ad�ugarea de H2SO4 , care precipit� calciul sub form� de CaSO4. Solu�ia

diluat� de acid lactic ob�inut� este evaporat� în vid pân� la concentra�ia de

50-80% acid lactic.

Fermenta�ia lactic� are numeroase aplica�ii practice în industria

alimentar�, la prepararea laptelui acru, a iaurtului �i kefirului, la conservarea

legumelor �i la prepararea nutre�ului însilozat.

7.2.1. Rolul microrganismelor în ob�inerea produselor lactate

Iaurtul este produsul ob�inut prin fermentarea laptelui cu o cultur� mixt� de dou� specii de bacterii lactice, Streptococcus salivarius ssp.

thermophilus �i Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus în raport de 1:1.

Rolul streptococilor �i lactobacililor la ob�inerea iaurtului const� în

acidifierea laptelui, sinteza de compu�i de arom�, dezvoltarea texturii �i a

vâscozit��ii. Bioiaurtul con�ine, pe lâng� bacteriile specifice, �i Lactobacillus

acidophillus �i Bifidobacterium bifidum. Acest produs are efect benefic

suplimentar, deoarece are efect de ameliorare a cre�terii bacteriilor, care, în

����

�

mod normal, fac parte din microbiota intestinal� �i ar putea ajuta la protec�ia

fa�� de unele boli, cum ar fi, cancerul �i bolile coronariene. Bifidobacteriile

se dezvolt� la o temperatur� optim� de 36-38oC.

Pentru fabricarea untului se poate utiliza smântân� dulce sau

fermentat�, care este sterilizat� prin pasteurizare �i, dup� r�cire, este

inoculat� cu culturi mixte de bacterii lactice, aromatizante. Dintre acestea

fac parte Lactococcus lactis ssp. cremoris, Lactococcus lactis biovar.

diacetylactis �i Leuconostoc mesenteroides ssp. cremoris, Lactococcus lactis ssp. lactis.

Pentru ob�inerea brânzeturilor se poate folosi lapte crud, în care

bacteriile lactice trebuie s� reprezinte peste 50 % din totalul microbiotei �i care se pasteurizeaz�, având grij� s� nu se produc� denaturarea proteinelor

din lapte.

Dup� r�cire, se face inocularea cu monoculturi sau culturi mixte

specifice, iar etapele tehnologice urm�resc s� dirijeze activitatea util� a

culturilor starter.

Principalele culturi de bacterii lactice folosite drept culturi de

produc�ie pentru diferite tipuri de brânzeturi în România sunt:

• brânz� proasp�t� de vaci: Lactococcus lactis, Lactococcus lactis var.

diacetylactis.

• telemea: Lactococcus lactis, Lactobacillus casei.

• ca�caval: Lactococcus lactis, Lactobacillus casei, Streptococcus salivarius ssp. thermophilus.

• �vai�er: Streptococcus salivarius ssp. thermophilus, Lactobacillus delbrueckii ssp. bulgaricus, Lactobacillus delbrueckii ssp. lactis,

Lactobacillus helveticus, Propionibacterium sp.

7.2.2. Rolul microorganismelor lactice în conservarea alimentelor murate

Una dintre aplica�iile practice importante ale fermenta�iei lactice este

conservarea alimentelor prin murare. Astfel, varza murat� se ob�ine prin

fermentarea natural� a sucului, care con�ine zah�r �i care este extras din

frunze prin ad�ugarea de sare 2-3%, proces ce se petrece în mai multe faze:

����

�

• Faza preliminar� se petrece la începutul fermenta�iei, când se

multiplic� microflora normal� de bacterii Gram pozitive cu preponderen�a

celor heterofermentative de pe suprafa�a verzei, din vas �i din ap�. Preponderent� este în aceast� faz� bacteria Leuconostoc mesenteroides, care

descompune incomplet zah�rul din varz�, cu formarea de acizi lactic �i acetic plus diferi�i esteri, care dau un gust �i o arom� particulare.

• Faza primar� sau principal� începe când cantitatea de acid din

mediu atinge 0,7%. Se dezvolt� sub influen�a bacteriilor homofermentative,

care produc mari cantit��i de acid lactic; sub influen�a acestor concentra�ii, bacteriile î�i înceteaz� ac�iunea. Fermenta�ia este terminat� de Lactobacillus brevis (specie heterofermentativ�), care produce acid lactic, alcool etilic,

metilen �i CO2 �i care este rezistent� la un pH foarte sc�zut. Întregul proces

dureaz� 7-8 zile la temperatura optim� de 21°C �i înceteaz� când cantitatea

de acid acetic a ajuns la 1,5%.

• Faza secundar� se întâlne�te când fermenta�ia nu decurge în

condi�ii normale �i unele bacterii, drojdii �i mucegaiuri produc denatur�ri �i alter�ri ale verzei murate ca înmuierea, putrezirea, b�lo�irea (acoperirea cu

un strat vâscos) �i apari�ia de pete ro�ii sau negre, înso�ite de un miros

dezagreabil.

În cazul castrave�ilor mura�i în saramur� se petrec trei tipuri de

fermenta�ii �i anume:

• fermenta�ia determinat� de Lactobacillus plantarum, din care rezult� acid

lactic cu efect prezervant;

• fermenta�ia produs� de Aerobacter sp. cu eliminarea de ap� �i CO2;

• fermenta�ia sub ac�iunea unor levuri cu formarea de CO2 �i alcool.

Microorganismele se g�sesc pe castrave�i �i în mediul ambiant �i produc fermentarea zaharurilor extrase din solu�ie de saramur� în 2-6

s�pt�mâni. Unele microorganisme provoac� alterarea castrave�ilor mura�i. Bacillus subtilis produce înmuierea, datorit� transform�rii protopectinei în

pectin� solubil�, �i Bacillus subtilis var. niger produce înnegrirea acestora.

7.2.3. Rolul microrganismelor în producerea furajelor însilozate

Însilozarea sau murarea este cel mai bun mijloc de conservare a

furajelor suculente, mai ales a celor verzi, cu p�strarea calit��ii nutritive.

����

�

Procesul se bazeaz� pe fermenta�ia lactic� în condi�ii de anaerobioz� a

zaharurilor ce intr� în constitu�ia plantelor, cu formarea de CO2, ap� �i o

cantitate variabil� de acid lactic.

Plantele destinate însiloz�rii sunt recoltate în perioada când produc cea

mai mare cantitate de mas� verde �i con�in maximum de substan�e nutritive.

Masa vegetal� este tocat� �i a�ezat� în silozuri construite special sau în

gropi, unde se p�streaz� pentru îndep�rtarea aerului.

În prima perioad�, oxigenul r�mas în spa�iile din siloz este consumat

de celulele vegetale �i este înlocuit cu CO2, care creeaz� condi�ii optime

pentru fermenta�ia anaerob�. Paralel cu acest fenomen �i mai ales pe m�sur� ce diminueaz� procesele enzimatice din celulele plantelor supuse

conserv�rii, începe dezvoltarea florei epifite, format� din Pseudomonas

fluorescens �i a unor bacterii din sol ca Bacillus subtilis, Bacilllus

megaterium, Clostridium sporangenes �i altele. Multiplicarea acestor

bacterii înceteaz� pe m�sura acumul�rii acidului lactic, produs de bacteriile

lactice, prezente �i ele în frunze.

Deoarece, la început, cantitatea natural� de acid lactic este mic�, se

adaug� în masa însilozat� culturi de Lactobacillus delbrueckii ssp.

delbrueckii �i Lactobacillus plantarum, precum �i o solu�ie de melas� 1%

pentru gr�birea fermenta�iei. În �ara noastr� exist� un biopreparat, denumit

‘Lactobacterin’, care este o cultur� de Lactobacillus plantarum. Dup� 2-3

s�pt�mâni, când reac�ia mediului a atins pH = 4,4, fermenta�ia înceteaz�. Silozul astfel ob�inut poate fi p�strat chiar pân� la 3 ani, cu condi�ia s�

fie ferit de mucegaiurile care descompun acidul lactic.

Dac� însilozarea s-a f�cut defectuos, se produce, pe lâng� fermenta�ia

lactic�, �i o fermenta�ie butiric�, �i furajele cap�t� un miros nepl�cut, fiind

refuzate de animale.

7.3. Fermenta�ia acetic�

Acest proces este, de fapt, impropriu numit fermenta�ie, deoarece

acidul acetic se ob�ine în condi�ii de aerobioz�, prin oxidarea alcoolului în

prezen�a oxigenului gazos de c�tre bacterii, apar�inând genului Acetobacter.

De�i o�etul este cunoscut din cele mai vechi timpuri, abia în 1837,

Kütying a emis ipoteza c� transformarea alcoolului în acid acetic este

����

�

produs� de microorganisme. Ulterior, în 1868, Pasteur a confirmat ipoteza �i a descris, pentru prima dat�, microorganismul Mycoderma aceti.

Dezvoltarea spontan� a bacteriilor acetice în timpul p�str�rii unor

produse alcoolizate, ca vinul sau berea, este d�un�toare, deoarece produce

o�etirea b�uturilor .

Pentru prepararea industrial� a acidului acetic se folosesc culturi de

bacterii selec�ionate, care pot produce pân� la 10% acid acetic de calitate.

Bacteriile acetice sunt microorganisme aerobe, din genul Acetobacter, care tr�iesc la suprafa�a mediilor alcoolizate, formând o pelicul� bacterian� groas� (Fig. 84).

Cele mai folosite bacterii în producerea o�etului sunt grupate în patru

categorii, func�ie de mediul din care au fost izolate:

I. Bacterii acetice izolate din pl�mad�: • Gluconobacter oxidans, izolat� din sticle de bere fermentat�; • Gluconobacter oxidans ssp. Industrium, izolat� din drojdia uscat�.

II. Bacterii acetice din bere:

• Acetobacter aceti suport� pân� la 11% alcool �i poate produce 4-6%

acid acetic;

• Acetobacter pasteurianum suport� 9,5% alcool �i produce 6,2% acid

acetic;

• Termobacterium aceti este prezent� în depozitele de bere;

• Acetobacter kutzingianum este izolat� din sake.

III. Bacteriile izolate din vin cuprind câteva specii ca:

Fig. 84 – Acetobacter aceti (www.vinegarman.com)

����

�

• Acetobacter orleanensis formeaz� un v�l sub�ire, adeseori roz, �i care

are tendin�e de a se în�l�a pe pere�ii vasului. Poate produce 9,3% acid

acetic. O�etul provenit din aceast� specie este parfumat �i limpede.

• Acetobacter ascendens este izolat� din o�etul de vin; formeaz� un voal

ce se rupe u�or;

• Acetobacter xylinum este izolat� din o�et de vin; suport� alcool �i produce 4,1% acid acetic.

IV. Bacterii acetice fermentative rapide:

• Acetobacter acetigenu se prezint� ca celule rotunde, ce nu formeaz� lan�uri �i produce numai 3% acid acetic.

• Acetobacter schützenbachii se prezint� sub form� de bastona�e de 1,6-

3,6 µm lungime x 0,3-0,4 µm grosime �i poate produce 11-14% acid

acetic.

• Acetobacter curvum produce un voal sub�ire, u�or de rupt, cu

numeroase pete albe.

Reac�ia probabil� de transformare a alcoolului în acid acetic const�, ini�ial, în dehidrogenarea alcoolului cu formare de acetaldehid�; ulterior,

acetaldehida fixeaz� o molecul� de ap�, formând hidrat de acetaldehid�, iar

prin hidrogenare rezult� acid acetic.

În o�etul produs pe cale natural� mai apar urme de diferi�i esteri, ca

acetatul de etil �i cantit��i mici de alcool, glicerin�, uleiuri volatile, care dau

aroma pl�cut� caracteristic�. Materia prim� folosit� în produc�ie este orice produs capabil s�

produc� prin fermenta�ie alcool etilic, care, ulterior, este supus fermenta�iei

acetice. Se folosesc, deci, vin, bere, sucuri de fructe, siropuri de zah�r �i materiale amidonoase hidrolizate iar calitatea produsului final este în func�ie

de compozi�ia materiei prime utilizate.

Exist� mai multe metode de preparare a o�etului:

1. Metoda francez� (orleanez� sau lent�) folose�te ca materie prim� un amestec de vin cu 4% alcool �i o�et cu 2% acid acetic. Se pune în butoaie

de 200 litri jum�tate din volum o�et �i 10-15 l vin. Dup� fiecare 7 zile, timp

de 4 s�pt�mâni, se adaug� câte 10-15 l vin. Adaosul de o�et are ca scop s� împiedice dezvoltarea microflorei normale din mediu.

Producerea o�etului are loc lent, pentru c� bacteriile vin în contact cu

aerul numai la suprafa�a luchidului; acesta face ca în o�et s� se formeze

����

�

substan�e aromatice, care dau acestuia un “buchet” aparte. Dup� 5-6

s�pt�mâni, se ajunge la concentra�ia de 5-6 % acid acetic, se recolteaz� 10-

15 litri o�et �i se adaug� o cantitate egal� de vin, dup� care procesul se

repet�. 2. Metoda german�, rapid�, folose�te un amestec de lichid format din

alcool etilic 3% �i o�et 6%, un adaos nutritiv pentru bacterii, care este

introdus în butoaie de lemn.

În vas se g�se�te talaj fin de lemn de fag, care m�re�te suprafa�a de

oxidare; se adaug� bacterii selec�ionate, ca Acetobacter orleanense,

Acetobacter schützenbachii, Acetobacter acetigenum, �i se asigur� circula�ia

aerului.

Amestecul de alcool-acid acetic este turnat pe la partea superioar� a

vasului, se filtreaz� prin stratul de talaj, unde alcoolul se oxideaz�, iar la

partea inferioar� se colecteaz� un lichid bogat în acid acetic (9%) �i aproape

lipsit de alcool. Pentru ca oxidarea s� fie complet�, acela�i lichid se trece de

trei ori prin stratul de talaj.

���

�

�

�

�

� 1. Fermenta�ia alcoolic� a mustului este realizat� de:

a) bacterii acetice

b) mucegaiuri

c) levuri

d) bacterii lactice

2. Permanentizarea levurilor se realizeaz�:

a) pe vasele de vinifica�ie

b) pe plantele de vi�� de vie

c) în sol

d) în aer

3. Specia cu putere alcooligen� cea mai mare este:

a) Candida vini

b) Kloeckera apiculata

c) Saccharomyces oviformis

d) Saccharomyces ellipsoideus

4. Putregaiul nobil al strugurilor este produs de:

a) Merulius lachrymans

b) Aspergillus niger

c) Botryotinia fuckeliana

d) Cladosporium cellare

5. Fermenta�ia malolactic� a vinului este produs� de:

a) levuri

Test de autoevaluare

�

���

�

b) bacterii lactice

c) bacterii acetice

d) mucegaiuri

Rezultate corecte:

1 - c; 2 - c; 3 - c; 4 - c; 5 - b.

����

�

BIBLIOGRAFIE SELECTIV�

Anghel I., Toma M., Voica C., Cojocaru I. – Biologia �i tehnologia drojdiilor, Vol. I - 1989, Vol. II - 1991, Vol. III -. Ed. Tehnic�, Bucure�ti, 1993

Baker H. F., Rosalind M. Ridley – Prion diseases, Ed. Humana Press,

New Jersey, USA, 1996

Baker S., Nicklin Jane, Khan N., Killington R. – Microbiology, Ed.

Taylor & Francis, Oxford, Marea Britanie, 2007

Buchanan R.E., Gibbons N.E. – Bergey’s manual of determinative Bacteriology, Ed. Wiliams, USA, 1975

Cardon Zoe G., Whitbeck Julie L. – The rhizosphere–an ecological perspective, Ed. Academic Press, San Diego, USA, 2007

Carp-C�rare M. – Microbiologie, Institutul Agronomic „Ion Ionescu

de la Brad” Ia�i, 1991

Coman I., Mare� M. – Micologie medical� aplicat�, Ed. Junimea, Ia�i, 2000

Constantinescu O. – Metode �i tehnici în micologie, Ed. Ceres,

Bucure�ti, 1974

Dan Valentina – Microbiologia produselor alimentare, Ed. Alma,

Gala�i, Vol. I, II, 1999, 2000

Delfini C. – Scienza e tecnica di microbiologia enologica, Ed. Il

Lievito, Italia, 1995 Eliade Gh., Ghinea L., tefanic Gh. - Bazele biologice ale fertilit��ii

solului, Edit. Ceres, Bucure�ti, 1983

Gaillardin C., Heslot H.– La levure, Ed. La Recherche, 188 (18) 586-

596, 1987

Graham H. Fleet– Wine microbiology and biotechnology, Ed.

Harwood Academic Publishers, Switzerland, 1993

Grodzinsky A. M.– Allelopathy in soil sickness, Ed. Scientific

Publisher (India), Jodhpur, 2006

Hatman M.– Microbiologie - lucr�ri practice, Universitatea

Agronomic� Ia�i, Centrul de multiplicare, Ia�i, 1990

����

�

Hatman M., Ulea E. – Microbiologie – Curs, Universitatea

Agronomic� Ia�i, Centrul de multiplicare, Ia�i, 1993

Hughes M.N., Poole R.K., 1989 – Metals and Micro-organisms, Ed.

Chapman & Hall, Londra, New York.

Kingsley R.S. – Introductory-Plant biology, Ed. Wm. C. Brown

Publishers, U.S.A, 1991

Kiss t., tefanic Gh., Pasca Daniela, Dr�gan-Bularde Zborovschi,

Cri�an R. - Enzimologia mediului înconjur�tor, Ed. Ceres, Vol. I - 1991,

Vol. II - 1993.

Korn R. – Microbiologia laptelui �i produselor lactate, Ed. Ceres,

Bucure�ti, 1989

Leclerc H. – Microbiologie, Ed. Doin Deren & Cie, France, pag. 341-

531, 1976

Lödder J., Kreger Van Rij N. J. W. – The yeasts, a taxonomic study,

Ed. North Holland Publishing Company, Amsterdam, 1952

Lödder J., Kreger Van Rij N. J. W. – The yeasts, a taxonomic study-second edition, Ed. North Holland Publishing Company, Amsterdam, 1970

Lwoff A., Horne R., Tournier P. – A system of viruses. Cold Spring Harb Symp Quant Biol., 27, 51-55, 1962

Madigan M. T., Martinko J. M., Parker J. – Biology of microorganisms, Ed. Prentice Hall International Inc., SUA, 1997

M�z�reanu C. – Microbiologie general�, Ed. Alma Mater, Bac�u,

1999

Mih�escu G., Gavril� L.– Biologia microorganismelor fixatoare de azot, Ed. Ceres, Bucure�ti, 1989

Murray P.R., Ellen Jo Baron, Pfaller M.A., Tenover F.C., Yolken R.H.

– Manual of Clinical Microbiology, Ed. ASM Press, USA, 1995

Pamfil D. – Microbiologie, Ed. Genesis, Cluj Napoca, 1999

Papacostea P. – Biologia solului, Ed. tiin�ific� �i Enciclopedic�, Bucure�ti, 1976

Popa I. A., Teodorescu C. t. – Microbiologia vinului, Ed. Ceres,

Bucure�ti, 1990

Priest F., Austin B. – Modern bacterial taxonomy, Ed. Chapman &

Hall, Londra, Marea Britanie, 1993

����

�

Prusiner S. B. - Prion Biology and Diseases, CSHL Press, Danvers,

USA, 2004

Ross F. C. – Introductory microbiology, Editura Charles E. Merrill

Publishing Company, USA, 1983

Schlegel H.G. – Allgemeine Mikrobiologie, Ed. Thieme, Germania,

1992

esan Tatiana Eugenia, T�nase C. – Mycobiota- Sisteme de clasificare, Ed. Universita�ii „Alexandru Ioan Cuza” Ia�i, 2006

esan Tatiana Eugenia, T�nase C. – Ciuperci anamorfe fitopatogene, Ed. Universit��ii din Bucure�ti, 2007

T�nase C. – Micologie, Ed. Universit��ii „Alexandru Ioan Cuza” Ia�i, 2002

T�nase C., esan Tatiana Eugenia – Concepte actuale în taxonomia ciupercilor, Ed. Uniersit��ii „Alexandru Ioan Cuza”, Ia�i, 2006

Tofan Clemansa – Microbiologie alimentar�, Ed. Agir, Bucure�ti, 2004

Topal� N.D. – Microbiologie general�, vol. I, II. Universitatea Al. I.

Cuza, Ia�i, 1978

Tortora G. J., Funke B. R., Case Christine – Microbiology - an introduction, Editura The Benjamin/Cummings Publishing Company, INC.,

SUA, 1992

Ulea E., Iacob Viorica, Ilis�escu Izabela – The lignicole micromycetes of cherry and plum trees from Central Area of Moldavia, USAMV Ia�i, Lucra �ri S �tiint�ifice, Seria Horticultura � , 48, 665-670, 2005

Ulea E., Ilisescu Izabela, Mocanu Aliona., Sava D. – The effect of the fertilization with Vinassa Rompak product on the biological activity of the cultivated soils, J. Central European Agr, 7, 297-300, 2006

Ulea E., Lip�a F. D. – Analysis of microbial community on mine tailings from the national park of C�limani mountain (Eastern Carpathians), Research Journal of Agricultural Science, vol. 41 (1), p. 518-

522, 2009

Ulea E., Lip�a F.D., Chiriac Irina Paraschiva, Coroi Irina Gabriela –

Effects of chlorsulfuron on soil microbial population, Universitatea de

tiin�e Agricole �i de Medicin� Veterinar� „Ion Ionescu de la Brad” Ia�i, Lucr. �t. Seria Agronomie, vol. 53(1), p. 157-161, 2010

����

�

Ulea E., Lip�a F.D., Chiriac Irina Paraschiva, Coroi Irina Gabriela –

Acetochlor influence on soil microbial communities, Universitatea de tiin�e

Agricole �i de Medicin� Veterinar� „Ion Ionescu de la Brad” Ia�i, Lucr. �t. Seria Agronomie, vol. 53(1), p. 153-157, 2010

Ungureanu Elena, Ulea E., Iacob Viorica – On the biocide properties of some products based on natural aromatic compounds. Cellulose

Chemistry and Technology, 42 (7-8), 381-386, 2008

Van Elsas J. D., Jansson Janet, Trevors J. T. – Modern soil microbiology – second edition, CRC Press, SUA, 2007

Whittaker R. H. – New concepts of kingdoms or organisms. Evolutionary relations are better represented by new classifications than by the traditional two kingdoms. Science, 163(863):150-60, 1969

Widmer F., Beffa R. – Aide-mémoire de biochimie et de biologie moléculaire, Editions Médicales Internationales, ISBN: 2- 7430-0175-5,

Fran�a, 1997

Wood M. – Soil biology. Ed. Blackie, New York, SUA, 1989

Zamfirache Maria-Magdalena, Toma C., 2000 – Simbioza în lumea vie, Ed. Univ. “Alexandru Ioan Cuza” Ia�i.

Zarnea Gh. – Tratat de microbiologie general�, Ed. Academiei

Române, Bucure�ti, Vol. I - 1983, Vol. II - 1984, Vol. III - 1986, Vol. IV -

1990,Vol. V - 1994.