Микробиология

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

Сибирский федеральный университет

С. В. Прудникова
Е. Н. Афанасова
Н. И. Сарматова

МИКРОБИОЛОГИЯ

Учебное пособие

Красноярск

СФУ
2021

УДК 579(07)
ББК 28.4я73

П85

Рецензенты: 

И. Д. Гродницкая, доктор биологических наук, заведующая лабо
раторией микробиологии и экологической биотехнологии Института 
леса им. В. Н. Сукачева Сибирского отделения Российской академии 
наук;

И. Н. Безкоровайная, доктор биологических наук, профессор, за
ведующая кафедрой экологии и природопользования Института экологии и географии Сибирского федерального университета

Прудникова, С. В.

П85
Микробиология : учеб. пособие / С. В. Прудникова, Е. Н. Афанасова, 
Н. И. Сарматова. – Красноярск : Сиб. федер. ун-т, 2021. – 120 с.

ISBN 978-5-7638-4492-4

Приведены правила работы с микроорганизмами в лаборатории, представле
ны методы микроскопического исследования морфологии и цитологии прокариотных и эукариотных микроорганизмов, сведения об основных таксономических 
группах микроорганизмов. К каждой теме даны практические задания и вопросы 
для самопроверки.

Предназначено для студентов направления 06.03.01 «Биология», а также мо
жет быть полезно студентам биологических специальностей, изучающим микробиологию и микроорганизмы.

УДК 579(07)
ББК 28.4я73

Электронный вариант издания см.: 
http:/catalog.sfu-kras.ru

© Сибирский федеральный

ISBN 978-5-7638-4492-4
университет, 2021

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................................................5
1. Правила поведения и работы в микробиологической лаборатории. 
Микроскопические методы исследования микроорганизмов .......................................7

1.1. Техника безопасности при работе  
в микробиологической лаборатории ..........................................................................................7
1.2. Микроскопические методы  исследования микроорганизмов.......................9

2. Правила работы с микроорганизмами. приготовление прижизненных  
и постоянных препаратов.......................................................................................................................18

2.1. Техника приготовления  препаратов микроорганизмов...................................18
2.2. Изучение морфологии бактерий  на окрашенных препаратах.....................22

3. Сложные методы окраски  микроорганизмов. Окраска по Граму......................26

3.1. Применение сложных методов  окраски микроорганизмов ..........................26
3.2. Техника проведения окраски по Граму ........................................................................27

4. Грамотрицательные  аэробные палочки. Характеристика семейств 
Pseudomonadaceae и Асеtobacteraceae..........................................................................................30

4.1. Характеристика семейства Pseudomonadaceae .......................................................30
4.2. Характеристика семейства Acetobacteraceae............................................................32

5. Свободноживущие и симбиотические азотфиксаторы. Характеристика  
родов Azotobacter и Rhizobium............................................................................................................37

5.1. Процесс фиксации азота ..........................................................................................................37
5.2. Характеристика рода Azotobacter......................................................................................38
5.3. Характеристика рода Rhizobium.........................................................................................39

6. Хемолитоавтотрофные бактерии ................................................................................................43

6.1. Особенности метаболизма хемолитоавтотрофов ..................................................43
6.2. Бесцветные сероокисляющие бактерии........................................................................44
6.3. Железо- и марганец-окисляющие бактерии ..............................................................45
6.4. Нитрифицирующие бактерии ..............................................................................................46

7. Грамположительные кокки .............................................................................................................52

7.1. Основные сведения......................................................................................................................52
7.2. Аэробные кокки .............................................................................................................................52
7.3. Факультативно анаэробные кокки....................................................................................54
7.4. Облигатно анаэробные кокки ..............................................................................................57

8. Молочнокислые бактерии. Характеристика семейства Lactobacillaceae ......59

8.1. Микрофлора молочнокислых продуктов.....................................................................59
8.2. Характеристика семейства Lactobacillaceae .............................................................61

9. Аэробные палочки, образующие эндоспоры. 
Характеристика рода Bacillus. Методы окраски спор .......................................................63

9.1. Образование эндоспор прокариотами ...........................................................................63
9.2. Характеристика рода Bacillus ..............................................................................................64
9.3. Использование терморезистентности спор  для получения 
накопительной культуры  бактерий рода Bacillus ..........................................................68

10. Бактерии, осуществляющие маслянокислое брожение. 
Характеристика рода Clostridium.  Окраска гранулезы....................................................71

10.1. Маслянокислое брожение....................................................................................................71
10.2. Маслянокислые бактерии ....................................................................................................72
10.3. Получение накопительной культуры  маслянокислых клостридий......75

11. Класс Actinobacteria...........................................................................................................................78

11.1. Общая характеристика актинобактерий....................................................................78
11.2. Характеристика некоторых представителей  класса Actinobacteria......79

12. Характеристика эукариотных микроорганизмов. Мицелиальные грибы...86

12.1. Общая характеристика грибов..........................................................................................86
12.2. Морфология и физиология грибов................................................................................88
12.3. Классификация грибов...........................................................................................................90

12.3.1. Характеристика царства Protozoa ........................................................................90
12.3.2. Характеристика царства Chromista .....................................................................90
12.3.3. Характеристика царства Fungi ...............................................................................91
12.3.4. Характеристика митоспоровых грибов............................................................97

13. Характеристика эукариотных  микроорганизмов. Дрожжевые грибы .......105

13.1. Мицелиально-дрожжевой диморфизм......................................................................105
13.2. Морфология и физиология дрожжевых грибов.................................................106
13.3. Систематика дрожжевых грибов ..................................................................................108
13.4. Техника микроскопирования дрожжевых грибов............................................110

14. Фотосинтезирующие микроорганизмы .............................................................................113

14.1. Фотосинтез....................................................................................................................................113
14.2. Пурпурные бактерии .............................................................................................................113
14.3. Зеленые бактерии.....................................................................................................................114
14.4. Цианобактерии...........................................................................................................................115

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК..........................................................................................119

ВВЕДЕНИЕ

Микроорганизмы являются жизненно важными для эволюции на Зем
ле. В качестве основных компонентов пищевых цепей они играют решающую роль в биогеохимических циклах планеты, что подтверждается, например, круговоротами серы и азота. Процессы разложения отмерших растений 
и животных, осуществляемые гетеротрофными микроорганизмами, необходимы для жизни, поскольку в результате данных явлений высвобождаются
биогенные элементы, без которых невозможно ее продолжение. 

Микроорганизмы не только выступают первичными продуцентами, 

но и доминируют в биогеохимических циклах во всех экстремальных условиях обитания, адаптируясь к ним. Они могут служить в качестве ранних 
систем предупреждения в биомониторинге, быть полезны для оценки изменений климата и воздействия загрязнений на экосистемы и их компоненты. 
Понимание роли и функций популяций микроорганизмов в экосистемах 
очень важно, так как они реагируют на любые нарушения естественной 
среды обитания уменьшением или увеличением численности той или иной 
группы, изменением структуры популяции. Микроорганизмы имеют 
огромное функциональное разнообразие и составляют главный генетический источник для нейтрализации изменений и стрессовых воздействий 
в экосистемах. Быстро приспосабливаясь к изменяющимся условиям, они 
обеспечивают стабильность природных экосистем. Роль микроорганизмов 
для функционирования и сохранения экосистем и биосферы Земли исключительно важна. Кроме того, микроорганизмы являются главным источником биологически активных веществ, которые могут быть полезны и используются человеком.

Издание составлено с использованием теоретического материала, 

представленного в учебном пособии «Микробиология. Руководство для работ по малому практикуму»1. 

Учебное пособие предназначено для студентов направления и специ
альности «Биология» и составлено в соответствии с действующей программой курса «Микробиология и вирусология», читаемого в Институте фундаментальной биологии и биотехнологии Сибирского федерального университета. Лабораторные задания, представленные в издании, дополняют 
теоретический курс, позволяют лучше усвоить его, знакомят с фактическим 
материалом. 

1 Микробиология. Руководство для работ по малому практикуму / сост. : С. В. Пруднико
ва, В. М. Гукасян, Н. И. Сарматова ; Краснояр. гос. ун-т. – Красноярск, 2004. 

Задачами учебного пособия являются:

 ознакомление студентов с устройством микробиологической лабора
тории, порядком проведения работы в соответствии с требованиями 
безопасности и охраны труда;

 овладение микроскопическими методами наблюдения и изучения 

морфологических признаков микроорганизмов, необходимых для их 
идентификации;

 формирование представлений о разнообразии микроорганизмов, их 

роли в становлении биосферы и ее стабильности;

 формирование представлений об основах экологии микроорганизмов, 

их взаимоотношениях между собой, с представителями растительного 
и животного мира, а также с человеческим организмом.
Каждая глава включает теоретический материал, практическое задание, 

план проведения работы, а также вопросы для самопроверки. В заключение
работы приведен библиографический список.

Пособие может быть полезно студентам всех биологических специаль
ностей, изучающих микробиологию и микроорганизмы.

1. ПРАВИЛА ПОВЕДЕНИЯ 

И РАБОТЫ В МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ 

ЛАБОРАТОРИИ. МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ 

ИССЛЕДОВАНИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

1.1. Техника безопасности при работе 
в микробиологической лаборатории

В состав микробиологической лаборатории входят:

 лабораторные комнаты для проведения занятий;
 стерилизационная, где установлены автоклав и другие стерилизацион
ные аппараты;

 моечная для мытья и обработки лабораторной посуды;
 застекленный бокс или ламинарный шкаф для проведения работ, тре
бующих абсолютной стерильности (для пересева чистых культур, посевов). В нем установлена бактерицидная лампа.
За студентом в лаборатории закрепляют постоянное место и оборудо
вание. На рабочем месте не должно быть ничего лишнего. Оборудование, 
которое требуется по тематике занятия, устанавливают на длительное время. 
Таким оборудованием являются: микроскоп, набор красителей, бактериологические петли и иглы, стеклянные палочки, градуированные и неградуированные (пастеровские) пипетки, предметные стекла, покровные стекла, стеклянный мостик для окраски препаратов, стакан с водой, хлопчатобумажная
салфетка, иммерсионное масло, фильтровальная бумага, спички.

Исправность оборудования проверяет лаборант перед каждым заняти
ем, добавляет все необходимое, что требуется для изучения данной темы.

При работе в микробиологической лаборатории необходимо соблю
дать правила, которые обеспечивают стерильность и предупреждают возможность возникновения внутрилабораторных заражений.

Перед началом работы:

 наденьте халат и косынку или колпак, сменную обувь, вымойте руки;
 проверьте рабочее место, комплектность оборудования и его исправ
ность, наличие этикеток на флаконах с жидкостями;

 о недостатках, обнаруженных на рабочем месте, сообщите преподавателю.

Во время работы:

 работая с накопительными культурами гетеротрофных микроорганиз
мов, помните, что в них может содержаться примесь патогенных форм;

 перед тем как открыть пробирку, колбу, чашку с культурой, фламби
руйте в пламени спиртовки пробирку (край чашки);

 прежде чем зажечь спиртовку, подтяните фитиль и выпустите скопив
шиеся пары спирта. При гашении спиртовки не дуйте на пламя, 
а накройте его колпачком. Категорически запрещается зажигать спиртовку от пламени другой спиртовки;

 в случае взрыва паров спирта в спиртовке и выброса фитиля спиртовку 

(если она опрокинута) накройте колпачком, пламя погасите специальной салфеткой;

 содержите в порядке рабочее место, уберите лишнюю посуду и другие 

предметы, которыми в данный момент не пользуетесь;

 бактериологическую петлю, скальпель, пинцет после каждого сопри
косновения с культурами прожигайте в пламени спиртовки. Запрещается в процессе работы класть в карман халата или на стол пробирки
с культурами, их нужно оставлять в стакане или ставить в штатив;

 при расплавлении агаризованных питательных сред пользуйтесь водя
ной баней, предварительно ослабив пробки в колбах. Кипячение растворов на электроплитке производите на асбестовых прокладках 
в термостойких колбах. Нагревание жидкостей в пробирках на спиртовке производится с помощью держателя. Держите пробирку под углом 45° горлышком в сторону от себя;

 при работе с электроприборами не отключайте прибор мокрыми рука
ми. В случае неисправности прибора (нагревание, искрение, замыкание) его необходимо тотчас же обесточить и сообщить о случившемся 
преподавателю;

 по окончании микробиологических работ руки дезинфицируйте и мой
те с мылом.
По окончании работы следует:

 убрать с рабочего стола все предметы кроме комплекса;
 отработанный микробный материал сложить в дезинфицирующую 

жидкость;

 обесточить приборы.

В лаборатории запрещается:

 принимать пищу, курить, хранить продукты питания;
 протирать сырой тряпкой включенные приборы;
 работать с потрескавшейся стеклянной посудой. 
 работать с живыми патогенными для человека микроорганизмами.

1.2. Микроскопические методы 
исследования микроорганизмов

Микроскопические исследования проводить относительно легко 

и интересно, а их результаты отличаются четкостью. Для решения основных научно-практических вопросов микробиологическая лаборатория 
должна быть оснащена микроскопами по крайней мере четырех различных типов: обычным световым микроскопом; микроскопом, приспособленным для микрофотографирования; фазово-контрастным и люминесцентным. 

Микроскоп – оптический прибор для получения сильно увеличенных 

изображений объектов (или деталей их структуры), невидимых невооруженным глазом. Человеческий глаз представляет собой естественную 
оптическую систему, характеризующуюся определенным разрешением, 
т. е. наименьшим расстоянием между элементами наблюдаемого объекта 
(воспринимаемыми как точки или линии), при котором они еще могут 
быть отличены один от другого. 

Для нормального глаза при удалении от объекта на расстояние 

наилучшего видения (D = 250 мм) минимальное разрешение составляет 
примерно 0,08 мм (а у многих людей – около 0,20 мм). Размеры 
микроорганизмов значительно меньше этой величины. Микроскоп дает 
возможность различать структуры с расстоянием между элементами 
до 0,20 мкм.

Для микробиологических исследований используют несколько типов 

микроскопов (биологический, люминесцентный, электронный) и специальные методы микроскопии (фазово-контрастный, темнопольный).

Световая микроскопия. Световой микроскоп – сложный оптический 

прибор, предназначенный для изучения в сильно увеличенном изображении 
мельчайших предметов, организмов и структур тканей, невидимых невооруженным глазом (рис. 1). 

Современный микроскоп называется световым, так как он обеспечива
ет возможность изучать объект в проходящем свете в светлом и темном поле 
зрения, проводить фазово-контрастную, люминесцентную и другие виды 
микроскопии.

Конструкции микроскопов, выпускаемых в настоящее время, различ
ны, но принцип их устройства одинаков. В микроскопе различают две основные части: механическую часть, обеспечивающую перемещение оптической системы и наблюдаемого предмета, и оптическую систему с осветительным устройством, создающую изображение.

Рис. 1. Микроскоп AxioStar (Carl Zeiss)

Механическими частями прибора являются:
1) штатив;
2) тубусодержатель;
3) устройство для макро- и микронаводки;
4) тубус;
5) револьвер объектива;
6) предметный столик и прочее.
Оптическая часть микроскопа включает:
1) объектив;
2) окуляры;
3) осветительное устройство.
Объективы. Основная оптическая часть любого микроскопа – объек
тив. Он состоит из сложной центрированной системы линз, дающей возможность получить правильное, увеличенное, обратное изображение предмета. 
Передняя линза объектива (сферическая или полусферическая), производящая увеличение изображения, называется фронтальной. Лежащие за ней 
линзы – коррекционные – исправляют изображение, устраняя недостатки –
артефакты (аберрации), создаваемые фронтальной линзой. 

Фокусное расстояние линзы для лучей разной длины волны различно. 

Поэтому при использование немонохроматического света формируемое линзой изображение предмета имеет окрашенные края. Подобный феномен известен как хроматическая аберрация; ее устраняют ахроматические и апохроматические объективы. Различие оптических свойств центральной и периферической частей сферической линзы обусловливает сферические аберрации; их устраняют апохроматические объективы. В настоящее время для 
устранения этого недостатка применяют специальные объективы – плана