المملكة النباتية، الباب الرابع: قسم البكتريا
البكتيريا Bacteria هي نباتات ثالوسية خالية من الكلوروفيل وتعرف باسم الفطريات المنشقة . معظمها وحيد الخلية ، قريبة الشبه جدا من الطحالب الزرقاء المخضرة ، ولهذا يضعها بعض علماء تقسيم النباتات مع الفيروسات والريكتسيات ضمن قسم النباتات الأولية protophyta .
الكثير من أفراد البكتيريا ضار ، قد يحدث أمراضا للإنسان أو الحيوان أو النبات ، وقد يسبب فسادا للأطعمة . ومن أفرادها ما هو نافع ، فمنها ما يستخدم في صناعة اللبن الزبادي وبعض أنواع الجبن ، وصناعة الخل ، ومنها ما يقوم بتثبيت الأزوت الجوي .
خلايا البكتيريا صغيرة الحجم أكبر من الفيروسات والميكوبلازمات والريكتيسات ، ولكنها أصغر من الطحالب والفطريات الأخرى ، فقطر البكتيريا الكروية حوالي ميكرون واحد ، وتتراوح أطوال البكتيريا العصرية من 2 – 5 ميكرون وعرضها من 0.5 – 1 ميكرون . بعض الأنواع الخيطية تصل في الطول إلى 25 ميكرون .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
أشكال وتجمعات البكتيريا
تختلف البكتيريا في الشكل ، فمن أشكالها الكروي والعصوي والحلزوني والخيطي (شكل 31 ب – د) . قد توجد الخلايا البكتيرية منفردة . وقد تتجمع في مستعمرات فالبكتيريا قد توجد منفردة كما في ميكروكوكس Micrococcus ، وقد تتجمع في أزواج كما في بيمكوكس Pneumoroccus أو في سلاسل كما في ستربتوكوكس Streptococcus أو في أربعات كما في ميكروكوكس تتراجينس Micrococcus tetragenus أو في مكعبات كما في سارسينا Sarcina ، أو في عناقيد كما في ستافيلوكوكس Staphylococcus . البكتيريا الحلزونية منها الشكل الواوي كما في فبريو Vibrio وقد تكون طويلة متموجة أو حلزونية كما في سبيريللم Spirillum .
وقد تستطيل البكتيريا وتصبح خيطية متفرعة كما في نوكارديا Nocardia .
تركيب الخلية البكتيرية
يتركب بروتوبلاست الخلية البكتيرية من سيتوبلازم ، ومادة نووية مركزة نسبيا في جزء من الخلية تسمى بالجسم الكروماتيني chromatin body . بعض البكتيريا يوجد بداخلها خيط حلقي الشكل من DNA ويسمى بالكروموسوم البكتيري . لاتحاط المادة النووية بغلاف نووي ولايوجد معها نويات . ولايحتوي السيتوبلازم على بلاستيدات أو ميتكوندريات ، ويقوم بعملها الميسوسومات mesosomes والغشاء البلازمي . الميسوسوم يوجد في السيتوبلازم وهو كروي الشكل تقريبا ويتكون من أشغية متداخلة عديدة وهي تتكون من الغشاء البلازمي ثم تنفصل عنه . يوجد بالسيتوبلازم رييوسومات مبعثرة . أحيانا توجد الرييوسومات محمولة على أشغية بلازمية منتشرة في السيتوبلازم . تحتوي البروتوبلاست على مواد غير حية مختزنة أهمها الدهون والمركب الأزوتي فوليتين volutin . في البكتيريا التي تقوم بعملية التمثيل الضوئي قد تحمل الصبغات على أغشية مبعثرة تعرف بالأغشية التمثيلية ، وفي كروماتيم Chromatium يحتوي البروتوبلاست على حويصلات صغيرة كروية ملونة تحمل الصبغات المسئولة عن التمثيل الضوئي تعرف بحوامل الألوان chromatophores .
يكون البروتوبلاست عند محيطه الخارجي غشاء بلازمي اختياري النفاذية يحتوي على أنزيمات كثيرة منها أنزيمات التنفس .
يحاط البروتوبلاست بجدار خلوي صلب منفذ للماء والمواد الذاتية ، ويختلف عن الجدر الخلوية للنباتات الأخرى فهو يتكون أساسا من ميوكوببتيدات mucopeptides والتي هي عبارة عن مركبات معقدة وحداتها سكريات أمينية مرتبطة بروابط ببتيدية مع أحماض أمينية ، ويحتوي الجدار أيضا على مواد أخرى مثل الدهون وحمض ميوراميك muramic acid والحمض الأميني ديامينوبملك diaminopimelic acid وغيرها من الأحماض الأمينية .
تختلف نسبة وجود الدهون في الجدر الخلوية لأنواع البكتيريا ، فالبكتيريا الموجبة لصبغة جرام ، أي التي تتلون بلون بنفسجي عند صبغها بصبغة جرام تحتوي جدرها على آثار من الدهون ، بينما تحتوي جدر البكتيريا السالبة للصبغة ، وهي التي تتلون باللون الأحمر عند صبغها بصبغة جرام ، على نسبة عالية من الدهون قد تصل إلى 0.20 .
يحاط الجدار الخلوي للخلية البكتيرية أحيانا بغلاف capsule هلامي يتكون من مواد كربوايدراتية عددية التسكر أو مواد بروتينية عديدة البنتيدات ويتأثر سمك الغلاف للبكتيريا الواحدة تبعا للظروف البيئية . ويعتقد أن الغلاف يحمي البكتيريا ضد الظروف البيئية الضارة (شكل 31 أ) .
كثير من أنواع البكتيريا وخاصة العضوية منها والحلزونية يخرج منها زوائد طويلة تعرف بالأسواط flagella ، طولها عادة يكون أكثر من طول الخلية البكتيرية . ويساعد وجود الأسواط على حركة البكتيريا في السوائل . ومن الصعب مشاهدة هذه الأسواط بالميكروسكوب الضوئي إلا باستعمال صبغات خاصة . ينشأ السوط من منطقة في السيتوبلازم أسفل الجدار مباشرة تعرف بالجسم الحبيبي granular body يتكون السوط من خيطين أو ثلاثة خيوط عادة ملتفة حول بعضها حلزونيا . وتتركب أساسا من بروتين الفلاجيللين الذي يشبه بروتين الميوسين الموجود في عضلات الحيوانات الراقية .
ويختلف عدد وتوزيع الأسواط على جدار الخلية البكتيرية ، فقد تحتوي الخلية البكتيرية على سوط واحد طرفي أو تحت طرفي monotrichous أو على سوط واحد على كل من طرفي الخلية amphitrichous ، وقد تحتوي على مجموعة من الأسواط على أحد أطراف أو على طرفي الخلية lophotrichous ، وقد تكون الأسواط موزعة على سطح الخلية peritrichous (شكل 31 هـ) .
يعتقد أن الحركة بالأسواط تنتج عن انكماش وتراخي جزئيات بروتين الأسواط ، كما يحدث في ألياف عضلات الحيوان ، فينشأ عن ذلك حركة تموجية سريعة تدفع بالخلية البكتيرية .
ليست الأسواط وحدها هي المسئولة عن الحركة في البكتيريا ، ولكن قد تتحرك بعض أنواع البكتيريا حركة انزلاقية بطيئة دون وجود أسواط .
تنمو من جدر بعض أنواع البكتيريا خيوط قصيرة رفيعة لا ترى إلا بالميكروسكوب الإلكتروني وتعرف بالهديبات fimbriae ، ويعتقد أن هذه الخيوط ليس لها علاقة بالحركة ، وذلك كما في أبشريشيا كولاي Escberichia وقد ثبت أن الخلايا المذكرة في هذه البكتيريا لها هديبات بينما الخلايا المؤنثة خالية منها .
التجرثم
تكوين الجراثيم في البكتيريا ليس وسيلة للتكاثر ، إذ أن الخلية البكتيرية تتكون أو تتحول إلى جرثومة واحدة ، والجرثومة عند نشاطها تتحول ثانية إلى خلية بكتيرية واحدة . فالجراثيم البكتيرية هي وسيلة لمقاومة ظروف بيئية غير مناسبة ، يحدث التجرثم في البيئات الصناعية ولايحدث في الأنسجة الحية . يبدأ التجرثم بتكوين حبيبات داخل الخلية تكبر في الحجم متحولة إلى جرثومة واحدة كروية أو بيضاوية ، داخلية ذات جدار سميك ، تصبغ بصعوبة (شكل 31 و) . بعد فترة من تكون الجرثومة تموت الخلية البكتيرية وتتحلل وتصبح الجرثومة حرة . تتحمل الجرثومة الجفاف والحرارة ومواد التعقيم والظروف الغذائية السيئة . وعند تحسن الظروف البيئية تنبت الجرثومة معطية خلية بكتيرية واحدة .
التغذية في البكتيريا
تختلف البكتيريا عن النباتات الخضراء في عدم احتوائها على الكلوروفيل وبالتالي في عدم قدرتها على القيام بعملية التمثيل الضوئي ، إلا أنه في بعض الأنواع التي تعرف بالبكتيريا الحمراء أو الأرجوانية فإنها تحتوي على صبغتين أحدهما شبيهة بالكلوروفيل النباتي وتعرف بالكلوروفيل البكتيري bacteriochlorophyll والثانية تعرف بصبغة الأرجواني البكتيري bacteriopurpurin وهاتين الصبغتين تمكن البكتيريا المحتوية عليها من القيام بالتمثيل الضوئي . أما البكتيريا الخضراء فإنها تحتوي على الكلوروفيل البكتيري أساسا ، وهي أيضا تقوم بعملية التمثيل الضوئي .
معظم أنواع البكتيريا غير ذاتية التغذية heteroptrophes ، أي أنها لا تستطيع تكوين مواد عضوية معقدة من مواد بسيطة مثل CO2 والماء ولا بد أن يحتوي غذاؤها على مصدر عضوي غني بالطاقة مثل السكريات ، وبذلك فإن هذه البكتيريا تحصل على احتياجاتها من الطاقة من المادة العضوية لكائنات ميتة أو من مواد عضوية متحللة وتعرف البكتيريا في هذه الحالة بالرميات saprophytes ، وتسمى الحالة بالترمم saprophytism وقد تحصل البكتيريا على ما تحتاجه من مواد عضوية من كائنات حية ، في هذه الحالة تعرف البكتيريا بأنها طفيليات parasites وتسمى الحالة بالتطفل parasitism .
بعض أنواع البكتيريا ذاتية التغذية ، فهي تحصل على الطاقة اللازمة لها من ضوء الشمس أو من أكسدة بعض مواد غير عضوية توجد في الوسط الذي تعيش وتسمى البكتيريا في الحالة الأولى بأنها ذاتية التغذية ضوئيا photoantetrophes وذلك كما في البكتيريا كروماتيم Chromatium ، كما تسمى بالبكتيريا التي تأخذ طاقتها من أكسدة مواد غير عضوية بأنها ذاتية التغذية كيمياويا chemoaatotrophes كما في بكتيريا الكبريت غير الملونة وبكتيريا الحديد وبكتيريا التأزت .
تحصل بكتيريا الكبريت غير الملونة على الطاقة اللازمة لها من أكسدة كبريتور الأيدروجين إلى كبريت ثم إلى حمض كبريتيك كما يأتي :
2H2S + O2 2S + 2H2O + 65000 Ca
2S + 2H2O + 302 2H2SO4 + 284000 Ca
وتحصل بكتيريا الحديد على الطاقة اللازمة لها من أكسدة أملاح الحديدوز إلى أملاح حديديك ، كما يأتي :
4 Fe CO3 + O2 + 6H2O 4 Fe (OH)3 + 4 CO2 + 81000 Ca
النمو والتكاثر في البكتيريا
تتكاثر البكتيريا لاجنسيا بالإنقسام المباشر (الإنفلاق) حيث يظهر جدار عرضي فاصل يبدأ من الحافة ويمتد لمركز الخلية ، مؤديا إلى تكوين خليتين جديدتين . تنمو كل من الخليتين حتى يصلان إلى الحجم الأصلي ثم تعيد الخلايا الجديدة الإنقسام . سرعة النمو والإنقسام في الخلايا البكتيرية كبيرة تحت الظروف الملائمة . فيمكن أن يحدث النمو والإنقسام في بعض أنواع البكتيريا مرة كل نصف ساعة ، منتجا بذلك أعداد كبيرة منها في زمن قصير . في البكتيريا التي لها كروموسوم حلقي يحدث تضاعف للكروموسوم ويبدأ من نقطة معينة (شكل 32) ، ثم ينفصل الكروموسومان أثناء الإنقسام الذي يستغرق حدوثه ساعة (شكل 33) .
التكاثر الجنسي نادر الحدوث في البكتيريا ، ويحدث في بعض الأنواع مثل ايشيريشيا كولاي E. coli ، حيث وجد أن لها سلالتين تختلفان جنسيا وكل منها تتكاثر لاجنسيا بالإنقسام المباشر . وقد وجد أنه إذا وضعت السلالتان معا فإنه يحدث بين أفرادهما تكاثر جنسي ، فعند اقتراب خليتان مختلفتان جنسيا من بعضهما ، تتكون قنطرة تزاوج سيتوبلازمية تصل ما بين الخليتين . وعادة ينتقل جزء من مركب دي اكسي رييوز النووي DNA ، من أحد الخليتين وهي الخلية الواهبة donor إلى الخلية الأخرى وهي الخلية المستقبلة acceptor (شكل 31 ز ، 34) . تموت الخلية الواهبة ، وتتحول الخلية المستقبلة إلى الزيجوت zygote . يلي ذلك حدوث انقسام شبيه بالإنقسام الإختزالي ، غير معروف طريقة حدوثه بالضبط منتجا خلايا بكتيرية جديدة تحمل عادة صفات خليطة من كل من الخليتين الأميتين ، ويلاحظ أن أحد السلالتين المتزاوجتين خلاياها دائما واهبة وعلهيا هديبات وأن السلالة الأخرى خلاياها دائما مستقبلة وعديمة الهديبات .
من أنواع البكتيريا ذات الأهمية الإقتصادية من الناحية الزراعية بكتيريا التأزت وبكتيريا العقد الجذرية .
بكتيريا التأزت
توجد بكتيريا التأزت في التربة ، وهي بكتيريا تحصل على الطاقة اللازمة لها من أكسدة مركبات آزوتية غير عضوية ويتم على خطوتين .
الخطوة الأولى تقوم بها البكتيريا نتيروزوموناس Nitrosomonas التي تؤكسد الأمونيا إلى حمض نيتروز .
2NH3 + 302 2HNO2 + 2H2O + 79000 Ca
والخطوة الثانية تقوم بها البكتيريا نيتروباكتر Nitrobacter التي تؤكسد حمض النيتروز إلى حمض نيتريك .
2HNO2 + O2 2 HNO3 + 32000 Ca
بكتيريا العقد الجذرية
هي بكتيريا تتبع الجنس ريزوبيم Rhizobium ، تعيش معيشة تعاونية في جذور بعض النباتات الزهرية وخاصة التابعة للعائلة البقولية . تعيش البكتيريا في قشرة جذور النبات الزهري بعد أن تدخله فتنبه خلايا جذور النبات إلى سرعة الإنقسام وزيادة النمو في الحجم مؤدية إلى ظهور التعقد في الجذر .
تحصل الكبتيريا على الغذاء اللازم لنموها وخاصة المواد الكربوايدراتية من النبات الزهري ، وتثبت البكتيريا الآزوت الجوي وتحوله إلى مركبات أزوتية تنتقل عن طريق الأنسجة الوعائية للنبات ، والذي يستفيد بها . وتعرف هذه المعيشة بين البكتيريا والنبات الزهري بالمعيشة التعاونية أو تبادل المنفعة symbiosis .