Основные виды деления бактерий и факторы ограничения роста популяции

14. Рост и размножение бактерий. Кинетика размножения бактериальной популяции

Жизнедеятельность
бактерий характеризуется ростом
— фор­мированием структурно-функциональных
компонентов клетки и увеличением самой
бактериальной клетки, а
также размноже­нием
— самовоспроизведением, приводящим к
увеличению ко­личества бактериальных
клеток в популяции.

Бактерии
размножаются
путем бинарного деления пополам, реже
путем почкования. Актиномицеты, как и
грибы, могут раз­множаться спорами.

Актиномицеты, являясь ветвящимися
бактериями,
размножаются путем фрагментации
нитевидных клеток.

Грамположительные
бактерии делятся путем врастания
синтези­рующихся перегородок деления
внутрь клетки, а грамотрицательные —
путем перетяжки, в результате образования
гантелевид-ных фигур, из которых
образуются две одинаковые клетки.

Делению
клеток предшествует
репликация бактериальной хро­мосомы
по полуконсервативному типу (двуспиральная
цепь ДНК раскрывается и каждая нить
достраивается комплементарной ни­тью),
приводящая к удвоению молекул ДНК
бактериального ядра — нуклеоида.

Репликация
ДНК происходит в три этапа: инициация,
элон­гация, или рост цепи, и терминация.

Размножение
бактерий в жидкой питательной среде.
Бактерии,
засеянные в определенный, не изменяющийся
объем питатель­ной среды, размножаясь,
потребляют питательные элементы, что
приводит в дальнейшем к истощению
питательной среды и пре­кращению
роста бактерий.

Культивирование бактерий
в такой си­стеме называют периодическим
культивированием, а культуру —
периодической.

Если же условия
культивирования поддерживаются путем
непрерывной подачи свежей питательной
среды и оттока такого же объема
культуральной жидкости, то такое
культивиро­вание называется непрерывным,
а культура — непрерывной.

При
выращивании бактерий на жидкой питательной
среде наблюдается придонный, диффузный
или поверхностный (в виде пленки) рост
культуры. Рост
периодической культуры бактерий,
выращиваемых на жидкой питательной
среде, подразделяют на несколько фаз,
или периодов:

1.
лаг-фаза;

2.
фаза
логарифмического роста;

3.
фаза
стационарного роста, или максимальной
концентрации

бактерий;

4.
фаза
гибели бактерий.

Лаг-фаза
— период между по­севом бактерий и
началом размножения. Продолжительность
лаг-фазы в среднем 4—5 ч.

Бактерии при
этом увеличиваются в раз­мерах и
готовятся к делению; нарастает количество
нуклеино­вых кислот, белка и других
компонентов.

Фаза
логарифмического (экспоненциального)
роста
является периодом ин­тенсивного
деления бактерий. Продолжительность
ее около 5— 6 ч. При оптимальных условиях
роста бактерии могут делиться каждые
20—40 мин.

Во время этой фазы бактерии
наиболее ра­нимы, что объясняется
высокой чувствительностью компонен­тов
метаболизма интенсивно растущей клетки
к ингибиторам синтеза белка, нуклеиновых
кислот и др.

Затем
наступает фаза стационарного роста,
при которой количество жиз­неспособных
клеток остается без изменений, составляя
макси­мальный уровень (М-концентрация).

Ее продолжительность вы­ражается в
часах и колеблется в зависимости от
вида бактерий, их особенностей и
культивирования.

Завершает
процесс роста бактерий фаза гибели,
характеризующаяся отмиранием бак­терий
в условиях истощения источников
питательной среды и накопления в ней
продуктов метаболизма бактерий.
Продолжи­тельность ее колеблется от
10 ч до нескольких недель.

Интен­сивность
роста и размножения бактерий зависит
от многих фак­торов, в том числе
оптимального состава питательной среды,
окислительно-восстановительного
потенциала, рН, температуры и др.

Размножение
бактерий на плотной питательной среде.
Бактерии,
растущие на плотных питательных средах,
образуют изолирован­ные колонии
округлой формы с ровными или неровными
кра­ями (S-
и R-формы),
различной консистенции и цве­та,
зависящего от пигмента бактерий.

Пигменты,
растворимые в воде, диффундируют в
питатель­ную среду и окрашивают её.
Дру­гая группа пигментов нерастворима
в воде, но растворима в орга­нических
растворителях. И, нако­нец, существуют
пигменты, не растворимые ни в воде, ни
в органических соединениях.

Наиболее
распространены среди микроорганизмов
такие пиг­менты, как каротины,
ксантофиллы и меланины.

Меланины
яв­ляются нерастворимыми пигментами
черного, коричневого или красного цвета,
синтезирующимися из фенольных соединений.

Источник: https://StudFiles.net/preview/2783074/page:8/

Рост и размножение бактерий

Рост бактерий происходит в результате множества взаимосвязанных биохимических реакций, осуществляющих синтез клеточного материала, что приводит к увеличению количества всех химических компонентов. У бактерий различают индивидуальный рост бактериальной клетки и рост бактерий в популяции.

Индивидуальный рост бактерий. О нем судят по увеличению размеров отдельных особей. Скорость роста зависит от внешних условий и физиологического состояния самой клетки. При постоянных условиях рост осуществляется с постоянной скоростью.

Палочковидные бактерии растут преимущественно в направлении длинной оси, поэтому соотношение между поверхностью клетки и ее объемом при росте клеток существенно не изменяется, и это создает постоянные условия снабжения каждой части клетки питательными веществами и кислородом.

Кокки растут равномерно во всех направлениях, увеличивая размеры радиуса клетки, при этом относительная величина поверхности клетки падает, поэтому условия снабжения каждой части клетки становятся все более неблагоприятными.

Размножение бактерий.Наиболее часто бактерии размножаются путем бинарного деления, когда из одной клетки образуется две, каждая из которых вновь делится. Процессу деления всегда предшествует репликация ДНК. Существует два типа деления – деление перетяжкой (перешнуровывание) и с помощью поперечной перегородки (рисунок 1.9).

А Б

Рисунок 1.9 – Деление бактерий

А – деление перетяжкой; Б – деление поперечной перегородкой; КС – клеточная стенка; ЦМ – цитоплазматическая мембрана; Н – нуклеоид; П – перетяжка

Деление перетяжкой (констрикция) сопровождается сужением клетки в месте ее деления, и в этом процессе принимают участие все слои клеточных оболочек. Выпячивание оболочек с обеих сторон внутрь клетки все более ее сужает и, наконец, делит на две. Так делятся многие грамотрицательным бактериям.

Деление с образованием поперечной перегородки присуще грамположительным бактериям. Однако у некоторых групп бактерий отмечена смена способов деления (тионовые бактерии, микобактерии). У шаровидных бактерий может образовываться несколько поперечных перегородок (тетракокки, сарцины).

Период от деления до деления называется клеточным циклом(онтогенез бактерий).

Различают несколько типов вегетативного клеточного цикла: мономорфный – образуется только один морфологический тип клеток (например, бациллы), диморфный – два морфологических типа, полиморфный – несколько, каждый из которых характеризуется определенными и постоянными особенностями клеточного цикла (например, актиномицеты). При диморфном и полиморфном циклах различают дочерние и материнские клетки.

Почкованиеубактерий является разновидностью бинарного деления. Этот способ размножения присущ бактериям, имеющим диморфные или полиморфные клеточные циклы. Почкующимся бактериям присуща полярность клеток.

fertility –фертильность, плодовитость), обусловленные наличием полового фактора.

Бактерии характеризуются высокой скоростью размножения. Например, при благоприятных условиях кишечная палочка делится каждые 20…30 мин, за сутки из одной клетки проучится 272 (72 поколения). В условиях, исключающих гибель, такая биомасса составит 4720 т.

Скорость размножения зависит от факторов внешней среды (температура, условия питания, влажность, реакция среды и др.) и от видовых особенностей бактерий. Высокая скорость размножения бактерий обеспечивает их сохранение на Земле даже в условиях массовой гибели.

Сохранившиеся отдельные клетки размножаются и вновь дают поколение.

Рост бактерий в популяции.Популяция (фр.

population – население) – это совокупность бактерий одного вида (чистая культура) или разных видов (смешанная ассоциация), развивающихся в ограниченном пространстве (например, в питательной среде).

В бактериальной популяции постоянно происходит рост, размножение и отмирание клеток. Культивирование микроорганизмов в искусственных условиях бывает периодическим, непрерывным и синхронным.

Периодическое (стационарное) культивирование. Это культивирование происходит без притока и оттока питательной среды. Оно характеризуется классической кривой роста микроорганизмов, в которой выделяют отдельные фазы роста бактериальной популяции, отражающие общую закономерность роста и размножения клеток (рисунок 1.10).

Рисунок 1.10 – Кривая роста и развития бактериальной популяции

Лаг-фаза (англ. lag – отставание) начинается с момента посева бактерий в свежую питательную среду. Клетки адаптируются к данным условиям культивирования, растут, но не размножаются, они достигают максимальной скорости роста. Абсолютная и удельная скорость роста увеличиваются от нуля до максимально возможных значений.

Абсолютная скорость роста определяется отношением:

V = dx/dt, (1.1)

где V – прирост биомассы или числа клеток;.

х – биомасса или число клеток,

t – время.

Удельная скорость роста определяется по формуле:

µ = (dx/dt) ∙ 1/х, (1.2)

где µ – прирост биомассы е единицу времени на единицу биомассы,

х – начальная биомасса.

Продолжительность лаг-фазы зависит от биологических особенностей бактерий, возраста культуры, количества посевного материала, состава питательной среды, температуры, аэрации, рН и др. Одни бактерии обладают коротким периодом задержки роста, другие длинным.

Чем моложе культура, тем период короче. Чем состав питательной среды ближе к тому, в котором выращивали микроорганизмы, тем короче лаг-фаза.

) и внутренние (возраст культуры). Длительность фазы моет быть от нескольких минут до нескольких часов и даже дней. В этой фазе μ = 0.

Логарифмическая, или экспоненциальная, или лог-фаза, характеризуется максимальной скоростью деления бактерий. Экспоненциальный рост популяции описывается уравнением:

Х = Хо ∙ е μmax ∙ t, (1.3)

где Хи Хо – количество клеток (или биомасса) в конце и в начале опыта;

t– время опыта;

е– основание натурального логарифма;

μmax – максимальная удельная скорость роста.

В период логарифмической фазы большинство клеток является физиологически молодыми, биохимически активными, а также наиболее чувствительными к неблагоприятным факторам внешней среды. В этой фазе μ = max.

Эта фаза многостадийна, так как в начале ее бактерии растут в среде с избытком субстрата, затем концентрация его понижается, изменяется активность ферментов, возрастает содержание клеточных метаболитов.

Кроме того, на рост бактерий оказывают влияние многие факторы: видовые особенности бактерий, характер питательной среды и концентрация ее отдельных компонентов, температура культивирования.

Фаза замедленного роста. Она объединяет две фазы – фазу линейного роста(μ = const) и фазу отрицательного ускорения. Фаза характеризуется в период линейного роста постоянной скоростью прироста биомассы (числа клеток).

Затем при переходе в фазу отрицательного ускорения численность делящихся клеток уменьшается. Наступление фазы объясняется количественными изменениями состава питательной среды (потребление питательных веществ, накопление продуктов метаболизма).

Стационарная фаза характеризуется равновесием между погибающими и вновь образующимися клетками. Факторы, лимитирующие рост бактерий в предыдущей фазе, являются причиной возникновения стационарной фазы. Прироста биомассы нет (μ = 0).

В этой фазе наблюдается максимальная величина биомассы и максимальная суммарная численность клеток. Эти максимальные величины называются урожаем, или выходом.

Одним из ограничивающих факторов является максимальная концентрация клеток в единице объема питательной среды. У разных видов бактерий эта величина значительно варьирует.

В стационарной фазе клетки характеризуются несбалансированным ростом (клеточные компоненты синтезируются с различной скоростью), уменьшением интенсивности обменных процессов, более высокой устойчивостью к физическим и химическим воздействиям.

Фаза отмирания (экспоненциальной гибели клеток) характеризуется уменьшением числа живых клеток, возрастанием гетерогенности популяции (появляются клетки, не воспринимающие краситель, со слабым развитием муреинового слоя и др.). Процесс отмирания превалирует над делением (μ < 0).

Фаза выживания характеризуется наличием отдельных клеток, сохранивших в течение длительного времени жизнеспособность в условиях гибели большинства клеток популяции.

Клетки более устойчивы к неблагоприятным условиям среды.

Таким образом, при стационарном культивировании микробные клетки все время находятся в изменяющихся условиях: сначала имеются в избытке все питательные вещества, затем постепенно наступает их недостаток, затем отравление клеток продуктами метаболизма.

Влияние лимитирующих факторов на скорость роста. Для нормального роста и развития микроорганизмов среда должна содержать необходимые элементы питания, иметь соответствующую рН, температуру и т.д.

Факторы, ограничивающие рост культуры, называются лимитирующими. Характерная особенность роста популяции микроорганизмов – зависимость удельной скорости роста от концентрации субстрата.

Эта зависимость выражается уравнением Моно, представляющим собой гиперболическую функцию:

μ = μmax ∙ S/(S + KS), (1.4)

где μ – удельная скорость роста;

μmax- максимальная удельная скорость роста;

S – концентрация субстрата;

По мере потребления питательных веществ среда обогащается продуктами обмена, которые также лимитируют рост культуры. Наиболее общий случай влияния концентрации субстрата и продуктов обмена на скорость роста популяции микроорганизмов нашел отражение в модели Н.Д.Иерусалимского:

μ = μmax ∙ S/(S + KS) ∙ КР / (КР/ + Р), (1.5)

где Р – концентрация продуктов обмена;

КР- константа, численно равная такой концентрации продуктов обмена, при которой скорость роста замедляется вдвое.

Анализ этого уравнения показывает, что при условии КР >> Р, когда величиной Р можно пренебречь. скорость роста ограничена только концентрацией субстрата. Если S >> KS , то скорость роста лимитирована накоплением продуктов обмена

Непрерывное культивирование.

Если в емкость, где находится бактериальная популяция, непрерывно подавать свежую питательную среду и одновременно с такой же скоростью выводить культуральную жидкость, содержащую бактериальные клетки и продукты метаболизма, то получается непрерывное культивирование.

Хемостаты. Рост бактерий регулируется концентрацией субстрата. Поддерживая постоянную концентрацию одного из необходимых субстратов (источник азота или углерода), путем регулирования скорости протока среды, можно сбалансировать скорость роста культуры.

Скорость изменения величины биомассы клеток в хемостате равна разности между скоростью прироста биомассы и скоростью выноса ее из культиватора. Плотность популяции остается постоянной, если μ=D (удельная скорость роста равна коэффициенту разбавления), т.е.

потеря клеток в результате вымывания и прирост их в результате размножения уравновешивается.

Турбидостаты.Принцип работы основан на регулировании скорости потока среды плотностью популяции. Плотность популяции контролируется фотоэлементом, соединенным с реле, регулирующим подачу среды.

Когда плотность популяции достигает заданного уровня, реле срабатывает и в культиватор поступает свежая среде.

В результате концентрация клеток уменьшается до определенного уровня и затем автоматически отключается подача среды.

Турбидостатный контроль может быть основан на других метолах определения биомассы, либо продуктов, образующихся в процессе роста бактерий (например, рН-статный способ управления скорости потока, использование оксистата– управление скоростью потока по скорости потребления кислорода и др.).

Непрерывное культивирование микроорганизмов используется для изучения их физиологии, биохимии, генетики и др., а также широко используется в микробиологической промышленности.

Синхронное культивирование. Синхронные культуры – это культуры, в которых некоторое время все клетки делятся одновременно (синхронно) за счет одинаковой готовности к делению всех особей. Синхронизация достигается физическими и химико-биологическими методами.

Физические методы – это температурное воздействие, дифференциальное центрифугирование или дифференциальное фильтрование и др. Химико-биологические методы: вынужденное голодание бактерий, выращивание бактерий на неполноценных средах с последующим переносом их в полноценные среды.

Дата добавления: 2017-11-21; просмотров: 1503; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник: https://poznayka.org/s103845t1.html

Рост бактериальной популяции. Фазы роста

Под ростом понимают согласованное увеличение количества всех химических компонентов, формирующих клеточные структуры. Рост клеток обычно сопровождается увеличением их массы и размеров.

Однако эта закономерность наблюдается не всегда, так как в некоторых условиях клетки способны просто накапливать запасные или резервные вещества, т. е. масса может увеличиваться, но роста при этом не наблюдается.

В подходящей же среде, к которой бактерии полностью адаптированы, они находятся в состоянии сбалансированного роста. В период

сбалансированного роста удвоение биомассы сопровождается удвоением всех других учитываемых параметров популяции, например количества белка, ДНК, РНК и внутриклеточной воды.

Иными словами, культуры, растущие сбалансированно, сохраняют постоянный химический состав. В культуре, растущей сбалансированно, скорость прироста вещества клеток в любой данный момент пропорциональна числу или массе имеющихся в это время бактерий.

Коэффициент пропорциональности называют удельной скоростью роста (μ).

В лабораторных и промышленных условиях используют два основных способа культивирования микроорганизмов: периодическое (статическое) и непрерывное (проточное).

Рост бактерий в периодической культуре происходит до тех пор, пока содержание какого-нибудь из необходимых им компонентов питательной среды не достигнет минимума, после чего рост прекращается.

В клетках бактерий в этот период идут в основном процессы, связанные с приспособлением их к условиям культивирования

(составу среды, температуре, рН и т. п.). происходит быстрое увеличение количества РНК (в 8–12 раз).

деления клеток не происходит, отмечаются лишь процессы, подготавливающие клетку к размножению.

Начальная фаза размножения, или фаза ускорения роста, когда клетки начинают делиться с постепенно увеличивающейся скоростью.

Например, бактерии E. coli при 37 ºС делятся примерно каждые 20 мин, а бактерии родов Nitrosomonas и Nitrobacter –5–10 ч. Культуры бактерии E. coli вступают в стационарную фазу при концентрации клеток 2–5 . 109/мл.

Во время экспонециальной фазы все клетки в популяции имеют приблизительно одинаковый размер, содержат максимальное количество РНК, количество белка в них также максимально и постоянно. Во время экспоненциальной фазы клетки наиболее жизнеспособны и обладают

высокой биохимической активностью.

Стационарная фаза наступает тогда, когда число жизнеспособных клеток достигает максимума и не увеличивается, так как скорость размножения бактерий равна скорости их отмирания.

Клетки в стационарной фазе меньше по размеру, содержат меньше РНК, более устойчивы к различного рода воздействиям (физи-ческим и химическим), чем в экспоненциальной фазе роста культур. В этот период в клетках или в среде культивирования нередко накапливаются продукты

вторичного метаболизма (антибиотики, пигменты, бактериоцины и др.).

при исчерпании питательного субстрата голодающая популяция бактерий разделяется на две субпопуляции, одна из которых погибает и подвергается автолизу, клетки же другой популяции, используя продукты автолиза как субстрат, продолжают размножаться. Установлен механизм генетического контроля апоптоза у бактерий E. coli.

В фазе отмирания происходит экспоненциальное снижение числа живых клеток

Энтеробактерии отмирают медленно в отличие от некоторых видов бактерий рода Bacillus, скорость гибели которых происходит быстро. Причины отмирания клеток могут быть разными. Это и накопление органических кислот (Escherichia, Lactobacillus), автолиз (лизис над действием собственных ферментов), накопление антибиотиков, бактериоцинов и др.

В условиях непрерывного (проточного) культивирования в сосуд, содержащий популяцию бактерий, подается свежая питательная среда и из него одновременно удаляется часть среды с клетками микроорганизмов. Это позволяет на длительное время задержать культуру в состоянии

экспоненциального роста.

Источник: https://students-library.com/library/read/29254-rost-bakterialnoj-populacii-fazy-rosta

ПОИСК

    Рост популяции бактерий [c.31]

Рис. 2.15. Типичная кривая роста популяции бактерий.

    Идеальную модель роста популяции бактерий можно сравнить с ростом реальной популяции в закрытом сосуде, где нет внешних воздействий, например не добавляются питательные вещества (рис. 12.8).

Заметьте, что приведены две кривые, одна из которых отражает общее число бактерий, включая погибших. На практике легче всего определить именно это число (разд. 12.6.2). Второй график, наиболее интересный для изучения, отражает число жизнеспособных бактерий (разд. 12.6.1). Эта кривая имеет четыре фазы.

Первая — это лаг-фаза, в ходе которой бактерии адаптируются к новой среде обитания, и максимальная скорость роста не до- [c.51]

    В таких системах рост популяции бактерий описывается простым соотношением [c.375]

    Рост популяции. Пусть п — число индивидуумов в популяции определенного типа, такого, как бактерии. Каждый индивидуум за единичное время с вероятностью а может умереть, а с вероятностью Р — породить добавочную особь, а и Р считают фиксированными и независимыми от возраста индивидуума, иначе процесс не был бы марковским. Тогда л = ал и = Согласно (6.3.4), [c.145]

    Рост соперничающей популяции. Пусть п —число индивидуумов в популяции бактерий определенного вида.

Соперничество приводит к дополнительной смертности, и вероятность гибели особи (га—1) пропорциональна имеющемуся количеству других особей. В макро- [c.162]

    Аналогично этим задачам рассматривается задача о скорости роста популяции. Пусть р = p t) — размер популяции бактерий в мо- [c.68]

    Задача 2 ). Размер популяции бактерий в момент I (время выражено в часах) задается формулой р 1) = 3000+ 100 . Найти скорость роста популяции в момент = 5. [c.70]

    В периодической культуре условия все время меняются плотность популяции бактерий возрастает, а концентрация субстрата уменьшается. Во многих физиологических исследованиях представляется, однако, желательным, чтобы клетки могли долгое время находиться в фазе экспоненциального роста при постоянной концентрации субстрата в неизменных прочих условиях.

В какой-то мере приблизиться к такому положению можно, многократно и достаточно часто перенося клетки в новую питательную среду. Той же цели было бы, очевидно, проще достичь, если в сосуд, содержащий популяцию растущих бактерий, непрерывно вводить новый питательный раствор и одновременно удалять из него соответствующее количество бактериальной суспензии.

Именно [c.199]

    Многие металлсодержащие руды могут перерабатываться с помощью выщелачивания для извлечения из них металла, но не содержать при этом минеральных компонентов, необходимых для поддержания активной популяции бактерий, окисляющих железо и серу.

Руды других типов содержат эти компоненты, но образующиеся при их переработке растворимые соединения металлов вредны для роста бактерий. Типичным примером служат руды, содержащие уран в качестве целевого продукта.

    ТО Х.((о)—вещественнозначная функция на временной оси (или каком-то ее интервале). Такая функция X (со) называется реализацией, или выборочной траекторией, случайного процесса Xt.

Для того чтобы продемонстрировать эти понятия на примерах, рассмотрим снова эксперимент по изучению роста бактерий. Численность Xt колоний бактерий — случайный процесс.

Если экспериментатор выбирает некоторый момент времени f и определяет число бактерий в различных чашках Петри, то мы сталкиваемся с первой ситуацией, т. е. ( )—случайная величина. С другой стороны, если он выбирает случайным образом одну чашку Петри, т. е.

Таблица 2.4. Рост модельной популяции бактерий

    Рост бактерий 12.5.1. Рост популяции [c.50]

Таблица 12.2. Рост модельной популяции бактерий

    Какой вид будет иметь график роста, если пробу бактерий отобрали в начале стационарной фазы роста культуры, засеяли в свежую среду и измеряли рост популяции  [c.52]

    Рис. 2.1 (отв.). Арифметическая и логарифмическая кривые роста модельной популяции бактерий. [c.337]

    Очевидно, что значения функции g x) колеблются от 2 для генов, которые реплицируются рано, до 1 для генов, которые реплицируются очень поздно в цикле роста. Но в популяции бактерий, находящихся в стационарной фазе , или в популяции бактериальных спор, когда реплика- [c.204]

    Последняя особенность, обнаруженная при изучении клеточных культур — возможная контаминация случайными агентами, включая вирусы (переносчики персистирующих инфекций или провирусов), микоплазму, бактерии, грибки или другие микроорганизмы. Некоторые из многих типов экспериментов, которые сопровождались такими контаминациями, включают исследования ДНК- или РНК-полимераз, требований для клеточного фактора роста популяций и синтеза ДНК и РНК. [c.192]

Рис. 9.8. Кривая роста популяции бактерий (IgAf) и изменения концентрации субстрата (Сс) в аэротенке в стерильных (а) и нестерильных (б) условиях.

    B. Рост популяции бактерий, высеянных в свежую питатеяыгую среду. i — с определенным интервалом брали пробы для определения числа бактерий в 1 см среды. На кривой хорошо видны три фазы. I — лаг-фаза, II — логарифмическая фаза, Ш — стационарная фаза, 2 — бактерии на стационарной фазе роста перенесли в другой флакон на свежую питательную среду. Кривая роста г [c.91]

    Важным свойством для бактерий является способность к спорообразованию, т.к. они наиболее устойчивы к различным изменениям окружающей среды. Бактерии рода В. megaterium спорулируют при выращивании в аэробных условиях. Интенсивное спорообразование начинается в стационарной фазе роста популяции вегетативных клеток. [c.86]

    Непрерывный процесс проводят в каскаде ферментеров 4, каждый из которых отвечает за определенную стадию процесса – быстрое размножение культуры бактерий и наращивание биомассы, активное окисление спирта, замедление роста биомассы с накоплением продукта (автоингибирование), истощение популяции бактерий и их гибель. В соответствие со стадиями процесса в каждом ферментаторе поддерживаются заданные условия культивирования (концентрации спирта и кислоты, температура, степень аэрации). Подаваемый в ферментеры [c.428]

    Нитрифицирующие бактерии могут повышать потребность в кислороде при анализах по определению БПК, как показано в уравнениях (3.7) и (3.8). К счастью, рост нитрифицирующих бактерий отстает от роста микроорганизмов, осуществляющих окисление углеродсодержащих веществ.

В стоках, поступающих в очистные установки, и в воде водоемов могут быть обнаружены признаки ранней нитрификации, если проба имеет относительно высокую популяцию нитрифицирующих бактерий.

Нет ни одного стандартного метода, рекомендуемого для предотвращения нитрификации однако такие ингибирующие агенты, как тиомочевина или 2-хлор-6-трихлорметилпиридин при использовании специальной лабораторной методики можно применять для прекращения образования нитратов. [c.75]

    Размер популяции бактерий в момент t (время выражено в часах) задается формулой p t) = 10 +10 — 10 . Найти скорость роста популя- [c.101]

    Если по числу клеток определить указанным выше способом время генерации д, то получим среднее его значение.

Следует, однако, учитывать, что в популяции бактерий всегда содержится некоторое число дефектных клеток, не способных к делению поэтому у активно делящихся клеток время генерации должно буть в действительности несколько меньше.

Во многих случаях при изучении кинетики роста отдельные клетки не принимают в расчет и рассматривают растущую популяцию бактерий как автокаталитически размножающуюся систему. При этом в вычислениях исходят из плотности бактериальной суспензии.

Скорость изменения плотности такой суспензии в каждый момент времени пропорциональна самой плотности, т. е. изменение следует кинетике реакций первого порядка. В экспоненциальной фазе константа скорости роста определяется как [c.194]

Считалось, что основная функция простейших состоит в поддержании бактериальной популяции па уровне ниже насыщения, что должно обеспечивать условия для непрерывного размножения бактерий.

Указанная теория была бы справедливой, если бы внешние источники углерода постоянно присутствовали в среде на протяжении инкубационного периода и бактерии могли бы продолжать рост.

Однако более поздними исследованиями было показано, что в общем случае исходный внешний источник углерода в пробе сточной воды удаляется уже ко времени достижения плато, т. е. до роста популяции простейших [7, 12, 13].

Выполнен обзор различных аспектов, связанных с различной ролью простейших в процессах БПК [14]. Они касаются, в частности, экспериментальных данных, характеризующих потребление кислорода простейшими. Тем пе менее следует признать, что потребление кислорода вне илато, вызывается в основном заглатыванием и потреблением простейшими тех бактерий, которые получили развитие еще до зоны плато. [c.258]

    Росту популяции в ограниченном объеме (или, как это еще формулируют, насыщению замкнутого объема живыми существами) вне зависимости от вида микроорганизма (бактерии, дрожжи, грибы, водоросли, клетки животных или растений, культивируемые in vitro и даже вирусы, рост популяции которых является результатом сложного взаимодействия облигатного паразита и хозяина) соответствует примерно одна и та же S-образная (сигмоидная) кинетическая кривая, в чем можно усмотреть проявление принципа биологического эпиморфизма. S-образный тип кинетических кривых роста популяции в условиях периодического культивирования воспроизводится независимо от состава питательной среды, внешних условий и характера метаболизма микроорганизма. Этот факт имеет настолько фундаментальный характер, что переход экспоненциального роста, каза- [c.29]

    Кновел [85] яопытался описать кинетику роста популяции нитрифицирующих бактерий. Определяя время, в течение которого концентрация субстрата, переходящего в биомассу, изменяется от So до S по специально созданной программе с использованием вычислительной техники, Кновел рассчитывал значения Ks, Цтах, ((>—11 К. [c.74]

    Наблюдается хорошее соответствие теоретических кривых опытным. В качестве иллюстрации этого положения на рис. 2.60—2.62 приведены зависимости логарифмической скорости размножения от концентрации биомассы, полученные при изучении кинетики роста популяции клеток ВНК-21, метанредуцирующих бактерий и гриба Aspergillus oryzae. [c.199]

    Установлено, что в экспоненциальной фазе роста культура имеет относительно более высокую физиологическую активность, менее устойчива к воздействию внешних неблагоприятных факторов повышенной температуре, ионизирующему облучению, осмотическому давлению и т. д. [19, 45, 48, 22, 83, 104].

Кроме того, быстро размножающиеся клетки характеризуются высокой иммуногепностью [2, 15, 45, 39].

    Несколько менее распространена практика внесения в вино ингибиторов роста дрожжей (сорбата или DMD ), уничтожающих присутствующие дрожжи. Помимо вопроса о целесообразности применения химических добавок недостатком данного способа является то, что требуемая дозировка зависит от числа дрожжевых клеток.

Сорбат не эффективен относительно большинства присутствующих бактерий, и по-следующая их активность в бутылке может привести к формированию аромата герани, вызываемого 2-этокси-гекса-3,5-диеном [16].

Обычно применяемые дозировки jDMD С для подавления дрожжей (50-100 мг/л) также неэффективны относительно многих выявленных в вине бактерий [38], что требует использования свободного SOj и мембранного фильтрования.

    Позднее Н. Д. Иерусалимский усовершенствовал модель Моно введением поправочного члена, учитывающего влияние продуктов обмена на рост бактерий и потребление субстрата.

Развитием теории роста бактериальных культур были модели Герберта, учитывающие не только рост, но и отмирание культуры, а затем и Кенела, разработанные для описания роста смешанной популяции— бактерий и простейших.

Модификация модели Кенела, предложенная Л. И. Гюнтер и Б. С. Запрудским (АКХ им. [c.173]

Тогда в идеальных условргах рост бактерий теоретически должен быть экспоненциальным. Сравним эту математическую модель с кривой роста реальной популяции бактерий, изображенной на рис. 2.15. Отчетливо видны четыре фазы роста.

 [c.32]

    Следующая фаза — логарифмическая, когда бактерии растут с максимальной скоростью, число бактерий увеличивается почти экспоненциально, т. е. кривая роста представляет собой почти прямую линию. В ходе этой фазы время удвоения остается постоянным и имеет минимальное значение.

Со временем рост колонии начинает замедляться, время удвоения начинает увеличиваться, и культура входит в стационарную фазу, когда скорость роста популяции равна нулю и когда резко возрастает конкуренция за пищевые ресурсы. Образование новых клеток замедляется и затем совсем прекращается.

Любое увеличение числа клеток компенсируется одновременной гибелью других клеток, поэтому суммарная численность живых клеток остается постоянной.

Переход к этой фазе определяется действием ряда факторов истощением необходимьгх питательных веществ, накоплением токсичных продуктов распада, таких как спирт, а в случае аэробньк бактерий еще и ограничением доступа кислорода. Рост бактерий замедляется также при изменении pH. [c.52]

    Синхронность культуры поддерживается в течение двух или трех циклов деления клеток в случае более длительного периода синхронность приходится устанавливать заново с помощью описанного выше метода.

Проточное зональное центрифугирование в градиенте плотности позволяет получать большие количества инокулята для синхронизованного культивирования микроорганизмов. Оно представляется перспективным в обеспечении непрерывной синхронизации с помощью рассчитанной во времени инокуляции турбидиметрически регулируемой проточной культуры (турбидостат). На рис. 10.

    Вопрос о стабилизации полученного штамма был решен следующим способом в хромосоме штамма-продуцента локализована мутация, которую мы рассматривали выше, — это лики-мутация (частичный блок) по треониндезаминазе — первому ферменту на пути от треонина к изолейцину.

Среди многих мутаций такого типа была выбрана одна, способная обеспечивать бактерию необходимым для роста количеством изолейцина при условии, что клетка производит треонин в очень больших количествах.

Если по каким-либо причинам клетка перестает производить избыток треонина (потеря плазмиды, структурная перестройка плазмиды), то она уже не может обеспечить биосинтез нужного количества изолейцина и погибает. Как уже упоминалось, потеря плазмиды происходит с частотой около 10″ па одну генерацию. Гибель клеток в таком количестве не препятствует нормальному росту популяции.

С другой стороны, клетки Е. соИ, потерявшие плазмиду, обычно обгоняют в скорости роста плаз-мидные варианты и довольно быстро вытесняют последние из популяции. Поэтому необходимо тем или иным методом устранять возникшие бесплазмидные клетки. Дальнейшая селекция, оптимизация условий ферментации привели к созданию рекордно [c.110]

    Шмелев-Шампанов О. А., Редикульцев Ю. В., Семенов Я. В., Гурьянова С. И. Влиянпе концентрации элементов питания на скорость роста водородных бактерии.— В кн. Тезисы III Всесоюзного совещания по управляемому биосинтезу п биофизике популяций. Красноярск, 1973, с. 332- 333. [c.145]

Источник: https://www.chem21.info/info/1854488/

Основные параметры роста культур прокариот

Рост бактерий— увеличение бактериальной клетки в размерах без увеличения числа особей в популяции, а также скоординированное увеличение всех химических компонентов, формирующих клеточные культуры. Рост клеток сопровождается увеличением их массы и размеров. Однако это не обязательно, т.к.

клетки могут накапливать запасные или резервные вещества (масса увеличивается, но роста при этом не наблюдается). В подходящей среде, к которой бактерии полностью адаптированы, они находятся в состоянии сбалансированного роста.

В период сбалансированного роста удвоение биомассы сопровождается удвоением параметров популяции, например количества белка, ДНК, РНК и внутриклеточной воды. Культуры, растущие сбалансировано сохраняют постоянный химический состав.

И поэтому при сбалансированном росте легко определить скорость роста бактериальной популяции в каждый момент времени, если измерить прирост любого компонента клетки по отношению к исходному количеству этого компонента.

Где – t – это время, а N – это число клеток в единице объема.

Зная скорость роста, можно определить время генерации g (время, необходимое для удвоения числа клеток в популяции):

g =1

μ

Если рост клеток в культуре ограничен количеством внесенного в питательную среду какого-то компонента, то между начальной концентрацией внесенного в среду этого компонента и полученной биомассой клеток существует постоянная линейная зависимость (при условии ограничения роста только одним параметром). Поэтому масса клеток, образованная на единицу использованного компонента среды, представляют собой величину называемую экономическим коэффициентом или выходом биомассы – Y.

Используют два основных способа культивирования микроорганизмов: периодическое (статическое) и непрерывное (проточное).

Если на протяжении этого времени не добавлять питательных веществ и не удалять конечных продуктов метаболизма, то получим так называемую периодическую культуру (популяцию клеток в ограниченном жизненном пространстве).

Изменение численности популяции клеток при периодическом культивировании имеет определенную закономерность.

Если по оси абсцисс отложить время, а по оси ординат – логарифм числа жизнеспособных клеток, то можно построить кривую роста бактерий. Типичная кривая роста имеет S- образную форму.

1) начальную или лаг-фазу;

2) экспоненциальную или логарифмическую фазу;

3) стационарную фазу;

4) фазу отмирания.

Кривая роста бактериальной культуры:

1) лаг-фаза; 2) экспоненциальная фаза;

3) стационарная фаза; 4) фаза отмирания.

Лаг-фаза включает период от посева бактерий на свежую питательную среду до достижения ими максимальной скорости роста. В начале лаг-фазы бактерии приспосабливаются к новым условиям. В клетках идет синтез ферментов, нуклеиновых кислот, белков, активируются обменные процессы.

Клетки интенсивно растут, и размеры их заметно увеличиваются. Деления бактерий на этой стадии практически не происходит. Длительность этой фазы зависит от полноценности питательной среды и от состояния культуры микроорганизма.

Чем полноценнее питательная среда и чем моложе культура бактерий, тем короче лаг-фаза.

Экспоненциальная фаза характеризуется активным делением подавляющей массы клеток бактериальной популяции. Число клеток возрастает в геометрической прогрессии. Характеризуется постоянной максимальной скоростью или скоростью роста. Эта скорость зависит от вида бактерий. Бактерии E. coli при 370С делятся каждые 20 мин, а бактерии родов Nitrosomonas и Nitrobacter – 5-10 часов.

Во время этой фазы клетки имеют приблизительно равный размер, содержание белка в них тоже постоянно. Клетки содержат максимальное количество РНК. Клетки на этой фазе наиболее жизнеспособны и обладают высокой биохимической активностью.

Стационарная фаза наступает тогда, когда число живых клеток достигает максимума и перестает увеличиваться, так как скорость размножения бактерий равна скорости их отмирания. Так как скорость роста зависит от концентрации субстрата, то при уменьшении этой концентрации, еще до полного использования субстрата, она начинает снижаться.

Скорость роста может снижаться не только из-за нехватки субстрата, но также из-за большой плотности бактериальной популяции, из-за низкого парциального давления О2 или накопления токсичных продуктов обмена. Все эти факторы способствуют переходу к стационарной фазе. Химический состав клеток отличается от состава в экспоненциальной фазе.

Химический состав клеток зависит от фактора, ограничивающего рост. Клетки в стационарной фазе меньше по размеру, содержат меньше РНК, более устойчивы к физическим воздействиям и химическим агентам, чем в экспоненциальной фазе роста культур. В этот период в клетках и в среде нередко накапливаются продукты вторичного метаболизма (антибиотики, пигменты, бактериоцины и др.).

Продолжительность этой фазы от нескольких часов до недели в зависимости от вида микроорганизмов.

В стационарную фазу роста поведение клеток бактериальной популяции регулирует такое явление как апоптоз. Суть его сводится к тому, что при исчерпании питательного субстрата голодающая популяция разделяется на две субпопуляции, одна из которых гибнет и подвергается автолизу, а клетки другой субпопуляции, используя продукты автолиза как субстрат, продолжают размножаться.

Например, энтеробактерии отмирают медленно в отличие от некоторых видов бактерий рода Bacillus, которые отмирают быстро. Причины отмирания клеток могут быть разными. Это и накопление органических кислот (как у бактерий родов Escherichia.

Lactobacillus), автолиз (лизис под дейст­вием собственных ферментов), накопление антибиотиков, бактерио-цинов и другие причины.

Размножение бактерий— процесс, обеспечивающий увеличение числа особей в популяции.

Бактерии характеризуются высокой скоростью размножения. Бактерии размножаются поперечным бинарным делением, при котором из одной материнской клетки образуются две одинаковые дочерние. Процесс деления бактериальной клетки начинается с репликации хромосомной ДНК.

В точке прикрепления хромосомы к цитоплазматической мембране (точке-репликаторе) действует белок-инициатор, который вызывает разрыв кольца хромосомы, и далее идет деспирализация ее нитей.

Нити раскручиваются, и вторая нить прикрепляется к цитоплазматической мембране в точке-прорепликаторе, которая диаметрально противоположна точке-репликатору. За счет ДНК-полимераз по матрице каждой нити достраивается точная ее копия. Удвоение генетического материала — сигнал для удвоения числа органелл.

В мезосомах идет построение перегородки, делящей клетку пополам. Двухнитевая ДНК спирализуется, скручивается в кольцо в точке прикрепления к цитоплазматической мембране. Это является сигналом для расхождения клеток по септе. Образуются две дочерние особи. Размножение бактерий определяется временем генерации.

Это период, в течение которого осуществляется деление клетки. Продолжительность генерации зависит от вида бактерий, возраста, состава питательной среды, температуры и др.

Микробные популяции. На плотных питательных средах бактерии образуют скопления клеток — колонии, различные по размерам, форме, поверхности, окраске и т.д. (на лабораторных занятиях).

gloiós — липкое вещество, клей), слизистое образование, возникающее при склеивании бактерий, выделяющих слизь или имеющих слизистые капсулы. З. состоит из полисахаридов, иногда с примесью азотистых соединений. Характерна только для некоторых (преимущественно водных) бактерий, в частности для рода Zoogloea ramigera (отсюда название). З.

может быть пальцевидной, коралловидной, брыжеечной или иной формы. Возникновение З., по-видимому, носит приспособительный характер. Биопленки – это сообщества микроорганизмов, объединенных матриксом из выделенных ими полимеров.

Возникают только в естественных условиях на границе раздела фаз: жидкости и воздуха, жидкости и твердого тела, твердой поверхности и воздуха двух несмешивающихся жидкостей. Представители: зубная бляшка, возникающая на влажной поверхности зубов, чайный гриб, который представляет собой симбиоз уксуснокислых бактерий и дрожжей многих видов.

Источник: https://cyberpedia.su/13×18222.html