Секрет долголетия ночницы.

Биологи уже давно считают, что продолжительность жизни животного определяется очень просто: чем оно больше, тем дольше живет.

Характер роста периодической культуры

Материалы по биологии и химии / Кинетика микробного роста в природных экосистемах / Характер роста периодической культуры

Страница 1

Культуры называют периодическими, когда при росте в жидких средах в закрытых сосудах определенного объема микроорганизмы находятся в закрытой системе. Понятие микробный рост означает увеличение числа клеток микроорганизма. Под ростом отдельной бактериальной клетки понимают увеличение ее длины и последующее деление на две дочерние клетки (бинарное деление). У почкующихся бактерий возрастание числа клеток может также происходить в результате почкования. Дочерние клетки имеют те же размеры и состав, что и материнские. Когда время удвоения числа клеток остается постоянным, культура находится в экспоненциальной фазе роста (неверно называемой также логарифмической, или лог-фазой, по соображениям удобства построения графика роста в полулогарифмической шкале).

Удельная скорость роста определяется ферментативными возможностями данного вида бактерий, составом среды и всеми биофизическими факторами, влияющими на скорость роста. Как следствие, удельная скорость роста изменяется по экспоненциальному закону.

Исчерпание питательных веществ и накопление продуктов обмена до токсической концентрации приводят к постепенной остановке роста и переходу культуры в стационарную фазу, за которой следует фаза отмирания. Обычно причинами гибели - лизиса клеток в культуре становятся их энергетическое истощение и действие ферментов автолиза. Клетки некоторых бактерий не погибают после прекращения роста, благодаря тому что образуют споры или цисты, способны переживать неблагоприятные условия. В стационарной фазе происходит сложная адаптация клеток к условиям голодания и переживания и возможен скрытый рост выживших клеток на остатках лизированных клеток). Скорость роста в начальной стадии низка, поскольку в это время происходит адаптация клеток посевного материала к новым условиям.

Длительность этой фазы, называемой лаг-фазой или фазой задержки роста, зависит от количества клеток и возраста культуры, служившей посевным материалом, а также от различий в составе старой и новой сред. За это время клетки переходят из состояния адаптации к стационарной фазе роста культуры (часто именно такие, старые культуры используют для засева сред) в состояние активного роста. Длительность лаг-фазы увеличивается, если посевной материал был выращен на более богатой среде. При засеве материалом, взятым из культуры в экспоненциальной фазе роста, при одинаковом составе сред рост начинается без лаг-фазы.

В определенных условиях наблюдается не экспоненциальный, а линейный рост - если лимитирующий субстрат поступает в среду с постоянной скоростью, например добавляется в виде раствора по каплям или, в случае газа (такого, как О2), проникает в среду путем диффузии. Линейный рост может быть также обусловлен недостатком того или иного фермента, например при исчерпании его кофактора.

Микробные культуры используются во многих биотехнологических процессах в качестве биокатализаторов. Требуемый продукт они синтезируют чаще всего в стационарной фазе роста, поэтому вначале их выращивают отдельно в оптимальных для роста условиях (трофофаза) и затем переносят в «неростовые» условия, обеспечивающие синтез продукта, необходимого для данного технологического процесса (идиофаза).

Типичная кривая роста, построенная в полулогарифмической шкале, приведена на рис. 1.

В периодической лабораторной культуре в течение короткого времени субстраты присутствуют в этом случае в среде в нелимитирующей концентрации; в природе же такие условия скорее редкое исключение, чем правило. Микробный рост в природе происходит в условиях, которые можно сравнить с концом фазы экспоненциального роста, когда количество субстратов становится лимитирующим и затем недостаточным для поддержания роста. Рост в таких условиях ограничен концентрацией субстрата, а не количеством клеточной массы.

Рис. 1 - Типичная кривая роста периодической культуры, построенная в полулогарифмической шкале: зависимость логарифма числа клеток от времени (величина инокулята 1%). Для сравнения приведена теоретическая кривая экспоненциального роста

Кривая экспоненциального роста должна быть скорректирована введением понятия емкости с преобразованием в «логистическую» кривую роста.