С.Дж.Перт
.pdf
Рост колоний микроорганизмов на поверхности плотных сред |
281 |
23.3.4. Лимитация кислородом и токсичность кислорода
Установлено, что в случае колоний Е. coli увеличение пар циального давления кислорода (Ро,) от 0,21 до 0,955 атм сопро
вождалось увеличением верхнего предела концентрации глю
козы (so) [уравнение (23.9)] от 2,5 до 10,0 г/л [246]. Однако
то же самое увеличение парциального давления кислорода
приводило также к повышению и нижней пороговой концентра~
ции глюкозы (si) от 0,09 до 1,7 г/л (рис. 85). Эти результаты
можно объяснить тем, что верхние предельные концентрации глюкозы, согласно уравнению (23.9) определяются образова нием таких токсичных продуктов обмена, как спирты и органи ческие кислоты, появдяющиеся при лимитации метаболизма кислородом. Повышение пороговой концентрации глюкозы при
повышении Ро, может быть связано с |
токсичностью кисло |
рода, так как существует предположение, |
что, чем выше Ро" |
тем больше должна быть скорость диффузии глюкозы, .в резуль тате которой происходит снижение Ро, до уровня, который уже не является ингибирующим.
23.3.5. Влияние удельной скорости роста
<..: целью изучения влияния удельной скорости роста (µ)
Перт (246] изменял величину µ с помощью различных факто
ров - использованием ингибитора (сульфаниламида) или изме
нением температуры. Когда скорость роста изменялась под дей
ствием ингибитора, величина радиальной скорости роста (Kr) была прямо пропорциональна µ'!,, что отвечало модели [урав
нение (23.7)]. Однако при изменении µ под влиянием темпера
туры пропорциональность между Kr и 1,1,'l2 как nравило, отсут
ствовала; причины такого отклонения от модели не выяснены.
23.3.6. Неравномерность краевого роста
На более поздних стадиях роста бактериальной колонии,
обычно после того, как рост больше не подчиняется линейному
закону, круглая форма колонии начинает искажаться и пери
метр становится неровным. С точки зрения :Купера и др. [58],
такая неравномерность может быть связана с лимитацией роста диффузией субстрата. Если это так, то любые разраста ния колонии от какой-то точки на периметре могут быть след ствием улучшенного снабжения питательными веществами в этой точке с дальнейшим разрастанием от нее биомассы в виде
отдельной лопасти.
282 |
Глава 23 |
23.4. Экспериментальное изучение роста колонии гриба
23.4.1. Закон линейного роста
Скорости роста колоний нитчатых грибов могут быть У:Та
новлены путем измерения радиального разрастания колонии на
средах в чашках Петри или по скорости роста колоний по по
верхности агара в пробирке [326]. Для большинства целей
w
А
|
|
w |
w |
|
|
|
,...,_ |
- |
|
ВозrJ11шщ,1й |
|||
|
В;:::О |
|
|
|||
|
::.:ЗО,=Х~-4------+--t-- Ml,ЩeAUU |
|||||
|
Аеар |
|
|
_[jубинн11!fl |
||
|
|
|
|
|
мицмии |
|
|
|
|
|
|
|
|
Нижняя поеерхность |
|
|
|
|
||
|
агара |
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
|
Рис. 86. Поперечный разрез через модели колоний грибов, растущих на пи
тательном агаре и врастающих в агар.
А. Форма колонии иil rлубоком слое arapa, Б. Форма колонии на мелком слое arapa,
Пунктиром показаны внутренние rраннцы растущей единицы, т. е. растущая часть rиф
самым удобным методом является использование агаризованных сред в чашках Петри с проекционным микроскопированием при
измерении размеров колонии. Рост колоний нитчатых грибов от
личается от роста колоний одноклеточных бактерий по несколь ким важным аспектам. Поскольку грибная гифа растет, удли
няясь в верхушке, рост колонии направлен наружу от центра.
Кинетика роста колоний видов, относящихся к родам Asper-
gillus, Penicillium, Mucor, Geotrichum и другим, исследовал
Тринчи [326, 328]. Результаты этих исследований показали,
что после лаг-периода, отражающего время прорастания ино
кулированных спор, имеется короткий период экспоненциаль
ного увеличения радиуса колонии, затем скорость радиального
роста становится постоянной и остается такой неопределенное
время. У,становлено также, что скорость линейного роста, как
Рост колоний микроорганизмов на поверхности плотных сред |
283 |
правило, не зависит от глубины агара; исключение из этого
правила составляют некоторые морфологические мутанты
[329]. Следовательно, для колоний грибов время роста по ли
нейному закону не ограничено, при том что для бактериальных колоний найден вполне определенный период роста, подчиняю щийся линейному закону.
Кроме того, в отличие от бактерий мицелий грибов проникает в глубину агара, причем со скоростью, почти равной скорости
радиального разрастания колонии по поверхности агара. Вслед
ствие этого, если глубина arapa достаточна, то колония растет в форме полусферы в слоях питательного агара, лежащих ниже его поверхности (рис. 86). При этом плотность гиф уменьшает
ся в логарифмической прогрессии с глубиной проникновения
мицелия в агар.
23.4.2. Ширина зоны роста w
Этот показатель был определен Тринчи [328], который, раз
резая вдоль хорды колонии круглой формы, отрезал rифы раз
личной длины; рост колонии прослеживали путем фотографи
рования. Минимальная длина кончика гифы, обеспечивающая скорость роста, равную Kr, принималась за w. Таким образом
было установлено, что длина w растущей гифы, или «растущая
единица», зависела от вида и штамма гриба и варьировала
приблизительно от 10 мм для Neurospora crassa до 0,4 мм для Geotrichum lactis. Было также установлено, что при изменении
скорости роста под влиянием различных температур или при
воздействии ингибитора (циклоrексимида) значение w остает ся постоянным, так что Kr прямо пропорционально µ.
От каких факторов, свойственных данному штамму, за,висит
ширина ростовой зоны w, не известно, однако, по всей види
мости, на ширину w оказывает влияние частота ветвления гиф.
Так, было отмечено, что мутантный штамм Aspergillus nidulans
отличался от родительского штамма более низким значением w и более высокой способностью к ветвлению, а следовательно,
и большей плотностью гиф [13].
Тринчи [327] сравнивал скорости радиального роста шари
ков биомассы А. nidulans, погруженных в жидкую перемешивае
мую среду, со скоростью радиального роста колонии на агаре
при использовании той же самой среды. В результате было
найдено, что скорость радиального роста колонии на поверх ности приблизительно вдвое выше скорости радиального роста
погруженных в жидкую среду шариков биомассы. Эти данные
свидетельствуют о том, что ширина зоны роста погруженных
колоний (шариков) составляет около половины величины зоны
роста колоний, растущих на поверхности агара. Причина
288 |
Глапа 24 |
где µ- удельная скорость роста. Следовательно, количество каждого компонента сист~мы, если он образует постоянную часtь биомассы, будет увеличиваться с постоянной удельной
скоростью роста µ.
Взаимозависимость скоростей синтеза Х и У в двухкомпо
нентной системе (рис. 88, А) выражается уравнениями |
|
||
|
|
dX/dt = аУ |
(24.2) |
и |
|
|
(24.3) |
|
|
dY/dt =РХ, |
|
где |
Х и У - количества |
соответствующих компонентов, |
а а и |
~ - |
константы, значения |
которых зависят от условий окружаю |
|
щей среды, включая доставку диффундирующих промежуточ
ных соединений, например мРНК на рис. 89, А и аминокислот
на рис. 89, Б.
Решение уравнений (24.2) и (24.3) дает
Х=; (Ха+~ Ya)ek+½(Xa-iYa)e-kt |
(24.4) |
1 |
|
и |
|
|
(24.5) |
где а~ = k2, а Хо и Уо - количества Х и У в нулевой |
момент |
времени. Если t велико, член e-ktисчезает и отношение Х: У |
|
становится равным |
|
: =(Xa+f Ya)/(Ya+:Ха)=:, |
(24.6) |
т. е. отношение Х: У стремится к постоянному значению. Если часть системы изолировать и начать с начальных значений, для
которых Хо/Уо = а/К, то уравнения (24.4) и (24.5) редуцируют
ся в следующее:
(24.7)
Следовате-лъно, данная. моде.ль объясняет экспоненциальный
рост, а поско,льку все компоненты системы должны иметь ту
же самую удельную скорость роста, что и биомасса, отсюда
следует, что k = µ.
Найденный результат имеет общий характер в том смысле,
что применим к случаю, когда мы имеем |
п компонентов си |
|||
стемы (рис. |
88, Б), где |
dX1/dt = а1Х2, |
dX2/dt = щХз, ... , |
|
dXJ/dt = аJХн1 |
и, наконец, |
dXn/dt = ап/Х1, |
где а1, а2 и т. д. - |
|
константы. |
Для |
стационарного состояния |
можем подставить |
|
dX 1/dt = µХ1, dX2/dt = µХ2 и т. д., откуда следует, что отноше ние количества Xi к Хн1 - величина постоянная, ХJ/Хн1 = C:Xj/µ,
где
(24.S)
