Физиология роста микроорганизмов. Учебное пособие для студентов специальности 050102 – «Биология» высших учебных заведений

Хлорофилл можно экстрагировать из пурпурных бактерий метиловым или этиловым спиртом. Экстракты хлорофилла обладают характерной красной флуоресценцией и имеют типичный для этого зеленого пигмента спектр поглощения с одним отличием, а именно наличием отсутствующего у хлорофилла из зеленых растений дополнительного максимума поглощения в инфракрасной области спектра. В живой клетке хлорофилл, вероятно, находится в соединении с белками, как это имеет место и у каратиноидных пигментов. Возможно, что и те, и другие пигменты соединяются с одними и теми же белками. Этот пигментно-белковый комплекс был выделен из клеток и назван фотосинтином. Химическое строение хлорофилла пурпурных бактерий, называемого бактериохлорофиллом, было установлено в результате работ Фишера. Этот пигмент был признан истинным хлорофиллом, очень сходным, но все же идентичным хлорофиллу аиbзеленых растений. От последнего он отличается наличием ацетильной группы (СН3СО-) вместо винильной (СН2=CH-). Все пурпурные бактерии, видимо, содержат один и тот же бактериохлорофилл, тогда как зеленые бактерии имеют другой хлорофилл.

Рост, т.е. способность системы к самовоспроизведению, принадлежит к основным свойствам живого вещества.

На плотных питательных средах бактерии образуют скопления клеток – колонии, различные по размерам, форме, поверхности, окраске и т.д. На жидких средах рост бактерий характеризуется образованием пленки на поверхности питательной среды, равномерного помутнения или осадка.

5)фаза ускоренной гибели; процессы гибели преобладают над процессом размножения, так как истощаются питательные субстраты в среде. Накапливаются токсические продукты, продукты метаболизма. Этой фазы можно избежать, если использовать метод проточного культивирования: из питательной среды постоянно удаляются продукты метаболизма и восполняются питательные вещества.

Культура представляет собой совокупность особей, которое

К температуре различные микроорганизмы относятся по­разному. Большинство почвенных и водных бактерий лучше растут от 20 до 45 С-мезофилы. А спорообразующие бактерии лучше растут при температуре выше 45 С- термофильные. Термофилы обитают в горячих источниках, гейзерах Камчатки, самонагревающихся скоплениях различных органических материалов (в зерне, сене, навозе, компосте), в продуктах, прошедших тепловую обработку.

Психрофилы встречаются в полярных зонах, в северных морях, снегах Арктики, на охлажденных продуктах. Термотолерантными называют бактерии, которые могут расти в области средних температур, но могут переносить и более высокие температуры (минимум -37 С, максимум -50 С). К осмотическому давлению питательной среды большинство бактерий проявляет большую устойчивость. Многие бактерии могут расти на средах с содержанием солей от 0,1 до 10%. Всем аэробным бактериям в качестве акцептора необходим кислород. Для бактерий, которые растут в тонких слоях жидкости в присутствии воздуха, кислорода достаточно. В жидких средах при большом объеме жидкости аэробные бактерии могут расти только на поверхности. Для этого требуется аэрация, микроорганизмы способны использовать только растворенный кислород.

Для роста строго анаэробных бактерий исключается доступ кислорода воздуха. В технике применяют: прокипяченные, лишенные воздуха питательные среды, закрытые без пузырьков сосуды, применение различных веществ, поглощающих кислород и др.

7.2. Рост бактерий в статической культуре

Кривая, которая описывает зависимость логарифмов числа клеток от времени – называется кривой роста. Кривая роста имеет S­образную форму. Различают несколько фаз роста, которые сменяют друг друга в определенной последовательности.

Начальная фаза (лаг - фаза) охватывает промежуток времени между началом роста и достижением максимальной скорости роста. Продолжительность этой фазы зависит от предварительного культивирования, от возраста микроорганизма, и на сколько пригодна для роста данная питательная среда. В этот период в бактериальных

Для многих физиологических исследований представляется дать возможность клеткам длительное время находится в фазе экспоненциального роста при постоянной концентрации субстрата и неизменных прочих условиях.

Добиться того положения можно, многократно перенося клетки на новую питательную среду. Той же цели можно добиться, если в сосуд, содержащий популяцию растущих клеток, непрерывно вводить новый питательный раствор и одновременно удалять из него соответствующее количество бактериальной суспензии. Такой метод

Хемостат– это прибор для непрерывного культивирования микроорганизмов, состоящий из сосуда – культиватора (ферментера), в который поступает постоянно свежая среда. В ферментере создаются оптимальные концентрации питательных субстратов и кислорода, они нужны для роста микроорганизма.

Если истинная константа µ вследствие лимитации по субстрату оказывается меньше µ

, то скорость разбавления можно менять в широких пределах без того, чтобы это привело к снижению плотности суспензии, однако скорость разбавления не должна превышать µ

. Уже при небольших концентрациях субстрата

бактерии растут с достаточно высокой скоростью, а если концентрация субстрата С5 велика, то µ →µ

Турбидостат работает на поддержании постоянной плотности бактериальной суспензии. Фотоэлемент измеряет плотность вытекающей суспензии и автоматически изменяет проток (чем плотнее культура, тем больше подаются среды).

Хемостат состоит из сосуда-культиватора, в который из особого резервуара поступает с постоянной скоростью питательный раствор. Благодаря аэрации и механическому перемешиванию в культиваторе создаются оптимальные условия для снабжения кислородом и быстрого распределения питательных веществ. По мере поступления в сосуд питательного раствора из сосуда вытекает бактериальная суспензия.

1. Статическую культуру можно рассматривать как закрытую систему, которая в своем развитии проходит все фазы роста. Каждый из этих периодов характеризуется определенными условиями. Автоматическое регулирование в статической культуре невозможно.

Следует отметить, что строгой пропорциональности между увеличением числа бактерий и бактериологической массы нет. Это объяснятся тем, что в популяции бактерий не все клетки являются жизнеспособными – часть из них мертвые, некоторые находятся на разных этапах деструкции. Участвуя в создании бактериальной массы, такие клетки не участвуют в дальнейшем размножении бактерии.

Процесс роста начинается с фазы задержки роста или лаг-фазы. В этот период происходит интенсивная метаболическая активность бактерий, результатом которой является подготовка клетки к быстрому размножению. Фаза начинается с момента внесения бактерий в среду. Продолжительность ее зависит от возраста засеянной культуры (она более длительная при влиянии старой культуры), состава среды, температуры и других моментов.

Во второй фазе – ускоренного размножения начинается размножение бактерий. Эта фаза сравнительно короткая и переходит в следующую фазу – логарифмическую, или экспоненциальную. В течение этой фазы бактерии характеризуются наиболее высокой физиологической активностью, они весьма устойчивы к воздействию факторов внешней среды и обладают высокой иммуногенностью.

lg 2

Вот это число клеточных делений в единицу времени называют коэффициентом скорости деления (V) и определяют по формуле:

dN = µNиdX= µ X, (4)

dtdt

где N – число клетки в 1 мл; Х – масса клеток в 1мл; t–время;µ­удельнаяскорость роста.

4

Если рассматриваемый интервал времени будет равен времени генерации, то n = 2 N0, то есть количество клеток в популяции увеличилось вдвое за одну генерацию.

Подставляя все это в уравнение (5) получим:

µ=lg 2 =0,693(7)