Зростання і розмноження мікроорганізмів

Складні процеси метаболізму, що відбуваються в клітині, відображаються такими явищами, як зростання і розмноження мікроорганізмів.
Термін «зростання» означає збільшення маси клітин мікроорганізмів в результаті синтезу клітинного матеріалу.

Інтенсивність росту мікроорганізмів можна визначити діленням їх маси на чисельність особин в одиниці об'єму в окремі проміжки часу. Зростання індивідуальної клітини закінчується розмноженням.

Під розмноженням мікробів на увазі здатність їх до самовідтворення, т. Е. Збільшення кількості особин мікробної популяції на одиницю об'єму.
Окремі групи мікроорганізмів розмножуються різними способами. У бактерій переважає поділ, може бути брунькування. Гриби розмножуються за допомогою спор, вегетативним способом (ділянками міцелію), статевим шляхом і брунькуванням (дріжджі). Віруси розмножуються шляхом репродукції вірусних частинок усередині клітини-господаря.

Прокаріотичні клітини розмножуються шляхом прямого (поперечного) поділу. В процесі росту в клітинах починає наростати кількість загального азоту, РНК і ДНК. Нуклеоїд збільшується в об'ємі, і в точках прикріплення до цитоплазматичної мембрані дволанцюжкова ДНК під дією ферментів розривається по водневим зв'язкам. Відбуваються реплікація ДНК і синтез комплементарних вторинних ланцюжків, які розходяться по полюсах клітини. Вони в подальшому стануть нуклеоиде дочірніх клітин.

Після поділу нуклеоида починається утворення поперечної двошарової перегородки, яка формується за рахунок цитоплазматичної мембрани.

Розрізняють изоморфное і гетероморфними ділення клітин. При Ізоморфне розподілі перегородка формується на середині клітини, в результаті чого утворюються дві однакові за величиною клітини. У деяких випадках поділ має асиметричний характер, при якому дочірня клітина відокремлюється від одного з кінців бактерії і нові клітини мають неоднакову величину. Такий поділ називають гетероморфними. Воно може спостерігатися в старих культурах, після обробки мікроорганізмів малими дозами пеніциліну, деякими хімічними речовинами, при ультрафіолетовому опроміненні і дії інших факторів. В результаті такого впливу відбувається порушення координації між зростанням і розподілом клітини, в результаті чого бактерія збільшується, а розподіл її не провадиться.

Розділились клітини можуть відділятися одна від одної або залишатися поруч, формуючи дипло- або стрептобактерій, стрептококи, стафілококи і сарціни. Це залежить від характеру розподілу слизового шару навколо розділилася клітини, від властивостей живильного середовища і ін.

У більшості бактерій ділить перегородка розташовується, як правило, перпендикулярно довжині, у коків - в будь-якій площині. У спірохет в рідкісних випадках перегородка може розташовуватися і вздовж клітини.

Бактерії характеризуються високим темпом розмноження, який обумовлений невеликим часом генерації, т. Е. Періодом, протягом якого здійснюється розподіл клітини. Наприклад, час генерації кишкових паличок в оптимальних умовах становить близько 20 хв. Тривалість періоду залежить від виду бактерії, її віку, характеру середовища, умов культивування та т. П.

Теоретично обчислено, що при діленні клітини через кожні 20-30 хв кількість бактерій за 24 ч склало б 10-15 млрд. Клітин, а через 5 добу. розмноження одна клітина дала б таку живу масу потомства, яка заповнила б собою басейни морів і океанів нашої планети.

Однак в дійсності такого швидкого розмноження мікробів не відбувається, так як в природних умовах негативно впливають на розмноження накопичуються продукти метаболізму, ультрафіолетові промені, низька і висока температури зовнішнього середовища та ін.

Розмноження бактерій в обмеженому обсязі рідкої живильного середовища (в пробірці, колбі) відбувається в певній закономірності, зображуваної у вигляді типової кривої розмноження (рис. 16). Ця крива побічно характеризує також і відмирання клітин, паралельно йде з розмноженням.

На кривій розмноження розрізняють чотири основні фази росту культури, що змінюють один одного в певній послідовності: початкова фаза (лаг-фаза), експоненціальна, або логарифмічна (лог- фаза), стаціонарна фаза і фаза відмирання.

Лаг-фаза - період затримки росту мікроорганізмів, протягом якого внесені в живильне середовище бактерії адаптуються до нових умов проживання і починають розмножуватися з наростаючою швидкістю. У цій фазі розміри клітин в 3-5 разів більше звичайних, мають велику біохімічну і енергетичну активність і підвищену чутливість до різних бактерицидну факторам. Тривалість лагфази залежить від видових особливостей мікроорганізмів, кількості засівати матеріалу, поживних речовин і ін. Для молочнокислих бактерій цей період становить від 1 до 4 ч.

Jlor-фаза характеризується швидким і постійним (через рівні проміжки часу) розмноженням бактерій логарифмическим зростанням їхньої популяції, т. Е. Кількість клітин збільшується в геометричній прогресії: за час дорівнює одній генерації - в 2 рази, за два терміни - в 4 рази, за три генерації - в 8 раз і т. д. в цей період морфологічні властивості типові для даного виду, вся популяція однорідна, стійкість клітин до несприятливих факторів зростає. Тривалість цієї фази 5-8 ч.

Для того щоб клітини тривалий час перебували в експоненційної фазі росту, мікроорганізми вирощують в так званій безперервній культурі.

При цьому в посудину, що містить популяцію зростаючих клітин, безперервно вводять нові порції живильного середовища в певних кількостях і одночасно видаляють з нього відповідну кількість бактеріальної суспензії разом з продуктами метаболізму.

Безперервне культивування здійснюють в спеціальних посудинах-культиваторах (Хемостат і турбідостатах).

Стаціонарна фаза завершує період росту культури і триває 4-5 ч. Вона характеризується збалансованим (врівноваженим) відтворенню та відмиранням (під дією продуктів обміну) бактерій. Внаслідок цього в кожну одиницю часу в середовищі є певна кількість живих і стільки ж мертвих мікроорганізмів. При цьому крива зростання, досягнувши свого максимуму, стає паралельної осі абсцис. У цій стадії поряд з типовими клітинами зустрічаються дегенеративні та інволюційні форми. Ці зміни обумовлені обмеженням кількості поживного субстрату, великою концентрацією клітин і накопиченням токсичних продуктів обміну.

Фаза відмирання (старіння культури) характеризується перевагою кількості тих, хто гине бактерій над кількістю утворюються.

Крива зростання набуває похиле положення, вона відповідає фазі відмирання мікроорганізмів, т. Е. Загибелі з постійною швидкістю через рівні проміжки часу.

Причиною відмирання клітин є виснаження живильного середовища, накопичення отруйних продуктів обміну, зміна фізико-хімічних властивостей середовища, автолиз, т. Е. Лізис клітин під дією власних ферментів. У цій фазі бактерії змінюють свою морфологію - з'являються кулясті, ниткоподібні, розгалужені і інші форми. У спороутворюючих видів поряд з відмиранням вегетативних клітин відбувається утворення спор. мікроорганізми
можуть втрачати рухливість, здатність сприймати забарвлення, стають грамваріабельние (змінюють забарвлення по Граму), втрачають частину біохімічної активності, вірулентності, антигенних властивостей та ін.

Тривалість фази у різних видів бактерій неоднакова. Для більшості сапрофітних і молочнокислих бактерій вона становить 2-3 добу. Деякі види молочнокислих бактерій гинуть через 7-10 днів.

Описані закономірності розвитку популяції будуть правильними при вирощуванні її в оптимальних умовах. Так, якщо помістити посіви в крижану воду, культура припинить зростання і крива зростання не тільки не підніметься вгору, але після деякої протяжності по горизонталі опуститься вниз.

Зростання мікроорганізмів в рідкому поживному середовищі може проявлятися помутнінням і зміною кольору середовища, наявністю або відсутністю пристінкового кільця і ​​поверхневої плівки різного характеру, наявністю або відсутністю осаду. При вирощуванні на знежиреному молоці молочнокислі бактерії викликають в першу добу культивування згортання молока з утворенням однорідного щільного згустку без рясного виділення молочної сироватки і газу, з кисломолочними смаком і запахом.

При розмноженні на щільних поживних середовищах мікроорганізми утворюють колонії (від nar.colonia - поселення), які представляють собою видимі скупчення особин одного виду і формуються в результаті розмноження, як правило, однієї клітини.

Вони бувають круглої, розеткообразной, зірчастої,
деревовидної форми, можуть мати поверхню гладку, опуклу, плоску, куполоподібну, вдавлену. Колонії відзначаються також за будовою краю, який, може бути рівним (S-форма) і
шорстким (R-форма). За величиною колонії підрозділяють на великі (понад 4 мм) в діаметрі, середні (2-4 мм), дрібні (1-2 мм) і карликові (менше 1мм).
Колонії відрізняються також по консистенції, щільності, прозорості, кольору. Вони бувають слизовими, сметанообразную, вологими, сухими, прозорими, напівпрозорими і непрозорими, забарвленими і безбарвними.

Різні види мікроорганізмів утворюють специфічні колонії на щільних поживних середовищах і дають характерний зростання на рідких середовищах. Особливості росту мікробів на поживних середовищах називають культуральними властивостями. Їх враховують при визначенні видів мікроорганізмів.

Додати коментар

Вашу адресу електронної пошти не буде опублікований. Обов'язкові поля позначені *