Периодический рост культуры микроорганизмов

Популяция обеспечивается питательной средой и в ней создаются оптимальные условия для роста. Если в процессе культивирования не вносить дополнительных питательных компонентов и не выводить из него биомассу и продукты метаболизма вместе со средой, то рост популяции будет протекать по Б-образной кривой. Это и есть так называемая периодическая, или статическая культура. На рис. 1.1 изображена Б-образная логарифмическая кривая роста популяции и условно определены границы между фазами роста, постепенно переходящими одна в другую.

Лаг-фаза (начальная фаза) относится к промежутку времени, в течение которого плотность популяции или концентрация биомассы, внесенной в свежую питательную среду, не изменяется. В некоторых случаях наблюдается даже некоторое снижение концентрации биомассы. В период лаг-фазы размер клеток увеличивается, и в них активно протекают биохимические процессы, связанные с подготовкой к началу размножения. Длительность лаг-фазы зависит от доброкачественности питательной среды, условий культивирования, свойств и физиологической активности микроорганизмов, количества посевного материала и ряда других факторов.

Фаза ускорения роста относится к небольшому периоду увеличения удельной скорости роста популяции от нулевой до максимальной удельной скорости Ртах-

Экспоненциальная, или логарифмическая, фаза (лог-фаза) характеризуется уравновешенной скоростью роста микроорганизмов. Развитие популяции в этой фазе не лимитируется питательными веществами и не тормозится ингибирующими продуктами жизнедеятельности. Размер клеток и их химический состав меняется несущественно. Логарифм численности популяции или концентрации биомассы увеличивается с постоянной скоростью. В период лог-фазы удельная скорость роста является максимальной и в большинстве случаев остается на одном уровне (см. рис. 1.1).

о

Рис. 1.1. Б-образная кривая роста популяции микроорганизмов

и фазы роста:

а - изменение логарифма массы или численности популяции во времени; б - соответствующие изменения удельной скорости роста популяции; I - лаг-фаза; 2 - фаза ускорения роста; 3 - экспоненциальная фаза;

4 - фаза замедления роста; 5 — стационарная фаза; 6 - фаза отмирания

Рост плотности популяции или увеличение концентрации биомассы в этой фазе описывается уравнением х = х₀е^Мпп'.

При логарифмировании этой формулы получается следующее выражение: 1ги = ц_тах* + 1пх₀, где лг₀ - концентрация биомассы в начале лог-фазы.

На 8-образной кривой это выражение в координатах 1 и / дает прямую линию, угол наклона которой зависит от свойств культуры, качества питательной среды, условий культивирования и других факторов. В связи с тем, что в период лог-фазы ц_тах практически не изменяется, ее легко найти в любой промежуток времени в этой фазе по формуле

Цшах = (1П*₂ - 1П*1)/(Г₂ “Л), (1-9)

где *1 и х₂ — концентрации биомасс (определяют экспериментально) соответственно в моменты времени 1 И ?2-

В периодической культуре лог-фаза не может быть бесконечной вследствие снижения концентрации питательных веществ в среде и накопления продуктов метаболизма, ингибирующих развитие популяции. Поэтому популяция переходит в фазу замедленного, или отрицательного, ускорения роста. В этой фазе небольшая часть особей прекращает развитие, другая часть продолжает рост, но медленнее по сравнению с лог-фазой. По мере потребления питательных веществ концентрация биомассы продолжает расти, однако удельная скорость роста популяции снижается и популяция переходит в стационарную фазу развития. В этой фазе скорость роста всех клеток популяции постепенно снижается до нуля, концентрация биомассы не возрастает и к концу фазы уменьшается. Популяция постепенно переходит в фазу ускоренного (логарифмического) отмирания. Эта фаза сопровождается уменьшением общего числа особей и концентрации биомассы вследствие автолиза клеток.

Все фазы развития микробной популяции необходимо рассматривать как постепенно переходящие одна в другую, границы которых определены условно.