Типы питания.
У микроорганизмов также существует разделение на автотрофы и гетеротрофы. Критерием разделения является источник углерода. Автотрофы- ассимилируют углерод, как и растения, из углекислого газа, восстанавливая его водородом, который отщепляется от воды или другого органического вещества. Для ассимиляции углерода нужна энергия. В зависимости от источника энергии они делятся на:
Фотосинтетики- нуждаются в энергии солнечных лучей, имеется бактериохлорофилл, который отличается от хлорофилла растений тем, что при первом пиррольном кольце имеется ацильная группа, а не винильная. Фотосинтетики осуществляют типичную реакцию фотосинтеза..
Хемосинтетики ассимилируют CО2 в темноте. Хемосинтез был открыт Виноградским в 1888г. Они осуществляют цепь химических экзотермических реакций, в основном это реакции окисления различных неорганических соединений. Пример: NH2 -HNO2 - HNO3
Фотосинтетики и хемосинтетики делятся по донору водорода:
1. Литотрофы- используют неорганические соединения.
|
|
2. Органотрофы- используют органические соединения.
Гетеротрофы – используют в качестве источника энергии органические вещества, окисляя которые они получают энергию и водород.
С учетом всех трех критериев выделяют 8 типов питания микроорганизмов.
Каждому из этих типов соответствует определенное число особей, более или менее многочисленное. Наиболее многочисленный тип питания, к которому относится большинство микроорганизмов- это хемоорганогетеротрофы.
4. Характеристика питательных сред.
Питательные среды для микроорганизмов должны быть стерильны и приспособленными для тех микроорганизмов, которые изучаются.
Выделяют:
1) По составу.
· Естественные - в их основе используются природные, естественные субстраты (молоко, бульон, сусло, капустный отвар).
· Искусственные - составляются из определенным образом подобранных химических веществ (среда Чапека)
2)По консистенции
· Жидкие (бульоны, пиво, сусло, МПБ).
·.Твердые - к жидкой среде добавляется 2-3% агар- агара (МПА)
·.Полужидкие - к жидкой среде добавляется желатин (МПЖ).
3) По назначению.
1. Универсальные- на них растут большинство микроорганизмов (МПА). Используются на производстве для определения общей микробной обсемененности.
2. Элективные - избирательные среды, для определения микроорганизмов определенных групп, например для БГКП- бактерии группы кишечной палочки.
3. Дифференциально- диагностические- для выявления определенного вида микроорганизма
1. Способы культивирования.
2. Закономерности роста микробной культуры при периодическом культивировании.
|
|
3. Непрерывное культивирование. Устройство ферментера.
4. Накопительные культуры. Выделение чистых культур.
1. биомассы, либо для получения продуктов метаболизма.
Микроорганизмы выращивают в больших объемах либо для получения Биомасса- это общая масса клеток в микробной культуре.
В процессе выращивания микробная культура растет и развивается.
Рост- это увеличение размеров и биомассы, за счет потребленных и усвоенных питательных веществ.
Развитие - изменение морфологических, биохимических и физиологических свойств в процессе онтогенеза.
Важной характеристикой является скорость роста (интенсивность образования клеточной массы).
В микробиологии используют два способа культивирования микроорганизмов.
1.Поверхностный (твердофазный)
2. Глубинный (жидкофазный)
Поверхностный осуществляется на твердых сыпучих средах или на поверхности тонкого слоя жидкости. Он пригоден только для аэрофилов, в основном грибов. Основа питательной среды – отруби, которые являются отходами мукомольной промышленности. Важную роль играет крахмалистость отрубей, размеры чешуек. Кроме этого способ трудоемок, требует больших площадей, кондиционирования воздуха, установки закрытых линий, сложно автоматизировать, сложно контролировать pH, t °С и т.д.
Получаемые ферментные препараты обладают высокой активностью. Например амилооризин Пх (амило- значит продукт a- амилаза; оризин –продуцент Aspergillus oryzac; П поверхностное выращивание; х - степень концентрирования; если 10х- спиртоосажденный препарат).
Глубинный более перспективный, пригоден для всех микроорганизмов. Осуществляется в специальных емкостях- ферментерах (рис.), где
1-охлаждающая или обогревающая рубашка, 2- система контроля температуры, концентрации кислорода, 3- мотор, 5- мешалка, 6-подача кислорода, 4 – отвод отработанного воздуха
Клетки микробной культуры суспендированы в жидкости, находясь во взвешенном состоянии, есть возможность поддерживать температуру, перемешивать среду, аэрировать, регулировать рН. Мало ручного труда, автоматизация, малые площади, но активность получаемых ферментов ниже. Поэтому специально разрабатывают культуры- продуценты. Выращивают бактерии и грибы.
Поверхностное культивирование всегда периодическое, а глубинное - может быть и периодическим, и непрерывным.
2) Закономерности роста при периодическом культивировании.
При периодическом культивировании в ферментер загружается весь объем питательной среды и весь инокулят. Смена среды не происходит. Создается замкнутая биологическая система. Процесс ведут до определенного количества биомассы или накопления продукта метаболизма. Затем ферментер выгружают, моют и опять используют.
В процессе выращивания изменяется скорость роста, физиолого-биохимических свойства микробной культуры.
Выделяют следующие фазы роста:
1. Лаг-фаза (адаптации)
2. Переходная
3. Логарифмическая
4. Затухающего роста
5. Стационарная
6. Отмирания
Длительность фазы адаптации зависит от условий выращивания инокулята) dx/dτ=0
Микробные клетки увеличиваются в объеме за счет собственных ресурсов, увеличивается и-РНК, но количество ДНК постоянно. Клетки из состояния голодания переходят в состояние, соответствующее способности к размножению. Потребления питательных веществ не происходит, но клетка становится больше в объёме. Длительность фазы 4-5 часов.
По достижении определенного объема наступает переходная фаза (деление клетки)
Переходная фаза – идет репликация ДНК, кариокинез (деление ядра) Плотность популяции увеличивается вдвое. Время между двумя последовательными делениями называется временем генерации. Если обозначить исходное число клеток через С 0, тогда через данное число генерации (n) общее число живых клеток в культуре составит: Сt= С 0 *2n , можно рассчитать n
|
|
N=(lg Ct- lg С 0 )/ lg 2
В этой фазе скорость роста увеличивается от 0 до 1, т. е. до максимума, после этого dx/dτ=k*x, в интервале времени τ2-τ3.
В логарифмической, или экспоненциальной фазе, плотность популяции быстро увеличивается. На полную мощь работает генетический аппарат. Питательные вещества быстро вовлекаются в конструктивный обмен.
Поскольку среда несменяемая, то наступает лимит в питательных веществах и культура переходит в фазу затухающего роста. Константа скорости роста уменьшается с 1 до 0.
Когда скорость роста равна нулю, то культура переходит в стационарную фазу dx/dτ=0 Стационарная фаза – роста нет, в культуре присутствуют разные клетки: живые, но голодающие, живые, но ингибированные продуктами метаболизма, мертвые. Уменьшается размер клеток, устойчивость к температуре, рН. Эта фаза длится около суток.
Затем начинается отмирание.
Все эти данные для описания конкретной кинетической кривой роста, полученной в результате эксперимента, но они не являются основой для прогнозирования.