Рост и размножение бактерий. Фазы размножения

Температура – это одна из важных физических величин, которая характеризует состояние термодинамической системы. Тело человека является открытой термодинамической системой, которая получает энергию извне, перерабатывает ее и выделяет в окружающую среду часть энергии в виде тепла. Оптимальная температура тела здорового человека – 36⁰С. При этой же температуре бактерии, живущие в симбиозе с человеком, лучше всего растут и размножаются. Как это обстоятельство сказывается на здоровье людей?

Группы прокариотов по устойчивости к жаре и холоду

Температура той среды, в которой обитают бактерии, является во многом определяющим фактором для жизни микробов и для их смерти. Малейшие колебания и выход за пределы дозволенных величин не только ограничивают рост колонии, но и ставит ее на грань уничтожения.

Человек уже много знает о бактериях, чтобы регулировать их рост, размножение и гибель.

По своим температурным режимам микробы делятся на:

Группы прокариотов по устойчивости к жаре и холоду
  • психрофилов (любители холода и низких показателей градусника, вплоть до -20⁰С);
  • мезофилов (микроорганизмы, которые живут при средних температурах: оптимальные условия для жизни +25-+35⁰С, погибают при +60⁰С и -5⁰С);
  • термофилов (температура для жизни и роста +50-+65⁰С, максимум, после которого погибают – 70⁰С).

Как видно из представленной классификации, симбионтами человека могут быть только микробы-мезофилы, они лучше всего растут и размножаются в таких условиях, при которых человек себя тоже хорошо чувствует: +36⁰С.

Рост бактерий

Рост бактерий происходит в трех фразах, на которые будут влиять условия среды, в которой будут происходить размножение и рост (он может быть естественным или искусственным). В оптимальной среде эти этапы:

Читайте также:  7 ведущих симптомов лимфаденита и 7 методов лечения недуга

1 — фаза адаптации

Также называется фаза запаздывания, как следует из названия, бактерии подготовлены к быстрому росту, поэтому во время этого предложения рост бактерий происходит медленно и требует высокой скорости биосинтеза необходимых белков.

2 — экспоненциальная фаза

Как только клетки адаптируются к окружающей среде, происходит вторая фаза, которая называется экспоненциальной из-за экспоненциального роста, испытываемого клетками, то есть клетки растут быстрее с течением времени..

Примером роста клеток во время этой фазы являются бактерии, известные как Escherichia coli, которые в оптимальной среде размножаются каждые 20 минут, то есть бактерия делится, уступая место двум, поэтому через 20 минут вы они уступят место четырем дочерям.

Во время этого предложения питательные вещества метаболизируются с максимально возможной скоростью, пока они не исчерпаны.

3 — Стационарная фаза

Эта фаза переходит в экспоненциальную фазу и происходит как следствие метаболизма при очень высоких скоростях питательных веществ, что вызывает его истощение.

Таким образом, во время этой фазы клетки значительно снижают свой рост и используют в качестве источника энергии ненужные клеточные белки, которые дают начало последней фазе, называемой фазой смерти..

Особенности строения

Цианобактерии образованы шаровидными, эллипсоидными и цилиндрическими клетками, соединенными в цепи. Клеточные структуры покрыты тонкой пленкой, состоящей из мембран. Для отдельных представителей цианобактерий характерно наличие слизистого чехла, выполняющего защитную и соединительную функции. В состав морских водорослей входят газовые вакуоли, выполняющие роли жгутиков. Они позволяют организмам перемещаться по воде и сохранять равновесие во время передвижения. Если цианобактерии теряют свойство плавучести, то они всплывают на поверхность.

В составе цианобактерий отсутствуют следующие элементы эукариотических клеток:

  • хроматофоры ;
  • митохондрии ;
  • эндоплазматическая сеть ;
  • клеточное ядро ;
  • вакуоли с клеточным соком.
Читайте также:  Защита человека от болезнетворных патогенных микроорганизмов

Сходство водорослей и эукариотов заключается в идентичном наборе пигментов, наличии питательных веществ и отсутствии жгутиковых связей.

Также эукариотические клетки способны осуществлять фотосинтез.

Размножение бактерий

Определение 1

Размножение – процесс воспроизведения себе подобных организмов, ведущий к увеличению бактериальных клеток в популяции.

Для бактерий характерны следующие виды размножения:

  • бинарное деление на две части– деление происходит симметрично относительно поперечной и продольной оси, образуются одинаковые дочерние клетки
  • почкование– вариант бинарного деления, образующаяся на одном из полюсов почка растет до размеров материнской клетки и отделяется; симметрия присутствует только относительно продольной оси
  • множественное деление – клетка претерпевает ряд последовательных быстрых бинарных делений внутри фибриллярного слоя материнской клетки, что приводит к образованию баеоцитов – мелких клеток, количество которых колеблется от 4 до 1000, в результате разрыва клеточной стенки материнского организма баеоциты выходят наружу;
  • размножение спорами;
  • путем фрагментации клеток, имеющих нитевидную форму;
  • конъюгация (половой процесс, обмен клетками генетическим материалом);
  • трансформация (перенос «голой» ДНК);
  • трансдукция (перенос генетической информации при помощи бактериофагов).

Репликация бактериальной хромосомной ДНК

Репликация хромосомы в бактериальной клетке происходит по полуконсервативному типу, что приводит к удвоению ДНК нуклеоида – бактериального ядра. При этом типе репликации двухспиральная молекула ДНК раскрывается, а каждая отдельная нить ДНК достраивается комплементарной нитью.

Процесс репликации ДНК происходит от начальной точки ori и катализируется ДНК-полимеразами. В области ori хромосома клетки бактерии связана с цитоплазматической мембраной.

В первую очередь происходит деспирализация (раскручивание) двойной цепи ДНК. Образуется репликативная вилка, представленная двумя разветвленными цепями.

Одна цепь, достраиваясь связывает нуклеотиды от 5- к 3-концу, а у второй достраивание происходит посегментно.

Репликация ДНК включает следующие этапы:

  • инициация;
  • элонгация (рост цепи);
  • терминация.

В результате репликации образуются две хромосомы, которые прикрепляются к цитоплазматической мембране или ее производным, и удаляются друг от друга мере увеличения клетки. После образования перегородки ил перетяжки деления происходит окончательное разъединение деления разрушают аутолитические ферменты.

Читайте также:  Бифидобактерии, необходимые для здоровья кишечника

Размножение бактерий в жидкой питательной среде

Размножение бактерий

Замечание 1

Если бактерии засеяны в определенный объем питательной среды, то размножаясь и потребляя питательные вещества, они ведут к истощению этой среды, что, в свою очередь, приводит к прекращению роста микроорганизмов.

Культивирование микроорганизмов в такой системе является периодическим культивированием, а культуру бактерий называют непрерывной культурой.

Рост культуры на жидкой питательной среде может быть:

  • придонным:
  • диффузным;
  • поверхностным.

Рост периодической культуры можно разделить на несколько фаз. Эти фазы можно показать в виде отрезков кривой размножения микроорганизмов (рисунок 1).

  • Лаг-фаза. Период между посевом бактерий и началом процесса размножения. Длится $4-5$ увеличиваются в объеме и готовятся к делению. Увеличивается количество белка, нуклеиновых кислот и других соединений.
  • Фаза логарифмического роста. Период интенсивного деления клеток. Продолжительность $5-6$ часов. Клетки бактерий наиболее чувствительны.
  • Фаза стационарного роста (максимальной концентрации бактерий). Количество жизнеспособный клеток постоянно, наблюдается М-концентрация (максимальная концентрация). Продолжительность фазы зависит от вида и особенностей бактерий, культивирования.
  • Фаза гибели бактерий. В условиях истощения питательной среды, а также накопления продуктов метаболизма происходит отмирание бактерий.

Продолжительность от $10$ часов до нескольких недель.

Размножение бактерий на плотной питательной среде

При росте на плотных питательных средах бактерии формируют изолированные колонии с ровными или неровными краями округлой формы, разного цвета и консистенции. Цвет питательной среды зависит от пигмента микроорганизмов наиболее распространенными пигментами являются каротины, меланины, ксантофиллы. Многие пигменты обладают антибиотикоподобным, антимикробным действием.

Замечание 2

Форма, цвет, вид колоний на плотных питательных средах учитываются при идентификации микроорганизмов, отборе колоний для создания чистых культур.