การเจริญเติบโตของแบคทีเรียในวัฒนธรรม ระยะการเจริญเติบโตของแบคทีเรีย

คำว่า "การเจริญเติบโต" หมายถึงการเพิ่มขึ้นของมวลไซโตพลาสซึมของแต่ละเซลล์หรือกลุ่มแบคทีเรียอันเป็นผลมาจากการสังเคราะห์วัสดุเซลล์ เมื่อถึงขนาดที่กำหนด เซลล์จะหยุดเติบโตและเริ่มเพิ่มจำนวน การสืบพันธุ์ หมายถึง ความสามารถของจุลินทรีย์ในการสืบพันธุ์ได้เอง เช่น การเพิ่มจำนวนคนต่อหน่วยปริมาตร ดังนั้นการสืบพันธุ์จึงเป็นการเพิ่มจำนวนบุคคลในประชากรจุลินทรีย์

แบคทีเรียสืบพันธุ์โดยการแบ่งตามขวางอย่างง่าย (การขยายพันธุ์พืช) ในระนาบที่ต่างกัน กระบวนการแบ่งเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของกะบังตามขวางซึ่งแบ่งไซโตพลาสซึมของเซลล์แม่ออกเป็นเซลล์ลูกสาวสองเซลล์ ในระหว่างกระบวนการแบ่งตัว การจำลองดีเอ็นเอจะเกิดขึ้น ดังนั้น เซลล์ลูกแต่ละเซลล์จะได้รับข้อมูลทางพันธุกรรมจากเซลล์แม่

การสืบพันธุ์ของเชื้อรามีสามประเภท: พืช, ไม่อาศัยเพศและทางเพศ

ในระหว่างการขยายพันธุ์พืช ไมซีเลียมบางส่วนจะถูกแยกออกจากไมซีเลียม ซึ่งเมื่อพวกมันพัฒนาจะก่อตัวเป็นไมซีเลียมใหม่

การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศทำได้โดยใช้สปอร์ที่เติบโตในอวัยวะสร้างสปอร์พิเศษ สปอร์ที่โตเต็มที่ออกมา สิ่งแวดล้อมและเมื่อมีเงื่อนไขที่เอื้ออำนวย พวกมันก็งอก ทำให้เกิดเส้นใยใหม่ ความหลากหลาย การสืบพันธุ์แบบไม่อาศัยเพศกำลังผลิดอก กระบวนการนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับเชื้อรายีสต์

ในการสืบพันธุ์แบบอาศัยเพศ การสร้างสปอร์จะเกิดขึ้นก่อนการหลอมรวมของเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้และเพศหญิง เป็นผลให้ไซโกตปรากฏขึ้นและ เฟสซ้ำและโครโมโซมคู่หนึ่ง กระบวนการทางเพศใน ประเภทต่างๆการติดเชื้อเห็ดนั้นแตกต่างกันไปและมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง

การจำลองดีเอ็นเอและการแบ่งเซลล์เกิดขึ้นที่ความเร็วที่แน่นอน ซึ่งขึ้นอยู่กับชนิดของจุลินทรีย์ อายุของการเพาะเลี้ยง องค์ประกอบของสารอาหาร อุณหภูมิ การมีอยู่หรือไม่มีออกซิเจน และปัจจัยอื่นๆ ดังนั้นใน E. coli คนรุ่นใหม่จะเกิดขึ้นใน 15...30 นาที ในแบคทีเรียไนตริไฟอิง - ใน 5...10 ชั่วโมง และใน Mycobacterium tuberculosis - ใน 18...24 ชั่วโมง ยิ่งมีสภาวะที่เหมาะสมมากขึ้น ยิ่งเซลล์จุลินทรีย์แบ่งตัวเร็วเท่าไร ในเชื้อ Escherichia coli เดียวกัน เมื่อเพาะเลี้ยงในน้ำเปปโตน การแบ่งตัวจะเกิดขึ้นหลังจากผ่านไป 33 นาที และเมื่อเพาะเลี้ยงในน้ำซุปเปปโตนเนื้อ หลังจากผ่านไป 23 นาที ในอัตราการแบ่ง อิทธิพลใหญ่อุณหภูมิโดยรอบก็มีผลเช่นกัน ดังนั้นในจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคซึ่งปรับให้เข้ากับอุณหภูมิร่างกายของสัตว์และมนุษย์การสืบพันธุ์ที่อุณหภูมิ 37...39 0 C จะเกิดขึ้นเร็วกว่าที่อุณหภูมิ 18...20 0 C หลายเท่า

แม้ว่าจุลินทรีย์จะขยายตัวอย่างรวดเร็ว แต่ก็ไม่ได้จำกัดจำนวน ภายใต้สภาวะทางธรรมชาติ มีหลายปัจจัยที่จำกัดการเติบโตของจำนวนจุลินทรีย์ ซึ่งรวมถึง: การสูญเสียสารอาหาร อุณหภูมิที่ไม่เอื้ออำนวย แสง ของเสียจากจุลินทรีย์เองซึ่งสะสมอยู่ในสารอาหาร กระบวนการพัฒนาประชากรแบคทีเรียในสภาพแวดล้อมถาวรดำเนินไปอย่างไม่สม่ำเสมอ แต่มีรูปแบบและลำดับที่แน่นอนของตัวเอง เป็นเรื่องปกติที่จะต้องแยกแยะขั้นตอนต่างๆ ในกระบวนการนี้ ระยะการพัฒนาของประชากรแบคทีเรียแตกต่างกันไปตามเวลาและจำนวนจุลินทรีย์ที่มีชีวิตและกำลังจะตาย ประวัติการพัฒนาของประชากรแต่ละรายจะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ แต่ลำดับที่ระยะหนึ่งเข้ามาแทนที่อีกระยะหนึ่งยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ฉัน.ระยะเริ่มแรก (ระยะนิ่ง ระยะแฝง ระยะพัก) มันแสดงถึงช่วงเวลานับจากช่วงเวลาที่แบคทีเรียถูกฉีดวัคซีนบนสารอาหารจนกระทั่งพวกมันเริ่มเติบโต ในระหว่างระยะนี้ จำนวนแบคทีเรียจะไม่เพิ่มขึ้นและอาจลดลงด้วยซ้ำ

ครั้งที่สองระยะการสืบพันธุ์ล่าช้า ในช่วงเวลานี้ เซลล์แบคทีเรียจะเติบโตอย่างรวดเร็วแต่แพร่พันธุ์ได้ไม่ดี ระยะเวลาประมาณสองชั่วโมงและขึ้นอยู่กับเงื่อนไขหลายประการ: อายุของพืชผล คุณสมบัติทางชีวภาพจุลินทรีย์ ประโยชน์ของสารอาหารตัวกลาง อุณหภูมิ เป็นต้น

สาม.เฟสลอการิทึม ในช่วงเวลานี้ อัตราการสืบพันธุ์ของเซลล์และการเพิ่มขนาดประชากรจะสูงสุด

IV.เฟสการเร่งความเร็วเชิงลบ เกิดขึ้นเนื่องจากการขาดสารอาหารเช่น สารอาหารเฉพาะที่จำเป็นต่อความอยู่รอดของสายพันธุ์ที่กำหนดกำลังหมดลง อัตราการสืบพันธุ์ของแบคทีเรียลดลง จำนวนการแบ่งตัวลดลง และจำนวนผู้เสียชีวิตก็เพิ่มขึ้น

วี.เฟสสูงสุดคงที่ จำนวนแบคทีเรียใหม่เกือบเท่ากับจำนวนแบคทีเรียที่ตายแล้วนั่นคือ ความสมดุลเกิดขึ้นระหว่างเซลล์ที่กำลังจะตายและเซลล์ที่ก่อตัวใหม่

วี.ระยะเร่งแห่งความตาย จำนวนเซลล์ที่ตายแล้วนั้นมากกว่าเซลล์ที่สร้างขึ้นใหม่

ปกเกล้าเจ้าอยู่หัวระยะตายลอการิทึม การตายของเซลล์เกิดขึ้นในอัตราคงที่

ระยะของอัตราการเสียชีวิตที่ลดลง เซลล์ที่รอดชีวิตจะเข้าสู่สภาวะพัก

พิจารณาสถานการณ์เมื่อเป็นโสด เซลล์แบคทีเรียวางอยู่ในสารอาหารและอยู่ในสภาพที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการเจริญเติบโต เขียนตารางใหม่และเติมให้สมบูรณ์โดยสมมุติว่าเซลล์นี้และเซลล์รองทั้งหมดแบ่งทุกๆ 20 นาที

การเติบโตของประชากรแบคทีเรียจำลอง

สร้างกราฟตามข้อมูลในตารางที่คุณกรอก บนแกนตั้ง ให้พล็อตจำนวนแบคทีเรีย (เส้นโค้ง A) และ ลอการิทึมทศนิยมตัวเลขนี้ (เส้นโค้ง B) และตามแกนนอนคือเวลา คุณจะพูดอะไรเกี่ยวกับรูปร่างของเส้นโค้งเหล่านี้ได้บ้าง?

เมื่อไร จำนวนเซลล์เพิ่มขึ้นดังที่เห็นได้จากตารางที่คุณกรอก พวกเขากำลังพูดถึงลอการิทึม เลขชี้กำลัง หรือ การเติบโตทางเรขาคณิต- ในกรณีนี้ เราจะได้ชุดตัวเลขเอ็กซ์โปเนนเชียล วิธีนี้จะเข้าใจง่ายกว่ามากหากคุณดูแถว B ในตาราง โดยที่จำนวนแบคทีเรียแสดงเป็นเลข 2 ยกกำลังที่เหมาะสม เลขชี้กำลังสามารถเรียกว่าลอการิทึมหรือเลขชี้กำลังของตัวเลข 2 ลอการิทึมหรือเลขชี้กำลังสร้างอนุกรมเชิงเส้น 0, 1, 2, 3 เป็นต้น ซึ่งสอดคล้องกับจำนวนรุ่น

กลับไปที่โต๊ะกันเถอะ แทนที่จะเป็นตัวเลขที่อยู่ในบรรทัด A คุณสามารถเขียนลอการิทึมเป็นฐาน 2 ได้ดังนี้:

เปรียบเทียบเส้น B และ D อย่างไรก็ตาม มักใช้ ลอการิทึมทศนิยม(ดูบรรทัด B) ในกรณีนี้ 1 = 10°, 2 = 10 0.3, 4 = 10 0.6 เป็นต้น

เส้นโค้งที่ได้จากข้อมูลในแถว A เรียกว่าเส้นโค้งลอการิทึมหรือเส้นโค้งเอ็กซ์โพเนนเชียล เส้นโค้งดังกล่าวสามารถแปลงเป็นเส้นตรงได้โดยการวางแผนการเปลี่ยนแปลงจำนวนเซลล์เมื่อเวลาผ่านไป จากนั้น ภายใต้สภาวะที่เหมาะสม การเติบโตของแบคทีเรียในทางทฤษฎีควรจะเป็นแบบเอ็กซ์โพเนนเชียล ลองเปรียบเทียบแบบจำลองทางคณิตศาสตร์นี้กับกราฟการเติบโตของประชากรแบคทีเรียจริงตามที่แสดงในภาพ มองเห็นการเติบโตได้ชัดเจนทั้ง 4 ระยะ

กราฟการเติบโตของประชากรแบคทีเรียโดยทั่วไป

1. ระหว่าง แบคทีเรียระยะล่าช้าปรับให้เข้ากับถิ่นที่อยู่ใหม่ ดังนั้นการเติบโตจึงยังไม่ถึงความเร็วสูงสุด ในช่วงเวลานี้ แบคทีเรียสามารถสังเคราะห์เอนไซม์ใหม่ที่จำเป็นสำหรับการดูดซึมสารอาหารที่มีอยู่ในสภาพแวดล้อมใหม่ เป็นต้น

2. เฟสลอการิทึม- นี่คือระยะที่แบคทีเรียเติบโตสูงสุด จำนวนเซลล์เพิ่มขึ้นเกือบทวีคูณ และกราฟการเจริญเติบโตเกือบจะเป็นเส้นตรง

การเพาะเลี้ยงแบคทีเรียที่อุณหภูมิ 30 °C

3. ในที่สุดการเติบโตของอาณานิคมก็เริ่มช้าลงและวัฒนธรรมก็เข้ามา เฟสนิ่งเมื่ออัตราการเติบโตเป็นศูนย์และเมื่อการแข่งขันด้านทรัพยากรอาหารเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว การสร้างเซลล์ใหม่จะช้าลงและหยุดสนิท การเพิ่มจำนวนเซลล์จะได้รับการชดเชยด้วยการตายของเซลล์อื่นๆ พร้อมกัน ดังนั้นจำนวนเซลล์ที่มีชีวิตจึงคงที่
เข้าสู่ระยะนี้เกิดจากการกระทำของปัจจัยหลายประการ: ความเข้มข้นของสารอาหารในสิ่งแวดล้อมลดลง, การสะสมของผลิตภัณฑ์จากการเผาผลาญที่เป็นพิษ และในกรณีของแบคทีเรียแอโรบิก ปริมาณออกซิเจนในสิ่งแวดล้อมลดลง

4. ในช่วงสุดท้าย - ขั้นตอนการชะลอการเติบโต- การตายของเซลล์เร่งขึ้นและการสืบพันธุ์จะหยุดลง

ควรเข้าใจการเจริญเติบโตของเซลล์แบคทีเรียว่าเป็นการเพิ่มมวลของไซโตพลาสซึมซึ่งเกิดขึ้นอันเป็นผลมาจากการสังเคราะห์วัสดุเซลล์ในระหว่างการโภชนาการ การเติบโตของประชากรแบคทีเรียต้องผ่าน 4 ระยะ: 1) ระยะแล็ก 2) ระยะเอ็กซ์โปเนนเชียลหรือลอการิทึม 3) ระยะคงที่ 4) ระยะตาย

LAG PHASE (4 -5 ชั่วโมง) เกิดขึ้นหลังจากที่นำเมล็ดเข้าไปในอาหารเลี้ยงเชื้อ นี่คือช่วงเวลาของการปรับตัวของแบคทีเรียให้เข้ากับสารอาหารเมื่อเกิดการกระตุ้นที่แตกต่างกันของ exo- และ endoenzymes สำหรับการนำปฏิกิริยาของเอนไซม์และสารตั้งต้นมาใช้ในภายหลัง ด้วยปริมาณ DNA ที่เสถียร โปรตีนจากแบคทีเรียและ RNA จึงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

LAG PHASE (4 -5 ชั่วโมง) ระยะเวลาของระยะ lag มักจะสั้น วัดเป็นชั่วโมงและขึ้นอยู่กับชนิดของแบคทีเรีย ความหลากหลายของการเพาะเชื้อบนอาหารที่กำหนด สถานะของการเพาะเลี้ยง อุณหภูมิที่ใช้ในการเพาะปลูก และองค์ประกอบของสารอาหาร ในกรณีที่ไม่มีสัญญาณการเติบโตที่มองเห็นได้ในระยะล่าช้าจะมีการเพิ่มขึ้นของมวลชีวภาพซึ่งเป็นผลมาจากขนาดของเซลล์แบคทีเรียเพิ่มขึ้นหลายครั้ง

LAG PHASE (4 -5 ชั่วโมง) เมื่อถึงขนาดที่กำหนด โดย "สะสม" ในปริมาณโปรตีน RNA และ DNA ที่ต้องการ กระตุ้นการทำงานของ exo- และ endoenzymes เซลล์แบคทีเรียจึงเริ่มแบ่งตัวอย่างแข็งขัน แบคทีเรียสืบพันธุ์โดยการแบ่งเซลล์ตามขวาง

ระยะการเจริญเติบโตแบบลอการิทึม (5 - 6 ชั่วโมง) เป็นระยะของการสืบพันธุ์ ดำเนินการผ่านการแบ่งเซลล์แบบไบนารีของเซลล์แม่ออกเป็นเซลล์ลูกสาวสองคน “ปฏิกิริยาลูกโซ่ของการเร่งปฏิกิริยาฟิชชันแบบไบนารีอย่างต่อเนื่อง เซลล์แบคทีเรียนำไปสู่การเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วของมวลแบคทีเรียในตัวกลางที่เป็นสารอาหาร การใช้พลังงานอย่างเข้มข้นของสารตั้งต้น และการสะสมของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมของแบคทีเรีย

ระยะการเจริญเติบโตแบบคงที่ เป็นผลให้สภาพแวดล้อมไม่เอื้ออำนวยต่อการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของแบคทีเรียมากขึ้น ในระหว่างระยะหยุดนิ่ง อัตราการสืบพันธุ์จะคงที่ ขึ้นอยู่กับชนิดของแบคทีเรียที่กำลังเพาะเลี้ยง มันสามารถคงอยู่ได้นาน หลังจากนั้นระยะที่สี่จะเกิดขึ้น -

ระยะการตาย ระยะการตายมีลักษณะเป็นการตายแบบก้าวหน้าของเซลล์แบคทีเรียในลักษณะลอการิทึม ระยะเวลาของระยะนี้มีตั้งแต่ 48 ชั่วโมงถึงหลายสัปดาห์

ธรรมชาติของการเจริญเติบโตของแบคทีเรียบนตัวกลางที่เป็นสารอาหารเหลวนั้นแตกต่างกัน - กระจายความขุ่นของตัวกลางที่เป็นสารอาหาร - การก่อตัวของฟิล์มหรือตะกอน (การเจริญเติบโตด้านล่าง) - การเติบโตในรูปแบบของ "ก้อนสำลี" รูปแบบการเจริญเติบโตของสารอาหารเหลวใช้เพื่อแยกแบคทีเรีย

สารอาหารสำหรับเพาะเลี้ยงแบคทีเรียใน สภาพห้องปฏิบัติการใช้สารอาหารเทียมที่มีองค์ประกอบหลากหลาย สารอาหารแบบธรรมดาหรือแบบธรรมดา (วุ้นเปปโตนเนื้อ น้ำซุปเปปโตนเนื้อ) ใช้สำหรับพืชระยะเริ่มแรก (ขั้นต้น) สื่อที่ซับซ้อนรวมถึงสื่อสารอาหารแบบคัดเลือกและวินิจฉัยแยกส่วน

สื่อสารอาหาร สื่อทางเลือกช่วยให้มั่นใจได้ถึงการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์บางชนิดเท่านั้น ในขณะที่จุลินทรีย์ที่มาพร้อมกันนั้นถูกยับยั้งด้วยสารเติมแต่งพิเศษ สารอาหารสื่อการวินิจฉัยแยกโรคถูกนำมาใช้เพื่อศึกษาคุณสมบัติทางชีวเคมีของจุลินทรีย์ และทำให้สามารถแยกแยะแบคทีเรียด้วยการทำงานของเอนไซม์ได้

การจำแนกประเภทของจุลินทรีย์ เนื่องจากมีการศึกษาและระบุแบคทีเรียสายพันธุ์ใหม่ การจำแนกประเภทที่สร้างขึ้นใหม่แต่ละประเภทสะท้อนถึงระดับการพัฒนาทางวิทยาศาสตร์ การจำแนกประเภทของจุลินทรีย์นั่นคือการจัดระบบของสายพันธุ์ที่รู้จักทั้งหมดนั้นขึ้นอยู่กับลักษณะหลายประการ:

ลำดับการพิจารณาจุลินทรีย์ I. อาณาจักรใดที่เป็นของ - โปรคาริโอตหรือยูคาริโอต II จัดอยู่ในหมวดหมู่หลักใดบ้าง: 1. แบคทีเรียแกรมลบที่มีผนังเซลล์ 2. ยูแบคทีเรียแกรมบวกที่มีผนังเซลล์ 3. ยูแบคทีเรียไม่มีผนังเซลล์ 4. อาร์เคแบคทีเรีย.

รู้จักจุลินทรีย์ทั้งหมด 35 กลุ่ม III จุลินทรีย์อยู่ในกลุ่มใดใน 4 ประเภท ได้แก่ 1. สไปโรเชต 2. แอโรบิก /ไมโครแอโรฟิลิก, โมไทล์, รูปทรงเกลียว/, ไวโบรด์, แบคทีเรียแกรมลบ 3. แบคทีเรียแกรมลบที่ไม่เคลื่อนที่และโค้งงอ 4. แท่งแกรมลบ, แอนแอโรบิก, ไมโครแอโรฟิลิกและ cocci

I. แบคทีเรียแกรมลบที่มีผนังเซลล์ 5. แท่งแกรมลบแบบไม่ใช้ออกซิเจนแบบปัญญา 6. แท่งแกรมลบ, แอนแอโรบิก, ตรง, โค้งและเกลียว 7. แบคทีเรียที่ทำหน้าที่ลดซัลเฟตหรือซัลเฟอร์แบบสลายตัว 8. cocci แกรมลบแบบไม่ใช้ออกซิเจน 9. Rickettsia และหนองในเทียม

I. แบคทีเรียแกรมลบที่มีผนังเซลล์ 10. แบคทีเรียโฟโตโทรฟิกที่ไม่ออกซิเจน 11. แบคทีเรียโฟโตโทรฟิคแบบออกซิเจน 12. แบคทีเรียแอโรบิกเคมีบำบัด 13. การแตกหน่อและ/หรือแบคทีเรียที่ก่อตัวเป็นผลพลอยได้ 14. แบคทีเรียที่มีฝาปิด 15. แบคทีเรียร่อนที่ไม่สังเคราะห์แสงซึ่งไม่ก่อให้เกิดผล 16. แบคทีเรียที่เลื่อนตัวก่อตัวเป็นผลไม้

ครั้งที่สอง แบคทีเรียแกรมบวกที่มีผนังเซลล์ 1. cocci แกรมบวก 2. แท่งแกรมบวกและ cocci ที่ก่อตัวเป็นเอนโดสปอร์ 3. แท่งแกรมบวกที่ไม่สร้างสปอร์และมีรูปร่างสม่ำเสมอ 4. แท่งแกรมบวกที่ไม่สร้างสปอร์ รูปร่างไม่สม่ำเสมอ- 5. มัยโคแบคทีเรีย. 6. แอกติโนมัยซีเตส

IV. อาร์เคแบคทีเรีย 1. เมทาโนเจน 2. อาร์เคียลดซัลเฟต 3. แบคทีเรียอาร์คาแบคทีเรียที่มีฮาโลฟิลิกสูง 4. Archaebacteria ขาดผนังเซลล์ 5. เทอร์โมฟิลที่รุนแรงและไฮเปอร์เทอร์โมฟิลที่เผาผลาญ S

ลำดับการระบุจุลินทรีย์ IV จุลินทรีย์อยู่ในสกุลอะไร? V. จุลินทรีย์อยู่ในวงศ์ใด? วี. เป็นจุลินทรีย์ชนิดใด?

การสร้างชื่ออนุกรมวิธานของจุลินทรีย์ 1. ราชอาณาจักร 2. หมวดหมู่ 3. กลุ่ม 4. ร็อด. 5. ครอบครัว 6. ดู

ข้อดีของการจำแนกจุลินทรีย์สมัยใหม่ การจัดระบบสายวิวัฒนาการที่สร้างขึ้นจนถึงปัจจุบันมีข้อดีและข้อเสียทั้งหมดของการจำแนกประเภทตามคุณลักษณะเดียว ข้อดีได้แก่ เอกลักษณ์ของผลลัพธ์ที่ได้รับจากห้องปฏิบัติการต่างๆ ทั่วโลกที่เกือบจะครบถ้วน เพื่อสร้างเอกลักษณ์ของสปีชีส์ พวกเขายังได้เริ่มประเมินระดับความคล้ายคลึงของ DNA-DNA เพิ่มเติมโดยใช้สายพันธุ์

ข้อเสียของการจำแนกประเภทของจุลินทรีย์ที่มีอยู่ ข้อเสียของการจำแนกประเภทที่มีอยู่คือไม่ได้ให้ความรู้เกี่ยวกับหน้าที่ของแบคทีเรีย ดังนั้นตอนนี้ ความสำคัญอย่างยิ่งสำหรับนักจุลชีววิทยาเชิงปฏิบัติคือการสร้างการจำแนกประเภทฟีโนไทป์หรือฟังก์ชัน หากต้องการระบุตำแหน่งอนุกรมวิธานของจุลินทรีย์อย่างรวดเร็ว ให้ใช้ปัจจัยกำหนดเบอร์กีย์ เอกสารอ้างอิงนี้ได้รับการปรับปรุงอย่างต่อเนื่องด้วยกลุ่มไอโซเลตใหม่ๆ และพิมพ์ซ้ำเป็นระยะๆ ขณะนี้ฉบับที่ 11 เป็นฉบับปัจจุบัน

การก่อตัวของการจำแนกประเภทของจุลินทรีย์สมัยใหม่ บน เวทีที่ทันสมัยการระบุตำแหน่งสายวิวัฒนาการของโปรคาริโอตรวมถึงตำแหน่งที่ไม่สามารถเพาะปลูกได้นั้นได้รับการพัฒนาบนพื้นฐานของลำดับนิวคลีโอไทด์ 16 เอส-อาร์ อาร์เอ็นเอ- เทคนิคการจัดลำดับและการประมวลผลข้อมูลที่ได้รับการปรับปรุงทำให้แนวทางนี้ไม่มีทางเลือกอื่นในการกำหนดประเภทของสิ่งมีชีวิตใหม่ คำอธิบายของแท็กซ่าของแบคทีเรียชนิดใหม่เกิดขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วง 50 ปีที่ผ่านมา ต้องขอบคุณความก้าวหน้าในการศึกษาแบบไม่ใช้ออกซิเจน

ความแตกต่างระหว่างการจำแนกประเภทและการจำแนก นอกเหนือจากการจำแนกประเภทแล้ว ในจุลชีววิทยายังมีรูปแบบสำหรับการระบุวัฒนธรรมของแบคทีเรียที่แยกได้ ในการสร้างแผนการจำแนก ให้เลือกคุณลักษณะของจุลินทรีย์ที่ง่ายต่อการระบุและสำหรับการจำแนกประเภท มักต้องใช้วิธีการที่ซับซ้อน ในกรณีนี้ รูปแบบการระบุควรมีคุณลักษณะจำนวนเล็กน้อย และสำหรับการกำหนดอนุกรมวิธานในการจำแนกประเภท ให้ใช้ให้มากที่สุดเท่าที่เป็นไปได้ จำนวนที่มากขึ้นสัญญาณ

ขอขอบคุณสำหรับความสนใจของคุณ. คุณได้ฟังการบรรยายครั้งที่ 3 เรื่องจุลชีววิทยา ในหัวข้อ “การเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์ของจุลินทรีย์ วิวัฒนาการและการจำแนกประเภทของจุลินทรีย์"

การเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์

คำว่า "การเจริญเติบโต" หมายถึงการเพิ่มขึ้นของมวลไซโตพลาสซึมของแต่ละเซลล์หรือกลุ่มแบคทีเรียอันเป็นผลมาจากการสังเคราะห์วัสดุเซลล์ (ตัวอย่างเช่น โปรตีน, RNA, DNA) เมื่อถึงขนาดที่กำหนด เซลล์จะหยุดเติบโตและเริ่มเพิ่มจำนวน

การสืบพันธุ์ของจุลินทรีย์หมายถึงความสามารถในการสืบพันธุ์ของตัวเอง เพื่อเพิ่มจำนวนตัวต่อหน่วยปริมาตร กล่าวอีกนัยหนึ่ง เราสามารถพูดได้ว่า การสืบพันธุ์คือการเพิ่มจำนวนบุคคลในประชากรจุลินทรีย์

แบคทีเรียแพร่พันธุ์โดยส่วนใหญ่โดยการแบ่งตามขวางอย่างง่าย (การขยายพันธุ์พืช) ซึ่งเกิดขึ้นในระนาบต่าง ๆ โดยมีการก่อตัวของเซลล์ที่หลากหลาย (พวงองุ่น - สตาฟิโลคอกคัส, โซ่ - สเตรปโตคอคกี้, การเชื่อมต่อเป็นคู่ - ดิพโลคอกคัส, ก้อน, ถุง - ซาร์ซินา, ฯลฯ) กระบวนการแบ่งประกอบด้วยขั้นตอนต่อเนื่องหลายขั้นตอน ระยะแรกเริ่มต้นด้วยการก่อตัวของพาร์ติชันตามขวางในส่วนตรงกลางของเซลล์ (รูปที่ 6) โดยเริ่มแรกประกอบด้วยเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมที่แบ่งไซโตพลาสซึมของเซลล์แม่ออกเป็นเซลล์ลูกสาวสองคน ควบคู่ไปกับสิ่งนี้ ผนังเซลล์จะถูกสังเคราะห์ขึ้น ทำให้เกิดพาร์ติชันที่เต็มเปี่ยมระหว่างเซลล์ลูกสาวทั้งสอง ในกระบวนการแบ่งแบคทีเรีย เงื่อนไขที่สำคัญคือการจำลอง (สองเท่า) ของ DNA ซึ่งดำเนินการโดยเอนไซม์ DNA polymerase เมื่อ DNA เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า พันธะไฮโดรเจนจะถูกทำลายและเกิดเกลียว DNA สองอัน ซึ่งแต่ละอันจะอยู่ในเซลล์ลูกสาว จากนั้น DNA สายเดี่ยวของลูกสาวจะฟื้นฟูพันธะไฮโดรเจนและสร้าง DNA สายคู่ขึ้นมาอีกครั้ง

การจำลองดีเอ็นเอและการแบ่งเซลล์เกิดขึ้นที่ความเร็วที่แน่นอนในจุลินทรีย์แต่ละประเภท ซึ่งขึ้นอยู่กับอายุของการเพาะเลี้ยงและธรรมชาติของสารอาหาร ตัวอย่างเช่น อัตราการเติบโตของเชื้อ E. coli อยู่ในช่วง 16 ถึง 20 นาที ใน Mycobacterium tuberculosis การแบ่งตัวเกิดขึ้นหลังจาก 18-20 ชั่วโมงเท่านั้น เซลล์เพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมต้องใช้เวลา 24 ชั่วโมง ด้วยเหตุนี้ แบคทีเรียในสายพันธุ์ส่วนใหญ่จึงขยายตัวได้เร็วกว่าเซลล์เพาะเลี้ยงเนื้อเยื่อเกือบ 100 เท่า

กระบวนการแพร่กระจายของการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์บนอาหารที่ไม่สามารถทดแทนได้ดำเนินไปอย่างไม่สม่ำเสมอ มันกำหนดสี่ขั้นตอนหลัก

1. ระยะเริ่มต้น (ระยะแล็ก) หรือระยะพักในเวลานี้วัฒนธรรมจะปรับให้เข้ากับสารอาหาร ในเซลล์จุลินทรีย์ ปริมาณ RNA จะเพิ่มขึ้น และด้วยการช่วยให้เอนไซม์ที่จำเป็นถูกสังเคราะห์ขึ้น

2. เฟสเอกซ์โปเนนเชียล (ลอการิทึม)มีลักษณะเป็นเซลล์ที่เพิ่มขึ้นสูงสุดในวัฒนธรรม ความก้าวหน้าทางเรขาคณิต(1, 2.4, 8, 16, 256 ฯลฯ) ในเวลานี้ เซลล์ส่วนใหญ่ในสิ่งแวดล้อมยังอายุน้อยและมีฤทธิ์ทางชีวภาพ ในตอนท้ายของระยะเมื่อสภาพแวดล้อมหมดลงสารที่จำเป็นสำหรับจุลินทรีย์ที่กำหนดจะหายไปปริมาณออกซิเจนลดลงผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมเพิ่มขึ้น - การเติบโตของวัฒนธรรมช้าลง เส้นโค้งจะค่อยๆ เคลื่อนตัวไปในแนวนอน

3. เฟสนิ่งหรือระยะเวลาครบกำหนด แสดงเป็นภาพด้วยเส้นที่ขนานกับแกน x มีความสมดุลระหว่างจำนวนเซลล์ที่สร้างขึ้นใหม่และเซลล์ที่ตายแล้ว ปริมาณของสื่อลดลงความหนาแน่นของเซลล์ในประชากรเพิ่มขึ้นผลพิษของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมเพิ่มขึ้น - ทั้งหมดนี้ทำให้เซลล์ตาย

4. ระยะตาย.ในระยะนี้ไม่เพียงแต่ลดลง แต่ยังสังเกตการเปลี่ยนแปลงของเซลล์ด้วย แบบฟอร์มที่เสื่อมโทรมปรากฏขึ้นเช่นเดียวกับสปอร์ หลังจากนั้นไม่กี่สัปดาห์หรือเป็นเดือน วัฒนธรรมก็จะสูญสลายไป สิ่งนี้เกิดขึ้นเพราะของเสียที่เป็นพิษไม่เพียงแต่ยับยั้ง แต่ยังฆ่าเซลล์จุลินทรีย์ด้วย

ดังนั้นด้วยกระบวนการเมตาบอลิซึมจึงทำให้กิจกรรมที่สำคัญของเซลล์จุลินทรีย์ยังคงอยู่ แอโรบต้องการออกซิเจนในการหายใจ ส่วนแอนแอโรบีใช้ไนเตรต การหายใจด้วยซัลเฟต และการหมัก จุลินทรีย์ดูดซึมสารอินทรีย์และ สารอนินทรีย์จากสภาพแวดล้อมภายนอกโดยการออกซิไดซ์เพื่อให้ได้พลังงานและส่วนประกอบพลาสติกที่จำเป็น ส่งผลให้เซลล์เจริญเติบโต เมื่อถึงระยะการเจริญเติบโตที่ต้องการแล้ว เซลล์จะคูณด้วยการแบ่งอย่างง่าย ในกระบวนการดำเนินชีวิต จุลินทรีย์จะค่อยๆ กินสารอาหาร ปล่อยสารออกสู่สิ่งแวดล้อม ส่งผลให้องค์ประกอบของสิ่งแวดล้อมเปลี่ยนแปลงและทำให้ไม่เหมาะสมกับชีวิต

กระบวนการแอแนบอลิซึมและแคแทบอลิซึมที่รุนแรงในเซลล์นำไปสู่การเจริญเติบโตของเซลล์อย่างรวดเร็ว

การเจริญเติบโตของแบคทีเรียคือการเพิ่มจำนวนและขนาดของส่วนประกอบของเซลล์ทั้งหมดอย่างเป็นระเบียบ โดยมีเงื่อนไขที่จำเป็นทั้งหมด องค์ประกอบทางเคมีซึ่งนำไปสู่การเพิ่มมวลของมัน สารตั้งต้นของสารอาหารจะต้องมีองค์ประกอบเหล่านี้ในรูปแบบที่เข้าถึงได้โดยกระบวนการเผาผลาญ การเติบโตของเซลล์ไม่ได้จำกัด หลังจากถึงขนาดวิกฤติแล้ว เซลล์จะเกิดการแบ่งตัวหรือการสืบพันธุ์

แบคทีเรียส่วนใหญ่แบ่งตัวด้วยฟิชชันแบบไบนารีตามขวางหรือไซโตไคเนซิส ในแบคทีเรียแกรมบวกส่วนใหญ่ การแบ่งตัวเกิดขึ้นผ่านการสังเคราะห์ผนังกั้นตามขวางที่วิ่งจากรอบนอกไปยังจุดศูนย์กลาง เซลล์ของแบคทีเรียแกรมลบส่วนใหญ่จะแบ่งตัวตามการหดตัว กระบวนการแบ่งตัวจะเกิดขึ้นซ้ำในช่วงเวลาที่เท่ากันโดยประมาณ (จากหลายนาทีไปจนถึงหลายวัน) ซึ่งเป็นลักษณะทางพันธุกรรมของแต่ละสายพันธุ์ของจุลินทรีย์ ผลจากการสืบพันธุ์ทำให้จำนวนเซลล์ในประชากรเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว

การสืบพันธุ์หรือการสืบพันธุ์ในแบคทีเรียเป็นการแบ่ง DNA นิวเคลียสซูเปอร์คอยล์ออกเป็นสองสายลูกสาว ซึ่งแต่ละสายจะถูกเติมเต็มเพิ่มเติมด้วยสายคู่เสริม และการก่อตัวของเซลล์ลูกสาวสองคนเกิดขึ้นพร้อม ๆ กัน (วิธีกึ่งอนุรักษ์นิยม)

การสืบพันธุ์มีลักษณะเฉพาะ เวลารุ่น(ช่วงเวลาที่จำนวนเซลล์เพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า) และแนวคิดดังกล่าว ความเข้มข้นของแบคทีเรีย(จำนวนเซลล์ใน 1 มล.)

เมื่อแบคทีเรียถูกใส่เข้าไปในอาหารเลี้ยงเชื้อ พวกมันจะเติบโตและเพิ่มจำนวนจนกระทั่งปริมาณส่วนประกอบที่จำเป็นของอาหารนั้นเหลือน้อยที่สุด หลังจากนั้นการเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์จะหยุดลง หากตลอดเวลานี้เราไม่เพิ่มสารอาหารและไม่กำจัดผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการเผาผลาญเราก็จะได้ การเพาะเลี้ยงแบคทีเรียแบบคงที่การเพาะเลี้ยงแบคทีเรียแบบคงที่ (เป็นชุด) มีพฤติกรรมเหมือนกับสิ่งมีชีวิตหลายเซลล์ โดยมีข้อจำกัดในการเติบโตทางพันธุกรรม หากเราสร้างกราฟตามเวลาบนแกน abscissa และจำนวนเซลล์บนแกนกำหนดเราจะได้เส้นโค้งที่อธิบายการพึ่งพาจำนวนเซลล์ที่เกิดขึ้นในช่วงเวลาของการสืบพันธุ์ซึ่งเรียกว่า เส้นโค้งการเจริญเติบโต

กราฟการเจริญเติบโตของแบคทีเรียในตัวกลางที่เป็นสารอาหารบนเส้นโค้งนี้สามารถแยกแยะได้หลายเฟสโดยแทนที่กันในลำดับที่แน่นอน (รูปที่ 11):

1. ระยะเริ่มต้น - ความล่าช้า(ภาษาอังกฤษ) ความล่าช้า- ล้าหลัง) ครอบคลุมระยะเวลาระหว่างการเพาะเชื้อแบคทีเรียและการเริ่มสืบพันธุ์ ระยะเวลาโดยเฉลี่ยประมาณ 2-5 ชั่วโมง ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสารอาหารและอายุของพืชที่หว่าน ในช่วงระยะหน่วง เซลล์แบคทีเรียจะปรับตัวเข้ากับสภาพการเพาะปลูกใหม่ การสังเคราะห์กำลังดำเนินการอยู่เอนไซม์ที่เหนี่ยวนำได้

2. เฟสเอกซ์โปเนนเชียล (ลอการิทึม)โดดเด่นด้วยอัตราการแบ่งเซลล์สูงสุดคงที่ ซึ่งเป็นช่วงของการเจริญเติบโตทางเรขาคณิตโดยมีจำนวนจุลินทรีย์เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว (2 ในระดับ n) อัตราการสืบพันธุ์ขึ้นอยู่กับชนิดของแบคทีเรียและสารอาหาร เรียกว่าเวลาการเพิ่มเซลล์เป็นสองเท่า เวลาในการสร้างซึ่งแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับชนิดของแบคทีเรีย: ในแบคทีเรียในสกุล ซูโดโมแนสเท่ากับ 14 นาที และ มัยโคแบคทีเรีย 18 - 24 ชั่วโมง ขนาดของเซลล์และปริมาณโปรตีนในเซลล์จะคงที่ในระหว่างเฟสเอ็กซ์โพเนนเชียล การเพาะเลี้ยงแบคทีเรียในระยะนี้ประกอบด้วยเซลล์มาตรฐาน

ข้าว. 11. ระยะของการสืบพันธุ์ของแบคทีเรีย

3. เฟสนิ่ง(ระยะสมดุลของการสืบพันธุ์และการตายของเซลล์จุลินทรีย์) เกิดขึ้นเมื่อจำนวนเซลล์หยุดเพิ่มขึ้น เนื่องจากอัตราการเจริญเติบโตขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารอาหาร เมื่อปริมาณสารอาหารในตัวกลางของสารอาหารลดลง อัตราการเติบโตก็ลดลงเช่นกัน อัตราการเติบโตที่ลดลงยังเกิดขึ้นเนื่องจากความหนาแน่นของเซลล์แบคทีเรียสูง ความดันบางส่วนของออกซิเจนลดลง และการสะสมของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมที่เป็นพิษ ระยะเวลาของระยะหยุดนิ่งคือหลายชั่วโมงและขึ้นอยู่กับชนิดของแบคทีเรียและลักษณะของการเจริญเติบโต

4. ระยะไดแบ็คหรือความตาย - ขนาดประชากรลดลงเนื่องจากการลดลงและไม่มีเงื่อนไขในการสืบพันธุ์ของจุลินทรีย์ เกิดขึ้นเนื่องจากการสะสมของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมที่เป็นกรดหรือเป็นผลมาจากการสลายอัตโนมัติภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์ของมันเอง ระยะเวลาของระยะนี้มีตั้งแต่สิบชั่วโมงถึงหลายสัปดาห์

การเปลี่ยนแปลงนี้เป็นเรื่องปกติสำหรับพืชผลเป็นระยะซึ่งมีสารอาหารลดลงและการสะสมของสารเมตาบอไลต์อย่างค่อยเป็นค่อยไป การมีอยู่อย่างต่อเนื่องของประชากรแบคทีเรียในระยะการเจริญเติบโตแบบลอการิทึมนั้นสังเกตได้ในการเพาะเลี้ยงอย่างต่อเนื่อง ซึ่งทำได้โดยการให้สารอาหารทีละน้อย การควบคุมความหนาแน่นของสารแขวนลอยของแบคทีเรีย และการกำจัดสารเมตาบอไลต์ กระบวนการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์นี้เรียกว่า การเพาะปลูกแบบไหล (วัฒนธรรมต่อเนื่อง)การเติบโตในการเพาะเลี้ยงอย่างต่อเนื่องทำให้สามารถรับแบคทีเรียจำนวนมากได้ในระหว่างการเพาะเลี้ยงแบบไหลในอุปกรณ์พิเศษ (เคมีบำบัดและความขุ่น) และใช้ในการผลิตวัคซีนตลอดจนเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อการผลิตสารออกฤทธิ์ทางชีวภาพต่างๆ ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ .