Популяция См также экспоненциальный

Кинетическая кривая роста микроорганизмов в процессе микробиологического синтеза (в биохимических реакторах) при периодическом способе культивирования имеет сложный характер и состоит из ряда фаз [44, 45] лаг-фазы, переходной фазы, экспоненциальной фазы, фазы затухающего роста, стационарной фазы, фазы гибели микроорганизмов. В первый период (лаг-фаза) численность популяции не увеличивается, что соответствует реакции нулевого порядка. Аналогичная зависимость имеет место в стационарной фазе. Для остальных периодов кинетика оказывается более сложной. В качестве кинетической модели роста популяции в условиях периодического процесса наиболее часто используют модель Кобозева. Модели расчета биохимических реакторов широко освещены также в [46— 48]. [c.36]

Стационарная фаза. Стационарная фаза наступает тогда, когда число клеток перестает увеличиваться. Скорость роста зависит от концентрации субстрата-при уменьшении этой концентрации, еще до полного использования субстрата, она начинает снижаться. Поэтому переход от экспоненциальной фазы к стационарной происходит постепенно. Скорость роста может снижаться не только из-за нехватки субстрата, но также из-за большой плотности бактериальной популяции, из-за низкого парциального давления О2 или накопления токсичных продуктов обмена все эти факторы вызывают переход к стационарной фазе. И в стационарной фазе могут еще происходить такие процессы, как использование запасных веществ, распад части рибосом и синтез ферментов. Наблюдаемая картина зависит от того, какой именно фактор лимитирует рост. Быстро гибнут лишь очень чувствительные клетки другие еще долго сохраняют жизнеспособность-до тех пор, пока есть возможность получать необходимую для этого энергию в процессе окисления каких-либо запасных веществ или клеточных белков. [c.197]

Если считать, что в популяции (будь то человечество, муравьи, бактерии и т. п.) один живой экземпляр является аналогом молекулы, то надо будет признать, что в своей эволюции он проходит через те же состояния, что и вся популяция. Трудность заключается уже в том, что здесь распределение по энергиям не имеет экспоненциального характера. Значения возможных энергий лежат в узких пределах, и число особей с особенно большими энергиями равно нулю. Невозможность трактовать подобные системы методом Гиббса следует также и из того, что энергия вообще не определяет состояния живых систем и ход их развития. Зато огромную роль играют в биологических системах разнообразные связи, поддерживающие уровни организации и неучитываемые в простом статистическом подходе . [c.54]

Наиболее широко распространенным предположением является тезис об экспоненциальном характере процесса увеличения численности растущей популяции, что рассматривается в качестве фундаментального признака микробных сообществ. Это предположение базируется на достоверных наблюдениях, справедливых для клеточного уровня микроорганизмы размножаются удвоением, интервалы между делениями (время генерации) есть величина постоянная и характерная для каждого вида и штамма микроорганизма, а также условий его культивирования. В математической записи это условие выражается следующим образом [c.28]

Период дегенерации (или гибели), который не относится непосредственно к росту популяции, а изучение его закономерностей представляет больший интерес с точки зрения накопления в культуральной жидкости ряда продуктов метаболизма, также имеет отдельные характерные участки фазу замедленной гибели фазу ускоренной гибели (фазу падения) фазу экспоненциальной (или логарифмической) гибели вторично-стационарную фазу. [c.32]

Следствием такой ситуации является тенденция к уменьшению размеров микробных клеток (особенно к концу периода регулярного роста). В соответствии с закономерностями, описываемыми уравнением (1.5), это обусловлено тем, что при постоянстве параметра К, характеризующего устойчивость внутренних структур клетки, снижается величина V, определяющая скорость поглощения компонентов питательной среды через поверхность микробной клетки. Обращаясь к зависимостям (1.5) — (1.8), легко показать, что рост клетки будет прекращаться при меньших ее размерах (значениях М), чем это имеет место в начале фазы регулярного роста в условиях высоких концентраций компонентов питательной среды. Тем не менее снижение концентрации компонентов питательной среды хотя и влияет на скорость процессов внутриклеточного синтеза, но не так, как это можно было бы ожидать, исходя из закона действующих масс. Определенное сглаживающее или буферное воздействие оказывает автономность узкого места цепи метаболизма, а также общая система саморегуляции, контролирующая деятельность ферментов и управляющая процессами обмена. Важно отметить, что содержание органелл в микробной клетке и в первую очередь фракции рибосомальной РНК (в пересчете на сухой вес биомассы, но не на одну клетку ), возрастающее в начальный период роста популяции, остается постоянным в фазе экспоненциального роста. [c.38]

В установлении точки перехода фазы экспоненциального роста в фазу отрицательного ускорения, безусловно, может существовать субъективизм, связанный с точностью метода определения концентрации биомассы, а также и с представлениями экспериментатора о степени отклонения экспериментальных данных от расчетного экспоненциального характера роста достаточной, чтобы предположить переход популяции в сферу действия иного закона роста. [c.42]

Существуют также по меньшей мере две точки зрения и в отношении основных кинетических подходов к росту популяции. В одних случаях постулируется, что популяция развивается по экспоненциальному закону, где в качестве элементарного акта принимается удвоение клетки (или биомассы) через равные интервалы времени. В других случаях рост популяции рассматри- [c.55]

Вместе с тем простота закономерностей роста, выражаемая в виде экспоненты, делала эту зависимость притягательной для использования ее при проведении технологических расчетов, как это предлагает Л. М. Батунер [2] при определении необходимого уровня аэрации растущей культуры. В общем такой прием допустим, особенно, если речь идет о расчете технологических режимов начальных этапов процесса культивирования, когда отличие роста популяции от экспоненциального закона не проявляется достаточно резко. Положение принципиально не изменится, если даже этот закон будет распространен и на более поздиние сроки культивирования. Это связано с тем, что действительная интенсивность роста, а также и всех метаболических процессов на протяжении процесса культивирования будет ниже того уровня, который был рассчитан в предположении подчинения роста популяции на всем его протяжении экспоненциальному закону. В этом случае можно вполне обоснованно полагать, что растущая культура не будет испытывать недостатка ни в кислороде, ни в других компонентах субстрата, режим подачи в культуру которых (или, наоборот, удаления из культуры) будет заведомо избыточным. Другое дело, что это отражается на экономичности производства и приводит к его необоснованному удорожанию. Однако если условия культивирования (например, температуру или величину pH культуральной жидкости) регулировать по жестко заданной программе, рассчитанной в предположении экспоненциального роста, то с течением времени условия культивирования все больше и больше будут отличаться от заданных и произойдет перерегулирование процесса. И, наконец, реальная производительность процесса культивирования никогда не достигнет проектной, если таковую принимали, исходя из представлений о экспоненциальном законе роста популяции. [c.60]

Несколько лет назад было сообщено о ЯМР-релаксации протонов воды в красталлах белков [12], не описываемой с помощью экспоненциального уравнения. Вследствие того что объяснение этого явления опиралось на химическую модель обмена, данное сообщение в значительной мере было проигнори-рованно. Имеются две довольно различающиеся гипотезы, которые могут объяснить подобное поведение. Неэкспоненциальная релаксация может быть следствием медленного обмена между наблюдаемыми частицами двух популяций, в данном случае популяций воды, каждая из которых характеризуется существенно различными скоростями ЯМР-релаксации [13]. Такая модель не зависит от ширины импульса, а также мало зависит от типа ядра обменивающейся молекулы. Сравнение релаксационных кривых, приведенных на рис. 8.2, показывает, что их форма в значительной степени зависит от ширины импульса. Исследование релаксации с использованием дейтерия также не обнаружило необычного поведения протонов, которое имеет неэкспоненциальный характер [14]. По указанным причинам химическая модель обмена должна быть отвергнута как не адекватная для описания данной ситуации, и поэтому устраняется трудность объяснения с позиций такой модели больших значений продолжительности жизни данного состояния [12, 15, 16]. [c.152]

Попытку построения кинетической модели растущей популяции микроорганизмов предпринял Пиррет [127]. Он также обратился к распределительной модели, в которой популяция отождествлена с открытой системой, где протекают различные реакции метаболизма. Автор сравнил поведение простой линейно открытой системы фиксированного объема, в которой протекают гомогенные мономолекулярные реакции, и открытой системы, где протекают разветвленные последовательные реакции. Было показано, что именно разветвленная кинетическая схема, включающая стадию автокатализа, способная к эндогенному расширению, достаточно строго может описать наблюдаемые феномены роста популяции микроорганизмов. В противоположность Хиншельвуду, связывающему механизм регуляции роста с сорбционными процессами насыщения активных поверхностей биологических структур, Пиррет роль регулятора процесса видит в стадии автокатализа. Вместе с тем сходство обоих кинетических подходов заключается в том, что в основу модели положено представление об экспоненциальном росте, регулируемом через сорбцию или автокатализ. При этом скорость увеличения объема (или массы) рассматривается в любом случае только пропорциональной самому объему (или массе). Б обоих случаях авторы не провели строгой количественной проверки предложенных ими схем, а ограничились хотя и корректным, но лишь качественным рассмотрением поведения системы и объяснением наблюдаемых феноменов. Что же касается строго математического описания системы, то они, естественно, не располагали достаточным фактическим материалом в отношении кинетических характеристик всех отдельных стадий цепи (или сетки) метаболитических реакций, без знания которых проведение расчетов бессмысленно. Однако в этих работах было показано, что использование приемов формальной химической кинетики сложных реакций вполне приемлемо при описании процесса роста популяции в целом. [c.94]

Следующая фаза — логарифмическая, когда бактерии растут с максимальной скоростью, число бактерий увеличивается почти экспоненциально, т. е. кривая роста представляет собой почти прямую линию. В ходе этой фазы время удвоения остается постоянным и имеет минимальное значение. Со временем рост колонии начинает замедляться, время удвоения начинает увеличиваться, и культура входит в стационарную фазу, когда скорость роста популяции равна нулю и когда резко возрастает конкуренция за пищевые ресурсы. Образование новых клеток замедляется и затем совсем прекращается. Любое увеличение числа клеток компенсируется одновременной гибелью других клеток, поэтому суммарная численность живых клеток остается постоянной. Переход к этой фазе определяется действием ряда факторов истощением необходимьгх питательных веществ, накоплением токсичных продуктов распада, таких как спирт, а в случае аэробньк бактерий еще и ограничением доступа кислорода. Рост бактерий замедляется также при изменении pH. [c.52]

Испытания были проведены также и в других местах липкая лента, служащая заборным устройством, выбрасывалась на кучу песка, стекла окон, на асфальтовую поверхность улиц и т. д. На кривой, полученной в опыте с пропусканием липкой ленты через кучу песка и гравия, обнаруживается присутствие по крайней мере двух различных типов микроорганизмов регистрируются два лаг-периода и два экспоненциальных наклона. На кривой, получепной с асфальтовой поверхности, наблюдается длинная лаг-фаза, что можно объяснить присутствием споровой популяции, которая требует более продолжительного периода времени для достижения экспоненциального роста. Значительный интерес представляют данные, полученные при инкубировании 25 и 50 мг пустынной почвы. Как правило, фиксируется быстрый сигнал о метаболической активности (Levin et al., 1962). Удалось получить сигнал от 40 мг песка пустыни, хранившегося в течение нескольких месяцев в лаборатории. Правда, при этом необходимо было увеличить содержание меченых субстратов в 5 раз. [c.121]

Ферментер, подготовленный для работы, стерилизуется в автоклаве. Электроды, выходящие из строя под действием высокой температуры, стерилизуют химическими реагентами, отмывают стерильной водой и вставляют в стерильный ферментер. Лучшим стерилизующим средством является 2%-ный р-пропионилактон (выдержка — 40 мин). Возможна стерилизация выдерживанием в подкисленном 70%-ном этиловом спирте (2% Н2304) и в 33%-ном пероксиде водорода по 40 мин. После стерилизации производится засев ферментера. При достижении экспоненциальной фазы роста культуры включается поток среды. Отток культуры идет через сливную трубку, которая должна обеспечить вывод среды из нижнего слоя. Слив сверху также возможен, но иногда осложняется вспениванием культуры и концентрированием клеток в пене. Стационарное состояние при данной скорости потока считается установившимся, если плотность популяции не изменяется в течение не менее 5—7 генераций (g). Культура сливается в охлаждаемые емкости, например сосуды Дьюара, чтобы приостановить всякие изменения в клетках, предназначенных для анализа. Если нет нужды получать большие количества клеток и культуральной жидкости для анализа, то пробы лучше отбирать непосредственно из ферментера. Обрастание стенок ферментера и мешалки микроорганизмами является большой помехой для длительных исследований. Поэтому до сих пор имеется мало работ по выращиванию в хемостате грибов и актиномицетов, особенно склонных к обрастаниям. Во избел<ание возникновения и отбора спонтанных мутантов ие рекомендуется вести хемостатную культуру более четырех недель. Засев всегда необходимо делать из специально выращенной культуры (не из ферментера). Для получения хемостатной кривой обычно начйна- [c.125]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология