Особенности роста и развития микроорганизмов

Математические модели кинетики роста микроорганизмов, образования продуктов биосинтеза и утилизации субстратов отличаются от известных моделей химической кинетики. В основу большинства используемых моделей роста микроорганизмов положены уравнения ферментативной кинетики микробиологических процессов [1—4, 23, 27]. Однако, учитывая значительное число протекающих в клетках стадий биохимических ферментативных реакций, применение законов ферментативной кинетики носит в большинстве случаев формальный характер. Отличительной особенностью большинства моделей является использование в качестве основного параметра модели численности или концентрации микробной популяции. Именно большая численность микробных популяций позволяет широко применять при моделировании кинетики роста детерминистический подход, опирающийся на хорошо развитый аппарат дифференциальных уравнений. В то же время известны работы, в которых используются стохастические модели кинетики [25]. Среди них распространены работы, основанные на простой концепции рождения и гибели , что в математическом аспекте позволяет применять аппарат марковских процессов. В более сложных моделях микробная популяция представляется Б виде конечного числа классов, каждый из которых ха- [c.53]

Порча изделий из пластических масс, вызываемая плесневыми грибами, обычно не так велика и интенсивна, как изделий из органических природных материалов. В некоторых случаях, особенно при использовании неустойчивых примесей, развитие плесеней бывает обильным и вызывает изменения свойств пластических масс. С начала роста плесени ее влияние на субстрат зависит от окружающей влажности. Росту культуры плесени способствуют конденсации водяных паров и скопление влаги на поверхности материала. Некоторые пластические массы уже под влиянием повышенного влагосодержания значительно изменяют свои свойства. К этому добавляется химическая коррозия пластиков, вызываемая продуктами обмена веществ плесневых грибов и приводящая, например, к снижению у материала предела прочности при растяжении, гибкости и т. д. Благодаря свойственной пластическим массам проводимости микробный налет повышает электропроводность материала и уменьшает сопротивление его действию ползучих электрических токов. Это наблюдается даже в тех случаях, когда плесень заметна еще только под микроскопом. Колонии плесеней в то же время аккумулируют механические загрязнения из воздуха, что значительно влияет на свойства материала и делает его питательным субстратом для роста других микроорганизмов. В табл. 27 и 28 приведены виды плесеней, выделенные из двух пластиков — бакелита и поливинилхлорида — в разных областях КНР описаны формы их роста и влияние на материалы, изученные в результате лабораторного исследования. [c.102]

К настоящему времени получены константы скорости реакции 1-го порядка практически для всех классов органических соединений значения для некоторых из них приведены в табл. VI-4, а для наиболее изученных — фенолов — в табл. VI-5 и VI-6. Существенно, что эта простая модель (по которой скорость трансформации вещества линейно зависит от его концентрации) формально согласуется с экспериментальными данными, даже когда скорость трансформации органического вещества в действительности не зависит от его концентрации, а определяется скоростью развития микроорганизмов. Однако это формальное соответствие характерно только для экспоненциальной фазы роста микроорганизмов в период лаг-фазы и стационарной фазы их развития модель даже чисто формально не соответствует экспериментально наблюдаемой картине. Поэтому при обработке экспериментальных данных соответствующие этим фазам периоды трансформации веществ обычно не учитываются, и количественно оцениваются лишь не имеющие перегиба и плато участки кривых с экспоненциальным снижением концентрации веществ. Однако даже на этих участках кривых модель не адекватна, о чем свидетельствует изменение константы скорости во времени и ее зависимость от начальной концентрации вещества. Следовательно, эта модель и особенно полученные в экспериментах значения константы скорости не могут непосредственно использоваться для расчета скорости самоочищения вод в природных условиях, г [c.151]

Эффективность работы БТС, включающей большое число разнообразных технологических элементов — аппаратов, определяется не только качеством их функционирования, но и надежностью. Данный вопрос стоит особенно остро для биохимических производств, где выход из строя основных или вспомогательных технологических элементов (при отсутствии резерва) может привести к продолжительной остановке всего производства. Многочисленные примеры данного положения следуют непосредственно из практики. Так, выход из строя только насоса подачи титрующего агента в биореактор приводит к следующей ситуации (без вмешательства операторов или подключения резервного насоса) в аппарате под воздействием биохимической активности микроорганизмов происходит отклонение рН-среды от оптимальных для жизнедеятельности клеток значений, рост и развитие микроорганизмов замедляется, происходит вымывание клеток из аппарата (так как О > ц), концентрация их резко уменьшается, а субстрата возрастает до исходной величины. Через определенный промежуток времени в биореакторе уже не обеспечивается получение целевого [c.165]

ОСОБЕННОСТИ РОСТА И РАЗВИТИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ [c.49]

Однако особенностью развития микроорганизмов активного ила в сточных водах является гетерогенный видовой состав. В связи с этим основой третьего направления моделирования кинетики роста активного ила является учет трофических уровней и взаимодействия составляющих биоценоза активного ила. Для трофической схемы связей вида органические загрязнения (субстрат L) бактерии активного ила (биомасса А ) простейщие (хищник В) — модель кинетики имеет вид (уравнение Кенела) [c.226]

В тех странах, где наиболее остро стоит продовольственная проблема, особенно велики и потери сырья после уборки урожая. В развитых странах продукты различными способами защищают от грибов, насекомых и грызунов, так что потери сводятся к минимуму. При хранении зерна необходимо использовать различные химические и физические способы защиты, например пестициды и высущивание. Много неприятностей причиняет присутствие микотоксинов в продуктах, которые были заражены грибами, часто на ранних стадиях хранения. Это может приводить к браковке крупных партий зерна, тем более если оно используется в качестве корма. Особенно тщательной должна быть защита от заражения готовых продуктов. Упаковка может приводить как и подавлению роста микроорганизмов, так и к его стимулированию. Использование немногочисленных химических консервантов регулируется в соответствии с их химической природой законодательным путем. [c.239]

Таким образом, принципиальным недостатком экспоненциальной модели роста популяции можно считать отсутствие учета в ней одной из особенностей популяционного уровня — внутривидовой борьбы — события, являющегося результатом взаимоотношений, возникающих на определенном этапе развития популяции. Поставив под сомнение правомочность сделанного, хотя и не высказанного явно сторонниками экспоненциального закона допущения об отсутствии взаимовлияния микроорганизмов в популяции, рассмотрим группу математических моделей роста, учитывающих этот фактор. [c.61]

Имеются указания на значение для растений ростовых веществ и витаминов, выделяемых микроорганизмами. Хотя растения способны сами синтезировать многие витамины, но тиамин стимулировал рост корней помидоров, а тиамин и пиридоксин — гороха. Чернозем содержит больше витаминов В , Вг и Н, нежели подзолистая почва это связывают с большим развитием бактериальной флоры в черноземе. В почвах Вахшской долины микроорганизмы под хлопчатником синтезируют за год около 20 г пиридоксина и до 400 г на 1 га тиамина, а также 1 кг на 1 га никотиновой кислоты. Особенно много находят тиамина в почве при интенсивном развитии в ней азотобактера. [c.82]

Исследования показали, что прометрин в дозе 3 кг/га и особенно 6 кг/га незначительно угнетает рост и развитие гетеротрофных микроорганизмов по сравнению с контролем. Прометрин в дозе [c.113]

Подзолистые почвы характеризуются малыми емкостью поглощения и буферностью и значительной обменной кислотностью они обычно плохо сохраняют структуру и склонны к заплыванию. Все это отрицательно сказывается на развитии сельскохозяйственных культур. Наибольшее прямое и косвенное вредное влияние на растение оказывает кислотность этих почв, обусловленная присутствием в них ионов водорода и алюминия. При высокой кислотности угнетается рост и развитие клевера, конопли, льна, капусты, свеклы, пшеницы, ячменя и других культур, но особенно сильно — люцерны и сахарной свеклы при этом подавляется также жизнедеятельность нитрифицирующих и азотфиксирующих микроорганизмов. [c.103]

ИХ массовое развитие ( цветение ) дольно часто можно наблюдать невооруженным глазом, особенно в морской или солоноватой воде. Однако, если цветения не наблюдается, полезно для получения накопительных культур использовать колонку Виноградского. При этом обеспечиваются анаэробные условия и длительное снабжение Нг5, что приводит к обильному росту фото-трофных серобактерий, впрочем как и многих других микроорганизмов. [c.293]

В ходе развития стационарных культур, в особенности при разведении таких культур свежей средой, происходят значительные изменения свойств микроорганизмов. Как уже упоминалось, это было продемонстрировано для некоторых энтеробактерий [1, 11], но, вероятно, относится и ко всем прокариотам. В некотором смысле стадии развития стационарной культуры являются артефактом, зависящим от состава среды, а также возраста и состояния клеток инокулята однако во всех случаях эти стадии существенны при измерениях роста. Феномены, проявляющиеся на различных стадиях развития стационарной культуры, важны в экологических исследованиях, где особую роль играют условия окружающей среды, которые в значительной степени неконтролируемы. Ответ культуры на колебания естественных условий включает в себя также изменения клеточных характеристик [31, 34]. Так, например, при разведении стационарной культуры, растущей в богатой среде, происходит ускорение макромолекулярного синтеза. Вначале синтезируются компоненты системы биосинтеза белка — рибо- [c.445]

Естествознание во второй половине XX в. развивалось в двух направлениях. С одной стороны, все более углублялось понимание элементарных процессов путем редукционизма, проявившееся в области биологии в формировании молекулярной биологии и молекулярной генетики, но, с другой стороны, росло сознание необходимости интегративного подхода, поскольку игнорирование системных закономерностей прямо угрожает существованию как всего человечества в целом, так и отдельных государств и наций. Эмоциональной причиной этого широко обсуждаемого изменения в приоритетах, обозначаемого как смена парадигмы, стало всеобщее осознание ограниченности земного пространства, обусловленное развитием воздушного транспорта и возможностью наблюдения Земли из космоса. Рост в ограниченном пространстве ведет к исчерпанию ресурсов и гибели популяции подобно тому, как это происходит в культуре микроорганизмов. Особенно быстро исчерпание ресурсов происходит в связи с экспоненциальным ростом, который создает впечатление порогового перехода. На основе этих представлений были разработаны математические модели, претендовавшие на прогностическое значение и, во всяком случае, сумевшие определить порядок приоритетов. [c.5]

При избытке азота, фосфора или углерода в результате усиления биологической активности наблюдается перегрузка водоемов мертвыми растительными остатками и продуктами разложения, ухудшаются условия для естественного самоочищения. Отмершие остатки затрудняют проникновение света в глубь воды и замедляют фотосинтез. Осаждаясь, суспензии заиливают дно, вследствие чего задерживается развитие или прекращается жизнедеятельность донных микроорганизмов, участвующих в самоочищении вод. Эти процессы особенно заметны в водоемах с медленным течением или в непроточных (водохранилища, озера). При усиленном росте водной растительности прибрежных мелководий водоемы зарастают и нарушается водообмен. Преимущественное развитие в таких условиях лишь нескольких видов приводит к уменьшению видового разнообразия водоема богатую экосистему, основанную на бентосной растительности, сменяет простая, основанная на фитопланктоне. В итоге водоем как естественная экосистема перестает существовать. [c.197]

Нефтяные топлива подвержены биоповреждениям при хранении, транспортировании и эксплуатации. Особенно нестойки к биоповреждениям топлива, предназначенные для летательных аппаратов. Стимулируют биоповреждения топлив повышенная тем-дература (более 20 °С), загрязнения, попадающие в емкости, накопление воды. Более благоприятные условия для развития микроорганизмов создаются в зоне раздела топливо — вода. Это наблюдается в хранилищах топлив происходит порча топлив, коррозия емкостей. Оптимальное значение pH среды для развития микробов в топливах 7...7,5, при рН процесс биоповреждений топлив практически прекращается. Наибольший рост бактерий и грибов-окислителей углеводородов наблюдается в интервале температур 25...40°С. Однако существуют психрофильные и термофильные микроорганизмы, разрушающие топлива. [c.42]

Учитывая большую роль микробов в качестве главных санитаров Земли, необходимо способствовать развитию микроорганизмов, особенно гетеротрофов, и тем самым усиливать само-очищающую способность биосферы. С другой стороны, бурный рост численности микроорганизмов в воздухе и воде может принести ощутимый вред человеку. Общеизвестно, какой ущерб наносит чрезмерное развитие синезеленых водорослей некоторым водным бассейнам (особенно искусственным). Осложняется в связи с этим и подготовка воды для технических и бытовых целей. Демографический взрыв , атака водорослей привлека- [c.186]

При внесении в питательную среду инокулята (посевной дозы микроорганизмов) в течение какого-то промежутка времени не наблюдается изменения численности популяции. Затем наступает период интенсивного размножения микроорганизмов и, соответственно, роста популяции с увеличивающейся скоростью, которая в определенный мохмент достигает максимального значения и потом снижается до нуля. Прирост биомассы прекращается и количество микроорганизмов поддерживается некоторое время на постоянном уровне, после чего происходит явно выраженное их отмирание и популяция как таковая перестает существовать. Таким образом, всегда различаются четыре периода, которые в наиболее общем виде можно охарактеризовать как начальный, период регулярного роста, период равновесия и период дегенерации. Переход от одного периода развития популяции к другому происходит плавно, и практически трудно достаточно четко определить точку перехода из одного состояния популяции в другое, особенно принимая во внимание невысокую точность методов определения концентрации растущей биомассы. Если же при этом учесть, что сам процесс культивирования может проводиться в отличающихся условиях (различные посевные дозы, различное количество инокулята, например его возраст, различный состав питательной среды), то становится понятным, почему в настоящее время различают от четырех до десяти отдельных этапов роста и состояний популяции. М. И. Тар-ков [31] предложил различать облигатные и факультативные фазы, подчеркивая тем самым тот факт, что на фоне эпиморфно-го чередования четырех-пяти основных (облигатных) стадий роста популяции внутри каждой облигатной стадии в зависимости как от особенностей метаболизма самого микроорганизма, так и конкретных условий его культивирования могут наблюдаться характерные периоды (факультативные фазы) рис. 1.1. [c.31]

Идеальной средой для проведения микробиологического анализа является такая среда, которая содержит все вещества, существенные для роста или стимулирующие рост данного микроорганизма, за исключением одного вещества, подлежапгего определению. Применяемые в настоящее время микробиологические методы лишь приближаются к этому идеалу. Хорошее знание потребностей в питании микроорганизма является основным для развития метода испытаний в основе дальнейшего усовершенствования метода лежит все возрастающее понимание особенностей обмена организма. Краткие сведения о потребностях в питании микроорганизмов, применяемых до сих пор в анализе аминокислот, даны ниже. [c.171]

Таким образом, если экспериментально достаточно подробно исследованы зависимости от времени концентрации исходных, промежуточных субстратов и продуктов ферментации, получены кинетические кривые роста отдельных микроорганизмов, то можно на основе качественного совпадения экспериментальных зависимостей с одной из теоретических, представленных на рис. 5.69-5.70, идентифицировать лимитирующую стадию развития симбиотической ассоциации. Более строгий количественный подход основан на моделировании роста микробной ассоциации с помощью решения прямой задачи и определении кинетических параметров роста при решении обратной. Рассмотрим особенности и возможности этого подхода на примере анализа закономерностей роста метангенерирующей микробной ассоциации. [c.672]

Микробозагрязнения. Одной из причин загрязнения нефтепродуктов является активное воздействие на них продуктов жизнедеятельности различного вида грибков и бактерий. Нефтепродукты, особенно реактивные и дизельные топлива, интенсивно поглощают воду и долго ее удерживают. Присутствие воды создает благоприятные условия для развития и активного роста микроорганизмов. Впервые с микробо-загрязнениями нефтепродуктов столкнулись в авиации после перехода на самолеты с газотурбинными двигателями. В начале 70-х годов на зарубежных самолетах, базирующихся в тропиках, была обнаружена интенсивная коррозия топливных крыльевых отсеков. Впоследствии аналогичные повреждения были отмечены и на самолетах, эксплуатирующихся и в других районах. Было выявлено более 100 видов микроорганизмов — фибков и бактерий, способных размножаться в нефтепродуктах. Наибольшее распространение имеет, как установлено, грибок коричневый гермолендрон. [c.36]

Технологическую основу БТС составляет процесс культивирования микроорганизмов — ферментация. При этом биофаза потребляет продукты питания — минеральную питательную среду и субстрат, перерабатывает их клеткой и выделяет в среду метаболиты. В результате обмена веществ происходит синтез внутриклеточных веществ, рост клетки (увеличение биомассы) и ее развитие (морфологические и физиологические изменения). Рост и развитие популяции микроорганизмов являются результатом сложнейшей совокупности физиологических, биохимических, генетических и других внутриклеточных процессов. Кроме того, важное место занимают процессы физической природы — перенос массы, энергии, количества движения из окружающей среды к клеткам и обратно. Таким образом, процесс ферментации можно рассматривать как определенным образом организованное развитие популяции микроорганизмов во взаимодействии с окружающей средой (ферментационной средой). Ферментационная среда, содержащая микробные клетки, компоненты минерального питания, субстрат, продукты клеточного метаболизма представляет собой многофазную систему, в которой протекают физиолого-биохимические и физико-химиче-ские процессы. К особенности данной среды относится сложный характер взаимодействий между ее составляющими. [c.51]

Особенности массообменных эффектов в БТС связаны с процессами ферментации, когда одновременно с ростом и развитием популяции микроорганизмов осуществляется перенос массы (транспорт питательных веществ и продуктов метаболизма) и энергии (поглощение и выделение тепла при биохимических превращениях в многофазной системе). Модели, описывающие процессы массообмена в биохимическом реакторе, являются макросоставляющими общей математической модели биореактора в целом. Скорость потребления питательных веществ в процессе роста микроорганизмов определяется, с одной стороны, скоростью их биохимического превращения, а с другой,— скоростью переноса веществ к клеткам. [c.82]

Один из важнейших физико-химических показателей осадков, определяющих рост и развитие некоторых групп микроорганизмов, -окислительно-восстановительный ЕЬ-потенциал. Он отражает также меру аэробности системы, что особенно важно при характеристике осадков сточных вод. Бактерии классифицируют по зонам потенциала. Бактерии более активны при снижении ЕЬ-потенциала с 400 до 200 мВ. Анаэробные бактерии функционируют лучше при изменении ЕЬ-потенциала с 50 до 400 мВ. Факультативные анаэробы функционируют в обеих зонах потенциала, но активность их повышается в зоне отрицательного потенциала. [c.53]

Возможно, что такое положение обусловливает неоднозначность терминологии фазового состояния популяции микроорганизмов, а также существование множества терминов для обозначения того или иного этапа в развитии популяции (особенно это относится к начальному периоду и в меньшей степени к конеч-ныхМ фазам), часть которых используется как синонимы. Так, например, термины лаг-фаза или латентная фаза , часто употребляемые для обозначения самых различных этапов начального периода существования популяции, вносят определенные затруднения при анализе приводимых данных. Кроме того, настойчивые попытки деления кинетической кривой роста на отдельные периоды фазы, что в общем-то предполагает определенное противопоставление физиологических процессов в клетках на различных этапах культивирования, в ряде случаев приводят к представлению о несводимостй закономерностей роста в различных фазах, с чем трудно согласиться, исходя из общих биологических представлений. [c.32]

Хотя приведенные выше математические модели роста популяции и учитывали качественную особенность популяционного уровня — внутривидовую борьбу, которая связывалась с тем или иным проявлением взаимодействия особей, тем не менее их все можно отнести только к моделям портретного типа. Безусловно, появление таких подходов следует рассматривать как определенный прогресс по сравнению с поисками эмпирических зависимостей или моделей типа уравнения экспоненциального роста популяции. Однако рассмотренные зависимости описывают только лишь накопление биомассы в предположении внут-рипопуляционного взаимодействия особей (влияющих либо непосредственно на процессы размножения или гибели, либо опосредствованно через продукты метаболизма), но не вскрывают сущности процесса перехода субстрата в организационную биомассу попз ляции. Модели рассмотренного типа построены при неявном предположении протекания процесса роста популяции в условиях практически неограниченного количества субстрата. Вместе с тем очевидная роль питательной среды в процессах роста и размножения микроорганизмов безусловно должна быть отражена в соотвегствующих моделях развития популяций. [c.68]

Корнеед. Заболевание появляется при неблагоприятных условиях для развития всходов — избыточном увлажнении, недостатке воздуха, особенно на тяжелых кислых и заплывающих почвах, что затрудняет рост и развитие растений и вызывает поражение ослабленных всходов грибными микроорганизмами, находящимися в почве (фузариум и др.). Особенно опасно в северо-западных областях. Поражает проростки и всходы свеклы до образования двух-трех пар настоящих листьев. В более поздний период корнеед не представляет опасности. Признаки заболевания — корешок и поде емя дольное колено чернеют, становятся тонкими, всходы полегают, а проростки часто гибнут, не достигая поверхности почвы. Посев изрежи-вается, что может привести к необходимости пересева. Развитию заболевания способствуют высев семян в холодную или в пересохшую почву, глубокая заделка и неудовлетворительное качество семян, отсутствие плодосмена, загущенный посев. Возбудитель заболевания сохраняется на растительных остатках в почве, а также в пораженных семенах. [c.237]

При выращивании насекомых на искусственных средах (см. разделы 5.3.1 и 9.3) антибиотики добавляют для защиты сред от загрязнения токсичными микроорганизмами или энтомопатогенными сапрофитами. Но антибиотики могут оказывать и вредное действие на насекомых, например ингибируя симбиотическую микрофлору симбиотициды). У многих видов насекомых, в особенности олигофагов, микроорганизмы-симбионты встречаются в кишечном канале или в специальных органах (так называемых мицетомах) и необходимы для роста и развития организма. [c.235]

Большое внимание привлекает особая форма конкуренции, связанная с вьщелением некоторыми видами органических веществ, замедляющих рост других организмов. У растений это взаимодействие называется аллелопатией. Такая химическая борьба особенно развита среди микроорганизмов, вьщеляющих различные антибиотики и ингибиторы роста, чтобы приватизировать питательньгй субстрат. Хорошо известный пример — пенициллин, образуемый плесневыми грибами рода Peni illium и подавляющий развитие грамположительных бактерий (разд. 12.11.1). [c.419]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология