Время генерации. 
Основы микробиологии

В результате роста и размножения из одной клетки микроорганизма образуется колония его потомков. Микроорганизмы отличаются высоким темпом размножения, оцениваемым по времени генерации, т. е. времени, в течение которого происходит деление клетки. Время генерации неодинаково у разных видов микроорганизмов, у клеток одного вида, но разного возраста; оно зависит также от условий роста (состава питательной среды, температуры, pH и других факторов).

При благоприятных условиях время генерации многих микроорганизмов колеблется от 20 до 30 мин. При такой скорости роста можно получить шесть генераций за 2 ч (у человека столько же поколений проходит за 120 лет). Вследствие способности к быстрому размножению в природе бактерии численно превышают все другие живые организмы. Однако бактерии не могут очень долго продолжать расти с периодом генерации 20 мин. Если бы такой рост был возможен, то из одной-единственной клетки кишечной палочки через 24 ч образовалось бы 2⁷², или около 10²² потомков, общая масса которых составила бы несколько десятков тысяч тонн, а еще через 24 ч роста бактерии масса ее потомков превысила бы в несколько раз массу земного шара. Недостаток пищи и накопление продуктов распада ограничивают столь бурное размножение бактерий. Однако в проточной среде они способны делиться каждые 15—18 мин.

Фазы цикла развития культуры бактерий.

Наблюдения за ростом микроорганизмов, культивируемых на жидкой среде в замкнутых резервуарах, показывают, что скорость их роста изменяется во времени. Внесенные в питательную среду микроорганизмы сначала не развиваются — «привыкают» к условиям среды. Затем начинается размножение со все возрастающей скоростью, достигающей максимальной, на которую данный вид способен в данной среде. По мере исчерпания запаса питательных веществ и накопления продуктов обмена рост замедляется, а затем прекращается полностью. Цикл развития культуры бактерий состоит из ряда фаз (рис. 35).

Рис. 35. Фазы роста бактерий:

I — исходная (стационарная фаза); II — фаза задержки размножения;

III — логарифмическая фаза; IV — фаза отрицательного ускорения;

V — стационарная фаза максимума; VI — фаза ускорения гибели клеток;

VII — фаза логарифмической гибели; VIII — фаза уменьшения скорости отмирания Первая фаза — исходная, или стационарная. Начинается после внесения микроорганизмов в питательную среду и продолжается 1—2 ч. Количество бактерий во время этой фазы не увеличивается, и клетки не растут.

Вторая, или лаг-фаза, — период задержки размножения. В указанное время бактерии, внесенные в свежую питательную среду, начинают интенсивно расти, но скорость их деления пока невысока. Две первые фазы развития бактериальной популяции называют периодом приспособления к новой среде. К концу лаг-фазы клетки часто увеличиваются по объему. Длительность лаг-фазы зависит как от внешних условий, так и от возраста бактерий и их видовой специфичности.

Третья фаза — интенсивного логарифмического, или экспоненциального, размножения. В этот период размножение бактерий идет с наибольшей скоростью и число клеток увеличивается в геометрической прогрессии.

Четвертая фаза — отрицательного ускорения. Клетки бактерий становятся менее активными, и период генерации удлиняется. Одна из причин, замедляющих размножение бактерий, — истощение питательной среды и накопление в ней токсичных продуктов обмена. Это замедляет ритм размножения. Некоторые клетки перестают размножаться и погибают.

Пятая фаза — стационарная. Период, когда число вновь возникающих клеток примерно равно числу отмирающих. Поэтому количество живых клеток некоторое время остается практически неизменным. Однако общая численность живых и мертвых бактерий несколько увеличивается, хотя и не очень быстро. Данную фазу иногда называют максимально стационарной, так как численность клеток в среде во время нее достигает максимума.

Шестая — восьмая фазы — отмирания — характеризуются тем, что отмирание клеток преобладает над размножением. Во время прохождения шестой фазы увеличивается число отмерших клеток. Седьмая фаза — логарифмической гибели клеток, когда они отмирают с постоянной скоростью. Во время восьмой фазы скорость отмирания клеток бактерий постепенно уменьшается. Отмирание в последние три фазы связано с изменением физико-химических свойств питательной среды в неблагоприятную для бактерий сторону и другими причинами. Ритм гибели клеток в эти фазы становится быстрым, и число живых клеток все более снижается, до тех пор пока они почти полностью не отмирают.

В описанных выше фазах развития микроорганизмов при культивировании в замкнутом резервуаре последние все время находятся в меняющихся условиях. Это так называемая непроточная культура микроорганизмов. Первое время они имеют в избытке все питательные вещества, затем постепенно начинают проявляться недостаток в питании и отравление продуктами обмена. Все указанное и приводит к снижению скорости роста, в результате чего культура переходит в стационарную фазу.

Однако если добавлять в среду питательные вещества и одновременно удалять продукты обмена, то микроорганизмы могли бы пребывать в течение неопределенного времени в экспоненциальной фазе роста. Такой способ положен в основу проточного культивирования микроорганизмов, осуществляемого в хемостатах и турбидостатах при помощи специальных устройств, обеспечивающих непрерывную подачу среды с регулируемой скоростью и хорошее ее перемешивание. В результате для микроорганизмов создаются неизменные условия, что позволяет поддерживать непрерывный и постоянный прирост клеток при любой скорости роста культуры. Проточное культивирование микроорганизмов поддается автоматическому регулированию, оно весьма перспективно и широко внедряется в практику.

В исследованиях физиологии микроорганизмов важно получение синхронных культур. Так называют бактериальную культуру, или популяцию, в которой все клетки находятся на одинаковой стадии клеточного цикла. Синхронные культуры обычно используют для изучения процессов роста у отдельных видов бактерий.