Das Wachstum von Bakterienzellen - erklärt! (Mit Figur)

Zellwachstum und Reproduktion:

Eine einzelne Bakterienzelle wächst, wenn die Umweltbedingungen für ihr Wachstum günstig sind. Jede Zelle wächst auf ungefähr das Doppelte (Abbildung 2.15).

Bei kugelförmigen Bakterien verdoppelt sich der Durchmesser der Zelle, während sich die Zelle bei anderen um die doppelte Länge verlängert.

Ein solches Wachstum wird als "Zellwachstum" bezeichnet. Nachdem eine Bakterienzelle fast die doppelte Größe erreicht hat, teilt sie sich durch einen Vorgang, der als "binäre Spaltung" bezeichnet wird, in zwei Zellen. Somit erfolgt die Vermehrung von Bakterien durch binäre Spaltung. Der Begriff binär bedeutet, dass sich jede Mutterbakterienzelle (Spaltung: Teilung) in zwei (zwei: zwei) Tochterbakterienzellen aufteilt.

Während der Teilung wachsen Zellmembran und Zellwand in der Mitte der Mutterzelle von entgegengesetzten Seiten nach innen, bis sie sich treffen und von einer Trennwand, die als "Septum" bezeichnet wird.

Das Septum teilt die Zelle in zwei gleiche Hälften, die später zu zwei neuen Tochter-Mutterzellen zusammengedrückt werden, ihr DNA-Molekül repliziert sich zu zwei ähnlichen DNA-Molekülen, so dass jede Tochterzelle ein DNA-Molekül erhält. Andere zelluläre Substanzen sind ebenfalls zu gleichen Teilen auf die beiden Tochterzellen aufgeteilt.

Wachstum von Bakterien:

Bei höheren Pflanzen und Tieren bedeutet Wachstum eine Zunahme der Größe eines Individuums. Obwohl jede Bakterienzelle auch mit zunehmender Größe wächst, ist ein solches Zellwachstum normalerweise schwer zu erkennen und von geringer Bedeutung. es ist vielmehr die Anzahl der produzierten Zellen am Ende eines bestimmten Zeitintervalls, die wahrgenommen werden kann und eine bestimmte Bedeutung hat.

Deswegen; "Wachstum von Bakterien" wird als Zunahme der Anzahl von Bakterienzellen definiert. "Wachstumsrate" von Bakterien ist definiert als die Zunahme der Anzahl von Bakterienzellen pro Zeiteinheit. Die Zeit, die eine bestimmte Bakterienpopulation verdoppelt, wird als "Erzeugungszeit" oder "Verdopplungszeit" bezeichnet. Es variiert zwischen Bakterien von wenigen Minuten bis zu wenigen Stunden.

Exponentielles oder logarithmisches Wachstum:

Da das Bakterienwachstum durch binäre Spaltung erfolgt, wächst ein einzelnes Bakterium (1) zu 1, 2, 4, 8, 16 usw., das auch als 1 x 2 0, 1 x 2 1, 1 x 2 ausgedrückt werden kann 2, 1 x 2 3, 1 x 2 4, ……………… .. 1 x 2 n . Diese Art des Wachstums, bei der sich die Anzahl der Zellen während jeder Zeiteinheit (Erzeugungszeit) verdoppelt, wird als "exponentielles Wachstum" oder "logarithmisches Wachstum" bezeichnet. Das logarithmische Wachstum ist viel schneller als das arithmetische Wachstum (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 ...) oder das geometrische Wachstum (1, 2, 4, 8, 16, 32 ...).

Anscheinend folgt es einem geometrischen Wachstum, wächst jedoch nach wenigen Generationen auf 1, 10, 100, 1000, 10000 ………. (10 0, 10 1, 10 2, 10 3, 10 4 …… ..) Wessen logarithmische Werte 0, 1, 2, 3, 4 …… .. sind?

Wenn die anfängliche Anzahl von Bakterien N 0 anstelle von 1 ist, dann wird nach 'n' Anzahl von Generationen die endgültige Anzahl von Bakterien (N) N 0 x 2 n sein .

Somit kann die endgültige Anzahl von Bakterien unter Verwendung der folgenden Gleichung erhalten werden:

N = N 0 x 2 n

Woher,

N: Endgültige Anzahl von Bakterien

N 0 : Anfangszahl der Bakterien und

N: Anzahl der Generationen.

Die Gleichung zur Ermittlung der Anzahl der Generationen (n) wird wie folgt aus der obigen Gleichung abgeleitet:

N = N 0 x 2 n

=> Log N = log (N 0 x 2 n ) (Protokoll der beiden Seiten)

=> Log N = log N 0 + log 2 n (… log axb = log a + log b)

=> Log N = log N 0 + n log 2 (… log a x = x log a)

=> log N-log N 0 = n log 2

=> N log 2 = log N-log N 0

=> n = log N-log N 0 / log 2

n = 3, 3 (log N - log N 0 )

Wachstumskurve:

Das Wachstum von Bakterien erfolgt in vier Phasen, wie unten angegeben. Eine Auftragung der Anzahl der Bakterien gegen die Zeit ergibt eine typische Kurve, die als "Wachstumskurve" bezeichnet wird (Abbildung 2.16).

1. Verzögerungsphase:

Wenn ein Inokulum von Bakterien in ein geeignetes frisches Kulturmedium geimpft wird, beginnt das normale logarithmische Wachstum normalerweise nicht sofort; es beginnt vielmehr nach einer gewissen Zeit. Diese Zeitspanne zwischen der Inokulation und dem Beginn des normalen logarithmischen Wachstums von Bakterien wird als "Lag-Phase" bezeichnet.

Während dieser Zeit akklimatisieren sich die Bakterien an die neue Umgebung des frischen Kulturmediums, die nicht mit der Umgebung identisch ist, aus der es entnommen wurde. In dieser Phase wächst das Bakterium durch Teilung durch binäre Spaltung sehr langsam. In der Wachstumskurve steigt die Lag-Phase daher nur geringfügig an.

Eine Verzögerungsphase tritt normalerweise nicht auf, wenn das Inokulum einer exponentiell wachsenden Kultur entnommen und in ein frisches Kulturmedium geimpft wird, das demjenigen ähnlich ist, aus dem es entnommen und unter ähnlichen Wachstumsbedingungen gehalten wurde.

2. Log-Phase (Exponentialphase):

Während dieser Zeit wächst das Bakterium logarithmisch (exponentiell) mit der höchsten Geschwindigkeit. In dieser Phase findet maximales Wachstum statt. Erzeugungszeit und Wachstumsrate bleiben nahezu konstant. Daher zeigt die log-Phase in der Wachstumskurve einen steilen Anstieg vom Ende der Verzögerungsphase.

3. Stationäre Phase:

In der stationären Phase bleibt die Anzahl der Zellen in der Kultur nahezu konstant. Ein unbegrenztes exponentielles Wachstum ist unmöglich und kann mit der Geschichte eines armen Bettlers verglichen werden, der einen König zum Narren hält, indem er nach einfachen Almosen fragt; verdoppeln Sie die Streichhölzer jeden Tag für ein Jahr, beginnend mit einem (1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128, 256, 512, 1024, 2048, 4096, 8192, 16384, 32768, 65536, 131072, 262144, 5 24288, 1048576, 2097152, 4194304, 8388608, 16777216, 6708864, 13417728, 26835456, 53670912, ………………… .. nur in einem Monat).

Es wurde auch berechnet, dass ein Bakterium mit einem Gewicht von nur 10 -12 Gramm und einer Erzeugungszeit von 20 Minuten, wenn es 48 Stunden lang exponentiell wächst, eine Population erzeugen würde, die etwa das 4000-fache des Gewichts der Erde wiegt.

Das exponentielle Wachstum setzt sich aus zwei Gründen nicht unbegrenzt fort und hört nach einiger Zeit auf: a) Das Kulturmedium wird so stark besiedelt, dass die darin enthaltenen essentiellen Nährstoffe aufgebraucht werden und nach einiger Zeit nicht mehr verfügbar sind, und b) aufgrund der Überbevölkerung. toxische Abfallmetaboliten, die von den Bakterien produziert werden, reichern sich auf hemmenden Mengen an.

Diese führen zum Beginn des Todes der Bakterienzellen in der Kultur. Obwohl sich die Zellen durch binäre Spaltung reproduzieren und das Wachstum unvermindert anhält, entspricht die Anzahl der produzierten Zellen fast der Anzahl der absterbenden Zellen. Dies führt zur stationären Phase.

4. Ablehnungsphase (Todesphase):

In dieser Phase nimmt die Anzahl der Bakterienzellen in der Kultur ab. Wenn sich immer mehr toxische Metaboliten im Medium ansammeln, sterben immer mehr Zellen ab. Dies führt dazu, dass mehr Zellen absterben als produziert werden. Infolgedessen nimmt die Anzahl der Zellen ab. Die Todesphase tritt ebenfalls exponentiell (logarithmisch) auf, jedoch viel langsamer als die exponentielle Wachstumsphase.