<< Chapter < Page Chapter >> Page >
Sinh trưởng là sự tăng kích thước và khối lượng của tế bào, còn phát triển (hoặc sinh sản) là sự tăng số lượng tế bào.

Nội dung:

Khi nói về sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn tức là đề cập tới sinh trưởng và phát triển của một số lượng lớn tế bào của cùng một loài. Do tế bào vi khuẩn quá nhỏ nên việc nghiên cứu chúng gặp nhiều khó khăn. Sự tăng số lượng không phải bao giờ cũng diễn ra cùng với sự tăng sinh khối.

Vì vậy cần phải phân biệt các thông số và hằng số khác nhau khi xác định số lượng và khối lượng vi khuẩn.

Bảng các thông số và hằng số sử dụng khi xác địnhsố lượng và khối lượng vi khuẩn

Các thông số cần xác định Số lượng vi khuẩn Khối lượng vi khuẩn
Đơn vị thể tíchSố lần tăng đôi sau một đơn vị thời gianThời gian cần thiết cho sự tăng đôi Nồng độ vi khuẩn (số tế bào/ ml)Hằng số tốc độ phân chia C (h1)Thời gian thế hệ g (h) Mật độ vi khuẩn (sinh khối khô/ ml)Hằng số tốc độ sinh trưởng  (h1)Thời gian tăng đôi (h)

Tuỳ theo tính chất thay đổi của hệ vi khuẩn có hai phương pháp nuôi cấy vi khuẩn cơ bản: nuôi cấy tĩnh và nuôi cấy liên tục.Trong vi sinh vật học khi nói đến sinh trưởng là nói đến sự sinh trưởng của cả quần thể. Dưới đây chúng ta khảo sát mẫu thí nghiệm lí tưởng để theo dõi sự sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn.

Nếu số tế bào ban đầu là No thì sau n lần phân chia số tế bào tổng cộng là N:

N = N o 2 n size 12{N=N rSub { size 8{o} } cdot 2 rSup { size 8{n} } } {} (1.1)

Giá trị n (số thế hệ) có thể tính nhờ logarit thập phân:

log N = log N o + n log 2 size 12{"log"N="log"N rSub { size 8{o} } +n"log"2} {}

n = 1 log 2 log N log N o size 12{n= { {1} over {"log"2} } left ("log"N - "log"N rSub { size 8{o} } right )} {} (1.2)

Thời gian thế hệ (g) được xác định theo công thức :

g = t n = log 2 t 2 t 1 log N log N o size 12{g= { {t} over {n} } ="log"2 { {t rSub { size 8{2} } - t rSub { size 8{1} } } over {"log"N - "log"N rSub { size 8{o} } } } } {} (1.3)

trong đó: t là thời gian vi khuẩn phân chia n lần; t2  t1 biểu thị sự sai khác giữa thời gian đầu (t1) và thời gian cuối (t2), h.

Hằng số tốc độ phân chia:

C = 1 g = n t = 1 log 2 log N log N o t 2 t 1 size 12{C= { {1} over {g} } = { {n} over {t} } = { {1} over {"log"2} } cdot { {"log"N - "log"N rSub { size 8{o} } } over {t rSub { size 8{2} } - t rSub { size 8{1} } } } } {} (1.4)

Rõ ràng, thời gian thế hệ càng ngắn, vi khuẩn sinh trưởng và sinh sản càng nhanh.

C = n t size 12{C= { {n} over {t} } } {} nên n = Ct (1.5)

Thay giá trị của n vào phương trình (1.1), ta có:

N = N o 2 Ct size 12{N=N rSub { size 8{o} } cdot 2 rSup { size 8{"Ct"} } } {} (1.6)

Hằng số tốc độ phân chia C phụ thuộc vào một số điều kiện: loài vi khuẩn, nhiệt độ nuôi cấy, môi trường nuôi cấy.

Nhưng không phải bao giờ sinh trưởng cũng diễn ra song song với sinh sản, vì vậy khi nghiên cứu động học trong quá trình nuôi cấy liên tục thường theo dõi sinh trưởng và sinh sản của quần thể vi khuẩn bằng một tiêu chuẩn khác.

Thay cho hằng số tốc độ phân chia (C) ở đây chúng ta dùng hằng số tốc độ sinh trưởng (). Như vậy trong một khoảng thời gian dt đã có một sự tăng dX của sinh khối vi khuẩn tỷ lệ với X và . Nghĩa là:

dX dt = μ X size 12{ { {dX} over {dt} } =μ cdot X} {} (1.7)

dt = 1 μ X dX size 12{dt= { {1} over {μ cdot X} } cdot dX} {}

Tích phân phương trình trong giới hạn (Xo, X) và (0, t), ta có:

X = X o e μt size 12{X=X rSub { size 8{o} } cdot e rSup { size 8{μt} } } {} (1.8)

Ở đây Xo là lượng sinh khối ban đầu.

μ = ln X ln X o t size 12{μ= { {"ln"X - "ln"X rSub { size 8{o} } } over {t} } } {}

Và chuyển sang logarit thập phân

μ = 2, 302 lg X lg X o t 2 t 1 size 12{μ=2,"302" { { left ("lg"X - "lg"X rSub { size 8{o} } right )} over {t rSub { size 8{2} } - t rSub { size 8{1} } } } } {} (1.9)

Nếu lượng sinh khối (Xo, X) biểu thị bằng số tế bào (No, N) ta sẽ xác định được mối quan hệ qua lại giữa hằng số tốc độ sinh trưởng () , hằng số tốc độ phân chia (C) và thời gian thế hệ (g).

Kết hợp các phương trình (1.4) và (1.9), ta có :

μ = 0, 69 C = 0, 69 g size 12{μ=0,"69"C= { {0,"69"} over {g} } } {} (1.10)

Sinh trưởng và phát triển của vi khuẩn trong điều kiện nuôi cấy tĩnh

Phương pháp nuôi cấy mà trong suốt thời gian đó người ta không bổ sung thêm chất dinh dưỡng và cũng không loại bỏ sản phẩm cuối cùng của sự trao đổi chất gọi là nuôi cấy tĩnh (quần thể tế bào bị giới hạn trong một khoảng thời gian nhất định). Sự sinh trưởng trong một “hệ thống động” như vậy tuân theo những quy luật bắt buộc [theo các pha lag (pha mở đầu), pha log, pha ổn định và pha tử vong].

Get Jobilize Job Search Mobile App in your pocket Now!

Get it on Google Play Download on the App Store Now




Source:  OpenStax, Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp. OpenStax CNX. Jul 29, 2009 Download for free at http://cnx.org/content/col10752/1.1
Google Play and the Google Play logo are trademarks of Google Inc.

Notification Switch

Would you like to follow the 'Các quá trình và thiết bị công nghệ sinh học trong công nghiệp' conversation and receive update notifications?

Ask