Рост и размножение бактерий

Одним из важнейших проявлений жизнедеятельности микроорганизмов являются рост и размножение их.

Рост определяется как увеличение размеров отдельной особи и упорядочное воспроизведение всех клеточных компонентов и структур.

Под размножением понимают способность микроорганизмов к самовоспроизведению, в результате чего увеличивается число особей в популяции. Основной способ размножения у бактерий поперечное деление. Перед делением у бактериальных клеток, достигших определенного возраста, происходит удвоение молекул ДНК. Каждая дочерняя клетка получает копию материнской ДНК. Процесс деления считается законченным, когда цитоплазма дочерних клеток разделена перегородкой (рис. 9).

Рис. 9. Ультратонкий срез делящейся клетки Е. coli

В образовании перегородки принимает участие цитоплазматическая мембрана и клеточная стенка. Если перегородка формируется в середине делящейся клетки, то появляются дочерние клетки одинаковой величины (изоморфное деление). Иногда перегородка образуется ближе к одному из концов, тогда дочерние клетки имеют неодинаковый размер (гетероморфное деление).

Деление бактерий (кокков) может происходить в различных плоскостях с образованием многообразных сочетаний клеток: цепочки стрептококков, парные соединения (диплококки), тетрады кокков, тюки (сарцина), гроздья (стафилококки). Палочковидные и извитые формы делятся поперечно и только в одной плоскости.

У некоторых бактерий размножение происходит путем образования почки (микобактерии туберкулеза, клубеньковые бактерии), которая по величине меньше исходной клетки.

Скорость размножения бактерий велика, что обусловлено интенсивностью их обмена. У большинства бактерий каждая клетка делится в течение 15-30 мин. Подсчитано, что за 24 ч у бактерий сменяется столько поколении, сколько у человека за 5000 лет. Есть виды бактерий, которые делятся медленно, 1 раз в сутки, например микобактерии туберкулеза.

Для каждого вида бактерий скорость размножения может быть различной и зависит от возраста культуры, питательной среды, температуры, значения рН и многих других факторов.

Размножение бактерий в жидкой питательной среде обладает рядом особенностей и происходит в несколько последовательных фаз (рис. 10).

Рис. 10. Фазы размножения бактерий. аb - исходная стационарная; bd - фаза логарифмического роста; de - стационарная фаза; eg - стадия отмирания

Фаза 1 - исходная стационарная (латентная): микробные клетки адаптируются к питательной среде, при этом повышается интенсивность обменных процессов, увеличивается размер клеток. Бактерии начинают размножаться лишь к концу первой фазы.

Фаза 2 - логарифмического роста: бактерии энергично размножаются, вследствие чего количество клеток возрастает в геометрической прогрессии. В этой фазе бактерии обладают наибольшей биохимической и биологической активностью.

Фаза 3 - стационарная: концентрация бактериальных клеток в среде остается постоянной. Это обусловлено тем, что число вновь появившихся бактерий почти равно числу отмирающих клеток. Длительность этой фазы у разных бактерий различна.

Фаза 4 - отмирания: жизнеспособных клеток бактерий становится все меньше, и постепенно они погибают. Причинами гибели клеток могут быть истощение питательной среды, накопление в ней вредных продуктов обмена. В этой фазе у бактерий могут изменяться морфологические, биохимические и другие свойства. Фаза отмирания у различных видов бактерий неодинакова. Полная гибель культуры может наступить через несколько дней, недель или месяцев.

Увеличение количества размножившихся в жидких питательных средах бактерий можно наблюдать через 18-24 ч - появляется либо помутнение среды, либо образование пленки или осадка. При этом характер изменения среды зависит как от вида и возраста бактериальной культуры, так и от состава самой питательной среды.

При размножении на плотных питательных средах бактерии образуют на поверхности среды и внутри нее типичные для каждого микробного вида колонии. Каждая колония - это популяция микроорганизмов, развившаяся из одной клетки определенного вида бактерии. Колонии бактерий различаются по размеру, форме, строению, консистенции и цвету. Внешний вид колоний у некоторых бактерий настолько характерен, что может служить дифференциальным признаком для идентификации микроорганизмов. Например, колонии возбудителя сибирской язвы можно сравнить с локонами или львиной гривой (см. рис. 47).

Спирохеты и риккетсии размножаются также поперечным делением. Процесс размножения (репродукция) вирусов (см. "Вирусы").

Контрольные вопросы

1. Каков химический состав микробной клетки?

2. Какие типы питания различают у микроорганизмов?

3. Как осуществляется транспорт питательных веществ в микробную клетку?

4. Как различаются микроорганизмы по типу дыхания?

5. Какими способами осуществляется размножение бактерий?