21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
08.08.2017
14.07.2017
Рост клеток и развитие культур
 25.06.2014

Рост и развитие отдельных особей у бактерий во внешнем проявлении очень просты. Если наблюдать за ними в условиях лабораторного культивирования на питательных средах, то можно отметить следующее. Клетки удлиняются, достигают определенных размеров и приступают к делению. Дочерние клетки повторяют тот же цикл, и так продолжается до тех пор, пока не иссякнут питательные вещества, не изменятся среда и внешние условия.
У спороносных бактерий па определенном этапе развития происходит спорообразование. Споры при высеве на свежий питательный субстрат прорастают в палочковидную особь, которая начинает цикл сначала.
Процесс роста микробной клетки характеризуется увеличением ее объема. Отдельные особи увеличиваются в длину. Прирост клетки происходит на конце ее. Установлено, что у бактерий на концах клетки имеются скопления (полярные тельца) особого вещества, окрашивающегося в темный цвет анилиновыми красками. Это вещество часто принимают за хроматин или метахроматин. Исследованиями Билига, Бергерсена и Биссета доказано, что эти тельца имеют отношение к росту клетки. В этом месте, по их наблюдениям, происходят усиленные биохимические процессы, здесь клетка наращивает свое тело. По своим свойствам эта часть клетки является как бы ее точкой роста. Такое же дистальное наращивание клеток происходит у актиномицетов, проактиномицетов и микобактерий. Удлинение отдельных гиф в точке роста хорошо заметно при наблюдении в висячей капле. С ростом мицелия увеличивается длина именно в дистальной части, от самой молодой верхушечной ветки до кончика гифы; расстояние же между последующими ветками той же ветки остается почти неизменным (рис. 7).

Рост клеток и развитие культур

Концевой рост клеток мы наблюдали у азотобактера, у серных пурпурных бактерий и некоторых других бактерий. Стрешинский наблюдал концевой рост клеток у спороносных бактерий — Вас. subtilis и Вас. megatherium.
У шаровидных бактерий (сем. Соссасеае) точка роста может быть в разных участках периферии клетки. Соответственно этому и деление их происходит в разных плоскостях; у сарцин рост ориентирован в трех взаимно перпендикулярных направлениях, у стрептококков в одном, а у микрококков в любом направлении.
Разностороннее увеличение объема клеток при росте культуры происходит у дрожжевых организмов, размножающихся почкованием. Как известно, многие дрожжи размножаются почкованием. На поверхности клетки образуется мелкий бугорок—почка. Эта почка увеличивается в размерах, рост ее идет равномерно во всех направлениях или неравномерно. В первом случае получаются шаровидные клетки, во втором овальные или продолговатые.
В условиях нормального роста клетки микроорганизмов, достигнув определенных размеров, приступают к размножению. К этому периоду жизни внутри клетки совершаются весьма разнообразные цитохимические превращения, ведущие к созреванию особи. В ней изменяется состояние ядерного аппарата, происходит распределение хроматина и других структурных образований. Эти процессы пока мало изучены у бактерий, но надо полагать, что они не менее сложны, чем у высших организмов.
Клетки в условиях нормального роста имеют свою определенную величину. При этом для многих видов или групп микробов эта величина довольно постоянна. Например, у представителей рода Pseudomonas клетки имеют размеры в среднем 3—5 х 0,7 ц, тогда как представители спороносных бактерий группы Вас. subtilis и Вас. mesentericus имеют клетки более крупные — 5—7 х 1,0 ц, у представителей рода Clostridium клетки еще больших размеров — 5—10 х 1,5 ц. Достаточно крупные клетки у представителей рода Azotobacter и т. д.
Размеры клеток в общей своей массе постоянны и характерны для отдельных групп микроорганизмов или даже отдельных их видов. При неблагоприятных условиях роста или при воздействии специальных агентов, а равно и при старении культуры клетки имеют иные и непостоянные размеры. Как правило, они сильно увеличиваются в объеме, принимают весьма разнообразные формы и очертания.
В этих случаях отмечается несоответствие роста клеток с размножением. Клетки продолжают расти, а размножение замедляется или совершенно прекращается. Получаются сильно увеличенные особи со своеобразным внутренним строением протопласта и ядерного вещества. Некоторые исследователи обнаруживают в таких клетках образование многих ядер или их аналогов нуклеоидов и считают их полиядерными клетками. При неблагоприятных условиях роста клетки могут расти только в длину, не изменяясь заметно в поперечнике. Получаются сильно вытянутые, нитевидные клетки. Во всех случаях такого ненормального роста нарушается внутренняя регуляция репродукции, изменяется система, которая ведает размножением клетки. Нарушение этой системы можно вызвать искусственно, воздействуя внешними факторами.
При развитии культур на искусственных питательных средах отмечаются определенные и хорошо выраженные, закономерно протекающие фазы, последовательно сменяющие одна другую во времени.
Выявляются четыре фазы: лаг-фаза, фаза логарифмического роста, фаза стационарного роста и фаза обратного развития. В первой фазе — фазе покоя (лаг-фаза) клетки не размножаются. Если посеять культуру бактерий, дрожжей или других микробов на свежий питательный субстрат, то некоторое время клетки остаются как бы в покое, число их не увеличивается. Однако считать этот период состоянием покоя нельзя. Исследования показывают, что в этой фазе происходит большая подготовительная деятельность клеток. Клетки увеличиваются в объеме, удлиняются и утолщаются, плазма обладает более резко выраженной базофилией, оптически однородна, без зернистых включений. В этой фазе клетки пребывают от 2 до 10 часов и более в зависимости от вида микроба, состава среды и внешних условий. За этот период клетки перестраиваются, приспосабливаясь к новым условиям существования. Для старой культуры свежий питательный субстрат является новой средой. При каждом новом пересеве процесс приспособления клеток к свежей среде протекает болезненно и тем медленней, чем старее пересеваемая культура. Если пересевать клетки молодые, например пяти-шестичасового возраста, то их период покоя значительно короче, чем при пересеве старых пяти-семисуточных культур. Число приживающихся клеток в первом случае больше, чем во втором.
При пересевах на свежий питательный субстрат бактерий, актиномицетов, дрожжей или других микроорганизмов далеко не все клетки приживаются. Некоторая часть их остается в состоянии покоя, без видимого развития и в конце концов погибает. Отдельные клетки прорастают с большим опозданием, когда соседние особи дали уже несколько генераций. Запоздалое развитие наблюдается у ослабленных клеток. Им, по-видимому, недостает дополнительных веществ, образование которых утрачивается. Когда же эти вещества будут продуцированы в достаточном количестве другими соседними полноценными клетками, начнут развиваться и ослабленные, неполноценные.
У микробов клетки очень полиморфны. Клетки различаются одна от другой многими признаками, в том числе и жизнеспособностью. Одни из них проявляют высокую степень приживаемости, роста и размножения, у других жизненные функции ослаблены. По мере старения культуры число ослабленных клеток увеличивается. У азотобактера при пересеве старой, семи-десятисуточной культуры на свежую среду Эшби прорастают примерно 10—30%, при пересеве молодой односуточной культуры прорастают 70—90% (наблюдения производились в висячей капле).
Число прорастающих клеток старой культуры можно повысить путем подбора соответствующих условий или путем изменения состава среды. Если к среде прибавить немного фильтрата старой культуры азотобактера или дрожжей, а нередко и других микробов, процент прорастания клеток повышается.
Фаза логарифмического роста характеризуется быстрым ростом и размножением клеток. Клетки увеличиваются в размерах, принимают обычную, свойственную каждому виду величину. Достигнув предельного размера, клетки размножаются. Образующиеся дочерние клетки в свою очередь растут до своих предельных размеров и также приступают к размножению и т. д. Плазма клеток в этом периоде роста менее базофильна и менее однородна, в ней появляются мелкие зернышки и различные другие структурные образования, но в очень малом количестве, без изменения однородности протопласта.
В фазе логарифмического роста число клеток нарастает примерно по прямой, если нанести логарифм числа нарастания клеток по оси ординат, а время на ось абсцисс (рис. 8). Такое нарастание числа клеток в культуре длится до определенных величин, затем интенсивность роста их уменьшается, деление замедляется, культура переходит в третью фазу — стационарного покоя. В этой фазе роста число живых клеток не увеличивается, образование новых клеток равняется числу отмирающих. Культура достигает своего предельного возраста. Плазма клеток теряет базофилию, становится явно зернистой внутри и имеет различные включения: хроматин, метахроматин, капельки жира и другие вещества. Кривая роста культуры в этом периоде параллельна оси абсцисс.
Рост клеток и развитие культур

Четвертая фаза — обратное развитие культуры, или фаза ускоренной ее гибели. Она характеризуется тем, что погибающих клеток оказывается больше, чем нарождающихся. Размножение клеток в этом периоде замедляется. Культура приходит в состояние старости, одряхления и отмирания.
В фазе старения и дегенерации клетки подвергаются большим цитоморфологическим изменениям. Если во второй фазе клетки приобретали свои обычные для данного вида формы и размеры, а плазма имела несколько ослабленную по сравнению с первой фазой базофилию, то в третьей фазе они становятся более полиморфными. Клетки в этом периоде развития культуры достигают максимального разнообразия как по величине и форме, так и по строению и внутренней структуре протопласта; отличаются они и биохимически.
Наряду с нормальными клетками обнаруживаются в большем или меньшем количестве различные отклоняющиеся формы. Как правило, в старых культурах имеется много сильно измельченных зародышевых образований, едва видимых в оптические микроскопы и выходящих за пределы видимости. В этих же культурах можно обнаружить много увеличенных особей, достигающих нередко гигантских размеров, в десятки раз превышающих нормальные клетки.
Такие раздутые особи разнятся от нормальных необычайно разнообразными формами. Деформированные клетки отличаются и внутренней структурой, строением протопласта, количеством и формированием хроматина и других зернистых образований.
Физиология и ферментативные свойства клеток в лаг-фазе отличаются от свойств их в фазе логарифмического роста, клетки более позднего периода роста проявляют себя иначе чем клетки предыдущих двух фаз.
Клетки в лаг-фазе с несколько увеличенными размерами и с более базофильной плазмой сильно воспринимают краски. У них отмечается сдвиг изоэлектрической точки протоплазмы в кислую сторону. У юных клеток, переходящих или уже перешедших во вторую фазу, обмен веществ значительно сильнее выражен, чем в предыдущей и последующих фазах. Увеличивается поглощение кислорода и выделение углекислоты; усиливается образование тепла; при разложении белков повышается выделение аммиака и других продуктов распада. Усиление интенсивности процесса обусловлено не увеличением клеточной массы или общего объема индивидуальных клеток, а состоянием и особенностями живого вещества отдельных клеток. Это можно видеть из цифровых данных табл. 1.
Рост клеток и развитие культур

Интенсивность метаболизма (по СО2) на единицу живого вещества в лаг-фазе значительно выше.
Клетки в стадии лаг-фазы, по утверждению некоторых авторов, более ранимы при внешнем воздействии. Они менее устойчивы к повышенной температуре и концентрации солей, к различным химикатам, краскам, антибиотикам и др.