Особенности кинетики роста популяций микроорганизмов : Теория и эксперимент

• Автор: Гуревич, Юрий Леонидович
• Шифр специальности: 03.00.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 251 с. : ил.

Введение

1. Параметры роста популяций микроорганизмов

1.1. Количественная оценка роста микроорганизмов по удельной скорости роста популяции

1.2. Экономический коэффициент использования субстрата

1.3. Интерпретация экономического коэффициента и параметров т и У5т

1.4. Проблема измерения параметров роста популяций микроорганизмов

1.5. Вопросы исследования количественных характеристик роста микробных популяций

2. Типовые характеристики роста микроорганизмов

2.1. Удельная скорость роста микробных популяций

2.2. Кинетика роста микроорганизмов сложного типа

2 3. Закономерности изменения экономического коэффициента

использования субстрата
2.3.1. Зависимость экономического коэффициента от скорости роста микроорганизмов
2.3.2. Максимальная эффективность использования органических соединений углерода
2.3.3. Особенности использования органических соединений углерода
2.4. Зависимости концентрации биомассы от скорости протока
3. Стехиометрия и кинетика роста культуры водородных бактерий
3.1. Теоретическое обоснование, методика и экспериментальные результаты
3.2. Анализ поглощения газов водородными бактериями
3.3. Относительные коэффициенты поглощения газов
4. Стабильность роста микробных популяций при периодическом и непрерывном культивировании
4.1. Бистабильные процессы роста микроорганизмов
4.1.1. Культура микроорганизмов в одноступенчатом хемостате
4.1.2. Периодические культуры с подпиткой субстратом .
4.2. Механизм переключения в метаболизме клеток при 7 образовании продуктов неполного окисления субстрата теория
4.3. Множественность стационарных состояний при биодеградации 9 ароматических углеводородов на примере фенола
5. Биопленка и агрегаты клеток. Роль в кинетике окисления субстрата
5.1. Обоснование анализа на устойчивость процесса окисления 9 токсичных субстратов
5.2. Устойчивость эффективного использования токсичных 2 субстратов культурой микроорганизмов с биопленкой теория
5.3. Устойчивость эффективной биодеградации фенола в проточной 9 системе с биопленкой эксперимент
5.4. Флокуляция в сообществе бактерий и простейших
5.4.1. Устойчивая культура бактерий и простейших
5.4.2. Регуляция образования клеточных агрегатов в сообществе 4 бактерий и простейших
6. Жизнеспособность микроорганизмов в интенсивной культуре
6.1 Моделирование отмирания микроорганизмов в хемостате
6.2. Измерение жизнеспособности популяций микроорганизмов
6.3. Жизнеспособность и кинетика роста микроорганизмов
6.3.1. Роль среды
6.3.2. Жизнеспособности бактерий ii i 7 в интенсивной культуре
6.3.3. Регуляция скорости размножения бактерий О
6.4. Условия максимальной скорости размножения
микроорганизмов молекулярнобиологический механизм
7. Биологическая устойчивость или изменчивость культуры
м икроорганизмов
7.1. Генетическая и фенотипическая изменчивость микроорганизмов
7.2. Действие отбора на плазмиды при образовании клеточных 9 агрегатов
7.3. Устойчивость популяции плазмиднесущих микроорганизмов в
неселектиных условиях при образовании клеточных агрегатов
7.4. Поддержание гетерогенной структуры популяции прототрофных
и ауксотрофных бактерий
7.5. Формирование устойчивой смешанной культуры при деградации 3 фенола и нафталина
7.6. Количественная оценка неоднородности культуры бактерий при
деградации фенола в лабораторной и промышленной установках Заключение
Основные результаты и выводы
Литература


Поскольку с точки зрения физиологии и биофизики представления об этом стехиометрическом параметре роста культуры наиболее глубоко проработаны и широко используются, в следующем разделе подробнее изложены замечания о его интерпретации. Исследованию изменчивости или постоянства экономического коэффициента по источнику углерода и энергии посвящено много работ см. Предполагалось, что выход биомассы на моль АТФ, израсходованной в процессе роста Уатф, является биологической константой 3, 5. В.Н. Иванов анализируя это вопрос, пришел к заключению, что величина Уатф равная ,5 г сухой биомассы на 1 моль АТФ, является константой, если расчет сделан на мономеры и необходимые компоненты. В общем случае, когда источником углерода может служить любое другое соединение, Уатф будет переменной величиной. Для расчета экспериментального значения коэффициента необходимо составлять материальноэнергетический баланс роста. Убедительные примеры можно найти во множестве работ см. В основе этого и целого ряда подобных примеров лежат работы И. Г.Минкевича и В. К.Ерошина , 8. Авторы предлагают использовать в качестве универсальной единицы измерения количество органических веществ, в том числе и биомассы, эквивалент доступных электронов. Понятие это было введено Пэйном и др. СНрО. Доступными называют электроны, которые переходят на кислород при сжигании азотсодержащих веществ СНрОпМч , 8. Это соответствует общему виду уравнения или . Основные элементы теории экономического коэффициента в следующем. Здесь первый член уравнения равен доле доступных электронов, перешедших на кислород, второй в биомассу, третий в продукты метаболизма, у степень восстановленности органического вещества, 5, Ь, Р индексы для субстрата, биомассы и продуктов, Ь моль Ог израсходованного на 1 моль С потребленного субстрата, ус, 2 коэффициенты выхода биомассы и продукта на 1 моль углерода, соответственно. Для субстрата и продукта расчет делается аналогично. Для биомассы степень восстановленности равна 4,1 0,1 теплота сгорания на 1 эквивалент доступных электронов равна ккал. Количество доступных электронов в единице вещества, равное сгусг весовая доля углерода, и энергосодержание вещества взаимосвязаны. Зная количество образованных и израсходованных органических веществ, весовую долю углерода в каждом из них, просто получить соотношение между энергетической эффективностью использования субстрата и материальными потоками в культуре микроорганизмов 2. Ьу, усуыг гуу 1 . Р 2п Зд . Оценки степени восстановленности биомассы микроорганизмов данные разными авторами немного различаются, как и элементный состав 0. При определении наибольшей эффективности биосинтеза, полученной в экспериментах, это может быть заметно, но не принципиально. Коэффициент энергетической эффективности роста равен отношению теплоты сгорания синтезированной биомассы к теплоте сгорания использованного субстрата. Для определения эффективности процесса можно использовать коэффициенты превращения разных соединений 3, 5. Часто измеряют дыхательный коэффициент СО2О2. Регистрация выхода кислорода и углекислоты по ходу микробиологического процесса позволяет контролировать его эффективность , 3, 7, 6. Однако, нелинейность показателя в значительной части изменения коэффициента г ограничивает его применение. Лучше в этом смысле углеродный дыхательный коэффициент , который линейно изменяется в зависимости от эффективности использования источника энергии 7 во всей области его существования . Поддерживая путем управления по обратной связи определенную эффективность этих и других подобных потоков веществ, можно контролировать ход процесса и судить о его стабильности. Таким образом, концепция доступных электронов в универсальной форме дает количественную характеристику материальноэнергетического баланса микробного биосинтеза. Коэффициенты использования и образования веществ, как стехиометрические параметры микробных культур, имеют более строгое обоснование, чем кинетические. Больше того, относительные метаболические физиологические коэффициенты доступны для экспериментального определения. Как отмечено в обзорной работе , относительные коэффициенты, с точки зрения метрологии и технологичности, удобны для контроля состояния микробных культур и управления процессом.