การเจริญเติบโตและโภชนาการของแบคทีเรีย
การเจริญเติบโตและโภชนาการของแบคทีเรียอธิบายว่าจุลินทรีย์ได้รับสารอาหารและพลังงานที่จำเป็นอย่างไร และประชากรของพวกมันเพิ่มขึ้นเมื่อเวลาผ่านไปอย่างไร ซึ่งเป็นรากฐานเชิงปริมาณสำหรับการเพาะเลี้ยงและการควบคุมจุลินทรีย์
Definition
การเจริญเติบโตและโภชนาการของแบคทีเรียคือการศึกษาความต้องการสารอาหารและพลังงานของจุลินทรีย์ และพลวัตเชิงปริมาณที่ประชากรจุลินทรีย์เพิ่มขึ้น ลดลง และตอบสนองต่อสภาพแวดล้อมทางกายภาพและเคมีของพวกมัน
Scope
หัวข้อนี้ครอบคลุมประเภททางโภชนาการที่กำหนดโดยแหล่งคาร์บอนและพลังงาน; ธาตุอาหารหลัก ธาตุอาหารรอง และปัจจัยการเจริญเติบโตที่จำเป็น; การขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์; การแบ่งตัวแบบไบนารีและคณิตศาสตร์ของการเจริญเติบโตแบบทวีคูณ; ระยะของการเจริญเติบโตในการเพาะเลี้ยงแบบกะ; การเพาะเลี้ยงแบบต่อเนื่องในเครื่องเคมีสแตท; และอิทธิพลของอุณหภูมิ, pH, ออกซิเจน, และปริมาณน้ำที่มีต่อการเจริญเติบโต โดยเชื่อมโยงสรีรวิทยาเข้ากับการเพาะเลี้ยงในห้องปฏิบัติการและการควบคุมสิ่งแวดล้อม
Core questions
- จุลินทรีย์ได้รับคาร์บอน พลังงาน และสารอาหารที่จำเป็นได้อย่างไร?
- อะไรเป็นตัวกำหนดอัตราและขีดจำกัดของการเจริญเติบโตของประชากร?
- ปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ, pH, และออกซิเจน มีอิทธิพลต่อการเจริญเติบโตอย่างไร?
- อัตราการเจริญเติบโตสามารถควบคุมได้อย่างไรในการเพาะเลี้ยงแบบต่อเนื่องในการทดลอง?
Key concepts
- ประเภททางโภชนาการและแหล่งพลังงาน
- ธาตุอาหารหลัก ธาตุอาหารรอง และปัจจัยการเจริญเติบโต
- การแบ่งตัวแบบไบนารีและเวลาการแบ่งตัว
- ระยะของกราฟการเจริญเติบโตแบบกะ
- การเพาะเลี้ยงแบบต่อเนื่องและเครื่องเคมีสแตท
Key theories
- การเจริญเติบโตแบบทวีคูณและกราฟการเจริญเติบโต
- ในการเพาะเลี้ยงแบบปิด ประชากรจะเติบโตแบบทวีคูณในขณะที่สารอาหารมีมากพอ จากนั้นจะเข้าสู่ระยะพักตัว ระยะคงที่ และระยะตายเมื่อสภาพเปลี่ยนไป ซึ่งให้คำอธิบายเชิงปริมาณที่ทำซ้ำได้ของการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์
Mechanisms
เซลล์ดูดซับสารอาหารผ่านระบบขนส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์และใช้เพื่อการอนุรักษ์พลังงานและการสังเคราะห์ทางชีวภาพ เมื่อสารอาหารมีมากพอ การเจริญเติบโตจะดำเนินไปโดยการแบ่งตัวแบบไบนารีด้วยเวลาการแบ่งตัวที่เฉพาะตัว ทำให้เกิดการเพิ่มขึ้นแบบทวีคูณ เมื่อสารอาหารจำกัดถูกใช้หมดไปหรือของเสียสะสม การเจริญเติบโตจะช้าลงและประชากรเข้าสู่ระยะคงที่; ในการเพาะเลี้ยงแบบต่อเนื่อง การจัดหาสารอาหารจำกัดในอัตราคงที่ทำให้ประชากรอยู่ในสภาวะสมดุล
Clinical relevance
ความรู้เกี่ยวกับความต้องการและจลนพลศาสตร์ของการเจริญเติบโตเป็นพื้นฐานของอาหารเลี้ยงเชื้อและสภาวะการบ่มเพาะที่ใช้ในการแยกและระบุจุลินทรีย์ การออกแบบกระบวนการหมักในอุตสาหกรรม และกลยุทธ์ในการจำกัดการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ในการถนอมอาหารและสุขาภิบาล
History
การศึกษาเชิงปริมาณของการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ก้าวหน้าในศตวรรษที่ยี่สิบผ่านผลงานของนักวิจัยเช่น Jacques Monod ซึ่งการศึกษาการเจริญเติบโตบนอาหารเลี้ยงเชื้อที่กำหนดและเครื่องเคมีสแตทได้ทำให้ความสัมพันธ์ระหว่างความเข้มข้นของสารอาหารและอัตราการเจริญเติบโตเป็นทางการ โดยสร้างขึ้นจากวิธีการเพาะเลี้ยงบริสุทธิ์ที่นักจุลชีววิทยาในยุคก่อนหน้าได้สร้างไว้
Key figures
- Jacques Monod
- Sergei Winogradsky
Related topics
Seminal works
- madigan2018
- willey2020
Frequently asked questions
- เวลาการแบ่งตัวคืออะไร?
- เวลาการแบ่งตัว หรือเวลาที่ใช้ในการเพิ่มจำนวนเป็นสองเท่า คือช่วงเวลาที่ประชากรแบคทีเรียต้องการเพื่อเพิ่มจำนวนเป็นสองเท่าภายใต้สภาวะที่กำหนด ซึ่งแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละสปีชีส์และตามปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิและการมีอยู่ของสารอาหาร