Экспоненциальная фаза роста культуры микроорганизмов

Размещено на http://www.allbest.ru/

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. МАТЕРИАЛ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

2.1 Хемостатный режим культивирование

2.2 Рост микробной популяции при культивировании

2.2.1 Простейшая схема взаимодействия клетки с субстратом

3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ



ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одним из наиболее значимых технологических этапов в производстве биологических препаратов, предназначенных для специфической профилактики инфекционных заболеваний бактериальной этиологии, является культивирование микроорганизмов. Именно на этой технологической стадии производства вакцин происходит синтез антигенов, от которых зависит эффективность иммунопрепаратов. В процессе выращивания бактерий необходимо одновременно с увеличением выхода биомассы добиваться того, чтобы возбудитель не изменял свои биологические свойства. Для этого необходимо создавать оптимальные условия культивирования с учётом физиологического состояния микроорганизмов.

Культивирование (рост) микроорганизмов может осуществляться в двух основных режимах: периодическом и непрерывном. Первый тип культивирования относится к процессам в закрытых системах, второй - к открытым.

Хемостат - метод непрерывного культивирования микроорганизмов, основанный на поддержании в питательной среде оптимальной для их экспоненциального роста концентрации необходимых субстратов. Достигается непрерывной подачей в биореактор свежей питательной среды (и вывода того же количества микробной суспензии). Скорость подачи среды контролируется специальными датчиками, реагирующими на концентрацию субстратов.

Хемостат можно использовать и прямо с противоположной целью, а именно фиксировать скорость роста при изменении окружающих условий. Кроме того, используется для поддержания постоянной скорости роста при лимитирующей концентрации субстрата, тогда как в периодической культуре рост, лимитированный субстратом, можно получить лишь кратковременно, причем это сопровождается изменением скорости роста.

Цель и задачи исследований. Цель работы - изучение экспоненциального фаза роста культуры микроорганизмов. Для достижения поставленной цели было намечено решить следующие задачи:

· Изучение особенностей хемостатного культивирование микроорганизмов.

· Методом математического анализа изучить механизм роста популяции при хемостатном культивировании.

· Определить кинетические параметры роста культур микроорганизмов при хемостатном культивировании.

Новизна исследования. Новизной исследования при выполнении курсовой работы являлось изучение экспоненциального фаза роста культуры микроорганизмов. По данным ряда исследователей наиболее эффективным по накоплению биомасссы бактерий является хемостатное культивирование. Хемостатное культивирование позволяет изучать действие на микроорганизмы отдельно взятого фактора внешней среды при оптимальности всех остальных условий.

Практическая значимость работы. Хемостатный метод регулирования применим ко всем типам микроорганизмов и клеток различных тканей животных и растений. Методы искусственного биосинтеза популяций микроорганизмов находят широкое применение в современной биологии и медицинской промышленности. Выращивание полезной биомассы микроорганизмов (бактерий) производится в хемостатах.



1. МАТЕРИАЛ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

Непрерывное культивирование перспективное. Его сущность заключается в том, что в ферментаторе поддерживаются постоянные условия среды, в результате чего микроорганизмы остаются в определенном физиологическом состоянии. Подается свежая питательная среда и удаляется избыток среды с продуктами метаболизма, поддерживается фаза экспоненциального роста.

Если для культивирования продуцента используется один ферментатор, то говорят о гомогенно-непрерывном процессе. Если же используется батарея, то это гетеро-непрерывный процесс, так как в каждом ферментаторе, соединенном в батарею, поддерживаются постоянные условия.

При непрерывном культивировании микроорганизмов отсутствует смена фаз развития культуры. В таких процессах скорость потока питательной среды и отвода культуральной жидкости из системы необходимо отрегулировать, чтобы концентрация клеток оставалась постоянной. В стерильных условиях непрерывный метод обеспечивает сохранение культуры в физиологически активном состоянии длительное время. микроорганизм хемостатный клетка

Поддержание динамики равновесия в реакторе осуществляется двумя методами: турбидостатным и хемостатным.

Хемостатный контроль проще, так как он происходит по входящему потоку. Этот метод регулирования применим ко всем типам микроорганизмов и клеток различных тканей животных и растений. Методы искусственного биосинтеза популяций микроорганизмов находят широкое применение в современной биологии и медицинской промышленности.

Выращивание полезной биомассы микроорганизмов (бактерий) производится в хемостатах. Биореактор в хемостатном режиме снабжен устройствами для вливания и выпуска питательной жидкости, имеет систему контроля скорости потока, перемешивание.

Термин хемостат (впервые был предложен Новиком и Сцилардом), обозначает лабораторное устройство микробиологии, в котором изучают динамику развития популяций микроорганизмов. Хемостат предназначен для непрерывного культивирования микроорганизмов и состоит из трех основных частей: герметичного резервуара, заполненного специальным раствором (субстратом), устройства подачи питающего субстрата и выходного отверстия для выхода приросшей биомассы.

Управление скоростью роста биомассы в хемостате осуществляется путем изменения концентрации питательного субстрата, которая регулируется либо скоростью подачи субстрата, либо скоростью вымывания (удаления) продуктов жизнедеятельности на выходе хемостата.

Методы исследования. При выполнении курсовой работы были использованы методы физико-химического, то есть биохимического и математического анализа. Из методов математического анализа использовались: вариационный анализ, корреляционный анализ и дисперсионный анализ.

Определение показателей средних величин изменчивости и корреляций методом прямого анализа

(1)

(2)

Коэффициент корреляции: (3)

Коэффициент регрессии: (4)

(5)

Среднее квадратическое отклонение:



(6)

Коэффициент вариации: (7)

Ошибка репрезентативности:

(8)

Достоверность: (9)

Дисперсионный анализ

1. Составить дисперсионный комплекс

2. (10)

3. Дисперсии:

Общая (11)

Факториальная (12)

Остаточная (13)

4. Проверка правильности подсчетов

(14)

5. - показатель криволинейной связи между результативным признаком и воздействующим фактором

, (15)

6. Достоверность факториальной дисперсии путем вычисления коэффициента Фишера

6.1 Число степеней свободы:

- для факториальной дисперсии:

(16)

- для остаточной дисперсии:

(17)

- для общей дисперсии:

(18)

6.2 Девиата ( корректированная дисперсия

- факториальная девиата: (19)

- остаточная девиата: (20)

6.3 Коэффициент достоверности Фишера

(21)

Сравнивают с таблицей Фишера



Если меньше - не достоверно

больше - достоверно

Обьекты исследования. Рост микробной популяции при хемостатного культивирование.



2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В России теория процессов культивирования разрабатывалась такими видными учеными, как Н.Д. Иерусалимский, П.И. Николаев, И.Л. Работнова, И.Н. Позмогова, И. А. Баснакьян, за рубежом - J. Monod, A. Novic, D. Herbert.

В каждом микробиологическом производстве процессу культивирования отводится значительная роль. Он определяет эффективность производственного процесса и качество продуктов микробного синтеза, которые в настоящее время используют для изготовления вакцин, диагностикумов, анатоксинов, антибиотиков, ферментов, биополимеров, органических кислот и других веществ. Культивирование микроорганизмов позволяет рационально использовать или устранять промышленные отходы, очищать сточные воды, получать кормовой белок из не пищевого сырья и т.д. Процесс культивирования является базисом всех научных исследований мира микроорганизмов в области морфологии и цитологии, физиологии и биохимии, молекулярной биологии, генетики и экологии.

Процесс культивирования бактерий является важным этапом при производстве биологических препаратов. Ему предшествует работа со штаммами и подготовка питательной среды. Синтез антигенов, необходимых для разработки вакцин, происходит именно на этапе культивирования микроорганизмов. Необходимо также обеспечить соответствующий уровень выделения и очистки антигенов, сохранения определенного количества живых или убитых микробных клеток в препарате.

При производстве биологических препаратов важное значение имеет выбор способа культивирования микроорганизмов, который должен быть основан на знании существующей классификации этих процессов. Выбранный метод выращивания бактерий должен быть нацелен на конечную цель - препарат, для которого он предназначен, и соответствовать будущим масштабам производства.

В настоящее время уделяется большое внимание управляемым процессам культивирования микроорганизмов. Управление может быть частичным или полным, осуществляться вручную или автоматически, быть постоянным или изменяться по ходу процесса. Средствами управления или управляющими воздействиями являются скорость разбавления, концентрация субстрата, физико-химические параметры культивирования, скорость вращения мешалки, подача газов и ряд других факторов. Управляемое культивирование - это процесс, подвергающийся целенаправленному воздействию для получения культур с заданными свойствами: скорость роста, концентрация микроорганизмов, набором, количество и молекулярные параметры антигенов.

Использование управляемых методов выращивания бактерий и, в частности, непрерывного (хемостатного) культивирования привело к появлению такого понятия, как физиологическое состояние микроорганизмов, которое подразумевает взаимоотношение микробной популяции с питательной средой. Оно характеризует хемостатную культуру в стационарном состоянии, когда можно задать определенные условия, охарактеризованные качественно и количественно, и изучать любые параметры энергетического и конструктивного метаболизма и особенности строения клетки, что и составляет физиологические свойства клеток.

При культивировании микроорганизмов все проявления жизнедеятельности клетки можно оценить с помощью количественных характеристик. Имеются исследования физиологического состояния микроорганизмов в хе-мостате при разных скоростях роста и различных лимитирующих факторах. Было установлено, что при лимитации роста углеродом органическое вещество используется полностью на построение биомассы и выход биомассы из использованного субстрата максимальный. При лимитации роста минеральными элементами микроорганизмы поглощают двух-трехкратный избыток источника углерода и энергии, но не успева ют превратить его в биомассу.

2.1 Хемостатный режим культивирование

Общие принципы хемостата

Хемостат (рис. 1) представляет собой культуру, в которую с постоянной скоростью непрерывно подается свежая среда, а объем культуры поддерживается при этом на постоянном уровне путем непрерывного отлива части культуры. В идеале перемешивание в хемостате должно быть полным, т. е. капли поступающей в сосуд среды должны немедленно и однородно распределяться по всей культуре.

На практике это означает, что время, необходимое для перемешивания небольшого объема среды в культуре, должно быть значительно меньше, чем время замещения tr, равное V/F, где V -- объем, a F -- скорость течения среды.

Рассмотрим некую культуру, в которой рост биомассы лимитируется количеством одного-единственного субстрата, а все остальные компоненты среды находятся в избытке. Предположим, что вначале добавления среды не происходит и рост биомассы протекает так же, как и в периодической культуре. Затем, когда начнется поступление среды, рост культуры будет происходить в соответствии с одной из трех возможностей, изображенных на рис. 2. Первая возможность состоит в следующем: скорость вымывания биомассы окажется больше скорости роста и концентрация биомассы будет в результате падать, а концентрация лимитирующего рост субстрата будет стремиться к увеличению до значения sr. Вторая возможность: начальная скорость вымывания биомассы будет точно равна скорости роста. При этом организмы будут расти с их максимальной

Рис. 2. Три возможных результата в хемостатной культуре, в которой скорость роста биомассы (х) ограничена концентрацией (s) лимитирующего рост субстрата

Поток среды, содержащий лимитирующий рост субстрат в концентрации Sr, включен в момент времени t1.

Различные случаи таковы: 1 -- скорость вымывания биомассы превосходит максимальную скорость роста; 2 -- скорость вымывания равна максимальной скорости роста; 3--начальная скорость вымывания меньше, чем максимальная скорость роста биомассы.

Вторая возможность: начальная скорость вымывания биомассы будет точно равна скорости роста. При этом организмы будут расти с их максимальной удельной скоростью роста µm. В этом случае установится стационарное состояние, при котором концентрация биомассы и лимитирующего рост субстрата остаются постоянными. Однако такое состояние не будет устойчивым стационарным состоянием, поскольку любое временное изменение условий, влияющее на концентрацию биомассы и субстрата, приведет к непрерывному изменению этих концентраций. Третья возможность осуществится, если скорость вымывания биомассы вначале будет меньше максимальной скорости роста. Тогда концентрация биомассы будет непрерывно увеличиваться. Однако соответствующее уменьшение концентрации лимитирующего рост субстрата приведет к тому, что удельная скорость роста биомассы будет уменьшаться до тех пор, пока скорость роста биомассы не станет равной скорости вымывания.

Рис. 3. Действие временного возмущения стационарных условий в хемостате, если удельная скорость роста биомассы меньше, чем максимальная скорость

х -- концентрация биомассы, s--концентрация субстрата.

Дальнейших изменений в концентрации биомассы и лимитирующего субстрата не может быть. В этом случае удельная скорость роста биомассы будет ниже µm и будет определяться скоростью потока среды. Такое стационарное состояние является саморегулирующимся. Последствия возмущений стационарного состояния во времени показаны на рис. 4. Уменьшение концентрации биомассы приведет к увеличению концентрации субстрата, что в свою очередь вызовет повышение скорости роста и обусловит восстановление условий стационарного состояния. Увеличение концентрации биомассы вызовет противоположный эффект.

2.2 Рост микробной популяции при культивировании

Кинетические кривые роста микроорганизмов в закрытых системах (периодическое культивирование) имеют сложный характер. Выделяют 6 фаз в развитии культуры.

ь После введения инокулята обычно наблюдают индукционный период (лаг-фазу) (1), в течение которого не происходит сколько-нибудь заметного увеличения числа клеток или образования каких-либо продуктов. В этот период перестраивается метаболизм клетки, синтезируются ферменты, специфичные к использованию новых субстратов, активируется биосинтез белка.

ь Индукционный период сменяется фазой экспоненциального роста (2), в течение которой быстро накапливаются биомасса и продукты разных реакций. Эта фаза достаточно строго описывается экспоненциальной кривой.

ь В замкнутой системе экспоненциальная фаза роста не может развиваться неограниченно. Как правило, она переходит в фазу линейного роста (3), характеризующуюся равномерным во времени линейным ростом культуры, имеет место отклонение от точек в сторону меньших значений количества клеток или продуктов, что служит экспериментальным критерием перехода культуры в линейную фазу роста.

ь Фаза линейного роста может смениться весьма непродолжительным периодом, в течение которого скорость роста культуры снижается до нуля. Это фаза замедления роста (4).

ь В некоторых случаях рост культуры может переходить в достаточно устойчивую по продолжительности стационарную фазу(5). В этих условиях культура развивается в режиме постоянства общего числа клеток. Режим характеризуется достаточно высокими скоростями отмирания клеток. При этом скорость прироста биомассы полностью компенсируется скоростью гибели и лизиса клеток.

ь Если система полностью истощается по субстрату или накопление ингибирующих рост продуктов является значительным, то скорость прироста биомассы становится равной нулю, происходят существенные физиологические изменения клеток и, как правило, наблюдается фаза отмирания культуры (6), сопровождаемая часто полным лизисом клеток.



Рисунок - Типичная кинетическая кривая роста популяции микроорганизмов: 1-индукционный период; 2- фаза экспоненциального роста; 3- фаза линейного роста; 4- фаза замедления роста; 5- стационарная фаза; 6-фаза отмирания культуры

Принципиальной особенностью кинетики микробных популяций является зависимость скорости роста культуры от концентрации одного или нескольких наиболее важных компонентов среды, обеспечивающих биосинтетическую основу метаболизма. Эти компоненты, получившие название лимитирующих субстратов, в определенной степени регулируют скорость роста популяции.

В результате экспериментальных исследований зависимости роста культур микроорганизмов были обнаружены две особенности:

a. Скорость изменения числа микроорганизмов в режиме его роста (в экспоненциальной фазе) линейно связана с концентрацией клеток в системе:

, (1)

где N- это число клеток; м- коэффициент пропорциональности,

получивший название удельной скорости роста ();

имеет размерность обратного времени. Предполагается, что м не зависит от времени в исследуемом интервале. Собственно это уравнение в интегральной форме и представляет собой уравнение экспоненциального роста. Его интегрирование при начальном условии t=0, приводит к функции

. (2)

b. Было найдено, что в большинстве случаев значение удельной скорости роста зависит от концентрации лимитирующего субстрата и эта зависимость может быть представлена в форме

, (3)

где - предельная максимальная удельная скорость роста; - параметр, получивший название константы сродства субстрата к микроорганизму.

Впервые на зависимость скорости роста культуры от концентрации субстрата обратил внимание Моно, поэтому уравнение (3) получило название уравнения Моно. По своей форме это уравнение соответствует зависимости скорости ферментативной реакции от концентрации субстрата (уравнение Михаэлиса - Мент).



2.2.1 Простейшая схема взаимодействия клетки с субстратом

Представим себе простейшую кинетическую схему автокаталитической реакции с разложением каталитических центров

S + N 2N +P, (4)

где N - число центров, претерпевших удвоение при взаимодействии с субстратом; P - продукт.

Число центров, с которыми взаимодействует субстрат, и число клеток микроорганизмов связаны между собой прямо пропорциональной связью, поскольку предполагается, что клетки в среднем содержат одинаковое число центров, на которых осуществляется трансформация субстрата. В рамках кинетического приближения частоту актов деления клеток можно обозначить константой k. Субстрат S в результате взаимодействия с компонентами клетки трансформируются с образованием продукта P.

Динамику изменения в системе концентрации компонентов будут описывать уравнения

(5)

(6)

где - коэффициент пропорциональности, связывающий количество образовавшейся биомассы и продукта ферментационного превращения:

(7)

Если концентрация вещества S в системе достаточно велика и за время процесса меняется несущественно, то можно её считать величиной постоянной (). В этом случае уравнение (5) может быть проинтегрировано относительно числа клеток N. Если использовать начальное условие (), интегрирование уравнения (5) дает экспоненциальную функцию

. (8)

Подстановка уравнения (8) в дифференциальное уравнение (6) и последующее его интегрирование (при допущении, что ) приводит к следующей зависимости от времени концентрации продукта:

(9)

При временах реакции, близких к нулю концентрация продукта близка к нулю, при больших временах реакции должен наблюдаться экспоненциальный рост концентрации продукта:

(10)

Уравнение (1.8), (1.10) и соответственно кинетическая схема (1.4) описывают важную особенность кинетики роста микробной популяции - количество клеток в системе экспоненциально растет во времени. Удельная скорость роста м(S), представляющая собой показатель экспоненты в уравнениях (8) и (10), является линейной функцией концентрации субстрата:

. (11)

Уравнение (1.11) в отличие от уравнения Моно дает линейное неограниченное увеличение удельной скорости роста микроорганизмов с увеличением концентрации субстрата. Это противоречит экспериментальным данным и требует дополнительного усложнения простейшей кинетической схемы (1.4).



3. РЕЗУЛЬТАТЫ СОБСТВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Математический метод анализа в исследованиях роста культур при культивировании.

Задача. Выяснить механизм роста микробной популяции и определить кинетические параметры исходя из данных по стационарным концентрациям субстрата, биомассы и продукта при хемостатном культивировании.

	Y	z				xy	Yz	xz
0.124 0.309 0.490 0.690 0.787 0.962	0.088 0.069 0.051 0.031 0.021 0.004	0.438 0.346 0.255 0.155 0.107 0.019	0.015376 0.095481 0.2401 0.4761 0.619369 0.925444	0.007744 0.004761 0.002601 0.000961 0.000441 0.000016	0.191844 0.119716 0.065025 0.024025 0.011449 0.000361	0.010912 0.021321 0.02499 0.02139 0.016527 0.003848	0.038544 0.023874 0.013005 0.004805 0.002247 0.000076	0.054312 0.106914 0.12495 0.10695 0.084209 0.018278
3.362	0.264	1.32	2.37187	0.016524	0.41242	0.098988	0.082551	0.495613

Ответ: Коэффициент корреляции полное отрицательное r = - 1

При увеличении х на 1, то у увеличивается на -9,9715

При увеличении у на 1, то х увеличивается на -0,10028

При увеличении х на 1, то z увеличивается на -2.0302

При увеличении y на 1, то z увеличивается на 0.20383

При увеличении z на 1, то x увеличивается на -0.50003

При увеличении z на 1, то y увеличивается на 4.99185

Определение показателей средних величин изменчивости

Для “x”:

№	Х	х-
1 2 3 4 5 6	0,124 0,309 0,490 0,690 0,787 0,962	-0,4363 -0,2513 -0,0703 0,1297 0,2267 0,4017	0,19035769 0,06315169 0,00494209 0,01682209 0,05139289 0,16136289
	3,362	0,0002	0.48802934

Ответ: при (достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (0,56)

От -0,37726 до 1,49726



Для “y”:

№	y	y-
1 2 3 4 5 6	0.088 0.069 0.051 0.031 0.021 0.004	0.044 0.025 0.007 -0.013 -0.023 -0.04	0.001936 0.000625 0.000049 0.000169 0.000529 0.0016
	0.264	0	0.004908

Ответ: при (не достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (0,044)

От -0,253 до 0,341



Для “z”:

№	z	z-
1 2 3 4 5 6	0.438 0.346 0.255 0.155 0.107 0.019	0.218 0.126 0.035 -0.065 -0.113 -0.201	0.047524 0.015876 0.001225 0.004225 0.012769 0.040401
	1.32	0	0.12202

Ответ: при (достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (0,22)

От -0.248 до 0.688

Дисперсионный анализ

1) Составить дисперcионный комплекс



Показатели	Градации		Итого
	Х	у	z
Варианты	0.124 0.309 0.490 0.690 0.787 0.962	0.088 0.069 0.051 0.031 0.021 0.004	0.438 0.346 0.255 0.155 0.107 0.019
Число вариант	6	6	6	N=
Сумма вариант в каждой градации	3.362	0.264	1.32	=4.946
	11.303	0.0697	1.7424	13.1151
	1.8838	0.0116	0.2904	=2.1858
	2.37187	0.016524	0.41242	= 2.800814

2)

3) Дисперсии

Общая:

Факториальная:

Остаточная:

4) Проверка правильности подсчетов

=1.441

- показатель криволинейной связи между результативным признаком и воздействующим фактором



,

5) Достоверность факториальной дисперсии путем вычисления коэффициента Фишера

6.1 Число степеней свободы:

- для факториальной дисперсии: По формуле

градации

- для остаточной дисперсии: По формуле

- для общей дисперсии: По формуле

6.2 Девиата ( корректированная дисперсия

- факториальная девиата: По формуле

- остаточная девиата: По формуле

Коэффициент достоверности Фишера

=

Сравнивают с таблицей Фишера

Если меньше - не достоверно

больше - достоверно



	y	z				xy	уz	xz
0.224 0.556 1,098 2,143 4,091 4,551	0,478 0,444 0,390 0,286 0,091 0,045	2,389 2,222 1,951 1,429 0,455 0,285	0,050176 0,309136 1,205604 4,592449 16,736281 20,711601	0,228484 0,197136 0,1521 0,081796 0,008281 0,002025	5,707321 4,937284 3,806401 2,042041 0,207025 0,081225	0,107072 0,246864 0,42822 0,612898 0,372281 0,204795	1,141942 0,986568 0,76089 0,408694 0,041405 0,012825	0,535136 1,235432 2,142198 3,062347 1,861405 1,297035
12,663	1,734	8,731	43,605	0,6698	16,7813	1,97213	3,352324	10,133553

Ответ: Коэффициент корреляции полное отрицательное r - 1

При увеличении х на 1, то у увеличивается на -10

При увеличении у на 1, то х увеличивается на -0,1

При увеличении х на 1, то z увеличивается на -0.06

При увеличении y на 1, то z увеличивается на 0.2034

При увеличении z на 1, то x увеличивается на -0.0145

При увеличении z на 1, то y увеличивается на 4.9140

Определение показателей средних величин изменчивости

Для “x”:

№	х	х-
1 2 3 4 5 6	0.224 0.556 1,098 2,143 4,091 4,551	-1,8865 -1,5545 -1,0125 0,0325 1,9805 2,4405	3,5588 2,4165 1,0251 0,00106 3,9224 5,9560
	12,663	0	16,87986

Ответ: при (не достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (2,1105)

От -3.4005 до 7.6215

Для “y”:

№	y	y-
1 2 3 4 5 6	0,478 0,444 0,390 0,286 0,091 0,045	0,189 0,155 0,101 -0,003 -0,198 -0,244	0,035721 0,024025 0,010201 0,000009 0,039204 0,059536
	1,734	0	0,168696

Ответ: при (достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (0,289)

От -0.263 до 0.841

Для “z”:

№	z	z-
1 2 3 4 5 6	2,389 2,222 1,951 1,429 0,455 0,285	0,934 0,767 0,496 -0,026 -1 -1,17	0,872356 0,588289 0,246016 0,000676 1 1,3689
	8,731	0	4,076237



Ответ: при (достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (1,455)

От -1.254 до 4.164

Дисперсионный анализ

6) Составить дисперcионный комплекс

Показатели	Градации		Итого
	х	у	z
Варианты	0.224 0.556 1,098 2,143 4,091 4,551	0,478 0,444 0,390 0,286 0,091 0,045	2,389 2,222 1,951 1,429 0,455 0,285
Число вариант	6	6	6	N=
Сумма вариант в каждой градации	12,663	1,734	8,731	=23,128
	160,35	3,006756	76,23	239,587
	26,725	0,5011	12,705	=39,9311
	43,605	0,6698	16,7813	= 61,0561

7)

8) Дисперсии

9)

Общая:

Факториальная:

Остаточная: 

Проверка правильности подсчетов

- показатель криволинейной связи между результативным признаком и воздействующим фактором

,

10) Достоверность факториальной дисперсии путем вычисления коэффициента Фишера

6.1 Число степеней свободы:

- для факториальной дисперсии: По формуле

градации

- для остаточной дисперсии: По формуле

- для общей дисперсии: По формуле

6.2 Девиата ( корректированная дисперсия

- факториальная девиата: По формуле

- остаточная девиата: По формуле

Коэффициент достоверности Фишера

=1,21

Сравнивают с таблицей Фишера

Если меньше - не достоверно

больше - достоверно

	y	z				xy	yz	xz
0,348 0,864 1,707 4,884 7,778 9,130 9,785	0,965 0,914 0,829 0,512 0,222 0,087 0,022	4,826 4,586 4,146 2,558 1,111 0,435 0,108	0,121104 0,746496 2,913849 23,853456 60,497284 83,3569 95,746225	0,931225 0,835396 0,687241 0,262144 0,049284 0,007569 0,000484	23,290276 21,031396 17,189316 6,543364 1,234321 0,189225 0,011664	0,33582 0,789696 1,415103 2,500608 1,726716 0,79431 0,21527	4,65709 4,191604 3,437034 1,309696 0,246642 0,037845 0,002376	1,679448 3,962304 7,077222 12,493272 8,641358 3,97155 1,05678
34,496	3,551	17,77	267,235	2,773343	69,489562	7,777523	13,882287	38,881934

1

Ответ: Коэффициент корреляции полное отрицательное r - 1

При увеличении х на 1, то у увеличивается на -10

При увеличении у на 1, то х увеличивается на -0,0999

При увеличении х на 1, то z увеличивается на -1.98

При увеличении y на 1, то z увеличивается на 0.19968

При увеличении z на 1, то x у увеличивается на -0.497

При увеличении z на 1, то y увеличивается на 5.008

Определение показателей средних величин изменчивости

Для “x”:

№	х	х-
1 2 3 4 5 6 7	0,348 0,864 1,707 4,884 7,778 9,130 9,785	-4,58 -4,064 -3,221 -0,044 2,85 4,202 4,857	20,9764 16,516096 10,374841 0,001936 8,1225 17,656804 23,590449
	34,496	0	97,239026

Ответ: при (достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (4,928)

От -7.15 до 17.006

Для “y”:

№	y	y-
1 2 3 4 5 6 7	0,965 0,914 0,829 0,512 0,222 0,087 0,022	0,458 0,407 0,322 0,005 -0,285 -0,42 -0,485	0,209764 0,165649 0,103684 0,000025 0,081225 0,1764 0,235225
	3,551	0	0,971972

79,29

Ответ: при (достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (0,507)

От -0.699 до 1.713

Для “z”:

№	z	z-
1 2 3 4 5 6 7	4,826 4,586 4,146 2,558 1,111 0,435 0,108	2,288 2,048 1,608 0,02 -1,427 -2,103 -2,43	5,235 4,194 2,586 0,0004 2,036329 4,427609 5,9049
	17,77	0	24,384238

2,016

3,331

Ответ: при (достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (2,538)

От -3.51 до 8.586

Дисперсионный анализ

11) Составить дисперcионный комплекс

Показатели	Градации		Итого
	х	у	z
Варианты	0,348 0,864 1,707 4,884 7,778 9,130 9,785	0,965 0,914 0,829 0,512 0,222 0,087 0,022	4,826 4,586 4,146 2,558 1,111 0,435 0,108
Число вариант	7	7	7	N=
Сумма вариант в каждой градации	34,496	3,551	17,77	=55,817
	1189,97	12,6096	315,77	1518,35
	169,996	1,801	45,11	= 216,907
	267,235	2,773343	69,489562	= 339,497

12)

13) Дисперсии

Общая: 339,497 - 148,4 = 191,097

Факториальная: 216,907 - 148,4 = 68,507

Остаточная: 339,497 - 216,907 = 122,59



14) Проверка правильности подсчетов

68,507 + 122,59 = 191,097

- показатель криволинейной связи между результативным признаком и воздействующим фактором

, 641

15) Достоверность факториальной дисперсии путем вычисления коэффициента Фишера

6.1 Число степеней свободы:

- для факториальной дисперсии: По формуле

градации

- для остаточной дисперсии: По формуле

- для общей дисперсии: По формуле

6.2 Девиата ( корректированная дисперсия

- факториальная девиата: По формуле 34,2535

- остаточная девиата: По формуле 30,6475

Коэффициент достоверности Фишера

=1,118

Сравнивают с таблицей Фишера

Если меньше - не достоверно

больше - достоверно

	y	z				xy	yz	xz
0,721 1,790 3,537 10,116 16,111 21,596 24,167	2,428 2,321 2,146 1,488 0,889 0,340 0,083	12,139 11,665 10,732 7,442 7,444 1,702 0,417	0,519841 3,2041 12,510369 102,3334 259,5643 466,3872 584,0439	5,895184 5,387041 4,605316 2,214144 0,790321 0,1156 0,006889	147,355321 136,072225 115,175824 55,383364 55,413136 2,896804 0,006889	1,750588 3,2041 7,590402 15,052608 14,322679 7,34264 2,005861	29,473492 27,074465 23,030872 11,073696 6,617716 0,57868 0,034611	8,752219 20,88035 37,95908 75,28367 119,9303 36,7564 10,07764
78,038	9,695	51,541	1428,563	19,014495	512,303563	51,268878	97,883532	309,63966

Ответ: Коэффициент корреляции полное отрицательное r - 1

При увеличении х на 1, то у увеличивается на -10.16

При увеличении у на 1, то х увеличивается на -0,099

При увеличении х на 1, то z увеличивается на -1.995

При увеличении y на 1, то z увеличивается на 0.199

При увеличении z на 1, то x увеличивается на -0.466

При увеличении z на 1, то y увеличивается на 4.741

Определение показателей средних величин изменчивости

Для “x”:

№	х	х-
1 2 3 4 5 6 7	0,721 1,790 3,537 10,116 16,111 21,596 24,167	-10,427 -9,358 -7,611 -1,032 4,963 10,448 13,019	108,722 87,572 57,927 1,06502 24,6314 109,161 169,494
	78,038	0,002	558,572

9,65

86,56

3,65

3,05

Ответ: при (достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (11,148)

От -17.802 до 40.098

Для “y”:

№	y	y-
1 2 3 4 5 6 7	2,428 2,321 2,146 1,488 0,889 0,340 0,083	1,043 0,936 0,761 0,103 -0,496 -1,045 -1,302	1,08785 0,876096 0,57912 0,01061 0,24602 1,09202 1,69520
	9,695	0	5,586916

0,931

Ответ: 0,352 при (достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (1,385)

От -1.408 до 4.178

Для “z”:

№	z	z-
1 2 3 4 5 6 7	12,139 11,665 10,732 7,442 7,444 1,702 0,417	4,776 4,302 3,369 0,079 0,081 -5,661 -6,946	22,8102 18,5072 11,3502 0,00624 0,00656 32,0469 48,2469
	51,541	0	132,9742

4,14

Ответ: при (достоверно, так как )

исходя из правил лимиты для генеральной совокупности составляет (7,363)

От - 6.761 до 21.487

Дисперсионный анализ

16) Составить дисперcионный комплекс

Показатели	Градации		Итого
	х	у	z
Варианты	0,721 1,790 3,537 10,116 16,111 21,596 24,167	2,428 2,321 2,146 1,488 0,889 0,340 0,083	12,139 11,665 10,732 7,442 7,444 1,702 0,417
Число вариант	7	7	7	N=
Сумма вариант в каждой градации	78,038	9,695	51,541	=139,274
	6089,93	93,993	2656,47	8840,393
	869,99	13,428	379,5	= 1262,918
	1428,563	19,014495	512,303563	= 1959,881

17)

18) Дисперсии

Общая:

Факториальная: 339,238

Остаточная: 696,963



19) Проверка правильности подсчетов

339,238+696,963= 1036,201

- показатель криволинейной связи между результативным признаком и воздействующим фактором

,

20) Достоверность факториальной дисперсии путем вычисления коэффициента Фишера

6.1 Число степеней свободы:

- для факториальной дисперсии: По формуле

градации

- для остаточной дисперсии: По формуле

- для общей дисперсии: По формуле

6.2 Девиата ( корректированная дисперсия

- факториальная девиата: По формуле 169,619

- остаточная девиата: По формуле 174,241

Коэффициент достоверности Фишера

=0,973

Сравнивают с таблицей Фишера

Если меньше - не достоверно

больше - достоверно

Специальные цели хемостатной культуры

Ниже сформулированы три уникальных, единственных в своем роде предназначения хемостатной культуры в деле контроля за ростом и поведением микроорганизмов.

1. Хемостат дает возможность изменять скорость роста биомассы, не производя в окружающей среде никаких изменений, кроме изменений концентрации лимитирующего рост субстрата. В простой периодической культуре изменения скорости роста могут быть вызваны только качественными изменениями в составе питательной среды или количественными изменениями физико-химических условий, таких, как температура или pH. Эти методы изменения скорости роста вносят побочные эффекты, маскирующие действие самой скорости роста. Так, изменение температуры, например, независимо действует и на скорость роста и на содержание РНК у бактерий.

2. Хемостат можно использовать и прямо с противоположной целью, а именно фиксировать скорость роста при изменении окружающих условий. Это очень существенно в тех случаях, когда необходимо отдифференцировать влияние изменения условий окружающей среды и влияние изменения скорости роста.

3. Хемостат, кроме того, используется для поддержания постоянной скорости роста при лимитирующей концентрации субстрата, тогда как в периодической культуре рост, лимитированный субстратом, можно получить лишь кратковременно, причем это сопровождается изменением скорости роста. Данная функция хемостата расширяет возможный диапазон постоянных окружающих условий и дает возможность изучать не только избыток или истощение лимитирующего рост субстрата, но и все промежуточные состояния.

4. В хемостатном методе существенно то, что он упрощает системы культуры и, следовательно, облегчает как изучение реакций организма на его окружение, так и управление процессами, протекающими в самих микроорганизмах. Преимущества этого упрощения приобретают особенно большое значение, когда возникает необходимость в изучении или управлении взаимодействием двух или более видов.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выводы.

* Изучено особенности хемостатного культивирование микроорганизмов.

* Методом математического анализа изучено механизм роста популяции при хемостатном культивировании.

* Определено кинетические параметры роста культур микроорганизмов при хемостатном культивировании.



СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Источник: «Микробиология: словарь терминов», Фирсов Н.Н., М: Дрофа, 2006 г.

2. Методы культивирования клеток. Л.: Наука, 2006. 315 с.

3. Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М.: Мир, 1978. 333 с.

4. Культура клеток растений. М.: Наука, 2005. 168 с.

5. Адамс Р. Методы культуры клеток для биохимиков. М.: Мир, 2007.

6. Новые методы культуры животных тканей. М.: Мир, 2006. 255 с.

7. Культура животных клеток. Методы / Под ред. Р. Ферши. М.: Мир,

8. Никольский Н. Н., Вахтин Ю. Б., Игнатова Т. Н. и др. Биология клетки в культуре. Л.: Наука, 2004. 280 с.

9. Баснакьян И. А. Культивирование микроорганизмов с заданными свойствами. М.: Медицина, 2008. 192 с.

10. Методы общей бактериологии. М.: Мир, 2008. Т. 1, ч. 2. С. 163?512.

11. Глеба Ю. Ю., Сытник К. М. Клеточная инженерия растений. Киев: Наук. думка, 2006. 160 с.

12. Андреева Е.А., Шульговская Е.М., Работнова И.Л.,Торможение роста Candida utilis Н+ и ОН-ионами. Микробиология. - 1970. - 39. - № 2. - С. 269-273.

13. Баснакьян И.А. Синхронно делящиеся культуры микроорганизмов как метод изучения в биологии. Микробиол. -- 1965. №2. -- С. 85.

14. Малек И. Роль непрерывных процессов и их изучения в развитии современной науки и в производстве. Непрерывное культивирования микроорганизмов. М: Пищевая пром-сть, 1968. С. 9.

15. Музыченко Jl. А., Валуев В.И. Использование полунепрерывного культивирования микроорганизмов для получения продуктов биосинтеза: Тез. докладов на 2 Всесоюзн. совещ. "Теория и практика непрерывного культивирования микроорганизмов". М., 1978. -- С. 112.

16. Перт С. Дж. Основы культивирования микроорганизмов и клеток. М: Мир, 1978.-331 с.

17. Печуркин Н.С. Применение непрерывного культивирования для изучения эволюционных и экологических процессов: Тез. докл..2 Всес. совещ. "Теория и практика непрерывного культивирования микроорганизмов". М., 1978, с. 3.

18. Работнова И.Л., Иванова И. И. Рост и развитие микробных культур // Успехи микробиол. 1971. - №6. - С. 67-107.

19. Яровенко B.JI. Основы технологии непрерывного культивирования Penic. chrysogenum // Тез. докл. 2 Всесоюз. совещ. «Теория и практика непрерывного культивирования микроорганизмов». -- М., 1978.-С. 61.

20. Работнова И.Л., Баснакьян И.А., Боровкова В.М., Запорожцев Л.Н. Процессы культивирования' микроорганизмов // Сер. Биологическая 1982. -№4. С. 559-560 с.

Размещено на Allbest.ru

...