सूक्ष्मजीवों के प्रजनन की विधियाँ और गति

सूक्ष्मजीवों की वृद्धि और प्रजनन

वृद्धि एक माइक्रोबियल कोशिका के रासायनिक घटकों की संख्या में वृद्धि है। सूक्ष्मजीवों की वृद्धि को चिह्नित करने के लिए, जीवाणु द्रव्यमान की अवधारणा का उपयोग किया जाता है, जिसे बैक्टीरिया के घनत्व (शुष्क द्रव्यमान प्रति 1 मिलीलीटर) द्वारा व्यक्त किया जाता है। माइक्रोबियल प्रसार को बैक्टीरिया की संख्या द्वारा वर्णित किया गया है, जो 1 मिलीलीटर में कोशिकाओं की एकाग्रता को दर्शाता है। बैक्टीरिया की संख्या और बैक्टीरिया द्रव्यमान में वृद्धि के बीच कोई सख्त आनुपातिकता नहीं है। यह इस तथ्य से समझाया गया है कि जीवाणु आबादी में, सभी कोशिकाएं व्यवहार्य नहीं होती हैं - उनमें से कुछ मृत हैं, कुछ विनाश के विभिन्न चरणों में हैं। जीवाणु द्रव्यमान के निर्माण में भाग लेते समय, ऐसी कोशिकाएँ जीवाणुओं के आगे प्रजनन में भाग नहीं लेती हैं। बैक्टीरिया सीधे विभाजन द्वारा प्रजनन करते हैं। इस मामले में, एक संकुचन बनता है या साइटोप्लाज्मिक झिल्ली एक डिस्क-सेल प्लेट के निर्माण के साथ कोशिका के अनुदैर्ध्य अक्ष के लंबवत अंदर की ओर बढ़ने लगती है।

यह प्लेट कभी-कभी अधूरी हो सकती है और इसके केंद्र में एक छेद होता है जो दोनों बहन कोशिकाओं को जोड़ता है। इसके बाद, एक पार्श्व दीवार कोशिका प्लेट में विकसित हो जाती है, जो कोशिका प्लेट को दो भागों में विभाजित करते हुए एक अनुप्रस्थ विभाजन बनाती है, जिनमें से प्रत्येक परिणामी कोशिकाओं में से एक में जाती है। केंद्रीय छिद्र, जो अनुप्रस्थ विभाजन या प्लेट से विभाजित नहीं होता है, प्लास्मोडेस्मोस कहलाता है। प्लास्मोडेस्मोस कुछ जीवाणु कोशिकाओं को लंबी श्रृंखलाओं या समूहों में एक साथ जोड़ने में भूमिका निभाता है। जो नोट किया गया है उसके अलावा, जीवाणु कोशिका विभाजन की प्रक्रिया बंधाव द्वारा भी हो सकती है। प्रजनन के दौरान जीवाणु कोशिकाओं की संख्या तेजी से बढ़ती है। अधिकांश बैक्टीरिया के लिए, पीढ़ी का समय 20 - 30 मिनट है।

बैक्टीरिया की वृद्धि और प्रजनन खेती की स्थितियों के आधार पर अलग-अलग तरह से प्रकट होते हैं। ठोस पोषक मीडिया पर, बैक्टीरिया के विकास और प्रजनन की अभिव्यक्ति कालोनियों की उपस्थिति है, जो बैक्टीरिया कोशिकाओं के दृश्यमान रूप से अलग-अलग संचय हैं। कालोनियों को विशिष्ट विशेषताओं के एक समूह द्वारा चित्रित किया जाता है, जिसके आधार पर बैक्टीरिया की शुद्ध संस्कृतियों की पहचान की जा सकती है। इन विशेषताओं में शामिल हैं: आकार (बड़े, मध्यम, छोटे, सूक्ष्म); आकार (गोल, फैला हुआ, आदि); बैक्टीरिया द्वारा रंगद्रव्य के उत्पादन के आधार पर रंग भरना; सतह (उत्तल, सपाट, मैट, चमकदार, आदि); किनारों की प्रकृति (चिकनी, खुरदरी, आदि); स्थिरता (सजातीय, चिपचिपा, चिपचिपा, आदि); पारदर्शिता (पारदर्शी, बादलदार)।

विकास प्रक्रिया विकास मंदता के चरण या अंतराल चरण से शुरू होती है। इस अवधि के दौरान, बैक्टीरिया की तीव्र चयापचय गतिविधि होती है, जिसके परिणामस्वरूप कोशिका तेजी से प्रजनन के लिए तैयार होती है। यह चरण उस क्षण से शुरू होता है जब बैक्टीरिया पर्यावरण में प्रवेश करते हैं। इसकी अवधि बोई गई फसल की उम्र (पुरानी फसल लगाने पर अधिक समय लगता है), माध्यम की संरचना, तापमान और अन्य कारकों पर निर्भर करती है।

जीवाणु कोशिका का विकास. पोषण के दौरान प्लास्टिक सामग्री के संश्लेषण के परिणामस्वरूप सेलुलर प्रोटोप्लाज्म के बायोमास में वृद्धि को वृद्धि कहा जाता है। सूक्ष्मजीव तेजी से बढ़ते हैं और थोड़े समय में ही अपनी शारीरिक परिपक्वता की सीमा तक पहुंच जाते हैं।

चित्र .1। बैसिलस सबटिलिस का विकास चक्र

1 - युवा बैसिलस सबटिलिस; 2 - बैसिलस सबटिलिस, जिसने अपना कशाभिका त्याग दिया है; 3 - कोशिकाओं की श्रृंखला का विभाजन; 4 - जंजीरों में कशाभिका का निर्माण; 5-विवाद का निर्माण

कोशिका विभाजन। एक कोशिका जो एक निश्चित परिपक्व उम्र तक पहुंच गई है, विभाजित होना शुरू हो जाती है, और पोषक माध्यम में, बैक्टीरिया की आबादी - संस्कृति - की वृद्धि एक साथ देखी जाती है। कोशिका विभाजन से पहले एक साइटोप्लाज्मिक झिल्ली का निर्माण होता है, जो आमतौर पर जीवाणु कोशिका के बीच में बनती है। कोशिका विभाजन के दौरान, डीएनए प्रतिकृति (दोहरीकरण) होता है। इस मामले में, हाइड्रोजन बंधन टूट जाते हैं और डीएनए की दो श्रृंखलाएं (हेलिक्स) बनती हैं, जिनमें से प्रत्येक बेटी कोशिकाओं में मौजूद होती है। फिर एकल-स्ट्रैंडेड डीएनए हाइड्रोजन बांड द्वारा जुड़े होते हैं और आनुवंशिक जानकारी के साथ डबल-स्ट्रैंडेड डीएनए फिर से दिखाई देते हैं। कोशिका विभाजन तब पूर्ण माना जाता है जब नवगठित कोशिकाएँ साइटोप्लाज्मिक सेप्टम द्वारा अलग हो जाती हैं।

अंक 2। विभाजित बैक्टीरिया के अतिपतले वर्गों के इलेक्ट्रॉन विवर्तन पैटर्न

ए - स्टेफिलोकोकस एक डिवीजन सेप्टम बनाकर विभाजित होता है (तीरों द्वारा दर्शाया गया है), × 32,000; बी - एस्चेरिचिया कोली - एक विभाजन संकुचन के गठन के परिणामस्वरूप (तीरों द्वारा दर्शाया गया); 1 - कोशिका भित्ति, 2 - साइटोप्लाज्मिक झिल्ली, 3 - न्यूक्लियॉइड; × 22,000.

प्रजनन बैक्टीरिया, रिकेट्सिया, प्रोटोजोआ आदि का द्विआधारी विखंडन है। इस मामले में, दो नए व्यक्ति बनते हैं, जो मातृ कोशिका की आनुवंशिक जानकारी से संपन्न होते हैं। प्रजनन की इस विधि को इंटीग्रल कहा जाता है, और वायरस विघटनकारी तरीके से प्रजनन करते हैं, यानी मेजबान कोशिका में उनके घटकों - न्यूक्लिक एसिड और प्रोटीन के अलग-अलग संश्लेषण के माध्यम से।

जनसंख्या वृद्धि के प्रारंभिक चरण में जीवाणु कोशिकाएँ अधिक तेजी से विभाजित होती हैं। बाद के चरणों में, विभाजन अधिक धीमी गति से होता है, कुछ मातृ कोशिकाएँ मर जाती हैं, और कुछ प्रकार के जीवाणुओं में विभिन्न समावेशन दिखाई देते हैं।

अनुकूल परिस्थितियों में जीवाणुओं की वृद्धि दर बहुत अधिक होती है। हर 15-20 मिनट में एक व्यक्ति दो हो जाता है। कुछ शोधकर्ताओं की गणना के अनुसार, यदि केवल एक घंटे में एक सूक्ष्म जीव दो व्यक्तियों को जन्म देता है, तो एक दिन के भीतर सूक्ष्मजीव कोशिकाओं की संख्या 16.5 मिलियन तक पहुंच जाती है। वी.एल. ओमेलेन्स्की की आलंकारिक परिभाषा के अनुसार, एक जीवाणु की संतान इस तरह का उत्पादन कर सकती है 5 दिनों के भीतर सूक्ष्मजीवों की संख्या, जो सभी समुद्रों और महासागरों के बेसिन को भर सकती है।

इस तरह के प्रजनन के साथ, माइक्रोबियल कोशिकाएं न केवल समुद्रों, महासागरों, बल्कि महाद्वीपों की पूरी सतह को भी कवर कर सकती हैं। परिणामस्वरूप, हमारे ग्रह पर मानव जीवन असंभव हो जाएगा। हालाँकि, माइक्रोबियल प्रजनन में ज्यामितीय प्रगति का कोई पूर्ण नियम नहीं है। उनकी वृद्धि और प्रजनन सूक्ष्मजीवों के बीच विरोधी संबंधों, पोषक माध्यम की कमी, ऑक्सीजन की कमी और विषाक्त माइक्रोबियल अपशिष्ट उत्पादों के संचय से नकारात्मक रूप से प्रभावित होते हैं। ये कारक निरंतर कोशिका विभाजन को रोकते हैं।

बेले के कई वर्षों के शोध और अवलोकनों ने स्थापित किया है कि एक निश्चित मात्रा में तरल पोषक माध्यम में, अधिकतम संख्या वाली कोशिकाओं का अधिकतम विकास होता है। 24 घंटों के भीतर, समान परिस्थितियों में, तरल माध्यम के 1 मिलीलीटर में कोशिकाओं की एकाग्रता स्थापित की जाती है: एस्चेरिचिया कोली और पैराटाइफाइड बी बैक्टीरिया के लिए - 1.5 बिलियन, ग्रिगोरिएव-शिगा पेचिश बैक्टीरिया और स्टेफिलोकोसी - 300 बिलियन, टाइफाइड बेसिली - 800 बिलियन। संख्यात्मक अभिव्यक्ति को आमतौर पर रोगाणुओं की एम-एकाग्रता (एम अधिकतम है) कहा जाता है। सामान्य बढ़ती परिस्थितियों में, कोशिकाओं की एम सांद्रता रोगाणुओं के संचय की सीमा है। यह ध्यान रखना दिलचस्प है कि यदि कई रोगाणुओं को एम-सांद्रता के बराबर ताजा पोषक माध्यम में टीका लगाया जाता है, तो कोशिकाओं की संख्या में वृद्धि नहीं होती है, और यदि संवर्धित रोगाणुओं की संख्या एम-सांद्रता से अधिक हो जाती है, तो कोशिकाओं की संख्या में वृद्धि नहीं होती है। अधिक लोग मर जाते हैं.

किसी जनसंख्या में जीवाणुओं का प्रजनन

किसी आबादी में सूक्ष्मजीवी प्रजनन के पैटर्न को समझने के लिए शुद्ध संस्कृतियों का अध्ययन किया जाता है। हालाँकि, प्राकृतिक और कृत्रिम परिस्थितियों में सूक्ष्मजीव संघों में पाए जाते हैं। बैक्टीरिया की आबादी बैक्टीरिया का एक संग्रह है जो एक टेस्ट ट्यूब, फ्लास्क आदि में तरल माध्यम की एक निश्चित मात्रा में गुणा करती है। जब बैक्टीरिया एक टेस्ट ट्यूब में घने पोषक माध्यम की सतह पर लगातार बढ़ते हैं, तो इसमें सभी कोशिकाओं की समग्रता बढ़ जाती है। आमतौर पर इसे एकल जनसंख्या माना जाता है। पृथक कालोनियों के बढ़ने की स्थिति में, उनमें से प्रत्येक को एक अलग आबादी माना जा सकता है, क्योंकि वे एक-दूसरे के साथ संवाद नहीं करते हैं।

जब रोगाणुओं को ठोस पोषक मीडिया पर उगाया जाता है, तो उनके विकास की कुछ विशेषताएं सामने आती हैं, यानी, कॉलोनियां दिखाई देती हैं जो एक या कई कोशिकाओं की संतानों का प्रतिनिधित्व करती हैं। कालोनियों की उपस्थिति, उनका आकार, रंग, पारदर्शिता, आकार और अन्य गुण प्रत्येक प्रकार के बैक्टीरिया के लिए विशिष्ट विशेषताएं हैं। फ्लैगेल्ला के साथ बैक्टीरिया की कई प्रजातियां प्लेट की पूरी सतह (प्रोटियस वल्गारिस) को कवर करते हुए, एगर पर निरंतर वृद्धि पैदा करती हैं। स्पोरोजेनिक प्रजातियां अपनी कॉलोनियों की प्रकृति में भिन्न होती हैं, जो एक मैट सतह के साथ अपारदर्शी कॉलोनियां बनाती हैं।

तरल पोषक माध्यम में जीवाणु कोशिकाओं की वृद्धि एकरूपता की विशेषता होती है, जो ठोस पोषक माध्यम में नहीं होती है। हालाँकि, इस विधि से भी, जीवाणु वृद्धि की कुछ विशेषताएं देखी जा सकती हैं। ठोस मीडिया पर शुष्क कालोनियाँ बनाने वाली प्रजातियाँ एक स्पष्ट शोरबे में विभिन्न प्रकार की तलछट पैदा करती हैं। नरम और नम कॉलोनी बनाने वाली प्रजातियां आम तौर पर सजातीय वृद्धि पैदा करती हैं जो बढ़ते माध्यम को समान रूप से परेशान करती हैं।

तरल वातावरण में उगने वाली फसल के लिए वातन का बहुत महत्व है। यह ज्ञात है कि टेस्ट ट्यूब या फ्लास्क में तरल की केवल ऊपरी परतें वायुमंडलीय हवा के संपर्क में आती हैं, और इस वजह से, कुछ बाध्य एरोब, उदाहरण के लिए, माइकोबैक्टीरियम ट्यूबरकुलोसिस, विब्रियो कॉलेरी इत्यादि, सतह पर जमा हो जाते हैं, जिससे एक का निर्माण होता है। नाजुक फिल्म.

जीवाणु जनसंख्या वृद्धि के चरण

1918 में बुकानन ने जीवाणु प्रजनन की विशेषताओं का अध्ययन करते हुए एक वक्र प्रस्तावित किया, जो प्रत्येक समय अवधि में कोशिकाओं की संख्या को दर्शाता है। जीवाणु प्रजनन की गतिशीलता को निम्नलिखित चरणों द्वारा दर्शाया गया है, जो रोमन अंकों द्वारा दर्शाया गया है। प्रारंभिक चरण (सेगमेंट I) में, बैक्टीरिया पोषक माध्यम पर बोए जाने के क्षण से ही नई जीवन स्थितियों के लिए अनुकूल हो जाते हैं। इस चरण में, बैक्टीरिया गुणा नहीं करते हैं। प्रारंभिक चरण की अवधि 1-2 घंटे है। प्रजनन का प्रारंभिक चरण (खंड II) चयापचय प्रक्रियाओं, विकास दर और कोशिका विभाजन में वृद्धि की विशेषता है। हालाँकि, बैक्टीरिया धीरे-धीरे बढ़ते हैं। इस चरण की अवधि 2 घंटे है।

लघुगणक चरण (खंड III) में, त्वरित वृद्धि और कोशिका विभाजन देखा जाता है। अधिकतम प्रजनन के इस चरण में, प्रत्येक प्रकार के बैक्टीरिया के लिए विशिष्ट रूपात्मक, सांस्कृतिक, जैव रासायनिक, एंटीजेनिक और विषाणु गुण बनते हैं। चरण की अवधि 5-6 घंटे है। मंदी चरण (खंड IV) जीवाणु कोशिकाओं के सक्रिय विकास और प्रजनन के बाद होता है। इस समय तक, पर्यावरण में परिस्थितियाँ बदल चुकी हैं; विषाक्त चयापचय उत्पाद जमा हो जाते हैं, पोषक तत्वों की आपूर्ति कम हो जाती है, पर्यावरण का पीएच व्यक्तिगत रोगाणुओं की व्यक्तिगत आवश्यकताओं के अनुरूप नहीं होता है, हाइड्रोजन स्वीकर्ता का उपभोग होता है, ऊर्जा की रिहाई और कोशिका विभाजन की दर धीमी हो जाती है, पीढ़ी का समय कम हो जाता है, और मरने वाली कोशिकाओं की संख्या बढ़ जाती है। चरण की अवधि 2 घंटे है.

स्थिर चरण (खंड V) को पोषक माध्यम में जीवित कोशिकाओं की निरंतर एकाग्रता की विशेषता है। मध्यम कोशिका प्रसार से माइक्रोबियल द्रव्यमान में वृद्धि नहीं होती है। इस चरण में मरने वाली और उभरने वाली कोशिकाओं की संख्या के बीच संतुलन स्थापित किया जाता है। चरण की अवधि 2 घंटे है. त्वरित मृत्यु का चरण (खंड VI) प्रजनन और त्वरित कोशिका मृत्यु के बीच असंतुलन की विशेषता है। यह चरण 4-5 घंटे तक चलता है। लॉगरिदमिक मृत्यु (खंड VII) के चरण में, बड़े पैमाने पर कोशिका मृत्यु एक स्थिर दर पर होती है। चरण की अवधि लगभग 5 घंटे है। मृत्यु की घटती दर का चरण (खंड VIII) इस तथ्य की विशेषता है कि जीवित बैक्टीरिया निष्क्रिय अवस्था में प्रवेश करते हैं।

समय के साथ बैक्टीरिया के प्रजनन के चरण बैक्टीरिया के प्रकार, पोषक माध्यम की गुणवत्ता, उसकी सांद्रता, तापमान और वातन पर निर्भर करते हैं। इसलिए, प्रत्येक चरण की अवधि लगभग इंगित की गई है। इष्टतम परिस्थितियों में, कई व्यक्तियों में कोशिका विभाजन अलग-अलग समय पर होता है, उदाहरण के लिए, ई. कोली 15-20 मिनट के बाद विभाजित होता है, टाइफाइड बैक्टीरिया - 20-25 मिनट, स्ट्रेप्टोकोकी - 25-30 मिनट, माइकोबैक्टीरियम ट्यूबरकुलोसिस - 18-20 घंटे।

कोशिका मृत्यु चरण की अवधि बैक्टीरिया की प्रजातियों की विशेषताओं से संबंधित होती है। न्यूमोकोकस की मृत्यु की अवधि 2-3 दिनों तक रहती है, और ई. कोलाई की मृत्यु की अवधि महीनों तक रहती है। मरने के चरण में, कोशिकाएं कमजोर रूप से दागदार हो जाती हैं, और उनमें से कुछ को रंग का एहसास नहीं होता है। इसके अलावा, बैक्टीरिया के रूप, उनकी जैव रासायनिक गतिविधि और एंटीजेनिक गुण बदल जाते हैं।