A népességet a születések és a halálozások aránya határozza meg, majd növekedését minden olyan tényező befolyásolja, amely e folyamatok közül legalább egyet befolyásolhat, eltolva a köztük lévő egyensúlyt egyik vagy másik irányba. Ha a születések száma meghaladja a halálozást, a népesség általában növekszik (ha a migrációt kizárjuk).

Megjegyzés 1

Általános szabály, hogy a népsűrűség növekedésével a növekedési ütem fokozatosan nullára csökken, vagy pozitívról negatívra ingadozik. negatív oldala környezeti környezeti tényezők dinamikájának hatására. A halandóság dominanciájával a termékenységgel szemben a populáció mérete csökken.

Megállító tényezők

A népesség növekedésének megállítása és bizonyos sűrűségszinten való stabilizálása hatására bekövetkezhet különféle tényezők. Súlyuk a negatív mechanizmussal vannak összekötve Visszacsatolás. Például bármely erőforrás (például élelmiszer) hiánya fokozza a fajokon belüli versenyt, ami csökkenti a populációt, és az erőforrások elérhetőségének új egyensúlyának megteremtéséhez vezet.

Kész művek hasonló témában

• Tanfolyam Népességnövekedés 400 dörzsölje.
• Absztrakt Népességnövekedés 270 dörzsölje.
• Teszt Népességnövekedés 210 rubel.

A környezet teljes ellenállását azon korlátozó tényezők összessége határozza meg, amelyek megakadályozzák a populációt abban, hogy kihasználja maximális szaporodási potenciálját. Ez magában foglalja mind a külső tényezőket (erőforrások elérhetősége, biotikus kapcsolatok, abiotikus tényezők), mind a populáción belüli szabályozó mechanizmusokat. E tényezők egy része a népsűrűségtől függetlenül, mások attól függenek, és hatásuk a sűrűség növekedésével arányosan, vagy gyorsabban növekedhet.

A népességnövekedés kísérleti vizsgálatai

Természetes körülmények között rendkívül nehéz a népességnövekedést meghatározó tényezők kölcsönhatásának vizsgálata, hiszen általában olyan tényezőkkel van dolgunk, amelyek régóta léteznek a bolygón. bizonyos terület populációk, amelyek sűrűsége adott környezeti viszonyok között alakult ki, és a környezet maga is sok generáción át megtapasztalta e populációk hatását.

2. megjegyzés

Ebben a tekintetben nagyon ígéretesek a laboratóriumi populációk, valamint az élőlények akklimatizációs tényeinek és különösen a reakklimatizációs tényeinek tanulmányozása. Ez utóbbi esetben egyedülálló lehetőségünk van arra, hogy a populáció növekedését természetes környezetében (de a vizsgált faj élőlényeinek az adott területen való hosszú távú hiánya miatt ez a populáció nem alakítja át) ténylegesen "a nulláról" kövessük. .

Minden ilyen megfigyelés általános mintát mutat. A kezdeti szakaszban, amikor több, új helyre került egyedből egy populáció alakul ki, a szaporodás lassú. Sok egyén nem vesz részt a szaporodásban, a többit valamiért elvesztette, vagy nem talált helyet magának a meglévő társadalmi struktúrában.

A populációra jellemző ivarkori és társadalmi-etológiai struktúra kialakulása után szaporodása felerősödik. Ebben a szakaszban az egyedek száma még jelentéktelen, sűrűségük alacsony, és gyakorlatilag nincs fajon belüli verseny, és a természetes ellenségeknek gyakran nincs idejük egy új típusú táplálék elsajátítására. Ezért az egyedek magas, az elméletileg lehetségeshez közeli szaporodási potenciált mutatnak, és a populáció robbanásszerű növekedése tapasztalható.

A további események a populáció szabályozásának belső mechanizmusainak meglététől függenek a fajban. Ha jelen vannak, akkor a sűrűség növekedésével elkezdik aktívan befolyásolni a lakosságot, csökkentve szaporodását a területiség, a hierarchikus viszonyok feszültsége, a stresszreakciók stb. ha ez nem történik meg, akkor a populáció a környezet biológiai kapacitásának határához közeledve növekedése nemhogy nem lassul, de akár fel is gyorsulhat. Ennek oka a termékenység növekedése a halálozás növekedésével.

Bár ez a mechanizmus rövid ideig működik, a népsűrűségnek még lehet ideje jóval a megengedett határérték fölé emelkedni. Ez katasztrofális számcsökkenést okoz, általában két vagy több nagyságrenddel.

Ezt követően a környezet részben helyreáll, új létszámnövekedés kezdődik, és a helyzet megismétlődik. A környezet új kapacitása azonban általában alacsonyabbnak bizonyul, és mind a növekedés, mind a későbbi hanyatlás kevésbé katasztrofális. Fokozatosan, több hasonló ciklus alatt a populáció alkalmazkodik a környezethez, ökológiai rése egyre jobban kezd megfelelni a helyi viszonyoknak, és a sűrűség egy bizonyos szintre specializálódik.

A népességnövekedést korlátozó tényezők

Annak ellenére, hogy a populáció növekedési potenciálja minden élőlényfajban nagyon magas, természetes körülmények között a növekedés általában nem következik be, legalábbis hosszú ideig. A populációk száma vagy meglehetősen stabil, vagy időszakos ingadozások jellemzik, amelyek amplitúdója meglehetősen nagy, egy bizonyos átlagos szint körül. Ez számos olyan tényezőnek köszönhető, amelyek korlátozzák a népesség növekedését.

Kész művek hasonló témában

• Tanfolyam 450 rubel.
• absztrakt A természetes népességnövekedés lehetséges üteme 280 dörzsölje.
• Teszt A természetes népességnövekedés lehetséges üteme 230 dörzsölje.

szaporodási potenciál

Egy populáció szaporodási potenciáljának összetevői: az egyedek szaporodás előtti időszakának időtartama, az élet során a szaporodás sokasága, a várható élettartam, az egy időben megtermelt utódok száma, egy szaporodási ciklus időtartama. Mindezek a paraméterek nagymértékben eltérnek a különböző populációkban.

A szaporodás előtti időszak (ideértve az embrionális és posztembrionális fejlődést is) több tíz perctől (egyes prokarióták) tizenöt évig terjedhet (emberek, elefántok, egyes halak, hosszú lárvafejlődésű gerinctelenek, sok fa stb.).

Az élet során a szaporodási ciklusok száma határozott vagy határozatlan lehet. A szaporodási ciklusok minimális száma egy. Ez jellemző az egynyári növényekre, sok gerinctelenre és néhány halra. Sok növényre és a legtöbb gerincesre a szervezet életkörülményeitől függően meghatározatlan számú szaporodási ciklus jellemző. Tehát a hosszú életű fák, sok hal, néhány hüllő, madarak legalább több tucatszor szaporodhatnak életük során.

Az élőlények élettartama is széles skálán mozog - több tíz perctől (egyes prokarióták osztódása közötti intervallum) több száz vagy akár több ezer évig (egyes növények) is. A hosszú életű élőlények egy részére a szaporodás utáni időszak jellemző, amikor idős korukban elvesztik szaporodási képességüket. Másoknál hiányzik vagy nagyon gyengén fejeződik ki.

Egy szaporodó egyed egyszerre egy utódot hozhat (amikor a legtöbb egysejtű osztódik), vagy akár kevesebbet is (amikor néhány magasabb rendű állat pár szaporodik, amelyben egyszerre egy kölyök jelenik meg), vagy jelentős számú utódot. Az állatok között itt a rekord néhány halé, amelyek íváskor több tízmillió petéket raknak le, a növények között pedig spórákkal szaporodnak.

Megjegyzés 1

Egy szaporodási ciklus időtartama különböző szervezetekben több tíz perctől (egyes prokariótáknál) 3-5 évig terjed.

A populáció mérete az teljes személyek a kijelölt területen. Bármely populáció elméletileg korlátlan számú növekedésre képes, ha nem korlátozzák a környezeti tényezők, egy populáció tagjai nem kevésbé hatnak egymásra, mint a fizikai környezeti tényezők vagy más élőlények. A populációkban ilyen vagy olyan mértékben az interspecifikus kapcsolatokra jellemző kapcsolatok minden formája megnyilvánul, de leginkább a kölcsönös és versengő kapcsolatok a legkifejezettebbek. populáció homeosztázis.

A NÉPESSÉG BIOCENOTIKUS SZABÁLYOZÁSÁNAK HIPOTÉZISEFriederichs szerint a populáció méretének szabályozása az abiotikus és különösen a biotikus tényezőkökoszisztéma szintjén.

Ebben az esetben a népesség növekedési üteme csak a nagyságtól függ biotikus potenciál(a leszármazottak elméleti maximuma időegységenként egy párból). A biotikus potenciál meghatározásához használja a következő képletet:

ahol N t a szám a t időpontban,

N 0 - kezdő szám.

A populációkban a szám a körülményektől függően változik. Vannak a következők népesség-ingadozások: szezonális és éves (véletlenszerű és ciklikus - a naptevékenységtől függ). NÁL NÉL természeti viszonyok A népesség időszakos ingadozása nagyon gyakori. Csetverikov volt az első, aki ezt észrevette. A populációt alkotó egyedek számának ingadozását nevezte el , népesedési hullámok. Példa: egy farkas számának változása egy nyúl számának változásával összefüggésben.

Kiválasztási stratégiák populációkban(r, K - Selection McArthur és Wilson 1967.) a populációkat rendre stratégiákkal azonosította. r- szelekció" (a populáció növekedési ütemének növekedése alacsony sűrűség mellett, az élőlények evolúciója a szaporodási költségek növelésének irányába) és " Nak nek-szelekció" (a túlélési arány és a maximális sűrűség növekedése stabilizált populáció körülményei között, erős negatív hatással - verseny, ragadozás stb.; felnőtt szervezet életének fenntartása).

A szelekció egy genotípus szelektív szaporodása utódokban.

A tulajdonságok bizonyos kombinációival rendelkező egyedek szelekciónak vannak kitéve.

A szelekciós stratégia a tulajdonságok bizonyos kombinációjával rendelkező egyének kiválasztása.

Kiválasztási stratégiák az utódok szaporodási és fenntartási költségeinek aránya szerint.

1. K - néhány utód gondozása.

2. r - közömbös hozzáállás, de maximális termékenység.

Egyes organizmusok r- és K-stratégiákat is alkalmaznak, és ezeket a körülményektől és az évszakos ciklusoktól függően kombinálják.

Minden stratégia relatív az összehasonlított fajtól függően.

Nyilvánvaló, hogy a halandóság a termékenységhez hasonlóan nagy hatással van a népesség nagyságára és változásainak lefolyására. Azonos születési ráta mellett minél magasabb a halálozási arány, annál kisebb a népességszám, és fordítva.

túlélési görbék. A 3. ábrán látható görbéket ún túlélési görbék.Általában ezeknek a görbéknek az ábrázolásakor az időt vagy az életkort az abszcissza mentén, a túlélő egyedek számát pedig az ordináta mentén ábrázolják. A túlélési görbéket három részre osztják általános típus. Erősen konvex görbe (3.1) jellemző azokra a fajokra, amelyeknél a mortalitás csak az élet vége felé emelkedik meredeken, azt megelőzően pedig alacsony marad. Ez a fajta görbe sok nagy állatfajra jellemző, és természetesen az emberre is.

A másik végletet, egy erősen homorú görbét (3.3) kapunk, ha a mortalitás nagyon magas a fejlődés korai szakaszában.

A köztes típus (3.2) azon fajok túlélési görbéit tartalmazza, amelyeknél a mortalitás az életkorral alig változik, és többé-kevésbé változatlan marad az adott csoport élete során. Valószínűleg nincsenek a természetben olyan populációk, amelyekben a mortalitás az egyedek teljes életciklusa alatt állandó lenne (ilyen esetekben a túlélési görbe teljesen a grafikon átlóján helyezkedne el.

A túlélési görbe alakja összefügg az utódgondozás mértékével és a fiatal egyedek védelmének egyéb módjaival.

A túlélési görbe alakja nagyon gyakran változik a népsűrűség változásával. A sűrűség növekedésével homorúbbá válik. Ez arra utal, hogy az élőlények számának növekedésével növekszik a mortalitásuk.

Népesség növekedés. Első pillantásra egyértelmű, hogy a népességdinamika természete különféle fajták A populációban található élőlények számát demográfiai mutatókkal kell társítani, amelyek szintén az evolúció során alakulnak ki, és tükrözik a faj életkörülményeit egy adott élőhelyen. Mindazonáltal annak ellenére, hogy mind a termékenység, mind a halandóság, mind a korszerkezet nagyon fontos, egyik mutató sem használható a népesség egészének dinamikájának tulajdonságainak megítélésére.

Ezeket a tulajdonságokat bizonyos mértékig a folyamat feltárja népesség növekedés, Ez jellemzi azt a képességét, hogy egy katasztrófa után vissza tudja állítani az egyedszámot, vagy növelje a létszámot, amikor az élőlények benépesítik a szabad ökológiai réseket.

Bármely mikrobiológiai termelés fő szakasza a megfelelő mikroorganizmus termesztése, amelyet vagy a mikrobiális tömeg - biomassza - növelésére, vagy a mikroorganizmusok növekvő populációjának anyagcseretermékeinek előállítására hajtanak végre.

A biomassza egy faj, fajcsoport vagy mikroorganizmus-közösség egyedeinek teljes tömegét jelenti. A nedves vagy száraz anyag tömegében van kifejezve (g/m2, g/m3). Ebből jól látszik, hogy a folyamatmérnök feladata olyan feltételek megteremtése, amelyek biztosítják a tápközeg összetevőinek maximális kihasználását és a kívánt tulajdonságú céltermék felhalmozódását. Természetesen, elméleti alapja mert ezek azok a minták, amelyek meghatározzák a mikroorganizmusok populációjának növekedését, a megvalósítás feltételeitől függően. A mikroorganizmusok populációinak növekedésének mennyiségi mintáinak ismerete a kapacitív berendezésekben történő megvalósítás valós körülményei között, megfelelő értékkel kifejezve matematikai modell, nagymértékben meghatározza az átmenetet az empirikus keresésről a mikrobiológiai szintézis termékek előállítására szolgáló technológiai rendszerek optimalizálásának problémájának szigorú megoldására.

Szakaszos termesztés

A mikroorganizmusok periodikus tenyésztésének folyamatában, amint azt korábban említettük, több növekedési periódus is megkülönböztethető (2.19. ábra).

Az első időszakban a vetési anyag táptalajba kerülése után (lag fázis) megy végbe a vetéstenyészet új táptalajhoz való alkalmazkodási folyamata. A populáció nagysága ekkor nem növekszik (sőt bizonyos esetekben csökken is). A lakosság állapota a késés fázisában formálisan a következőképpen írható le:

(0 és m1 között fekvő m esetén).

Feltételezhető, hogy a lag fázisban a mikrobiális sejtek nem fogyasztják el a szubsztrátot, de a sejtek metabolikus aktivitása a fehérje- és RNS-tartalom növekedésében (állandó DNS-tartalom mellett), valamint a sejttérfogat, amely be Általános nézet egyenlettel fejezhető ki

A sejtfelszín és a térfogat értékei közötti bizonyos arányok elérésekor sejtosztódás következik be, melynek eredményeként a populáció egyre nagyobb ütemben kezd növekedni, ami egy adott tenyészet növekedési fázisában, az úgynevezett átmeneti fázisban összefüggés írja le

A növekedési kinetikai görbe m1 és m2 közötti metszetét leíró integrálfüggőség alakja

A populációk növekedési ütemének növekedése az átmeneti szakaszban felmegy arra a határértékre, amelyet formálisan az f paraméter egységgel egyenlő értékének elérése határoz meg, majd a növekedési ütemet a függőség fejezi ki.

(m-re m2 és m3 között), ahol az integrál alak az exponenciális függvényt jelenti

Ezt a növekedési fázist exponenciális vagy logaritmikus növekedési fázisnak nevezik. Az u fajlagos növekedési sebességet gyakran használják a biomassza növekedési ütemének becslésére.

Az egyenlettel kiszámított „kettőzési idő” és „generációs idő” q kifejezések ebben a fázisban a növekvő kultúra jellemzőjeként használatosak.

Az első közelítésben exponenciális függőséggel leírható népességnövekedési mintázat azonban korlátozott ideig figyelhető meg, mivel a biomassza növekedésével a növekedési ütem lassulásának tendenciája egyre nyilvánvalóbbá válik. nyilvánult meg. A populációnövekedés kinetikai görbéjének egy ilyen szakaszára használható, amelyet a tenyészet csillapított növekedési fázisának neveznek. differenciálegyenlet növekedési ütemhez

és integrált formája a biomassza-koncentráció időbeli változásának leírására

(t3 és t4 közötti időintervallumra).

A növekedési ütem csökkenése, ahogy X megközelíti az X4 értékét, a nulla eléréséig következik be, ami a populáció stacioner fázisba lépését jellemzi: X = X4

(m4 és m5 között fekvő m-re).

A stacioner növekedés fázisának befejeztével kezdődik a tenyészet kihalásának, vagy degenerációjának szakasza, amelyet a populáció méretének csökkenése jellemez.

A fenti egyenletrendszer csak a kísérlet eredményeként kapott fajlagos növekedési kinetikai görbe leírására használható, de nem szolgálhat alapul a folyamat előrejelzéséhez, mivel a fenti függésekben paraméterként (X1, .. ., X4; m1, .., t5), a biomassza koncentráció és az idő végső értékeit vezetjük be. Jelenleg még nincs olyan általánosan elfogadott matematikai populációnövekedési modell, amely pontosan leírná a biomassza felhalmozódásának kinetikáját periodikus termesztés körülményei között, és minimális számú empirikus együtthatót tartalmazna. Ezeknek a követelményeknek a legnagyobb mértékben N. I. Kobozev modellje tesz eleget, amelynek felhasználása a népességnövekedés kinetikájának vizsgálatában biztató eredményeket ad. Az általa javasolt, a népességnövekedés kinetikai görbéjét leíró egyenlet integrális alakja a következő

Ez az egyenlet a legtöbb általános kifejezés a populáció növekedéséhez, és az adott körülményektől függően (reverzibilis vagy irreverzibilis szaporodás, populációnövekedés a szubsztrát kimerülésével vagy mennyiségének állandó szinten tartása mellett) az egyenlet megfelelő formát ölt, és más kifejezést ad a biomassza koncentrációra.

A periodikus módszer fő hátránya a termesztési feltételek ciklikussága és állandó változása, ami megnehezíti a folyamat paramétereinek ellenőrzését és szabályozását.

A termelés hatékonyságának növelésére nagy lehetőségek rejlenek a folyamatos termesztési módban.

Folyamatos termesztés

A módszer lényege az állandó környezeti feltételek, ezáltal a mikroorganizmus-termelő bizonyos fiziológiás állapotban tartása. Folyamatos módszerrel az oktatásban végtermék a teljes fermentációs folyamat során a mikroorganizmusok szinte teljes populációja részt vesz, amit elősegít optimális feltételeket termesztése.

Folyamatos termesztéssel egy nyitott dinamikus rendszer, amelyben a mikroorganizmusok folyamatosan, a tápanyagok beáramlásától és egyéb táplálkozási feltételektől függő ütemben szaporodnak. A táptalaj térfogatának egy része folyamatosan olyan sebességgel folyik ki, mint a táptalaj a berendezésbe, és a fermentorban a folyamatos folyamatot fenntartó mikroorganizmusok száma állandó marad. Steril körülmények között a folyamatos módszer biztosítja a tenyészet fiziológiailag aktív állapotban történő hosszú távú megőrzését.

A biomassza növekedési ütemét a csatornában az egyenlet fejezi ki

A D=F/V értéket hígítási aránynak nevezzük. Az egységnyi térfogatra jutó áramlási sebességet jellemzi. F - közepes áramlási sebesség, ml/h (m3/h); V a fermentor térfogata, ml (m3).

Ha be steady state dX/dt = 0, akkor u = D. Ez azt jelenti, hogy a sejtek koncentrációja változatlan. Ez leggyakrabban D = 0,01 ± 0,25-nél történik.

Folyamatos tenyésztés körülményei között, amikor a tenyészet dinamikus egyensúlyi állapotban van (u = D-nél), turbidosztatikus és kemosztatikus folyamatokat különböztetünk meg.

A turbidosztátos tenyészetben a tápközeg áramlási sebességét úgy szabályozzuk, hogy a sejtkoncentráció állandó maradjon. A kemosztatikus tenyésztés során a tápközegben a sejtek állandó koncentrációját állandó koncentráció mellett tartjuk fenn kémiai vegyületek különösen korlátozó szubsztrát (például szén-, nitrogén-, vitaminforrások stb.).

A fajlagos tenyészet növekedési sebességének a szubsztrát koncentrációtól való függését a Monod-egyenlet határozza meg

Teljesen táptalaj Ks S-hez viszonyítva jelentéktelen érték és elhanyagolható, ekkor az u = umax S/S = umax egyenletből látható, hogy teljes tápközegben a tenyészet fajlagos növekedési sebessége nem függ a koncentrációtól. a korlátozó tényezőtől. A szénhidrátot tartalmazó tápközegben szaporodó baktériumoknál a Ks érték néhány tizedmilligramm/1 liter táptalaj, az aminosavakat tartalmazó táptalajon szaporodó mikroorganizmusoknál pedig több mikrogramm/1 liter, az 5 pedig több gramm/liter. 1 liter. Alacsony Ks értékeket kaptunk a glükózon termesztett élesztőnél. Megjegyzendő, hogy az S/(Ks+S) érték közel van az egységhez, amíg a szubsztrát koncentrációja nem túl alacsony. Mivel a legtöbb fermentációs folyamathoz a szükséges szénforrás-koncentrációt g/l-ben adják meg, a 10-100 mg/l cukorban lévő Ks csak néhány százalékos csökkenést okozhat a fajlagos növekedési sebességben az umaxhoz képest. E tekintetben a fajlagos növekedési ráta értéke ilyen körülmények között nem csökkenhet a maximális növekedési ráta 90%-a alá.

A szubsztrát koncentrációja nem az egyetlen tényező, amely korlátozza a mikroorganizmusok növekedési sebességét. N. D. Jerusalimsky arra a következtetésre jutott, hogy a fajlagos növekedési sebesség a populáció sűrűségétől függ, és magas sejtkoncentráció esetén az anyagcseretermékek lassíthatják a növekedést. A fajlagos növekedési ráta az egyenletből számítható ki

A tenyészet maximális szaporodási sebességének fenntartása érdekében a friss szubsztrát állandó beáramlása és az anyagcseretermékek eltávolítása szükséges.

A mikroorganizmusok tenyésztési időszak alatti szaporodásának meghatározásakor feltételezzük, hogy a fermentor tartalma jól levegőztetett és kevert, a mikroorganizmusok populációja homogén, tulajdonságai gyakorlatilag állandóak a növekedést korlátozó szubsztrát magas koncentrációja mellett, azaz S > Ks-nél. A növekedést befolyásoló egyéb anyagok is állandó feleslegben vannak. Ekkor az u fajlagos növekedési rátát az umax-hoz közelinek kell tekinteni.

A mikroorganizmusok periodikus tenyésztése esetén a mikroorganizmusok koncentrációjának időbeli változásának függőségét a differenciálegyenlet írja le.

A gazdasági együttható a mikroorganizmusok mennyiségi tápanyagszükségletét fejezi ki. Ha a rendszer egyensúlyban van, akkor u = D. Az egyensúly megzavarható az u > D vagy u áramlási sebesség változtatásával< Д или изменяя концентрацию субстрата среды S. Так как выход Y определяется из соотношения между образовавшейся биомассой и потреблением субстрата, то уравнение принимает вид

Megjegyzendő, hogy az eljárás termelékenységét a hígítási sebesség és a mikroorganizmusok koncentrációja DX szorzata határozza meg, azaz a fermentor egységnyi térfogatára jutó biomassza mennyisége egységnyi idő alatt. Az eljárás maximális termelékenysége mindig a szubsztrátum megnövekedett koncentrációjával függ össze a kapott közegben.

A folyamatos termesztési folyamat termelékenysége az egyenlettel fejezhető ki

Összehasonlítva a takarmányélesztő gyártás szakaszos és folyamatos termesztési folyamatainak termelékenységét, feltételezzük, hogy a szakaszos folyamat 10 óra múlva véget ér, tehát n = 1/10. A választott u = 0,3 értékre D = 1/10 (1-1/3) = 0,095. Folyamatos termeléssel D = 0,3. Ebből az következik, hogy a mikroorganizmusok azonos koncentrációja mellett az időszakos termesztés folyamatának termelékenysége háromszor kisebb, mint a folyamatos termesztésé. Ha a termesztés célja P anyagcseretermékek előállítása, akkor a következő egyenletet használjuk a folyamat leírására és egy mikroorganizmus K bioszintetikus aktivitásának meghatározására:

Ez azt jelzi, hogy a metabolit bioszintézis sebessége dt idő alatt egyenesen arányos a biomassza mennyiségével és a mikroorganizmus K fajlagos aktivitásával. K az egyenletből meghatározható

Folyamatos termesztéssel mutációk alakulhatnak ki. Ha az egy generáció alatti mutációk számát Q-val, az óránkénti generációk számát D/ln2-vel, a mutánsok ux-on keresztüli szaporodásának fajlagos sebességét és a fermentorban való koncentrációjukat Xm-en keresztül fejezzük ki, akkor az egyenlet a következő alakot veszi fel.

Ez az egyenlet használható a mutánsok koncentrációjának kiszámítására a fermentorban.

A biológiai szintézis enzimatikus folyamatokon alapul. Az enzimatikus reakciósebesség szubsztráttól való függését a Michaelis-Menten egyenlet szerint fejezzük ki

Folyamatos folyamatban u = D. A termék kialakulásához korlátozó tényezőt és olyan tényezőket kell megállapítani, amelyek korlátozzák a tenyészet növekedését (hőmérséklet, pH, represszorok, inhibitorok stb.).

Egy homogén-folytonos folyamatban, ahol u = D

Ebből következik, hogy a termék mennyisége függ a biomassza koncentrációjától, a tenyészet aktivitásától és a D hígítási aránytól.

Egy homogén-folyamatos folyamat anyagmérlegét a hordozón az egyenlet fejezi ki

Feltételezhető, hogy a biomassza hozam nem függ a komponens koncentrációjától. Ekkor az S = S0 – X/a egyenlet alapján meghatározható a szubsztrát koncentrációja a kiáramló tápfolyadékban. A D hígítási sebesség csökkenésével nő a szubsztrát koncentrációja közötti különbség a be- és kiáramlásban, mivel növekszik a biomassza koncentrációja a közegben.

Növekedés - ez a teljes tömeg növekedése a fejlődés folyamatában, ami a szervezet méretének állandó növekedéséhez vezet. Ha a szervezet nem növekedne, soha nem lenne nagyobb, mint egy megtermékenyített petesejt.

A növekedést a következő mechanizmusok biztosítják: 1) a sejtméret növekedése, 2) a sejtek számának növekedése, 3) a nem sejtes anyag, a sejtek élettevékenységének termékei növekedése. A növekedés fogalmába beletartozik az anyagcsere sajátos eltolódása is, amely kedvez a szintézis folyamatainak, a vízfelvételnek és az intercelluláris anyagok lerakódásának. A növekedés sejtek, szövetek, szervek és szervezetek szintjén történik. Az egész szervezet tömegének növekedése tükrözi az alkotó szervek, szövetek és sejtek növekedését.

Kétféle növekedés létezik: korlátozottés korlátlan. Korlátlan növekedés folytatódik az ontogenezis során, egészen a halálig. Ilyen növekedéssel különösen a halak rendelkeznek. Sok más gerincesre jellemző a korlátozott növekedés, pl. elég gyorsan elérik biomassza fennsíkját. A korlátozott növekedésű organizmus növekedésének időfüggőségének általánosított görbéje s alakú (8.18. ábra).

Rizs. 8.18. Általános növekedési idő görbe

A fejlődés előtt a szervezetnek vannak kezdeti méretei, amelyek gyakorlatilag rövid ideig nem változnak. Ezután lassú, majd gyors tömegnövekedés kezdődik. Egy ideig a növekedési ütem viszonylag állandó maradhat, és a görbe meredeksége nem változik. De hamarosan lassul a növekedés, majd a test méretének növekedése megáll. E szakasz elérése után egyensúly jön létre az anyagfelhasználás és a tömegnövekedést biztosító új anyagok szintézise között.

Rizs. 8.19. A növekedési ütem változásai az emberi test fejlettségi szakaszától függően.

DE- a magzatban és a születést követő első két évben, B- a szülés utáni időszak elején

A növekedés legfontosabb jellemzője az különbségtétel. Ez azt jelenti, hogy a növekedési ütem nem egyforma, először is a test különböző részein, és belül - másodszor, a fejlődés különböző szakaszaiban. Nyilvánvaló, hogy a differenciális növekedés óriási hatással van a morfogenezisre.

Nem kevesebb mint fontos jellemzője olyan növekedési tulajdonság, mint egyenlőség. Ez azt jelenti, hogy a kialakuló tényezők ellenére az egyed hajlamos elérni a fajra jellemző méreteket. Mind a differenciális, mind az ekvifinális növekedés a megnyilvánulásra mutat sértetlenség fejlődő szervezet.

Az emberi test általános növekedési üteme a fejlődési szakasztól függ (8.19. ábra). A maximális növekedési ütem a méhen belüli fejlődés első négy hónapjára jellemző. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a sejtek ebben az időben tovább osztódnak. A magzat növekedésével minden szövetben csökken a mitózisok száma, és általánosan elfogadott, hogy hat hónapos méhen belüli fejlődés után szinte nincs új izom és szövet képződése. idegsejtek kivéve a neuroglia sejteket.

Rizs. 8.20. Az egyes szervek és szövetek növekedési görbéi

az általánosított növekedési görbéhez képest (magyarázat a szövegben)

Az izomsejtek további fejlődése az, hogy a sejtek megnagyobbodnak, összetételük megváltozik, az intercelluláris anyag eltűnik. Ugyanez a mechanizmus működik egyes szövetekben és a születés utáni növekedésben. A szervezet növekedési üteme a születés utáni ontogenezisben négy éves korig fokozatosan csökken, majd egy ideig állandó marad, és egy bizonyos életkorban ismét ugrást hajt végre, ún. pubertáskori növekedési ugrás. Köze van a pubertáshoz.

A szervek és szövetek növekedési ütemében mutatkozó különbséget az ábra mutatja. 8.20. A legtöbb csont- és izomszerv növekedési görbéje az általános növekedési görbét követi. Ugyanez vonatkozik az egyes szervek méretének változásaira is: a máj, a lép, a vesék. Számos más szövet és szerv növekedési görbéje azonban jelentősen eltér. ábrán. A 8.20 a test és a legtöbb egyéb szerv általános növekedési görbéjét mutatja ( III), a növekedés a külső és belső szervek tenyésztés ( IV), az agy növekedése, valamint a koponya, a szem és a fül II), a mandulák, a vakbél, a belek és a lép nyirokszövetének növekedése ( én).

A szervek és szövetek eltérő növekedési ütemének jelentősége a morfogenezis szempontjából jól látható az 1. ábrán. 8.21. Nyilvánvalóan a magzati és posztnatális időszakban a fej növekedési üteme csökken a lábak növekedési üteméhez képest.

Rizs. 8.21. Az emberi test arányai az embriogenezisben és a születés után

Rizs. 8.22. A proliferatív növekedés formái.

DE - szorzó; B - akkréciós (magyarázat a szövegben)

A pubertáskori növekedési ugrás csak az emberekre és a majmokra jellemző. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy a főemlősök evolúciójának egyik szakaszaként értékeljük. Ez korrelál az ontogenezis olyan jellemzőjével, mint az etetés vége és a pubertás közötti időintervallum növekedése. A legtöbb emlősnél ez az intervallum kicsi, és nincs pubertáskori növekedési ugrás.

Mint fentebb említettük, a növekedést az sejtes folyamatok mint a sejtek méretének növekedése és számuk növekedése. A sejtnövekedésnek többféle típusa van.

Kisegítő - növekedés a sejtek méretének növelésével. Ez egy ritka típusú növekedés, amelyet állandó sejtszámmal rendelkező állatoknál észlelnek, mint például a rotiferek, orsóférgek, rovarlárvák. Az egyes sejtek növekedése gyakran társul a sejtmagok poliploidizációjához.

proliferatív - sejtszaporodás útján zajló növekedés. Kétféle formában ismert: multiplikatívés gyarapodási.

Multiplikatív növekedését az jellemzi, hogy mindkét, a szülősejt osztódásából keletkezett sejt ismét osztódásba lép (8.22. ábra, DE). A sejtek száma exponenciálisan nő: ha n- osztásszám, akkor N n=2 n. A többszörös növekedés nagyon hatékony, ezért szinte soha nem fordul elő tiszta formájában, vagy nagyon gyorsan véget ér (például az embrionális időszakban).

gyarapodási a növekedés abban rejlik, hogy minden következő osztódás után csak az egyik sejt osztódik újra, míg a másik abbahagyja az osztódást (árnyékolt, 8.22. ábra, B). Ebben az esetben a sejtek száma lineárisan növekszik. Ha egy P - osztásszám, akkor N n=2 n. Ez a fajta növekedés a szerv kambális és differenciált zónákra való felosztásával jár. A sejtek az első zónából a másodikba mozognak, és állandó arányt tartanak fenn a zónák mérete között. Az ilyen növekedés jellemző azokra a szervekre, ahol a sejtösszetétel megújul.

A növekedés térbeli szerveződése összetett és szabályos. Ezzel nagyrészt összefügg a forma fajspecifikussága. Ez a formában nyilvánul meg allometrikus növekedés. Biológiai jelentése, hogy a szervezetnek a növekedés során nem geometriai, hanem fizikai hasonlóságot kell megőriznie, pl. ne lépje túl a testtömeg és a tartó- és mozgatószervek mérete közötti bizonyos arányokat. Mivel a test növekedésével a tömeg harmadfokra, a csontok szakaszai pedig másodfokra növekszik, így a testet ne zúzza össze saját súlya, a csontoknak aránytalanul gyorsan kell vastagodniuk.

A növekedés szabályozása összetett és sokrétű. Nagyon fontos genetikai szerkezettel és környezeti tényezőkkel rendelkeznek. Szinte minden fajnak vannak genetikai vonalai, amelyeket az egyedek maximális mérete jellemez, például törpe vagy éppen ellenkezőleg, óriásformák. A genetikai információkat bizonyos gének tartalmazzák, amelyek meghatározzák a test hosszát, valamint más gének, amelyek kölcsönhatásba lépnek egymással. Minden információ megvalósulása nagyrészt a hormonok működésének köszönhető. A hormonok közül a legfontosabb a szomatotropin, amelyet születéstől serdülőkorig az agyalapi mirigy választ ki. A pajzsmirigyhormon - a tiroxin - nagyon fontos szerepet játszik a növekedés teljes időszakában. TÓL TŐL serdülőkor a növekedést a mellékvesék és az ivarmirigyek szteroid hormonjai szabályozzák. A környezeti tényezőktől legmagasabb értékétel, évszak, pszichológiai befolyások vannak.

Érdekes a növekedési képesség függése a szervezet életkori szakaszától. A különböző fejlődési szakaszokban vett és tápközegben tenyésztett szövetekre jellemző az különböző sebességgel növekedés. Minél idősebb az embrió, annál lassabban nőnek a szövetei a kultúrában. A felnőtt szervezetből vett szövetek nagyon lassan növekednek.