Grundstudium Biologie Grundkurs V

VI. KURS: WACHSTUM
Werden physiologisch aktive Bakterienzellen mit geeigneten Substraten versorgt, so werden diese
Substrate von den Organismen in zelleigene makromolekulare Bausteine umgesetzt: die Biomasse
der Zellen - und damit die Biomasse der Kultur - nimmt zu.
Zellwachstum erfolgt bis zu einer kritischen Zellgröße; die darüber hinausgehende Zunahme der
Biomasse einzelner Zellen ist nun nur nach Zellteilung möglich: die Zellen vermehren sich.
Das Wachstum einer Bakterienkultur lässt sich somit anhand der Zunahme der Zellzahl oder der
Biomasse beschreiben. Im folgenden wollen wir uns auf die Ermittlung von Parametern beschränken,
die eine Quantifizierung des Wachstums auf der Grundlage der Biomasse (X) ermöglichen.
Die Geschwindigkeit des Wachstums ist:
dX / dt = µ X (1)
Die Konstante µ besitzt die Dimension einer reziproken Zeit [h -1 ] und wird als Wachstumsratenkonstante
oder in der gängigen Literatur kurz auch als Wachstumsrate bezeichnet. Zur Bestimmung
von µ lösen wir die Gleichung nach Umformung durch Integration:
dX / X = µ dt
ln (X / X 0 ) = 1 / log e x log (X / X 0 ) = µ t (2)
µ = (log X t - log X 0 ) / (log e (t - t 0 )) = (ln X t - ln X 0 ) / (t - t 0 )
(2a)
[log e = 0,43429 ]
X = X 0 x e µt (3)
Anschaulicher als die Wachstumsrate (µ) einer Kultur ist die Verdopplungszeit t d . Nach (2a) ist:
t d = (ln 2 X 0 - ln X 0 ) / µ = ln 2 / µ [h -1 ] (4)
Wachstum im geschlossenen Kultursystem
Zur Anzucht von Bakterien wird vorwiegend das geschlossene Kultursystem genutzt, in dem ein
geeignetes steriles Kulturgefäß (z.B. ein Erlenmeyerkolben) mit Nährlösung versehen und mit
Bakterien beimpft wird. Anschließend wird die Kultur bebrütet. Dabei werden die Komponenten
der ursprünglich eingebrachten Nährlösung verbraucht und das Bakterienwachstum klingt aus.
(Bei einem offenen Kultursystem wird durch laufende Zufuhr frischer Nährlösung die Kultur in
der Phase aktiven Wachstums gehalten).
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