Việc kiểm sốt mơi trường cĩ hiệu quả trong xử lý sinh học dựa vào sự hiểu biết các quy tắc cơ bản nhằm chế ngự sự phát triển của vi sinh vật. Sau đây bàn luận về sự phát triển của vi khuẩn, các vi sinh vật quan trọng trong xử lý sinh học.
Sự phát triển của vi khuẩn trong nuơi cấy thuần khiết.
Như đã đề cập trước đây, vi khuẩn cĩ thể sinh sản bằng cách tự nhân đơi, sinh sản giới tính hoặc sinh sản bằng nẩy mầm, nhưng chủ yếu chúng sinh sản bằng cách nhân đơi (tức là từ một tế bào ban đầu sinh ra hai tế bào mới). Thời gian cho mỗi một quá trình nhân đơi tế bào được gọi là thời gian sinh sản, cĩ thể thay đổi từ vài ngày cho đến ít hơn 20 phút. Ví dụ, nếu thời gian giữa hai thế hệ là 30 phút, một cá thể vi khuẩn sẽ nhân lên thành 16.777.216 cá thể sau 12 giờ. Điều này được tính theo lý thuyết, đối với vi khuẩn sẽ khơng tiếp tục phân chia bởi vì một số giới hạn của nhân tố mơi trường như nồng độ dinh dưỡng, pH, nhiệt độ và thậm chí cả kích thước của hệ thống.
Sự phát triển qua từng giai đoạn theo số lượng vi khuẩn
Hình thức phát triển tổng quát của vi khuẩn trong nuơi cấy được mơ tả qua đồ thị, qua đồ thị ta thấy sự phát triển của vi khuẩn trải qua 4 giai đoạn, mỗi một giai đoạn tương ứng với mỗi số lượng vi khuẩn khác nhau. (hình 4.2)
(1) Giai đoạn phát triển chậm (pha lag): trong suốt thời kỳ này vi khuẩn phải tiết vào mơi trường chất kháng thể nhằm thích ứng với mơi trường mới của chúng và bắt đầu phân chia.
Hình 4.2. Đường cong biểu diễn các giai đoạn phát triển của vi khuẩn Về số lượng theo thang logarit
43
(2)Giai đoạn tăng trưởng về số lượng theo Logarit (pha log) : suốt thời gian này vi khuẩn nhân đơi với một tốc độ xác định bởi thời gian sinh sản và khả năng thu nhận và đồng hĩa thức ăn của chúng (tốc độ tăng trưởng theo phần trăm là khơng đổi).
(3) Giai đoạn phát triển ổn định : Trong giai đoạn này quần thể vi khuẩn ở trong trạng thái ổn định. Lý do trước tiên của hiện tượng này là: các tế bào đã sử dụng cạn kiệt chất nền hoặc chất dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển; sự phát triển của tế bào mới cân bằng với sự chết của tế bào cũ.
(4) Giai đoạn vi khuẩn tự chết : Suốt giai đoạn này, tốc độ chết của vi khuẩn vượt quá sự sản sinh ra tế bào mới. Tốc độ chết thường là một chức năng của quần thể sống và các đặc tính của mơi trường. Trong một vài trường hợp, trị số logarit của số lượng tế bào chết tương đương với trị số của số lượng tế bào sinh ra ở gian đoạn sinh trưởng nhưng cĩ dấu ngược lại.
Sự phát triển về mặt số sinh khối.
Sự phát triển được thảo luận ở đây trong mối tương quan của những thay đổi về sinh khối của vi sinh vật theo thời gian. Sự phát triển này bao gồm 4 giai đoạn. (hình 4.3).
(1)Giai đoạn tăng trưởng chậm. Một lần nữa vi khuẩn địi hỏi phải thích ứng với mơi trường dinh dưỡng của chúng. Giai đoạn tăng trưởng chậm đối với sinh khối khơng khơng kéo dài như giai đoạn tăng trưởng chậm đối với số lượng bởi vì sinh khối bắt đầu tăng trước khi sự phân chia tế bào xảy ra (tế bào lớn lên rồi mới phân chia).
Thời gian (giờ)
Pha thích nghi Pha tăng trưởng Pha ổn định Pha Chết Giá trị log số lư ợng tế bào vi sinh vật