Wirtualne laboratorium/Biologia/Mikrobiologia/Fazy wzrostu populacji bakterii

Fazy wzrostu populacji bakterii

Hodowla bakterii przechodzi przez cztery fazy: lag (przystosowanie), log (wzrost wykładniczy), stacjonarną (wyczerpanie zasobów i nagromadzenie produktów przemiany) oraz zamierania. Na osi logarytmicznej faza log jest linią prostą — liczebność podwaja się co stały czas generacji. Zmień dostępność składników i czas generacji i obserwuj kształt krzywej.

Fazy wzrostu populacji bakterii
Biologia · Mikrobiologia · Wzrost bakterii (BIO.MIK)
Składniki odżywcze80 %
Czas generacji tgt_g30 min
Dlaczego wzrost zatrzymuje się w fazie stacjonarnej?
czas generacji
30 min
tempo
2.0/h
pokolenia (log)
17.9
plateau K
10^8,4
🎯 Wyzwanie: trafuj tempo podwojeń
seria: 0

Dam Ci docelowe tempo podwojeń populacji — dobierz czas generacji tgt_g, by je uzyskać. W fazie log populacja podwaja się co tgt_g, więc tempo = 60 / t_g na godzinę.

Co się właśnie stało?

Hodowla przeszła przez cztery fazy: lag (adaptacja, brak podziałów), log (podziały co stały czas generacji — prosta linia na wykresie), stacjonarna (plateau) i zamierania. Gdy obniżyłeś składniki, plateau opadło i pojawiło się wcześniej — bo to zasoby wyznaczają sufit populacji.

Wzrost wykładniczy w fazie log:

N(t)=N0⋅2 t/tgN(t) = N_0 \cdot 2^{\,t/t_g}

W fazie log liczba komórek podwaja się co stały czas generacji tgt_g (czas podwojenia). Po nn pokoleniach N=N0⋅2nN = N_0\cdot 2^{n}.

Dlaczego oś jest logarytmiczna?

Bo wzrost jest wykładniczy — w zwykłej skali krzywa „strzela" pionowo i nic nie widać. Po zlogarytmowaniu:

log⁡10N=log⁡10N0+log⁡102tg t\log_{10} N = \log_{10} N_0 + \frac{\log_{10} 2}{t_g}\,t

— to równanie prostej. Faza log jest linią prostą w skali log, a jej nachylenie =log⁡102/tg=\log_{10}2/t_g mówi, jak szybko rosną bakterie: krótszy tgt_g → stromsza prosta.

Ograniczenia środowiska:

Wzrost wykładniczy nie może trwać wiecznie. Kończą się składniki odżywcze, gromadzą się produkty przemiany materii (kwasy, toksyny), brakuje tlenu i miejsca. Podziały zwalniają aż do zera — faza stacjonarna. Potem śmiertelność przewyższa podziały → faza zamierania.

Związek z modelem logistycznym:

Plateau fazy stacjonarnej to pojemność środowiska KK z modelu logistycznego — maksymalna liczebność, jaką dane środowisko utrzyma. Więcej składników → wyższe KK i dłuższe plateau.

Po co Ci to na maturze:

Rozpoznaj cztery fazy z opisu lub wykresu i wytłumacz plateau przez wyczerpanie zasobów i nagromadzenie odpadów (nie „starzenie"). Umiej policzyć podziały: N=N0⋅2nN = N_0\cdot 2^{n}, gdzie n=t/tgn = t/t_g. Pamiętaj: prosta na wykresie = skala logarytmiczna.

Zapamiętaj: w fazie log populacja podwaja się co stały tgt_g → w skali log to prosta linia. Plateau = pojemność środowiska KK.

Model poglądowy · Wirtualne laboratorium NexTutor

Spodobał Ci się eksperyment? Udostępnij go.

Jest darmowy — podeślij znajomym ze szkoły.

Teoria i wzory

Wzrost wykładniczy w fazie log

W fazie logarytmicznej liczebność podwaja się co stały czas generacji gg: N=N0⋅2 t/gN = N_0 \cdot 2^{\,t/g} Liczba podziałów (generacji) w czasie tt: n=tgn = \frac{t}{g}

Dlaczego skala logarytmiczna

Po zlogarytmowaniu wzrost wykładniczy staje się linią prostą. Jej nachylenie jest tym większe, im krótszy czas generacji — stąd szybszy wzrost.

Ujęcie różniczkowe

Tempo przyrostu jest proporcjonalne do liczebności: dNdt=rN\frac{dN}{dt} = rN Obowiązuje tylko przy nieograniczonych zasobach (faza log). Wyczerpanie składników i nagromadzenie produktów przemiany materii zatrzymuje wzrost — populacja wchodzi w fazę stacjonarną.

Oznaczenia: N0N_0 — liczebność początkowa, NN — liczebność po czasie tt, gg — czas generacji, nn — liczba podziałów, rr — współczynnik tempa wzrostu.

Uczysz? Umieść ten eksperyment na swojej stronie.

Darmowy widget — wklej na stronę szkoły, bloga lub notatki. Linkuje do pełnej wersji.

Uczysz w klasie albo korepetujesz? Prowadź uczniów w NexTutor →

Najczęstsze pytania

›

Co to czas generacji?

Czas, w którym populacja bakterii się podwaja. Krótszy czas generacji oznacza szybszy wzrost w fazie logarytmicznej.

›

Dlaczego wykres jest w skali logarytmicznej?

Bo wzrost wykładniczy w skali liniowej byłby nieczytelny; w skali logarytmicznej faza wykładnicza staje się prostą o nachyleniu zależnym od czasu generacji.

›

Co ogranicza wzrost?

Wyczerpanie składników odżywczych i nagromadzenie toksycznych produktów przemiany materii — populacja wchodzi w fazę stacjonarną.