微生物对数生长期的特点

微生物对数生长期的特点

Four characteristic phases of the growth cycle are recognized.

1. Lag Phase.

Immediately after inoculation of the cells into fresh medium, the population remains temporarily unchanged. Although there is no apparent cell division occurring, the cells may be growing in volume or mass, synthesizing enzymes, proteins, RNA, etc., and increasing in metabolic activity.

The length of the lag phase is apparently dependent on a wide variety of factors including the size of the inoculum; time necessary to recover from physiacal damage or shock in the transfer; time required for synthesis of essential coenzymes or division factors; and time required for synthesis of new (inducible) enzymes that are necessary to metabolize the substrates present in the medium.

延迟期

特点：开始时细胞一般不立即进行繁殖，细菌数几乎不增加，曲线稍平。此时期细胞内的代谢活动比较旺盛，细胞体积明显增大，在此期的后期，少数细胞开始分裂，曲线略有上升。

产生的原因：是细胞为了适应新环境需要进行调整，比如需要合成新的必需的酶、辅酶或某些中间代谢产物，或者缺乏足够的能量或生长因子。或接种时造成损伤等。

原因：由于细胞进入新环境, 细胞数目无增长，甚至有所下降有一个适应过程，进行大量的酶（诱导酶）的生成。

细胞特性:细胞的新陈代谢非常旺盛，个体体积显著增大，适应新环境，合成新的酶；有时可见到接种群体大部分死亡。如果接种用的是饥饿的细胞或新培养基营养不丰富，则该时期延长。

培养基成分接种到同样组成的培养基比接种到组成不同的培养基中，其延迟期要短些；

应用（意义）：由于延迟期的长短能影响微生物的正常生长周期，在发酵工业生产中延长生产周期，会降低设备的利用率，所以在生产实践中总是设法缩短延迟期。

采取的缩短lag phase 的措施有：

①增加接种量；（群体优势----适应性增强）

②采用对数生长期的健壮菌种；

③调整培养基的成分，在种子基中加入发酵培养基的某些成分。

④选用繁殖快的菌种

认识延迟期的特点及形成原因对实践的指导意义：

由于延迟期的长短能影响微生物的正常生长周期，在发酵工业生产中延长生产周期，会降低设备的利用率，所以在生产实践中总是设法缩短延迟期。

发酵工业上需尽量缩短该期，以降低生产成本

在食品工业上，尽量在此期进行消毒或灭菌

2. Exponential (log) Phase.

The exponential phase of growth is a pattern of balanced growth wherein all the cells are dividing regularly by binary fission, and are growing by geometric progression. The cells divide at a constant rate depending upon the composition of the growth medium and the conditions of incubation. The rate of exponential growth of a bacterial culture is expressed as generation time, also the doubling time of the bacterial population. Generation time (G) is defined as the time (t) per generation (n = number of generations). Hence, G=t/n is the equation from which calculations of generation time (below) derive.

对数期（logarithmic phase）

对数期的细菌细胞代谢活动最强，以最快的速度进行生长和繁殖，菌体数目按几何级数增加。对于细菌来说，此时期的菌数以2n 速度增加,n代表细胞分裂的次数。

应用意义（１）是代谢生理研究的良好材料

（２）增殖噬菌体的最适宿主菌龄，生产中接种的最佳种龄

此期的生理特点：

菌体代谢活跃，消耗营养物质多，生长速率快，菌体数目显著增多。

菌体大小、形态、生理特征等比较一致

处于该期的细胞对理化因素较敏感

由于此时期的菌种比较健壮，生产上常用该时期的菌体作为菌种。另外，实验室常用对数期的菌种作为实验材料研究微生物的代谢、遗传研究或进行染色、形态观察等。

发酵工业上尽量延长该期，以达到较高的菌体密度

食品工业上尽量使有害微生物不能进入此期

现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。（对于细菌来说，此时期的菌数以2n速度增加,n代表细胞分裂的次数。）应用：是代谢生理研究的良好材料、增殖噬菌体的最适宿主菌龄、接种的最佳种龄

对数期（logarithmic phase）

应用意义（１）是代谢生理研究的良好材料

（２）增殖噬菌体的最适宿主菌龄，生产中接种的最佳种龄

由于此时期的菌种比较健壮，生产上常用该时期的菌体作为菌种。另外，实验室常用对数期的菌种作为实验材料研究微生物的代谢、遗传研究或进行染色、形态观察等。

3. Stationary Phase.

Exponential growth cannot be continued forever in a batch culture (e.g. a closed system such as a test tube or flask).

Population growth is limited by one of three factors: 1. exhaustion of available nutrients; 2. accumulation of inhibitory metabolites or end products; 3. exhaustion of space, in this case called a lack of "biological space".

During the stationary phase, if viable cells are being counted, it cannot be determined whether some cells are dying and an equal number of cells are dividing, or the population of cells has simply stopped growing and dividing. The stationary phase, like the lag phase, is not necessarily a period of quiescence. Bacteria that produce secondary metabolites, such as antibiotics, do so during the stationary phase of the growth cycle (Secondary metabolites are defined as metabolites produced after the active stage of growth). It si during the stationary phase that spore-forming bacteria have to induce or unmask the activity of dozens of genes that may be involved in sporulation process.

稳定期：

特点：①新增殖的细胞数与老细胞的死亡数几乎相等，微生物的生长速率处于动态平衡，培养物中的细胞数目达到最高水平。

②细胞分裂速度下降，开始积累内含物，产芽孢的细菌开始产芽孢。

③此时期的微生物开始积累代谢产物，对于发酵生产来说，一般在稳定期的后期产物积累达到高峰，是最佳的收获时期。

稳定期的长短与菌种和环境条件有关，生产上常常通过补料、调节pH值、调整温度等措施，延长稳定期。

特点：

1 生长速率常数R等于0

2 菌体产量达到了最高值

3 合成次生代谢产物

4 细胞内出现储藏物质，芽孢菌内开始产生芽孢

产生原因：

营养物尤其是生长限制因子的耗尽

营养物的比例失调，如碳氮比不合适

有害代谢废物的积累（酸、醇、毒素等）

物化条件（pH、氧化还原势等）不合适

产量常数：

概念：表示微生物对基质利用效率的高低

Y=菌体干重/消耗营养物质的浓度

根据产量常数可确定微生物对营养物质的需要量

如：Y=0.5，表示要得到5g菌体，需某营养物（葡萄

糖）10g。

4. Death Phase.

If incubation continues after the population reaches stationary phase, a death phase follows, in which the viable cell population declines. (Note, if counting by turbidimetric measurements or microoscopic counts, the death phase cannot be observed.). During the death phase, the number of viable cells decreases geometrically (exponentially), essentially the reverse of growth during the log phase.

衰亡期：

特点：①细胞死亡数增加，死亡数大大超过新增殖的细胞数，群体中的活菌数目急剧下降，出现“负生长”。

②细胞内颗粒更明显，细胞出现多形态、畸形或衰退形，芽孢开始释放。

③因菌体本身产生的酶及代谢产物的作用，使菌体死亡、自溶等，发生自溶的菌生长曲线表现为向下跌落的趋势。

衰亡期比其他各时期时间长，它的长短也与菌种和环境条件有关。

特点：

1 R为负值

2 细胞的形态发生变化，出现不规则的衰退形

3 释放次生代谢产物，芽孢等

4 菌体开始自溶

产生原因：

生长条件的进一步恶化，使细胞内的分解代谢大大超过合成代谢，继而导致菌体的死亡

现象：整个群体出现负生长（R < 0）

特点：细胞形态多样，产生膨大、不规则的退化形、出现自溶（autolysis）、产生或释放抗生素等次生代谢产物、释放芽孢等产生原因：外界环境严重恶化、细胞内分解代谢大大超过合成代谢，导致菌体死亡。