[科普中国]-生长产量常数

单细胞微生物的典型生长曲线

定量描述液体培养基中微生物群体生长规律的实验曲线称为生长曲线。如以细胞数目的对数值作纵坐标，以培养时间作横坐标，就可画出一条由延滞期、指数期、稳定期和衰亡期四个阶段组成的曲线。四个时期是根据微生物的生长速率常数，即每小时分裂次数(R)的不同划分的。

1、延滞期

延滞期特点：①生长速率常数为0；②细胞变大或变长；③细胞内的RNA(特别是rRNA)含量增高，原生质呈嗜碱性；④合成代谢活跃，为以后的生长准备物质条件；⑤对外界不良条件反应敏感。

影响延滞期长短的因素：①接种龄(它是生长到生长曲线上的哪一阶段用来作种子的)；②接种量(接种量大则延滞期短)；③培养基成分。

2、指数期

指数期(对数期)特点：①R最大，代时G最短；②细胞进行平衡生长，故菌体各部分的成分十分均匀；③酶系活跃，代谢旺盛。

指数期的3个重要参数：①繁殖代数(n)；②生长速率常数(R)，R=n/(t2-t1)；③代时(G)。

影响指数期微生物代时长短的因素：①菌种；②营养成分；③培养温度；④营养物浓度(营养物浓度很低时，会影响微生物的生长速率；随着营养物浓度的逐步提高，生长速率不受影响，只影响最终的菌体产量)。凡在较低浓度范围内可影响生长速率和菌体产量的某营养物称为生长限制因子。

3、稳定期

稳定期(恒定期、最高生长期)特点：①生长速率常数R等于0，新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等；②菌体产量达到了最高点，菌体产量和营养物质的消耗间呈现出有规律的比例关系，生长产量常数Y(生长得率)，Y=(X-X0)/(C0-C)；③细胞开始积累内含物；④芽孢杆菌一般在这时开始形成芽孢；⑤次生代谢物开始形成，是产物的最佳收获期，也是生物测定的最佳时期。

形成稳定期的原因：①营养物尤其是生长限制因子的耗尽；②营养物的比例失调；③酸、醇、毒素或H2O2等有害代谢产物的累积；④pH值、氧化还原势等物理、化学条件越来越不适宜。

4、衰亡期

衰亡期特点：①R为负值，群体呈现负生长状态；②细胞形态发生多形化，一些微生物有自溶现象；③有的微生物进一步合成或释放抗生素等次生代谢物；④芽孢杆菌释放芽孢1。

生长产量常数Y简介菌体产量与营养物质的消耗之间呈现出有规律的比例关系。这一关系可用生长产量常数Y(又称生长得率，growth yield)来表示：

Y=(X-X0)/(C0-C)

上式中，Y为稳定期的细胞干质量，X0为刚接种时的细胞干质量，C0为限制性营养物的最初质量浓度(g/mL)，C为稳定期时限制性营养物的浓度(由于计算Y时必须有一限制性营养物，所以C应等于0)。例如，据实验和计算，产黄青霉(Penicillium chrysogenum)在以葡萄糖为限制性营养物的组合培养基上生长时，其Y值为1：2.56，说明这时每2.56 g葡萄糖可合成1 g菌丝体(干质量)。为更精确计算Y值，又提出和YATP，即(即每摩尔ATP所产生的克菌体干质量)等指标。一些常见厌氧菌的生长产量常数计算见图12。