细菌生长与营养

细菌生长与营养描述了微生物如何获取其所需的营养和能量，以及它们的种群数量如何随时间增加，为微生物的培养和控制提供了定量的基础。

Definition

细菌生长与营养是研究微生物对营养和能量的需求，以及微生物种群数量增加、减少和响应其物理化学环境的定量动态的学科。

Scope

本主题涵盖了根据碳源和能源定义的营养类别；必需的常量营养素、微量营养素和生长因子；跨膜运输；二分裂和指数增长的数学原理；分批培养中的生长阶段；恒化器中的连续培养；以及温度、pH值、氧气和水活度对生长的影响。它将生理学与实验室培养和环境控制联系起来。

Core questions

• 微生物如何获取碳、能量和必需营养素？
• 什么决定了种群增长的速率和限制？
• 温度、pH值和氧气等环境因素如何影响生长？
• 如何在连续培养中通过实验控制生长速率？

Key concepts

• 营养类别和能源
• 常量营养素、微量营养素和生长因子
• 二分裂和代时
• 分批生长曲线的阶段
• 连续培养和恒化器

Key theories

指数增长和生长曲线

在封闭培养中，当营养充足时，种群呈指数增长，然后随着条件变化进入迟滞期、稳定期和死亡期，从而对微生物生长提供了可重复的定量描述。

Mechanisms

细胞通过膜转运系统吸收营养物质，并将其用于能量保存和生物合成。当营养物质充足时，生长以特征性的代时通过二分裂进行，产生指数级增长。当限制性营养物质耗尽或废物积累时，生长减慢，种群进入稳定期；在连续培养中，以固定速率供应限制性营养物质可使种群保持在稳态。

Clinical relevance

对生长需求和动力学的了解是用于分离和鉴定微生物的培养基和孵育条件、工业发酵过程的设计以及食品保藏和卫生中限制微生物生长的策略的基础。

History

微生物生长的定量研究在20世纪通过雅克·莫诺（Jacques Monod）等研究人员的工作取得了进展，他通过对限定培养基和恒化器中生长的研究，正式确定了营养浓度与生长速率之间的关系，这建立在早期微生物学家建立的纯培养方法之上。

Key figures

• Jacques Monod
• Sergei Winogradsky

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

什么是代时？

代时，或称倍增时间，是指在给定条件下细菌种群数量增加一倍所需的时间间隔。它在不同物种之间以及随温度和营养可利用性等环境因素而差异很大。