比生长速率μ:每小时单位质量的
菌体所增加的菌体量称为菌体比生长速率。它是表征微生物生长速率的一个参数,也是
发酵动力学中的一个重要参数。其大小为0.693除以
倍增时间td(菌体量倍增)。生物群体有限增长定律中群的生物学含义,生态学上称为内察增长(殖)率,微生物学上视为在一定培养条件下的最大比生长速率。这一概念具有很大的理论与实践意义,如把比生长速率作为控制最大生物合成量的参数进行研究,用比生长速率来确定酶合成的诱导或阻遏等。
经积分得:lnNt-lnN0=μt,对于一
倍增时间,t=td , Nt=2N0的培养物:ln2N0-lnN0=μtd。易得:μ=ln2/td 。
比生长速率就是
菌体生长速率与
培养基中菌体浓度之比,它与微生物的生命活动有关,特别是在抗生素合成阶段,比生长速率过大,菌体量增加过多,代谢向菌体合成的方向发展,不利于合成抗生素。因此,必须将菌体比生长速率控制在一定范围内,以便使抗生素的
生产速率维持在较高的水平。实际上比生长速率是生长与死亡速率平衡的综合反映。
微生物的生长必需水,但结合在分子内的水不能被微生物利用,只有游离的水才能被利用。水的
活度指在一定温度和压力下,表示能被微生物利用的实际含水量,为物质中水分含量的活性部分或者说
自由水。aw= Pw / P0w P w: 溶液
蒸气压 P0w: 纯水蒸气压。霉菌的生成和微生物的生长特性都直接受
水活性值影响。微生物所需要的
水活度越高,在干燥的环境下就越不容易生长。在分批培养的不同生长期,菌体细胞内RNA累积量有明显区别;在对数生长期时,RNA含量达干重的11.8%(g-RNA/g-DCW);稳定期时,RNA含量仅为6.9%。连续培养时,酵母RNA比生长速率越大,酵母RNA积累量越高,当细胞比生长速率为0.5h-1时,RNA含量可达15.6%,糖的转化率为42.8%。在不含玉米浆的FM培养基中加入不同的氨基酸组分进行有氧分批培养时,添加混合氨基酸或蛋白胨组分均可提高酵母细胞RNA的含量。
温度:是影响微生物生长繁殖的最重要的因素之一。任何微生物的生长温度有宽有窄,但总有最低生长温度、最适生长温度和最高生长温度,微生物在其各自最适生长温度下,分裂代时最短,生长速率最高。
水分:
水分活度低于最低水分活度时处于休眠状态,严重时引起细胞脱水,
蛋白质变性,
细胞死亡;
辐射:使蛋白质、核酸吸收
变性失活,也可产生有毒的自由基结合到DNA、RNA蛋白质分子上,干扰代谢过程。
生长速率有两种表示法。一种是
绝对生长速率(absolute growth rate,AGR);另一种是
相对生长速率(relative growth rate,RGR)。
指单位时间内植株的绝对
生长量。可用下式表示:AGR=dQ/dt(8-1)式中的Q-数量,可用重量、体积、面积、长度、直径或数目(例如叶片数)来表示。T-时间,可用s、min、h、d等表示。植物的绝对生长速率,因物种、生育期及环境条件等不同而有很大的差异,例如,雨后春笋的生长速率可达50~90cm·d-1;而生长在北极的北美
云杉生长速率仅为每年0.3cm ;小麦的茎杆在
抽穗期生长速率为5~6cm·d-1 ;
拔节期的玉米生长速率为10~15cm·d-1,而抽雄后的株高就停止增长。
在比较不同材料的生长速率时,
绝对生长常受到限制,因为材料本身的大小会显著地影响结果的可比性,为了充分显示幼小植株或器官的生长程度,常用相对生长速率表示。相对生长速率是指单位时间内的增加量占原有数量的比值,或者说原有物质在某一时间内的(瞬间)增加量。可用下式表示: RGR= 1/ Q × dQ/dt (8-2) Q-原有物质的数量,dQ/dt-瞬间增量。例如竹笋的相对生长速率约为0.005mm·cm-1·min-1;而
黑麦的花丝在开花时的相对生长速率可达2.0mm·cm-1·min-1。 在试验期间的平均
相对生长速率(R)可用下式表示: R=(lnQ2-lnQ1 )/(t2-t1) (8-3) Q1-第一次取样时(t1)的植物数量,Q2-第二次取样时(t2)的植物数量。Ln-
自然对数。RGR或R的单位依Q的单位而定,Q如以干重表示,RGR或R的单位为mg·g-1·d-1。