微生物在適宜的環境條件下,不斷地吸收營養物質,並按照自己的代謝方式進行代謝活動,如果同化作用大於異化作用,則細胞質的量不斷增加,體積得以加大,表現為生長。微生物的生長往往伴隨著細胞數目的增加,當細胞增長到一定程度時,就以二分裂方式形成兩個基本相似的子細胞,子細胞又重複以上過程,稱為繁殖。當環境條件適合時,微生物的生長和繁殖始終是交替進行的,從生長到繁殖是一個由質變到量變的過程,這個過程就是發育。
微生物生長、繁殖和發育規律的研究方法與「大生物」有些不同,「大生物」通常是以一個個體為研究對象,而微生物通常是以一個群體為研究對象。如果把單細胞的微生物接種到一定體積的營養液中,在適宜的培養條件下進行培養,這些單細胞微生物就會不斷增殖,細胞數目會不斷增加。如果把這種增加情況畫成一個對數曲線,就會呈現出一定的規律,叫做單細胞微生物的生長曲線。其縱坐標為每毫升培養液中微生物細胞數目的對數,橫坐標為培養時間。生長曲線代表微生物在一個新的適宜的環境中生長繁殖以至衰老死亡的全部動態過程。典型的微生物生長曲線包括四個時期:遲緩期、對數期、穩定期和衰亡期。
遲緩期:生長速率常數為零、菌體粗大、RNA含量增加、代謝活力強、對不良環境的抵抗能力下降。成因:微生物剛剛接種到培養基,其代謝系統需要適應新的環境,同時要合成酶、輔酶、其他代謝中間代謝產物等,所以此時期的細胞數目沒有增加。
對數期:生長速率最快、代謝旺盛、酶系活躍、活細菌數和總細菌數大致接近、細胞的化學組成和形態理化性質基本一致。成因:經過調整期的準備,為此時期的生長提供了足夠的物質基礎,同時外界環境也是最佳狀態。
穩定期:活細菌數保持相對穩定、總細菌數達到最高水平、細胞代謝產物積累達到最高峰、是生產的收穫期、芽孢桿菌開始形成芽孢。成因:營養的消耗使營養物比例失調、有害代謝產物積累。
衰亡期:細菌死亡速度大於新生成的速度、整個群體出現負增長、細胞開始畸形、細胞死亡出現自溶現象。成因:主要是外界環境對繼續生長越來越不利、細胞的分解代謝大於合成代謝、繼而導致大量細菌死亡。