Периодическая культура – популяция клеток, растущая в ограниченном пространстве: питательные вещества не поступают, конечные продукты обмена не удаляются. 

Кривая, описывающая зависимость логарифма числа живых клеток от времени, называется кривой роста. Типичная кривая роста имеет S-образную форму и различает несколько фаз роста, сменяющих друг друга (слайд 11.20).

1). Лаг-фаза начинается с момента посева бактерий в свежую питательную среду. В этот период клетки адаптируются к данным условиям культивирования и достигают максимальной скорости роста (слайд 11.21). 

Продолжительность лаг-периода зависит от многих факторов:

биологических особенностей бактерий, возраста исходной культуры, состава питательной среды, температуры культивирования бактерий.

Диауксия – двухфазный рост, наличие двух лаг-фаз. Это обычно происходит на средах, содержащих смесь питательных веществ (слайд 11.22). 

2). Экспоненциальная, или логарифмическая (лог-фаза), характеризуется максимальной скоростью деления бактерий (слайд 11.23). 

Нарастание клеток идет в геометрической прогрессии. Общее количество бактерий определяется по формуле 1: 

                                                                               N = N₀ × 2n, (1)

где N — общее количество клеток в конце опыта, N₀ — количество клеток в начале опыта, n — число поколений или генераций. 

В микробиологической практике для выражения общего числа клеток чаще пользуются не абсолютными числами, а их логарифмами. 

В экспоненциальной фазе процессы роста протекают сбалансированно. Эта фаза многостадийна, так как в начале ее бактерии растут в среде с избытком субстрата, затем концентрация его понижается, изменяется активность ферментов, возрастает содержание клеточных метаболитов.

3). Линейная фаза роста, характеризуется постоянной скоростью прироста биомассы (слайд 11.24).

Наступление фазы объясняется качественными изменениями состава питательной среды: потреблением питательных веществ, накоплением продуктов метаболизма, дефицитом кислорода в среде, изменением рН среды и т. д.

4). Стационарная фаза роста, характеризуется равновесием между погибающими и вновь образующимися клетками (слайд 11.25). 

Скорость роста снижается не только из-за нехватки субстрата, но также из-за большой плотности бактериальной популяции, недостатка О₂, или накопления токсичных продуктов обмена. 

В стационарной фазе наблюдается максимальная величина биомассы и максимальная суммарная численность клеток (урожай, или выход). 

В стационарной фазе клетки характеризуются несбалансированным ростом (клеточные компоненты синтезируются с различной скоростью), уменьшением интенсивности обменных процессов, более высокой устойчивостью к физическим и химическим воздействиям.

5). Фаза отмирания, характеризуется уменьшением числа живых клеток. В естественных условиях отмирание бактерий приводит к самоочищению природных сред. Число живых клеток может снижаться, когда в среде накапливаются кислоты, иногда клетки лизируются под действием собственных ферментов (автолиз) (слайд 11.26).

6). Фаза выживания, характеризуется наличием отдельных клеток, сохранившихся в течение длительного времени, жизнеспособностью в условиях гибели большинства клеток популяции. При пересеве таких выживших клеток в свежую питательную среду, после лаг-периода они начинают активно расти и делиться. Выживающие клетки характеризуются низкой интенсивностью процессов метаболизма.

В процессе периодического культивирования постоянно изменяются параметры, определяющие скорость роста популяции микроорганизмов, причем исследователю не всегда известно, какие именно. Несмотря на то, что некоторые внешние факторы могут быть зафиксированы (температура среды, рН, концентрация растворенного кислорода и т. д.), все же многие характеристики микробного роста не управляемы.

Обычному периодическому культивированию свойствен ряд недостатков (слайд 11.27): 

– высокие концентрации субстратов в начале процесса ингибируют рост микроорганизмов, 

– неэкономичный расход энергетического субстрата. 

– накопление ингибирующих продуктов метаболизма.

Рост микробной популяции в периодической культуре, как правило, не соответствует типу развития природных популяций и экосистем и не позволяет проводить точные количественные эксперименты из-за одновременного изменения большого числа факторов.