Khi tế bào được nuôi cấy trong trong môi trường thích hợp, sự tăng trưởng của quần thể vi sinh vật sẽ tuân theo đường cong sinh trưởng gồm 04 pha sau đây :
a.1 Pha lag
Pha lag là giai đoạn tế bào thích nghi với môi trường mới, tế bào tăng kích thước và trọng lượng rõ rệt do quá trình tổng hợp các chất, trước hết là các cao phân tử (protein, enzyme, acid nucleic, …) diễn ra mạnh mẽ. Trong pha này vi sinh vật
không phân chia, tức không tăng số lượng. Thời gian của pha lag phụ thuộc vào tiền sử của tế bào như : tuổi, thành phần môi trường, khả năng chịu đựng các yếu tố vật lý, hóa học,…Chẳng hạn, người ta không quan sát được pha lag nếu ta chuyển các vi sinh vật đang ở pha log, tức pha sinh trưởng cực đại vào cùng môi trường với những điều kiện nuôi cấy như nhau. Ngược lại, pha lag được quan sát khi người ta đưa những tế bào yếu vào môi trường nuôi cấy.
a.2 Pha log
Trong pha log luôn có thức ăn dư thừa xung quanh tế bào vi sinh vật. Tốc độ trao đổi chất và sinh trưởng chỉ bị giới hạn do khả năng sử dụng cơ chất của vi sinh vật. Số lượng tế bào sẽ tăng theo số mũ trong pha log :
Xt = X0 eµt Trong đó
135 Xt : Sinh khối hoặc số lượng tế bào ở thời điểm t 136 X0 : Sinh khối hoặc số lượng tế bào ban đầu 137 µ : Tốc độ tăng trưởng riêng (h-1)
a.3 Pha ổn định
Trong pha ổn định, tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật giảm dần do sự thiếu hụt chất dinh dưỡng cùng với sự sản sinh và tích tụ các sản phẩm trao đổi chất độc hại. Trong pha này, số lượng tế bào mới sinh ra sẽ bằng số tế bào chết đi. Do đó có sự cân bằng quần thể trong pha này.
a.4 Pha chết
Xảy ra khi tốc độ sinh trưởng giảm, nồng độ chất dinh dưỡng tối thiểu. Trong pha này, tốc độ phân hủy của tế bào lớn hơn tốc độ sinh trưởng. Khi vi sinh vật đòi hỏi chất dinh dưỡng nhiều hơn, chúng phải trao đổi chất với chính nguyên sinh chất của chúng, dẫn đến sinh khối vi sinh vật giảm.
Trong trường hợp mô hình động, cơ chất được đưa vào liên tục nên pha log của vi sinh vật được duy trì trong thời gian dài.