培养基

   培养基是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。无论是以微生物为材料的研究，还是利用微生物生产生物制品，都必须进行培养基配制，它是微生物学研究和微生物发酵生产的基础。

 

一、配制培养基的原则

1 ．目的明确 根据不同的微生物的营养要求配制针对强的培养基。自养型微生物能从简单的无机物合成自身需要的糖类、脂类、蛋白质、核酸、维生素等复杂的有机物，因此培养自养型微生物的培养基完全可以由简单的无机物组成。例如培养化能自养型的氧化硫杆菌的培养基组成为：

S 10g MgSO₄.7H₂O 0.5g NH₄)₂SO₄ 0.4g FeSO4 0.01g

KH₂PO₄ 4g CaCl₂ 0.25g H₂O 1000ml

    由于异养微生物合成能力较弱，不能以 CO₂ 作米唯一碳源，因此培养它们的培养基至少需要含有一种有机物质，例如培养大肠杆菌的一种培养基是由下列化学成分组成：

葡萄糖 5g NH₄ H₂PO₄ 1g NaCl 5g MgSO₄.7H₂O 0.2g

K₂HPO₄ 1g H₂O 1000ml

    有的异养型微生物生长还需要一种以上的有机物那么在培养基中就应该含用这些有机物质，以满足它的正常生长。另外就微生物的主要类群来说，又有细菌、放线菌、酵母菌和霉菌之分，它们所需要的培养成分也不同，现将培养它们的培养基成分分别介绍如下：

细菌（牛肉膏蛋白胨培养基）：

牛肉膏 3g 蛋白胨 10g NaCl 5g H₂O 1000ml

放线菌（高氏 1 号）

K₂HPO₄ 0.5g NaCl 0.5g MgSO₄.7H₂O 0.5g KNO₃ 1g

FeSO₄ 0.01g H₂O 1000ml

酵母菌 ( 麦芽汁培养基 )

干麦芽粉加四倍水，在 50℃ --60℃保温糖化 3-4 小时，用碘液试验检查至糖化完全为止，调整糖液浓度为 10 。 巴林，煮沸后，沙布过滤，调 PH 为 6.0 。

霉菌（查氏合成培养基）

NaNO₃ 3g K₂HPO₄ 1g KCl 0.5g MgSO₄.7H₂O 0.5g

FeSO₄ 0.01g 蔗糖 30g H₂O 1000ml

    如果要分离或培养某种特殊类型的微生物，还需要采用特殊的培养基，对于某些需要另外添加生长因子才能生长的微生物，还需要在培养基内添加它们所需要的生长因子。

2 ．营养协调

    注意各种营养物质的浓度与配比。培养基中营养物质浓度合适时微生物才能生长良好，营养物质浓度过低时不能满足微生物正常生长所需，浓度过高时则可能对微生物生长起抑制作用，例如：高浓度糖物质、无机盐、重金属离子等不仅不能维持和促进微生物的生长，反而起到抑制或杀菌作用。另外培养基中各营养物质之间的浓度配比也直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的形成和积累，其中碳氮比（ C/N ）的影响较大。碳氮比指培养基中碳元素与氮元素的物质的量比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白之比。例如，在利用微生物发酵生产谷氨酸的过程中，培养基碳氮比为 4/1 时，菌体量繁殖，谷氨酸积累少；当培养基碳氮比为 3/1 时，菌体繁殖受到抑制，谷氨酸产量则大量增加。再如，在抗生素发酵生产过程中，可以通过控制培养基中速效氮（或碳）源与迟效氮（或碳）源之间的比例来控制菌体生长与抗生素的合成协调。

3 ．控制 PH 、渗透压等条件

    培养基的 PH 必须控制在一定的范围内，以满足不同类型微生物的生长繁殖或产生代谢产物。各类微生物生长繁殖或产生代谢产物的最适 PH 条件各不相同，一般来讲，细胞生长的最适 PH 范围在 PH7.0--8.0 之间，放线菌在 7.5--8.5  之间，酵母菌在 3.8--6.0  之间，而霉菌则在 4.0--5.8 之间。具体的第种微生物还有其特定的最适生长 PH 范围，但是对于某引起胡极端环境中的微生物来六，往往可以大大突破所属类群微生物 PH 范围的上限和下限。在微生物生长繁殖和代谢过程中，由于营养物质被分解利用和代谢产物的形成与积累，会导致培养基 PH 发生变化，若不对培养基 PH 条件进行控制，往往导致微生物生长速度下降或代谢产物产量下降。因此为了维持培养基 PH 的相对恒定，通常在培养基中加入 PH 缓冲剂，常用的缓冲剂是 K₂HPO₄ KH₂PO₄ 组成的混合物。但 K₂HPO₄ / KH₂PO₄ 缓冲系统只能在一定的 PH 范围（ PH6.4-7.2 ）内起调节作用。有些微生物，如乳酸菌能大量产酸，此时只级在培养基加入难溶的碳酸盐（ CaCO₃ ）来进行调节， CaCO₃ 难溶于水，不会使培养基 PH 过度升高，但它可以不断中和微生物产生的酸，同时释放出 CO₂ ，将培养基 PH 控制在一定范围内。

    绝大多数微生物适宜在等渗溶液中生长，一般培养基的渗透压都是适合的，但培养嗜盐微生物（如嗜盐细菌）和嗜渗压微生物（如高渗酵母）时就要提高培养基的渗透压。培养嗜盐微生物常加适量 NaCl ，海洋微生物的最适生长盐度约   3.5% 。培养嗜渗透微生物时要加接近饱和量的蔗糖。

4 ．经济节约

    在配制培养基时应尽量利用廉价且易于获得的原料为培养基成分，特别在发酵工业中，培养基用量很大，利用低成本的原料更体现出其经济价值。如在微生物单细胞蛋白的工业生产中，常常用利用糖蜜、豆制品工业废液等作为培养基的原料，另外大量的农副产吕如麸皮、米糠、玉米浆、酵母浸膏、酒糟、豆饼、花生饼等都是常用的发酵工业原料。经济节约原则大致有：以粗代精、以野代家、以废代好、以简代繁、以烃代粮、以纤代糖、以氮代朊和以国（产）代进（口）等方面。

 

二、培养基的类型及应用

    培养基种类繁多，根据其成分、物理状态和用途可将培养分成多种类型。

1 ．按成分不同划分

（ 1 ）天然培养基 含用化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物。牛肉膏蛋白胨培养基和麦芽汁培养基就属于此类。常用的天然有机营养物质包括牛肉膏、蛋白胨、酵母浸膏、豆芽汁、玉米粉、牛奶等。天然培养基成本较低，除在实验室经常使用外，也适于用来进行工业大规模的微生物发酵生产。

（ 2 ）合成培养基 是化学成分完全了解的物质配制而成的培养基。高氏 1 号培养基和查氏培养基就属于此种类型。配制合成培养基时重复性强但与天然培养基相比其成本较高，微生物在其中生长速度较慢，一般适用于在实验室用来进行有关微生物营养需求、代谢、分类鉴定、生物量测定、菌种选育及遗传分析等方面的研究工作。

2 ．根据物理状态划分

（ 1 ）固体培养基 在液体培养基中加入一定量凝固剂，使其成为固体状态即为固体培养基。培养基中的琼脂含量一般为 1.5%-2.0% 理想的凝固剂应具有下列条件：①不被所培养的微生物分解利用；②在微生物生长的温度范围内保持固体状态；③凝固剂凝固温度不能太低，否则不利于微生物的生长；④凝固剂对所培养的微生物无毒害作用；⑤凝固剂在灭菌过程中不会被破坏；⑥透明度好，粘着力强。常用的凝固剂有琼脂（ agar ）、明胶和硅胶等。 对绝大多数微生物而言，琼脂是最理想的凝固剂，琼脂是藻类（石花菜）中提取的一种高度分支的复杂多糖。

    除在液体培养基中加入凝固剂制备的固体培养外，一些由天然固体基质制成的培养基也属于固体培养基。如马铃薯块、胡萝卜条、米糠等制成的固体状态的培养基就属于此类。又如生产酒的酒曲，生产食用菌的棉子壳培养基。

    在实验室中，固体培养基一般加入平皿或试管中，制成培养微生物的平板或斜面。固体培养基为微生物提供一个营养表面，单个微生物细胞在这个营养表面进行生长繁殖，可以形成单个菌落。固体培养基常用来进行微生物的分离、鉴定、活菌计数及菌种保藏。

（ 2 ）半固体培养基 半固体培养基中凝固剂的含量少比固体培养基少，培养基中琼脂含量一般为 0.2%-0.7% 。半固体培养常用来观察微生物的运动特征、分类鉴定及噬菌体效价滴定等。

（ 3 ）液体培养基 液体培养基中未加任何凝固剂，在用液体培养基培养微生物时，通过振荡或搅拌可以增加培养基的通气量，同时使营养物质分布均匀。液体培养基常用于大规模工业生产及在实验室进行微生物的基础理论和应用方面的研究。

3 ．按用途划分

（ 1 ）基础培养基 尽管不同微生物的营养需求不同，但大多数微生物所需的基本营养物质是相同的。基础培养基是含有一般微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。

（ 2 ）加富培养基 也称为营养培养基，即在基础培养基中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基。这些特殊营养物质包括血液、血清、酵母浸膏、动植物组织液等。加富培养基一般用来培养营养要求比较苛刻的异养微生物，如培养百日咳博德氏菌需要含有血液的加富培养基。加富培养基还用来富集和分离某种微生物，这是因为加富培养基含有某种微生物所需的特殊营养物质，该种微生物在这种培养基中较其他微生物生长速度快，并逐渐富集而占优势，逐步淘汰其他微生物，从而容易达到分离该种微生物的目的。

（ 3 ）鉴别培养基 用于鉴别不同类型微生物的培养基。在培养基加入某种特殊化学物质，某种微生物在培养基中生长后能产生某种代谢产物，而这咱代谢产物可以与培养基中的特殊化学物质发生特定的化学反应，产生明显的特征变化，根据这种特征性变化，可将该种微生物与其他微生物区别开来。鉴别培养基主要用于微生物的快速分类鉴定，以及分离和筛选产生某种代谢产物的微生物菌种。

培养基名称	加入化学物质	代谢产物	培养基特征性变化	主要用途
酪素培养基	酪素	胞外蛋白酶	蛋白水解圈	鉴别蛋白酶菌株
H2S 试验培养基	醋酸铅	H2S	产生黑色沉淀	鉴别产 H 2 S 的菌株
伊红美蓝培养基	伊红、美蓝	酸	带金属光泽紫色菌落	鉴别大肠杆菌

（ 4 ）选择培养基 用来将某种或某类微生物从混杂的微生物群体中分离出来的培养基。根据不同种类微生物的特殊营养需求或对某种化学物质的敏感不同，在培养基中加入相应的特殊营养物质或化学物质，抑制不需要的微生物的生长，有利于所需微生物的生长。

    一种类型选择培养基是依据某些微生物的特殊营养需求设计的，例如，利用以纤维素或石蜡作为唯一碳源的选择培养基，可以从混杂的微生物群体中分离出分解纤维素或石蜡油的微生物；缺乏氮源的选择培养基可用来分离固氮微生物。另一类选择培养基是在培养基中加入某种化学物质，这种化学物质没有营养作用，对所需分离的微生物无害，但可以抑制或杀死其他微生物，例如分离真菌的马丁氏选择培养基：

葡萄糖 10 g 蛋白胨 5 g K₂HPO₄ 1g MgSO₄ .7H₂O 0.5g 琼脂 20g H₂O 1000ml 另外加有抑制细菌生长的孟加拉红（ 1/3 万），链霉素（ 30 单位 / 每毫升）和金霉素（ 2 单位 / 毫升）

    现代基因克隆技术中也常用选择培养，在筛选含重组质粒的基因工程株过程中，利用质粒上具有的对某种抗生素的抗性选择标记，在培养基中加入相应抗生素，就能比较方便地淘汰非重组菌株，以减少筛选目标菌株的工作量。

    在实际应用中，有时需要配制既有选择作用又有鉴别作用的培养基。如当要分离金黄色葡萄球菌时，在培养基中加入 7.5% NaCl 、甘露糖醇和酸碱批示剂，金黄色葡萄球菌可耐高浓度 NaCl ，且能利用甘露糖醇产酸。因此能在上述培养基生长，而且菌落周围颜色发生变化，则该菌落有可能是金黄色葡萄球菌，再通过进一步鉴定加以确定。

    尽管如此，有些病毒和立克次氏体及某些螺旋体等专性活细胞寄生的微生物目前还不能利用人工培养基来培养，需要接种在动植物体内、动植物组织中才能增殖。常用的培养病毒与立克次氏体的动物有小白鼠、家鼠、豚鼠和鸡胚。