培養基

   培養基是人工配製的，適合微生物生長繁殖或產生代謝產物的營養基質。無論是以微生物為材料的研究，還是利用微生物生產生物製品，都必須進行培養基配製，它是微生物學研究和微生物發酵生產的基礎。

 

一、配製培養基的原則

1 ．目的明確 根據不同的微生物的營養要求配製針對強的培養基。自養型微生物能從簡單的無機物合成自身需要的糖類、脂類、蛋白質、核酸、維生素等複雜的有機物，因此培養自養型微生物的培養基完全可以由簡單的無機物組成。例如培養化能自養型的氧化硫杆菌的培養基組成為：

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

KH₂PO₄ 4g CaCl₂ 0.25g H₂O 1000ml

    由於異養微生物合成能力較弱，不能以 CO₂ 作米唯一碳源，因此培養它們的培養基至少需要含有一種有機物質，例如培養大腸杆菌的一種培養基是由下列化學成分組成：

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

K₂HPO₄ 1g H₂O 1000ml

    有的異養型微生物生長還需要一種以上的有機物那麽在培養基中就應該含用這些有機物質，以滿足它的正常生長。另外就微生物的主要類群來說，又有細菌、放線菌、酵母菌和黴菌之分，它們所需要的培養成分也不同，現將培養它們的培養基成分分別介紹如下：

細菌（牛肉膏蛋白腖培養基）：

牛肉膏 3g 蛋白腖 10g NaCl 5g H₂O 1000ml

放線菌（高氏 1 號）

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

FeSO₄ 0.01g H₂O 1000ml

酵母菌 ( 麥芽汁培養基 )

幹麥芽粉加四倍水，在 50℃ --60℃保溫糖化 3-4 小時，用碘液試驗檢查至糖化完全為止，調整糖液濃度為 10 。 巴林，煮沸後，沙布過濾，調 PH 為 6.0 。

黴菌（查氏合成培養基）

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

FeSO₄ 0.01g 蔗糖 30g H₂O 1000ml

    如果要分離或培養某種特殊類型的微生物，還需要采用特殊的培養基，對於某些需要另外添加生長因子才能生長的微生物，還需要在培養基內添加它們所需要的生長因子。

2 ．營養協調

    注意各種營養物質的濃度與配比。培養基中營養物質濃度合適時微生物才能生長良好，營養物質濃度過低時不能滿足微生物正常生長所需，濃度過高時則可能對微生物生長起抑製作用，例如：高濃度糖物質、無機鹽、重金屬離子等不僅不能維持和促進微生物的生長，反而起到抑製或殺菌作用。另外培養基中各營養物質之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和代謝產物的形成和積累，其中碳氮比（ C/N ）的影響較大。碳氮比指培養基中碳元素與氮元素的物質的量比值，有時也指培養基中還原糖與粗蛋白之比。例如，在利用微生物發酵生產穀氨酸的過程中，培養基碳氮比為 4/1 時，菌體量繁殖，穀氨酸積累少；當培養基碳氮比為 3/1 時，菌體繁殖受到抑製，穀氨酸產量則大量增加。再如，在抗生素發酵生產過程中，可以通過控製培養基中速效氮（或碳）源與遲效氮（或碳）源之間的比例來控製菌體生長與抗生素的合成協調。

3 ．控製 PH 、滲透壓等條件

    培養基的 PH 必須控製在一定的範圍內，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產生代謝產物。各類微生物生長繁殖或產生代謝產物的最適 PH 條件各不相同，一般來講，細胞生長的最適 PH 範圍在 PH7.0--8.0 之間，放線菌在 7.5--8.5  之間，酵母菌在 3.8--6.0  之間，而黴菌則在 4.0--5.8 之間。具體的第種微生物還有其特定的最適生長 PH 範圍，但是對於某引起胡極端環境中的微生物來六，往往可以大大突破所屬類群微生物 PH 範圍的上限和下限。在微生物生長繁殖和代謝過程中，由於營養物質被分解利用和代謝產物的形成與積累，會導致培養基 PH 發生變化，若不對培養基 PH 條件進行控製，往往導致微生物生長速度下降或代謝產物產量下降。因此為了維持培養基 PH 的相對恒定，通常在培養基中加入 PH 緩衝劑，常用的緩衝劑是 K₂HPO₄ KH₂PO₄ 組成的混合物。但 K₂HPO₄ / KH₂PO₄ 緩衝係統隻能在一定的 PH 範圍（ PH6.4-7.2 ）內起調節作用。有些微生物，如乳酸菌能大量產酸，此時隻級在培養基加入難溶的碳酸鹽（ CaCO₃ ）來進行調節， CaCO₃ 難溶於水，不會使培養基 PH 過度升高，但它可以不斷中和微生物產生的酸，同時釋放出 CO₂ ，將培養基 PH 控製在一定範圍內。

    絕大多數微生物適宜在等滲溶液中生長，一般培養基的滲透壓都是適合的，但培養嗜鹽微生物（如嗜鹽細菌）和嗜滲壓微生物（如高滲酵母）時就要提高培養基的滲透壓。培養嗜鹽微生物常加適量 NaCl ，海洋微生物的最適生長鹽度約   3.5% 。培養嗜滲透微生物時要加接近飽和量的蔗糖。

4 ．經濟節約

    在配製培養基時應盡量利用廉價且易於獲得的原料為培養基成分，特別在發酵工業中，培養基用量很大，利用低成本的原料更體現出其經濟價值。如在微生物單細胞蛋白的工業生產中，常常用利用糖蜜、豆製品工業廢液等作為培養基的原料，另外大量的農副產呂如麩皮、米糠、玉米漿、酵母浸膏、酒糟、豆餅、花生餅等都是常用的發酵工業原料。經濟節約原則大致有：以粗代精、以野代家、以廢代好、以簡代繁、以烴代糧、以纖代糖、以氮代朊和以國（產）代進（口）等方麵。

 

二、培養基的類型及應用

    培養基種類繁多，根據其成分、物理狀態和用途可將培養分成多種類型。

1 ．按成分不同劃分

（ 1 ）天然培養基 含用化學成分還不清楚或化學成分不恒定的天然有機物。牛肉膏蛋白腖培養基和麥芽汁培養基就屬於此類。常用的天然有機營養物質包括牛肉膏、蛋白腖、酵母浸膏、豆芽汁、玉米粉、牛奶等。天然培養基成本較低，除在實驗室經常使用外，也適於用來進行工業大規模的微生物發酵生產。

（ 2 ）合成培養基 是化學成分完全了解的物質配製而成的培養基。高氏 1 號培養基和查氏培養基就屬於此種類型。配製合成培養基時重複性強但與天然培養基相比其成本較高，微生物在其中生長速度較慢，一般適用於在實驗室用來進行有關微生物營養需求、代謝、分類鑒定、生物量測定、菌種選育及遺傳分析等方麵的研究工作。

2 ．根據物理狀態劃分

（ 1 ）固體培養基 在液體培養基中加入一定量凝固劑，使其成為固體狀態即為固體培養基。培養基中的瓊脂含量一般為 1.5%-2.0% 理想的凝固劑應具有下列條件：①不被所培養的微生物分解利用；②在微生物生長的溫度範圍內保持固體狀態；③凝固劑凝固溫度不能太低，否則不利於微生物的生長；④凝固劑對所培養的微生物無毒害作用；⑤凝固劑在滅菌過程中不會被破壞；⑥透明度好，粘著力強。常用的凝固劑有瓊脂（ agar ）、明膠和矽膠等。 對絕大多數微生物而言，瓊脂是最理想的凝固劑，瓊脂是藻類（石花菜）中提取的一種高度分支的複雜多糖。

    除在液體培養基中加入凝固劑製備的固體培養外，一些由天然固體基質製成的培養基也屬於固體培養基。如馬鈴薯塊、胡蘿卜條、米糠等製成的固體狀態的培養基就屬於此類。又如生產酒的酒曲，生產食用菌的棉子殼培養基。

    在實驗室中，固體培養基一般加入平皿或試管中，製成培養微生物的平板或斜麵。固體培養基為微生物提供一個營養表麵，單個微生物細胞在這個營養表麵進行生長繁殖，可以形成單個菌落。固體培養基常用來進行微生物的分離、鑒定、活菌計數及菌種保藏。

（ 2 ）半固體培養基 半固體培養基中凝固劑的含量少比固體培養基少，培養基中瓊脂含量一般為 0.2%-0.7% 。半固體培養常用來觀察微生物的運動特征、分類鑒定及噬菌體效價滴定等。

（ 3 ）液體培養基 液體培養基中未加任何凝固劑，在用液體培養基培養微生物時，通過振蕩或攪拌可以增加培養基的通氣量，同時使營養物質分布均勻。液體培養基常用於大規模工業生產及在實驗室進行微生物的基礎理論和應用方麵的研究。

3 ．按用途劃分

（ 1 ）基礎培養基 盡管不同微生物的營養需求不同，但大多數微生物所需的基本營養物質是相同的。基礎培養基是含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養物質的培養基。牛肉膏蛋白腖培養基是最常用的基礎培養基。

（ 2 ）加富培養基 也稱為營養培養基，即在基礎培養基中加入某些特殊營養物質製成的一類營養豐富的培養基。這些特殊營養物質包括血液、血清、酵母浸膏、動植物組織液等。加富培養基一般用來培養營養要求比較苛刻的異養微生物，如培養百日咳博德氏菌需要含有血液的加富培養基。加富培養基還用來富集和分離某種微生物，這是因為加富培養基含有某種微生物所需的特殊營養物質，該種微生物在這種培養基中較其他微生物生長速度快，並逐漸富集而占優勢，逐步淘汰其他微生物，從而容易達到分離該種微生物的目的。

（ 3 ）鑒別培養基 用於鑒別不同類型微生物的培養基。在培養基加入某種特殊化學物質，某種微生物在培養基中生長後能產生某種代謝產物，而這咱代謝產物可以與培養基中的特殊化學物質發生特定的化學反應，產生明顯的特征變化，根據這種特征性變化，可將該種微生物與其他微生物區別開來。鑒別培養基主要用於微生物的快速分類鑒定，以及分離和篩選產生某種代謝產物的微生物菌種。

培養基名稱	加入化學物質	代謝產物	培養基特征性變化	主要用途
酪素培養基	酪素	胞外蛋白酶	蛋白水解圈	鑒別蛋白酶菌株
H2S 試驗培養基	醋酸鉛	H2S	產生黑色沉澱	鑒別產 H 2 S 的菌株
伊紅美藍培養基	伊紅、美藍	酸	帶金屬光澤紫色菌落	鑒別大腸杆菌

（ 4 ）選擇培養基 用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養基。根據不同種類微生物的特殊營養需求或對某種化學物質的敏感不同，在培養基中加入相應的特殊營養物質或化學物質，抑製不需要的微生物的生長，有利於所需微生物的生長。

    一種類型選擇培養基是依據某些微生物的特殊營養需求設計的，例如，利用以纖維素或石蠟作為唯一碳源的選擇培養基，可以從混雜的微生物群體中分離出分解纖維素或石蠟油的微生物；缺乏氮源的選擇培養基可用來分離固氮微生物。另一類選擇培養基是在培養基中加入某種化學物質，這種化學物質沒有營養作用，對所需分離的微生物無害，但可以抑製或殺死其他微生物，例如分離真菌的馬丁氏選擇培養基：

葡萄糖 10 g 蛋白腖 5 g K₂HPO₄ 1g MgSO₄ .7H₂O 0.5g 瓊脂 20g H₂O 1000ml 另外加有抑製細菌生長的孟加拉紅（ 1/3 萬），鏈黴素（ 30 單位 / 每毫升）和金黴素（ 2 單位 / 毫升）

    現代基因克隆技術中也常用選擇培養，在篩選含重組質粒的基因工程株過程中，利用質粒上具有的對某種抗生素的抗性選擇標記，在培養基中加入相應抗生素，就能比較方便地淘汰非重組菌株，以減少篩選目標菌株的工作量。

    在實際應用中，有時需要配製既有選擇作用又有鑒別作用的培養基。如當要分離金黃色葡萄球菌時，在培養基中加入 7.5% NaCl 、甘露糖醇和酸堿批示劑，金黃色葡萄球菌可耐高濃度 NaCl ，且能利用甘露糖醇產酸。因此能在上述培養基生長，而且菌落周圍顏色發生變化，則該菌落有可能是金黃色葡萄球菌，再通過進一步鑒定加以確定。

    盡管如此，有些病毒和立克次氏體及某些螺旋體等專性活細胞寄生的微生物目前還不能利用人工培養基來培養，需要接種在動植物體內、動植物組織中才能增殖。常用的培養病毒與立克次氏體的動物有小白鼠、家鼠、豚鼠和雞胚。