第三章 培养基培养基通常指人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。广义上说,
凡是支持微生物生长和繁殖的介质或材料均可作为微生物的培养基。培养基是微生物学尤其是工业微生物学研究的重要内容。一个恰当的培养基配方,对发酵产品的产量和质量有着极大的影响。微生物的培养基配方犹如菜谱,种类繁多,且层出不穷。如今,培养基的种类有数万种之多。
培养基的成分碳源氮源无机盐和微量元素前体(青霉素-苯乙胺)
促进剂(聚乙烯醇-改善通气性)和抑制剂水分
3.1 培养基的配制原则
1.营养物质应满足微生物的需要不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大,所以,应根据所培养菌种对各营养要素的不同要求进行配制。如自养微生物的培养基成分是无机的,而异养型微生物的培养基成分必须含有机物。
针对四大类微生物,一般可以采用现成配方的培养基。 如细菌采用肉汤蛋白胨培养基、放线菌采用高氏 1号合成培养基、酵母采用麦芽汁培养基及霉菌采用查氏合成培养基。
2.营养物的浓度及配比应恰当营养物的浓度太低,则不能满足微生物生长的需要,浓度太高,又会抑制微生物的生长。如糖和盐都是良好的营养物质,但是,浓度升高,则有抑菌作用。
碳氮比 (C/N)一般指培养基中元素
C与 N的比值。为方便测定和计算,人们常以培养基中还原糖含量与粗蛋白含量的比值来表示。
在考察培养基组成时,人们常以碳氮比作为一个重要的指标。 一般培养基的 C/N比为 100,0.5-2; 在谷氨酸生产菌发酵中,C/N比为 4/1时,菌体大量繁殖,谷氨酸积累量较少;当
C/N为 3/1时,菌体繁殖受到抑制,谷氨酸大量积累。
在设计营养物配比时,还应该考虑避免培养基中各成分之间的相互作用。 如蛋白胨、酵母膏中含有磷酸盐时,会与培养基中钙或镁离子在加热时发生沉淀反应。 在高温下,还原糖与蛋白质或氨基酸也会相互作用产生褐色物质。
在培养基配制时,可添加化学试剂补充宏量元素。其中,首选的是 K2HPO4和
MgSO4,因为它们包含了四种宏量元素。
对于微量元素,一般化学试剂、水及器皿上均有存在。
3.物理化学条件适宜
pH值各大类微生物一般都有它们生长繁殖的最适 pH。细菌的最适 pH一般在 7.0-8.0,放线菌在
pH7.5-8.5间,酵母菌在 pH3.8-6.0间,霉菌在
pH4.0-5.8之间。对于具体的微生物菌种来说,
它们都有各自特定的最适 pH范围,有时会大大突破上述界限。
在微生物生长繁殖过程中会产生引起培养基 pH改变的代谢产物,尤其是不少微生物有很强的产酸能力,如不适当地加以调节,就会抑制甚至杀死其自身。在设计它们的培养基时,
就要考虑到培养基的 pH调节能力。一般应该加入 磷酸缓冲液或 CaCO3,使培养液的 pH 稳定。
调节 K2HPO4和 KH2PO4两者浓度比,可获得从 pH6.0到 pH7.6间一系列稳定的 pH,当两者等摩尔浓度比时,
溶液的 pH可稳定在 6.8。
其反应式如下:
K2HPO4 + HCl -----> KH2PO4 + KCl
KH2PO4 + KOH ----> K2HPO4 + H2O
CaCO3在水溶液中溶解度极低,加入液体或固体培养基中,不会使培养基 pH升高。但是,
当微生物生长过程中不断产生酸时,它被逐渐溶解,并与酸反应,最终以 CO2形式释放到大气中,所以,它具有良好的稳定培养基 pH的作用。
CO32+<---->HCO3-<---->H2CO3<---->CO2 +H2O
培养基中的蛋白质或氨基酸经发酵后,会产生氨,从而有升高培养基 pH的趋势。 培养基的灭菌过程也会引起培养基的 pH发生变化。高温处理过程中,一些大分子发生分解,造成 pH下降。
4.根据培养的目的培养基的成分直接影响着培养的目标。在设计培养基时必须考虑是要培养菌体,还是要积累产物,是实验室培养还是大规模发酵等问题。
用于培养菌体的种子培养基营养成分应丰富,尤其是氮源含量宜高。即碳氮比值低。相反,用于积累大量生产代谢产物的发酵培养基,它的氮源一般应比种子培养基稍低。当然,若发酵产物是含氮化合物时,有时还应该提高培养基的氮源含量。
在设计培养基时,还应特别考虑到代谢产物是初级代谢产物,还是次级代谢产物。若是次级代谢产物还要考虑是否加入特殊元素 (如维生素 B12中的 Co)或特定的前体物质 (如生产卞青霉素时,应加入苯乙酸 )。
在设计培养基尤其是大规模发酵生产用的培养基时,还应重视培养基中各种成分的来源和价格,应该优先选择来源广泛、
价格低廉的培养基,提倡“以粗代精”,“以废代好”。
种子培养基
葡萄糖 2.5%,蛋白胨 0.5%,玉米浆 1%,NaCl
0.2%,CaCO3 0.1%,用蒸馏水配制,灭菌前调至
pH 7.
发酵培养基
葡萄糖 4%,蛋白胨 2%,NaCl 0.3%,CaCO3 0.05
%,K2HPO3 0.01%,Fe2(SO4)3 0.01%,pH 6.6;
用蒸馏水配制,灭菌前调至 pH 7.
2 培养基的种类培养基的种类繁多。因考虑的角度不同,可将培养基分成不同的类型。
1.天然培养基 (natural medium)
凡利用生物的组织、器官及其抽取物或制品配成的培养基,称为天然培养基。
优点是配制方便、经济、营养丰富,但是,
它的化学成分不清楚或不稳定 (受产地、品种、保存加工方法等因素影响 )。常见的天然培养基成分有:麦芽汁、肉浸汁、鱼粉、
麸皮、玉米粉、花生饼粉、玉米浆及马铃薯等。实验室常用牛肉膏、蛋白胨及酵母膏等。
表 几种天然培养基原材料的特性原材料 制作特点 营养价值牛肉膏 瘦牛肉加热抽提并浓缩而成的膏状物主要提供碳水化合物 (有机酸、
糖类 ),有机氮化物 (氨基酸、
嘌呤、胍类 ),无机盐 (钾,磷 )
和水溶性维生素 (主要为 B族 )
蛋白胨 酪素、明胶或鱼粉等蛋白质经酸、
酶 (胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶 )水解而成主要提供有机氮、维生素及碳水化合物酵母膏
(酵母粉 )
酵母细胞水抽提物浓缩而成的膏状物或粉剂提供大量的 B族维生素,氨基酸,嘌呤碱及微量元素玉米浆 用亚硫酸浸泡玉米制淀粉时的废水,
经减压浓缩而成的浓缩液。干物质占 50%,棕黄色,久置沉淀提供可溶性蛋白质、多肽、
小肽、氨基酸、还原糖和 B族维生素。
甘蔗糖蜜 甜菜糖蜜制糖厂除去糖结晶后的下脚废液,
棕黑色主要含蔗糖和其它糖,还有氨基酸、有机酸,少量的维生素等
2.合成培养基 (synthetic medium)
使用成分完全了解的化学药品配制而成的培养基称为合成培养基。 合成培养基的优点是:成分已知、精确、重复性好。但价格较贵,培养的微生物生长较慢。适用于实验室进行微生物生理、遗传育种及高产菌种性能的研究。培养放线菌的高氏一号培养基和培养真菌的察氏培养基都属于合成培养基。
3.半合成培养基 (semi-defined medium)
由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基称为。例如,培养真菌用的马铃薯蔗糖培养基等。严格地讲,凡含有未经特殊处理的任何合成培养基,实际上都只是一种半合成培养基。
特点是配制方便,成本低,微生物生长良好。发酵生产和实验室中应用的大多数培养基都属于半合成培养基。
4.液体培养基 (liquid medium)
各营养成分按一定比例配制而成的水溶液或液体状态的培养基称为液体培养基。工业上绝大多数发酵都采用液体培养基。实验室中微生物的生理、代谢研究和获取大量菌体是也常利用液体培养基。
5.固体培养基 (solid medium)
固体培养基一般是指液体培养基中加入一定量的凝固剂配制而成的固体状态的培养基。
此外,固体营养物 (如麸皮、米糠、木屑、土豆块、玉米粉 )与水和盐等混合构成的疏松状培养基也属于固体培养基。固体培养基在科学研究和生产实践中具有很多用途,例如它可用于 菌种分离、鉴定、菌落计数、检测杂菌、选种、育种、菌种保藏、抗生素等生物活性物质的效价测定及获取孢子等 。在发酵工业中常用固体培养基进行固体发酵。
高氏一号培养基平板培养基,
含淀粉,KNO3,K2HPO4,MgSO4,
NaCl,FeSO4,琼脂。
理想的固体培养基凝固剂应具备以下条件:
(1)不被微生物液化、分解和利用。
(2)在微生物生长的温度范围内保持固体状态。凝固点温度对微生物无害。
(3)不会因消毒、灭菌而破坏。
(4) 配制方便,价格低,透明性好。
琼脂 (Agar)是最好的凝固剂。它由石花菜等红藻加工而成,主要由琼脂糖 (agarose)和琼脂胶 (agaropectin)两种多糖组成。除极少数菌外,大多数微生物无法降解琼脂。
琼脂 45℃ 固化,约 100℃ 才融化。灭菌过程中不会被破坏,
并且价格低廉。培养基中加 0.5%琼脂时可以获得半固体培养基,加入 1.5%-2.0%琼脂即成固体培养基,加 8%琼脂则成硬固体培养基。
明胶 (Gelatin)也是一种凝固剂。它是由动物的皮、骨、
韧带等煮熬而成的一种蛋白质,含有多种氨基酸,可被许多微生物作为氮源而利用。明胶 20℃ 凝固,28~ 35℃
融化,所以,只能在 20-25℃ 温度范围作凝固剂使用,适用面很窄,但可用于特殊检验。
硅胶 (Silica gel)是无机硅酸钠 (Na2SiO3)和硅酸钾
(K2SiO3)与盐酸和硫酸中和反应时凝结成的胶体。因为它完全无机,在研究分离自养菌时用作培养基的凝固剂。
硅胶一旦凝固后,就无法再融化。
6.半固体培养基 (semi-solid medium)
半固体培养基是指琼脂加入量为 0.2-
0.5%而配制的固体状态的培养基。半固体培养基有许多特殊的用途,如可以通过穿刺培养观察细菌的运动能力,进行厌氧菌的培养及菌种保藏等。
7.种子培养基 (seed culture medium)
种子培养基是适合微生物菌体生长的培养基,目的是为下一步发酵提供数量较多,强壮而整齐的种子细胞。一般要求氮源、维生素丰富,原料要精。
8.发酵培养基 (fermentation medium)
用于生产预定发酵产物的培养基。
一般的发酵产物以碳为主要元素,所以,
发酵培养基中的碳源含量往往高于种子培养基。若产物的含氮量高,应增加氮源。在大规模生产时,原料应该价廉易得,还应有利于下游的分离提取工作。
9.繁殖和保藏培养基 (reproducible medium)
主要用于菌种保藏,大部分情况下就是斜面培养基。
10.基本培养基 (Minimal Medium,MM)
基本培养基 又称最低限度培养基,指能满足某菌种的野生型 (原养型 )菌株最低营养要求的合成培养基。不同微生物的基本培养基很不相同,有的极为简单,如大肠杆菌的基本培养基;有的极为复杂,
如一些乳酸菌、酵母菌或梭菌的基本培养基。基本培养基有时也需要添加生长因子等。
若在基本培养基中加入富含氨基酸、维生素、
碱基等生长因子的营养物质,如蛋白胨、酵母膏等,
就可满足各种营养缺陷型的生长需求,这种培养基称为 完全培养基 (Complete Medium,CM)。
若在基本培养基中只是针对性地加入一种或几种营养成分,以满足相应的营养缺陷型生长,那么,
这种培养基称为 补充培养基 (Supplement
Medium,SM)。
11.加富培养基 (enriched medium)
加富培养基是在普通培养基中加入血、血清、动 (植 )物组织液或其它营养物
(或生长因子 )的一类营养丰富的培养基。
它主要用于培养某种或某类营养要求苛刻的异养型微生物,或者用来选择性培养 (分离、富集 )某种微生物。具有助长某种微生物的生长,抑制其它微生物生长的功能。广义上讲,保藏培养基和鉴别培养基也属于加富培养基。
12.选择性培养基 (selected medium)
根据某种或某类微生物的特殊营养要求,
或对某些物理、化学条件的抗性而设计的培养基,称为选择性培养基 。
目的是利用这种培养基把某种或某类微生物 从混杂的微生物群体中分离出来 。
混合样品中数量很少的某种微生物,如直接采用平板划线或稀释法进行分离,往往因为数量少而无法获得。
选择性培养的主要方法有两种,一是根据某些微生物对碳源、氮源的需求而设计。
以纤维素为唯一碳源的培养基可用于分离纤维素分解菌;
用石蜡油来富集分解石油的微生物;
用较浓的糖液来富集酵母菌等。
二是根据某些微生物的物理和化学抗性设计的,
如分离放线菌时,在培养基中加入数滴
10%的苯酚,可以抑制霉菌和细菌的生长 ;
在分离酵母菌和霉菌的培养基中,添加青霉素、四环素和链霉素等抗生素可以抑制细菌和放线菌的生长;
结晶紫可以抑制革兰氏阳性菌,培养基中加入结晶紫后,能选择性地培养革兰氏阴性菌;
7.5%NaCl可以抑制大多数细菌,但不抑制葡萄球菌,从而选择培养葡萄球菌。
德巴利酵母属 (Debaryomyces)中的许多种和酱油中酵母能耐高浓度 (18-20%)的食盐,而其它酵母只能耐受 3-11%浓度的食盐,所以,在培养基中加入 15-20% 浓度的食盐,即构成耐食盐酵母的选择培养基。
马丁氏 (martin)培养基就是专门用于分离土壤中真菌的选择性培养基。 其配方是:葡萄糖 1%,
蛋白胨 0.5%,KH2PO4 0.1%,MgSO4·7H2O
0.05%,琼脂 2%,孟加拉红 (或称虎红 )1/3万,链霉素 30mg/ml,金霉素 2mg/ml。此处的孟加拉红、
链霉素和金霉素等的作用是抑制细菌生长,从而富集土壤中的真菌。
广义上讲,加富培养基也是一类选择性培养基。
13.鉴别培养基 (differential medium)
在培养基中添加某种或某些化学试剂后,
某种微生物生长过程中产生的特殊代谢产物会与加入的这些化学物反应,并出现明显的、肉眼可见的特征性变化,从而使该种微生物与其它微生物区别开来。这种培养基称为鉴别培养基。
例如:用于检测饮水、乳品中是否含肠道致病菌的伊红 -美兰乳糖培养基,即 EMB(Eosin
Methylene Blue)培养基。其成分是:蛋白胨 10克,
乳糖 10克,K2HPO4 2克,2%伊红 20ml,0.325%
美兰 20ml,蒸馏水 1000ml,pH7.2
其中的伊红和美兰两种苯胺染料可以抑制革兰氏阳性菌和一些难培养的革兰氏阴性菌。试样中的多种肠道菌会在 EMB培养基上产生相互易区分的特征菌落,因而易于辨认。尤其是大肠杆菌,
因其强烈分解乳糖而产生大量混合酸,使菌体带
H+,很容易染上酸性染料伊红,伊红又与美兰结合,其复合物为黑色,所以,大肠杆菌的菌落呈紫黑色并带金属光泽,其菌落较小。产气杆菌产酸弱,菌落呈棕色;变形杆菌不能发酵乳糖,菌落无色、透明。
14.测定生理生化特性的培养基这些是在鉴定微生物时,为了观察微生物的培养特征或测定生理生化反应而采用的培养基。
凡是支持微生物生长和繁殖的介质或材料均可作为微生物的培养基。培养基是微生物学尤其是工业微生物学研究的重要内容。一个恰当的培养基配方,对发酵产品的产量和质量有着极大的影响。微生物的培养基配方犹如菜谱,种类繁多,且层出不穷。如今,培养基的种类有数万种之多。
培养基的成分碳源氮源无机盐和微量元素前体(青霉素-苯乙胺)
促进剂(聚乙烯醇-改善通气性)和抑制剂水分
3.1 培养基的配制原则
1.营养物质应满足微生物的需要不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大,所以,应根据所培养菌种对各营养要素的不同要求进行配制。如自养微生物的培养基成分是无机的,而异养型微生物的培养基成分必须含有机物。
针对四大类微生物,一般可以采用现成配方的培养基。 如细菌采用肉汤蛋白胨培养基、放线菌采用高氏 1号合成培养基、酵母采用麦芽汁培养基及霉菌采用查氏合成培养基。
2.营养物的浓度及配比应恰当营养物的浓度太低,则不能满足微生物生长的需要,浓度太高,又会抑制微生物的生长。如糖和盐都是良好的营养物质,但是,浓度升高,则有抑菌作用。
碳氮比 (C/N)一般指培养基中元素
C与 N的比值。为方便测定和计算,人们常以培养基中还原糖含量与粗蛋白含量的比值来表示。
在考察培养基组成时,人们常以碳氮比作为一个重要的指标。 一般培养基的 C/N比为 100,0.5-2; 在谷氨酸生产菌发酵中,C/N比为 4/1时,菌体大量繁殖,谷氨酸积累量较少;当
C/N为 3/1时,菌体繁殖受到抑制,谷氨酸大量积累。
在设计营养物配比时,还应该考虑避免培养基中各成分之间的相互作用。 如蛋白胨、酵母膏中含有磷酸盐时,会与培养基中钙或镁离子在加热时发生沉淀反应。 在高温下,还原糖与蛋白质或氨基酸也会相互作用产生褐色物质。
在培养基配制时,可添加化学试剂补充宏量元素。其中,首选的是 K2HPO4和
MgSO4,因为它们包含了四种宏量元素。
对于微量元素,一般化学试剂、水及器皿上均有存在。
3.物理化学条件适宜
pH值各大类微生物一般都有它们生长繁殖的最适 pH。细菌的最适 pH一般在 7.0-8.0,放线菌在
pH7.5-8.5间,酵母菌在 pH3.8-6.0间,霉菌在
pH4.0-5.8之间。对于具体的微生物菌种来说,
它们都有各自特定的最适 pH范围,有时会大大突破上述界限。
在微生物生长繁殖过程中会产生引起培养基 pH改变的代谢产物,尤其是不少微生物有很强的产酸能力,如不适当地加以调节,就会抑制甚至杀死其自身。在设计它们的培养基时,
就要考虑到培养基的 pH调节能力。一般应该加入 磷酸缓冲液或 CaCO3,使培养液的 pH 稳定。
调节 K2HPO4和 KH2PO4两者浓度比,可获得从 pH6.0到 pH7.6间一系列稳定的 pH,当两者等摩尔浓度比时,
溶液的 pH可稳定在 6.8。
其反应式如下:
K2HPO4 + HCl -----> KH2PO4 + KCl
KH2PO4 + KOH ----> K2HPO4 + H2O
CaCO3在水溶液中溶解度极低,加入液体或固体培养基中,不会使培养基 pH升高。但是,
当微生物生长过程中不断产生酸时,它被逐渐溶解,并与酸反应,最终以 CO2形式释放到大气中,所以,它具有良好的稳定培养基 pH的作用。
CO32+<---->HCO3-<---->H2CO3<---->CO2 +H2O
培养基中的蛋白质或氨基酸经发酵后,会产生氨,从而有升高培养基 pH的趋势。 培养基的灭菌过程也会引起培养基的 pH发生变化。高温处理过程中,一些大分子发生分解,造成 pH下降。
4.根据培养的目的培养基的成分直接影响着培养的目标。在设计培养基时必须考虑是要培养菌体,还是要积累产物,是实验室培养还是大规模发酵等问题。
用于培养菌体的种子培养基营养成分应丰富,尤其是氮源含量宜高。即碳氮比值低。相反,用于积累大量生产代谢产物的发酵培养基,它的氮源一般应比种子培养基稍低。当然,若发酵产物是含氮化合物时,有时还应该提高培养基的氮源含量。
在设计培养基时,还应特别考虑到代谢产物是初级代谢产物,还是次级代谢产物。若是次级代谢产物还要考虑是否加入特殊元素 (如维生素 B12中的 Co)或特定的前体物质 (如生产卞青霉素时,应加入苯乙酸 )。
在设计培养基尤其是大规模发酵生产用的培养基时,还应重视培养基中各种成分的来源和价格,应该优先选择来源广泛、
价格低廉的培养基,提倡“以粗代精”,“以废代好”。
种子培养基
葡萄糖 2.5%,蛋白胨 0.5%,玉米浆 1%,NaCl
0.2%,CaCO3 0.1%,用蒸馏水配制,灭菌前调至
pH 7.
发酵培养基
葡萄糖 4%,蛋白胨 2%,NaCl 0.3%,CaCO3 0.05
%,K2HPO3 0.01%,Fe2(SO4)3 0.01%,pH 6.6;
用蒸馏水配制,灭菌前调至 pH 7.
2 培养基的种类培养基的种类繁多。因考虑的角度不同,可将培养基分成不同的类型。
1.天然培养基 (natural medium)
凡利用生物的组织、器官及其抽取物或制品配成的培养基,称为天然培养基。
优点是配制方便、经济、营养丰富,但是,
它的化学成分不清楚或不稳定 (受产地、品种、保存加工方法等因素影响 )。常见的天然培养基成分有:麦芽汁、肉浸汁、鱼粉、
麸皮、玉米粉、花生饼粉、玉米浆及马铃薯等。实验室常用牛肉膏、蛋白胨及酵母膏等。
表 几种天然培养基原材料的特性原材料 制作特点 营养价值牛肉膏 瘦牛肉加热抽提并浓缩而成的膏状物主要提供碳水化合物 (有机酸、
糖类 ),有机氮化物 (氨基酸、
嘌呤、胍类 ),无机盐 (钾,磷 )
和水溶性维生素 (主要为 B族 )
蛋白胨 酪素、明胶或鱼粉等蛋白质经酸、
酶 (胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜蛋白酶 )水解而成主要提供有机氮、维生素及碳水化合物酵母膏
(酵母粉 )
酵母细胞水抽提物浓缩而成的膏状物或粉剂提供大量的 B族维生素,氨基酸,嘌呤碱及微量元素玉米浆 用亚硫酸浸泡玉米制淀粉时的废水,
经减压浓缩而成的浓缩液。干物质占 50%,棕黄色,久置沉淀提供可溶性蛋白质、多肽、
小肽、氨基酸、还原糖和 B族维生素。
甘蔗糖蜜 甜菜糖蜜制糖厂除去糖结晶后的下脚废液,
棕黑色主要含蔗糖和其它糖,还有氨基酸、有机酸,少量的维生素等
2.合成培养基 (synthetic medium)
使用成分完全了解的化学药品配制而成的培养基称为合成培养基。 合成培养基的优点是:成分已知、精确、重复性好。但价格较贵,培养的微生物生长较慢。适用于实验室进行微生物生理、遗传育种及高产菌种性能的研究。培养放线菌的高氏一号培养基和培养真菌的察氏培养基都属于合成培养基。
3.半合成培养基 (semi-defined medium)
由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基称为。例如,培养真菌用的马铃薯蔗糖培养基等。严格地讲,凡含有未经特殊处理的任何合成培养基,实际上都只是一种半合成培养基。
特点是配制方便,成本低,微生物生长良好。发酵生产和实验室中应用的大多数培养基都属于半合成培养基。
4.液体培养基 (liquid medium)
各营养成分按一定比例配制而成的水溶液或液体状态的培养基称为液体培养基。工业上绝大多数发酵都采用液体培养基。实验室中微生物的生理、代谢研究和获取大量菌体是也常利用液体培养基。
5.固体培养基 (solid medium)
固体培养基一般是指液体培养基中加入一定量的凝固剂配制而成的固体状态的培养基。
此外,固体营养物 (如麸皮、米糠、木屑、土豆块、玉米粉 )与水和盐等混合构成的疏松状培养基也属于固体培养基。固体培养基在科学研究和生产实践中具有很多用途,例如它可用于 菌种分离、鉴定、菌落计数、检测杂菌、选种、育种、菌种保藏、抗生素等生物活性物质的效价测定及获取孢子等 。在发酵工业中常用固体培养基进行固体发酵。
高氏一号培养基平板培养基,
含淀粉,KNO3,K2HPO4,MgSO4,
NaCl,FeSO4,琼脂。
理想的固体培养基凝固剂应具备以下条件:
(1)不被微生物液化、分解和利用。
(2)在微生物生长的温度范围内保持固体状态。凝固点温度对微生物无害。
(3)不会因消毒、灭菌而破坏。
(4) 配制方便,价格低,透明性好。
琼脂 (Agar)是最好的凝固剂。它由石花菜等红藻加工而成,主要由琼脂糖 (agarose)和琼脂胶 (agaropectin)两种多糖组成。除极少数菌外,大多数微生物无法降解琼脂。
琼脂 45℃ 固化,约 100℃ 才融化。灭菌过程中不会被破坏,
并且价格低廉。培养基中加 0.5%琼脂时可以获得半固体培养基,加入 1.5%-2.0%琼脂即成固体培养基,加 8%琼脂则成硬固体培养基。
明胶 (Gelatin)也是一种凝固剂。它是由动物的皮、骨、
韧带等煮熬而成的一种蛋白质,含有多种氨基酸,可被许多微生物作为氮源而利用。明胶 20℃ 凝固,28~ 35℃
融化,所以,只能在 20-25℃ 温度范围作凝固剂使用,适用面很窄,但可用于特殊检验。
硅胶 (Silica gel)是无机硅酸钠 (Na2SiO3)和硅酸钾
(K2SiO3)与盐酸和硫酸中和反应时凝结成的胶体。因为它完全无机,在研究分离自养菌时用作培养基的凝固剂。
硅胶一旦凝固后,就无法再融化。
6.半固体培养基 (semi-solid medium)
半固体培养基是指琼脂加入量为 0.2-
0.5%而配制的固体状态的培养基。半固体培养基有许多特殊的用途,如可以通过穿刺培养观察细菌的运动能力,进行厌氧菌的培养及菌种保藏等。
7.种子培养基 (seed culture medium)
种子培养基是适合微生物菌体生长的培养基,目的是为下一步发酵提供数量较多,强壮而整齐的种子细胞。一般要求氮源、维生素丰富,原料要精。
8.发酵培养基 (fermentation medium)
用于生产预定发酵产物的培养基。
一般的发酵产物以碳为主要元素,所以,
发酵培养基中的碳源含量往往高于种子培养基。若产物的含氮量高,应增加氮源。在大规模生产时,原料应该价廉易得,还应有利于下游的分离提取工作。
9.繁殖和保藏培养基 (reproducible medium)
主要用于菌种保藏,大部分情况下就是斜面培养基。
10.基本培养基 (Minimal Medium,MM)
基本培养基 又称最低限度培养基,指能满足某菌种的野生型 (原养型 )菌株最低营养要求的合成培养基。不同微生物的基本培养基很不相同,有的极为简单,如大肠杆菌的基本培养基;有的极为复杂,
如一些乳酸菌、酵母菌或梭菌的基本培养基。基本培养基有时也需要添加生长因子等。
若在基本培养基中加入富含氨基酸、维生素、
碱基等生长因子的营养物质,如蛋白胨、酵母膏等,
就可满足各种营养缺陷型的生长需求,这种培养基称为 完全培养基 (Complete Medium,CM)。
若在基本培养基中只是针对性地加入一种或几种营养成分,以满足相应的营养缺陷型生长,那么,
这种培养基称为 补充培养基 (Supplement
Medium,SM)。
11.加富培养基 (enriched medium)
加富培养基是在普通培养基中加入血、血清、动 (植 )物组织液或其它营养物
(或生长因子 )的一类营养丰富的培养基。
它主要用于培养某种或某类营养要求苛刻的异养型微生物,或者用来选择性培养 (分离、富集 )某种微生物。具有助长某种微生物的生长,抑制其它微生物生长的功能。广义上讲,保藏培养基和鉴别培养基也属于加富培养基。
12.选择性培养基 (selected medium)
根据某种或某类微生物的特殊营养要求,
或对某些物理、化学条件的抗性而设计的培养基,称为选择性培养基 。
目的是利用这种培养基把某种或某类微生物 从混杂的微生物群体中分离出来 。
混合样品中数量很少的某种微生物,如直接采用平板划线或稀释法进行分离,往往因为数量少而无法获得。
选择性培养的主要方法有两种,一是根据某些微生物对碳源、氮源的需求而设计。
以纤维素为唯一碳源的培养基可用于分离纤维素分解菌;
用石蜡油来富集分解石油的微生物;
用较浓的糖液来富集酵母菌等。
二是根据某些微生物的物理和化学抗性设计的,
如分离放线菌时,在培养基中加入数滴
10%的苯酚,可以抑制霉菌和细菌的生长 ;
在分离酵母菌和霉菌的培养基中,添加青霉素、四环素和链霉素等抗生素可以抑制细菌和放线菌的生长;
结晶紫可以抑制革兰氏阳性菌,培养基中加入结晶紫后,能选择性地培养革兰氏阴性菌;
7.5%NaCl可以抑制大多数细菌,但不抑制葡萄球菌,从而选择培养葡萄球菌。
德巴利酵母属 (Debaryomyces)中的许多种和酱油中酵母能耐高浓度 (18-20%)的食盐,而其它酵母只能耐受 3-11%浓度的食盐,所以,在培养基中加入 15-20% 浓度的食盐,即构成耐食盐酵母的选择培养基。
马丁氏 (martin)培养基就是专门用于分离土壤中真菌的选择性培养基。 其配方是:葡萄糖 1%,
蛋白胨 0.5%,KH2PO4 0.1%,MgSO4·7H2O
0.05%,琼脂 2%,孟加拉红 (或称虎红 )1/3万,链霉素 30mg/ml,金霉素 2mg/ml。此处的孟加拉红、
链霉素和金霉素等的作用是抑制细菌生长,从而富集土壤中的真菌。
广义上讲,加富培养基也是一类选择性培养基。
13.鉴别培养基 (differential medium)
在培养基中添加某种或某些化学试剂后,
某种微生物生长过程中产生的特殊代谢产物会与加入的这些化学物反应,并出现明显的、肉眼可见的特征性变化,从而使该种微生物与其它微生物区别开来。这种培养基称为鉴别培养基。
例如:用于检测饮水、乳品中是否含肠道致病菌的伊红 -美兰乳糖培养基,即 EMB(Eosin
Methylene Blue)培养基。其成分是:蛋白胨 10克,
乳糖 10克,K2HPO4 2克,2%伊红 20ml,0.325%
美兰 20ml,蒸馏水 1000ml,pH7.2
其中的伊红和美兰两种苯胺染料可以抑制革兰氏阳性菌和一些难培养的革兰氏阴性菌。试样中的多种肠道菌会在 EMB培养基上产生相互易区分的特征菌落,因而易于辨认。尤其是大肠杆菌,
因其强烈分解乳糖而产生大量混合酸,使菌体带
H+,很容易染上酸性染料伊红,伊红又与美兰结合,其复合物为黑色,所以,大肠杆菌的菌落呈紫黑色并带金属光泽,其菌落较小。产气杆菌产酸弱,菌落呈棕色;变形杆菌不能发酵乳糖,菌落无色、透明。
14.测定生理生化特性的培养基这些是在鉴定微生物时,为了观察微生物的培养特征或测定生理生化反应而采用的培养基。