一、供微生物生長的培養基培養基(culturemedium)是人工配制的適合微生物生長繁殖的營養基質,用來培養、分離、鑒定、保存各種微生物或積累代謝產物。在自然界中微生物種類繁多,營養類型多樣,再加上實驗和研究的目的不同,所以培養基也有很多的種類。
(一)配制培養基的基本原則
1. 選擇適宜的營養物質 培養基應含有微生物生長繁殖所需的各種營養物質,并且各營養物質的濃度和配比適合。總體而言,所有微生物生長繁殖均需要培養基中含有碳源、氮源、無機鹽、生長因子、水及能源。但由于微生物營養類型復雜,不同微生物對營養物質的需求是不一樣的。因此,首先要根據不同微生物的營養需求配制針對性強
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、脂類、蛋白質、核酸、維生素等復雜的有機物,因此,培養自養型微生物的培養基完全可以(或應該)由簡單的無機物組成。培養異養型微生物需要在培養基中添加有機物,而且不同類型異養型微生物的營養要求差別很大,因此,其培養基組成也相差很遠。
2.營養物質濃度及配比合適 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的正常生長,濃度過高時則可能對微生物生長起抑制作用。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(或)代謝產物的形成和積累,其中碳氮比(C/N)的影響較大。
3.適宜的pH 培養基的pH必須控制在一定的范圍內,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,細菌與放線菌適于在 pH7~7.5范圍內生長,酵母菌和霉菌通常在pH4.5~6范圍內生長。值得注意的是,在微生物生長繁殖和代謝過程中,由于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條件進行控制,往往導致微生物生長速度或(和)代謝產物產量降低。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緩沖劑。常用的緩沖劑是一氫和二氫磷酸鹽(如K2HPO4和KH2PO4)組成的混合物。K2HPO4溶液呈堿性,KH2PO4溶液呈酸性,兩種物質的等克分子混合溶液的pH值為6.8。當培養基中酸性物質積累導致H+濃度增加時,H+與弱堿性鹽結合形成弱酸性化合物,培養基pH不會過度降低。如果培養基中OH-濃度增加,OH-則與弱酸性鹽結合形成弱堿性化合物,培養基pH也不會過度升高。
(二)常用培養基的類型培養基種類繁多,根據微生物的種類和培養的目的,可配制不同種類的培養基。常用的培養基有:
1.根據培養基成分不同分類
(1)天然培養基:培養基的主要成分是動植物組織、微生物產品及其提取物。常用的天然物質包括馬鈴薯、牛肉膏、蛋白胨、酵母浸膏、豆芽汁、酒糟、玉米粉、牛奶、胡蘿卜等。如牛肉膏蛋白胨培養基、牛奶培養基。天然培養基適用于實驗室配制基礎培養基及工業生產中的發酵培養基。
(2)合成培養基:由多種化學試劑配制而成的培養基,其中的成分和用量都明確知道。如高氏一號培養基、查氏培養基。合成培養基常用于微生物營養、代謝、遺傳、鑒定、菌種選育、藥物的作用機制等方面的研究。
2.根據培養基物理狀態分類
(1)固體培養基:在液體培養基中加入1.5% ~2.0%瓊脂,使培養基變成加熱可溶化、冷卻可凝固的固體培養基,可制成培養微生物的平板或斜面,常用于微生物的分離鑒定、活菌計數、菌落特征的觀察及菌種保藏等。
(2)液體培養基:配制好的培養基中不加瓊脂。應用液體培養基培養微生物時,由于營養物質分散均勻,微生物能更充分接觸和利用,使得微生物生長更快,積累代謝產物量也更多,因此多用于大規模的工業生產和各種微生物學的研究。
(3)半固體培養基:加入少量0.2%~0.5%瓊脂,使培養基呈半固體狀態,多用于微生物運動性的觀察、效價滴定及短期保藏菌種等。
3.根據培養基的用途分類
(1)基礎培養基(basalmedium):含有微生物生長所需的基本營養物質,可供大部分營養要求不高的微生物生長。如牛肉膏蛋白胨培養基是最常用的基礎培養基,也可以作為一些特殊培養基的基礎成分,再根據要培養微生物的特殊營養要求,加入所需的營養物質。
(2)加富培養基(nutrientmedium):也稱營養培養基,在基礎培養基中加入血液、血清、動植物組織提取液、酵母浸膏等,以滿足營養要求比較苛刻的微生物生長。如結核分枝桿菌需要含雞蛋的培養基,加富石蠟油培養石油分解菌。
(3)選擇培養基(selectivemedium):是用來把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性不同,在培養基中加入相應的特殊營養物質或化學物質,使所要分離的微生物大量生長,抑制其他微生物的生長。如培養沙門菌的培養基中加入四硫黃酸鈉、亮綠,可以抑制其他雜菌的生長;從膿汁中分離葡萄球菌時,可在培養基中加入7.5%氯化鈉,抑制大多數其他細菌的生長;分離放線菌時,在培養基中加入數滴10%的苯酚溶液,則可以抑制細菌和霉菌的生長。
(4)鑒別培養基(diferentialmedium):是用于鑒別不同類型微生物的培養基。在培養基中加入某種化學物質,使特定微生物生長后產生某種特定的現象,從而與其他微生物區別開來。如糖發酵培養基,可觀察不同細菌分解糖產酸產氣情況;伊紅-美藍培養基用于區別大腸桿菌和產氣桿菌等。鑒別培養基主要用于微生物的快速分類鑒定,分離和篩選產生某種代謝產物的菌種。
(5)厭氧培養基(anaerobicmedium):專性厭氧菌不能在有氧環境中生長,在基礎培養基中加入一些特殊的生長因子,并使得培養基與空氣隔絕,即制成供厭氧菌生長的厭氧培養基。如皰肉培養基,肝片肉湯培養基。厭氧培養基主要用于專性厭氧菌的分離、培養及鑒別。