微生物营养--培养基
一、 培养基的定义
培养基是指人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合营养料。任何培养基都应具备微生物生长所需要的六大营养要素，且其间的比例是合适的。制作培养基时应尽快配制并立即灭菌，否则就会杂菌丛生，并破坏其固有的成分和性质。
绝大多数微生物都可在人工培养基上生长，只有少数称作难养菌的寄生或共生微生物，如立克次氏体和少数寄生真菌等，至今还不能在人工培养基上生长，病毒、亚病毒也不能在无生命的人工培养基上生长。
二、设计选择培养基的原则
1、目的明确
配制培养基首先要明确培养目的，要培养什么微生物？是为了得到菌体还是代谢产物？是用于实验室还是发酵生产？根据不同的目的，配制不同的培养基。
培养细菌、放线菌、酵母菌、霉菌所需要的培养基是不同的。在实验室中常用牛肉膏蛋白胨培养基培养异养细菌，培养特殊类型的微生物还需特殊的培养基。
2、营养协调
培养基应含有维持微生物最适生长所必须的一切营养物质。但更为重要的是，营养物质的浓度与配比要合适。
营养物质浓度过低不能满足其生长的需要；过高又抑制其生长。
各营养物质之间的配比，特别是碳氮比（C／N比）直接影响微生物的生长繁殖和代谢产物的积累。C／N比一般指培养基中元素碳和元素氮的比值，有时也指培养基中还原糖与粗蛋白的含量之比。不同的微生物要求不同的C／N比。
此外，还须注意培养基中无机盐的量以及它们之间的平衡；生长因子的添加也要注意比例适当，以保证微生物对各生长因子的平衡吸收。
3、理化适宜
微生物的生长与培养基的pH、氧化还原电位、渗透压等理化因素关系密切。配制培养基应将这些因素控制在适宜的范围内。
（1） pH
各大类微生物一般都有其生长适宜的pH范围。如细菌为7.0～8.0，放线菌为7.5～8.5，酵母菌为3.8～6.0，霉菌为4.0～5.8，藻类为6.0～7.0，原生动物为6.0～8.0。但对于某一具体的微生物菌种来说，其生长的最适pH范围常会大大突破上述界限，其中一些嗜极菌更为突出。
pH的内源调节――2种方式：
①借磷酸缓冲液进行调节：例如调节K2HP04和KH2P04两者浓度比即可获得pH6.4～7.2间的一系列稳定的pH，当两者为等摩尔浓度比时，溶液的pH可稳定在6.8。
②以CaCO3作“备用碱”进行调节：CaCO3在水溶液中溶解度很低，故将它加入至液体或固体培养基中并不会提高培养基的pH，但当微生物生长过程中不断产酸时，却可以溶解CaCO3，从而发挥其调节培养基pH的作用。如果不希望培养基有沉淀，有时可添加NaHCO3。
外源调节，是一类按实际需要不断从外界流加酸或碱液，以调整培养液pH的方法。
（2） 氧化还原电位
（3） 渗透压和水活度
4、经济节约
配制培养基特别是大规模生产用的培养基时还应遵循经济节约的原则，尽量选用价格便宜、来源方便的原料。在保证微生物生长与积累代谢产物需要的前提下，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”、“以国（产）代进（口）”等方面。
三、设计选择培养基的方法
1、生态摸拟法
2、查阅文献法
3、精心设计，试验比较法
四、培养基的种类
培养基的种类繁多。因考虑的角度不同，可将培养基分成以下一些类型。
1、根据所培养微生物的种类分类
根据微生物的种类可分为：细菌、放线菌、酵母菌和霉菌培养基。
常用的异养型细菌培养基为牛肉膏蛋白胨培养基，常用的自养型细菌培养基是无机的合成培养基，常用的放线菌培养基为高氏一号合成培养基，常用的酵母菌培养基为麦芽汁培养基，常用的霉菌培养基为察氏合成培养基。
2、 根据对培养基成分的了解程度分类
（1） 天然培养基
指一类利用动、植物或微生物体包括用其提取物制成的培养基，这是一类营养成分既复杂又丰富、难以说出其确切化学组成的培养基。例如牛肉膏蛋白胨培养基。天然培养基的优点是营养丰富、种类多样、配制方便、价格低廉；缺点是化学成分不清楚、不稳定。因此，这类培养基只适用于一般实验室中的菌种培养、发酵工业中生产菌种的培养和某些发酵产物的生产等。
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。实验室中常用牛肉膏、蛋白胨及酵母膏等。
（2） 合成培养基
又称组合培养基或综合培养基，是一类按微生物的营养要求精确设计后用多种高纯化学试剂配制成的培养基。例如高氏一号培养基、察氏培养基等。合成培养基的优点是成分精确、重演性高；缺点是价格较贵，配制麻烦，且微生物生长比较一般。因此，通常仅适用于营养、代谢、生理、生化、遗传、育种、菌种鉴定或生物测定等对定量要求较高的研究工作中。
（3） 半合成培养基
又称半组合培养基，指一类主要以化学试剂配制，同时还加有某种或某些天然成分的培养基。例如培养真菌的马铃薯蔗糖培养基等。严格地讲，凡含有未经特殊处理的琼脂的任何合成培养基，实质上都是一种半合成培养基。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。
3、根据培养基的物理状态分类
（1） 液体培养基
呈液体状态的培养基为液体培养基。它广泛用于微生物学实验和生产，在实验室中主要用于微生物的生理、代谢研究和获取大量菌体，在发酵生产中绝大多数发酵都采用液体培养基。
（2） 固体培养基
呈固体状态的培养基都称为固体培养基。固体培养基有加入凝固剂后制成的；有直接用天然固体状物质制成的，如培养真菌用的麸皮、大米、玉米粉和马铃薯块培养基；还有在营养基质上覆上滤纸或滤膜等制成的，如用于分离纤维素分解菌的滤纸条培养基。
常用的固体培养基是在液体培养基中加入凝固剂（约2％的琼脂或5％～12％的明胶），加热至100℃，然后再冷却并凝固的培养基。常用的凝固剂有琼脂、明胶和硅胶等。其中，琼脂是最优良的凝固剂。
固体培养基在科学研究和生产实践中具有很多用途，例如用于菌种分离、鉴定、菌落计数、检测杂菌、育种、菌种保藏、抗生素等生物活性物质的效价测定及获取真菌孢子等方面。在食用菌栽培和发酵工业中也常使用固体培养基。
（3） 半固体培养基
半固体培养基是指在液体培养基中加入少量凝固剂（如0.2％～0.7％的琼脂）而制成的半固体状态的培养基。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。
（4） 脱水培养基
又称脱水商品培养基或预制干燥培养基，指含有除水以外的一切成分的商品培养基，使用时只要加入适量水分并加以灭菌即可，是一类既有成分精确又有使用方便等优点的现代化培养基。
4、根据培养基的用途来分类
（1）基础培养基：满足一般微生物生长繁殖所需要的营养物质。牛肉膏蛋白胨培养基是最常用的基础培养基。只能保证某些微生物的野生型菌株正常生长，而营养缺陷型菌株不能长。
（2）完全培养基：在基本培养基上加些富含维生素、氨基酸和碱基等天然提取物，因有生长因子而成完全培养基，能满足营养缺陷型微生物的生长。
（3）补充培养基：在基本培养基中针对性地添加某种或某几种物质以满足相应的营养缺陷型菌株生长的需要。
（4）加富培养基(enrichment medium) 也称营养培养基:“投其所好”，在基础培养基中加入某些特殊营养物质（如血清、血液、动植物提取液等）制成的一类营养丰富的培养基。可用于培养营养要求苛刻的微生物，或是通过营养的富集，进行菌种的筛选和分离。
（5）厌氧培养基：适用于厌氧菌的生长。如：肝片肉汤培养基。
（6）选择性培养基：一类根据某微生物的特殊营养要求或其对某些物理、化学因素的抗性而设计的培养基，具有使混合菌样中的劣势菌变成优势菌的功能，广泛用于菌种筛选等领域。
混合菌样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。选择性培养的方法主要有两种，一是利用待分离的微生物对某种营养物的特殊需求而设计的，如：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；二是利用待分离的微生物对某些物理和化学因素具有抗性而设计的，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G－ 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；德巴利酵母属中的许多种酵母菌和酱油中的酵母菌能耐高浓度(18％～20％)的食盐，而其他酵母菌只能耐受3％～11％浓度的食盐，所以，在培养基中加入15％～20％浓度的食盐，即构成耐食盐酵母菌的选择性培养基。
（7） 鉴别培养基：一类在成分中加有能与目的菌的无色代谢产物发生显色反应的指示剂，从而达到只须用肉眼辨别颜色就能方便地从近似菌落中找到目的菌菌落的培养基。最常见的鉴别培养基是伊红美蓝乳糖培养基，即EMB培养基。它在饮用水、牛乳的大肠菌群数等细菌学检查和在E.coli的遗传学研究工作中有着重要的用途。
EMB培养基中的伊红和美蓝两种苯胺染料可抑制G＋细菌和一些难培养的G－ 细菌。在低酸度下，这两种染料会结合并形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。因此，试样中多种肠道细菌会在EMB培养基平板上产生易于用肉眼识别的多种特征性菌落，尤其是大肠杆菌，因其能强烈分解乳糖而产生大量混合酸，菌体表面带H＋，故可染上酸性染料伊红，又因伊红与美蓝结合，故使菌落染上深紫色，且从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光，其他几种产酸力弱的肠道菌的菌落也有相应的棕色。
属于鉴别培养基的还有：明胶培养基可以检查微生物能否液化明胶；醋酸铅培养基可用来检查微生物能否产生H2S气体等。
选择性培养基与鉴别培养基的功能往往结合在同一种培养基中。例如上述EMB培养基既有鉴别不同肠道菌的作用，又有抑制G＋菌和选择性培养G－ 菌的作用。
（8） 种子培养基：种子培养基是为了保证在生长中能获得优质孢子或营养细胞的培养基。一般要求氮源、维生素丰富，原料要精。同时应尽量考虑各种营养成分的特性，使pH在培养过程中能稳定在适当的范围内，以有利菌种的正常生长和发育。有时，还需加入使菌种能适应发酵条件的基质。菌种的质量关系到发酵生产的成败，所以种子培养基的质量非常重要。
（9） 发酵培养基：发酵培养基是生产中用于供菌种生长繁殖并积累发酵产品的培养基。一般数量较大，配料较粗。发酵培养基中碳源含量往往高于种子培养基。若产物含氮量高，则应增加氮源。在大规模生产时，原料应来源充足，成本低廉，还应有利于下游的分离提取。
视频1：微生物培养基--舒黛廉
视频2：微生物的营养--培养基配制原则-张晓静
视频3：微生物的营养--培养基的类型-张晓静
视频4：EMB培养基的鉴别原理-张晓静
视频5：培养基重点知识回顾-张晓静
发酵培养基
