培养基的类型及应用

培养基的类型及应用

培养基种类繁多,根据其成份、物理状态和用途可将培养基分成多种类型。

1．按成份不同划分

(1) 天然培养基(complex medium)

这类培养基主要以化学成分还不清楚或化学成分不恒定的天然有机物组成,牛肉膏蛋白胨培养基和麦芽汁培养基就属于此类。基因克隆技术中常用的LB(Luria-Bertani)培养基也是一种复合培养基,其组成见表4-10。

常用的天然有机营养物质包括牛肉浸膏、蛋白胨、酵母浸膏(表4-11)、豆芽汁、玉米粉、土壤浸液、麸皮、牛奶、血清、稻草浸汁、羽毛浸汁、胡罗卜汁、椰子汁等,嗜粪微生物(coprophilous microorganisms)可以利用粪水作为营养物质。复合培养基成本较低,除在实验室经常使用外,也适于用来进行工业上大规模的微生物发酵生产。

(2) 合成培养基(synthetic medium)

合成培养基是由化学成份完全了解的物质配制而成的培养基，也称化学限定培养基(chemically defined medium),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

根据培养基中凝固剂的有无及含量的多少,可将培养基划分为固体培养基、半固体培养基和液体培养基三种类型。

(1) 固体培养基(solid medium)

在液体培养基中加入一定量凝固剂即为固体培养基。理想的凝固剂应具备以下条件: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。在培养嗜热细菌时,由于高温容易引起培养基液化,通常在培养基中适当增加凝固剂来解决这一问题;3.凝固剂凝固点温度不能太低,否则将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;7.配制方便且价格低廉。常用的凝固剂有琼脂(agar)、明胶(gelatin)和硅胶(silica gel)。表4-12列出琼脂和明胶的一些主要特征。

对绝大多数微生物而言,琼脂是最理想的凝固剂,琼脂是由藻类(海产石花菜)中提取的一种高度分支的复杂多糖；明胶是由胶原蛋白制备得到的产物,是最早用来作为凝固剂的物质,但由于其凝固点太低,而且某些细菌和许多真菌产生的非特异性胞外蛋白酶以及梭菌产生的特异性胶原酶都能液化明胶,目前已较少作为凝固剂；硅胶是由无机的硅酸钠(Na2SiO3)及硅酸钾(K2SiO3)被盐酸及硫酸中和时凝聚而成的胶体,它不含有机物,适合配制分离与培养自养型微生物的培养基。

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

在实验室中,固体培养基一般是加入平皿或试管中，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等。

(2) 半固体培养基(semisolid medium)

半固体培养基中凝固剂的含量比固体培养基少,培养基中琼脂量一般为0.2~0.7%。半固体培养基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(liquid medium)

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以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(minimum medium)

尽管不同微生物的营养需求各不相同,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。基础培养基也可以作为一些特殊培养基的基础成份,再根据某种微生物的特殊营养需求,在基础培养基中加入所需营养物质。

(2) 加富培养基(enrichment medium)

加富培养基也称营养培养基,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型微生物,如培养百日咳博德氏菌(Bordetella pertussis)需要含有血液的加富培养基。加富培养基还可以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。从某种意义上讲,加富培养基类似选择培养基,两者区别在于，加富培养基是用来增加所要分离的微生物的数量，使其形成生长优势，从而分离到该种微生物；选择培养基则一般是抑制不需要的微生物的生长，使所需要的微生物增殖，从而达到分离所需微生物的目的。

(3) 鉴别培养基(differential medium)

鉴别培养基是用于鉴别不同类型微生物的培养基。在培养基中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,而这种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,产生明显的特征性变化,根据这种特征性变化,可将该种微生物与其他微生物区分开来。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。常用的一些鉴别培养基见表4-13。

(4)选择培养基(selective medium) 选择培养基是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性不同,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油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能分解纤维素或石蜡油的微生物;利用以蛋白质作为唯一氮源的选择培养基，可以分离产胞外蛋白酶的微生物;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,在培养基中加入数滴10%酚可以抑制细菌和霉菌的生长,从而由混杂的微生物群体中分离出放线菌;在培养基中加入亚硫酸铋,可以抑制革兰氏阳性细菌和绝大多数革兰氏阴性细菌的生长,而革兰氏阴性的伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi)可以在这种培养基上生长; 在培养基中加入染料亮绿(brilliant green)或结晶紫(crystal violet),可以抑制革兰氏阳性细菌的生长,从而达到分离革兰氏阴性细菌的目的;在培养基中加入青霉素、四环素或链霉素,可以抑制细菌和放线菌生长,而将酵母菌和霉菌分离出来。现代基因克隆技术中也常用选择培养基,在筛选含有重组质粒的基因工程菌株过程中,利用质粒上具有的对某种(些)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。例如，当要分离金黄色葡萄球菌时,在培养基中加入7.5%NaCl、甘露糖醇和酸碱指示剂,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，而且菌落周围培养基颜色发生变化，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。

(4) 其它

除上述四种主要类型外，培养基按用途划分还有很多种，比如：分析培养基(assay medium)常用来分析某些化学物质(抗生素、维生素)的浓度，还可用来分析微生物的营养需求；还原性培养基(reduced medium)专门用来培养厌氧型微生物；组织培养物培养基

(tissue-culture midium)含有动、植物细胞,用来培养病毒、衣原体(chlamydia)、立克次氏体(rickettsia)及某些螺旋体(spirochete)等专性活细胞寄生的微生物。尽管如此,有些病毒和立克次氏体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、家鼠和豚鼠,鸡胚也是培养某些病毒与立克次氏体的良好营养基质,鸡瘟病毒、牛痘病毒、天花病毒、狂犬病毒等十几种病毒也可用鸡胚培养。