微生物培养基

培养基

培养基(medium或culturemedium)是一种人工配制的、适合微生物生长繁殖或产生代谢产物用的混合养料。因此任何培养基都应具备微生物所需要的六大营养要素，且其间的比例是合适的。任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌，否则很快引起杂菌丛生，并破坏其固有成分和性质。

一、选用和设计培养基的原则和方法

在微生物学研究和生产实践中，配制合适的培养基是一项最基本的工作。但是，许多工作不但要求我们去选用一种现成的培养基，而且还经常要求亲自去设计一种更合适的培养基，这就要求人们除了熟悉微生物的营养知识和规律外，还要有一套科学的设计培养基所应遵循的基本原则和方法。不巧的是，在一般的书籍中，这方面的内容不易找到。为此，这里根据自己的体会，提出了四个原则和四种方法，以作为总结这类工作的一个尝试。

(一)四个原则

1．目的明确在设计新培养基前，首先要明确配制该培养基的目的，例如，要培养何菌？获何产物？用于实验室作科学研究还是用于大规模的发酵生产？作生产中的“种子”，还是用于发酵？等等。

如果某培养基将用于实验室研究，则一般不必过多地计较其成本。但必须明确对该培养基是作一般培养用，还是作精细的生理、代谢或遗传等研究用。如属前者，可尽量按天然培养基的要求来设计，如系后者，则主要应考虑设计一种组合培养基(即“合成培养基”，详后)。拟培养的微生物对象也十分重要。不同大类的微生物，对培养基中碳源与氮源间的比例、pH的高低、渗透压的大小、生长因子的有无以及特殊成分的添加等都要作相应的考虑。

如果某培养基将用于大规模的发酵生产上，则用作“种子”的培养基，一般其营养成分宜丰富些，尤其氮源的含量应较高(即C/N比低)；相反，如拟用作大量生产代谢产物的发酵培养基，则从总体来说，它的氮源含量宜比“种子”培养基稍低(即C/N比高)。除了对不同类型的微生物应考虑其特定条件外，在设计发酵培养基时，还应特别考虑到生产的代谢产物是主流代谢产物，或是次生代谢产物。如属主流代谢产物(一般指通过主要代谢途径产生的那些结构较简单、产量较高、价值较低的降解产物)，则生产不含氮的有机酸或醇类时，培养基中所含的碳源比例自然要比生产含氮的氨基酸类产物时高，反之，生产氨基酸类含氮量高的代谢产物时，氮源的比

例就应高些。如属生产次生代谢产物(一般是指通过复杂合成途径产生的那些结构复杂、产量低、价值高的合成产物)，例如抗生素、维生素或赤霉素等，则还要考虑是否在其中加入特殊元素(如维生素B12中的Co)或特定前体物质(如生产苄青霉素时加入的苯乙酸)。

2．营养协调通过菌体成分的分析，可知道在各种微生物的细胞中，其不同成分或元素间是有较稳定比例的(表5-15)；另外，在异养微生物中，碳源还兼作能源，而能源的需要量是很大的。这两点就是确定培养基中各种营养要素的数量和比例的重要依据。此外，如果设计的培养基是用于生产大量代谢产物的，那么，它所需耗费的营养物的量也要在设计培养基时予以充分考虑。

业已清楚，在大多数化能异养菌的培养基中，各营养要素间在量上的比例大体符合以下十倍序列的递减规律：

要素：H2O＞C+能源＞N源＞P、S＞K、Mg＞生长因子

含量：(～10-1)(～10-2)(～10-3)(～10-4)(～10-5)(～10-6)

从中可以看出：①水分含量最高，这是因为微生物多数是水生性的，它们的a w值(详后)高；②碳源的含量其次，这是因为碳元素在任何细胞有机物中都是含量最高的，同时，碳源还兼有能源的作用，而能源的消耗量是很大的；③N、P、S、K、Mg的含量依次递减，这是与它们分别在细胞组分中的含量是相符的；④生长因子的量最少，这是与它的生理功能相一致的。

在上述序列中，碳源与氮源间的相对比例即碳氮比(C/N比)，它有着十分重要的意义。严格地讲，C/N比是指在微生物培养基中所含的碳源中碳原子的摩尔数与氮源中氮原子的摩尔数之比，而不能简单地理解为某碳源的重量与某氮源的重量之比。这是因为，不同种类的碳源或氮源，其中的含碳量或含氮量差别很大，从以下五种常用氮源的含氮量占总重量的比例即可明白其中的道理：

NH3(含氮量82％)＞CO(NH2)2(46％)＞NH4NO3(35％)＞(NH4)2CO3(29.2％)＞

(NH4)2SO4(21％)这说明在同样重量时，在以上各氮源中含氮量以氨为最高，尿素次之，硝酸铵和碳酸铵更次之，而硫酸铵则最低。

据记载，一般培养基的C/N比为100/0.5～2；谷氨酸发酵培养基为100/11～21，放线菌蛋白酶培养基为100/10～20。

3．物理化学条件适宜

(1)pH 各大类微生物一般都有它们合适的生长pH范围。细菌的最适pH在7.0～8.0间，放线菌在7.5～8.5间，酵母菌在3.8～6.0间，而霉菌则在4.0～5.8间。对于具体的微生物种来说，它们都有特定的最适pH范围，有时可大大突破上述一般界限(见第七章第三节)。

由于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，尤其是不少的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，因而在设计它们的培养基时，就要考虑到培养基的pH调节能力。这种通过培养基内在成分发挥的调节作用，就是pH的内源调节。

内源调节主要有以下两种方法：

第一种是采用磷酸缓冲液的方式。调节K2HPO4和KH2PO4两者浓度比就可获得从pH6.0至7.6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pH6.8。其反应原理如下：

K2HPO4＋HCl→KH2PO4＋KCl

KH2PO4＋KOH→K2HPO4＋H2O

第二种是采用加入CaCO3作“备用碱”的方式。CaCO3在水溶液中溶解度极低，加入至液体或固体培养基中时，不会使培养液的pH升高。但当微生物生长过程中不断产酸时，它就逐渐被溶解，并发生以下反应：

因为CaCO3是不溶性且是沉淀性的，故在配成的培养基中分布很不均匀，如因实验需要，也可用NaHCO3来调节：