微生物培养基

第四章微生物培养基4.1培养基的类型4.2微生物的营养类型4.3培养基的营养成分4.4选用和设计培养基的原则和方法微生物的特点：食谱广、胃口大营养物质：那些能够满足微生物机体生长、繁殖和完成各种生理活动所需的物质营养：微生物获得和利用营养物质的过程营养物质是微生物生存的物质基础，而营养是生物维持和延续其生命形式的一种生理过程。微生物的营养要求微生物细胞的化学组成微生物细胞水：70%-90%干物质有机物蛋白质、糖、脂、核酸、维生素等及其降解产物无机物（盐）微生物、动物、植物之间存在“营养上的统一性”细胞化学元素组成：主要元素：碳、氢、氧、氮、磷、硫、钾、镁、钙、铁等；微量元素：锌、锰、钠、氯、钼、硒、钴、铜、钨、镍、硼等。4.1培养基的类型4.1.1．按成份不同划分1)天然培养基(complexmedium)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营养物质来源主要成份牛肉浸膏瘦牛肉组织浸出汁浓缩而富含水溶性碳水化合物、有机成的膏状物质氮化合物、维生素、盐等蛋白胨将肉、酪素或明胶用酸或富含有机氮化合物、也含有一蛋白酶水解后干燥而成的些维生素和碳水化合物粉末状物质酵母浸膏酵母细胞的水溶性提取物富含B类维生素,也含有有机氮浓缩而成的膏状物质化合物和碳水化合物2)合成培养基(syntheticmedium)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(chemicallydefinedmedium)3)半合成培养基(semi-syntheticmedium)多数培养基配制是采用一部分天然有机物作碳源、氮源和生长因子的来源，再适当加入一些化学药品以补充无机盐成分，使其更能充分满足微生物对营养的需要。4.1.2．根据物理状态划分固体培养基；半固体培养基；液体培养基；4.1.3．按用途划分1）基础培养基(minimummedium)终体积（ml）2505001000（NH4）2SO42g4g8gK2HPO414g28g56gKH2PO46g12g24g柠檬酸钠·2H2O1g2g4g终体积5ml50ml100ml200ml2%Mg2SO4·7H2O（100×）50l500l1ml2ml25%葡萄糖（50×）100l1ml2ml4ml基本盐溶液（4×）1.25ml12.5ml25ml50ml水3.6ml36ml72ml144ml氨基酸(50g/ml)*25l250l500l1ml氨基酸(20g/ml)10l100l200l400l在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的基本营养物质的培养基，也称为基本培养基。牛肉膏蛋白胨培养基就是枯草芽孢杆菌等的完全培养基2）完全培养基(completemedium)在一定条件下含有某种微生物生长繁殖所需的所有营养物质的培养基3）加富培养基和富集培养基(enrichmentmedium)在普通培养基（如肉汤蛋白胨培养基）中加入某些特殊营养物质制成的一类营养丰富的培养基称加富培养基。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。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(Bordetellapertussis)需要含有血液的加富培养基。根据待分离微生物的特点设计的培养基，用于从环境中富集和分离某种微生物称富集培养基。（目的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，从而容易达到分离该种微生物的目的。）4）鉴别培养基(differentialmedium)5）选择培养基(selectivemedium)用于鉴别不同类型微生物的培养基特定的化学反应，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。用于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。4）鉴别培养基(differentialmedium)培养基名称加入化学物质微生物代谢产物培养基特征性变化主要用途酪素培养基酪素胞外蛋白酶蛋白水解圈鉴别产蛋白酶菌株明胶培养基明胶胞外蛋白酶明胶液化鉴别产蛋白酶菌株油脂培养基食用油、土温、胞外脂肪酶由淡红色变成深红色鉴别产脂肪酶菌株中性红指示剂淀粉培养基可溶性淀粉胞外淀粉酶淀粉水解圈鉴别产淀粉酶菌株H2S试验培养基醋酸铅H2S产生黑色沉淀鉴别产H2S菌株糖发酵培养基溴甲酚紫乳酸、醋酸、丙酸等由紫色变成黄色鉴别肠道细菌远藤氏培养基碱性复红、亚硫酸钠酸、乙醛带金属光泽深红色菌落鉴别水中大肠菌群伊红美蓝培养基伊红、美蓝酸带金属光泽深紫色菌落鉴别水中大肠菌群伊红和美蓝二种苯胺染料可抑制G+细菌和一些难培养的G—细菌。在低酸度时，这二种染料结合形成沉淀，起着产酸指示剂的作用。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。例如大肠杆菌强烈分解乳糖而产生大量的混合酸，菌体呈酸性，菌落被染成深紫色，从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光。5）选择培养基(selectivemedium)5）选择培养基(selectivemedium)4.1.4按在发酵过程中的地位来分1)孢子培养基营养要求不要太高所用无机盐浓度要适量要注意培养基的pH和湿度2.种子培养基中各种营养物质的浓度不必太高。供孢子发芽生长用的种子培养基，可添加一些易被吸收利用的碳源和氮源。2)种子培养基1.必须有较完全和丰富的营养物质，特别需要充足的氮源和生长因子。3.种子培养基成分还应考虑与发酵培养基的主要成分相近。3)发酵培养基培养基能够满足产物最经济的合成发酵后所形成的副产物尽可能的少资源丰富,价格低廉,性能稳定,便于采购运输,适于规模储藏,最好本地生产能满足生产工艺要求4.2微生物的营养类型异养型生物自养型生物生长所需要的营养物质生物生长过程中能量的来源光能营养型化能营养型光能自养型：以光为能源，不依赖任何有机物即可正常生长光能异养型：以光为能源，但生长需要一定的有机营养化能自养型：以无机物的氧化获得能量，生长不依赖有机营养物化能异养型：以有机物的氧化获得能量，生长依赖于有机营养物质划分依据营养类型特点碳源自养型(autotrophs)以CO2为唯一或主要碳源异养型(heterotrophs)以有机物为碳源能源光能营养型(phototrophs)以光为能源化能营养型(chemotrophs)以有机物氧化释放的化学能为能源电子供体无机营养型(lithotrophs)以还原性无机物为电子供体有机营养型(organotrophs)以有机物为电子供体微生物营养类型(Ⅰ)微生物的营养类型(Ⅱ)营养类型电子供体碳源能源举例光能无机自养型（光能自养型）H2、H2S、S或H2OCO2光能着色细菌、蓝细菌、藻类光能有机异养型（光能异养型）有机物有机物光能红螺细菌化能无机自养型（化能自养型）H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-CO2化学能(无机物氧化)氢细菌、硫杆菌、亚硝化单胞菌属(Nitrosomonas)、甲烷杆菌属(Methanobacterium)、醋杆菌属(Acetobacter)化能有机异养型（化能异养型）有机物有机物化学能（有机物氧化)假单胞菌属、芽孢杆菌属、乳酸菌属、真菌、原生动物1．光能无机自养型（光能自养型）能以CO2为主要唯一或主要碳源；进行光合作用获取生长所需要的能量；以无机物如H2、H2S、S等作为供氢体或电子供体，使CO2还原为细胞物质；例如，藻类及蓝细菌等和植物一样，以水为电子供体（供氢体），进行产氧型的光合作用，合成细胞物质。而红硫细菌，以H2S为电子供体，产生细胞物质，并伴随硫元素的产生。CO2+2H2S光能光合色素[CH2O]+2S+H2O2．光能有机异养型（光能异养型）不能以CO2为主要或唯一的碳源；以有机物作为供氢体，利用光能将CO2还原为细胞物质；在生长时大多数需要外源的生长因子；例如，红螺菌属中的一些细菌能利用异丙醇作为供氢体，将CO2还原成细胞物质，同时积累丙酮。CHOH+CO2H3CH3C2光能光合色素2CH3C0CH3+[CH2O]+H2O光能无机自养型和光能有机异养型微生物可利用光能生长，在地球早期生态环境的演化过程中起重要作用。3．化能无机自养型（化能自养型）生长所需要的能量来自无机物氧化过程中放出的化学能；以CO2或碳酸盐作为唯一或主要碳源进行生长时，利用H2、H2S、Fe2+、NH3或NO2-等作为电子供体使CO2还原成细胞物质。化能无机自养型只存在于微生物中，可在完全无机及无光的环境中生长。它们广泛分布于土壤及水环境中,参与地球物质循环；4．化能有机异养型（化能异养型）生长所需要的能量均来自有机物氧化过程中放出的化学能；生长所需要的碳源主要是一些有机化合物，如淀粉、糖类、纤维素、有机酸等。有机物通常既是碳源也是能源；大多数细菌、真菌、原生动物都是化能有机异养型微生物；所有致病微生物均为化能有机异养型微生物；4．化能有机异养型（化能异养型）腐生型(metatrophy)：可利用无生命的有机物(如动植物尸体和残体)作为碳源；寄生型(paratrophy)：寄生在活的寄主机体内吸取营养物质,离开寄主就不能生存；在腐生型和寄生型之间还存在中间类型：兼性腐生型(facultivemetatrophy)；兼性寄生型(facultiveparatrophy)；不同营养类型之间的界限并非绝对：异养型微生物并非绝对不能利用CO2；自养型微生物也并非不能利用有机物进行生长；有些微生物在不同生长条件下生长时,其营养类型也会发生改变；例如紫色非硫细菌(purplenonsulphurbacteria)：没有有机物时，同化CO2，为自养型微生物；有机物存在时，利用有机物进行生长，为异养型微生物；光照和厌氧条件下，利用光能生长，为光能营养型微生物；黑暗与好氧条件下，依靠有机物氧化产生的化学能生长，为化能营养型微生物；微生物营养类型的可变性无疑有利于提高其对环境条件变化的适应能力5．营养缺陷型某些菌株发生突变(自然突变或人工诱变)后，失去合成某种(或某些)对该菌株生长必不可少的物质(通常是生长因子如氨基酸、维生素)的能力，必须从外界环境获得该物质才能生长繁殖，这种突变型菌株称为营养缺陷型(auxotroph)，相应的野生型菌株称为原养型(prototroph)。营养缺陷型菌株经常用来进行微生物遗传学方面的研究。微生物生长需要的生长因子与营养缺陷型之间的关系？4.3培养基的营养成分培养基几乎是一切对微生物进行研究和利用工作的基础培养基（medium）是人工配制的，适合微生物生长繁殖或产生代谢产物的营养基质。任何培养基都应该具备微生物生长所需要六大营养要素：碳源、氮源、无机盐、能源、生长因子、水任何培养基一旦配成，必须立即进行灭菌处理；常规高压蒸汽灭菌：1.05kg/cm2,121.3℃15-30分钟；0.56kg/cm2,112.6℃15-30分钟某些成分进行分别灭菌；过滤除菌；微生物与动植物营养要素的比较微生物动物（异养）异养自养绿色植物（自养）碳源糖类、脂肪糖、醇、有机酸等二氧化碳、碳酸盐等二氧化碳氮源蛋白质及其降解物蛋白质及其降解物、有机氮化物、无机氮化物、氮无机氮化物、氮无机氮化物能源与碳源同与碳源同氧化无机物或利用日光能利用日光能生长因子维生素有些需要维生素等生长因子不需要不需要无机元素无机盐无机盐无机盐无机盐水分水水水水4.3.1碳源构成菌体成分的重要元素，产生各种代谢产物和细胞内贮藏物质的主要原料同时又是化能异养型微生物的能量来源。碳源种类糖：单糖中的己糖，寡糖中的蔗糖、麦芽糖、棉子糖，多糖中的淀粉、纤维素、半纤维素、甲壳质和果胶质等，其中淀粉是大多数微生物都能利用的碳源。有机酸如糖酸、柠檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、苹果酸、丙酮酸、酒石酸等醇类甘露醇、甘油、低浓度的乙醇脂肪酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低级脂肪酸都可用作碳源。油酸和亚油酸等高级脂肪酸可被不少放线菌和真菌作为碳源和能源利用，低浓度的高级脂肪酸可刺激细菌生长，