《工业微生物学》 低,细胞外浓度高。对嗜盐菌来说,钠除了维持细胞的滲透压(嗜盐菌放λ低渗溶液即 会崩溃)外,还与营养物的吸收有关,如一些嗜盐菌吸收葡萄糖需要Naˆ的帮助 7微量元素 除上述几种重要的宏量元素外,正常生长的微生物还需要其它一些微量元素,如果 缺乏这些元素,将会导致微生物生理活性降低,甚至停止生长。微量元素往往与酶活性 有关,或参与酶的组成,或是许多酶的调节因子。 铁是过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素和细胞色素氧化酶的组成元素,也是铁细 菌的能源,铁含量太低会影响白喉杆菌形成白喉毒素。铜是多酚氧化酶和抗坏血酸氧化 酶的成分。锌是醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、肽酶和脱羧酶的辅助因子。钴参与维生素Bz 的组成。钼参与固氮酶的组成。锰为超氧化物酶的激活剂。 在配制培养基时,可以通过添加有关化学试剂来补充宏量元素。其中首选是KHPO 和MgS04,它们可提供四种需要量很大的元素:K、P、S和Mg。对其它需要量较少的元素 尤其是微量元素来说,因为它们在一些化学试剂、天然水和天然培养基组分中都以杂质 等状态存在,在玻璃器皿等实验用品上也有少量存在,所以,不必另行加入。但如果要 配制研究营养代谢等精细培养基时,所用的玻璃器皿是硬质材料、试剂又是高纯度的 这就应根据需要加入必要的微量元素。 3.1.2.5生长因(素)子 自养型的微生物可以不依赖外源有机物质,只需无机物就能合成全部细胞物质:大 部分异养型微生物除需要有机碳源外,在无机氮源或其它矿物质的环境中也能够生长。 但是,另外一些异养型的微生物在一般碳源、氮源和无机盐的培养基中培养还不能生长 或生长较差。当在培养基加入某些组织(或细胞)提取液时,这些微生物就生长良好。 这说明这些组织或细胞中含有这些微生物生长所必需的营养因子,这些因子就称为生长 因子( growth factor)。可以将生长因子定义为某些微生物不能从普通的碳源、氮源合 成,而需要另外少量加入来满足生长需要的有机物质。它们包括氨基酸、维生素、嘌呤 和嘧啶碱及其衍生物。有时也包括一些脂肪酸及其它膜成分。 必须指出的是各种微生物所需的生长因子互不相同,有的需要多种,有的仅需一种 有的不需要。一种微生物所需的生长因子也会随培养条件的变化而变化。如在培养基中 有否前体物质、通气条件、pH和温度等条件都会影响微生物对生长因子的需求。 从自然界直接分离到的任何微生物在其发生营养缺陷突变前的原始菌株,均称为该 微生物的野生型( wild type)绝大多数野生型菌株只需要简单的碳源和氮源等就能生长 不需要添加生长因子;野生型菌株在实验室中经过人工诱变处理后,常会丧失合成某种 营养物质(通常是生长因子)的能力。这些菌株生长的培养基中必需添加某种氨基酸 嘌呤、嘧啶或维生素等生长因子。这些由野生型菌株突变而来的菌株称为营养缺陷型 ( auxotroph)。在微生物遗传、变异和代谢生理的研究、以及微生物杂交育种和氨基酸、 核苷酸等发酵生产中常采用营养缺陷型菌株:营养缺陷型菌株经回复突变或基因重组后 产生的菌株,其营养要求在表型上与野生型相同的称为原养型( prototroph),原养型菌 株的生长也不需要添加生长因子。 1)维生素 维生素( Vitamin)是一些微生物生长和代谢所必需的、微量的小分子有机物。它 们的特点是 (1)机体不能合成,必须经常从食物中获得。 (2)生物对其的需要量较低。微生物对维生素的需要量1-50ug/L或更低。 (3)它不是结构或能量物质,但它是必不可少的代谢调节物质。大多数是酶的辅助 因子。 1)不同生物所需的维生素各不相同。有的微生物可以自行合成维生素,如肠道菌 可以合成维生素K等,有的细菌可以用于生产维生素C )氨基酸 L-氨基酸是组成蛋白质的主要成分,此外,细菌的细胞壁合成还需要D氨基酸。所 以,如果微生物缺乏合成某种氨基酸的能力,就需要补充这种氨基酸。补充量一般要达 到20-50ug/mL,是维生素需要量的几千倍。可以直接提供所需的氨基酸,或含有所需氨
《工业微生物学》 第三章 6 低，细胞外浓度高。对嗜盐菌来说，钠除了维持细胞的渗透压（嗜盐菌放入低渗溶液即 会崩溃）外，还与营养物的吸收有关，如一些嗜盐菌吸收葡萄糖需要 Na+的帮助。 7)微量元素 除上述几种重要的宏量元素外，正常生长的微生物还需要其它一些微量元素，如果 缺乏这些元素，将会导致微生物生理活性降低，甚至停止生长。微量元素往往与酶活性 有关，或参与酶的组成，或是许多酶的调节因子。 铁是过氧化氢酶、过氧化物酶、细胞色素和细胞色素氧化酶的组成元素，也是铁细 菌的能源，铁含量太低会影响白喉杆菌形成白喉毒素。铜是多酚氧化酶和抗坏血酸氧化 酶的成分。锌是醇脱氢酶、乳酸脱氢酶、肽酶和脱羧酶的辅助因子。钴参与维生素 B12 的组成。钼参与固氮酶的组成。锰为超氧化物酶的激活剂。 在配制培养基时，可以通过添加有关化学试剂来补充宏量元素。其中首选是 K2HPO4 和 MgSO4,它们可提供四种需要量很大的元素：K、P、S 和 Mg。对其它需要量较少的元素 尤其是微量元素来说，因为它们在一些化学试剂、天然水和天然培养基组分中都以杂质 等状态存在，在玻璃器皿等实验用品上也有少量存在，所以，不必另行加入。但如果要 配制研究营养代谢等精细培养基时，所用的玻璃器皿是硬质材料、试剂又是高纯度的， 这就应根据需要加入必要的微量元素。 3.1.2.5 生长因（素）子 自养型的微生物可以不依赖外源有机物质，只需无机物就能合成全部细胞物质；大 部分异养型微生物除需要有机碳源外，在无机氮源或其它矿物质的环境中也能够生长。 但是，另外一些异养型的微生物在一般碳源、氮源和无机盐的培养基中培养还不能生长 或生长较差。当在培养基加入某些组织（或细胞）提取液时，这些微生物就生长良好。 这说明这些组织或细胞中含有这些微生物生长所必需的营养因子，这些因子就称为生长 因子（growth factor）。可以将生长因子定义为某些微生物不能从普通的碳源、氮源合 成，而需要另外少量加入来满足生长需要的有机物质。它们包括氨基酸、维生素、嘌呤 和嘧啶碱及其衍生物。有时也包括一些脂肪酸及其它膜成分。 必须指出的是各种微生物所需的生长因子互不相同，有的需要多种，有的仅需一种， 有的不需要。一种微生物所需的生长因子也会随培养条件的变化而变化。如在培养基中 有否前体物质、通气条件、pH 和温度等条件都会影响微生物对生长因子的需求。 从自然界直接分离到的任何微生物在其发生营养缺陷突变前的原始菌株，均称为该 微生物的野生型（wild type)。绝大多数野生型菌株只需要简单的碳源和氮源等就能生长， 不需要添加生长因子；野生型菌株在实验室中经过人工诱变处理后，常会丧失合成某种 营养物质（通常是生长因子）的能力。这些菌株生长的培养基中必需添加某种氨基酸、 嘌呤、嘧啶或维生素等生长因子。这些由野生型菌株突变而来的菌株称为营养缺陷型 （auxotroph)。在微生物遗传、变异和代谢生理的研究、以及微生物杂交育种和氨基酸、 核苷酸等发酵生产中常采用营养缺陷型菌株；营养缺陷型菌株经回复突变或基因重组后 产生的菌株，其营养要求在表型上与野生型相同的称为原养型（prototroph)，原养型菌 株的生长也不需要添加生长因子。 1)维生素 维生素（Vitamin）是一些微生物生长和代谢所必需的、微量的小分子有机物。它 们的特点是: （1）机体不能合成，必须经常从食物中获得。 （2）生物对其的需要量较低。微生物对维生素的需要量 1-50g/L 或更低。 （3）它不是结构或能量物质，但它是必不可少的代谢调节物质。大多数是酶的辅助 因子。 （4）不同生物所需的维生素各不相同。有的微生物可以自行合成维生素，如肠道菌 可以合成维生素 K 等，有的细菌可以用于生产维生素 C。 2) 氨基酸 L-氨基酸是组成蛋白质的主要成分，此外，细菌的细胞壁合成还需要 D-氨基酸。所 以，如果微生物缺乏合成某种氨基酸的能力，就需要补充这种氨基酸。补充量一般要达 到 20-50g/mL，是维生素需要量的几千倍。可以直接提供所需的氨基酸，或含有所需氨
《工业微生物学》第三章 基酸的小分子肽。在有些情况下,细胞只能利用小肽,而不能利用氨基酸。这是因为单 个氨基酸不能透过细胞,而小分子肽较容易透过细胞,随后由肽酶水解成氨基酸 有时培养基中一种氨基酸的含量太高,会抑制其它氨基酸的摄取,这就是“氨基酸 不平衡”现象 3)碱基 减基包括嘌呤和嘧啶碱,主要功能是组成核酸和一些辅酶。生物体的碱基有两种来 源:通过食物摄取和经“从无到有”途径合成。 核苷酸合成的途径有两条: (1)从碱基直接形成相应的单磷酸核苷酸 G+ PRPP GMP 鸟嘌呤磷酸核糖鸟苷酸 焦磷酸 (2)间接途径 G十核糖-1-P—丶鸟嘌呤-核糖(鸟苷) 鸟苷+ATP GMP ADP 如果微生物细胞中存在第二条途径,核苷和游离碱基都可用作生长因子;如果微生 物细胞中只有第一条途径,那么,微生物就只能利用游离的碱基。核苷酸一般不能用做 生长因子,因为核苷酸中磷酸基团的存在会导致它在水溶液中电离,而难以透过细胞膜 进入细胞。另外有些微生物既不能合成碱基,也不能利用外源碱基,所以,需要提供核 苷或核苷酸,而且需要量很大。 4)脂肪酸等类脂 某些微生物不能合成脂肪酸等类脂,必须从外界摄取长链脂肪酸,用于构建细胞膜 另外,有些微生物还需要如固醇、胆碱和肌醇等类脂用于组成细胞膜。 3.1.26能源 能源是指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。微生物的能 原谱如下 有机物:化能异养型微生物的能源(与碳源相同) 化学物质 无机物:化能自养性微生物的能源(不同于碳源) 能源谱 辐射能光能自养和光能异养型微生物的能源 化能异养型微生物的能源即碳源。化能自养型微生物的能源都是还原态的无机物 如:N、NO2、S、HS、H、Fe等,它们分别属于是硝化细菌、亚硝酸细菌、硫化细菌、 硫细菌、氢细菌和铁细菌等。 种营养物常有一种以上营养要素的功能,即除单功能营养物外,还有双功能,甚 至三功能的营养物。如:辐射能是单功能的:还原态无机养分常是双功能的(NH'既是 硝化细菌的能源,又是它的氮源)甚至是三功能的(能源、氮源和碳源);有机物常 有双功能或三功能作用 3.1.3微生物的培养基 培养基通常指人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。广义上 说,凡是支持微生物生长和繁殖的介质或材料均可作为微生物的培养基。培养基是微生 物学尤其是工业微生物学研究的重要内容。一个恰当的培养基配方,对发酵产品的产量 和质量有着极大的影响。微生物的培养基配方犹如菜谱,种类繁多,且层出不穷。如今, 培养基的种类有数万种之多
《工业微生物学》 第三章 7 基酸的小分子肽。在有些情况下，细胞只能利用小肽，而不能利用氨基酸。这是因为单 个氨基酸不能透过细胞，而小分子肽较容易透过细胞，随后由肽酶水解成氨基酸。 有时培养基中一种氨基酸的含量太高，会抑制其它氨基酸的摄取，这就是“氨基酸 不平衡”现象。 3) 碱基 碱基包括嘌呤和嘧啶碱，主要功能是组成核酸和一些辅酶。生物体的碱基有两种来 源：通过食物摄取和经“从无到有”途径合成。 核苷酸合成的途径有两条： (1) 从碱基直接形成相应的单磷酸核苷酸 G ＋ PRPP ⎯→ GMP ＋ PPi 鸟嘌呤 磷酸核糖 鸟苷酸 焦磷酸 焦磷酸 (2) 间接途径 G ＋ 核糖-1-P ⎯→ 鸟嘌呤-核糖（鸟苷） 鸟苷 ＋ ATP ⎯→ GMP ＋ ADP 如果微生物细胞中存在第二条途径，核苷和游离碱基都可用作生长因子；如果微生 物细胞中只有第一条途径，那么，微生物就只能利用游离的碱基。核苷酸一般不能用做 生长因子，因为核苷酸中磷酸基团的存在会导致它在水溶液中电离，而难以透过细胞膜 进入细胞。另外有些微生物既不能合成碱基，也不能利用外源碱基，所以，需要提供核 苷或核苷酸，而且需要量很大。 4) 脂肪酸等类脂 某些微生物不能合成脂肪酸等类脂，必须从外界摄取长链脂肪酸，用于构建细胞膜。 另外，有些微生物还需要如固醇、胆碱和肌醇等类脂用于组成细胞膜。 3.1.2.6 能源 能源是指能为微生物的生命活动提供最初能量来源的营养物或辐射能。微生物的能 源谱如下： 化能异养型微生物的能源即碳源。化能自养型微生物的能源都是还原态的无机物， 如：NH4 +、NO2 -、S、H2S、H2、Fe2+等，它们分别属于是硝化细菌、亚硝酸细菌、硫化细菌、 硫细菌、氢细菌和铁细菌等。 一种营养物常有一种以上营养要素的功能，即除单功能营养物外，还有双功能，甚 至三功能的营养物。如：辐射能是单功能的；还原态无机养分常是双功能的（NH4 +既是 硝化细菌的能源，又是它的氮源）甚至是三功能的（ 能源、氮源和碳源）；有机物常 有双功能或三功能作用。 3.1.3 微生物的培养基 培养基通常指人工配制的适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。广义上 说，凡是支持微生物生长和繁殖的介质或材料均可作为微生物的培养基。培养基是微生 物学尤其是工业微生物学研究的重要内容。一个恰当的培养基配方，对发酵产品的产量 和质量有着极大的影响。微生物的培养基配方犹如菜谱，种类繁多，且层出不穷。如今， 培养基的种类有数万种之多。 有机物：化能异养型微生物的能源（与碳源相同） 化学物质 无机物：化能自养性微生物的能源（不同于碳源） 能源谱 辐射能 光能自养和光能异养型微生物的能源
《工业微生物学》第三章 3.1.3.1培养基的配制原则 对不同的微生物,不同的营养要求可以有不同的培养基。但是,它们的配制必须 遵循一定的原则。 1)营养物质应满足微生物的需要 不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大,所以,应根据所培养菌种对各营养 要素的不同要求进行配制。如自养微生物的培养基成分是无机的,而异养型微生物的培 养基成分必须含有机物。针对四大类微生物,一般可以采用现成配方的培养基。如细菌 采用肉汤蛋白胨培养基、放线菌采用高氏1号合成培养基、酵母采用麦芽汁培养基及霉 菌采用查氏合成培养基 2)营养物的浓度及配比应恰当 营养物的浓度太低,则不能满足微生物生长的需要,浓度太高,又会抑制微生物的 生长。如糖和盐都是良好的营养物质,但是,浓度升高,则有抑菌作用。 碳氮比(C/N)一般指培养基中元素C与N的比值。为方便测定和计算,人们常以 培养基中还原糖含量与粗蛋白含量的比值来表示。在考察培养基组成时,人们常以碳氮 比作为一个重要的指标。一般培养基的C∧N比为100:0.5-2:在谷氨酸生产菌发酵中 C∧N比为4/1时,菌体大量繁殖,谷氨酸积累量较少:当C/N为3/1时,菌体繁殖受到 抑制,谷氨酸大量积累。 在设计营养物配比时,还应该考虑避免培养基中各成分之间的相互作用。如蛋白胨、 酵母膏中含有磷酸盐时,会与培养基中钙或镁离子在加热时发生沉淀反应。在高温下, 还原糖与蛋白质或氨基酸也会相互作用产生褐色物质 在培养基配制时,可添加化学试剂补充宏量元素。其中,首选的是KHPO4和MgSO 因为它们包含了四种宏量元素。对于微量元素,一般化学试剂、水及器皿上均有存在 3)物理化学条件适宜 (1)pH值 各大类微生物一般都有它们生长繁殖的最适pH。细菌的最适pH一般在7.0-8.0, 放线菌在pH7.5-8.5间,酵母菌在pH3.8-6.0间,霉菌在pH4.0-5.8之间。对于具体的 微生物菌种来说,它们都有各自特定的最适pH范围,有时会大大突破上述界限。 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。在设计它们的 培养基时,就要考虑到培养基的p调节能力。一般应该加入磷酸缓冲液或CaC3,使培 养液的pH稳定 调节KlHP01和KHPO两者浓度比,可获得从pH6.0到pH7.6间一系列稳定的pH,当 两者等摩尔浓度比时,溶液的p可稳定在6.8。其反应式如下 K2HPO4 +Hcl ->KH2 PO4 KCl KH2 PO, KOh K2HPO, H2o CaCO3在水溶液中溶解度极低,加入液体或固体培养基中,不会使培养基p升高。 但是,当微生物生长过程中不断产生酸时,它被逐渐溶解,并与酸反应,最终以CO2形 式释放到大气中,所以,它具有良好的稳定培养基pH的作用 HCO3H2CO3CO2个+H2O 培养基中的蛋白质或氨基酸经发酵后,会产生氨,从而有升高培养基pH的趋势。 培养基的灭菌过程也会引起培养基的pH发生变化。高温处理过程中,一些大分子发生 分解,造成p下降 (2)其它 培养基的其它物化指标也将影响微生物的培养。培养基中水的活度应符合微生物的 生理要求(a值在0.63-0.99之间)。大多数微生物适合在等渗的环境下生长,而有些 细菌如金黄色葡萄球菌( Staphylococcus aureus)能在3mol/ L Nacl中生长。能在高盐 环境(2.86.2mol/ NAcl)生长的微生物称为嗜盐微生物( halophiles) 在配制培养基时,通常不必测定这些指标,因为培养基中各种成分及其浓度等指标 的优化已间接地确定了培养基的水活度和渗透压。此外,各种微生物对培养基的氧化还 原电位等也有不同的要求 4)根据培养的目的
《工业微生物学》 第三章 8 3.1.3.1 培养基的配制原则 针对不同的微生物，不同的营养要求可以有不同的培养基。但是，它们的配制必须 遵循一定的原则。 1) 营养物质应满足微生物的需要 不同营养类型的微生物对营养的需求差异很大，所以，应根据所培养菌种对各营养 要素的不同要求进行配制。如自养微生物的培养基成分是无机的，而异养型微生物的培 养基成分必须含有机物。针对四大类微生物，一般可以采用现成配方的培养基。如细菌 采用肉汤蛋白胨培养基、放线菌采用高氏 1 号合成培养基、酵母采用麦芽汁培养基及霉 菌采用查氏合成培养基。 2)营养物的浓度及配比应恰当 营养物的浓度太低，则不能满足微生物生长的需要，浓度太高，又会抑制微生物的 生长。如糖和盐都是良好的营养物质，但是，浓度升高，则有抑菌作用。 碳氮比（C/N）一般指培养基中元素 C 与 N 的比值。为方便测定和计算，人们常以 培养基中还原糖含量与粗蛋白含量的比值来表示。在考察培养基组成时，人们常以碳氮 比作为一个重要的指标。一般培养基的 C/N 比为 100：0.5-2；在谷氨酸生产菌发酵中， C/N 比为 4/1 时，菌体大量繁殖，谷氨酸积累量较少；当 C/N 为 3/1 时，菌体繁殖受到 抑制，谷氨酸大量积累。 在设计营养物配比时，还应该考虑避免培养基中各成分之间的相互作用。如蛋白胨、 酵母膏中含有磷酸盐时，会与培养基中钙或镁离子在加热时发生沉淀反应。在高温下， 还原糖与蛋白质或氨基酸也会相互作用产生褐色物质。 在培养基配制时，可添加化学试剂补充宏量元素。其中，首选的是 K2HPO4和 MgSO4， 因为它们包含了四种宏量元素。对于微量元素，一般化学试剂、水及器皿上均有存在。 3) 物理化学条件适宜 (1) pH 值 各大类微生物一般都有它们生长繁殖的最适 pH。细菌的最适 pH 一般在 7.0-8.0， 放线菌在 pH7.5-8.5 间，酵母菌在 pH3.8-6.0 间，霉菌在 pH4.0-5.8 之间。对于具体的 微生物菌种来说，它们都有各自特定的最适 pH 范围，有时会大大突破上述界限。 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。在设计它们的 培养基时，就要考虑到培养基的 pH 调节能力。一般应该加入磷酸缓冲液或 CaCO3，使培 养液的 pH 稳定。 调节 K2HPO4和 KH2PO4 两者浓度比，可获得从 pH6.0 到 pH7.6 间一系列稳定的 pH，当 两者等摩尔浓度比时，溶液的 pH 可稳定在 6.8。其反应式如下： K2HPO4 + HCl ⎯→ KH2PO4 + KCl KH2PO4 + KOH ⎯→ K2HPO4 + H2O CaCO3 在水溶液中溶解度极低，加入液体或固体培养基中，不会使培养基 pH 升高。 但是，当微生物生长过程中不断产生酸时，它被逐渐溶解，并与酸反应，最终以 CO2 形 式释放到大气中，所以，它具有良好的稳定培养基 pH 的作用。 CO3 2+ HCO3 - H2CO3 CO2 + H2O 培养基中的蛋白质或氨基酸经发酵后，会产生氨，从而有升高培养基 pH 的趋势。 培养基的灭菌过程也会引起培养基的 pH 发生变化。高温处理过程中，一些大分子发生 分解，造成 pH 下降。 (2) 其它 培养基的其它物化指标也将影响微生物的培养。培养基中水的活度应符合微生物的 生理要求（aω值在 0.63-0.99 之间）。大多数微生物适合在等渗的环境下生长，而有些 细菌如金黄色葡萄球菌（Staphylococcus aureus)能在 3mol/L Nacl 中生长。能在高盐 环境（2.8~6.2mol/LNacl）生长的微生物称为嗜盐微生物（halophiles）。 在配制培养基时，通常不必测定这些指标，因为培养基中各种成分及其浓度等指标 的优化已间接地确定了培养基的水活度和渗透压。此外，各种微生物对培养基的氧化还 原电位等也有不同的要求。 4) 根据培养的目的
《工业微生物学》 培养基的成分直接影响着培养的目标。在设计培养基时必须考虑是要培养菌体,还 是要积累产物,是实验室培养还是大规模发酵等问题 用于培养菌体的种子培养基营养成分应丰富,尤其是氮源含量宜高。即碳氮比值低。 相反,用于积累大量生产代谢产物的发酵培养基,它的氮源一般应比种子培养基稍低。 当然,若发酵产物是含氮化合物时,有时还应该提高培养基的氮源含量 在设计培养基时,还应特别考虑到代谢产物是初级代谢产物,还是次级代谢产物 若是次级代谢产物还要考虑是否加入特殊元素(如维生素B2中的Co)或特定的前体物 质(如生产卞青霉素时,应加入苯乙酸)。 在设计培养基尤其是大规模发酵生产用的培养基时,还应重视培养基中各种成分的 来源和价格,应该优先选择来源广泛开展、价格低廉的培养基,提倡“以粗代精”,“以 废代好 3.1.32培养基的种类 培养基的种类繁多。因考虑的角度不同,可将培养基分成不同的类型。 天然培养基 根据对培养基成分了解的程度{合成培养基 半合成培养基 液体培养基 根据培养基物理状态 固体培养基 半固体培养基 种子培养基 发酵培养基 根据培养的目的 繁殖培养基 保藏培养基 基本培养基 加富培养基 根据培养基的特殊用途 选择培养基 鉴别培养基 测定生理生化特性的培养基 表3.1.2几种天然培养基原材料的特性 原材料 制作特点 件肉膏瘦牛肉加热抽提并浓缩而成的主要提供碳水化合物(有机酸、糖类), 状物 有机氮化物(氨基酸、嘌呤、胍类), 机盐(钾,磷等)和水溶性维生素(主要 为B族) 蛋白胨酪素、明胶或鱼粉等蛋白质经酸主要提供有机氮、维生素及碳水化合物 酶(胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜 蛋白酶)水解而成 酵母膏(酵酵母细胞水抽提物浓缩而成的膏可提供大量的B族维生素,大量的氨基酸 母粉) 状物或粉剂 嘌呤碱及微量元素 玉米浆用亚硫酸浸泡玉米制淀粉时的废提供可溶性蛋白质、多肽、小肽、氨基酸 水,经减压浓缩而成的浓缩液。还原糖和B族维生素 干物质占50%,棕黄色,久置沉 甘蔗糖蜜制糖厂除去糖结晶后的下脚废匡主要含蔗糖和其它糖,还有氨基酸、有机 甜菜糖蜜液,棕黑色 酸,少量的维生素等 1)天然培养基 natural mediun) 凡利用生物的组织、器官及其抽取物或制品配成的培养基,称为天然培养基。优点
《工业微生物学》 第三章 9 培养基的成分直接影响着培养的目标。在设计培养基时必须考虑是要培养菌体，还 是要积累产物，是实验室培养还是大规模发酵等问题。 用于培养菌体的种子培养基营养成分应丰富，尤其是氮源含量宜高。即碳氮比值低。 相反，用于积累大量生产代谢产物的发酵培养基，它的氮源一般应比种子培养基稍低。 当然，若发酵产物是含氮化合物时，有时还应该提高培养基的氮源含量。 在设计培养基时，还应特别考虑到代谢产物是初级代谢产物，还是次级代谢产物。 若是次级代谢产物还要考虑是否加入特殊元素（如维生素 B12 中的 Co）或特定的前体物 质（如生产卞青霉素时，应加入苯乙酸）。 在设计培养基尤其是大规模发酵生产用的培养基时，还应重视培养基中各种成分的 来源和价格，应该优先选择来源广泛开展、价格低廉的培养基，提倡“以粗代精”，“以 废代好”。 3.1.3.2 培养基的种类 培养基的种类繁多。因考虑的角度不同，可将培养基分成不同的类型。 表 3.1.2 几种天然培养基原材料的特性 原材料 制作特点 营养价值 牛肉膏 瘦牛肉加热抽提并浓缩而成的膏 状物 主要提供碳水化合物（有机酸、糖类）， 有机氮化物（氨基酸、嘌呤、胍类），无 机盐（钾，磷等）和水溶性维生素（主要 为 B 族） 蛋白胨 酪素、明胶或鱼粉等蛋白质经酸、 酶（胰蛋白酶、胃蛋白酶、木瓜 蛋白酶）水解而成 主要提供有机氮、维生素及碳水化合物 酵母膏（酵 母粉） 酵母细胞水抽提物浓缩而成的膏 状物或粉剂 可提供大量的 B 族维生素，大量的氨基酸， 嘌呤碱及微量元素 玉米浆 用亚硫酸浸泡玉米制淀粉时的废 水，经减压浓缩而成的浓缩液。 干物质占 50%，棕黄色，久置沉 淀 提供可溶性蛋白质、多肽、小肽、氨基酸、 还原糖和 B 族维生素。 甘蔗糖蜜 甜菜糖蜜 制糖厂除去糖结晶后的下脚废 液，棕黑色 主要含蔗糖和其它糖，还有氨基酸、有机 酸，少量的维生素等 1) 天然培养基(natural medium) 凡利用生物的组织、器官及其抽取物或制品配成的培养基，称为天然培养基。优点 天然培养基 根据对培养基成分了解的程度 合成培养基 半合成培养基 液体培养基 根据培养基物理状态 固体培养基 半固体培养基 种子培养基 发酵培养基 根据培养的目的 繁殖培养基 保藏培养基 基本培养基 加富培养基 根据培养基的特殊用途 选择培养基 鉴别培养基 测定生理生化特性的培养基
《工业微生物学》第三章 是配制方便、经济、营养丰富,但是,它的化学成分不清楚或不稳定(受产地、品种、 保存加工方法等因素影响)。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。实验室常用牛肉膏、蛋白胨及酵母膏等。几种 常用天然培养基原材料的特性见表3.1.2。 2)合成培养基( synthetic mediun) 使用成分完全了解的化学药品配制而成的培养基称为合成培养基。合成培养基的优 点是:成分已知、精确、重复性好。但价格较贵,培养的微生物生长较慢。适用于实验 室进行微生物生理、遗传育种及高产菌种性能的研究。培养放线菌的高氏一号培养基和 培养真菌的察氏培养基都属于合成培养基 3)半合成培养基(semi- defined mediun) 由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基称为。例如,培养真菌用的 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,实际 上都只是一种半合成培养基。特点是配制方便,成本低,微生物生长良好。发酵生产 实验室中应用的大多数培养基都属于半合成培养基 4)液体培养基(1 iquid medir 各营养成分按一定比例配制而成的水溶液或液体状态的培养基称为液体培养基。工 业上绝大多数发酵都采用液体培养基。实验室中微生物的生理、代谢研究和获取大量菌 体是也常利用液体培养基 5)固体培养基( solid medium) 固体培养基一般是指液体培养基中加入一定量的凝固剂配制而成的固体状态的培 养基。此外,固体营养物(如麸皮、米糠、木屑、土豆块、玉米粉)与水和盐等混合构 成的疏松状培养基也属于固体培养基。固体培养基在科学研宄和生产实践中具有很多用 途,例如它可用于菌种分离、鉴定、菌落计数、检测杂菌、选种、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。在发酵工业中常用固体培养基进行 固体发酵。 理想的固体培养基凝固剂应具备以下条件 (1)不被微生物液化、分解和利用 (2)在微生物生长的温度范围内保持固体状态。凝固点温度对微生物无害。 (3)不会因消毒、灭菌而破坏。 (4)配制方便,价格低,透明性好。 琼脂(Agar)是最好的凝固剂。它由石花菜等红藻加工而成,主要由琼脂糖( agarose) 和琼脂胶( agaropectin)两种多糖组成。除极少数菌外,大多数微生物无法降解琼脂。 琼脂45℃固化,约100℃才融化。灭菌过程中不会被破坏,并且价格低廉。培养基中加 0.5%琼脂时可以获得半固体培养基,加入1.5%-2.0%琼脂即成固体培养基,加8%琼脂则 成硬固体培养基。 明胶( Gelatin)也是一种凝固剂。它是由动物的皮、骨、韧带等煮熬而成的一种 蛋白质,含有多种氨基酸,可被许多微生物作为氮源而利用。明胶20℃凝固,28~35 ℃融化,所以,只能在20-25℃温度范围作凝固剂使用,适用面很窄,但可用于特殊检 验 硅胶( Silica gel)是无机硅酸钠(Na2SiO3)和硅酸钾(K2SiO3)与盐酸和硫酸中和反 应时凝结成的胶体。因为它完全无机,在研究分离自养菌时用作培养基的凝固剂。硅胶 旦凝固后,就无法再融化 6)半固体培养基(sem- solid medium) 半固体培养基是指琼脂加入量为0.2-0.5%而配制的固体状态的培养基。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 7)种子培养基( seed culture medium 种子培养基是适合微生物菌体生长的培养基,目的是为下一步发酵提供数量较多, 强壮而整齐的种子细胞。一般要求氮源、维生素丰富,原料要精。值得注意的是一般氨 基酸或肌苷的生产菌往往是营养缺陷型,所以,种子培养基营养丰富还可防止种子阶段 出现回复突变株
《工业微生物学》 第三章 10 是配制方便、经济、营养丰富，但是，它的化学成分不清楚或不稳定（受产地、品种、 保存加工方法等因素影响）。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。实验室常用牛肉膏、蛋白胨及酵母膏等。几种 常用天然培养基原材料的特性见表 3.1.2。 2) 合成培养基(synthetic medium) 使用成分完全了解的化学药品配制而成的培养基称为合成培养基。合成培养基的优 点是：成分已知、精确、重复性好。但价格较贵，培养的微生物生长较慢。适用于实验 室进行微生物生理、遗传育种及高产菌种性能的研究。培养放线菌的高氏一号培养基和 培养真菌的察氏培养基都属于合成培养基。 3) 半合成培养基(semi-defined medium) 由部分天然材料和部分已知的纯化学药品组成的培养基称为。例如，培养真菌用的 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，实际 上都只是一种半合成培养基。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。 4) 液体培养基(liquid medium) 各营养成分按一定比例配制而成的水溶液或液体状态的培养基称为液体培养基。工 业上绝大多数发酵都采用液体培养基。实验室中微生物的生理、代谢研究和获取大量菌 体是也常利用液体培养基。 5) 固体培养基(solid medium) 固体培养基一般是指液体培养基中加入一定量的凝固剂配制而成的固体状态的培 养基。此外，固体营养物（如麸皮、米糠、木屑、土豆块、玉米粉）与水和盐等混合构 成的疏松状培养基也属于固体培养基。固体培养基在科学研究和生产实践中具有很多用 途，例如它可用于菌种分离、鉴定、菌落计数、检测杂菌、选种、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。在发酵工业中常用固体培养基进行 固体发酵。 理想的固体培养基凝固剂应具备以下条件： （1）不被微生物液化、分解和利用。 （2）在微生物生长的温度范围内保持固体状态。凝固点温度对微生物无害。 （3）不会因消毒、灭菌而破坏。 (4) 配制方便，价格低，透明性好。 琼脂（Agar)是最好的凝固剂。它由石花菜等红藻加工而成，主要由琼脂糖（agarose） 和琼脂胶（agaropectin）两种多糖组成。除极少数菌外，大多数微生物无法降解琼脂。 琼脂 45℃固化，约 100℃才融化。灭菌过程中不会被破坏，并且价格低廉。培养基中加 0.5%琼脂时可以获得半固体培养基，加入 1.5%-2.0%琼脂即成固体培养基，加 8%琼脂则 成硬固体培养基。 明胶（Gelatin）也是一种凝固剂。它是由动物的皮、骨、韧带等煮熬而成的一种 蛋白质，含有多种氨基酸，可被许多微生物作为氮源而利用。明胶 20℃凝固，28～35 ℃融化，所以，只能在 20-25℃温度范围作凝固剂使用，适用面很窄，但可用于特殊检 验。 硅胶（Silica gel）是无机硅酸钠(Na2SiO3)和硅酸钾(K2SiO3)与盐酸和硫酸中和反 应时凝结成的胶体。因为它完全无机，在研究分离自养菌时用作培养基的凝固剂。硅胶 一旦凝固后，就无法再融化。 6) 半固体培养基(semi-solid medium) 半固体培养基是指琼脂加入量为 0.2-0.5%而配制的固体状态的培养基。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。 7)种子培养基(seed culture medium) 种子培养基是适合微生物菌体生长的培养基，目的是为下一步发酵提供数量较多， 强壮而整齐的种子细胞。一般要求氮源、维生素丰富，原料要精。值得注意的是一般氨 基酸或肌苷的生产菌往往是营养缺陷型，所以，种子培养基营养丰富还可防止种子阶段 出现回复突变株