簡述微生物培養(yǎng)基的類別及用途
發(fā)布時間：
2022-12-27
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簡述培養(yǎng)基的分類和用途
按成分不同劃分
天然培養(yǎng)基(complexmediurn)
含有化學成分還不清楚或化學成分不恒定的天然有機物,也稱非化學限定培養(yǎng)基(chemicallyundefinedmediunl).牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基和麥芽汁培養(yǎng)基就屬于此類.基因克隆技術中常用的LB(Luria-Bertani)也是一種天然培養(yǎng)基.
常用的天然有機營養(yǎng)物質(zhì)包括牛肉浸膏,蛋白胨,酵母浸膏,豆芽汁,玉米粉,土壤浸液,麩皮,牛奶,血清,稻草浸汁,羽毛浸汁,胡蘿卜汁,椰子汁等,嗜糞微生物(coprophilousmicroorganisms)可以利用糞水作為營養(yǎng)物質(zhì).成本較低,除在實驗室經(jīng)常使用外,也適于用來進行工業(yè)上大規(guī)模的微生物發(fā)酵生產(chǎn).
合成培養(yǎng)基(syntheticmedium)是由化學成分完全了解的物質(zhì)配制而成的,也稱化學限定培養(yǎng)基(chemicallydefinedmediurn),高氏I號培養(yǎng)基和查氏就屬于此種類型.配制合成培養(yǎng)基時重復性強,但與天然培養(yǎng)基相比其成本較高,微生物在其中生長速度較慢,一般適于在實驗室用來進行有關微生物營養(yǎng)需求,代謝,分類鑒定,生物量測定,菌種選育及遺傳分析等方面的研究工作.
根據(jù)物理狀態(tài)劃分
固體培養(yǎng)基(solidmedium)
在液體培養(yǎng)基中加入一定量凝固劑,使其成為固體狀態(tài)即為固體.理想的凝固劑應具備以下條件：不被所培養(yǎng)的微生物分解利用；在微生物生長的溫度范圍內(nèi)保持固體狀態(tài),在培養(yǎng)嗜熱細菌時,由于高溫容易引起液化,通常在培養(yǎng)基中適當增加凝固劑來解決這一問題；凝固劑凝固點溫度不能太低,否則將不利于微生物的生長；凝固劑對所培養(yǎng)的微生物無毒害作用；凝固劑在滅菌過程中不會被破壞；透明度好,粘著力強；配制方便且價格低廉.常用的凝固劑有瓊脂(agar),明膠(gdatin)和磚膠(silicagel).表4-12列出瓊脂和明膠的一些主要特征.
對絕大多數(shù)微生物而言,瓊脂是最理想的凝固劑,瓊脂是由藻類(海產(chǎn)石花菜)中提取的一種高度分支的復雜多糖；明膠是由膠原蛋白制備得到的產(chǎn)物,是最早用來作為凝固劑的物質(zhì),但由于其凝固點太低,而且某些細菌和許多真菌產(chǎn)生的非特異性胞外蛋白酶以及梭菌產(chǎn)生的特異性膠原酶都能液化明膠,目前已較少作為凝固劑；硅膠是由無機的硅酸鈉(Na2Si03)及硅酸鉀(K2SiO3)被鹽酸及硫酸中和時凝聚而成的膠休,它不含有機物,適合配制分離與培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基.
一些由天然固體基質(zhì)制成的培養(yǎng)基也屬于固體培養(yǎng)基.例如,由馬鈴薯塊,胡蘿卜條,小米,麩皮及米糠等制成固體狀態(tài)的培養(yǎng)基就屬于此類.又如生產(chǎn)酒的酒曲,生產(chǎn)食用菌的棉子殼培養(yǎng)基.
在實驗室中,固體培養(yǎng)基一般是加入平皿或試管中,制成培養(yǎng)微生物的平板或斜面.為微生物提供一個營養(yǎng)表面,單個微生物細胞在這個營養(yǎng)表面進行生長繁殖,可以形成單個菌落.常用來進行微生物的分離,鑒定,活菌計數(shù)及菌種保藏等.
半固體培養(yǎng)基(semisolidmedium)
凝固劑的含量比固體培養(yǎng)基少,瓊脂含量一般為0.2％-0.7％.半固體常用來觀察微生物的運動特征,分類鑒定及噬菌體效價滴定等.
液體培養(yǎng)基(1iquidmedium)中未加任何凝固劑.在培養(yǎng)微生物時,通過振蕩或攪拌可以增加通氣量,同時使營養(yǎng)物質(zhì)分布均勻.常用于大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)：以及在實驗室進行微生物的基礎理論和應用方面的研究.
按用途劃分
基礎培養(yǎng)基(minimummedium)
盡管不同微生物的營養(yǎng)需求各不相同,但大多數(shù)微生物所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)是相同的.是含有一般微生物生長繁殖所需的基本營養(yǎng)物質(zhì)的培養(yǎng)基.牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基是最常用的.也可以作為一些特殊成分,再根據(jù)某種微生物的特殊營養(yǎng)需求,在基礎培養(yǎng)基中加入所需營養(yǎng)物質(zhì).
加富培養(yǎng)基(enrichmentmedium)
也稱營養(yǎng)培養(yǎng)基,即在基礎培養(yǎng)基中加入某些特殊營養(yǎng)物質(zhì)制成的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基,這些特殊營養(yǎng)物質(zhì)包括血液,血清,酵母浸膏,動植物組織液等.一般用來培養(yǎng)營養(yǎng)要求比較苛刻的異養(yǎng)型微生物,如培養(yǎng)百日咳博德氏菌(Bordetellapertussis)需要含有血液的加富培養(yǎng)基.還可以用來富集和分離某種微生物,這是因為加富培養(yǎng)基含有某種微生物所需的特殊營養(yǎng)物質(zhì),該種微生物在這種培養(yǎng)基中較其他微生物生長速度快,并逐漸富集而占優(yōu)勢,逐步淘汰其他微生物,從而容易達到分離該種微生物的目的.從某種意義上講,類似選擇培養(yǎng)基,兩者區(qū)別在于,加富培養(yǎng)基是用來增加所要分離的微生物的數(shù)量,使其形成生長優(yōu)勢,從而分離到該種微生物；選擇培養(yǎng)基則一般是抑制不需要的微生物的生長,使所需要的微生物增殖,從而達到分離所需微生物的目的.
鑒別培養(yǎng)基(diffeventialmedium)
用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基.在培養(yǎng)基中加入某種特殊化學物質(zhì),某種微生物在培養(yǎng)基中生長后能產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物,而這種代謝產(chǎn)物可以與培養(yǎng)基中的特殊化學物質(zhì)發(fā)生特定的化學反應,產(chǎn)生明顯的特征性變化,根據(jù)這種特征性變化,可將該種微生物與其他微生物區(qū)分開來.主要用于微生物的快速分類鑒定,以及分離和篩選產(chǎn)生某種代謝產(chǎn)物的微生物菌種.參見表4-13.
選擇培養(yǎng)基(selectivemedium)
用來將某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來的培養(yǎng)基.根據(jù)不同種類微生物的特殊營養(yǎng)需求或對某種化學物質(zhì)的敏感性不同,在培養(yǎng)基中加入相應的特殊營養(yǎng)物質(zhì)或化學物質(zhì),抑制不需要的微生物的生長,有利于所需微生物的生長.
一種類型選擇培養(yǎng)基是依據(jù)某些微生物的特殊營養(yǎng)需求設計的,例如,利用以纖維素或石蠟油作為唯一碳源的選擇培養(yǎng)基,可以從混雜的微生物群體中分離出能分解纖維素或石蠟油的微生物；利用以蛋白質(zhì)作為唯一氮源的選擇培養(yǎng)基,可以分離產(chǎn)胞外蛋白酶的微生物；缺乏氮源的選擇培養(yǎng)基可用來分離固氮微生物.另一類是在培養(yǎng)基中加入某種化學物質(zhì),這種化學物質(zhì)沒有營養(yǎng)作用,對所需分離的微生物無害,但可以抑制或殺死其他微生物,例如,在培養(yǎng)基中加人數(shù)滴10％酚可以抑制細菌和霉菌的生長,從而由混雜的微生物群體中分離出放線菌；在培養(yǎng)墓中加入亞硫酸鉍,可以抑制革蘭氏陽性細菌和絕大多數(shù)革蘭氏陰性細菌的生長,而革蘭氏陰性的傷寒沙門氏菌(Salmonellatyphi）可以在這種培養(yǎng)基上生長；加入染料亮綠(brilliantgreen)或結晶紫(crystalviolet),可以抑制革蘭氏陽性細菌的生長,從而達到分離革蘭氏陰性細菌的目的；加入青霉素,四環(huán)素或鏈霉素,可以抑制細菌和放線菌生長,而將酵母菌和霉菌分離出來.現(xiàn)代基因克隆技術中也常用選擇培養(yǎng)基,在篩選含有重組質(zhì)粒的基因工程菌株過程中,利用質(zhì)粒上具有的對某種(些)抗生素的抗性選擇標記,加入相應抗生素,就能比較方便地淘汰非重組菌株,以減少篩選目標菌株的工作量.
在實際應用中,有時需要配制既有選擇作用又有鑒別作用的培養(yǎng)基.例如,當要分離金黃色葡萄球菌時,加入7.5％NaCl,甘露糖醇和酸堿指示劑,金黃色葡萄球菌可耐高濃度NaCl,且能利用甘露糖醇產(chǎn)酸.因此,能在上述培養(yǎng)基生長,而且菌落周圍培養(yǎng)基顏色發(fā)生變化,則該菌落有可能是金黃色葡萄球菌,再通過進一步鑒定加以確定.
其他
除上述四種主要類型外,按用途劃分還有很多種,比如：分析培養(yǎng)基(assaymedium)常用來分析某些化學物質(zhì)(抗生素,維生素)的濃度,還可用來分析微生物的營養(yǎng)需求；還原性培養(yǎng)基(reducedmedium)專門用來培養(yǎng)厭氧型微生物；組織培養(yǎng)物培養(yǎng)基(tissue-culturemidium)含有動,植物細胞,用來培養(yǎng)病毒,衣原體(chlamydia),立克次氏體(rickettsia)及某些螺旋體(spirochete)等專性活細胞寄生的微生物.盡管如此,有些病毒和立克次氏體目前還不能利用人工培養(yǎng)基來培養(yǎng),需要接種在動植物體內(nèi),動植物組織中才能增殖.常用的培養(yǎng)病毒與立克次氏體的動物有小白鼠,家鼠和豚鼠,雞胚也是培養(yǎng)某些病毒與立克次氏體的良好營養(yǎng)基質(zhì),雞瘟病毒,牛痘病毒,天花病毒,狂犬病毒等十幾種病毒也可用雞胚培養(yǎng).
小知識:瓊脂和固體培養(yǎng)基
最早用來培養(yǎng)微生物的人工配制的培養(yǎng)基是液體狀態(tài)的,但是,用液體培養(yǎng)基分離并獲得微生物純培養(yǎng)非常困難：將混雜的微生物樣品進行系列稀釋,直到平均每個培養(yǎng)管中只有一個微生物個體,進而獲得微生物純培養(yǎng)物.此方法不僅煩瑣,而且重復性差,并常導致純培養(yǎng)物被雜菌污染.因此,在早期微生物學研究中,分離(病原)微生物的進展相當緩慢.
利用固體培養(yǎng)基分離培養(yǎng)微生物的技術,首先是由德國細菌學家RobertKoch及其助手建立的.1881年,Koch發(fā)表論文介紹利用土豆片分離微生物的方法,其作法是：用灼燒滅菌的刀片將煮熟的土豆切成片,然后用針尖挑取微生物樣品在土豆片表面劃線接種,經(jīng)培養(yǎng)后可獲得微生物的純培養(yǎng).上述方法的缺點是一些細菌在土豆培養(yǎng)基上生長狀態(tài)較差.
幾乎在同時,Koch的助手PrederickLoeffier發(fā)展了利用肉膏蛋白胨培養(yǎng)基培養(yǎng)病原細菌的方法,Koch決定采取方法固化此培養(yǎng)基.值得提及的是,Koch還是一個業(yè)余攝影家,是他首先拍出細菌的顯微照片,具有利用銀鹽和明膠制備膠片的豐富經(jīng)驗.作為一名知識淵博的杰出科學家,Koch將其制備膠片方面的知識應用到微生物學研究方面,他將明膠和肉膏蛋白胨培養(yǎng)基混合后鋪在玻璃平板上,讓其凝固,然后采取在土豆片表面劃線接種的同樣方法在其表面接種微生物,獲得純培養(yǎng).但由于明膠溶點低,而且容易被一些微生物分解利用,其使用受到限制.
有意思的是,Koch一名助手的妻子FannieEilshemiusHesse,具有豐富的廚房經(jīng)驗,當她聽說明膠作為凝固劑遇到的問題后,提議以廚房中用來做果胨的瓊脂代替明膠.1882年,瓊脂就開始作為凝固劑用于固體培養(yǎng)基的配制,這樣,瓊脂從餐桌走向了實驗臺,為微生物學發(fā)展起到重要作用,一百多年來,一直延用至今,是培養(yǎng)基最好的凝固劑.