名词解释培养基

咱们在实验室里捣鼓那些瓶瓶罐罐，总会碰到一个绕不开的东西——培养基。这玩意儿听起来有点专业，但说白了，它就是微生物的“食堂”和“宿舍”。不管是细菌、真菌还是细胞，你要想让它们好好活着、长起来，就得给它们准备一个舒服的环境，提供它们需要的营养。这个环境，就是培养基。

简单来说，培养基就是个人工配制，专门用来培养微生物或动植物组织、细胞的混合物。你可以把它想象成一碗精心搭配的营养汤。汤里有什么，完全取决于你要“喂”的是谁。不同的微生物口味不一样，有的喜欢“吃肉”，有的喜欢“吃素”，还有的挑食，需要加点“维生素”才肯长。所以，培养基没有一个固定的配方，而是根据培养对象的不同需求来定制的。

培养基到底是由什么组成的？

要理解培养基，就得知道它里面都放了些什么。一个基础的培养基通常包含这几大类物质：

1. 碳源：这是微生物最主要的能量来源和构成细胞物质的骨架。就像我们人要吃饭获得力气一样，微生物也需要碳源来提供能量。最常用的碳源是葡萄糖，因为它便宜、容易被大多数微生物利用。当然，根据不同微生物的“口味”，也可以用蔗糖、乳糖、淀粉或者蛋白胨这些东西。比如，我们在做大肠杆菌发酵实验时，最常用的就是葡萄糖。

2. 氮源：氮是合成蛋白质和核酸的重要原料。没有氮，细胞就没法分裂增殖。培养基里的氮源通常来自蛋白胨、牛肉膏、酵母提取物等。这些东西听起来像是厨房调料，实际上它们是蛋白质经过分解后的产物，富含氨基酸和小分子肽，微生物可以直接吸收利用。蛋白胨是用动物组织或牛奶酪蛋白水解来的，而酵母提取物则是酵母菌的“浓缩精华”，营养非常丰富，除了氮源，还能提供维生素和生长因子。

3. 无机盐：这些就像是微生物的“微量元素补充剂”。虽然需求量不大，但是一点都不能少。比如磷酸盐可以提供磷元素，还能起到缓冲剂的作用，维持培养基pH值的稳定，防止环境过酸或过碱。硫酸镁、氯化钠、硫酸亚铁等则提供镁、钠、铁等离子，这些离子在维持细胞渗透压和酶活性方面扮演着重要角色。举个例子，如果培养基里缺了镁离子，很多依赖ATP的酶促反应就无法进行，微生物的生长就会受阻。

4. 生长因子：有些微生物特别“娇气”，它们自己合成不了某些维持生命所必需的物质，比如某些维生素、氨基酸或者嘌呤、嘧啶。这些物质就得我们额外添加到培养基里，它们统称为生长因子。比如，一些乳酸菌就需要我们额外添加叶酸和核黄素才能生长。酵母提取物因为成分复杂，本身就含有多种维生素和生长因子，所以经常被用在那些营养要求苛刻的微生物培养基中。

5. 水：最后，也是最基础的，就是水。水是所有生命活动的基础，培养基里的一切营养物质都需要溶解在水里才能被微生物吸收利用。我们通常用的是去离子水或蒸馏水，因为自来水里的氯离子和一些杂质可能会抑制微生物生长。

培养基的种类有哪些？

知道了成分，我们再来看看培养基的分类。我们可以从不同角度给它分类。

按物理状态分，可以分为三种：

• 液体培养基：就是我们前面说的那碗“营养汤”。它不加任何凝固剂，呈液体状态。这种培养基通常用在需要大量增殖微生物的场景，比如工业发酵生产抗生素或者在实验室里扩增菌种。我们把菌种接进去，放在摇床上晃动培养，这样能保证菌体和营养物质充分接触，还能增加溶氧量，让它们长得更快。

• 固体培养基：这个是在液体培养基的基础上，加入了一种叫做“琼脂”的凝固剂。琼脂是从海藻里提取的一种多糖，它本身几乎不提供任何营养，微生物也分解不了它，但它有个特性，在高温下溶解，冷却到40℃左右就会凝固成果冻状。这样一来，微生物就被固定在了固体表面上生长。固体培养基最大的好处是可以用来分离和纯化微生物。当一个样品里有多种微生物时，我们把它稀释后涂布在固体培养基平板上，单个微生物会在一个位置上不断繁殖，最终形成一个肉眼可见的菌落。因为一个菌落通常是由一个微生物细胞繁殖而来的，所以我们挑取单个菌落，就相当于得到了一个纯种。我们平时在新闻里看到的，培养皿里长着五颜六色、奇形怪状的菌落照片，用的就是固体培养基。

• 半固体培养基：这种培养基里的琼脂含量比较低，大概在0.3%到0.5%之间，凝固后呈软琼脂状，有点像嫩豆腐。它主要用来观察细菌的动力。有些细菌有鞭毛，会运动，我们用接种针穿刺接种到半固体培养基里，如果细菌有动力，它就会沿着穿刺线向周围扩散生长，形成一个浑浊的区域。如果细菌没有动力，它就只会沿着穿刺线生长，形成一条清晰的线。

按功能和用途分，那就更复杂了，举几个常见的例子：

• 基础培养基：这种培养基营养成分比较简单，能满足一般微生物的生长需求，不挑食的微生物都能在上面长。比如我们常用的营养琼脂（NA）和LB培养基，就是典型的大肠杆菌“基础套餐”。

• 选择性培养基：这种培养基就有点“挑剔”了。它通过加入某些特定的化学物质（比如抗生素、染料或高浓度的盐），来抑制一部分微生物的生长，只允许我们想要的目标微生物生长。比如，我们想从一个土壤样品里分离出放线菌，就可以在培养基里加入高浓度的链霉素，因为大多数细菌对链霉素敏感，会被抑制掉，而很多放线菌则能抵抗它，从而被筛选出来。

• 鉴别培养基：这种培养基更有意思，它利用了不同微生物代谢特性上的差异。培养基里会加入某种特定的底物和指示剂，当微生物利用这种底物发生特定生化反应时，就会引起指示剂变色，从而让不同类型的菌落呈现出不同的颜色或特征，方便我们一眼区分开来。最经典的例子是伊红美蓝琼脂（EMB）培养基，它是用来鉴别大肠杆菌的。大肠杆菌在EMB培养基上生长时，会强烈发酵乳糖产酸，使菌落中心的染料沉淀，形成独特的深紫色并带有金属光泽的菌落。而其他不能发酵乳糖的细菌，比如沙门氏菌，长出来的菌落就是无色的。这样一来，我们通过看颜色就能直接判断样品里有没有大肠杆菌。

如何亲手配制一个培养基？

说了这么多理论，我们来聊聊具体怎么操作。配制培养基是一个精细活，每一个步骤都得小心。

1. 计算与称量：首先，根据配方计算好需要多少量的各种药品。比如我们要配1升的LB培养基，配方是10克胰蛋白胨、5克酵母提取物、10克氯化钠。然后用电子天平精确地称量出这些粉末。称量的时候要用称量纸，防止药品污染天平。

2. 溶解：把称好的所有粉末都倒进一个烧杯里，加入大约800毫升的去离子水。然后把烧杯放到磁力搅拌器上，放入一个搅拌子，开始加热并搅拌。加热可以帮助粉末更快地溶解。要一直搅拌到所有粉末完全溶解，溶液变得澄清透明为止。

3. 定容与调pH：等溶液冷却到室温后，把它转移到1升的量筒里，然后继续加水，直到液面刚好达到1升的刻度线。这个过程叫“定容”。接下来是关键一步——调节pH值。大部分微生物喜欢在中性偏碱的环境（pH 7.0-7.4）中生长。我们需要用pH计来测量当前溶液的pH值，然后用稀盐酸（HCl）或氢氧化钠（NaOH）溶液一滴一滴地往里加，直到pH值达到预设的要求。这一步需要耐心，因为加多了就得往回调。

4. 分装：如果要做液体培养基，就把调好pH的溶液分装到三角瓶里。如果要做固体培养基，现在就要加入计算好重量的琼脂粉，然后加热搅拌直到琼脂完全融化。之后再趁热把它们分装到耐高温的瓶子里。分装的量不要超过容器容积的四分之三，要留足空间。

5. 灭菌：这是整个过程中最最重要的一步。空气中、容器上、甚至水里都充满了各种杂菌。如果不把这些杂菌全部杀死，等我们接种上目标菌后，长出来的就不知道是谁了。最常用的灭菌方法是高压蒸汽灭菌。我们把分装好的培养基瓶口用棉塞塞好，再包上牛皮纸，放进高压灭菌锅里，在121℃的温度和对应的压力下，保持15到20分钟。这个条件足以杀死包括细菌芽孢在内的所有微生物。

6. 倒平板（仅限固体培养基）：灭菌完成后，等培养基冷却到大约50℃-60℃，感觉手握着瓶子不烫手的时候，就可以在超净工作台这种无菌环境里，把培养基倒进无菌的培养皿里了。每个皿倒大约15-20毫升，轻轻晃动让培养基铺满皿底，然后盖上盖子，静置等待它凝固。凝固后，把平板倒置过来，防止盖子上的冷凝水滴到培养基表面造成污染。

经过这一系列操作，一份合格的培养基才算制作完成。它就像一块开垦好的田地，等待着我们播撒“种子”，然后观察它们生根发芽，长出我们期望的“庄稼”。理解了培养基，也就理解了微生物研究的基础。