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#大肠杆菌#
前言
在大肠杆菌培养期间，从最前端的摇瓶到实验室培养再到中试放大阶段，最后到大批量产业化生产，都离不开培养基的支持。在此期间培养基扮演的角色并不固定，有的是为了给菌种的快速增殖提供动力，有的是为了给产物的合成提供相应的元素。
其之所以能够发挥如此多作用主要是其中的各个组分的有无以及多少的不同配比带来的不同特性，进而影响大肠杆菌的增殖和合成产物的性质。
作为整个流程的最前端，培养基的配置的重要性不言而喻。并且相对于后续流程的复杂和高昂的成本，培养基的调节更加方便、影响更加明显、试错成本也非常的低廉。
培养基给菌种带来的微小提升往往会极大的减轻后续的纯化等流程的工作量以及操作难度，所以研究培养基中的变化及其规律是非常有意义的。
为了使这其中的奥秘更加清晰明确，接下来菌君将就培养基中常见的不同组分及其特性进行分享。
氮源
氮源是培养基中必备的成分之一，其主要作用是构成微生物细胞和含氮的代谢产物以及在培养基中缺乏碳源时作为补充碳源。
作为培养基组分的氮源主要分为有机氮和无机氮两个类型：
有机氮源：黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、菌丝体和酒糟等。
有机氮源除含有丰富的蛋白质、肽类、游离的氨基酸以外，还含有少量的糖类、脂肪、无机盐和生长因子等，是较理想的营养物质。微生物在有机氮源的培养基中，可以直接利用游离氨基酸或其他有机化合物的碳架，合成用于构成细胞的蛋白质和其他细胞物质。这也是其能够作为补充碳源的原因。
花生饼粉：在生产α-淀粉酶是花生饼粉被视为最佳氮源，得到的淀粉酶活性最高。
酵母粉：包括酵母浸粉，其主要特征是其质量随酵母品种的不同而变化使用时需注意对比。
无机氮源：氨水、硫酸铵、氯化铵、硝酸盐等
氮源浓度过高，将会导致菌体生长过于旺盛，从而导致菌体衰亡期过早进入衰亡期，影响整体产物的产出。
碳源
在培养基中凡是用于构成微生物细胞和代谢产物中碳素的营养物质均称为碳源。在实际生产中通常使用的碳源有碳水化合物(各种糖类)、脂肪、有机酸和醇、碳氢化合物等。
葡萄糖
是工业发酵最常用的单糖，它是由淀粉加工制备的。其产品有固体粉状葡萄糖、葡萄糖糖浆。它们被广泛用于抗生素、氨基酸、有机酸、多糖、黄原胶、甾类转化等发酵生产中。
油脂
用作霉菌和放线菌的碳源。通常在缺乏糖类时作为补充碳源，需要注意的是菌体利用油脂作碳源时耗氧量增加，因此必须提供充分的氧气，否则易导致有机酸积累，使发酵液的pH值降低，在使用中要注意监测发酵液PH值并增加碱液的补充维持平衡。。
同时油脂不耐储存，在贮藏过程中易酸败，还可能增加过氧化物的含量，对微生物的代谢有毒副作用，在使用前需要检测油脂的质量。
乙醇在青霉素的发酵中效果较好
甘油也是一种应用较为广泛的碳源，主要用于抗生素和甾类转化的发酵。
在添加营养物质时注意控制糖的浓度，高浓度的糖具有杀菌作用。可用混合碳源来规避此种情况的出现。
缓冲体系
缓冲体系主要是利用平衡盐溶液保持发酵环境PH值，以保护菌种。平衡盐溶液主要包括阴阳离子和离子缓冲对。
阳离子
平衡盐溶液中四种主要阳离子是钠(Na+)，钾(K+)，钙(Ca2+)，镁(Mg2+)，其主要作用为维持膜电位和养分运输。
阳离子Na+和K+在确定渗透压和维持渗透平衡中发挥关键作用。
阳离子Ca2+和Mg2+作为细胞彼此贴附的基质影响养分运输，同时还是酶反应的辅助因子。
阴离子
平衡溶液中的主要阴离子是磷酸盐(PO4-)，氯化物(Cl-)和碳酸氢盐(HCO3-)。阴离子在缓冲体系中至关重要，直接维持发酵环境的PH值。基础培养基中通常选择有机磷酸盐和两性离子缓冲盐作为缓冲体系。常用的磷酸盐有磷酸二氢钾、磷酸氢二钾及其钠盐。
无机盐
工业发酵中应用的微生物在生长繁殖和产物合成中都需要无机盐和微量元素，如磷、硫、铁、镁、钙、锌、钴、钾、钠、锰、氯等。其中许多金属离子对微生物生理活性的作用与其浓度相关，低浓度时往往呈现刺激作用，高浓度却表现出抑制作用。
磷
磷是构成菌体核酸、核蛋白等细胞物质的组成成分，是许多辅酶和高能磷酸键的成分，又是氧化磷酸化反应的必需元素。磷酸盐既能促进菌体的基础代谢，又能影响许多代谢产物的生物合成。
铁
铁是菌体的细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化物酶的组成元素，是菌体生命活动必需的元素之一。但在发酵培养基中铁离子的含量对多种代谢产物的生物合成有较大的影响，通常表现为铁离子含量过高导致培养物的产量下降。
锌、镁、钴、锰等是某些酶的辅酶或激活剂。
微量的锌对青霉素发酵有促进作用，过量时呈现抑制作用。锌是链霉素发酵的必需元素，微生物的锌能促进菌体生长和链霉素的生物合成。
镁离子除能激活一些酶活性外，还能提高卡那霉素、新霉素、链霉素的产生菌对自身产物的耐受性。其机制是镁离子能促进结合于菌体上的抗生素向发酵液中的释放速度。
钴是组成维生素B2的元素之一，维生素B12能促进微生物的一碳单位的代谢速度。许多产品生产时，培养基中都要加入一定量的钴(0.1~10μg/ml)，有刺激产物合成的作用。如庆大霉素发酵培养基中加入一定量的氯化钴(4~8μg/ml)，不仅能延长发酵周期，还能使抗生素的产量成倍增加。
锰离子对芽孢杆菌芽孢的生成具有促进作用。
除了以上的基本内容外，通常为了达到实验方案的相应目的还会在培养基中加入所需要的抗性药物和诱导剂，作为完善培养基功能的补充元素，将培养基从营养物质来源提升至菌体生长分泌的场所环境。
以上就是关于培养基的全部内容了内容比较多大家不要忘了做好复习工作，只要把每种组分的功能熟记于心那么就可以灵活运用，可以达到意想不到的效果哦。学习完培养的内容，接下来就是培养基在菌种培养领域的具体应用了，大家记得做好预习跟上节奏哦。
参考文献：
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