师：同学们，今天我们学习高二人教版生物学选择性必修三第一章第二节微生物的培养技术及应用第一课时。酸奶是很多同学喜爱的饮品，经过杀菌处理的牛奶添加某些有益细菌，再发酵就能制成酸奶。有些人会在家自制酸奶，虽然方便，但食用自制酸奶导致肠胃不适的情况屡见不鲜，主要原因是制作过程混入杂菌。
上节课学的果酒制作中，果酒变质也可能是混入其他杂菌。怎样保证无处不在的杂菌不混入发酵物呢？要确保原料和用具无杂菌，接种和培养过程也不能混入其他微生物。
不混入杂菌的措施，第一，接种的菌种最好是纯菌种，本身不带其他杂菌；第二，杀死制作用具及用料中原本存在的微生物，也就是对其进行消毒或灭菌后再使用；第三，接种菌种要在无菌条件下进行。此外，发酵过程也要控制好条件，避免杂菌进入。
这些方法遵循的原则，是研究和应用微生物的前提，即防止杂菌污染、获得纯净的微生物培养物，这也是发酵工程的重要基础。
实验室培养微生物的基本思路，是为微生物提供合适的营养和环境条件，还要确保其他微生物无法混入，并将需要的微生物分离出来。这就需要微生物的基本培养技术，为微生物提供合适营养和环境条件靠配置培养基实现，确保其他微生物无法混入靠无菌技术实现，将需要的微生物分离出来靠微生物的纯培养实现。
微生物是难以用肉眼观察到的微小生物的统称，包括细菌、真菌、病毒及一些原生生物等。本章提及的微生物主要指用于发酵的细菌和真菌。下面我们详细学习这三项微生物培养技术。
第一项技术，培养基的配置。什么是培养基呢？培养基就是培养微生物的营养基质。由于不同微生物对营养物质需求不同，人们按微生物对营养物质的需求配置出供其生长繁殖的营养基质，就是培养基。
培养基用途广泛，可以培养微生物、从众多微生物中分离出所需微生物、鉴定微生物种类、短期或长期保存微生物菌种，还能积累微生物产生的代谢物等。根据培养目的不同，培养基有很多种类，常见分类是按培养基的状态分为液体培养基和固体培养基。
液体培养基不含凝固剂，呈液体状态。在液体状态下，微生物能与营养物更充分接触，有利于大量繁殖，所以液体培养基一般用于工业生产以及连续培养，也就是扩大培养，简单理解就是增加微生物数量。在液体培养基中添加凝固剂，如琼脂、明胶、卡拉胶等，就形成固体状态的培养基，即固体培养基。
微生物能在固体培养基表面或内部形成肉眼可见的菌落，人们可根据菌落的形态和数目进行微生物的鉴定和计数等。所以固体培养基一般用于微生物的分离和鉴定、活菌计数和菌种保藏等。
培养基中应包含哪些营养物质呢？微生物生长繁殖可能需要哪些营养物质或元素？同学们可以联系必修一中组成细胞的分子这一章思考。组成细胞的物质有无机物和有机物，无机物是水和无机盐，需细胞从外界吸收，所以培养基应含有水和无机盐。有机物包括蛋白质、糖类、脂质和核酸，需从外界吸收相应组成元素或基本单位来合成，这些有机物基本由碳、氢、氧、氮四种元素组成，其中氢、氧可由水提供，但碳、氮需由其他物质提供。所以培养基中还需有提供碳元素的碳源和提供氮元素的氮源，因为生物大分子的基本骨架是碳链，氮又是蛋白质、核酸等物质合成必需的元素。
这是1000毫升牛肉膏蛋白胨培养基，一种常见细菌培养基的营养组成成分表。牛肉膏和蛋白胨都来源于动物，含有糖、维生素和有机氮等营养物质。请同学们推断分析各组分分别主要提供哪些营养成分？牛肉膏和蛋白胨中含有的糖可作为碳源，有机氮可作为氮源，还含有维生素，所以能提供碳源、氮源和维生素。此外，牛肉膏含有丰富的磷酸盐，可提供无机盐中的磷酸盐等。氯化钠提供了无机盐中的钠离子和氯离子，水则提供了水这一成分。
培养基中的碳源和氮源的作用和主要来源是什么呢？关于碳源的作用，联系碳元素在生物物质组成中的作用，一是参与构成细胞中的物质，如糖类、脂质、蛋白质和核酸等；二是参与合成代谢产物。对于异养生物而言，有机碳源是它们的能源物质，例如常用于培养细菌的牛肉膏蛋白胨培养基中，牛肉膏可作为碳源，同时也是细菌的能源。常见的有机碳源有牛肉膏、糖类、脂类、蛋白质、有机酸和石油等。能提供碳原子的不仅有有机物，部分无机物也含有碳原子，这些可提供碳元素的无机物称为无机碳源。同学们结合化学知识思考一下有哪些无机碳源呢？
没错，像二氧化碳、碳酸氢钠和碳酸钙这些含碳无机物就是无机碳源，一些能进行光合作用的自养型微生物可利用二氧化碳作为碳源。关于氮源的作用，是利用氮元素合成蛋白质、核酸及其他含氮的代谢产物。氮源也分有机氮源和无机氮源，常见的有机氮源是蛋白胨、蛋白质、核酸、尿素和氨基酸等。部分具有固氮作用的或一些硝化细菌可利用无机氮源，例如具有固氮作用的根瘤菌，氮源是氮气，硝化细菌的氮源是氨，乳酸菌的氮源是铵盐和硝酸盐等。
如果培养的是厌氧菌，设计培养基时还有哪些要注意的地方呢？没错，要为其提供无氧条件。所以配置培养基时，在提供上述几种主要营养物质基础上，培养基还需满足微生物生长对pH、特殊营养物质和氧气的需求。例如培养细菌时需将pH调至中性或弱碱性；培养霉菌时，需将培养基调至酸性；培养乳酸杆菌时，需在培养基中添加维生素；培养厌氧微生物时，需提供无氧条件。
一个合适的培养基配方对发酵产品的产量和质量影响极大。针对不同微生物、不同营养需求，可有不同培养基，但配置必须遵循一定原则。
第一个原则，营养物质要满足微生物的需要。不同营养类型的微生物对营养物质需求差异大，所以要根据菌种不同需求配置培养基。
第二个原则，营养物质的浓度及配比要恰当。浓度太低，不能满足微生物生长需要；浓度太高，会抑制微生物生长。此外，设计培养基配比时，要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的磷酸盐会与培养基中的钙离子和镁离子在加热时发生沉淀作用；高温下，还原糖会与蛋白质或氨基酸相互作用，产生褐色物质。
第三个原则，物理化学条件要适宜。各种微生物均有其生长繁殖的最适pH，细菌的最适pH是7.0 - 8.0，放线菌是7.5 - 8.5，酵母菌是3.8 - 6.0，霉菌是4.0 - 5.8。微生物在生长繁殖过程中会产生引起培养基pH改变的代谢物，不少微生物产酸能力强，若不恰当调节pH，它们的生长繁殖会受抑制，甚至可能死亡。设计培养基时，要考虑培养基的pH调节能力，一般应加入缓冲液或碳酸钙，使培养基pH稳定。培养基的其他理化指标如渗透压也会影响微生物培养，不过配置培养基时，通常不必测定该指标，因为培养基中各种成分及其浓度等指标的优化已间接确定了培养基的渗透压。
第四个原则，要考虑培养目的。培养基成分直接影响培养目的和结果，设计培养基时必须考虑是培养菌体还是积累菌体代谢物，是实验室培养还是大规模发酵等问题。用于培养菌体的培养基营养成分一般较丰富，氮源含量较高，碳氮比值较低。相反，用于大量积累代谢物的发酵培养基，氮源含量比培养菌体的培养基稍低。当然，如果目的产物是含氮化合物，有时还应适当提高培养基的氮源含量。