微生物同其他生物一樣都是具有生命的，微生物細胞直接同生活環境接觸并不停地從外界環境吸收適當的營養物質，在細胞內合成新的細胞物質和貯藏物質，并儲存能量，微生物從環境中吸收營養物質并加以利用的過程即稱為微生物的營養（nutrition）。

1.1微生物細胞的化學組成和營養要素
營養物質是微生物構成菌體細胞的基本原料，也是獲得能量以及維持其它代謝機能必須的物質基礎。微生物吸收何種營養物質取決于微生物細胞的化學組成。
1.1.1微生物細胞的化學組成
分析微生物細胞的化學成分，發現微生物細胞與其他生物細胞的化學組成并沒有本質上的差異。微生物細胞平均含水分80％左右。其余20％左右為干物質，在干物質中有蛋白質、核酸、碳水化合物、脂類和礦物質等。這些干物質是由碳、氫、氧、氮、磷、硫、鉀、鈣、鎂、鐵等主要化學元素組成，其中碳、氫、氧、氮是組成有機物質的四大元素，大約占干物質的90％～97％（表3-1）。其余的3％～10％是礦物質元素，除上述磷、硫、鉀、鈣、鎂、鐵外，還有一些含量極微的鉬、鋅、錳、硼、鈷、碘、鎳、釩等微量元素。這些礦質元素對微生物的生長也起著重要的作用。
表3-1 微生物細胞中碳、氫、氧、氮的含量
微生物種類    C    N    H    O
細菌/ Bacteria    50    15    8    20
酵母/ Yeast    49.8    12.4    6.7    31.1
霉菌/ Mold    47.9    5.2    6.7    40.2
1.1.2 微生物的營養物質及其生理功能
通過了解微生物的化學組成，可見微生物在新陳代謝活動中，必須吸收充足的水分以及構成細胞物質的碳源和氮以及鈣、鎂、鉀、鐵等多種多樣的礦質無素和一些必須的生長輔助因子，才能正常地生長發育。
    ⑴ 水分 
水分是微生物細胞的主要組成成分，大約占鮮重的70％～90％。不同種類微生物細胞含水量不同。同種微生物處于發育的不同時期或不同的環境其水分含量也有差異，幼齡菌含水量較多，衰老和休眠體含水量較少（表3-2）。微生物所含水分以游離水和結合水兩種狀態存在，兩者的生理作用不同。結合水不具有一般水的特性，不能流動，不易蒸發，不凍結，不能作為溶劑，也不能滲透。游離水則與之相反，具有一般水的特性，能流動，容易從細胞中排出，并能作為溶劑，幫助水溶性物質進出細胞。微生物細胞游離態的水同結合態的水的平均比大約是4∶1。
                                   
表3-2 各類微生物細胞中的含水量
微生物類型    細  菌    霉  菌    酵母菌    芽  孢    孢  子
水分含量（%）    75～85    85～90    75～80    40    38
    微生物細胞中的結合態水約束于原生質的膠體系統之中，成為細胞物質的組成成份，是微生物細胞生活的必要條件。游離態的水是細胞吸收營養物質和排出代謝產物的溶劑及生化反應的介質；一定量的水分又是維持細胞滲透壓的必要條件。由于水的比熱高又是熱的良導體，故能有效地吸收代謝過程中產生的熱量，使細胞溫度不致于驟然升高， 能有效地調節細胞內的溫度。微生物如果缺乏水分，則會影響代謝作用的進行。
    ⑵ 碳源物質
    凡是可以被微生物利用，構成細胞代謝產物的營養物質，統稱為碳源物質。碳源物質通過細胞內的一系列化學變化，被微生物用于合成各代謝產物。微生物對碳素化合物的需求是極為廣泛的，根據碳素的來源不同，可將碳源物質分為無機碳源物質和有機碳源物質。除少數具有光合色素的藍細菌、綠硫細菌、紫硫細菌、紅螺菌能象綠色植物那樣，利用太陽光能，還原二氧化碳合成碳水化合物，作為碳源以外，一些化能自養型微生物如硝化細菌和硫化細菌還能利用無機物的氧化作為供氫體來還原二氧化碳，同時無機物的氧化還產生化學能。但絕大多數的細菌以及全部放線菌和真菌都是以有機物作為碳源的。當然不同的微生物對不同碳源的分解和利用情況是不一樣的。糖類是較好的碳源，尤其是單糖（葡萄糖、果糖）、雙糖（蔗糖、麥芽糖、乳糖），絕大多數微生物都能利用。此外，簡單的有機酸、氨基酸、醇、醛、酚等含碳化合物也能被許多微生物利用。所以我們在制作培養基時常加入葡萄糖、蔗糖作為碳源。淀粉、果膠、纖維素、木質素、蛋白質、脂肪、蠟質以及碳氫化合物，只要微生物具有分解它們的能力也能加以吸收利用。大多有機碳源物質被微生物吸收后，首先要降解成小分子前體物質，再用于代謝產物的合成，在降解的同時，產生能量；有的被徹底氧化產生能量。所以有機碳源物質既提供碳素營養，同時又是能源物質。
    在微生物發酵工業中，常根據不同微生物的需要，利用各種農副產品如玉米粉、米糠、麥麩、馬鈴薯、甘薯以及各種野生植物的淀粉，作為微生物生產廉價的碳源。這類碳源往往包含了幾種營養要素。
    ⑶ 氮源物質 
微生物細胞中大約含氮5％～13％，它是微生物細胞蛋白蛋和核酸的主要成分。氮素對微生物的生長發育有著重要的意義，微生物利用它在細胞內合成氨基酸和堿基，進而合成蛋白質、核酸等細胞成分，以及含氮的代謝產物。無機的氮源物質一般不提供能量，只有極少數的化能自養型細菌如硝化細菌可利用銨態氮和硝態氮作為氮源和能源。
    微生物營養上要求的氮素物質可以分為三個類型：
①空氣中分子態氮  只有少數具有固氮能力的微生物（如自生固氮菌、根瘤菌）能利用。
②無機氮化合物  如銨態氮（NH4+）、硝態氮（NO3-）和簡單的有機氮化物（如尿素），絕大多數微生物可以利用。
③有機氮化合物  大多數寄生性微生物和一部分腐生性微生物需以有機氮化合物（蛋白質、氨基酸）為必需的氮素營養。尿素要經微生物先分解成NH4+以后再加以利用。氨基酸能為微生物直接加以吸收利用。蛋白質等復雜的有機氮化合物則需先經微生物分泌的胞外蛋白酶水解成氨基酸等簡單小分子化合物后才能吸收利用。
在實驗室和發酵工業生產中，我們常常以銨鹽、硝酸鹽、牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、魚粉、血粉、蠶蛹粉、豆餅粉、花生餅粉作為微生物的氮源。 
    ⑷ 無機元素
    微生物細胞中的礦物元素約占干重的3％～10％左右，它是微生物細胞結構物質不可缺少的組成成分和微生物生長不可缺少的營養物質。許多無機礦物質元素構成酶的活性基團或酶的激活劑；并具有調節細胞的滲透壓，調節酸堿度和氧化還原電位以及能量的轉移等作用。有些自養微生物需要利用無機礦質元素作為能源。根據微生物對礦質元素需要量的不同，分為常量元素和微量元素。
    常量礦質元素是磷、硫、鉀、鈉、鈣、鎂、鐵等。磷、硫的需要量很大，磷是微生物細胞中許多含磷細胞成分，如核酸、核蛋白、磷脂、三磷酸腺苷（ATP）、輔酶的重要元素。硫是細胞中含硫氨基酸及生物素、硫胺素等輔酶的重要組成成分。鉀、鈉、鎂是細胞中某些酶的活性基團，并具有調節和控制細胞質的膠體狀態、細胞質膜的通透性和細胞代謝活動的功能。
    微量元素有鉬、鋅、錳、鈷、銅、硼、碘、鎳、溴、釩等，一般在培養基中含有0.1mg/L或更少就可以滿足需要。所以在制作培養基時，使用天然水如井水、河水或自來水其中微量元素的含量已經足夠，無需添加，過量的微量元素反而對微生物起到毒害作用。
    ⑸ 生長因子 
    生長因子是微生物維持正常生命活動所不可缺少的、微量的特殊有機營養物，這些物質在微生物自身不能合成，必須在培養基中加入。缺少這些生長因子就會影響各種酶的活性，新陳代謝就不能正常進行。
    生長因子是指維生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等特殊有機營養物。而狹義的生長因子僅指維生素。這些微量營養物質被微生物吸收后，一般不被分解，而是直接參與或調節代謝反應。
在自然界中自養型細菌和大多數腐生細菌、霉菌都能自己合成許多生長輔助物質，不需要另外供給就能正常生長發育。

1.2 微生物對營養物質的吸收
    微生物不象動物那樣具有專門的攝食器官，也不象植物那樣具有根系吸收營養和水分，它們對營養物質的吸收是借助生物膜的半滲透性及其結構特點以幾種不同的方式來吸收營養物質和水分的。如果營養物質是大分子的蛋白質、多糖、脂肪，微生物則分泌出相應的酶（這類在細胞內產生，分泌到細胞外起作用的酶蛋白叫胞外酶）加以分解成小分子的物質，才能以不同的方式吸收到細胞內，加以利用。
    各種物質對細胞質膜的透性不一樣，就目前對細胞膜結構及其傳遞系統的研究，認為營養物質主要以以下幾種方式透過細胞膜。
1.2.1單純擴散（simple diffusion）
    這是通過細胞膜進行內外物質交換最簡單的一種方式。營養物質通過分子的隨機運動透過微生物細胞膜上的小孔進出細胞。其特點是物質由高濃度區向低濃度區擴散（濃度梯度），這是一種單純的物理擴散作用，不需要能量。一旦細胞膜兩側的濃度梯度消失（即細胞內外的物質濃度達到平衡），簡單擴散也就達到動態平衡。但實際上，進入細胞內的物質總在不斷被利用，濃度不斷降低，細胞外的物質不斷進入細胞。單純擴散是非特異性的，沒有運載蛋白質（滲透酶）參與，也不與膜上的分子發生反應。擴散的物質本身也不發生改變。單純擴散的物質主要是一些小分子物質，如一些氣體（O2、CO2）、水、某些無機離子及一些水溶性小分子（甘油、乙醇等）。
1.2.2促進擴散（facilitated diffusion）
    單靠單純擴散，對營養物質的吸收是有限的，微生物細胞為了加速對營養物質的吸收，以適應生長發育的需要，在細胞膜上還存在多種具有運載營養物質功能的特異性蛋白質，稱為滲透酶。它們大多是誘導酶，當外界存在所需的營養物質時，能誘導細胞產生相應的滲透酶，每一種滲透酶能幫助一類營養物質的運輸，如輸送葡萄糖的滲透酶能與外界的葡萄糖分子特異性的結合，然后轉移到細胞質膜的內表面后，再釋放到細胞質中，并加速過程的進行。又如腸道桿菌吸收甘油的過程也是由滲透酶促進的擴散。它們如同“渡船”一樣，把營養物質由外界運輸到細胞膜中去。其特點也是由高濃度區向低濃度區擴散，所不同的地方是這種運輸有滲透酶參與，加速了營養物質的透過程度，以滿足微生物細胞代謝之需要。細胞內外的物質濃度可以通過自由可逆的擴散而趨向平衡。促進擴散過程是由濃度梯度來驅動的，不需耗費代謝能量。
    現在已分離出有關葡萄糖、半乳糖、阿拉伯糖、亮氨酸、精氨酸、酪氨酸、磷酸、Ca2+、Na+、K+等的載體蛋白，它們的分子量介于9000～40000Da之間，而且都是單體。促進擴散是真核生物的普遍運輸機制，如酵母菌運輸糖類就是通過這種方式，但在原核生物中卻少見，在厭氧微生物中，促進擴散的過程常參與某些化合物的吸收和發酵產物的排出。然而在好氧微生物中這種傳遞機制似乎不太重要。
1.2.3 主動運輸（active transport）
    如果微生物對營養物質吸收只能憑借濃度梯度由高濃度向低濃度擴散，那么微生物就無法吸收低于細胞內濃度的外界營養物質，生長就會受到限制。事實上微生物細胞中有些營養物質以高于細胞外的濃度在細胞內積累，如大腸桿菌在生長期中，細胞中的鉀離子濃度比周圍環境高出3000倍。當以乳糖作為碳源時，細胞內乳糖的濃度比周圍環境高出500倍。可見這種主動運輸的特點是營養物質由低濃度向高濃度進行，是逆濃度梯度地被“抽”進細胞內的，因此這個過程不僅需要滲透酶，還需要代謝能量，能量由腺三磷（ATP）提供，滲透酶起著將營養物質從低濃度的周圍環境轉運進高濃度的細胞內不斷改變平衡點的作用。
    存在于細胞膜上的滲透酶，當細胞膜外存在著重要結合的營養物質時，能分辨（認識）這些物質，由于對其營養物質具有高度親和力，并且特異性地與之結合，形成滲透酶-運載物質復合體。復合體旋轉180°從膜外方轉移到細胞膜內表面，消耗代謝能量ATP，使滲透酶構型發生變化，親和力減弱，于是被結合的物質則被釋放到細胞質中去。構型變化的滲透酶，再獲得能量恢復原狀，親和力增強，結合位置朝向膜外，又可重復進行這種主動運輸。大腸桿菌對乳糖的吸收是研究得比較深入的，其滲透酶為β-半乳糖苷酶，它是由 lacr 基因控制的，這種酶可在膜內外特異性地同乳糖結合，但在膜內結合比膜外差得多，這就在于代謝能量ATP→ADP釋放的能量，使酶蛋白構型發生變化而達到膜內，并在膜內降低其對乳糖的親和力而在膜內釋放出來，從而實現乳糖由細胞外的低濃度向細胞膜內的高濃度轉運的。    
1.2.4 基團轉位（group translocation）
    在微生物對營養物質吸收的過程中，還有一種特殊的運輸方式，叫基團轉位。這種方式除具有主動運輸的特點外，主要是被轉運的物質改變了本身的性質，有化學基團轉移到被轉運的營養物質上面去。如許多糖及其糖的衍生物在運輸中由細菌的磷酸轉移酶系催化，使其磷酸化，磷酸基團被轉移到它們分子上，以磷酸糖的形式進入細胞。由于質膜對大多數磷酸化化合物無透性，磷酸糖一旦形成便被阻擋在細胞以內了，從而使糖濃度遠遠超過細胞外。
    這種運輸過程的磷酸轉移酶系統包括酶Ⅰ、酶Ⅱ和熱穩定蛋白（HPr）。酶Ⅰ是非特異性的，它們對許多糖都一樣起作用。酶Ⅱ是膜上的結構酶，并能誘導產生，它對某一種糖具有特異性，只能運載某一種糖類，酶Ⅱ同時起著滲透酶和磷酸轉移酶的作用。HPr是熱穩定的可溶性蛋白質，它能夠象高能磷酸載體一樣起作用。該酶系統催化的反應分兩步進行：
1）    少量的 HPr 被磷酸烯醇丙酮酸 (PEP) 磷酸化：                      
酶Ⅰ
            PEP + Hpr                   磷酸～HPr+丙酮酸
    2）磷酸～HPr 將它的磷酰基傳遞給葡萄糖，同時將生成的6-磷酸葡萄糖釋放到細胞質內。這步復合反應由酶Ⅱ催化。
                               酶Ⅱ 
        磷酸～Hpr + 葡萄糖                  6-磷酸葡萄糖 + HPr
    基團轉位可轉運糖、糖的衍生物，如葡萄糖、甘露糖、果糖、N-乙酰葡萄糖胺和β-半乳糖苷以及嘌呤、嘧啶、堿基、乙酸（但不能輸送氨基酸）等。這個運輸系統主要存在于兼性厭氧菌的和厭氧菌中。但某些好氧菌，如枯草桿菌和巨大芽孢桿菌(B. megatherium)也利用磷酸轉移酶系統將葡萄糖傳送到細胞內。
 
    目前關于細菌對營養物質吸收的四種主要運輸系統的主要機理可以概括成下面的圖解（圖3-1）；總之，微生物對營養物質的吸收不是簡單的物理、化學的過程，而是復雜的生理過程。是微生物對營養物質起能動的、選擇吸收的作用。它是受細胞膜的特性和功能以及微生物本身代謝強度所支配的。 

1.3 微生物的營養類型
微生物在長期進化過程中，由于生態環境的影響，逐漸分化成各種營養類型。由于各種微生物的生活環境和對不同營養物質的利用能力不同，它們的營養需要和代謝方式也不盡相同。根據微生物對碳源的要求是無機碳化合物（如二氧化碳、碳酸鹽）還是有機碳化合物可以把微生物分成自養型微生物和異養型微生物兩大類。此外，根據微生物生命活動中能量的來源不同，將微生物分為兩種能量代謝類型，一種是利用吸收的營養物質的降解產生的化學能，稱為化能型微生物；另一類是吸收光能來維持其生命活動，稱為光能型微生物。將碳源物質的性質和代謝能量的來源結合將微生物分為光能自養型、光能異養型、化能自養型和化能異養型四種營養類型，它們的區別見表3-3。

表3-3 微生物的營養類型
代謝特點    營養類型
    光能自養型    化能自養型    光能異養型    化能異養型
碳    源    CO2或可溶性碳酸鹽    CO2或可溶性碳酸鹽    小分子有機物    有  機  物
能    源    光    能    無機物的氧化    光    能    有機物的氧化降解
供 氫 體    無機物(H2O、H2S等）    無機物（H2S、H2、Fe2+ 、NH3、NO2-等）    小分子有機物    有機物
代 表 種    藍細菌、綠硫細菌    硝化細菌、硫化菌、氫細菌、鐵細菌等    紅 螺 菌    大多數細菌，全部真菌、放線菌

1.3.1光能自養型微生物
    利用光能為能源，以二氧化碳（CO2）或可溶性的碳酸鹽（CO32-）作為唯一的碳源或主要碳源。以無機化合物（水、硫化氫、硫代硫酸鈉等）為氫供體，還原CO2，生成有機物質。光能自養型微生物主要是一些藍細菌、紅硫細菌、綠硫細菌等少數微生物，它們由于含光合色素，能使光能轉變為化學能（ATP），供細胞直接利用。

                                光
         藍細菌    CO2+2H2O                 [CH2O]+H2O+O2↑
                               葉綠素

                                 光
         綠硫細菌  CO2+2H2S                 [CH2O]+H2O+2S
                               菌綠素

    比較以上兩反應，可寫成以下通式：

                              光
                CO2+2H2A                  [CH2O]+H2O+2A
                           光合色素

1.3.2 化能自養微生物
    這一類微生物的能源來自無機物氧化所產生的化學能，利用這種能量去還原CO2或者可溶性碳酸鹽合成有機物質。
    如亞硝酸細菌、硝酸細菌、鐵細菌、硫細菌、氫細菌就可以分別利用氧化NH3、NO2-、Fe++、H2S和H2產生的化學能來還原CO2，形成碳水化合物。
    例如：亞硝酸細菌能從氧化氨為亞硝酸中獲得能量，用以還原二氧化碳，形成碳水化合物。
                     亞硝酸細菌
       2NH3+3O2+2H2O                 2HNO2+4H++4OH-+能量


         CO2+4H+                  [CH2O]+H2O

    這一類型的微生物完全可以生活在無機的環境中，分別氧化各自合適的還原態的無機物，從而獲得同化CO2所需的能量。
1.3.3 光能異養型微生物
    這種類型的微生物以光能為能源，利用有機物作為供氫體，還原CO2，合成細胞的有機物質。
例如深紅螺菌（Rhodospirillum rubrum）利用異丙醇作為供氫體，進行光合作用并積累丙酮，這類微生物生長時大多需要外源性的生長因素。

             CH3                    光
          2        CHOH + CO2                   2CH3COCH3+[CH2O]+H2O                         
             CH3                  光合色素

    此菌在光和厭氧條件下進行上述反應。但在黑暗和好氧條件下又可能用有機物氧化產生的化學能推動代謝作用。
1.3.4 化能異養型微生物
這種類型的微生物其能源和碳源都來自于有機物，能源來自有機物的氧化分解，ATP通過氧化磷酸化產生，碳源直接取自于有機碳化合物。它包括自然界絕大多數的細菌，全部的放線菌、真菌和原生動物。
根據生態習性微生物可分為腐生型和寄生型兩類：①腐生型：從無生命的有機物獲得營養物質。引起食品腐敗變質的某些霉菌和細菌就屬這一類型。如引起腐敗的梭狀芽孢桿菌、毛霉、根霉、曲霉等；②寄生型：必須寄生在活的有機體內，從寄主體內獲得營養物質才能生活稱為寄生，這類微生物叫寄生微生物。寄生又分為絕對寄生和兼性寄生，如果只能在一定活的生物體內營寄生生活的叫絕對寄生，它們是引起人、動物、植物以及微生物病害的病原微生物，如病毒、噬菌體、立克次氏體。
    有些微生物能生活在活的生物體上，又能在死的有機殘體上生長同時也可在人工培養基上生長的大多數病原微生物屬于兼性寄生微生物，如人和動物腸道內普遍存在的大腸桿菌，它生活在人和動物腸道內是寄生，隨糞便排除體外，又可在水、土壤和糞便之中腐生。又如引起瓜果腐爛的瓜果腐霉的菌絲可侵入果樹幼苗的胚芽基部進行寄生，也可以在土壤中長期進行腐生。
    上述營養類型的劃分并非是絕對的，只是根據主要方面決定的。絕大多數異養型微生物也能吸收利用CO2，可以把CO2加至丙酮酸上生成草酰乙酸，這是異養生物普遍存在的反應。因此，劃分異養型微生物和自養型微生物時的標準不在于它們能否利用CO2，而在于它們是否能利用CO2作為唯一的碳源或主要碳源。在自養型和異養型之間、光能型和化能型之間還存在一些過渡類型。例如氫細菌（Hydrogenmonas）就是一種兼性自養型微生物類型，在完全無機的環境中進行自養生活，利用氫氣的氧化獲得能量，將CO2還原成細胞物質。但如環境中存在有機物質時又能直接利用有機物進行異養生活。

1.4 培養基（medium）
    為了研究和利用微生物，必須人為地創造適宜的環境培養微生物，培養基是指經人工配制而成的適合微生物生長繁殖和積累代謝產物所需要的營養基質。我們配制培養基不但需要根據不同微生物的營養要求，加入適當種類和數量的營養物；并要注意一定的碳氮比例（C/N）；還要調節適宜的酸堿度（pH）；保持適當的氧化還原電位和滲透壓。
1.4.1配制培養基的基本原則
     配制微生物的培養基，主要考慮以下幾個因素：
    ⑴ 符合微生物菌種的營養特點：
    不同的微生物對營養有著不同的要求，所以，在配制培養基時，培養基的營養搭配及搭配比例首先要考慮到這一點，明確培養基的用途，如用于培養何種微生物，培養的目的如何，是培養菌種還是用于發酵生產，發酵生產的目的是獲得大量菌體還是獲得次級代謝產物等，根據不同的菌種及其不同的培養目的確定搭配的營養成分及營養比例。
    營養的要求主要是對碳素和氮素的性質，如果是自養型的微生物則主要考慮無機碳源，如果是異樣型的微生物，主要提供有機碳源物質；除碳源物質外，還要考慮加入適量的無機礦物質元素；有些微生物菌種在培養時還要求加入一定的生長因子，如很多乳酸菌在培養時，要求在培養基中加入一些氨基酸和維生素等才能很好地生長。
    除營養物質要求外，還要考慮營養成分的比例適當，其中碳素營養與氮素營養的比例很重要。C/N 比是指培養基中所含 C 原子的摩爾濃度與 N 原子的摩爾濃度之比，不同的微生物菌種要求不同的 C/N 比，同一菌種，在不同的生長時期也有不同的要求，一般 C/N 比在配制發酵生產用培養基時，要求比較嚴格， C/N 比例對發酵產物的積累影響很大；一般在發酵工業上，發酵用種子的培養，培養基的營養越豐富越好，尤其是 N 源要豐富，而對以積累次級代謝產物為發酵目的的發酵培養基，則要求提高 C/N 比值，提高 C 素營養物質的含量。
    ⑵ 適宜的理化條件
    除營養成分外，培養基的理化條件也直接影響微生物的生長和正常代謝，其中主要有：
    1） pH  微生物一般都有它們適宜的生長pH 范圍，細菌的最適pH 一般在pH 7～8范圍，放線菌要求pH 7.5～8.5范圍，酵母菌要求pH 3.8～6.0, 霉菌的適宜pH 為4.0～5.8。
    由于微生物在代謝過程中，不斷地向培養基中分泌代謝產物，影響培養基的pH變化，對大多數微生物來說，主要產生酸性產物，所以在培養過程中常引起pH的下降，影響微生物的生長繁殖速度。為了盡可能地減緩在培養過程中pH的變化，在配制培養基時，要加入一定的緩沖物質，通過培養基中的這些成分發揮調節作用，常用的緩沖物質主要有以下兩類：
    ① 磷酸鹽類。這是以緩沖液的形式發揮作用的，通過磷酸鹽的不同程度的解離，對培養基的pH的變化起到緩沖作用，其緩沖原理是：

                    H+ + HPO4=               H2PO4-                  

                    OH+ + H2PO4 -             H2O + HPO4 =

     ② 碳酸鈣。這類緩沖物質是以“備用堿”的方式發揮緩沖作用的，碳酸鈣在中性條件下的溶解度極低，加入到培養基后，由于其在中性條件下幾乎不解離，所以不影響培養基的pH的變化，當微生物生長，培養基的pH下降時，碳酸鈣就不斷地解離，游離出碳酸根離子，碳酸根離子不穩定，與氫離子形成碳酸，最后釋放出二氧化碳，在一定程度上緩解了培養基pH的降低。

                        +H+
              CO32—                        H2CO3                          CO2+ H2O
                       - H+ 
    
2） 滲透壓  由于微生物細胞膜是半通透膜，外有細胞壁起到機械性保護作用，要求其生長的培養基具有一定的滲透壓，當環境中的滲透壓低于細胞原生質的滲透壓時，就會出現細胞的膨脹，輕者影響細胞的正常代謝，重者出現細胞破裂；當環境滲透壓高于原生質的滲透壓時，導致細胞皺縮，細胞膜與細胞壁分開，即所謂質壁分離現象。只有在等滲條件下最適宜微生物的生長。
1.4.2 培養基的類型
    ⑴ 根據營養成分的來源劃分
    1） 天然培養基(complex medium; undefined medium)  是利用一些天然的動植物組織器官和抽提物，如牛肉膏、蛋白胨、麩皮、馬鈴薯、玉米漿等制成。它們的優點是取材廣泛，營養全面而豐富，制備方便，價格低廉，適宜于大規模培養微生物之用。缺點是成分復雜，每批成分不穩定。我們實驗室常用的牛肉膏蛋白胨培養基便是這種類型。
    2） 合成培養基(defined medium; synthetic medium)  是利用已知成分和數量的化學物質配制而成。此類培養基成分精確，重復性強，一般用于實驗室進行營養代謝、分類鑒定和選育菌種等工作。缺點是配制較復雜，微生物在此類培養基上生長緩慢，加上價格較貴，不宜用于大規模生產。如實驗室常用的高氏1號培養基，察氏培養基。
    3） 半合成培養基(semi-defined medium)  用一部分天然物質作為碳氮源及生長輔助物質，又適當補充少量無機鹽類，這樣配制的培養基叫半合成培養基。如實驗室常用的馬鈴薯蔗糖培養基。半合成培養基應用最廣，能使絕大多數微生物良好地生長。
     ⑵ 根據物理狀態劃分
    1) 液體培養基(liquid medium)  把各種營養物質溶解于水中，混合制成水溶液，調節適宜的pH，成為液體狀態的培養基質。該培養基有利于微生物的生長和積累代謝產物，常用于大規模工業化生產和觀察微生物生長特征和研究生理生化特性。
    2) 固體培養基(solid medium)  一般采用天然固體營養物質，如馬鈴薯塊、麩皮等作為培養微生物的營養基質。亦有在液體培養基中加入一定量的凝固劑，如瓊脂（1.5%～2.0%）、明膠等煮沸冷卻后，使凝成固體狀態，常用來觀察、鑒定和分離純化微生物。
    3) 半固體培養基(semi-solid medium)  加入少量凝固劑（0.5％～0.8％的瓊脂）則成半固體狀態的培養基叫半固體培養基，常用來觀察細菌的運動，鑒定菌種噬菌體的效價滴定和保存菌種。
    ⑶ 根據用途劃分
    1) 加富培養基(enriched medium)  根據培養菌種的生理特性加入有利于該種微生物生長繁殖所需要的營養物質，該種微生物則會旺盛地大量生長，如加入血、血清、動植物組織提取液等以培養營養要求比較苛刻的異養微生物。加富培養基主要用于菌種的保存或用于菌種的分離篩選。
    2) 選擇培養基(selectic medium)  根據某種或某一類微生物特殊的營養要求，配制而成的培養基，如纖維素選擇培養基。還有在培養基中加入對某種微生物有抑制作用，而對所需培養菌種無影響的物質，從而使該種培養基對某種微生物有嚴格的選擇作用。如SS瓊脂培養基，由于加入膽鹽等抑制劑，對沙門氏菌等腸道致病菌無抑制作用，而對其它腸道細菌有抑制作用。
    3) 鑒別培養基(differencial medium)  根據微生物的代謝特點通過指示劑的顯色反應用以鑒定不同微生物的培養基。如遠滕氏培養基中的亞硫酸鈉使指示劑復紅醌式結構還原變淺，但由于大腸桿菌生長分解乳糖，產生的乙醛可使復紅醌式結構恢復，可使菌落中的指示劑復紅，重新呈現帶金屬光澤的紅色，而同其它微生物區別開來。

           ATP   ADP                                Gln   Glu
    葡萄糖            6-磷酸-葡萄糖        6-磷酸-果糖            6-磷酸-葡萄糖