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微生物学笔记(第二章——微生物的纯培养和显微技术)

 生物_医药_科研 2019-02-12
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第一节  微生物的分离和纯培养





在分离、转接及培养纯培养物时防止其被其他微生物污染,其自身也不污染操作环境的技术被称为无菌技术


最常用的灭菌方法是高压蒸汽灭菌,它可以杀死所有的微生物,包括最耐热的某些微生物的休眠体,同时可以基本保持培养基的营养成分不被破坏。


培养皿是由正反两平面板互扣而成,这种器具是专为防止空气中微生物的污染而设计的。

接种操作


                                           无菌操作转接培养物


接种针一般采用易于迅速加热和冷却的镍铬合金等金属制备。

移取液体培养物可采用无菌吸管或移液枪。


相关概念总结


菌落(colony):分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度可以形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞生长群体,称为菌落。


菌苔(lawn):当固体培养基表面众多菌落连成一片时,便成为菌苔。


大多数细菌、酵母菌以及许多真菌和单细胞藻类都能很方便地通过平板分离法获得纯培养。


                                  各种微生物形成的菌落特征


目前实验室用固体培养基获得微生物纯培养的几种常用方法:


  • 1.涂布平板法(spread plate method)

  • 2.稀释倒平板法(pour plate method)


先将待分离的材料用无菌水作一系列的稀释(如1:10、1:100、1:1000、1:10000…),然后分别取不同稀释液少许,与已熔化并冷却至50℃左右的琼脂培养基混合,摇匀后,倾入灭过菌的培养皿中,待琼脂凝固后,制成可能含菌的琼脂平板,保温培养一定时间即可出现菌落。如果稀释得当,在平板表面或琼脂培养基中就可出现分散的单个菌落,这个菌落可能就是由一个微生物细胞繁殖形成的。随后挑取该单个菌落,或重复以上操作数次,便可得到纯培养。



  • 3.平板划线法


                                                 平板划线法


  • 4.稀释摇管法(shake tube method)


用固体培养基分离严格厌氧菌有它特殊的地方。如果该微生物暴露于空气中不立即死亡,可以采用通常的方法制备平板,然后放置在封闭的容器中培养,容器中的氧气可采用化学、物理或生物的方法清除。对于那些对氧气更为敏感的厌氧性微生物,纯培养的分离则可采用稀释播管培养法进行,它是稀释倒平板法的一种变通形式。先将一系列盛无菌琼脂培养基的试管加热,使琼脂熔化后冷却并保持在50℃左右,将待分离的材料用这些试管进行梯度稀释,试管迅速摇动均匀,冷凝后,在琼脂柱表面倾倒一层灭菌液体石蜡和固体石蜡的混合物,将培养基和空气隔开。培养后,菌落形成在琼脂柱的中间。进行单菌落的挑取和移植,需先用一只灭菌针将液体石蜡-石蜡盖取出,再用一只毛细管插入琼脂和管壁之间,吹入无菌无氧气体,将琼脂柱吸出,置放在培养皿中,用无菌刀将琼脂柱切成薄片进行观察和菌落的移植。


用液体培养基获得纯培养


对于大多数细菌和真菌,用平板法分离通常是满意的,因为它们的大多数种类在固体培养基上长得很好。然而并不是所有的微生物都能在固体培养基上生长,例如,一些个体大的细菌、许多原生动物和藻类等,这些微生物仍需要用液体培养基分离来获得纯培养。


通常采用的液体培养基分离纯化法是稀释法。接种物在液体培养基中进行顺序稀释,以得到高度稀释的效果,使一支试管中分配不到一个微生物如果经稀释后的大多数试管中没有微生物生长,那么有微生物生长的试管得到的培养物可能就是纯培养物如果经稀释后的试管中有微生物生长的比例提高了,得到纯培养物的概率就会急剧下降。因此,采用液体培养基稀释法,同一个稀释度应有较多的平行试管,而有可能获得纯培养的那个稀释度的大多数试管(一般应超过95%)应表现为没有细菌生长。

单细胞(孢子)分离

稀释法有一个重要缺点它只能分离出混杂微生物群体中占数量优势的种类,而在自然界,很多微生物在混杂群体中都是少数。这时,可以采取显微分离法从混杂群体中直接分离单个细胞或单个个体进行培养以获得纯培养称为单细胞(或单孢子)分离法。单细胞分离法的难度与细胞或个体的大小成反比,较大的微生物如藻类、原生动物较容易,个体很小的细菌则较难。


对于较大的微生物,可采用毛细管提取单个个体,并在大量的灭菌培养基中转移清洗几次,除去较小微生物的污染。

选择培养

要分离这种微生物,必须根据该微生物的特点,包括营养、生理、生长条件等,采用选择培养分离的方法,或抑制大多数其他微生物的发展,或造成有利于该菌生长的环境,经过一定时间培养后使该菌在菌群中的数量上升,再通过平板稀释等方法对它进行纯培养分离。

选择平板培养——比如:要分离高温菌,可在高温条件进行培养。

富集培养

富集培养主要是指利用不同微生物间生命活动特点的不同,制定特定的环境条件,使仅适应于该条件的微生物旺盛生长,从而使其在群落中的数量大大增加,使人们能够更容易地从自然界中分离到这种所需的特定微生物。富集条件可根据所需分离的微生物的特点从物理、化学、生物及综合多个方面进行选择,如温度、pH、紫外线、高压、光照、氧气、营养等方面。

如果培养物中只含有二种微生物,而且是有意识地保持二者之间的特定关系的培养物称为二元培养物

微生物的保藏技术

  • 传代培养保藏

常用的有琼脂斜面、半固体琼脂柱及液体培养等。采用传代法保藏微生物应注意针对不同的菌种而选择适宜的培养基,并在规定的时间内进行移种,以免由于菌株接种后不生长或超过时间不能接活,丧失微生物菌种。在琼脂斜面上保藏微生物的时间因菌种的不同而有较大差异,有些可保存数年,而有些仅数周。一般来说,通过降低培养物的代谢或防止培养基干燥,可延长传代保藏的保存时间。例如,在菌株生长良好后,改用橡皮塞封口或在培养基表面覆盖液体石蜡,并放置低温保存;将一些菌的菌苔直接刮入蒸馏水或其他缓冲液后,密封置4℃保存,也可以大大提高某些菌的保藏时间及保藏效果,这种方法有时也被称为悬液保藏法

  • 冷冻保藏


将微生物处于冷冻状态使其代谢作用停止,可达到保藏的目的。大多数微生物都能通过冷冻进行存,细胞体积大的要比小的对低温更敏感,而无细胞壁的则比有细胞壁的敏感。其原因与低温会使细内的水分形成冰晶,从而引起细胞,尤其是细胞膜的损伤。进行冷冻时,适当采取速冻的方法,可因产生的冰晶小而减少对细胞的损伤。当从低温下移出并开始升温时,冰晶又会长大,故快速升温可减少对细胞的损伤。冷冻时的介质对细胞的损伤也有显著的影响。例如0.5m0/L左右的甘油或二甲亚枫可透入细胞,并通过降低强烈的脱水作用而保护细胞;大分子物质如糊精、血清蛋白、脱脂牛奶或聚乙烯吡咯烷酮(PVP)虽不能透入细胞但可通过与细胞表面结合的方式而防止细胞膜冻伤。因此在采用冷冻法保藏菌种时,一般应加入各种保护剂以提高培养物的存活率


一般来说,保藏温度越低,保藏效果越好。在常用氮保藏可达到-196℃。


  • 干燥保藏法


沙土管保存冷冻真空保藏最常用的两项微生物干燥保藏技术

前者主要适用于产包子的微生物,如芽孢杆菌、放线菌等。如芽孢杆菌、放线菌等。一般将菌种接种斜面,培养至长出大量的孢子后,洗下孢子制备孢子悬液加入无菌的沙土管中,减压干燥,直至将水分抽干,最后用石蜡、胶塞等封闭管口,置冰箱保存。此法简便易行,并可以将微生物保藏较长时间,适合一般实验室及以放线菌等为菌种的发酵工厂采用冷冻真空保藏是将加有保护剂的细胞样品预先冷冻,使其冻结,然后在真空下通过冰的升华作用除去水分。达到干燥的样品可在真空或情性气体的密闭环境中置低温保存,从而使微生物处于干燥、缺氧及低温的状态,生命活动处于休眠,可以达到长期保藏的目的。用冰升华的方式除去水分,手段比较温和,细胞受损伤的程度相对较小,存活率及保藏效果均不错,而且经抽真空封闭的菌种安瓿管的保存、邮寄、使用均很方便。因此冷冻真空干燥保藏是目前使用最普遍、最重要的微生物保藏方法,大多数专业的菌种保藏机构均采用此法作为主要的微生物保存手段。

除上述方法外,各种微生物菌种保藏的方法还有很多,如纸片保藏、薄膜保藏、寄主保藏等。由于微生物的多样性,不同的微生物往往对不同的保藏方法有不同的适应性,迄今为止尚没有一种方法能被证明对所有的微生物适宜。


微生物类群庞杂,种类繁多,包括细胞型和非细胞型两类。

细菌的形态和排列

基本形态可分为:球状、杆状与螺旋状3种。

细菌的3种基本形态(左为模式图,右为照片)

支原体由于只有细胞膜,没有细胞壁,故细胞柔软,形态多变,具有高度多形性。

根据菌丝的形态和功能又可分为营养菌丝、气生菌丝和孢子丝3种,其中孢子丝的形态特征是放线菌的重要鉴定指标。

一般处于幼龄阶段和生长条件适宜时,细菌形态正常、整齐,表现出特定的形态。在较老的培养物中,或不正常的条件下,细胞常出现不正常形态,尤其是杆菌,有的细胞膨大,有的出现梨形,有的产生分支,有时菌体显著伸长以至呈丝状等。这些不规则的形态统称为异常形态,若将它们转移到新鲜培养基中或适宜的培养条件下又可恢复原来的形态

不同细菌大小的比较

除少数例外,一般幼龄细菌比成熟的或老龄的细菌大得多。

培养基中渗透压增加也会导致细胞变小。

一般细菌的直径通常都在1μm以上。

真菌

霉菌、酵母菌以及大型真菌如蘑菇等皆为真菌,均属真核微生物。

霉菌

霉菌(mold)是一些“丝状真菌”的统称,不是分类学上的名词。霉菌菌体均由分支或不分支的菌丝(hypha)构成。

菌丝直径约为2——10μm

霉菌菌丝有两类:

  1. 无隔膜菌丝

  2. 有隔膜菌丝

霉菌菌丝示意图

酵母菌

酵母菌(yeast)是一群单细胞的真核微生物。


大多数酵母菌为单细胞,一般呈卵圆形、圆形、圆柱形或柠檬形。


有些酵母菌细胞与其子代细胞连在一起成为链状,称为假丝酵母。

藻类

藻类( algae)是指除苔藓植物和维管束植物以外,基本上有叶绿素,可进行光合作用,并伴随放出氧气的一大类真核生物,它们大多属于只有通过显微镜才能观察到个体形态的微生物。但也有一些藻类个体很大,如大的海藻可长达若干米。

原生动物( prokaryote)是一类缺少真正细胞壁,细胞通常无色,具有运动能力,并进行吞噬营养的单细胞真核生物。





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