微生物的培养技术及应用(二)

官方生物老师·14 页·深入(追求细节与边界)·0 次浏览·3 天前
纯培养选择培养基发酵调控无菌技术

微生物的培养技术及应用(

从平板划线到发酵罐:掌握纯培养与发酵调控的核心方法

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纯培养选择培养基发酵调控无菌技术

微生物的培养技术及应用(

从平板划线到发酵罐:掌握纯培养与发酵调控的核心方法

1第 1 页 · 微生物的培养技术及应用(

湿热灭菌(高压蒸汽灭菌)

实验桌擦干净了,手套戴好了,培养基却可能『自带户口本』——里面藏着杂菌。怎么办?最经典的办法:扔进高压锅一样的灭菌锅,用121°C的饱和蒸汽彻底『煮透』。

灭菌原理
饱和蒸汽遇冷凝为水时释放大量潜热,使蛋白质变性、酶失活,彻底杀灭微生物
三要素
温度121°C、压力约1.05 kg/cm²、时间15~30 min,缺一不可
灭菌验证
用最耐热的嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢作生物指示剂,全部杀死才算合格
适用与禁忌
适用耐热耐湿物(培养基、玻璃器皿、敷料);忌不耐高温塑料、易燃液体
为何选湿热
蒸汽穿透力强,蛋白质在含水环境下更易变性,比干热160°C两小时更高效
高压锅炖排骨对应 →高压蒸汽灭菌

密闭加压让沸点升至121°C以上,蒸汽冷凝放热把肉/物料从里到外『煮透』

2第 2 页 · 湿热灭菌(高压蒸汽灭菌)

干热灭菌

上页我们用高压蒸汽把培养基灭得干干净净——但有些东西进不了高压锅:玻璃瓶、培养皿、粉末、油脂一旦沾水就报废。它们也要无菌,怎么办?

适用对象
怕湿、热稳定的物品:玻璃器皿、金属器械、粉剂、油脂
三种典型方式
火焰灼烧(接种环)、焚烧(废弃物)、干烤箱热空气
灭菌机制
高温使蛋白质氧化、变性直至破坏——而非湿热的「凝固」
典型参数
干烤箱 160 °C 维持约 2 h,温度更高、时间更长
烤箱烤红薯 vs 蒸锅蒸馒头对应 →干热灭菌 vs 湿热灭菌

介质决定效率:空气传热慢,干热需更高温更久;水蒸气穿透强,湿热温和高效

3第 3 页 · 干热灭菌

灼烧灭菌

干热灭菌用的是烤箱慢慢烤。实验室还有更'暴力'的方式——把金属小钩子伸进酒精灯火焰里烧几秒。这就是灼烧灭菌,灭菌界的'绝杀'。

定义
直接在火焰上灼烧微生物使其彻底死亡,是最彻底的灭菌方法
操作要点
接种环/针在酒精灯外焰来回灼烧3-4次
适用对象
仅用于耐高温金属器具,如接种环、接种针
局限
会烧毁塑料、棉塞等不耐高温物品,应用范围很窄
野外打火机烧缝衣针对应 →灼烧灭菌

瞬间高温直接杀死一切微生物,最彻底但只能用金属

4第 4 页 · 灼烧灭菌

培养物

上一步我们把所有杂菌杀干净、把所有器具和培养基都备好了。现在把目标微生物接种进去,让它在培养基里繁殖——最后得到的这一整份,就是“培养物”。

培养物
微生物在培养基中生长繁殖后形成的群体,含菌体与代谢物
纯培养与混合培养
纯培养仅含单一菌种;混合培养含多种微生物
菌落特征
形状、颜色、隆起度、边缘、透明度等可作为鉴别依据
应用价值
研究菌种特性、生产代谢产物、辅助疾病诊断
阳台种菜对应 →培养物

种子=菌种、土壤=培养基、长出的菜连盆土=培养物

5第 5 页 · 培养物

纯培养物

上一页我们讲了培养物的概念——让微生物在人工条件下生长繁殖。但培养物一旦混进其他微生物,实验就乱了。怎么解决?

定义
只含有一种微生物的培养物,排除其他种类干扰
获得途径
从单菌落或单细胞经多次传代分离而来
纯度验证
需严格无菌操作并反复镜检,确认无杂菌
典型应用
菌种鉴定、药敏试验、疫苗生产与发酵工业的基础
只种一个品种的菜园对应 →纯培养物

菜园只有这一种菜,没杂草混进来,才能单独研究它

6第 6 页 · 纯培养物

纯培养

上页看到的纯培养物是结果——平板上一颗颗独立菌落。这页回到过程:自然或工业样本中常混有几十种微生物,纯培养要做的,就是把目标菌「单独挑出来」,并保证后续菌群都源自同一祖先细胞。

定义
从含多菌的样本中分离、获得单一菌种培养物的技术
核心原理
单细胞繁殖成单菌落,由此定义菌落形成单位 CFU
常用方法
平板划线、稀释涂布平板、倾注平板、液体稀释四大类
典型应用
菌种鉴定、工业发酵、医学诊断与微生物学研究
沙里淘金对应 →纯培养的分离逻辑

稀释或选择性培养像水流淘走沙石,最终只剩目标菌

7第 7 页 · 纯培养

平板划线法

平板划线法:定义、要点与典型应用

平板划线法
平板划线法:定义、要点与典型应用
8第 8 页 · 平板划线法

稀释涂布平板法

划线法已经能把混菌拉开成单菌落,但没法回答「原来一共有多少菌」。要从一大堆菌里稀释到能数清的程度,这就是稀释涂布平板法。

核心目标
获得可计数的单菌落,把「有多少」这个问题答出来
梯度稀释
10倍系列稀释管,逐级把菌浓度降下来
涂布操作
取合适稀释度的菌液,用涂布器均匀涂满平板
定量计算
菌落数×稀释倍数=原液活菌浓度(CFU/mL)
与划线法区别
划线法定性「有没有」,稀释涂布法定量「有多少」
分碗稀释再摊开数芝麻对应 →梯度稀释涂布平板计数

原液太稠分不清→逐级稀释到能看清→铺平逐个计数

CFU/mL=菌落数×稀释倍数涂布体积(mL)\text{CFU/mL}=\frac{\text{菌落数}\times\text{稀释倍数}}{\text{涂布体积(mL)}}
9第 9 页 · 稀释涂布平板法

无机盐

前几页我们把杂菌杀干净,又学会了分离单菌落。但想养好微生物,光有碳源和水还不够——培养基里还差一层「矿物质的底料」,这就是无机盐。

大量元素
N、P、K、Mg、S、Ca、Na、Fe 等,构成细胞骨架并维持渗透压与 pH 缓冲
微量元素
Mn、Zn、Cu、Co、Mo、B 等,浓度极低,却是酶活性与代谢的关键开关
多重角色
既是结构材料(核酸、细胞壁),又是酶辅因子,还是能量转移载体(如 ATP 的 P)
配方差异
细菌、放线菌、霉菌各有偏好,常用配方经长期优化,比例偏差会直接影响收率
做菜的主料和调料对应 →大量元素与微量元素

主料(盐、油、酱油)用量大定基调;调料(味精、十三香)用量极少却定风味——少了哪样都不对味

10第 10 页 · 无机盐

菌落

稀释涂布平板法那一步我们提到,培养基表面会长出肉眼可见的"小点"——这些小点到底是什么?它们从何而来,又透露了哪些信息?

定义
由单个细胞或孢子在固体培养基上繁殖形成的、肉眼可见的子细胞群体
单细胞起源
由一个独立的微生物细胞或孢子不断分裂繁殖而成,这是判断纯培养的核心
形态特征
形状、大小、颜色、隆起程度、边缘状态等可作为初步鉴别依据
典型应用
判断纯培养、活菌计数(CFU)、初步鉴定菌种
一颗种子长成一片草坪对应 →一个细菌长成一个菌落

种子繁殖出肉眼可见的草坪;细菌分裂出成千上万细胞堆成可见小点——本质都是"一个变一群"

11第 11 页 · 菌落

培养基

上次我们学会了怎么赶走杂菌、拿到纯培养物——但光有干净的环境还不够,微生物住进来后吃什么?这就要请出「培养基」了。

定义
人工配制的、适合微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质
按物理状态分
液体不加凝固剂;固体加约2%琼脂;半固体加约0.5%琼脂
按化学成分分
天然培养基成分不确定;合成培养基成分完全已知;半合成介于两者间
按用途分
基础、选择、鉴别、富集四类,分别对应不同实验目的
五大基本成分
碳源、氮源、水、无机盐、生长因子
厨师搭配食材对应 →培养基配制

碳源是主食,氮源是蛋白菜,无机盐是调味料,生长因子是维生素,按菌种口味配

12第 12 页 · 培养基

本节要点

  • 灭菌方法必须匹配对象——接种环灼烧、玻璃干热、培养基湿热
  • 纯培养是技术过程,纯培养物是结果状态,两者不可互换
  • 划线法逐步稀释求「纯」,涂布法梯度稀释求「数」
  • 培养基中无机盐量微却必需,缺失则酶失活、生长停滞
  • 菌落形态是纯培养验证与菌种初步鉴定的首要线索
延伸主题:选择培养基与鉴别培养基菌种保藏与复苏技术微生物数量测定:显微直接计数
13第 13 页 · 本节要点

课后思考

三个问题先独立琢磨一阵,再翻参考答案看思路。

1接种前为什么要对培养基和器具进行灭菌?灭菌不彻底会直接造成什么后果?

参考答案回到「纯培养」的定义——只培养一种微生物。若灭菌不彻底,培养基里已有杂菌生长,接种后无法区分目标菌和杂菌,培养失败。所以灭菌是获得纯培养的前提,不是可选项。

2稀释涂布平板法计数时,为什么要选菌落数在 30–300 之间的平板?偏离这个范围会带来什么偏差?

参考答案少于 30 时偶然性大,一个菌落的偏差就能大幅影响结果;多于 300 时菌落重叠、连片,多个菌可能融合成一片被误计为一个。30–300 是统计准确性与操作可行性的平衡区间,不是死规定。

3如果目标菌是严格厌氧菌(如破伤风梭菌),前面讲的灭菌和培养流程中哪些环节必须改变?为什么?

参考答案厌氧菌遇氧死亡——从接种操作、培养基配方(加入还原剂除氧)、培养环境(用厌氧罐或厌氧手套箱),到平板划线全程都需在无氧条件下进行。标准好氧流程无法照搬,必须按菌的生理特性重新设计。

14第 14 页 · 课后思考
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