四、细菌培养及其生长现象观察
(一)实验目的要求
(1)掌握细菌需氧培养方法和二氧化碳培养方法。
(2)掌握细菌在各种培养基上的生长现象。
(3)熟悉微需氧和厌氧培养方法。
(二)器材、试剂和气体
1.器材 恒温培养箱、二氧化碳培养箱、磨口玻璃干燥器、厌氧袋、厌氧罐、真空泵、厌氧培养箱等。
2.试剂 各种培养基、碳酸氢钠、浓盐酸、钯粒、美蓝(亚甲蓝)等。
3.气体 N2、CO2、H2。
(三)步骤和方法
1.细菌培养方法 根据临床初步诊断及待检细菌的种类,可选用不同环境条件(气体、温度等)进行培养。常用的有需氧培养法、CO2培养法、微需氧培养法和厌氧培养法。为了提高临床标本病原菌的检出率,同一标本常同时采用两种或三种不同的方法培养。
1)需氧培养法 本法是细菌检验室最常用的常规培养方法,是指需氧菌或兼性厌氧菌在普通大气环境下的培养方法,又称为普通培养法。将已接种好的各种培养基置于35~37℃恒温培养箱内培养18~24 h,多数细菌可见生长现象;但少数生长缓慢的细菌,需培养3~7天,甚至1个月才能出现生长现象。因此培养生长缓慢的细菌时,为了防止培养基干裂,应接种于试管培养基,并用无菌液体石蜡或凡士林封住试管外口塞接合处。另外,要根据细菌种类不同及用途,调整适当的培养温度。如鼠疫耶尔森菌的最适生长温度为25~28℃,李斯特菌在4℃也能生长,铜绿假单胞菌在42℃仍可生长,可用于鉴定这些细菌。注意一般在培养箱内置一杯蒸馏水,使培养箱内保持一定湿度,有利于细菌生长繁殖。
2)CO2培养法 有些细菌(如脑膜炎奈瑟菌、肺炎链球菌、嗜血杆菌等)初次分离培养时需提供5%~10%CO2气体环境才能生长,可采用下列方法供给一定浓度的CO2。
(1)CO2培养箱法:是目前细菌检验室最常用的方法,通过CO2培养箱自动调节CO2气瓶中CO2进入培养箱的量,并能自动控制湿度和温度,设定好CO2浓度和温度即可使用,培养物置于培养箱中,即可获得CO2培养环境(见图1-13及文后彩图)。

图1-13 CO2培养箱
(2)烛缸法:将已接种好细菌的培养基放入容量为2000 mL的磨口标本缸或干燥器内,为了隔绝空气,在缸盖口及缸口涂上凡士林,在缸内放置一段点燃的蜡烛,应稍高于培养物,不可靠近缸壁,加盖密闭,再用凡士林彻底密封外缘盖口(图1-14)。缸内燃烛于0.5~1 min后因缺氧自行熄灭,此时缸内CO2含量为5%~10%,将烛缸置于35~37℃恒温箱中培养。
(3)化学法:常用碳酸氢钠-盐酸法。按每升容积加入碳酸氢钠0.4 g和浓盐酸0.35 mL的比例,分别将两种试剂置于同一器皿内(如平皿),但不能使二者混合,连同已接种好标本的培养基一起置于磨口玻璃缸或干燥器内,同样缸盖口和缸口涂上凡士林,盖紧缸盖后倾斜容器,使浓盐酸与碳酸氢钠接触,生成CO2以满足某些细菌培养所需(图1-14)。将玻璃缸置于35~37℃恒温箱培养箱中培养。
(4)气袋法:选用无毒透明的塑料培养袋,将接种好标本的平板放入袋内,尽量去除袋内空气后将袋口密封。折断袋内已置的CO2产气管使其产生CO2,数分钟内即可获得需要的CO2培养环境。将气袋置于35~37℃恒温培养箱培养。

图1-14 烛缸法和化学法
3)微需氧培养法 微需氧菌(如弯曲菌、幽门螺杆菌)在大气中及绝对无氧环境中均不能生长,在含有5%O2、10%CO2和85%N2的气体环境中才可生长,将标本接种到培养基上,置于上述气体环境中,35~37℃进行培养即为微需氧培养法(有气罐法和气袋法)。
4)厌氧培养法 培养厌氧菌时,须除去培养环境或培养基中的O2,或使用还原氧化型物质,以降低其氧化还原电势,厌氧菌才能生长。常用的厌氧培养法有以下几种。
(1)庖肉培养基法:庖肉培养基中的肉渣含有不饱和脂肪酸及硫基等还原性物质,能吸收培养基中的O2和使氧化还原电势下降,同时在液面覆盖一层无菌凡士林或液体石蜡,以隔离空气中的O2继续进入培养基,形成良好的厌氧条件,并可借凡士林上移与否,指示该菌是否产气。方法是将庖肉培养基在水浴液中煮沸10 min,冷却,接种厌氧菌于庖肉培养基内。于培养基液面上加灭菌的液体石蜡或溶化的凡士林1~2 mL隔绝空气。37℃培养24~48 h,观察厌氧菌生长情况。观察细菌产气时应该用凡士林进行封盖。
(2)厌氧袋法:厌氧袋是一种特制不透气的塑料袋(见图1-15及文后彩图),袋中放有气体发生小管、催化剂小管(内放钯粒)和厌氧环境指示剂(美蓝)。将接种好的平板放入袋中,排出袋中气体,卷叠好袋口,用弹簧夹夹紧,然后折断气体发生小管中安瓿,使发生反应产生CO2和H2等。在催化剂钯粒的作用下,H2与袋中剩余O2反应生成H2O,使袋内环境达到无氧。约半小时后,再折断含美蓝液安瓿管(美蓝在无氧环境中无色,在有氧环境中变成蓝色),如指示剂不变蓝,表示袋内已成无氧环境,此时即可放于35~37℃恒温箱培养24~48 h后,观察厌氧菌生长情况。
(3)厌氧盒法:用透明硬塑料制成密闭的厌氧培养盒(见图1-16及文后彩图),原理和方法同厌氧袋法。

图1-15 厌氧袋法

图1-16 厌氧盒法
(4)厌氧罐法:将接种标本的琼脂平板或试管置于带有活塞的密封缸内(见图1-17及文后彩图)。缸内同时放有冷触媒钯粒10~20粒、已煮沸去氧的美蓝指示剂1管。用真空泵通过活塞抽去缸内的空气,充入N2,反复2~3次,再充入85%N2、10%CO2和5%H2的混合气体。置密封缸于37℃培养24~48 h后,观察厌氧菌生长情况。
(5)厌氧培养箱法:将厌氧培养的平板或试管置于厌氧培养箱内进行培养的方法。厌氧培养箱主要是利用密封、抽气、换气或化学等方法去除氧以形成厌氧环境,以利于厌氧菌的生长繁殖。厌氧培养箱首先必须外接含厌氧气体的气瓶,装有真空表、真空泵气阀、温度控制器、总电源指示灯、培养罐气阀。箱内装有远红外线加热器、需氧培养槽以及整个培养罐体。
(6)厌氧手套箱法:此法分离厌氧菌效果最佳。用透明硬塑料制成密闭的厌氧手套箱,外接厌氧气瓶,箱内用抽气换气法保持厌氧状态。整个培养过程包括培养基制作、标本接种、培养、观察结果等,均通过箱上安装的橡皮手套在箱内操作和处理,使培养物始终处于无氧环境中,不与空气接触(见图1-18及文后彩图)。

图1-17 厌氧罐法

图1-18 厌氧手套箱法
2.细菌生长现象的观察 根据培养基物理性状的不同,细菌在固体培养基、半固体培养基和液体培养基上的生长现象也不同。
1)固体培养基 细菌在固体培养基上生长的是菌落和菌苔,主要通过观察菌落特征来初步鉴别细菌。将标本或培养物划线接种于固体培养基表面,经适宜环境培养后,单个细菌分裂繁殖,形成一个肉眼可见的细菌集团,称为菌落(colony)。多个菌落堆积或连在一起形成线状或片状的更大细菌集团,称为菌苔(lawn)。不同细菌形成的菌落特征也不尽相同,表现在菌落形态、大小、溶血性、产生色素和气味等方面,依此可以初步鉴别细菌。
(1)菌落形态:包括菌落形状(露滴状、圆形、菜花样、不规则等)、突起或扁平、凹陷、边缘(光滑、波形、锯齿状、卷发状等)、表面(光滑、粗糙等)、透明度(不透明、半透明、透明等)和黏度等。根据菌落表面特征不同,可将菌落分为3型:①光滑型菌落(S型菌落):菌落表面光滑、湿润、半透明,边缘整齐,新分离的细菌大多呈S型菌落。②粗糙型菌落(R型菌落):菌落表面粗糙、干燥、不透明,呈皱纹或颗粒状,边缘大多不整齐,R型菌落多为S型细菌变异失去菌体表面多糖或蛋白质后形成,也有少数新分离的细菌毒力株就是R型,如炭疽芽孢杆菌、结核分枝杆菌等。③黏液型菌落(M型菌落):菌落黏稠、有光泽、透明似水珠样,多见于有厚荚膜或丰富黏液层的细菌。
(2)菌落大小:不同细菌在相同培养基、相同环境和相同的培养时间,其菌落大小各有差异。通常细菌的菌落有大菌落(菌落直径>2 mm)、中等菌落(菌落直径1~2 mm)、小菌落(菌落直径0.5~1 mm)或针尖样菌落(菌落直径<0.5 mm)。
(3)菌落溶血性:在绵羊血或兔血琼脂平板上,细菌可以产生不同的溶血反应,一般分为α、β、γ溶血。①α溶血:又称草绿色溶血、甲型溶血或不完全溶血,菌落周围出现草绿色溶血环(宽1~2 mm),镜下可见残存的红细胞(如甲型链球菌、肺炎链球菌),注意有的细菌放置于冰箱才能出现草绿色溶血环。②β溶血:又称完全溶血、乙型溶血或透明溶血,菌落周围有宽2~4 mm、界限分明、完全透明的溶血环,镜下观察红细胞完全被溶解(如金黄色葡萄球菌)。③γ溶血:用肉眼观察不到溶血现象,即不溶血。
注意溶血不仅仅发生在菌落周围,也可能出现在菌落下面,可用以下三种方法观察溶血特征。①将平板置于光源前面,让光源透过平板观察。②用接种环或无菌棉签移去菌落,观察长菌区域的溶血情况。③用显微镜观察溶血性。一般而言,在厌氧状态下细菌产生溶血较好,因此,常规工作中,接种时可将标本或细菌用接种针穿刺接种于血琼脂培养基内2~3 mm处,使细菌接种到培养基深处,35~37℃培养过夜,可以清晰地观察溶血情况。
(4)产生色素:有些细菌可产生色素,使菌落或培养基出现颜色,色素可分为脂溶性色素和水溶性色素两种,水溶性色素可使菌落及其周围培养基出现颜色(如铜绿假单胞菌),脂溶性色素只在菌落中有颜色(如金黄色葡萄球菌等)。颜色有红色、白色、灰白色、黑色、绿色、黄色、金黄色、橙色、柠檬色、棕色、紫色等。不同细菌可产生不同的色素,大多数产色素的细菌只产生单一色素,少数细菌(如铜绿假单胞菌)可产生多种色素。有些细菌(如金黄色葡萄球菌、铅黄肠球菌等)的色素产生很稳定,有些细菌(如黏质沙雷菌)的色素产生很不稳定。
(5)气味:某些细菌在培养基中生长繁殖后可产生特殊气味,如芳香产碱杆菌(浓烈的水果香味)、嗜血杆菌(“鼠穴”味)、厌氧梭菌(腐败的恶臭味)、某些芽孢杆菌(腐叶气味)等,另外个人嗅觉有差异,不能完全靠闻。
2)半固体培养基 主要用于细菌动力实验,观察穿刺线是否清晰可见以及周围培养基混浊程度及运动轨迹。有鞭毛的细菌除了沿穿刺线生长外,在穿刺线两侧也可见羽毛状或云雾状混浊生长,为动力实验阳性。无鞭毛的细菌只能沿穿刺线呈明显的线状生长,穿刺线周围的培养基仍然澄清透明,为动力实验阴性(图1-19)。

图1-19 半固体培养基上细菌生长现象
3)液体培养基 细菌在液体培养基中有均匀混浊式、菌膜式、沉淀式3种生长现象。大多数兼性厌氧菌(如大肠埃希菌、金黄色葡萄球菌)在液体培养基生长繁殖后呈均匀混浊式生长;专性需氧菌(如铜绿假单胞菌、结核分枝杆菌和诺卡菌等)一般呈表面生长,常形成菌膜,菌膜厚度不一;厌氧菌和链球菌多为沉淀式生长,培养基底部出现絮状沉淀物(图1-20)。

图1-20 液体培养基生长现象(依次为透明、均匀混浊、沉淀、菌膜)