一、培养细菌的方法
人工培养细菌,除需要提供充足的营养物质使细菌获得生长繁殖所需要的原料和能量外,尚要有适宜的环境条件,如酸碱度、渗透压、温度和必要的气体等。
根据不同标本及不同培养目的,可选用不同的接种和培养方法,常用细菌分离培养和纯培养两种方法。已接种标本或细菌培养基置于合适的气体环境,需氧菌和兼性厌氧菌置于空气中即可,专性厌氧菌须在无游离氧的环境中培养。多数细菌在代谢过程中需要CO2,但分解糖类时产生的CO2已足够其所需,且空气中还有微量CO2,不必额外补充。只有少数菌如布鲁菌、脑膜炎奈瑟菌、淋病奈瑟菌等,初次分离培养时必须在5%~10% CO2环境中才能生长。
病原菌的人工培养一般采用35℃~37℃,培养时间多数为18~24小时,但有时需根据菌种及培养目的作最佳选择,如细菌的药物敏感试验则应选用对数期的培养物。
二、培养基
培养基(culture medium)是由人工方法配制而成的,专供微生物生长繁殖使用的混合营养物制品。通常培养基pH为7.2~7.6,少数细菌按生长要求调整pH偏酸或偏碱。许多细菌在代谢过程中分解糖类产酸,故常在培养基中加入缓冲剂,以保持稳定的pH。培养基制成后必须经灭菌处理。
培养基按其营养组成和用途不同,分为以下几类:
基础培养基 基础培养基(basic medium)含有多数细菌生长繁殖所需的基本营养成分。它是配制特殊培养基的基础,也可作为一般培养基用。如营养肉汤(nutrient broth)、营养琼脂(nutrient agar)、蛋白胨水等。
增菌培养基 若了解某种细菌的特殊营养要求,可配制出适合这种细菌而不适合其他细菌生长的增菌培养基(enrichment medium)。在这种培养基上生长的是营养要求相同的细菌群。它包括通用增菌培养基和专用增菌培养基,前者为基础培养基中添加合适的生长因子或微量元素等,以促使某些特殊细菌生长繁殖,例如链球菌、肺炎链球菌需在含血液或血清的培养基中生长;后者又称为选择性增菌培养基,即除固有的营养成分外,再添加特殊抑制剂,有利于目的菌的生长繁殖,如碱性蛋白胨水用于霍乱弧菌的增菌培养。
选择培养基 在培养基中加入某种化学物质,使之抑制某些细菌生长,而有利于另一些细菌生长,从而将后者从混杂的标本中分离出来,这种培养基称为选择培养基(selective medium)。例如培养肠道致病菌的SS琼脂,其中的胆盐能抑制革兰阳性菌,枸橼酸钠和煌绿能抑制大肠埃希菌,因而使致病的沙门菌和志贺菌容易分离到。若在培养基中加入抗生素,也可起到选择作用。实际上有些选择培养基、增菌培养基之间的界限并不十分严格。
鉴别培养基 用于培养和区分不同细菌种类的培养基称为鉴别培养基(differential medium)。利用各种细菌分解糖类和蛋白质的能力及其代谢产物不同,在培养基中加入特定的作用底物和指示剂,一般不加抑菌剂,观察细菌在其中生长后对底物的作用,从而鉴别细菌。如常用的糖发酵管、三糖铁培养基、伊红-美蓝琼脂等。
厌氧培养基 专供厌氧菌分离、培养和鉴别用的培养基,称为厌氧培养基(anaerobic medium)。这种培养基营养成分丰富,含有特殊生长因子,氧化还原电势低,并加入美蓝作为氧化还原指示剂。其中心脑浸液、肝块和肉渣含有不饱和脂肪酸,能吸收培养基中的氧;硫乙醇酸盐和半胱氨酸是较强的还原剂;维生素K1、氧化血红素可以促进某些拟杆菌的生长。常用的有庖肉培养基(cooked meat medium )、硫乙醇酸盐肉汤等,并在液体培养基表面加入凡士林或液体石蜡以隔绝空气。
此外,也可根据培养基的物理状态不同分为液体、固体和半固体三大类。在液体培养基中加入1.5%的琼脂粉,即凝固成固体培养基;琼脂粉含量在0.3%~0.5%时,则为半固体培养基。琼脂在培养基中起赋形剂作用,不具营养意义。液体培养基可用于大量繁殖细菌,但必须接种纯种细菌;固体培养基常用于细菌的分离和纯化;半固体培养基则用于观察细菌的动力和短期保存细菌。
三、细菌在培养基中的生长情况
在液体培养基中生长情况 大多数细菌在液体培养基中生长繁殖后呈现均匀混浊状态;少数链状的细菌则呈沉淀生长;枯草芽胞杆菌、结核分枝杆菌等专性需氧菌呈表面生长,常形成菌膜。
在固体培养基中生长情况 将标本或培养物划线接种在固体培养基的表面,因划线的分散作用,使许多原混杂的细菌在固体培养基表面上散开,称为分离培养。一般经过18~24小时培养后,单个细菌分裂繁殖成一堆肉眼可见的细菌集团,称为菌落(colony)。挑取一个菌落,移种到另一培养基中,生长出来的细菌均为纯种,称为纯培养(pure culture)。这是从临床标本中检查鉴定细菌很重要的第一步。各种细菌在固体培养基上形成的菌落,在大小、形状、颜色、气味、透明度、表面光滑或粗糙、湿润或干燥、边缘整齐与否,以及在血琼脂平板上的溶血情况等均有不同表现,这些有助于识别和鉴定细菌。此外,取一定量的液体标本或培养液均匀接种于琼脂平板上,可计数菌落,推算标本中的活菌数。这种菌落计数法常用于检测自来水、饮料、污水和临床标本的活菌含量。
细菌的菌落一般分为三型:
1.光滑型菌落(smooth colony,S型菌落) 新分离的细菌大多呈光滑型菌落,表面光滑、湿润、边缘整齐。
2.粗糙型菌落(rough colony,R型菌落) 菌落表面粗糙、干燥、呈皱纹或颗粒状,边缘大多不整齐。R型细菌多由S型细菌变异失去菌体表面多糖或蛋白质形成。R型细菌抗原不完整,毒力和抗吞噬能力都比S型菌弱。但也有少数细菌新分离的毒力株就是R型,如炭疽芽胞杆菌、结核分枝杆菌等。
3.粘液型菌落(mucoid colony,M型菌落) 粘稠、有光泽,似水珠样。多见于有厚荚膜或丰富粘液层的细菌,如肺炎克雷伯菌等。
在半固体培养基中生长情况 半固体培养基粘度低,有鞭毛的细菌在其中仍可自由游动,沿穿刺线呈羽毛状或云雾状混浊生长。无鞭毛细菌只能沿穿刺线呈明显的线状生长。
四、人工培养细菌的用途
在医学中的应用 细菌培养对疾病的诊断、预防、治疗和科学研究都具有重要的作用。
1.感染性疾病的病原学诊断 明确感染性疾病的病原菌必须取病人有关标本进行细菌分离培养、鉴定和药物敏感试验,其结果可指导临床用药。
2.细菌学的研究 有关细菌生理、遗传变异、致病性和耐药性等研究都离不开细菌的培养和菌种的保存等。
3.生物制品的制备 供防治用的疫苗、类毒素、抗毒素、免疫血清及供诊断用的菌液、抗血清等均来自培养的细菌或其代谢产物。
在工农业生产中的应用 细菌培养和发酵过程中的多种代谢产物在工农业生产中有广泛用途,可制成抗生素、维生素、氨基酸、有机溶剂、酒、酱油、味精等产品。细菌培养物还可生产酶制剂,处理废水和垃圾,制造菌肥和农药等。
在基因工程中的应用 将带有外源性基因的重组DNA转化给受体菌,使其在菌体内能获得表达。细菌操作方便,容易培养,繁殖快,基因表达产物易于提取纯化,故可以大大地降低成本。如应用基因工程技术已成功地制备了胰岛素、干扰素、乙型肝炎疫苗等。

