Лабораторное занятие № 2
Тема: Тема 2. Тема 2. Физиология микроорганизмов(включает тридва занятия) Занятие 3.Тема 2.1.: Методы выращивания микроорганизмов, питательные среды их состав и виды. Подготовка лабораторного инвентаря Оснащение занятия 1. Чашка Петри, пробирка, пипетка, шпатель и полоски бумаги для их обертывания, игла, вата, спиртовка, спички. 1. Набор естественных, искусственных и синтетических питательных сред: молоко, мясную воду, МПА, МПБ, среду Чапека, среду Гетчинсона, КАА, Эндо, аппарат Зейтца, анаэростат, марлю, нитки, ножницы. Контрольные вопросы 1. Требования, предъявляемые к питательным средам. 1. Типы питательных сред. 1. Понятие о стерилизации. 1. Методы стерилизации. Изучать различные свойства микроорганизмов, их обмен веществ можно только в условиях, когда они могут расти, размножаться и проявлять свои жизненные функции. Это достигается при выращивании микроорганизмов на соответствующих питательных средах. При составлении питательных сред необходимо учитывать потребности микроорганизмов в элементах питания, их наличие в среде в форме, доступной для микроорганизмов. Одновременно среда должна удовлетворять всем требованиям для обитания микроорганизмов, позволяющим осуществлять свойственный данной группе микроорганизмов обмен веществ. Для роста микроорганизмов в состав питательной среды должны входить элементы-органогены (углерод, азот, водород, кислород), зольные элементы (фосфор, сера, калий, кальций, магний, железо), микроэлементы (цинк, медь, кобальт, бор, марганец, молибден, стронций) и витамины. Потребность в перечисленных элементах у различных микроорганизмов неодинакова. Поэтому не может быть одной универсальной питательной среды, одинаково удовлетворяющей потребности всех микроорганизмов. Потребности в кислороде и водороде микроорганизмы удовлетворяют главным образом за счет поступающей в клетку воды. В качестве источника азота и углерода в составе питательных сред могут быть использованы органические или минеральные соединения. Соединения углерода и азота являются основными компонентами питательных сред. Именно они определяют специфичность подавляющего большинства питательных сред. Микроорганизмы делят по способности к усвоению разных форм азота на аминоавтотрофы и аминогетеротрофы. Аминоавтотрофы извлекают азот из простых минеральных соединений или используют азот атмосферы. Они сами синтезируют все аминокислоты. Для них готовят питательные среды либо совсем без азота, либо азот дают в виде аммонийных и нитратных солей. Аминогетеротрофы для построения белков своего организма нуждаются либо в готовых аминокислотах, либо в присутствии белка, либо расщепляют высокомолекулярные продукты разложения белка - пептоны. Белки, пептоны и аминокислоты они могут использовать не только как источник углерода, но и как источник энергии. По потребности в углероде микроорганизмы делятся на автотрофы и гетеротрофы. Автотрофы способны использовать углерод из углекислого газа воздуха или из карбонатов и синтезировать из него углеводы клетки. Для них готовят питательные среды с карбонатами или совсем без источника углерода. Гетеротрофыиспользуют углерод из готовых органических соединений. Поэтому в питательные среды для них добавляют разнообразные углеродсодержащие вещества. Наиболее полноценным источником углерода для гетеротрофов являются сахара (глюкоза, галактоза, лактоза, сахароза, арабиноза), многоатомные спирты (глицерин, маннит, сорбит и др.), карбоновые кислоты и оксикислоты (молочная, яблочная и др.) Требования, предъявляемые к питательным средам Должна содержать все необходимые для данного микроорганизма элементы питания (органогены, зольные, микроэлементы) и витамины. Иметь достаточную влажность, так как основную часть микробной клетки (90%) составляет вода, и микроорганизмы усваивают только растворенные питательные вещества. На твердых субстратах (пластмассах и др.) микроорганизмы можно выращивать только при высокой относительной влажности воздуха. Среды долго не хранят, они высыхают. Обладать изотоничностью, т.е. иметь оптимальную концентрацию питательных веществ, идентичную содержимому клеток микроорганизмов (для бактерий примерно 0,5% всех солей, для грибов и актиномицетов -до 3%). В очень разбавленных(гипотонических) или сильно концентрированных (гипертонических растворах) рост микроорганизмов замедляется или прекращается. Не содержать никаких посторонних микроорганизмов, т.е. быть стерильной. С этой целью питательные среды стерилизуют (автоклавируют, кохируют, фильтруют через бакфильтры) и проверяют на стерильность, выдерживая 2-3 суток в термостатной комнате или термостате при температуре 37°С. Проросшие среды бракуются. Должна быть прозрачной, что обеспечит хорошее наблюдение за ростом колоний микроорганизмов на твердых средах и характером их развития (поверхностный рост, пристеночный и т.д.) на жидких средах. Для создания прозрачности в процессе приготовления среды осветляют, добавляя в них белок куриного яйца, взбитый до пены, с двойным количеством дистиллированной воды, и затем отфильтровывают. Должна иметь соответствующую реакцию среды (рН). Поэтому при приготовлении сред их подщелачивают 20%-м раствором соды или подкисляют органическими (молочной, уксусной, борной) или минеральными кислотами. Для развития бактерий реакция среды должна быть нейтральная (около 7,0), для грибов и дрожжей - кислая (от 4,5 до 6,5) для актиномицетов - нейтральная или слабощелочная (от 7,0 до 7,4). Для некоторых микроорганизмов (пенициллов) рН среды не имеет значения. Они развиваются в широком диапазоне рН (от 1 до 10). Другие микроорганизмы очень чувствительны к рН. Например, холерный вибрион растет в узком диапазоне рН (от 7,2 до 7,4). Иметь определенный окислительно-восстановительный потенциал, или rH (отрицательный логарифм содержания молекул водорода). При насыщении среды кислородом rH2 равен 41, водородом – 0. Аэробы развиваются при rH2 от 10 до 30, анаэробы от 0 до 10, а факультативные анаэробы – от 0 до 30. Для выращивания аэробов специальных условий не создают. Они хорошо растут на поверхности агаризованных питательных сред или в тонком слое жидких питательных сред. Для культивирования анаэробов в питательные среды вводят компоненты, изолирующие микроорганизмы от наружного воздуха (например, масло), а сами питательные среды наливают высоким столбиком в пробирки или специальные трубки. Можно регулировать rH2, добавляя в питательные среды цистеин или гипосульфит в определенных количествах, снижающих аэробность среды. На поверхности агаризованиых сред анаэробов можно выращивать в специальных приборах-анаэростатах, из которых откачивается воздух. Типы питательных сред.В зависимости от происхождения питательные среды подразделяют на естественные, искуственные и синтетические. Естественными средами обычно называют такие, которые представляют собой натуральный продукт (молоко, яйца, овощи) или естественный субстрат (вода, свернутая сыворотка крови, растение и т.д.). Искусственные среды готовят по определенным рецептам из различных настоев или отваров растительного или животного происхождения с добавлением в них неорганических солей, углеводов, азотистых соединений. Естественные и искусственные питательные среды не имеют постоянного состава, на них развиваются многие микроорганизмы, и они мало пригодны для изучения обмена веществ микроорганизмов. Используются в основном для выделения и поддержания культур микроорганизмов, их диагностики. Синтетические среды готовят по определенным рецептам и только на дистиллированной воде с добавлением химически чистых веществ (соль, углевод, аминокислота, витамин и др.) в определенных количествах. Синтетические среды значительно беднее по питательной ценности искусственных и естественных и часто являются элективными (избирательными) средами для определенных групп микроорганизмов. По консистенции различают питательные среды жидкие, полужидкие, плотные и сыпучие. Жидкие среды состоят из воды и растворенных в ней веществ (мясная вода, мясо-пептонный бульон, среда Виноградского для нитрификаторов). Их применяют для получения биомассы микроорганизмов, их метаболитов, для изучения физиологии и биохимии микроорганизмов, для длительного поддержания коллекции микроорганизмов. Плотные искусственные среды готовят путем добавления к жидкой среде уплотняющих веществ: желатины (белок, получаемый путем вываривания костей, хрящей и сухожилий животных или чешуи рыб) 10-15% или агар-агара 1-2% (полисахарид, пектинообразное вещество, получаемое из морских водорослей). Плотной основой могут служить также пластинки силикагеля, пропитанные питательной средой. Полужидкие среды содержат те же уплотняющие вещества, но в меньшем количестве (0,2-0,3% агар-агара). Плотные и полужидкие среды используют для количественного учета микроорганизмов в разных субстратах, для изучения строения колоний, получения чистых культур и т.д. Сыпучие среды применяют в микробиологической промышленности для изготовления бактериальных удобрений, бактериальных препаратов для защиты растений и т.д. К ним относят отруби, разваренное пшено, кварцевый песок, силикагель, пропитанные питательным раствором. В микробиологических лабораториях наиболее универсальными являются среды с агар-агаром. Он застывает при 40…50°С, а плавится при 100°С. Хорошо выдерживает разные режимы стерилизации. Однако при стерилизации кислых сред частично гидролизуется и затем не застывает. Поэтому среды подкисляют только после стерилизации, перед розливом твердой агаризованной среды в чашки или пробирки. Желатина имеет то неудобство, что она разжижается при 25°С, т.е. при температуре ниже обычной температуры культивирования многих мезофилов (30…37°С). Поэтому, чтобы установить, есть ли у данного микроорганизма фермент желатиназа, расщепляющий желатину, желатину после определенного срока выращивания микроорганизмов помещают в холодильник для застывания. Это позволяет устранить естественное разжижение желатины. По назначению питательные среды делят на обычные, элективные и дифференциально-диагностические. К обычным средам относят МПА, МПБ, картофельную среду. Элективные среды предназначены для выделения микроорганизмов из мест их естественного обитания. Они обеспечивают преимущественное развитие определённой группы микроорганизмов, для которых характерна общность физиологических свойств. Элективные среды введены в практику микробиологических исследований русским микробиологом С.Н.Виноградским. Применяют для выделения большинства почвенных микроорганизмов. Дифференциально-диагностические среды (индикаторные) дают возможность быстро отличить одни виды микроорганизмов от других. Это, например, среда Эндо для кишечной палочки, или, иначе, фуксинсульфитный агар. Она готовится так: к среде МПА после стерилизации добавляют 10 г лактозы на 1л среды, 4 мл 10%-го спиртового раствора основного фуксина и 10%-го раствора сульфита до легкого порозовения. После застывания среда должна быть почти бесцветна. Хранить в темноте, на свету она краснеет. Кишечная палочка (Echerichia coli) на этой среде образует красные колонии с металлическим блеском. Использование сухих питательных сред.Сухие питательные среды в виде порошков необходимо хранить герметически закрытыми и в темноте, так как препараты гигроскопичны и светочувствительны. Изменение их физических свойств (увлажнение, комкование, другой цвет) свидетельствует об ухудшении качества. Наличие в сухой среде глюкозы при изменении цвета порошка- показатель его порчи. Чтобы приготовить питательную среду из сухого порошка, необходимо навеску, указанную на этикетке, взвесить и высыпать в стеклянную колбу. залить холодной дистиллированной водой. Хорошо размешать до полного смачивания порошка водой. Смесь нагреть в водяной бане до кипения, периодически помешивая. Кипячение ведут до тех пор, пока порошок окончательно не растворится. Можно кипятить до растворения и в колбонагревателе, но необходимо постоянно следить, чтобы не допустить пригорания среды. Сухой питательный мясо-пептонный агар перед стерилизацией надо освобождать от мути. Для этого расплавленную среду наливают в высокий сосуд, затем дают медленно остыть. Муть при этом собирается на дне сосуда. Затем сосуд опускают на некоторое время в горячую воду, агар из него вытряхивают и отрезают мутную часть. Прозрачный агар расплавляют и стерилизуют под давлением 1атм 20 мин или дробным методом (3 кратная обработка при температуре 100Сº в водяной бане в течение 30 мин с последующим ежесуточным проращиванием спор в термостате. Для приготовления среды Эндо из сухого агарового порошка, содержащего фуксин, но больше ничем по составу не отличающегося от мясо-пептонного агара, делают навеску на определенный объем воды. Агара берут 2% (20 г на 1 л). Навеску в воде взбалтывают до полной смачиваемости и кипятят 3-5 минут, не допуская пригорания. Дополнительной стерилизации не требуется. Горячий агар Эндо имеет бледно-розовый цвет, при остывании становится почти бесцветным. Среду готовят и разливают в стерильные чашки Петри в день посева. Среду нельзя оставлять на свету, она покраснеет. Понятие о стерилизации .Стерилизацией называется полное уничтожение вегетативных клеток бактерий и спор микроорганизмов в том или ином субстрате. Стерилизация означает обеспложивание. Термин "стерильность" имеет абсолютное значение: либо объект стерилен, либо нестерилен, середины быть не может. Различают термическую и холодную стерилизацию.Термическая стерилизация включает прокаливание в пламени и обжигание, сухожаровую стерилизацию (горячим воздухом), стерилизацию насыщенным паром под давлением (автоклавирование), дробную стерилизацию (тиндализацию и кохирование), кипячение. Холодная стерилизация включает фильтрование через бактериологические фильтры, обработку ультрафиолетовыми лучами, химическими соединениями, газами. В каждом отдельном случае приходится избирать такой способ стерилизации, который, давая надежный результат в смысле уничтожения всех микроорганизмов и их спор, не изменял бы в то же время свойства стерилизуемого объекта, не нарушал бы химического состава питательных сред, свойств материала и т.д. В микробиологической практике в основном применяют термические способы стерилизации, которые также выбирают в зависимости от состава питательных сред, посуды и инструментов. Методы стерилизации. Автоклавирование - стерилизация насыщенным паром под давлением. Проводится в автоклаве. Выбор режима автоклавирования определяется составом питательных сред. Микробиологи чаще всего стерилизуют при 0,5 и 1 атм. Легко разрушающиеся субстраты, как молоко и желатиновые среды, субстраты, содержащие сахара и витамины (пивное сусло, соки), обычно стерилизуют при 0,5 атм в течение 15-30 мин. Мясо-пептонные среды стерилизуют при 1 атм 20 мин. Агаризованные среды требуют для стерилизации в 2 раза больше времени, чем такой же объем воды. С трудом поддаются стерилизации в автоклаве различные порошки (тальки) и вязкие жидкости (глицерин, вазелиновое масло), так как они плохо передают тепло и медленно нагреваются. Их лучше стерилизовать в сухожарочных шкафах. Почву и сильно заспоренные субстраты стерилизуют в автоклаве при 1 атм либо раз 2 ч, либо 2 дня подряд по 1 ч, а иногда при 2 атм 2 ч. Режим стерилизации зависит от рН среды. При кислой реакции среды наблюдается гидролиз агара и желатины. В результате после стерилизации эти среды не застывают (особенно с желатиной). Если среда щелочная, карамелизуются сахара, выпадают в осадок соли железа. Нейтральные среды с сахарами (особенно ксилозой) при автоклавировании подкисляются до рН 6,0. Чтобы избежать негативных изменений при автоклавировании, рекомендуется углеводы, фосфаты, соли железа автоклавировать отдельно от остальной среды при более мягком режиме и объединять в нужном соотношении после стерилизации. Режим стерилизации зависит также и от объема материала. Чем больше материал, тем продолжительнее стерилизация при одной и той же температуре. Стерилизация текучим паром, дробная стерилизация применяется для питательных сред, содержащих белки, углеводы ( молоко, картофель и др.), которые при автоклавировании изменяют состав. Её проводят в автоклаве с незакрепленной крышкой или в специальном аппарате Коха - металлическом цилиндре, на дно которого наливают воду. Над водой ставят сетку и на неё помещают стерилизуемый материал. Сверху аппарат закрывают крышкой с отверстием. Через него пар свободно выходит наружу. Стерилизуют от 30 мин до 1 ч с момента закипания воды. Погибают только вегетативные формы, а споры сохраняются. Поэтому среду помещают на сутки в термостат с температурой 30°С для проращивания спор. Через сутки стерилизацию текучим паром повторяют, снова проращивают споры и на 3-и сутки еще раз стерилизуют. Дробная стерилизация текучим паром в течение 30-60 мин в течение 3 суток с обязательным проращиванием спор в промежутках между прогреваниями среды называется кохированием. Разновидностью дробной стерилизации является тиндализация. В аппарате Коха или в водяных банях стерилизуют вещества, легко разрушающиеся при температуре свыше 60°С. Прогревание проводят при 56…580С в течение 1ч с 5-6-кратным повторением через каждые 24 ч. В промежутке между прогреванием среды выдерживают при температуре 25… 37°С. Пастеризация - это одномоментный прогрев при температуре 60…70°С в течение 30 мин или 75…80°С в течение 5-10 мин. Введена Пастером для уничтожения вегетативных клеток, преимущественно патогенных микробов. Споровые формы микроорганизмов сохраняются. Применяют для частичного обеспложивания молока, пива, вин и других продуктов. В пастеризованных продуктах сохраняются витамины и вкусовые качества. Длительному хранению не подлежат. Стерилизация фильтрованием через бактериальные фильтры. Эти фильтры имеют очень мелкие поры. Микробные клетки задерживаются на фильтре, а вытекающая после фильтрации жидкость оказывается стерильной. Клетки микробов на фильтре задерживаются главным образом механически, так как их диаметр больше диаметра пор фильтра, а также потому, что поры идут через фильтр извилисто и на разном протяжении имеют разную форму и размер. Фильтры, приготовленные из положительно заряженного материала, еще и притягивают бактерии к стенкам пор, поскольку большинство бактерий в водной суспензии несет на своей поверхности отрицательный заряд. Наиболее распространенные методы стерилизации приведены в табл. 4 Таблица 34. Методы стерилизации
Подготовка сред к стерилизации. В процессе стерилизации теряется 3-5% жидкости в результате испарения, поэтому в приготовляемые среды необходимо добавлять сверх объема 5% дистиллированной воды. Среды стерилизуют в пробирках, колбах, заполняя их не более чем наполовину, чтобы предотвратить смачивание пробок. Пробки сосудов, которые будут стерилизоваться в автоклаве, нельзя обертывать фольгой, целлофаном, не пропускающими пар в сосуд, среда не нагреется до нужной температуры и не простерилизуется. Стеклянные, резиновые, корковые пробки завертывают в двойной слой оберточной бумаги и стерилизуют отдельно. Замену ими ватных пробок проводят над пламенем спиртовки. Мытье новой лабораторной посуды. Новую посуду, которая не была в употреблении, моют мыльной теплой водой. Воду наливают в таз и растворяют в ней хозяйственное мыло или стиральный порошок до образования небольшого количества пены. В эту воду погружают посуду, ставят на слабый огонь и доводят до кипения. После закипания посуду вынимают, охлаждают и ополаскивают чистой водой. Чтобы нейтрализовать избыток щелочи, посуду погружают в теплый 1-2%-й раствор соляной кислоты и кипятят 10 мин, ополаскивают водопроводной водой, а затем дистиллированной. Мытье посуды, бывшей в употреблении. Посуду с посевами микроорганизмов перед мытьем заливают теплой водой и кипятят на медленном огне 40 мин, чтобы убить микроорганизмы. Затем посуду вынимают, а жидкость выливают в канализацию. Не очень загрязненную посуду затем моют горячей водой с мылом и тщательно прополаскивают сначала проточной водопроводной водой, затем дистиллированной. Более грязную посуду со следами агара, желатина, молока или другой питательной среды заливают на сутки 2-5%-м раствором едкого натрия или калия. После этого прополаскивают и моют ершом и щеткой, прополаскивают повторно проточной водой, затем дистиллированной. Если посуда сильно загрязнена, со следами жира, ее обрабатывают хромовой смесью. Она является сильным окислителем и хорошо разрушает остатки органических веществ. Хромовой смесью, подогретой до 45-50Сº, заливают посуду на 30-40 мин. Посуду после обработки хромовой смесью тщательно промывают проточной, затем дистиллированной водой. Мытье градуированных пипеток, бывших в употреблении.Каждую пипетку внутри хорошо прочищают маленьким ершиком с длинной ручкой или тонкой упругой проволокой, на конец которой плотно накручивают кусок ваты или марли, и опускают в раствор мыльной воды, питьевой соды или стирального порошка. Закупорившийся канал пипетки прочищают иглой. Пипетки кладут в таз, заливают мыльным раствором и ставят на слабый огонь. Кипятят на слабом огне 20-30 мин, вынимают, ополаскивают проточной водой, потом дистиллированной. Мытье предметных и покровных стекол. Стекла должны быть абсолютно чистыми и хорошо обезжиренными, чтобы капля воды, которую наносят на их поверхность, хорошо растекалась, мыть стекла рекомендуется в резиновых перчатках. Бывшие в употреблении стекла на 2 часа опускают в хромовую смесь, а потом тщательно промывают сначала проточной, а затем дистиллированной водой. Можно промыть стекла кипячением в течение 40 мин в растворе соды или щелочи (едкого натрия или калия). Чистые стекла раскладывают в один ряд на фильтровальную бумагу для высушивания. Хранят чистые стекла в чистой закрытой посуде в сухом виде или в смеси спирта с эфиром 1:1. Сушка и хранение чистой лабораторной посуды.Вымытую посуду не вытирают, а дают воде стечь и размещают пробирки на специальной доске с колышками, а чашки - перевернув вверх дном на чистом столе. Сухую чистую посуду хранят в местах, надежно защищенных от пыли. Подготовка посуды к стерилизации. Сосуды (колбы, пробирки), предназначенные для розлива питательных сред, закрывают ватными пробками, а горлышки сверху обвязывают бумажными колпачками. Пробки предохраняют среду от заражения микрофлорой, находящейся в окружающем воздухе. Они не должны быть слишком плотными, чтобы не затруднять снабжение культур воздухом. Для приготовления пробок кусок ваты, взятый вдоль волокна, слегка увлажняют, загибают внутрь оба края и скатывают валиком по диаметру колбы или пробирки. Чтобы придать пробке прочность, её прокатывают между ладонью и чистым стеклом, лежащим на столе. Пробка для пробирки должна иметь длину 4 см. Она должна входить в колбу или пробирку на 1,5-2 см. Пробку обертывают кусочком марли в 1 слой и край марли снаружи над пробкой связывают нитками. Перед этим особенно тщательно закручивают между пальцами рук ту часть пробки, которая входит в пробирку или колбу. Качество пробки проверяют так: берут за широкую часть пробки, вставленную в пробирку, и легко трясут её. Пробка под тяжестью пробирки не должна выниматься. Закрытые пробками пробирки завертывают в бумажные пакеты по 10-15 шт. и стерилизуют. Чистые чашки Петри перед стерилизацией заворачивают в оберточную бумагу по 2-3 шт. Бумагу режут на квадраты, сторона которых приблизительно равна трем диаметрам чашки. Чашки Петри кладут на середину листа, загибают его с двух противоположных сторон кверху так, чтобы края налегали друг на друга. Оставшиеся два конца бумаги завертывают вниз. В верхние концы пипеток вставляют ватные тампоны, так, чтобы кусочек ваты был достаточно плотным и хорошо держался наверху пипетки. Торчащие из пипеток волокна ваты сжигают в пламени горящей спиртовки. Тампон позволяет избежать попадания микроорганизмов в резиновые шланги или в рот при взятии субстрата для анализа. Пипетки заворачивают в длинные полоски бумаги шириной 4-5 см, длиной 50-70 см. Бумагу на пипетку наматывают по спирали, начиная с оттянутого конца и заканчивая у конца с ватным тампоном. Завернутые пипетки перед стерилизацией упаковывают в оберточную бумагу по 10-15 шт. вместе или укладывают в специальные металлические или картонные пеналы. На бумаге пишут объем завернутых пипеток. Во время работы пипетки из пакета вынимают за верхний конец, где находится тампон. Шпатели- обязательно упаковываются по отдельности, а затем их, как и пипетки, оборачивают в общий сверток. Каждый шпатель упаковывается в тонкую бумагу, начиная с треугольного конца. Он кладется на прямоугольный лист, равный по длине двум, а по ширине - одной длине шпателя, на середину, по диагонали. Завертывают косячком верхнюю, затем нижнюю часть шпателя и по диагонали. Подготовленную посуду стерилизуют сухим жаром. Самостоятельная работа Изучить состав естественных, искусственных и синтетических питательных сред, свойства агар-агара, желатины. Научиться готовить к стерилизации посуду (чашки Петри, пробирки, пипетки, шпатели), завернув её в бумагу. Научиться готовить пробки на пробкоделочной машине и вручную для пробирок и колб.
Занятие 4. ©2015 arhivinfo.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.
|