一、细菌简单染色法
1.基本原理
细菌形体微小,无色而透明,折光率低,在普通光学显微镜下不易识别,因此必须借助染色方法,将其折光率增大而与背景形成明显的色差,再经显微镜的放大作用,才能更清楚地观察到其形态和结构。
简单染色法是利用单一染料对细菌进行染色的一种方法。此法操作简便,适用于菌体一般形状和细菌排列的观察。常用碱性染料进行简单染色,这是因为在中性、碱性或弱酸性溶液中,细菌细胞通常带负电荷,而碱性染料在电离时,其分子的染色部分带正电荷,故碱性染料的染色部分很容易与细菌结合使细菌着色。经染色后的细菌细胞与背景形成鲜明的对比,在显微镜下更易于识别。简单染色的常用染料有美蓝、结晶紫、碱性复红等。
当细菌分解糖类产酸使培养基pH下降时,细菌所带正电荷增加,此时可用伊红、酸性复红或刚果红等酸性染料染色。
2.实验材料
(1)菌种 枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)12~18h营养琼脂斜面培养物,大肠杆菌(Escherichia coli)约24h营养琼脂斜面培养物。
(2)染色剂 吕氏碱性美蓝(亚甲基蓝)染液、草酸铵结晶紫染液、齐氏石炭酸复红染色液。
(3)仪器或其他用具 显微镜、酒精灯、载玻片、擦镜纸、双层瓶(内装香柏油和二甲苯)、接种环、0.85%生理盐水、吸水滤纸、纱布、火柴、记号笔、玻片夹、镊子等。
3.实验流程
玻片准备→涂片→干燥→固定→染色→水洗→干燥→镜检。
(1)玻片准备 取保存于95%酒精中的洁净而无油渍的载玻片,用洁净纱布擦去酒精。如载玻片有油渍可滴2~3滴95%酒精或1~2滴冰醋酸,用纱布揩擦,然后在酒精灯火焰上烤几次,再用纱布反复擦拭干净。
待冷却后,用记号笔于玻片右侧注明菌名或菌号。如有多个样品同时制备涂片时,只要染色方法相同,亦可在同一张载玻片上有秩序地排好,用记号笔在载玻片上划分成若干小方格,每方格涂抹一种菌种,如此一张载玻片可同时完成多种菌的染色任务。
(2)涂片 所用材料不同,涂片方法各异:
①固体材料:斜面菌苔、平板菌落等培养物。
先将0.85%生理盐水滴一小滴(或用灭菌接种环挑取1~2环)于玻片中央,而后用接种环以无菌操作,分别从实验菌种培养物的斜面上挑取少许菌苔于水滴中,混匀并涂成薄膜,如图2-5和图2-6所示。
涂片无菌操作要点:a.试管或三角瓶在开塞后及回塞前,其口部应在火焰上烧灼灭菌,除去可能附着于管口或瓶口的微生物。开塞后的管口或瓶口应靠近酒精灯火焰,并尽量平置,以防直立时空气中尘埃落入,造成污染。b.接种环在每次使用前后均应在火焰上彻底烧灼灭菌;挑取菌苔前,必须待其冷却后进行。
②液体材料:液体培养基培养物、菌悬液等培养物。
可直接用灭菌接种环取2~3环菌液于载玻片中央,均匀涂抹成适当大小的薄膜,如图2-5所示。
③组织材料:肉类及其制品等材料。
应先以镊子夹持局部,然后以灭菌剪刀切一小块,用新鲜切面于载片上压印或涂成薄膜。
(3)干燥 室温自然干燥。有时为加速干燥,也可将涂面朝上在酒精灯上方稍微加热,使其干燥,但切勿紧靠火焰。
(4)固定
①固定有两个目的:一是杀死菌体细胞,使细胞质凝固,以固定细胞形态,并使菌体牢固附着于载玻片上,以免水洗时被冲掉;二是使菌体蛋白变性,改变对染色剂的通透性,增加其对染料的亲和力,使其更易着色。
图2-5 涂片无菌操作过程
1—灼烧接种环 2—拔去棉塞 3—烘烤试管口 4—挑取少量菌体5—再烘烤试管口 6—将棉塞塞好 7—做涂片 8—烧去残留菌体
图2-6 涂片、干燥和热固定
②固定的方法:所用材料不同,固定的方法各异。
a.加热固定:对于斜面菌苔、平板菌落、液体培养物等涂片以火焰加热固定。将干燥好的涂片的涂面朝上,以钟摆速度通过火焰3~4次,略微加热固定。
b.化学固定:对于血液、组织脏器等涂片以甲醇固定。将已干燥的涂片浸入甲醇中,2~3min后取出,甲醇自然挥发。
(5)染色 将玻片平放于玻片搁架上,滴加染液于涂片上(染液刚好覆盖涂片薄膜为宜)。吕氏碱性美蓝染色2~3min;石炭酸复红(或草酸铵结晶紫)染色约1~2min。
(6)水洗 倒去染液,用自来水冲洗,直至涂片上流下的水无色为止。
(7)干燥 自然干燥,也可用吸水滤纸吸干。
(8)镜检 正确使用显微镜进行镜检。
4.注意事项
(1)涂片时载玻片要洁净无油迹,否则菌液涂不开;滴生理盐水和取菌不宜过多;涂片要涂抹均匀,不宜过厚。以淡淡的乳白色为宜,涂布面积直径约1cm。
(2)加热固定时,温度不能过高,以玻片不烫手背为宜,否则会改变甚至破坏细胞形态。
(3)水洗时,不要直接冲洗涂抹面,而应使水从载玻片的一端流下。水流不宜过急、过大,以免涂片薄膜脱落。
二、细菌革兰氏染色法
1.基本原理
革兰氏染色法是细菌学中最重要的鉴别染色法。根据细菌细胞壁的结构和化学组成的不同,经革兰氏染色后,呈现不同的染色反应,可将所有细菌区分为两大类,即革兰氏阳性菌(用G+表示)和革兰氏阴性菌(用G-表示)。当细菌用结晶紫初染后,像简单染色法一样,所有细菌都被染成初染剂的蓝紫色。碘作为媒染剂,它能与结晶紫结合成结晶紫-碘的复合物,从而增强了染料与细菌的结合力。染色关键在于脱色剂的脱色作用。当用乙醇(或丙酮)处理时,两类细菌的脱色效果是不同的。G+细菌的细胞壁主要由肽聚糖形成的网状结构组成,壁厚、类脂质含量较低,用乙醇(或丙酮)脱色时细胞壁脱水、使肽聚糖层的网状结构孔径缩小,透性降低,从而使结晶紫-碘的复合物不易被洗脱而保留在细胞内,经脱色和复染后仍保留初染剂的蓝紫色。G-细菌则不同,由于其细胞壁肽聚糖层较薄、类脂含量较高,所以当脱色处理时,类脂质被乙醇(或丙酮)溶解,细胞壁通透性增大,使结晶紫-碘的复合物比较容易被洗脱出来,用复染剂复染后,细胞被染上复染剂的红色。
2.实验材料
(1)菌种 大肠杆菌或沙门氏菌约24h营养琼脂斜面培养物,枯草芽孢杆菌(或蜡样芽孢杆菌)约18~20h营养琼脂斜面培养物,金黄色葡萄球菌约24h营养琼脂斜面培养物。
(2)染色剂 草酸铵结晶紫染色液、鲁格尔氏碘液、95%乙醇、0.5%番红(沙黄)染色液。
(3)仪器或其他用具 同“简单染色法”。
3.实验流程
制片→涂片→干燥→固定→草酸铵结晶紫初染(1min)→水洗→碘液媒染(1min)→水洗→95%乙醇脱色(30s)→水洗→沙黄复染(1min)→水洗→干燥→镜检。
(1)制片、干燥及固定 取菌种培养物按简单染色法中的常规涂片、干燥、固定进行制片。注意要用活跃生长期的幼龄培养物做革兰氏染色。
(2)初染 在涂片菌膜处滴加草酸铵结晶紫适量(以刚好将菌膜覆盖为宜),染色1~2min,倾去染色液,细水冲洗至洗出液为无色。
(3)媒染 滴加碘液于涂片上,作用1min,水洗。
(4)脱色 用滤纸吸去玻片上的残水,滴加95%酒精于涂片上,轻轻摆动玻片,直至乙醇脱色刚好不出现紫色为止,一般30s(如牛乳培养物用60s)后立即水洗,终止脱色。
(5)复染 滴加番红(沙黄)复染液于涂片上,作用1min,水洗。
(6)干燥 自然干燥,也可用吸水滤纸吸干。
(7)镜检 正确使用显微镜进行镜检。油镜检查。G+菌呈蓝紫色,G-菌呈红色。
4.注意事项
(1)涂片不宜过厚,勿使细菌密集重叠,影响脱色效果,否则脱色不完全造成假阳性。镜检时应以视野内分散细胞的染色反应为标准。
(2)火焰固定不宜过热,以玻片不烫手为宜,否则菌体细胞变形。
(3)滴加染色液与酒精时一定要覆盖整个菌膜,否则部分菌膜未受处理,亦可造成假象。
(4)乙醇脱色是革兰氏染色操作的关键环节。如脱色过度,则G+菌被误染成G-菌;而脱色不足,G-菌被误染成G+菌。在染色方法正确无误的前提下,如菌龄过长,死亡或细胞壁受损伤的G+菌也会呈阴性反应,故革兰氏染色要用活跃生长期的幼龄培养物。
(5)染色过程的时间控制,应根据季节、气温调整。一般冬季时间可稍长些,夏季稍短些。
(6)对待检菌进行革兰氏染色时,最好同时用大肠杆菌和金黄色葡萄球菌作为阴性菌和阳性菌的对照。
三、细菌芽孢染色
1.基本原理
芽孢又称内生孢子(Endospore),是某些细菌生长到一定阶段在菌体内形成的休眠体。通常呈圆形或椭圆形。细菌能否形成芽孢以及芽孢的形状、芽孢在芽孢囊内的着生位置、芽孢囊是否膨大等特征是鉴定细菌的重要依据之一。
由于芽孢壁厚、透性低、比营养细胞不易着色与脱色,当用石炭酸复红、结晶紫等进行单染色时,菌体和芽孢囊着色,而芽孢囊内的芽孢不着色或仅显很淡的颜色,游离的芽孢呈淡红或淡蓝紫色的圆形或椭圆形的圈。为了使芽孢着色便于观察,可用芽孢染色法。其基本原理是:先采用着色力强的染色剂孔雀绿或石炭酸复红,在加热条件下染色,使菌体和芽孢均着色,再用水冲洗,则菌体已脱色,而芽孢一经着色难以被水洗脱。当用另一种对比度大的复染剂沙黄或美蓝染色后,芽孢仍保留初染剂的颜色,而菌体和芽孢囊被染成复染剂的颜色,使芽孢和菌体更易于区分。
芽孢染色法有常规的和改良的Schaeffer—Fulton氏染色法。改良法在节约染料、简化操作及提高标本质量等方面都较常规法优越,可优先选用。(www.xing528.com)
2.实验材料
(1)菌种 枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)或蜡样芽孢杆菌(B.cereus) 20h营养琼脂斜面培养物;球形芽孢杆菌(B.sphaericus)24h营养琼脂斜面培养物。
(2)染色剂 5%孔雀绿水溶液,0.5%番红(沙黄)染色液。
(3)仪器或其他用具 小试管、滴管、烧杯、试管架、木夹子,其他用具同“简单染色法”。
3.常规的Schaeffer—Fulton氏染色法
(1)制片 按常规涂片、干燥、固定。
(2)染色 加孔雀绿染液3~5滴于涂片上,用木夹夹住载玻片一端,在酒精灯上微火加热至染料冒蒸汽并开始计时,维持5min。
(3)水洗 待玻片冷却后,用缓流自来水冲洗,直至流出的水无色为止。
(4)复染 用番红染液复染1~2min。
(5)水洗 用缓流水洗后,滤纸吸干。
(6)镜检 油镜观察,芽孢呈绿色,芽孢囊及营养体呈红色。
4.改良的Schaeffer—Fulton氏染色法
(1)制备菌悬液 加1~2滴生理盐水于小试管中,用接种环从斜面上挑取2~3环菌苔于试管中,搅拌均匀,制成浓稠的菌悬液。
(2)染色 加孔雀绿染液2~3滴于小试管中,并使其与菌液混合均匀,然后将试管置于沸水浴的烧杯中,加热染色15~20min。
(3)涂片、固定 用接种环挑取试管底部菌液数环于洁净载玻片上,涂成薄膜,晾干,然后将涂片通过火焰3次温热固定。
(4)脱色 水洗,直至流出的水无绿色为止。
(5)复染 用番红染色液染色2~3min,倾去染液并用滤纸吸干残液(不用水洗)。
(6)镜检 油镜观察,芽孢呈绿色,芽孢囊及营养体呈红色。
四、细菌荚膜染色法
1.基本原理
荚膜是包围在细菌细胞壁外的一层黏液性胶状物质,其成分为多糖、多肽或糖蛋白。由于荚膜与染料的亲和力低、不易着色,而且溶于水,易被水洗除去,故一般采用衬托染色法(又称负染色法、背景染色法),使菌体和背景着色,而荚膜不着色,在菌体周围形成一透明圈。由于荚膜含水量高,不宜用热固定,而采用甲醇进行化学固定,以免荚膜变形。以下介绍3种荚膜染色法:湿墨水法、干墨水法、Anthony氏法,其中湿墨水法较简便,并适用于各种有荚膜的细菌。
2.实验材料
(1)菌种 褐色球形固氮菌(Azotobacter chroococcus)约2d无氮培养基琼脂斜面培养物,胶质芽孢杆菌(B.mucilaginosus)约2d无氮培养基琼脂斜面培养物。
(2)染色剂 墨汁染色液(或黑色素水溶液),1%甲基紫水溶液,1%结晶紫水溶液,6%葡萄糖水溶液,20%硫酸铜水溶液,甲醇。
(3)仪器或其他用具 载玻片、盖玻片、吸水滤纸、显微镜等。
3.湿墨水法
(1)制菌液 加1滴墨汁染色液于洁净的载玻片上,然后挑取少量菌体与其混合均匀。
(2)加盖玻片 将一洁净盖玻片盖于混合液上,然后在盖玻片上放一张滤纸,向下轻压以吸去多余的混合液。
(3)镜检 用低倍镜和高倍镜观察,若用相差显微镜观察,效果更好。背景灰色,菌体较暗,在菌体周围呈现明亮的透明圈即为荚膜。
4.干墨水法
(1)制菌液 加1滴6%葡萄糖液于洁净载玻片的一端,挑取少量菌体与其混合,再加1环墨汁染色液,充分混匀。
(2)涂片 另取一端边缘光滑的载玻片作推片,将推片的一边与菌液接触,然后稍向后拉,轻轻左右移动,使菌液沿玻片接触处散开,而后以30°角迅速将菌液推向玻片另一端,使菌液铺成薄层,如图2-7所示。
图2-7 荚膜干墨水染色的涂片方法
(3)干燥、固定 空气中自然干燥后,用甲醇浸没涂片固定1min,倾去甲醇。
(4)干燥、染色 在酒精灯上方火焰较高处用文火干燥,勿使玻片发热。而后用甲基紫染色1~2min。
(5)水洗 用自来水轻轻冲洗,自然干燥。
(6)镜检 用低倍和高倍镜观察。背景灰色,菌体紫色,菌体周围的清晰透明圈为荚膜。
5.Anthony氏法
(1)制片 按常规涂片(多挑些菌体与水混合)、自然干燥、甲醇固定(勿加热干燥固定)。
(2)染色 用1%的结晶紫水溶液染色2min。
(3)脱色 以20%的硫酸铜水溶液洗去结晶紫(不可用水冲洗),脱色要适度(冲洗2遍)。用吸水滤纸吸干残液,并立即加1~2滴香柏油于涂片处,以防止硫酸铜结晶的形成。
(4)镜检 用油镜观察。背景蓝紫,菌体呈深紫色,荚膜呈淡紫色。
五、细菌鞭毛染色法
1.基本原理
鞭毛是细菌的运动器官,细菌是否具有鞭毛,以及鞭毛着生的位置和数目是鉴定细菌的重要依据之一。细菌的鞭毛很纤细,其直径通常为0.01~0.02μm,于普通光学显微镜下难以见到,而只能用电子显微镜观察。如用光学显微镜观察细菌的鞭毛,必须用鞭毛染色法。
其基本原理是:在染色前先采用不稳定的胶体溶液作为媒染剂处理,使之沉积于鞭毛上,加粗鞭毛的直径,然后再进行染色。鞭毛染色方法很多,本方法介绍硝酸银染色法和改良的Leifson氏染色法。硝酸银染色法较易掌握,但染色剂保存期较短。
良好的培养物是鞭毛染色成功的基本条件,不宜用已形成芽孢或衰亡期培养物作鞭毛染色的菌种材料,因为老龄细菌鞭毛容易脱落。
2.实验材料
(1)菌种
①枯草芽孢杆菌或普通变形杆菌营养琼脂斜面培养物(斜面较湿润、下部要有少量的冷凝水,28~32℃连续移种2~3次,每次培养12~18h),取斜面和冷凝水交接处培养物作染色观察材料。
②枯草芽孢杆菌或普通变形杆菌营养琼脂平板培养物(将新鲜斜面菌种点种于含0.8%~1.0%的营养琼脂平板中央,28~32℃培养18~30h,使菌种扩散生长),取菌落边缘的菌苔作染色观察材料。
(2)染色剂 硝酸银鞭毛染色液(A液、B液),利夫森(Leifson)氏鞭毛染色液。
(3)仪器或其他用具 1~2mL无菌生理盐水(0.85%)试管,其他用具同“简单染色法”。
3.硝酸银染色法
(1)载玻片的清洗 为了使菌液流过载玻片时能迅速展开,保持细菌的自然形态,应选用洁净、光滑无划痕、无油迹的载玻片(水滴在玻片上能均匀散开)。清洗方法:将载玻片置于洗涤灵水溶液中煮沸10min,自来水冲洗,再用蒸馏水洗净,沥干水后置95%乙醇中脱水、脱油备用。使用时在火焰上烧去酒精。
(2)菌液的制备 取斜面或平板菌种培养物数环于盛有1~2mL无菌生理盐水的试管中,制成轻度混浊的菌悬液用于制片。也可用培养物直接制片,但效果往往不如先制备菌液。
(3)制片 取一滴菌液于载玻片的一端,将玻片倾斜,使菌液缓缓流向另一端,用吸水滤纸吸去玻片下端多余菌液,而后放平,自然干燥。干后应尽快染色,不宜放置时间过长。
(4)染色 滴加硝酸银染色A液,染色3~5min,用蒸馏水充分洗去A液。用B液冲去残水后,再滴加B液覆盖涂片,用微火加热至出现水蒸气,当涂面出现明显褐色时,立即用蒸馏水冲洗,自然干燥。配制合格的染色剂(尤其是B液)、待充分洗去A液后再加B液以及掌握好B液的染色时间均是鞭毛染色成败的重要环节。
(5)镜检 用油镜观察。菌体呈深褐色,鞭毛显褐色,通常呈波浪形。
4.改良的Leifson氏染色法
(1)载玻片的清洗、菌液的制备 同“硝酸银染色法”。
(2)制片 用记号笔在载玻片反面将玻片分成3~4个等分区,在每一小区的一端放一小滴菌液。将玻片倾斜,让菌液流到小区的另一端,用滤纸吸去多余的菌液。自然干燥。
(3)染色 加Leifson氏染色液覆盖第一区的涂面,隔数分钟后,加染液于第二区涂面,如此继续染第三、四区。间隔时间自行议定,其目的是为了确定最佳染色时间。在染色过程中仔细观察,当整个玻片都出现铁锈色沉淀、染料表面现出金属光泽膜时,即直接用水轻轻冲洗(不要先倾去染料再冲洗,否则背景不清)。染色时间大约10min。自然干燥。
(4)镜检 按顺序用油镜观察,常有部分涂片区的菌体染出鞭毛,菌体和鞭毛均呈红色。
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