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海藻和细菌培养的关联?

已有 6245 次阅读 2008-10-7 17:31 |个人分类:科普|系统分类:科普集锦

最近偶尔看到日本科普读物里一个问题什么东西能把细菌培养和海藻联系起来?这两样东西分明是风马牛不相及的,让我毫无头绪,只好厚颜看了答案,原来是海藻的产品琼脂。我突然想起来当年在南开上微生物学课时,老师曾经讲起过一个小故事,琼脂如何从餐桌走上实验台的。在网上搜了搜资料,编译了下面这个科普小故事。

19世纪的时候,科学家对于单细胞微生物非常感兴趣,这样纯细菌培养物对于微生物学的研究非常重要。然而,自然界的微生物都是混杂在一起的,单一的微生物个体又太小,因此分离纯化微生物并使其生长成一群纯细菌培养物就能易于观察和研究。从巴斯德开始,早期用来培养微生物的人工配制的培养基是液体状态的,用液体培养基分离并获得微生物纯培养非常困难:将混杂的微生物样品进行系列稀释,直到平均每个培养管中只有一个微生物个体,进而获得微生物纯培养物。此方法不仅烦琐,而且重复性差,并常导致纯培养物被杂菌污染,最大的弊端是通常只能获得数量最多或者生长最快的那种微生物。因此,在早期微生物学研究中,分离病原微生物的进展相当缓慢。

利用固体培养基分离培养微生物的技术,首先是由德国的Robert Koch1843-1910)及其助手建立的。Koch 是一名医生,为了证明微生物在疾病中扮演的角色,积极研发分离纯化微生物的方法。1881年,Koch发明了利用马铃薯片分离微生物的方法,用灼烧灭菌的刀片将煮熟的马铃薯切成片,然后用针尖挑取微生物样品在马铃薯片表面划线接种,然后将马铃薯片放在钟型罩内,经培养后可获得单菌落的细菌纯培养物。这个方法最大的缺点是许多细菌(大多数是病原菌)在土豆培养基上不能生长或者状态较差。

几乎在同时,Koch的助手Frederick Loeffler 发明了利用肉膏蛋白胨培养基培养病原细菌的方法,Koch决定采取方法固化此培养基。值得提及的是,Koch还是一个业余摄影家,是他首先拍出细菌的显微照片,具有利用银盐和明胶制备胶片的丰富经验。Koch用相同的方法用来制备固体培养基。他将明胶gelatin和肉膏蛋白胨培养基混合后铺在玻璃平板上,让其凝固,然后采取表面划线接种的方法在其表面接种微生物,获得单菌落纯培养。此外,同时也发现将细菌样品和液化的明胶培养基混合后再涂布在玻璃板上,一样也可以得到单独生长的菌落。这种新发明的培养基效果很好,但是明胶却并非理想的固化剂,因为许多细菌会分解明胶,另外明胶在超过28摄氏度的时候会融化,所以不能用于37摄氏,我们知道大多数病原菌都适于人体温度的37摄氏下生存。因此明胶的使用受到了限制。

Koch的另一位助手walther hesse的夫人Fannie Eilshemius Hesse听说到使用明胶的作为凝固剂遇到的问题后,建议使用琼脂(agar)来取代明胶。原来擅长厨艺的她常常用琼脂来制作果冻,琼脂形成的固体凝胶要到100摄氏度才会融化,而且大多数的细菌都没法分解琼脂。这里用到的琼脂恰恰是海藻产生的。从1882年开始,琼脂就开始作为凝固剂用于固体培养基的配制,这样,琼脂从餐桌走向了实验台,为微生物学发展起到重要作用。值得一提的是,我们现在使用的上下盖合的培养皿也是Koch的助手Richar Petri发明的,所以这个培养皿以他的名字命名 Petri dish,非常易于装载固体凝胶培养基。直到今天,使用Petri dish 中的琼脂凝胶培养基来分离纯化微生物是微生物研究和分子克隆中的标准步骤。





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