［文章编号］ 1671-2846(2003)01-0066-05
＊ 实验研究 ＊
传统的细菌种类鉴别试验是用细菌培养的方法进行。通过细菌接种，多种细菌在培养基内长成肉眼可见的菌落，挑取不同菌落，再进行细菌分离培养，直至形成纯培养，对纯培养的细菌培养基进行细菌菌落形态特征观察和生理生化指标等项目的实验，最终才可能形成对细菌种类的鉴别[1]。传统的细菌种类鉴别试验所需时间较长，一般在24~48小时，实验过程较为烦杂，操作技术要求较高，而且对强致病菌操作还具有一定的危险性。另外，实验室强致病菌种的安全保存也较困难，存在有安全隐患等问题。如何快速的、安全的对细菌进行研究和细菌种类鉴别是医学上和微生物学领域迫切需要解决的问题[3]。 笔者进行了电阻抗法用于细菌种类鉴别试验的尝试。利用微生物在生长繁殖过程可使培养基的电阻抗值减低的现象，通过测量和记录将电阻抗值的变化情况描绘成“阻抗曲线图谱”(见图1)。 用这些 “阻抗曲线图谱”的形态差异进行细菌种类鉴别，试验研究取得了预期的结果，现介绍如下； 1 试验原理
用电阻抗法进行细菌种类鉴别试验，其试
验原理是微生物在生长繁殖过程中由于微生物的代谢活动而使培养基的电阻抗值降低, 即电导率升高(以
化学成分
Ωcm 值表示)。即微生物在生长繁殖过程中将培养基中导电性较差的糖脂、蛋白质等营养物质，通过微生物的代谢活动，转变成导电性能较好的各种尾产物，如胺类，丙酮酸、各种有机无机盐类、尿酸和有机物等成分[2]，这些尾产物使得培养基的导电性能大大的提高，这种导电性的改变可以通过测量培养基随时间变化的电阻抗变化值反映出来，表现形态为“阻抗
曲线图谱” [4]
(见图1)。
2 材料与装置
2.1 细菌菌种：大肠杆菌，沙门氏菌，金黄葡萄球菌(西南民族学院生命科学与技术学院微生物实验室提供)。
2.2 专用培养基：SM1H 、SM2H 、SM3H 。培养基详细配方略。
2.3 微生物电阻抗传感器：由微生物电极和特制培养皿两部分组成(自制)，详细结构说明略[5]
。
2.4 专用恒温培养箱：是由普通恒温培养箱经改造制成[6]。在内加装微生物电极外接口和连
hbv疫苗收稿日期：2003年1月26日
作者简介： 王洪志，(1959-)，副教授。
用电阻抗法进行细菌种类鉴别试验
王洪志 王爱华
(西南民族学院生命科学与技术学院 成都 610041)
［摘 要］ 将电阻抗法应用于细菌种类鉴别试验。笔者用自制的微生物传感器和电阻抗测量装置等，在一定条件下，利用微生物在生长繁殖过程可使培养基的电阻抗值减低的现象，通过测量接种细菌的培养基电阻抗值，并将细菌在培养期间内取得的所有电阻抗值数据描记成“阻抗曲线图谱”。试验证实，不同种类细菌所形成的阻抗曲线图谱是不相同的，是该种细菌所特有的。我们可以根据这些 “阻抗曲线图谱”的形态差异进行细菌种类鉴别，试验研究取得了预期的结果。［关键词］ 电阻抗、曲线、细菌、试验
山河之恋线，以及连接各分支微生物电极的内插孔。2.5 电阻抗测量装置组成：由电阻抗检测仪、交流信号发生器、时间程序分配控制器、微生物传感器、计算机系统、辅助分析电路等组成。电阻抗测量装置电路原理方框图见图2。
3 试验方法
3.1 细菌菌种处理：将纯分离大肠杆菌、沙门氏菌，金黄葡萄球菌菌种进行扩种培养[1](细菌
分离和提纯过程略)。
3.2 专用培养基配制：筛选和配制专门适用于电阻抗测量要求的液体培养基[1]。现通过反复实
验，筛选出了三种专用培养基SM1H 、SM2H 和SM3H ，专用培养基配方略。
45号钢
3.3 电阻抗测量细菌接种：按细菌接种的要求和操作规程，首先将专用培养基SM1H 3毫升注入各微生物电阻抗传感器的特制培养皿内，将扩种培养的各种细菌接种到这些专用培养基中，本试验每种细菌培养都做了重复试验组，同时也作对照组试验，然后将微生物电极放入特制培养皿中，随后将微生物电阻抗传感器放入专用恒温培养箱中，在37°C 环境连续培养20小时。培养期间定时采集数据，接种具体情况详见表1 。
图１ 阻抗曲线图
谱
图２ 实验装置电气方框图
培养基大肠杆菌组 沙门氏菌组 金黄葡萄球菌组试验类型 组号 SM1H SM1HDC1 SM1HSM1 SMIHPT1 试验组 1
SM1H SM1HDC2 SM1HSM2 SMIHPT2 重复试验组 2
对照组SM1HB SM1HB SM1HB 对照组 3三峡传媒网
表1 微生物电阻抗传感器专用培养皿接种情况
4 数据记录
将接种后的微生物电阻抗传感器放入专用恒温培养箱内37°C环境连续培养20小时，其间时间程序分配控制器每间隔10分钟，对每一个微生物电阻抗传感器顺序检测读取数据一次，直至培养结束。因时间程序分配控制器每间隔10分钟对每一个微生物电阻抗传感器顺序读取数据一次，所以在20小时内所获取的数据记录非常多，本文难以全部列出，故在表2中只简列了每2小时时间点读取的数据值，详见表2 。
5 阻抗曲线图谱与分析
5.1 细菌阻抗曲线图谱
根据数据记录描绘的细菌阻抗曲线图谱和对照组曲线图谱见图3。从中可以看到，SM1HDC1、SM1HSM1、SM1HPT三个培养基在培养期间所形成的曲线各不相同，各自形态各异，与对照组SM1HB曲线图谱相比较，其Ωcm值都明显升高，这表明Ωcm 值升升高与细菌在培养基内的生长繁殖有直接关系，但不同种类细菌的曲线形态是不相同的，这是因为不同种类细菌在其它条件相同的培养下，单位时间内细菌的适应性和生长繁殖速度及尾产物是不尽相同的，这种不相同，引起了其培养基电阻抗的差别，反映在Ωcm值不同，所以形成了细菌各自完全不同的阻抗曲线图谱。
5.2 细菌阻抗曲线图谱的重复性
用相同的培养基，相同的细菌菌种，相同类型的微生物电阻抗传感器，作电阻抗法进行细菌鉴别的重复性试验。图4是大肠杆菌培养基(SMIHDC1、SMIHDC2)在相同的条件下两次重复试验的阻抗曲线图谱。两组阻抗曲线图谱从形态上观察非常相似或接近，所记录的Ωcm值的范围也很接近。沙门氏菌和金黄葡萄球菌重复试验的阻抗曲线图谱也与大肠杆菌的情况相似，在此本文没有给出。
培养基 读取数据时间(小时)
02468101214161820
大肠杆菌组
SM1HDC10:2302:3054:3236:3388:32010:33512:34214:35816:34018:32520:335 SM1HDC20:2302:3034:3176:3358:33010:34012:34014:36016:34618:31920:320 沙门氏菌组
SM1HSM10:2302:3524:3716:4188:42110:42212:42914:40616:40818:40320:395 SM1HSM20:2302:3504:3676:4158:41810:42012:43214:40316:41018:40320:380 金黄葡萄球菌组
SMIHPT10:2302:3204:3576:3758:38010:37512:36614:37116:36018:35920:351 SMIHPT20:2302:3224:3536:3708:38010:37012:37014:37116:36518:35520:345 对照组
SM1HB0:2352:2814:2716:2708:28210:28212:28214:28216:28218:28220:282
表2 时间程序分配控制器记录数据
5.3 对照组阻抗曲线图谱
对照组(SMIHB)试验是在微生物电阻抗传感器中只加注了3毫升SM1H专用培养基，不接种任何细菌，在其它条件相同的情况下，连续培
养20小时后，形成的阻抗曲线图谱。曲线基本是一条直线，这说明培养基的Ωcm值在这段时间内变化不大，在这段时间内，对照组培养基内基本无细菌生长繁殖现象，因而也没有代谢物及其尾产物的生成和改变，测量培养基的电阻抗值变化很小。而前0至2小时内的阻抗曲线上升可能是由于培养基的温度从室温升高到37°
C
时所引起的，其后阻抗曲线基本上成为一条平
行于X轴的直线，这和接种细菌所形成的阻抗曲
线图谱在形态上有明显的区别(见图3、图4)。
图３ 沙门氏菌、葡萄球菌、大肠杆菌及对照组的阻抗曲线图谱
图４ 大肠杆菌重复试验阻抗曲线图谱的比较
6 讨论
6.1 试验证实，三种细菌在培养基中生长繁殖
所产生的阻抗曲线图谱SM1HDC1、SM1HSM1、
SM1HPT是不相同的(见图3)，各种类细菌的阻
抗曲线图谱有其特定的规律，形成的特异性阻
抗曲线图谱，重复性试验的结果也证实了这一
点。这种情况有点相似于人类的指纹，是唯一性
的。可以设想，我们也可称各细菌的标准阻抗曲
线图谱为各细菌的“指纹”，是各细菌的身份标
志，而不同的细菌有不同的“指纹”。如果规定
一个标准，通过实验获取各种常见细菌的标准
“指纹”，并将这些标准“指纹”整理成资料或存
储于计算机系统中，那么在对未知细菌进行种
类鉴别时，首先用电阻抗法描记该细菌的“指
纹”，然后将该“指纹”与资料上或计算机系统
中的各种标准细菌“指纹”进行比较和分析，最终出与之相似的标准“指纹”，这样既可判断未知细菌是哪一种类细菌，完成了对细菌种类的鉴别。
用电阻抗法鉴别大肠杆菌、沙门氏菌和金黄葡萄球菌种类鉴别试验和阻抗曲线图谱的描记还仅仅是一种尝试，还没有完整的理论和实验方法，笔者认为，需要建立一些标准和规则，如培养基配方的标准
、微生物传感器的标准和实验操作规程等。对获取各种常见细菌的标准“指纹”的实验，工作量是相当大的，需要各方面协作来完成。
6.2 与传统的用细菌培养的方法来鉴别细菌种类相比较，利用电阻抗法进行细菌种类鉴别试验有许多优点；一是缩短了试验的时间，传统方法细菌需要24~36小时培养，细菌才能长成肉眼可见的菌落，试验人员才可能根据菌落的形态和大小作出判断[1]，而电阻抗法可在20小时以内完成，如将微生物传感器培养皿体积缩小、专用培养基的用量进一步减少(1毫升以下)，则检测时间有缩短至5小时以内的潜力。二是电阻抗法可做到对实验结果的判断客观准确，因用细菌“指纹”代替对菌落形态的判断，这过程可用计算机辅助分析程序自动进行，从而减少和避免了因人为因素而产生的失误，提高了细菌种类鉴别的正确率。三是电阻抗法对环境和操作人员安全。因电阻抗法作细菌种类鉴别依赖细菌标准“指纹”进行，所以在一些医院和微生物研究部门在对各种未知细菌进行鉴别实验时，操作人员用不着实际拥有这些细菌，只需拥有各种细菌的标准“指纹”即可，这一点在对未知强致病菌进行鉴别时显得尤为重要，可减少或避免因人为原因引起的致病菌扩散等事故。
6.3 笔者认为，电阻抗法进行细菌种类鉴别试验的原理和实验装置可以发展成一套自动化计算机细菌菌种鉴别和实验分析系统。该系统的硬件组成应有专用恒温培养箱、计算机系统、信号发生和阻抗测量仪等专用电路、实验废物自动处理装置等。系统的软件组成有细菌“指纹”智能分析软件、标准细菌“指纹”数据库软件以及相关资料。微生物传感器制造是该系统的关键。
另外，该实验分析系统应有如下几方面的功能；①能一次处理数百或上千个样品，同时辅助自动分析和鉴别细菌种类。②对周围环境和人员安全。系统中实验废物自动处理装置能将用过的微生物电极自动消毒，专用培养皿自动消毁。③该系统同时应具有细菌耐药性试验功能。
6.4 用电阻抗法进行细菌种类鉴别试验目前还需在细菌纯培养方式进行。对混杂培养的细菌还不能进行鉴别，其必须进行分离纯化，才能作细菌种类鉴别实验。这会对该方法的应用带来不便，相信这些问题还有待于在以后的试验和研究中逐步得到克服。
7 结语
用电阻抗法鉴别细菌种类是细菌种类鉴别试验的一种新方法，是生物技术与电子技术相结合的具体体现，它符合现代生物工程技术的发展趋势。笔者认为，虽然还有许多问题有待探索和解决，有许多试验研究工作要做，但该法或许能解决在微生物研究和生物实验领域内一些实际问题，应有较好的应用前景。拓宽思路，创造新技术新方法是未来生物技术和医学检测领域的发展方向[4]。
参考文献
1.胡希荣. 食品微生物学[M]. 长春：吉林农业大学
出版社,1987.
2.甘肃农业大学主编. 兽医微生物学[M]. 北京：农
kmip业出版社,1995.
3.王洪志等. 电阻抗法在生物学中的应用试验[J].西
南民族学院学报(自然版).2001;1:95-97.
4.贾杰. 临床实验诊断手册[M]. 重庆：重庆出版
社.1986.
5.丘冠英.生物物理学[M]. 武汉：武汉大学出版社,
2000.
6.胡纪湘. 医用物理学[M]. 北京：人民卫生出版社,
2000.1.
(下转第78页；Continued on Page 78)
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议