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中国工业微生物菌种保藏管理中心

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保藏技术

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CICC是我国唯一的国家级工业微生物菌种保藏管理中心,拥有完备的菌种保藏和管理基础设施。现有库藏和工作面积800平米,设有微生物菌种保藏库,菌种鉴定、菌种分析与评价、菌种应用、分子生物学实验等主实验室,以及无菌操作室、显微观察摄影室、菌种操作室、仪器分析室、菌种培养室、低温冻干室、菌种档案室等辅实验室;拥有常规菌种保藏、培养、选育和分析的全套仪器设备。CICC成立三十年多来,在菌种保藏的科学化管理,微生物操作技能的规范化培训,菌种资源的开发利用以及生产菌株的更新换代等方面进行了卓有成效的工件,积累了丰富的经验,为中国工业微生物资源的保护、管理和开发作出了重要贡献。

菌种保藏就是对活体微生物群体进行有效的保存,使菌体不死、不衰、不变,以便于研究和应用。至今保藏方法有20多种,总体可分为4大类:传代法、干燥法、冷冻法和冷冻干燥法。原理主要是运用干燥、低温和隔绝空气的手段,降低微生物菌株的新陈代谢速度,使菌体生命活动处于半永久性休眠状态,从而达到保藏目的。以下6种方法是CICC目前使用的保藏方法。

回到顶部定期移植法

亦称传代培养保藏法,包括斜面培养、穿刺培养、液体培养等。是指将菌种接种于适宜的培养基中,最适条件下培养,待生长充分后,于4~6℃进行保存并间隔一定时间进行移植培养的菌种保藏方法。

  • 1 培养基制备
  • 1.1 器皿准备

    培养基制备过程中所用的一些玻璃器皿,如三角瓶、试管、培养皿、烧杯、吸管等,经洗涤、干燥、包装、灭菌后使用。

  • 1.2 溶解培养基配料

    先在烧杯中放适量水,按培养基配方称取各项材料,依次将缓冲化合物、主要元素、微量元素、维生素等材料加入水中溶解,最后加足水量,搅拌均匀。

  • 1.3 调pH值

    配料溶解后将培养基冷却至室温,根据要求加稀酸(0.1mol/L盐酸)或稀碱(10%氢氧化钠)调pH值。加酸或碱液时要缓慢、少量、多次搅拌,防止局部过碱或过酸而导致测量不准确和营养成分被破坏。

  • 1.4 加凝固剂

    配制固体培养基时需加凝固剂,如琼脂、明胶等。将凝固剂加入液体培养基中,加热并不断搅拌至融解,再补足所蒸发水分。

  • 1.5 过滤分装

    在二层纱布中间夹入脱脂棉,将配好的培养基趁热过滤并分装。斜面培养基分装量约为试管高度的四分之一(4~5mL),穿刺培养基分装量以试管高度的二分之一为宜。分装过程中勿使培养基沾污管口,以免弄湿棉塞造成污染。

  • 1.6 包扎标记

    将试管加棉塞,外面包扎一层牛皮纸或铝箔并注明培养基名称及配制日期。

  • 1.7 灭菌

    根据要求将培养基灭菌,通常蒸汽灭菌为121℃,15~20min。

  • 1.8 斜面摆放

    灭菌后及时摆放斜面,斜面长度不超过试管管长的二分之一为宜。

  • 1.9 无菌检查

    将灭菌的培养基放入培养箱中作无菌检验,通常30℃培养1~3天。无菌检查合格后将其保存于4℃下备用。

  • 2接种
  • 2.1 斜面接种
  • 2.1.1 点接

    把菌种点接在斜面中部偏下方处。适用于扩散型生长及绒毛状气生菌丝类霉菌(如毛霉、根霉等)。

  • 2.1.2 中央划线

    从斜面中央自下而上划一直线。适用于细菌和酵母菌等。

  • 2.1.3 稀波状蜿蜒划线法

    从斜面底部自下而上划“之”字形线。适用于易扩散的细菌,也适用于部分真菌。

  • 2.1.4 密波状蜿蜒划线法

    从斜面底部自下而上划密“之”字形线。能充分利用斜面获得大量菌体细胞,适用于细菌和酵母菌等。

  • 2.1.5 挖块接种法

    挖取菌丝体连同少量培养基,转接到新鲜斜面上。适用灵芝等担子菌类真菌。

  • 2.2 穿刺接种

    用接种针从原菌种斜面上挑取少量菌体,从柱状培养基中心自上而下刺入,直到接近管底(勿穿到管底),然后沿原穿刺途径慢慢抽出接种针。适用于细菌和酵母菌等。

  • 2.3 液体接种

    挑取少量固体斜面菌种或用无菌滴管等吸取原菌液接种于新鲜液体培养基中。

  • 3 培养

    将接种后的培养基放入培养箱中,在适宜的条件下培养至细胞稳定期或得到成熟孢子。细菌培养温度一般为30~37℃,真菌培养温度一般为25~28℃。

  • 4 保藏

    培养好的菌种于4~6℃保存,根据要求每3~6个月移植一次。某些菌种,如芽裂酵母,阿舒假囊酵母,棉病囊霉等,须1~3个月移植一次。

    保藏湿度用相对湿度表示,通常为50%~70%。

    斜面菌种应保藏相继三代培养物以便对照,防止因意外和污染造成损失。

回到顶部液体石蜡法

亦称矿物油保藏法,定期移植保藏法的辅助方法。是指将菌种接种在适宜的斜面培养基上,最适条件下培养至菌种长出健壮菌落后注入灭菌的液体石蜡,使其覆盖整个斜面,再直立放置于低温(4~6℃)干燥处进行保存的一种菌种保藏方法。

  • 1 液体石蜡的准备

    选用优质化学纯液体石蜡,将液体石蜡分装加塞,用牛皮纸包好,采用以下两种方式进行灭菌:

    121℃湿热灭菌30min,置40℃恒温箱中蒸发水分,经无菌检查后备用。

    160℃干热灭菌2个小时,冷却后,经无菌检查后备用。

  • 2 斜面培养物的制备

    参照定期移植法。

  • 3 灌注石蜡

    将无菌的液体石蜡在无菌条件下注入培养好的新鲜斜面培养物上,液面高出斜面顶部1cm左右,使菌体与空气隔绝。

  • 4 保藏
  • 4.1 注入液体石蜡的菌种斜面以直立状态置低温(4~6℃)干燥处保藏,保藏时间2~10年。
  • 4.2 保藏期间应定期检查,如培养基露出液面,应及时补充无菌的液体石蜡。
  • 5 恢复培养

    恢复培养时,挑取少量菌体转接在适宜的新鲜培养基上,生长繁殖后,再重新转接一次。

回到顶部沙土管法

是载体保藏法的一种。将培养好的微生物细胞或孢子用无菌水制成悬浮液,注入灭菌的沙土管中混合均匀,或直接将成熟孢子刮下接种于灭菌的沙土管中,使微生物细胞或孢子吸附在沙土载体上,将管中水分抽干后熔封管口或置干燥器中于4~6℃或室温进行保存的一种菌种保藏方法。

  • 1 沙土管制备

    将河沙用60目过筛,弃去大颗粒及杂质,再用80目过筛,去掉细沙。用吸铁石吸去铁质,放入容器中用10%盐酸浸泡,如河沙中有机物较多可用20%盐酸浸泡。24小时后倒去盐酸,用水洗泡数次至中性,将沙子烘干或晒干。

    另取地面下40~60cm非耕作层贫瘠且粘性较小的土,研碎,100目过筛,水洗至中性,烘干。

    将处理后的沙、土按质量比2∶1混合。混匀的沙土分装入安瓿管或小试管中,高度为1cm左右,塞好棉塞,121℃湿热灭菌30min。

    随机抽取灭菌后的砂土管若干支,无菌条件下取少许砂土至营养肉汁培养基中,30℃培养24小时,检查无微生物生长后方可使用。

  • 2 斜面培养物的制备

    参照定期移植法。

  • 3 制备菌悬液

    向培养好的斜面培养物中注入3~5mL无菌水,洗下细胞或孢子制成菌悬液。用无菌吸管吸取菌悬液,均匀滴入沙土管中,每管0.2~0.5mL。放线菌和霉菌可直接挑取孢子拌入沙土管中。

  • 4 干燥

    真空抽去沙土管中水分。

  • 5 保藏

    将沙土管用火焰熔封后存放于低温(4~6℃)干燥处保藏,每隔半年检查一次菌种存活性及纯度。或将沙土管直接用牛皮纸或塑料纸包好,置干燥器内保存。

    保藏时间2~10年。

  • 6 恢复培养

    无菌条件下打开沙土管,取部分沙土粒于适宜的斜面培养基上,长出菌落后再转接一次。或取沙土粒于适宜的液体培养基中,增殖培养后再转接斜面。

回到顶部真空冷冻干燥法

将微生物冷冻,在减压下利用升华作用除去水分,使细胞的生理活动趋于停止,从而长期维持存活状态。

  • 好氧菌冷冻干燥管的制备
  • 1 安瓿管准备

    安瓿管材料以中性玻璃为宜。清洗安瓿管时,先用2%盐酸浸泡过夜,自来水冲洗干净后,用蒸馏水浸泡至pH中性,干燥后、贴上标签,标上菌号及时间,加入脱脂棉塞后,121℃下高压灭菌15-20分钟,备用。

  • 2 保护剂的选择和准备

    保护剂种类要根据微生物类别选择。配制保护剂时,应注意其浓度及pH值,以及灭菌方法。如血清,可用过滤灭菌;牛奶要先脱脂,用离心方法去除上层油脂,一般在100℃间歇煮沸2-3次,每次10-30分钟,备用。

  • 3 冻干样品的准备

    在最适宜的培养条件下将细胞培养至静止期或成熟期,进行纯度检查后(参见科技部自然科技资源平台联合管理办公室文件《微生物菌种纯度检测技术规程》(试行)),与保护剂混合均匀,分装。微生物培养物浓度以细胞或孢子不少于108-1010个/ml为宜(以大肠杆菌为例,为了取得每毫升1010个活细胞菌液2毫升-2.5毫升,只需10毫升琼脂斜面两支)。采用较长的毛细滴管,直接滴入安瓿管底部,注意不要溅污上部管壁,每管分装量约0.1-0.2毫升,若是球形安瓿管,装量为半个球部。若是液体培养的微生物,应离心去除培养基,然后将培养物与保护剂混匀,再分装于安瓿管中。分装安瓿管时间尽量要短,最好在1-2小时内分装完毕并预冻。分装时应注意在无菌条件下操作。

  • 4 预冻

    一般预冻2小时以上,温度达到-20℃到-35℃左右。

  • 5 冷冻干燥

    采用冷冻干燥机进行冷冻干燥。

    将冷冻后的样品安瓿管置于冷冻干燥机的干燥箱内,开始冷冻干燥,时间一般为8-20小时。

  • 6 真空封口及真空检验

    将安瓿管颈部用强火焰拉细,然后采用真空泵抽真空,在真空条件下将安瓿管颈部加热熔封。

    熔封后的干燥管可采用高频电火花真空测定仪测定真空度。

  • 7 保藏

    安瓿管应低温避光保藏。

  • 8 质量检查

    冷冻干燥后抽取若干支安瓿管进行各项指标检查,如存活率、生产能力、形态变异、杂菌污染等。

  • 厌氧菌冷冻干燥管的制备
  • 主要程序与需氧菌操作相同,注意保护剂的选择和准备,保护剂使用前应在100℃的沸水中煮沸15分钟左右,脱气后放入冷水中急冷,除掉保护剂中的溶解氧。

  • 复苏方法
  • —— 先用70%酒精棉花擦拭安瓿上部,
  • —— 将安瓿管顶部烧热,
  • —— 用无菌棉签沾冷水,在顶部擦一圈,顶部出现裂纹,用挫刀或镊子颈部轻叩一下,敲下已开裂的安瓿管的顶端,
  • —— 用无菌水或培养液溶解菌块,使用无菌吸管移入新鲜培养基上,进行适温培养。

回到顶部-80℃ 冰箱冻结法

将菌种保藏在-80℃冰箱中以减缓细胞的生理活动进行冷冻的一种保藏方法。

  • 1 安瓿管的准备

    安瓿管材料以中性玻璃为宜。清洗安瓿管时,先用2%盐酸浸泡过夜,自来水冲洗干净后,用蒸馏水浸泡至pH中性,干燥后、贴上标签,标上菌号及时间,加入脱脂棉塞后,121℃下高压灭菌15-20分钟,备用。

  • 2 保护剂的选择和准备

    保护剂种类要根据微生物类别选择。配制保护剂时,应注意其浓度及pH值,以及灭菌方法。如血清,可用过滤灭菌;牛奶要先脱脂,用离心方法去除上层油脂,一般在100℃间歇煮沸2-3次,每次10-30分钟,备用。

  • 3 微生物保藏物的准备

    在最适宜的培养条件下将细胞培养至静止期或成熟期,进行纯度检查后(参见科技部自然科技资源平台联合管理办公室文件《微生物菌种纯度检测技术规程》(试行)),与保护剂混合均匀,分装。微生物培养物浓度以细胞或孢子不少于108-1010个/ml为宜(以大肠杆菌为例,为了取得每毫升1010个活细胞菌液2毫升-2.5毫升,只需10毫升琼脂斜面两支)。采用较长的毛细滴管,直接滴入安瓿管底部,注意不要溅污上部管壁,每管分装量约0.1-0.2毫升,若是球形安瓿管,装量为半个球部。若是液体培养的微生物,应离心去除培养基,然后将培养物与保护剂混匀,再分装于安瓿管中。分装安瓿管时间尽量要短,最好在1-2小时内分装完毕并预冻。分装时应注意在无菌条件下操作。

  • 4 冻结保藏

    将安瓿管或塑料冻存管置于-80℃冰箱中保藏。

  • 5 复苏方法

    从冰箱中取出安瓿管或塑料冻存管,应立即放置38℃-40℃水浴中快速复苏并适当快速摇动。直到内部结冰全部溶解为止,约需50秒-100秒。开启安瓿管或塑料冻存管,将内容物移至适宜的培养基上进行培养。

回到顶部液氮超低温冻结法

液氮超低温保藏技术是将菌种保藏在-196℃的液态氮,或在-150℃的氮气中的长期保藏方法,它的原理是利用微生物在-130℃以下新陈代谢趋于停止而有效地保藏微生物。

  • 1 安瓿管或冻存管的准备

    用圆底硼硅玻璃制品的安瓿管,或螺旋口的塑料冻存管。注意玻璃管不能有裂纹。将冻存管或安瓿管清洗干净, 121℃下高压灭菌15-20分钟,备用。

  • 2 保护剂的准备

    保护剂种类要根据微生物类别选择。配制保护剂时,应注意其浓度,一般采用10-20%甘油。

  • 3 微生物保藏物的准备

    微生物不同的生理状态对存活率有影响,一般使用静止期或成熟期培养物。

    分装时注意应在无菌条件下操作。

  • 菌种的准备可采用下列几种方法:

    刮取培养物斜面上的孢子或菌体,与保护剂混匀后加入冻存管内;

    接种液体培养基,振荡培养后取菌悬液与保护剂混合分装于冻存管内;

    将培养物在平皿培养,形成菌落后,用无菌打孔器从平板上切取一些大小均匀的小块(直径约5-10毫米),真菌最好取菌落边缘的菌块,与保护剂混匀后加入冻存管内;

    在小安瓿管中装1.2-2毫升的琼脂培养基,接种菌种,培养2-10天后,加入保护剂,待保藏。

  • 4 预冻

    预冻时一般冷冻速度控制在以每分钟下降1℃为好、使样品冻结到-35℃。

  • 目前常用的有三种控温方法:

    —— 程序控温降温法,应用电子计算机程序控制降温装置,可以稳定连续降温,能很好地控制降温速率。

    —— 分段降温法:将菌体在不同温级的冰箱或液氮罐口分段降温冷却,或悬挂于冰的气雾中逐渐降温。一般采用二步控温,将安瓿管或塑料小管,先放-20℃至-40℃冰箱中1-2小时,然后取出放入液氮罐中快速冷冻。这样冷冻速率大约每分钟下降1-1.5℃。

    —— 对耐低温的微生物、可以直接放入气相或液相氮中。

  • 5 保藏

    将安瓿管或塑料冻存管置于液氮罐中保藏。一般气相中温度为-150℃,液相中温度为-196℃。

  • 6 复苏方法

    从液氮罐中取出安瓿管或塑料冻存管,应立即放置在38℃-40℃水浴中快速复苏并适当摇动。直到内部结冰全部溶解为止,一般约需50秒-100秒。开启安瓿管或塑料冻存管,将内容物移至适宜的培养基上进行培养。

  • 参考资料

    《微生物菌种冷冻干燥和低温冷冻保藏技术规程》国家微生物资源平台编著.微生物菌种资源收集、整理、保藏技术规程汇编.北京:中国农业科学技术出版社,2011.59-69.