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革兰氏染色的基本原理和影响其结果准确性的关键因素分析



录入时间:2020-7-24 10:04:23 来源:网络

  革兰氏染色是一项经典的细菌鉴别手段,自19世纪80年代丹麦的医师GRAM创立起,至今已经近一个半世纪,仍旧在细菌的检测和鉴定分类上被广泛应用着。在我国,GB 4789系列的国标中很多致病菌的检测也都需要进行革兰氏染色,可见其重要性。甚至可以说没有精准掌握革兰氏染色的微生物检验员,不会是一个合格的检验员。

 

革兰氏染色原理

 

  细菌先经碱性染料结晶紫染色,而后经碘液进行媒染,之后用酒精脱色,在一定条件下有的细菌媒染后的颜色不被脱去,有的可被脱去,因此可把细菌分为两大类,前者叫做革兰氏阳性菌(G+),后者为革兰氏阴性菌(G-)。为方便进一步观察,脱色后可再用一种红色染料如碱性番红等进行复染。阳性菌仍带紫色,阴性菌则被重新染上红色。有芽孢的杆菌和绝大多数的球菌,以及所有的放线菌和真菌都呈革兰氏正反应;弧菌、螺旋体和大多数致病性的无芽孢杆菌都呈现负反应。

  细菌细胞通过结晶紫初染和碘液媒染后,在细胞壁内形成了不溶于水的结晶紫与碘的复合物,革兰氏阳性菌由于其细胞壁较厚、肽聚糖网层次较多且交联致密,故遇乙醇或丙酮脱色处理时,因失水反而使网孔缩小,再加上它不含类脂,故乙醇处理不会出现缝隙,因此能把结晶紫与碘复合物牢牢留在壁内,使其仍呈紫色;而革兰氏阴性菌因其细胞壁薄、外膜层类脂含量高、肽聚糖层薄且交联度差,在遇脱色剂后,以类脂为主的外膜迅速溶解,薄而松散的肽聚糖网不能阻挡结晶紫与碘复合物的溶出,因此通过乙醇脱色后仍呈无色,再经沙黄等红色染料复染,就使革兰氏阴性菌呈红色。

 

革兰氏染色法一般步骤

 

  1.涂片固定。在干净的载玻片中央滴加一滴蒸馏水,用接种环进行无菌操作,挑取培养物少许,置载玻片的水滴中,与水混合做成菌悬液并涂布成直径约1cm的薄层。为避免因菌数过多聚集成团,不利于观察细菌个体形态,可在载玻片一侧进行上述操作,而在另一侧再加一滴水,从已涂布的菌液中再取一环于此水滴中进行稀释,涂布成薄层。若材料为液体培养物或固体培养物中洗下制备的菌液,则直接涂布于载玻片上即可,如菌液浓度较大,也可使用水滴再进行一次稀释。

  涂片最好在室温条件下使其自然干燥,有时为了使之干得更快些,可将标本面向上,手持载玻片一端的两侧,小心地在酒精灯火焰上方较高的位置微微加热,使水分蒸发,但切勿紧靠火焰或加热时间过长,以防标本烤枯而变形。

  标本干燥后即进行固定,固定的目的有三个:(1)杀死微生物,固定细胞结构。(2)保证菌体能更牢固的粘附在载玻片上,防止标本水洗时被水冲洗掉。(3)改变染料对细胞的通透性,因为死的原生质比活的原生质易于染色。

  固定常常利用高温,手执载玻片的一端(涂有标本的远端),标本向上,在酒精灯火焰外层尽快的来回通过3-4次,共约2s-3s,并不时以载玻片背面加热,载玻片背面触皮肤,以不觉过烫为宜(不超过60℃),待放置冷后,再进行染色。

  2.染色。在固定过的涂片菌膜上滴加草酸铵结晶紫染液,染色液应完全覆盖整个菌膜,染色1min。

  3.水洗。染色到一定的时间,拿住玻片使之成450角,用细小的水流把多余的染料冲洗掉,被菌体吸附的染料则保留。

  4.媒染。加碘液覆盖涂面染1 min。在媒染处理时,媒染剂与染料形成不溶性的化合物,可增加染料和细菌的亲和力。

  5.水洗。用细小的水流缓慢冲洗涂片上的染色液,用吸水纸吸干。

  6.脱色。加95%酒精数滴,并轻轻摇动进行脱色,20s-30 s后再进行水洗,吸去水分。

  7.复染。蕃红染色液染色10 s后, 自来水冲洗。

  8.干燥。染色的结果,革兰氏正反应菌体都呈紫色,负反应菌体都呈红色。  

 

影响染色结果准确性的关键因素:

 

  1.试剂影响。这是我们首先应该确保的,我们使用的试剂必须是有效的。实验室应当建立有效的试剂管理程序,从试剂的验收到存放、使用、过期后的废弃处理都应有严格规定,确保我们使用的试剂是有效的。工欲善其事必先利其器,这也是我们试验成功最基础的一环。

  2.染色菌的选择。菌龄对革兰氏染色结果的影响是十分大的。我们染色过程中选择的菌应该是处于活跃生长期,这样的细菌活性强,生理特征明显,所以染色的结果准确度高,一般情况下不会出现误差。培养时间较长的革兰氏阳性菌,由于细胞老化,甚至有部分菌在染色之前就已经死亡或者自行溶解了,造成细胞壁通透性增加,就会呈现出假阴性。以金黄色葡萄球菌为例,金葡是典型的革兰氏阳性菌,有人曾经统计过培养至不同时间的金葡的革兰氏染色结果,结果表明,在金葡活跃期的22h-26h之间,染色结果的准确率基本可以达到100%,而超过26h之后,准确率就开始下降,培养至36h时,准确率大概会下降30%左右。所以我们在染色时,一定要选择处于活跃期、活性较强的菌落,在检测过程中一定要严格的在国标要求的时间段内进行染色试验,不能提前或者延后。

  3.涂菌的状态。在染色最初的涂布中,在挑取菌体后应该在无菌水上涂成薄薄的菌膜。而在涂布过程中,若是菌体堆积,也会极大影响染色结果的准确性。菌落堆积过多,往往菌体之间变得毫无缝隙,而其细胞壁的成分影响造成了脱色的情况不佳,容易产生假阳性的结果。同时,在初染、媒染及复染的过程中,应将染液覆盖整个菌膜,避免一部分菌染色而另一部分菌没有染色。因此在涂片过程一定要将菌膜涂得少而均匀,这样才能达到最佳效果。

  4.媒染时间。媒染时间对革兰氏阴性菌的染色结果有很大影响。由于媒染时间过长,结晶紫在碘液长时间作用下过分牢固结合在菌体细胞壁上,影响了酒精的脱色效果,从而会导致这种假阳性的效果。以典型的革兰氏阴性菌大肠埃希氏菌为例,有人做过统计,媒染时间严格控制在40s-60s之内,染色结果准确率基本可达到100%,而超过60s准确率会有一定的降低,若媒染超过100s,准确率甚至可降低接近20%左右。因此在媒染过程中一定要注意媒染时间,控制在50-60s为宜。

  5.酒精脱色。酒精脱色也是一个对结果影响较大的操作过程。革兰氏阴性菌和革兰氏阳性菌最主要的差异是细胞壁肽聚糖层厚度和结构,革兰氏阴性菌细胞壁肽聚糖层很薄,脂多糖含量高因此在酒精脱色时,细菌细胞壁的多糖成分会被酒精溶解,增大了细胞壁的通透性,结晶紫及碘复合物就很快被酒精洗脱,之后就会被沙黄复染呈红色;而阳性菌肽聚糖层厚,脂多糖少,酒精只能起到脱水效果而无法进入,这样结晶紫和复合物就无法洗脱出来使细胞呈紫色。因此,酒精脱色时间短,脱色效果不佳,会导致阴性菌菌体内的结晶紫和复合物不能有效的全部洗脱出来,就会出现明显的误差,使阴性菌出现假阳性。而洗脱时间过长,也会导致阳性菌的细胞壁被酒精破坏,导致细胞内的紫色被洗脱,呈现假阴性。因此洗脱时间也是革兰氏染色的关键环节。洗脱时间应当严格控制在20s-30s之间,同时保证洗脱效果。

  总结一下,在整个革兰氏染色过程中,在保证试剂有效的前提下,需要严格控制的几个方面:染色菌必须是在其活跃期内,涂布状态不可太厚,媒染时间严格控制在50s-60s之间,脱色时间严格控制在20s-30s。把握以上的关键控制点,革兰氏染色基本就不会出现问题啦!

 

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