一、概念
MPN计数法(Most Probable Number,最大或然数法)是一种用于估算微生物(如细菌、真菌等)数量的统计学方法,尤其适用于难以直接计数或活菌数较低的样本(如水体、土壤、食品中的微生物检测)。
二、操作步骤
1、梯度稀释:将样本按10倍梯度稀释(如10⁻¹、10⁻²、…、10⁻ⁿ)。
2、接种培养:每个稀释度接种多管(如3管或5管)液体培养基,培养后记录各管的阳性(生长)或阴性(不生长)结果。
3、查表计算:根据阳性管数组合,对照MPN表(预存的统计学表格)得出MPN值,并结合稀释倍数计算原始样本的微生物浓度。
三、稀释梯度设计的核心逻辑
MPN计数法中,稀释梯度和稀释倍数的确定需结合样本特性与检测目标,核心原则是让最终接种管的阳性结果落在“可统计区间”内。关键原则是要确保阳性管数落在“有效统计区间”。下面详细说明梯度稀释无效和有效的几种情况。
(1)无效情况,最低稀释度(如10⁻¹)全阴性或最高稀释度(如10⁻⁶)全阳性都视为无效情况,前者说明稀释倍数过高,样本浓度过低,需降低稀释倍数(如重做10⁰、10⁻¹、10⁻²)。后者说明稀释倍数不足,样本浓度过高,需提高稀释倍数(如加做10⁻⁷、10⁻⁸)。
(2)有效区间,理想的阳性管数组合应满足“最低稀释度全阳,最高稀释度部分阴性”,例如10⁻³(3/3阳性)、10⁻⁴(2/3阳性)、10⁻⁵(1/3阳性),此时可通过MPN表查得准确数值。
稀释梯度的目标是使最高稀释度出现部分阴性管,最低稀释度全为阳性管,例如大肠菌群阳性管和阴性管的判断标准如图1,从而通过阳性管数组合查表计算。
图1 大肠菌群检测时阳性管和阴性管的判断标准
四、稀释倍数的确定方法
1、根据样本预估浓度选择初始稀释倍数
若样本有历史数据(如某类水样大肠菌群通常为10³ CFU/mL),可从10⁻³稀释度开始,向上延伸至10⁻⁵或10⁻⁶,确保最高稀释度有阴性管。
对于未知样本,则采用“试探性稀释”,先做10⁻¹、10⁻³、10⁻⁵三个跨度较大的稀释度,培养后观察阳性管分布,再在有效区间内细化梯度(如若10⁻³全阳性、10⁻⁵全阴性,则重点做10⁻⁴、10⁻⁵、10⁻⁶)。
2、参考检测标准的固定梯度
如果标准推荐采用10⁻¹、10⁻²、10⁻³三个稀释度,每个稀释度接种3管培养基,这是基于常见样本浓度的标准化设计。如果为环境样本(如土壤),因微生物浓度高,可能从10⁻⁴开始稀释,梯度设为10⁻⁴、10⁻⁵、10⁻⁶,避免低稀释度下所有管都阳性(无法统计)。
3、依据接种管数量调整稀释倍数
稀释倍数的选择非常重要,为了避免出现实验失误的情况,通常多做几个稀释倍数,同时接种培养,根据结果评估有效稀释倍数。比如,9管法原本只要3个稀释倍数就可以了,我们实际操作的时候,通常多做几个倍数,选取结果比较可取的倍数进行进一步查表确认。
五、确定最适的3个连续稀释度
以10-1~10-55个连续稀释度的MPN计数法为例,按如下方法确定其中最适的3个连续稀释度。
1、有1个及以上的稀释度3管均为阳性
(1)选择3管都是阳性结果的最高稀释度及其相连的2个更高稀释度(见表示例a、b);
(2)在未选择的较高稀释度中还有阳性结果时,则顺次移到下一更高的3个连续稀释度(见表示例c);
(3)如果在更高的没有被选择的稀释度还有阳性结果,则将此阳性结果加到选择的最高稀释度,进而确定3个连续稀释度(见表示例d);
(4)如果不能按照本规则找到3个合适的稀释度,则从前一个较低的稀释度开始,选择3个连续稀释度(见表示例e);
2、没有任何1个稀释度3管均为阳性
(5)选择3个最低稀释度(见表示例f)
(6)如果在更高的没有被选择的稀释度还有阳性结果,将阳性结果都加到选择的最高稀释度,进而确定3个连续稀释度(见表示例g)。
依据上面的方法,确定出最适合的3个连续稀释度。按照确定的3个数字,进一步查阅MPN表,即可得出样品中的菌数值。
六、实例
以饮用水中大肠菌群检测为例,说明整个检测流程的把握。
1、先判断样本特性,饮用水标准要求大肠菌群≤3 CFU/100mL,浓度低。
2、取100 mL水样直接接种(10⁰),另取10mL水样稀释至100mL(10⁻¹),1mL水样稀释至100mL(10⁻²);
3、每个稀释度接种3管乳糖胆盐培养基,培养后观察阳性管数;
4、若10⁰(3/3阳性)、10⁻¹(2/3阳性)、10⁻²(0/3阳性),则查表得MPN值为9.3 CFU/100mL。
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