基本原理
革蘭氏染色的差異源於細菌細胞壁結構和化學成分的不同。
革蘭氏陽性菌(G⁺):細胞壁厚,富含肽聚糖和磷壁酸,結構致密。在經過乙醇或丙酮脫色時,肽聚糖層脫水收縮,使得結晶紫-碘複合物被牢牢鎖在細胞壁內,不易被洗脫,因此最終呈現紫色或藍色。
革蘭氏陰性菌(G⁻):細胞壁薄,肽聚糖層較薄,但外膜含有豐富的脂多糖和脂質。脫色劑能溶解外膜的脂質,破壞細胞壁完整性,形成孔隙,從而使結晶紫-碘複合物極易被洗脫。當複染劑沙黃或品紅加入後,細胞便被染成紅色或粉色。
實驗材料與試劑
1、菌種:待測細菌的新鮮培養物(通常為18-24小時菌齡)。
2、載玻片、接種環、酒精燈、洗瓶、顯微鏡。
3、四種關鍵試劑(按使用順序):
初染劑:結晶紫(Crystal Violet)
媒染劑:路哥氏碘液(Lugol's Iodine)
脫色劑:95%乙醇(Ethanol)或丙酮-乙醇混合液
複染劑:沙黃(Safranin)或稀釋石炭酸品紅(Carbol Fuchsin)
標準4步操作法
第一步:塗片、固定
1、製備塗片:取一滴無菌水或生理鹽水於載玻片中央,用無菌接種環挑取少量菌落,均勻塗布成直徑約1厘米的薄層膜。
2、風幹:在空氣中自然風幹。
3、熱固定:將塗有菌膜的一麵朝上,快速通過酒精燈火焰2-3次。此步驟旨在殺死細菌並使其牢固附著在玻片上,但需避免過度加熱導致細胞形態改變。
第二步:結晶紫初染
1、用結晶紫染液覆蓋菌膜,染色1分鍾。
2、用緩流自來水輕輕衝洗,洗去多餘染液,甩幹玻片上多餘水分。
第三步:碘液媒染
1、用路哥氏碘液覆蓋菌膜,染色1分鍾。
2、碘液作為媒染劑,能與結晶紫形成分子量更大、溶解度更低的結晶紫-碘複合物(CV-I Complex)。
3、再次用緩流自來水輕輕衝洗,甩幹。
第四步:乙醇脫色(最關鍵的一步)
1、將載玻片傾斜,用95%乙醇滴流衝洗塗片,直至流下的乙醇幾乎無色(此過程通常僅需5-15秒,具體時間需經驗判斷)。
2、立即用緩流水輕輕衝洗,終止脫色。
第五步:沙黃複染
1、用沙黃染液覆蓋菌膜,複染30秒至1分鍾。
2、用緩流自來水衝洗幹淨,用吸水紙輕輕吸幹或自然風幹。
鏡檢:待玻片完全幹燥後,在油鏡下(100×物鏡)觀察。紫色為革蘭氏陽性菌(G⁺),紅色為革蘭氏陰性菌(G⁻)。
常見問題解析
Q1:脫色環節如何把握?時間太短或太長會怎樣?
問題:脫色是革蘭氏染色中最需要經驗的一步,難以精確計時。
影響:
脫色不足:如果乙醇作用時間太短,所有細菌(包括G⁻菌)的CV-I複合物都未被充分洗脫,在複染後G⁻菌也可能呈現紫色,導致假陽性結果。
脫色過度:如果乙醇作用時間太長,G⁺菌細胞壁中的CV-I複合物也會被部分或全部洗脫,隨後被染成紅色,導致假陰性結果。
解決方案:采用滴流法而非浸泡法,並密切觀察流出液的顏色,當其從深紫色變為淡紫色或無色時立即停止。新手可用已知的G⁺(如金黃色葡萄球菌)和G⁻(如大腸杆菌)菌株做對照練習。
Q2:為什麼會出現“革蘭氏可變性”或結果不明確?
菌齡問題:使用老齡細菌(培養超過24-48小時)時,G⁺菌的細胞壁可能受損,肽聚糖降解,導致脫色時染料泄漏而呈紅色或紫色不均勻(革蘭氏可變性)。
塗片過厚:菌膜過厚會使脫色劑無法均勻作用,內部細菌脫色不充分,可能導致G⁻菌核心呈紫色,外圍呈紅色。
解決方案:始終使用18-24小時內的新鮮培養物製備薄而均勻的塗片。
Q3:染色結果中背景有沉澱或雜質怎麼辦?
問題:視野中有大量顆粒狀沉澱,影響觀察。
原因:通常是染液沉澱或塗片清洗不徹底所致。
解決方案:確保所有染液經過過濾且無沉澱;每一步衝洗後應充分甩幹玻片上的積水,再進行下一步操作。
Q4:熱固定時需要注意什麼?
問題:固定不牢或細胞變形。
影響:固定不牢會導致菌體在染色衝洗過程中被衝走;過度加熱會使細胞扭曲、破裂,影響形態觀察和染色結果。
解決方案:將玻片在火焰上以不燙手背的溫度快速通過2-3次即可。
Q5:鏡檢時視野中找不到細菌或細菌數量很少?
原因:可能因塗片時菌量取得太少,或衝洗步驟水流過猛將菌膜衝掉。
解決方案:挑取適量菌苔,確保塗片有足夠的細菌密度;所有衝洗步驟必須使用緩流的水,並讓水從玻片一端流下,避免直接衝刷菌膜區域。
結語
掌握革蘭氏染色技術需要理論與實踐相結合。嚴格遵循“四步法”的操作規程,特別是控製好菌齡、塗片厚度和脫色時間這三個關鍵點,同時注意細節,就能獲得清晰、可靠的染色結果,為後續的微生物鑒定工作打下堅實的基礎。
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