Лабораторна робота № 7

Тема: Фізіологія мікроорганізмів. Живильні середовища для вирощування мікроорганізмів

Мета: Ознайомитися з потребами мікроорганізмів у живильних речовинах і принципами складання живильних середовищ для їхнього вирощування. Приготувати рідкі й густі (натуральні та синтетичні) живильні середовища, засвоїти правила підготовки живильних середовищ до стерилізації.

Матеріали й устаткування: несхмелене пивне сусло, пептон, агар-агар, дріжджі, картопля, вівсяні пластивці, молоко, сироватка, желатин і інші компоненти для готування живильних середовищ, колби Виноградського, колби Ерленмейєра, мікробіологічні пробірки з ватно-марлевими пробками, циліндри, ваги технічні, електроплитка, скляні палички, піпетки, крейда, NaCl, вата, марля, фільтрувальний папір, лійки, автоклав.

Теоретичні положення

Мікроорганізми розрізняються з хімічного складу, типу живлення, дихання, способу одержання енергії, розмноження, стійкості до факторів навколишнього середовища. Живлення є найважливішою функцією мікроорганізмів. Як і всім іншим організмам, їм необхідний набір різних хімічних елементів. Для накопичення, виділення, культивування й збереження мікроорганізмів користуються живильними середовищами. До складу цих середовищ включено живильні речовини, що необхідні у здійсненні обміну між бактеріальною клітиною та середовищем. Обмін речовин мікроорганізмів (бактерій) включає два основних процеси – одержання енергії (енергетичний обмін) і біосинтез речовин клітини (конструктивний обмін). Ці два обміни являють собою різні сторони єдиного метаболізму.

Мікроорганізми повинні бути забезпечені джерелом енергії й одержувати ззовні в необхідних кількостях елементи, що входять у їхній склад для здійснення біосинтезу, розмноження і росту. Це – біогенні (С, О, Н, N); зольні елементи (Р, S, K, Mg, Ca, Fe) і мікроелементи, що стимулюють ріст клітинної маси (у малих дозах) – Zn, Mn, B, Cu, Mo, Co і ін.

У мікробіологічній практиці для вирощування мікроорганізмів використовують різноманітні живильні середовища, які за складом поділяють на природні, або натуральні, напівсинтетичні й синтетичні середовища.

Натуральні середовища складаються з продуктів рослинного й тваринного походження – м'яса, молока, картоплі, моркви, овочевих і фруктових соків, молочнокислої сироватки, відварів, екстрактів, отриманих із природних субстратів.

Прикладами натуральних середовищ можуть служити:

• М’ясопептонний бульйон, що складається з екстракту м'яса (500 м м'яса на 1 л води), 0,5 % NaCl і 1 % пептону (продуктів неповного розкладання білка);

• несхмелене пивне сусло, яке приготовлене на основі солоду (пророслих зерен ячменя) і містить цукри;

• дріжджове середовище, що складається з екстракту дріжджів (7-10 г сухих дріжджів на 1 л води), до якого додають вуглеводи (1-2 %), мінеральні солі К₂НРО₄ (0,1 %); і NaCl (0,5 %);

• картопляне середовище – відвар картоплі (200 г картоплі на 1 л води);

• витяжки з ґрунту й ін.

На натуральних середовищах добре розвиваються багато мікроорганізмів, тому що в таких середовищах маються, як правило, усі компоненти, необхідні для їхнього росту.

Для вирощування мікроорганізмів, що використовують органічні форми азоту, найчастіше вживають м’ясопептонні середовища: м’ясопептонний бульйон (МПБ), м’ясопептонний агар (МПА) і м’ясопептонну желатину (МПЖ).

Іноді для культивування мікроорганізмів використовують напівсинтетичні середовища:

МПБ із 2 %-ним розчином глюкози; дріжджовий автолізат із солями амонію й вуглеводами у визначеному співвідношенні. Ці середовища широко використовують для одержання вітамінів, антибіотиків, амінокислот і інших продуктів.

Синтетичні середовища, що включають тільки відомі хімічно чисті речовини, у точно зазначених концентраціях: середовище Виноградського для нітрофіксуючих бактерій, глюкозомінеральне середовище для Achromobacter.

Синтетичні середовища бувають простими за складом чи мають великий набір щодо компонентів. Їх широко використовують для вивчення обміну речовин мікроорганізмів.

За призначенням розрізняють елективні й диференційно-діагностичні середовища.

Елективні (виборчі) середовища забезпечують переважний розвиток одного виду чи групи родинних мікроорганізмів: середовище Чапека (для актиноміцетів), середовище Врублевського, Кітта-Тароцци (для анаеробів), МПА з новобіоцином (для сапрофітних стафілокків, стійких до новобіоцину).

Диференційно-діагностичні (індикаторні) середовища, що досить добре дозволяють відрізнити одні види мікроорганізмів від інших: середовище Ендо (для кишкових бактерій), вуглеводні середовища, до складу яких входять різні вуглеводи з індикатором.

З фізичного стану (консистенції) живильні середовища розділяються на:

рідкі (МПБ), густі (МПА), сипучі (розварене пшоно, висівки, що просочені живильним розчином).

Для з'ясування фізико-біологічних особливостей мікроорганізмів, а також для накопичення їхньої біомаси чи продуктів обміну найзручніше застосовувати рідкі середовища.

Напіврідкі середовища готують, додаючи 0,1-0,2 % агар-агару. Агар-агар – рослинний колоїд, що одержують із деяких морських водоростей (складається в основному з полісахаридів, включає азотисті речовини).

Сипучі середовища іноді застосовують у промисловій мікробіології. До них відносяться, наприклад, розварене пшоно, висівки, кварцовий пісок, просочені живильними розчинами.

Густі (тверді) середовища використовують для виділення чистих культур (одержання ізольованих колоній), у діагностичних цілях: опис колоній, встановлення характеру росту на скошеному МПА й ін., для збереження культур, для кількісного обліку мікроорганізмів, визначення їхніх антагоністичних властивостей. Густі середовища готують із рідких, додаючи для згущення агар-агар (1,5-2,5 %), желатину (10-15 %) чи кремнекислий гель. Найчастіше в мікробіологічній практиці для згущення середовищ використовується агар-агар. Це складний полісахарид, більшість мікроорганізмів не використовують його як живильний субстрат. У воді агар-агар утворює гелі, що плавляться при температурі 100С, що твердіє при температурі близько 40С. Желатин – білок, що одержують в процесі виварювання кісток і хрящів тварин. Желатин до рідких середовищ додають у кількості 10 – 15 % (желатиновий гель плавиться при 23-26С).