細菌概述

細菌是單細胞微生物，它們與植物和動物細胞不同，因為它們沒有包含遺傳物質(zhì)的獨特的、膜封閉的細胞核。 相反，它們的 DNA 在細胞內(nèi)纏結(jié)地漂浮。

單個細菌只能通過顯微鏡才能看到，但它們繁殖得如此之快，以至于它們經(jīng)常形成我們可以看到的菌落。 當(dāng)一個細胞通過二元裂變過程分裂成兩個細胞時，細菌就會繁殖。 裂變在短短 20 分鐘內(nèi)迅速發(fā)生。 在完美的條件下，單個細菌可以在短短 10 小時內(nèi)成長為超過 10 億個細菌！

培養(yǎng)和測試細菌是一個有趣的隨時項目或一個偉大的科學(xué)展覽項目。 細菌無處不在，而且由于它們繁殖迅速，因此只需一些簡單的材料就可以輕松進行研究。 您所需要的只是 一些 培養(yǎng)皿 、瓊脂和 無菌拭子或 接種針。 瓊脂是一種凝膠狀介質(zhì)，可 為細菌生長提供營養(yǎng)和穩(wěn)定、受控的環(huán)境 。 大多數(shù)細菌會在營養(yǎng)瓊脂 上生長良好 ，但一些更挑剔的細菌（那些具有更復(fù)雜營養(yǎng)需求的細菌，如嗜 熱脂肪芽孢桿菌 、 粘膜炎桿菌 和 凝結(jié)芽孢桿菌 ）更喜歡使用營養(yǎng)瓊 脂，  胰蛋白酶大豆瓊脂 。

細菌如何幫助我們？

沒有細菌我們會在哪里？ 好吧，我們可能不會患上細菌性疾病，但我們的情況仍然會更糟！ 細菌在我們的身體和我們周圍的世界中發(fā)揮著各種非常重要的功能。 這里僅僅是少數(shù)。

消化。 我們的大腸充滿了有益細菌，可以分解我們身體無法自行消化的食物。 一旦細菌將其分解，我們的腸道就能夠吸收它，從食物中為我們提供更多的營養(yǎng)。

維生素。 我們腸道中的細菌實際上會產(chǎn)生和分泌對我們的健康很重要的維生素！ 例如，我們腸道中的 大腸桿菌 是維生素 K 的主要來源。（大多數(shù) 大腸桿菌 對我們有益，但有一種有害類型會導(dǎo)致食物中毒。）

食物。 細菌被用來將牛奶變成酸奶、奶酪和其他乳制品。

氧。 藍藻（以前稱為藍綠藻）生活在水中并進行光合作用，從而產(chǎn)生我們呼吸所需的大部分氧氣。

清理。 漏油、污水、工業(yè)廢物——細菌可以幫助我們清理所有這些！ 它們“吃掉”油或毒素，并將其轉(zhuǎn)化為危害較小的物質(zhì)。

細菌是神奇的生物，不是嗎？ 它們可能非常危險，但同時又非常重要。 繼續(xù)閱讀，看看使用好細菌的實驗！

細菌如何傷害我們？

某些類型的細菌會引起疾病。 這些細菌稱為病原體。 它們像所有細菌一樣繁殖得非?？臁?/span> 這些疾病有多種形式，可引起耳部感染、鏈球菌性咽喉炎和霍亂等疾病。 它們可以通過我們的嘴和鼻子或通過割傷和擦傷進入我們的身體。 有些是通過空氣傳播的，有些是在食物中發(fā)現(xiàn)的，導(dǎo)致食物中毒。 細菌也是牙齒上菌斑堆積的原因，這可能導(dǎo)致蛀牙和牙齦疾病。

在抗生素發(fā)現(xiàn)之前，許多嚴重的細菌性疾病無法治愈，通常會導(dǎo)致死亡。 抗生素的作用是消滅細菌或抑制其繁殖，同時保持人體自身細胞不受傷害。 一段時間后，一些細菌會對抗生素產(chǎn)生耐藥性，抗生素將不再對它們有效。 正因為如此，科學(xué)家們一直在研究新的抗生素。 （許多疾病，如水痘、肝炎或脊髓灰質(zhì)炎，是由病毒而不是細菌引起的。抗生素對這些疾病沒有效果。）

細菌感染很常見，但許多細菌感染可以通過良好的烹飪、清潔和洗手習(xí)慣來避免。

什么是抗菌劑？

人們?nèi)绾巫柚辜毦L和傳播？ 他們通過兩種方式控制它：殺死細菌細胞，并阻止細菌繁殖。 藥劑是一種殺死或停止繁殖的解決方案或方法。 殺菌劑是殺死細菌細胞的藥劑。 靜電劑抑制細胞生長和繁殖。

有多種方法可以殺死細菌或阻止其繁殖。

物理方法：

• 消毒。 應(yīng)用熱量殺死細菌。 包括焚燒、煮沸和烹飪。
• 巴氏滅菌。 使用溫和的熱量來減少食物中的細菌數(shù)量。
• 寒冷的氣溫。 冷藏和冷凍是家庭中最常用的兩種保存食物保質(zhì)期的方法。

化學(xué)方法：

• 防腐劑。 這些試劑可以直接應(yīng)用于活體組織，包括人體皮膚。
• 消毒劑。 這些藥物對于活體組織并不安全。 消毒劑用于清潔廁所、水槽、地板等。
• 防腐劑。 這些幾乎用于當(dāng)今所有的加工食品中。 它們抑制食物中的細菌生長。
  • 一些食品防腐劑包括：苯甲酸鈉、味精 (MSG)、二氧化硫、鹽、糖和木煙。
• 抗生素。 它們殺死體內(nèi)的細菌細胞，而不傷害正常細胞。 抗生素通常能夠治愈曾經(jīng)致命的疾病，例如猩紅熱。 然而，它們可以殺死有益細菌和有害細菌。
  • 阿莫西林和氨芐青霉素——抑制細胞壁合成的步驟（構(gòu)建）
  • 青霉素——抑制細胞壁合成步驟
  • 紅霉素——抑制蛋白質(zhì)合成的 RNA 翻譯

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安全注意事項

雖然大多數(shù)環(huán)境細菌對健康個體無害，但一旦集中在菌落中，它們就可能是危險的。

為了最大限度地降低風(fēng)險，請在處理細菌時戴上一次性手套，并在處理前后徹底洗手。 在細菌研究期間切勿進食或飲水，也不要吸入或攝入生長中的培養(yǎng)物。 在無通風(fēng)的房間內(nèi)工作并盡可能減少氣流。 除非取樣或消毒，否則將裝有培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿保持封閉（最好用膠帶封?。?。 即使如此，取出培養(yǎng)皿僅足以插入您的工具或用漂白劑或 70% 異丙醇覆蓋介質(zhì)。

實驗完成后，將培養(yǎng)皿密封在塑料袋中并丟棄。 用漂白劑或酒精覆蓋意外破損或溢出物 10 分鐘，然后小心清理，密封在塑料袋中并丟棄。

準備培養(yǎng)皿

在培養(yǎng)細菌之前，您需要準備無菌培養(yǎng)皿。 一瓶 125 毫升的營養(yǎng)瓊脂足以裝滿約 10 個培養(yǎng)皿。

水浴法—— 松開瓊脂瓶蓋，但不要完全取下。 將瓶子放入 170-190 °F 的熱水中，直至所有瓊脂變成液體。 為防止瓶子翻倒，請保持水位與瓊脂水平齊平。

• 在倒入培養(yǎng)皿之前，讓瓊脂冷卻至 110-120 °F（當(dāng)瓶子仍然感覺溫暖但不太熱而無法觸摸時）。
• 滑開培養(yǎng)皿的蓋子，將瓊脂倒入培養(yǎng)皿中。 倒入足夠的瓊脂覆蓋培養(yǎng)皿底部的1/2至2/3（約10-13ml）。 不要讓瓶口接觸盤子。 立即蓋上培養(yǎng)皿以防止污染，并輕輕地前后傾斜，直到瓊脂覆蓋整個培養(yǎng)皿底部。 （只要有瓊脂，就可以裝滿多少個盤子：您可以將多余的瓊脂倒置存放，直到準備使用它們?yōu)橹?。?/span>
• 使用前將培養(yǎng)皿靜置一小時，讓瓊脂凝固。

• 在倒入培養(yǎng)皿之前，讓瓊脂冷卻至 110-120 °F（當(dāng)瓶子仍然感覺溫暖但不太熱而無法觸摸時）。
• 滑開培養(yǎng)皿的蓋子，將瓊脂倒入培養(yǎng)皿中。 倒入足夠的瓊脂覆蓋培養(yǎng)皿底部的1/2至2/3（約10-13ml）。 不要讓瓶口接觸盤子。 立即蓋上培養(yǎng)皿以防止污染，并輕輕地前后傾斜，直到瓊脂覆蓋整個培養(yǎng)皿底部。 （只要有瓊脂，就可以裝滿多少個盤子：您可以將多余的瓊脂倒置存放，直到準備使用它們?yōu)橹埂＃?/span>
• 使用前將培養(yǎng)皿靜置一小時，讓瓊脂凝固。

• 在倒入培養(yǎng)皿之前，讓瓊脂冷卻至 110-120 °F（當(dāng)瓶子仍然感覺溫暖但不太熱而無法觸摸時）。
• 滑開培養(yǎng)皿的蓋子，將瓊脂倒入培養(yǎng)皿中。 倒入足夠的瓊脂覆蓋培養(yǎng)皿底部的1/2至2/3（約10-13ml）。 不要讓瓶口接觸盤子。 立即蓋上培養(yǎng)皿以防止污染，并輕輕地前后傾斜，直到瓊脂覆蓋整個培養(yǎng)皿底部。 （只要有瓊脂，就可以裝滿多少個盤子：您可以將多余的瓊脂倒置存放，直到準備使用它們?yōu)橹?。?/span>
• 使用前將培養(yǎng)皿靜置一小時，讓瓊脂凝固。

• 在倒入培養(yǎng)皿之前，讓瓊脂冷卻至 110-120 °F（當(dāng)瓶子仍然感覺溫暖但不太熱而無法觸摸時）。
• 滑開培養(yǎng)皿的蓋子，將瓊脂倒入培養(yǎng)皿中。 倒入足夠的瓊脂覆蓋培養(yǎng)皿底部的1/2至2/3（約10-13ml）。 不要讓瓶口接觸盤子。 立即蓋上培養(yǎng)皿以防止污染，并輕輕地前后傾斜，直到瓊脂覆蓋整個培養(yǎng)皿底部。 （只要有瓊脂，就可以裝滿多少個盤子：您可以將多余的瓊脂倒置存放，直到準備使用它們?yōu)橹?。?/span>
• 使用前將培養(yǎng)皿靜置一小時，讓瓊脂凝固。

實驗#1：臉頰細胞拭子

按照上述說明制作培養(yǎng)皿。 準備好培養(yǎng)皿后，使用無菌棉簽或接種針擦拭臉頰內(nèi)側(cè)。 用棉簽輕輕地在瓊脂上以之字形擦拭幾次，然后蓋上培養(yǎng)皿的蓋子。 您需要將培養(yǎng)皿放在溫暖的地方 3-7 天，然后細菌就會生長。 用圖畫和書面描述記錄每天的成長。 單個細菌太小，沒有高倍顯微鏡就無法看到，但你可以看到細菌菌落。 通過菌落的顏色和形狀區(qū)分不同類型的細菌。

實驗#2：測試抗菌劑

準備靈敏度方塊

測試物質(zhì)抗菌效果的一種方法是使用“靈敏度平方”。 剪下小方塊的吸墨紙（或其他吸水紙），然后將它們浸泡在您想要測試的任何物質(zhì)中：碘、乙醇、抗菌肥皂、防腐劑、大蒜等。使用干凈的鑷子來處理這些方塊，這樣就不會污染他們。 用永久性墨水給它們貼上標(biāo)簽，將它們浸泡在所選物質(zhì)中，然后用紙巾吸干多余的液體。

收集細菌

決定收集細菌的來源。 對于使用靈敏度平方，請確保只有一個源，并盡可能保持每個培養(yǎng)皿的一致性。 來源可能包括廚房水槽、浴室柜臺、手機或您想要測試的其他表面。 用無菌棉簽擦拭所選表面，然后以之字形輕輕擦拭準備好的瓊脂培養(yǎng)皿。 旋轉(zhuǎn)盤子并重復(fù)。

設(shè)置實驗

每個實驗都應(yīng)該有一個控制培養(yǎng)皿，用于顯示正常條件下的細菌生長情況，以及一個或多個測試培養(yǎng)皿，您可以在其中更改某些變量并檢查結(jié)果。 要測試的變量的示例是溫度或防腐劑的存在。 這些如何影響細菌生長？

• 將一道菜標(biāo)記為“對照”。 然后在您的測試皿中，使用鑷子添加已浸泡在您想要測試抗菌特性的物質(zhì)中的靈敏度方塊。 最好添加一張普通的正方形吸紙，看看吸紙本身是否對細菌生長有任何影響。 為了獲得最佳結(jié)果，請使用多個測試培養(yǎng)皿并控制變量，使每個培養(yǎng)皿的條件相同：從同一地點收集細菌、暴露于相同量的抗菌物質(zhì)、在相同溫度下儲存等。您執(zhí)行的測試越多，您收集的數(shù)據(jù)越多，您對自己的結(jié)論就越有信心。
• 將所有餐具放在黑暗、室溫的地方，例如壁櫥。

等待 3-7 天，檢查培養(yǎng)皿中的細菌生長情況，無需打開蓋子。 你會看到多個圓點的生長； 這些是細菌菌落。 根據(jù)您收集細菌樣本的位置，您的培養(yǎng)皿中可能會生長多種類型的細菌（甚至一些霉菌?。?。 不同類型的菌落會有不同的顏色和紋理。 如果您有復(fù)合顯微鏡或立體顯微鏡，請嘗試近距離觀察菌落以觀察更多差異。

將對照培養(yǎng)皿中的細菌數(shù)量與測試培養(yǎng)皿中的細菌數(shù)量進行比較。 接下來，比較每個紙方塊周圍的細菌生長量。 哪一個細菌生長得離它最近？ 哪一個附近生長的細菌數(shù)量最少？ 如果您做了不止一種測試菜肴，所有測試菜肴的結(jié)果是否相似？ 如果不是，您認為哪些變量可能導(dǎo)致結(jié)果不同？ 這對你的結(jié)論有何影響？

對于此實驗的變體，測試溫度對細菌生長的影響，而不是使用靈敏度平方。 將對照皿置于室溫下，并將其他皿置于不同溫度的黑暗區(qū)域。

實驗#3：肥皂調(diào)查

每次您觸摸某物時，您都可能會沾染上新的細菌，并留下一些細菌。 這就是許多傳染病的傳播方式——我們與周圍的每個人分享我們的細菌！ 即使是安全地生活在我們皮膚上的細菌，如果通過我們的口腔或割傷和擦傷進入我們的身體也會使我們生病。 這就是為什么我們經(jīng)常洗手如此重要的原因之一。

哪種肥皂最能減少手上的細菌？ 您可以通過使用瓊脂和培養(yǎng)皿培養(yǎng)一些細菌來測試這一點。

材料

• 兩個（或更多）培養(yǎng)皿
• 無菌拭子
• 瓊脂
• 吸紙  或其他吸水紙
• 鑷子或鑷子
• 不同種類的洗手液：普通肥皂、抗菌肥皂、洗潔精、洗手液

該怎么辦

1. 按照標(biāo)簽上的說明準備瓊脂，然后倒入足以覆蓋每個培養(yǎng)皿底部的瓊脂。 蓋上培養(yǎng)皿，靜置約一個小時，直至瓊脂再次凝固。 （如果冷卻后您不打算立即使用它們，請將它們倒置存放在冰箱中。）

2. 培養(yǎng)皿準備好后，從您或志愿者的手上收集一些細菌。 （確保此人最近沒有洗手?。┯脽o菌棉簽在手掌上以之字形擦拭。

3. 取下培養(yǎng)皿的蓋子，用棉簽在瓊脂上以鋸齒狀輕輕地來回擦拭。 將盤子轉(zhuǎn)動四分之一圈，然后再次呈之字形。 蓋上培養(yǎng)皿，并使用新的無菌拭子對另一個培養(yǎng)皿重復(fù)步驟二和三。 將菜肴標(biāo)記為“測試”和“對照”。 （您可能想做多個測試菜，這樣您就可以比較結(jié)果。）

4. 將吸墨紙剪成小的“靈敏度方塊”。 使用永久性墨水在方塊上標(biāo)記您要測試的不同類型的洗手液，例如，“R”表示普通肥皂，“A”表示抗菌肥皂，“S”表示洗手液。 使用鑷子將每個方塊浸入適當(dāng)?shù)那鍧崉┲小?/span> 用紙巾吸干多余的清潔劑，然后將方塊放在“測試”皿中的瓊脂上。 （將方塊展開，使它們之間有距離。）添加一方塊普通吸墨紙來測試吸墨紙本身是否有任何效果。 不要在“對照”培養(yǎng)皿中放入任何方塊 - 這個培養(yǎng)皿將向您展示在沒有任何肥皂的情況下細菌生長的情況。

5. 將餐具放在壁櫥等黑暗、室溫的地方，并不受干擾地放置幾天。

發(fā)生了什么

培養(yǎng)皿中細菌的生長速度取決于溫度和其他因素。 幾天后檢查您的培養(yǎng)物，但您可能需要等待 5-7 天才能記錄數(shù)據(jù)。 你會看到多個圓點的生長； 這些是細菌菌落。 培養(yǎng)皿中可能生長著多種類型的細菌。 不同類型的菌落會有不同的顏色和紋理。

對于每次肥皂測試，計算并記錄每個培養(yǎng)皿中的細菌菌落數(shù)量。 要了解每種肥皂的效果如何，請將測試培養(yǎng)皿中的菌落數(shù)除以對照培養(yǎng)皿中的菌落數(shù)，然后用 1 減去結(jié)果，并將答案寫為百分比。 例如，如果您的對照培養(yǎng)皿有 100 個菌落，肥皂測試培養(yǎng)皿有 30 個菌落，則肥皂消除了 70% 的細菌： 1 — (30 ÷ 100) = .7 = 70%

根據(jù)您的結(jié)果，哪種類型的肥皂在消除細菌方面最有效？ “抗菌”肥皂真的比普通肥皂效果更好嗎？ 不用肥皂用水洗手效果如何？ 您可以做哪些進一步的測試來確定哪種肥皂和洗手方法對于消除細菌最有效？

實驗#4：空氣中的細菌

此實驗需要兩個培養(yǎng)皿，您將在其中演示抗菌劑（例如抗生素和家用清潔劑）如何影響細菌生長。

將盤子蓋上蓋子放在室溫下。 將培養(yǎng)皿暴露約一個小時。

等待時，剪下小方塊紙（吸墨紙效果很好），在上面貼上您要測試的抗菌劑名稱的標(biāo)簽（例如“L”代表來蘇水，“A”代表酒精等），然后浸泡每一種都包含在不同的家用化學(xué)品中，您希望測試其抗菌特性。 如果有時間，您也可以嘗試使用天然抗菌劑，例如茶樹油或紅辣椒。 擦掉多余的液體，并使用鑷子將每個方塊放置在培養(yǎng)皿之一的不同位置。 第二個培養(yǎng)皿是您的“對照”。 它將向您展示沒有任何化學(xué)試劑的空氣細菌培養(yǎng)物是什么樣子。

將餐具（蓋上蓋子）存放在壁櫥等黑暗的地方，這樣它們可以在幾天內(nèi)不受干擾。 3-7 天后，取出兩個培養(yǎng)皿，蓋上蓋子，仔細觀察每個培養(yǎng)皿中的細菌生長情況。 細菌會以小的、彩色的簇的形式出現(xiàn)。 記下你的觀察結(jié)果并畫圖。 您還可以回答以下問題。 在對照培養(yǎng)物中，培養(yǎng)皿的多少部分被細菌覆蓋？ 在敏感性平方測試培養(yǎng)物中，細菌覆蓋該培養(yǎng)皿的程度是否與對照培養(yǎng)物相同？ 每種化學(xué)物質(zhì)對細菌生長有什么影響？ 某種特定的化學(xué)物質(zhì)是殺死細菌還是僅僅抑制其生長？

• 為了進一步研究，您可以使用 抗生素盤組來看看不同的抗生素對細菌有什么作用。
• 對于更高級的項目，了解革蘭氏染色與抗生 素的使用有何關(guān)系。

實驗#5：自制酸奶

一般來說，當(dāng)人們想到“細菌”時，他們會想到有害細菌。 然而，并非所有形式的細菌都是有害的！
您可以在家制作一批酸奶，享受美味的好細菌產(chǎn)品。

您需要使用發(fā)酵劑（雜貨店或健康食品店有售），或者一杯含有活菌的原味、無味酸奶。 （如果含有活培養(yǎng)物，容器上會注明。）

慢慢加熱四杯牛奶直至變熱，但不要沸騰或燙傷。 溫度應(yīng)在95-120度左右，以殺死一些有害細菌。 稍微冷卻，直到牛奶溫?zé)?，然后加入一杯活性酸奶或發(fā)酵劑。

將混合物放入一個大碗（或玻璃罐）中并蓋上蓋子。 確保碗或罐子在使用前經(jīng)過洗碗機消毒或用熱水清洗。

培養(yǎng)酸奶混合物有兩種不同的方法：您可以將帶蓋的碗或罐子放入干凈的塑料冷卻器中，然后在冷卻器中注入熱水，直至剛好低于培養(yǎng)容器頂部。 使用這種方法時，您需要偶爾向冷卻器中注入熱水，以使酸奶的溫度保持一致。 另一種方法是將容器包裹在加熱墊和毛巾中，將加熱墊設(shè)置為低至中火。

加熱 3 1/2 至 4 小時后檢查混合物。 它應(yīng)該是“凝固的”，具有類似于商店購買的酸奶的光滑、奶油狀的稠度。 如果混合物尚未凝固，請再加熱 1-2 小時。 當(dāng)稠度合適時，添加一些調(diào)味品，例如香草精、巧克力糖漿或漿果，然后將酸奶存放在冰箱中。 它應(yīng)該保存幾周。 為了安全起見，我們建議您不要食用任何已分離或具有非典型稠度的酸奶。