巧用Photoshop軟件“標(biāo)尺”測量抑菌圈

張云 林凡

摘? ?要：鑒于“探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用”教學(xué)活動中出現(xiàn)的抑菌圈測量難題，利用Photoshop軟件自帶的“標(biāo)尺”工具代替游標(biāo)卡尺實現(xiàn)“卡緊抑菌圈”功能，并通過“標(biāo)尺”工具所示數(shù)值，計算出抑菌圈直徑。所得數(shù)值與全自動抑菌圈測量儀法進(jìn)行方差分析，無顯著差異，是一種適用中學(xué)生物學(xué)教學(xué)實踐的抑菌圈直徑測量方法。

關(guān)鍵詞：抑菌圈;測量;Photoshop

“探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用” 是新編人教版普通高中《生物·必修2·遺傳與進(jìn)化》教材中新增的探究實踐活動[ 1 ]。其教學(xué)目的是引導(dǎo)學(xué)生探討耐藥菌的出現(xiàn)與抗生素濫用的關(guān)系，以落實對學(xué)生社會責(zé)任學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。在該教學(xué)活動中，教材提供的是常用的微生物敏感性測定方法——紙片擴(kuò)散法[ 2 ]。測量抑菌圈直徑是紙片擴(kuò)散法的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但教材并未提及具體的測量方法，此操作也未引起教師重視，通常會直接選擇直尺進(jìn)行測量[ 3 ]。由于目前中學(xué)在實施該教學(xué)活動時多選用玻璃材質(zhì)的培養(yǎng)皿，且培養(yǎng)過程中培養(yǎng)皿上皿蓋內(nèi)有冷凝水產(chǎn)生，而玻璃介質(zhì)和冷凝水水滴在燈光照射下會產(chǎn)生反光現(xiàn)象，導(dǎo)致在普通桌面或臺面上測量抑菌圈直徑時易因光線因素引起測量誤差;此外，由于抑菌圈的測量是在培養(yǎng)皿下皿蓋外進(jìn)行，直尺的“0”刻度線也無法直接接觸抑菌圈的邊緣。因此即使對同一個邊界清晰的抑菌圈而言，不同測量者也難免產(chǎn)生2～5mm誤差。而“探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用”教學(xué)活動，需要對細(xì)菌菌株進(jìn)行傳代培養(yǎng)，并記錄每代培養(yǎng)物抑菌圈的直徑，此測量誤差勢必對實驗結(jié)果產(chǎn)生較大影響，導(dǎo)致無法準(zhǔn)確探尋到抑菌圈直徑的變化規(guī)律。

經(jīng)文獻(xiàn)檢索，在中學(xué)教學(xué)之外的其他領(lǐng)域，目前普遍使用的抑菌圈測量法以抑菌圈測定儀和游標(biāo)卡尺法最為常見[ 3 ]。其中抑菌圈測定儀自動化程度高、測速快、精度準(zhǔn)，是生產(chǎn)及藥檢部門專業(yè)的測量工具。但對中學(xué)教學(xué)實踐而言，“探究抗生素對細(xì)菌的選擇作用”是2017年版普通高中生物學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中新增的教學(xué)內(nèi)容，且抑菌圈測定儀價格昂貴，未被列入各省市普通中小學(xué)教育裝備配備目錄，因此目前中學(xué)一線教學(xué)中尚不具備使用抑菌圈測定儀的條件。游標(biāo)卡尺法中所用游標(biāo)卡尺是工業(yè)生產(chǎn)中測量硬性實物直徑、長度的工具，測量時需卡緊被測物才能獲得精密準(zhǔn)確的測量結(jié)果，但瓊脂平板上的抑菌圈非硬性實物，測量過程中無法實現(xiàn)“卡緊抑菌圈”的操作，而且普通游標(biāo)卡尺的外卡角短粗，測量抑菌圈直徑時會遮擋視線，因而直接使用游標(biāo)卡尺進(jìn)行抑菌圈直徑的測量也存在較大測量誤差[ 3 ]。針對普通游標(biāo)卡尺使用的不足，顧菊根等曾用改造過的游標(biāo)卡尺，并自制帶光源的抑菌圈測量臺，有效提高了抑菌圈的測量的精密度[ 3 ]。但此改進(jìn)步驟繁多，因此亦不具備在中學(xué)教學(xué)實踐中的可推廣性。

通過實踐摸索，筆者發(fā)現(xiàn)美國Adobe系統(tǒng)公司研發(fā)的Photoshop軟件自帶的“標(biāo)尺”工具具有代替游標(biāo)卡尺實現(xiàn)“卡緊抑菌圈”功能，通過軟件所示“標(biāo)尺”數(shù)值以及藥敏試紙的實際直徑，可計算得出抑菌圈直徑（以下簡稱PS標(biāo)尺法）。本文對通過PS標(biāo)尺法計算所得抑菌圈數(shù)值與全自動抑菌圈測量儀所測數(shù)值進(jìn)行方差分析，探討在中學(xué)生物學(xué)教學(xué)實踐中運用PS標(biāo)尺法測量抑菌圈的可行性。

1? 材料和方法

1.1? 材料和試劑

大腸桿菌DH5α菌株（天根生化科技（北京）有限公司）;藥敏試紙（青霉素10ug;氨芐西林10ug;慶大霉素120μg;頭孢曲松30ug;頭孢他啶30ug;頭孢哌酮75μg;常德比克曼生物科技有限公司）;空白藥敏試紙（常德比克曼生物科技有限公司）;LB固體培養(yǎng)基干粉、LB液培養(yǎng)基干粉（北京索萊寶科技有限公司）;PH-Fix系列測試條（德國MACHEREY-NAGEL公司）。

1.2? 方法和步驟

1.2.1? 紙片擴(kuò)散法測大腸桿菌DH5α菌株對幾種抗生素的藥敏反應(yīng)

LB固、液培養(yǎng)基配制、DH5α菌種的活化以及無菌操作詳見人教版教材[ 4 ]。每個培養(yǎng)皿接種100 μL活化的菌液，用涂布器均勻涂抹于培養(yǎng)基平板，室溫放置3～5min待菌液滲透到瓊脂內(nèi) [ 2 ];再用記號筆在培養(yǎng)皿底部畫2條相互垂直的直線，將培養(yǎng)皿等分4個區(qū)域，取同種藥敏試紙分別貼于其中三個區(qū)域的中央，以滅菌的空白藥敏試紙貼于剩余的一個區(qū)域中央以作對照;將培養(yǎng)皿倒置于37℃恒溫箱中培養(yǎng)16h。每種抗生素藥敏反應(yīng)重復(fù)10次。所獲抑菌圈用數(shù)碼照相機(jī)拍照保存，并在Photoshop軟件中打開備用。

1.2.2? 抑菌圈直徑的測量及方差分析

（1）點擊Photoshop軟件菜單欄“視圖”，在彈出的菜單欄中點擊“標(biāo)尺”;點擊菜單欄“編輯”，在彈出的菜單欄中依次點擊“首選項”“單位與標(biāo)尺”，進(jìn)入首選項對話框，將標(biāo)尺單位設(shè)置為厘米，設(shè)置完畢點擊“確定”并退出;

（2）抑菌圈的邊緣以肉眼看不到細(xì)菌明顯生長為限。將鼠標(biāo)放在標(biāo)尺內(nèi)部，按住鼠標(biāo)向下拖至抑菌圈上端邊緣，使出現(xiàn)的“標(biāo)尺”輔助線成為抑菌圈上切線，并記錄此輔助線位置數(shù)值，同法在抑菌圈下端再拖出一條平行的輔助線做抑菌圈下切線并記錄位置數(shù)值;如上所述，利用“標(biāo)尺”輔助線再做出藥敏試紙上下平行切線，并記錄切線位置數(shù)值;將上述數(shù)值輸入Excel軟件（Microsoft公司）中，保存待用（圖1）;

（3）利用Excel軟件計算上下切線位置數(shù)值之差，即得抑菌圈及藥敏試紙直徑的相對值;所用藥敏試紙均為標(biāo)準(zhǔn)品，實際直徑大小為6mm，以公式“藥敏試紙實際直徑/抑菌圈實際直徑=藥敏試紙相對直徑/抑菌圈相對直徑”計算出抑菌圈實際直徑;

（4）在Photoshop軟件中將圖片旋轉(zhuǎn)90℃，重復(fù)（2）、（3）步驟，即采用“十”字法對抑菌圈進(jìn)行兩次互為垂直的直徑測量，取平均值;

（5）通過HiCC-T全自動抑菌圈測量儀（簡稱儀器法）再次測量上述抑菌圈直徑;

（6）對上述兩法所得抑菌圈直徑進(jìn)行方差分析。

3? 結(jié)果與分析

用PS標(biāo)尺法和全自動抑菌圈測量儀分別測定了大腸桿菌DH5α菌株對6種抗生素的藥敏反應(yīng)，抑菌圈直徑測量結(jié)果如表1。由表1可見，除青霉素外，一定濃度的氨芐西林、慶大霉素、頭孢曲松、頭孢他啶以及頭孢哌酮對DH5α菌株均表現(xiàn)出抑菌效應(yīng)。通過PS標(biāo)尺法和全自動抑菌圈測量儀測定的抑菌圈直徑誤差均在1mm以內(nèi)，且兩法測定的抑菌圈直徑?jīng)]有顯著差異。

可見，PS標(biāo)尺法無需購置額外的測量工具或儀器，亦無需對游標(biāo)卡尺進(jìn)行加工改造，每次測量只需要記錄Photoshop軟件所給出抑菌圈及藥敏試紙上下切線4個數(shù)值，即可導(dǎo)入Excel軟件中進(jìn)行數(shù)據(jù)的快速計算，操作簡便，所得數(shù)值經(jīng)全自動抑菌圈測量儀檢測，數(shù)據(jù)可靠;同時依托Excel軟件可實現(xiàn)對大批量數(shù)據(jù)的集中快速處理，能很好地滿足中學(xué)教學(xué)實踐需求。因此，PS標(biāo)尺法是一種適用中學(xué)生物學(xué)教學(xué)實踐的抑菌圈測量方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]朱正威，趙占良.普通高中教科書：生物學(xué)·必修2·遺傳與進(jìn)化[M].北京：人民教育出版社，2019：115.

[2]鐘偉萍.紙片擴(kuò)散法抗菌藥物敏感試驗的質(zhì)量控制[J].中國衛(wèi)生產(chǎn)業(yè)，2017，14（26）：38-39.

[3]顧菊根，劉莉.抗生素微生物檢定中抑菌圈測量法的改進(jìn)[J].現(xiàn)代應(yīng)用藥學(xué)，1997（3）：32-33.

[4]朱正威，孫萬儒，趙占良.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)試驗教科書：生物·選修1·生物技術(shù)實踐[M].第二版.北京：人民教育出版社，2007：14-20.