MTT-分光光度法快速測定地衣芽孢桿菌發(fā)酵液活菌數的研究

甄麗，王婕，朱彩彩，程嬌梅

（ 青島蔚藍生物集團有限公司，山東 青島 266102 ）

活菌計數方法廣泛應用于對比試驗方案、優(yōu)化發(fā)酵指標、測定發(fā)酵生長曲線、評價產品性狀等方面[1]。常用的活菌計數方法有平板稀釋計數法、直接染色觀察法、比濁法、菌體干重法等[2]。平板稀釋計數法可準確反映出活菌含量，但操作煩瑣、耗時長；其他幾種活菌計數方法無法區(qū)別細菌細胞的死活，且易受到培養(yǎng)基、菌體代謝產物等因素的影響[3]。噻唑藍（MTT）是一種噻唑鹽，廣泛應用于動物細胞活性計數、生物因子活性檢測、細胞毒性試驗、抗腫瘤藥物篩選等[4-5]。MTT法原理為活性細胞內的琥珀酸脫氫酶將MTT還原成藍紫色的結晶物甲臜[6]，形成的甲臜量與活性細胞數量成正比，而死細胞無此反應[7-8]。加入四氯化碳溶解反應生成的甲臜[9]，在一定波長下的吸光度可間接反映活細胞的數量[10-11]。活菌細胞同樣可在酶的作用下產生甲臜[12]，因此，MTT法成為一種快速的活菌檢測方法[13]。地衣芽孢桿菌可調節(jié)動物腸道環(huán)境，作為動物飼料添加劑具有廣闊的應用前景[14]。地衣芽孢桿菌活菌量是發(fā)酵水平和產品質量的重要指標，因此研究一種能夠快速、準確檢測活菌數的方法具有重要意義。本試驗在新鮮菌液中加入MTT后立即計時，一定時間后加入鹽酸溶液使地衣芽孢桿菌失活終止顯色反應，將四氯化碳加入反應溶液中萃取甲臜，檢測萃取液的吸光度[15]，最終通過計算測定地衣芽孢桿菌發(fā)酵液生長情況，以此優(yōu)化菌液中地衣芽孢桿菌含量的檢測方法并為MTT-分光光度法應用于活菌計數提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 試劑與培養(yǎng)基

PBS溶液配制：8 g氯化鈉、1.15 g磷酸氫二鉀、0.2 g磷酸二氫鉀、去離子水定容至1 000 mL，pH值7.2，121 ℃滅菌15 min[16]。

MTT（阿拉丁試劑（上海）有限公司）溶液配制：0.5 g MTT溶于100 mL滅菌的PBS中。

1.0 mol/L鹽酸配制：9 mL鹽酸緩慢注入去離子水中，定容至100 mL。

四氯化碳：由國藥集團化學試劑有限公司提供。

地衣芽孢桿菌發(fā)酵培養(yǎng)基：玉米粉20 g、葡萄糖15 g、磷酸氫二鉀3 g、磷酸二氫鉀1.5 g、硫酸鎂0.5 g、硫酸錳0.2 g、硫酸亞鐵0.1 g、碳酸鈣0.1 g、去離子水1 000 mL，pH值7.2，121 ℃滅菌15 min。

LB培養(yǎng)基：蛋白胨10 g、酵母粉5 g、氯化鈉10 g、去離子水1 000 mL，pH值7.0，121 ℃滅菌15 min。

1.1.2 試驗菌液

試驗所使用的菌液為青島蔚藍生物集團有限公司地衣芽孢桿菌新下罐發(fā)酵液。

1.1.3 儀器設備

TU-1810型紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；5.0、1.0、0.2 mL eppendorf移液器（艾本德中國有限公司）；THERMO SCIENTIFIC 2864型循環(huán)水浴鍋（賽默飛世爾科技公司）；7 mL離心管等。

1.2 試驗方法

1.2.1 MTT-分光光度法測定步驟

在無菌7 mL離心管中加入滅菌PBS適當稀釋后的新鮮發(fā)酵菌液1 mL，37 ℃水浴保溫5 min，依次加入1 mol/L鹽酸1 mL和一定量MTT溶液。放置室溫后，加入2 mL四氯化碳，充分混勻后，顯色10 min，吸取下清液作為比色的空白對照[17]。

在無菌的7 mL離心管中加入滅菌PBS適當稀釋的新鮮發(fā)酵菌液1 mL，37 ℃水浴保溫5 min，加入一定量MTT溶液，準確計時相應時間后加入1 mol/L鹽酸終止反應。放置室溫后，加入2 mL四氯化碳，顯色10 min，吸取下清液，以空白對照調零，測定吸光度。

1.2.2 稀釋平板法測定

每份發(fā)酵樣品10倍系列稀釋，取相應稀釋樣品0.1 mL涂布于NA培養(yǎng)皿，36 ℃培養(yǎng)18 h，采用稀釋平板法計數發(fā)酵菌液中的活菌量。之后分析MTT-分光光度法與平板法的對應關系[18]。

1.3 MTT-分光光度法優(yōu)化

1.3.1 顯色反應終止液最適濃度

試驗選擇2.0、1.0、0.5 mol/L的鹽酸溶液作為顯色反應的終止液。取1 mL地衣芽孢桿菌發(fā)酵液，分別加入上述濃度的鹽酸溶液1 mL，充分混勻后測定pH值和地衣芽孢桿菌的活菌數，確定顯色反應終止液最適濃度。

1.3.2 最適吸收波長

不同類型的菌株產生的二甲基亞砜甲臜溶液的最大吸收峰不同[17]。因此，本試驗以450～650 nm為掃描范圍，測定吸光度（OD值）[19]，確定最適吸收波長。

1.3.3 最適MTT添加量

相同的發(fā)酵菌液反應體系中分別加入0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mL的MTT溶液，反應1 h，測定OD值[19]以確定最適MTT添加量。

1.3.4 最適反應時間

相同的發(fā)酵菌液加入0.2 mL的MTT溶液，反應時間分別為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5 h，測定OD值[19]以確定最適反應時間。

1.3.5 最適菌液濃度

將發(fā)酵菌液稀釋0、10、100、1 000倍，同時按照1.2.1和1.2.2中步驟進行MTT-分光光度法、稀釋平板法試驗。菌液中加入0.2 mL MTT溶液，反應1 h，測定發(fā)酵菌液的OD值，并與稀釋平板法測定的活菌量進行分析[20-21]。每個稀釋倍數設3個重復。

1.3.6 不同培養(yǎng)基、培養(yǎng)液保存后和其他干擾物對測定結果的影響

分別測定地衣芽孢桿菌發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵液、LB培養(yǎng)基發(fā)酵液、100 ℃煮沸10 min滅菌后的LB培養(yǎng)基發(fā)酵液、4 ℃儲存24 h后的發(fā)酵液、MTT溶液、PBS溶液、空白LB培養(yǎng)基對本方法檢測結果的影響[17]。

2 結果與分析

2.1 MTT-分光光度法最適條件

2.1.1 不同濃度鹽酸溶液對地衣芽孢桿菌活性的影響（見表1）

表1 不同濃度鹽酸溶液對地衣芽孢桿菌活性的影響Tab.1 Effects of different concentrations of hydrochloric acid on the activity of Bacillus licheniformis

由表1可知，1.0 mol/L的鹽酸可降低地衣芽孢桿菌的活菌數，可使甲臜的顯色反應迅速終止，從而得到精確的控制反應時間。

2.1.2 不同波長對吸光度的影響（見圖1）

圖1 不同波長對吸光度的影響Fig.1 Effect of different wavelengths on absorbance

由圖1可知，波長在550 nm時，地衣芽孢桿菌吸光度最大。因此，地衣芽孢桿菌的最適吸光度為550 nm。

2.1.3 不同MTT添加量對發(fā)酵菌液吸光度的影響（見圖2）

圖2 不同MTT添加量對發(fā)酵菌液吸光度的影響Fig.2 Effect of different MTT supplemental levels on absorbance of fermented bacterial solution

由圖2可知，在一定范圍內增加MTT添加量可使吸光度增大，當MTT含量為0.2 mL時，吸光度最大。MTT添加量超過0.2 mL后，隨著添加量增大，吸光度呈降低趨勢。

2.1.4 不同反應時間對發(fā)酵菌液吸光度的影響（見圖3）

圖3 不同反應時間對發(fā)酵菌液吸光度的影響Fig.3 Effect of different reaction time on absorbance of fermentation liquid

由圖3可知，反應時間在30～60 min范圍內，延長反應時間可顯著增加吸光度；超過60 min后，隨著反應時間增加，吸光度會有一定程度的增加。但考慮到時間成本，選擇反應時間為60 min。

2.1.5 不同菌液濃度對測定結果的影響（見表2）

表2 不同菌液濃度對測定結果的影響Tab.2 Effect of different concentration of bacterial solution on determination results

由表2可知，菌液濃度為108～109CFU/mL時，OD550nm值與稀釋平板法得到的活菌數具有很好的線性對應關系，當菌液濃度＜108CFU/mL時對應關系不再成立。

由此可知，MTT分光光度法測定地衣芽孢桿菌發(fā)酵液，菌液濃度最低應≥108CFU/mL。

2.1.6 干擾物和菌液儲存后對測定結果的影響（見表3）

表3 各種干擾物和菌液儲存后對測定結果的影響Tab.3 Effect of various interferences and bacterial solutions on assay results after storage

由表3可知，MTT-分光光度法測定地衣芽孢桿菌的菌量不受空白培養(yǎng)基、滅活培養(yǎng)液和其他干擾物的影響，均可快速地測定發(fā)酵液的OD值，通過OD值即可準確地計算出發(fā)酵液的活菌數。但該方法檢測的發(fā)酵液必須是新鮮培養(yǎng)的菌液，4 ℃儲存后地衣芽孢菌代謝活性下降，無法采用本方法進行檢測。

2.2 MTT-分光光度法與稀釋平板法的線性關系

取6支滅菌后的7 mL離心管，依次加入地衣芽孢桿菌新鮮菌液和滅菌PBS溶液。充分混勻后，在37 ℃水浴中保溫5 min，加入0.2 mL MTT溶液，反應1 h后加1.0 mol/L鹽酸1 mL，電磁振蕩3 s終止反應。取出放置室溫后加入2 mL四氯化碳，充分混勻后靜置10 min，吸取1號離心管中的下清液作為空白對照，在550 nm波長下測定其他各離心管中下清液的OD值。同時使用稀釋平板法測定每支離心管內的活菌量，結果見表4。

表4 離心管中發(fā)酵液、滅菌PBS添加量及相應的吸光度、活菌量Tab.4 Dosage of fermentation liquid and sterilized PBS solution in centrifuge tube and corresponding absorbance and viable bacteria value

以MTT-分光光度法測得的OD550nm值為縱坐標，稀釋平板法得到的活菌量為橫坐標繪制回歸曲線，得到方程y=0.066 0x-0.0150，R2=0.998 1（見圖4）。

圖4 MTT分光光度法與稀釋平板法的線性關系Fig.4 Linear relationship between MTT-spectrophotometry and dilution plate method

2.3 MTT-分光光度法、稀釋平板法測定發(fā)酵液中活菌量結果對比（見表5）

表5 MTT-分光光度法、稀釋平板法測定發(fā)酵液中活菌量結果對比Tab.5 Comparison of results of MTT-spectrophotometry and dilution plate method for determination of viable bacteria in fermentation broth

采用MTT-分光光度法和稀釋平板法分別測定青島蔚藍生物集團有限公司研發(fā)中心5批不同的地衣芽孢桿菌發(fā)酵液，MTT-分光光度法測定得到的OD值換算為計算活菌量與稀釋平板法得到的活菌量進行對比。

由表5可知，5次測定吸光度OD550nm的RSD值最高為1.86%，小于5.0%，符合定量檢測方法要求。

3 討論

地衣芽孢桿菌是一種具有抗逆性強、酶系豐富、產酶量高、安全穩(wěn)定等多種優(yōu)良特性的菌株。地衣芽孢桿菌在醫(yī)藥、畜牧業(yè)、工農業(yè)、環(huán)境保護等各個領域中應用前景廣泛[22]，是最早實現產業(yè)化且迄今為止用途最廣、產量最大的菌株類型[23]。隨著生產規(guī)模增加，快速高效地測定地衣芽孢桿菌含量的方法亟待開發(fā)。

MTT-分光光度法作為一種間接測定方法，測得的吸光度反映的是地衣芽孢桿菌新鮮發(fā)酵液活菌量的相對值。MTT-分光光度法應用的前提在于先建立待測菌株的稀釋平板法活菌數與MTT分光光度法吸光度之間的回歸關系曲線，不同菌株的回歸曲線不同。此外，使用MTT-分光光度法測定活菌量時，待測菌液濃度必須調整到適用范圍內。本研究結果顯示，當發(fā)酵液活菌量＜108CFU/mL時，由于系統(tǒng)誤差造成的數據偏差相對于測定結果已經非常顯著，因而線性關系弱化，此方法不適用。

4 結論

本研究結果顯示，新鮮發(fā)酵液中地衣芽孢桿菌活菌量＞108CFU/mL時，使用MTT-分光光度法測定發(fā)酵液中活菌總數具有線性穩(wěn)定、可重復性好、試驗周期短的特點，而且不受不同培養(yǎng)基、菌體代謝產物、死菌體以及其他物質的干擾。結果表明，MTT-分光光度法可作為科研、生產中快速測得活菌量的方法。