巧用Photoshop软件“标尺”测量抑菌圈

张云 林凡

摘   要：鉴于“探究抗生素对细菌的选择作用”教学活动中出现的抑菌圈测量难题，利用Photoshop软件自带的“标尺”工具代替游标卡尺实现“卡紧抑菌圈”功能，并通过“标尺”工具所示数值，计算出抑菌圈直径。所得数值与全自动抑菌圈测量仪法进行方差分析，无显著差异，是一种适用中学生物学教学实践的抑菌圈直径测量方法。

关键词：抑菌圈;测量;Photoshop

“探究抗生素对细菌的选择作用” 是新编人教版普通高中《生物·必修2·遗传与进化》教材中新增的探究实践活动[ 1 ]。其教学目的是引导学生探讨耐药菌的出现与抗生素滥用的关系，以落实对学生社会责任学科核心素养的培育。在该教学活动中，教材提供的是常用的微生物敏感性测定方法——纸片扩散法[ 2 ]。测量抑菌圈直径是纸片扩散法的关键环节，但教材并未提及具体的测量方法，此操作也未引起教师重视，通常会直接选择直尺进行测量[ 3 ]。由于目前中学在实施该教学活动时多选用玻璃材质的培养皿，且培养过程中培养皿上皿盖内有冷凝水产生，而玻璃介质和冷凝水水滴在灯光照射下会产生反光现象，导致在普通桌面或台面上测量抑菌圈直径时易因光线因素引起测量误差;此外，由于抑菌圈的测量是在培养皿下皿盖外进行，直尺的“0”刻度线也无法直接接触抑菌圈的边缘。因此即使对同一个边界清晰的抑菌圈而言，不同测量者也难免产生2～5mm误差。而“探究抗生素对细菌的选择作用”教学活动，需要对细菌菌株进行传代培养，并记录每代培养物抑菌圈的直径，此测量误差势必对实验结果产生较大影响，导致无法准确探寻到抑菌圈直径的变化规律。

经文献检索，在中学教学之外的其他领域，目前普遍使用的抑菌圈测量法以抑菌圈测定仪和游标卡尺法最为常见[ 3 ]。其中抑菌圈测定仪自动化程度高、测速快、精度准，是生产及药检部门专业的测量工具。但对中学教学实践而言，“探究抗生素对细菌的选择作用”是2017年版普通高中生物学课程标准中新增的教学内容，且抑菌圈测定仪价格昂贵，未被列入各省市普通中小学教育装备配备目录，因此目前中学一线教学中尚不具备使用抑菌圈测定仪的条件。游标卡尺法中所用游标卡尺是工业生产中测量硬性实物直径、长度的工具，测量时需卡紧被测物才能获得精密准确的测量结果，但琼脂平板上的抑菌圈非硬性实物，测量过程中无法实现“卡紧抑菌圈”的操作，而且普通游标卡尺的外卡角短粗，测量抑菌圈直径时会遮挡视线，因而直接使用游标卡尺进行抑菌圈直径的测量也存在较大测量误差[ 3 ]。针对普通游标卡尺使用的不足，顾菊根等曾用改造过的游标卡尺，并自制带光源的抑菌圈测量台，有效提高了抑菌圈的测量的精密度[ 3 ]。但此改进步骤繁多，因此亦不具备在中学教学实践中的可推广性。

通过实践摸索，笔者发现美国Adobe系统公司研发的Photoshop软件自带的“标尺”工具具有代替游标卡尺实现“卡紧抑菌圈”功能，通过软件所示“标尺”数值以及药敏试纸的实际直径，可计算得出抑菌圈直径（以下简称PS标尺法）。本文对通过PS标尺法计算所得抑菌圈数值与全自动抑菌圈测量仪所测数值进行方差分析，探讨在中学生物学教学实践中运用PS标尺法测量抑菌圈的可行性。

1  材料和方法

1.1  材料和试剂

大肠杆菌DH5α菌株（天根生化科技（北京）有限公司）;药敏试纸（青霉素10ug;氨苄西林10ug;庆大霉素120μg;头孢曲松30ug;頭孢他啶30ug;头孢哌酮75μg;常德比克曼生物科技有限公司）;空白药敏试纸（常德比克曼生物科技有限公司）;LB固体培养基干粉、LB液培养基干粉（北京索莱宝科技有限公司）;PH-Fix系列测试条（德国MACHEREY-NAGEL公司）。

1.2  方法和步骤

1.2.1  纸片扩散法测大肠杆菌DH5α菌株对几种抗生素的药敏反应

LB固、液培养基配制、DH5α菌种的活化以及无菌操作详见人教版教材[ 4 ]。每个培养皿接种100 μL活化的菌液，用涂布器均匀涂抹于培养基平板，室温放置3～5min待菌液渗透到琼脂内 [ 2 ];再用记号笔在培养皿底部画2条相互垂直的直线，将培养皿等分4个区域，取同种药敏试纸分别贴于其中三个区域的中央，以灭菌的空白药敏试纸贴于剩余的一个区域中央以作对照;将培养皿倒置于37℃恒温箱中培养16h。每种抗生素药敏反应重复10次。所获抑菌圈用数码照相机拍照保存，并在Photoshop软件中打开备用。

1.2.2  抑菌圈直径的测量及方差分析

（1）点击Photoshop软件菜单栏“视图”，在弹出的菜单栏中点击“标尺”;点击菜单栏“编辑”，在弹出的菜单栏中依次点击“首选项”“单位与标尺”，进入首选项对话框，将标尺单位设置为厘米，设置完毕点击“确定”并退出;

（2）抑菌圈的边缘以肉眼看不到细菌明显生长为限。将鼠标放在标尺内部，按住鼠标向下拖至抑菌圈上端边缘，使出现的“标尺”辅助线成为抑菌圈上切线，并记录此辅助线位置数值，同法在抑菌圈下端再拖出一条平行的辅助线做抑菌圈下切线并记录位置数值;如上所述，利用“标尺”辅助线再做出药敏试纸上下平行切线，并记录切线位置数值;将上述数值输入Excel软件（Microsoft公司）中，保存待用（图1）;

（3）利用Excel软件计算上下切线位置数值之差，即得抑菌圈及药敏试纸直径的相对值;所用药敏试纸均为标准品，实际直径大小为6mm，以公式“药敏试纸实际直径/抑菌圈实际直径=药敏试纸相对直径/抑菌圈相对直径”计算出抑菌圈实际直径;

（4）在Photoshop软件中将图片旋转90℃，重复（2）、（3）步骤，即采用“十”字法对抑菌圈进行两次互为垂直的直径测量，取平均值;

（5）通过HiCC-T全自动抑菌圈测量仪（简称仪器法）再次测量上述抑菌圈直径;

（6）对上述两法所得抑菌圈直径进行方差分析。

3  结果与分析

用PS标尺法和全自动抑菌圈测量仪分别测定了大肠杆菌DH5α菌株对6种抗生素的药敏反应，抑菌圈直径测量结果如表1。由表1可见，除青霉素外，一定浓度的氨苄西林、庆大霉素、头孢曲松、头孢他啶以及头孢哌酮对DH5α菌株均表现出抑菌效应。通过PS标尺法和全自动抑菌圈测量仪测定的抑菌圈直径误差均在1mm以内，且两法测定的抑菌圈直径没有显著差异。

可见，PS标尺法无需购置额外的测量工具或仪器，亦无需对游标卡尺进行加工改造，每次测量只需要记录Photoshop软件所给出抑菌圈及药敏试纸上下切线4个数值，即可导入Excel软件中进行数据的快速计算，操作简便，所得数值经全自动抑菌圈测量仪检测，数据可靠;同时依托Excel软件可实现对大批量数据的集中快速处理，能很好地满足中学教学实践需求。因此，PS标尺法是一种适用中学生物学教学实践的抑菌圈测量方法。

参考文献：

[1]朱正威，赵占良.普通高中教科书：生物学·必修2·遗传与进化[M].北京：人民教育出版社，2019：115.

[2]钟伟萍.纸片扩散法抗菌药物敏感试验的质量控制[J].中国卫生产业，2017，14（26）：38-39.

[3]顾菊根，刘莉.抗生素微生物检定中抑菌圈测量法的改进[J].现代应用药学，1997（3）：32-33.

[4]朱正威，孙万儒，赵占良.普通高中课程标准试验教科书：生物·选修1·生物技术实践[M].第二版.北京：人民教育出版社，2007：14-20.